DE69830700T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Flüssigkeitsausstossgerät und Flüssigkeitsausstossverfahren - Google Patents

Flüssigkeitsausstosskopf, Flüssigkeitsausstossgerät und Flüssigkeitsausstossverfahren Download PDF

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Masahiko Ohta-ku Ogawa
Masami Ohta-ku Ikeda
Ichiro Ohta-ku Saito
Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga
Toshio Ohta-ku Kashino
Tomoyuki Ohta-ku Hiroki
Yoshiyuki Ohta-ku Imanaka
Teruo Ohta-ku Ozaki
Masahiko Ohta-ku Kubota
Aya Ohta-ku Yoshihira
Kiyomitsu Ohta-ku Kudo
Hiroyuki Ohta-ku Sugiyama
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • SACHGEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen von Flüssigkeit durch Erzeugung von Blasen durch thermische Energie, die auf eine Flüssigkeit einwirkt, und auf ein Flüssigkeitsausstoßgerät, das diesen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein neuartiges Flüssigkeitsaustoßverfahren, das mit der Verschiebung eines beweglichen Elementes, dem Blasenwachstum, einem Flüssigkeitsausstoßkopf und einem Flüssigkeitsausstoßgerät, das dieses ausführt, verbunden ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf solche Vorrichtungen, wie z.B. einen Drucker, ein Kopiergerät, ein Faxgerät, das ein Kommunikationssystem enthält, eine Textverarbeitung, die einen Drucker besitzt oder Ähnliche anwendbar, um auf ein Aufzeichnungsmedium wie z.B. Papier, Garn, Faserstoff, gewebten Stoff, Leder, Metall, Plastik, Glas, Holz, Keramik oder Ähnliches aufzuzeichnen und weiterhin auf eine industrielle Aufzeichnungseinrichtung als Kombination von verschiedenartigen Aufzeichnungsvorrichtungen. In dieser Erfindung bedeutet "Aufzeichnen" nicht nur die Herstellung einer bestimmten Nachbildung eines Buchstabens oder eines Bildes auf einem Aufzeichnungsmedium, sondern auch die Herstellung eines be deutungsfreien Bildes, wie z.B. eines Musters oder Ähnliches.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren zur Erstellung eines Bildes, zuerst durch Beaufschlagen der Tinte mit Energie, wie z.B. Wärme oder Ähnlichem, um eine Zustandsänderung verbunden mit einer abrupten Volumenänderung zu erreichen, und die Erzeugung von Blasen und dann durch Ausstoßen der Tinte aus einer Auslaßöffnung auf ein Aufzeichnungsmedium mit Hilfe der durch die Zustandsänderung hervorgerufenen aktiven Kraft zu bewirken, ist herkömmlicherweise ein so genanntes „Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren. Bei dem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren ist eine Auslaßöffnung zum Ausstoßen der Tinte, ein Tintenströmungskanal, der mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht, und ein elektrothermischer Wandler als Mittel zur Wärmeerzeugung für den Ausstoß der Tinte in den Tintenströmungskanal vorgesehen, wie in den Dokumenten US 4,723,129 und Ähnliche dargelegt wird.
  • Mit einem solchen Aufzeichnungsverfahren, bei dem ein Bild von hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit und mit verringertem Geräusch aufgezeichnet werden kann und bei dem eine Auslaßöffnung zum Ausstoß von Tinte durch dieses Verfahren in hoher Dichte auf dem Aufzeichnungskopf angeordnet werden kann, weist das Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen auf, wie z.B. daß ein mit hoher Auflösung aufgezeichnetes Bild durch ein kompaktes Gerät erzeugt und selbst ein Farbbild mit Leichtigkeit erzeugt werden kann. Daher wurde das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren in den letzten Jahren in einer Vielzahl von Büroausrüstungen wie z.B. Drucker Kopierern, Faxgeräten und Ähnlichem verwendet und weiterhin selbst in industriellen Systemen wie z.B. Textildruckvorrichtungen und Ähnlichem.
  • Mit der Verbreitung der Verwendung der Tintenstrahltechnik in einer Vielzahl von Produkten kamen verstärkt in den letzten Jahren eine Vielzahl von nachfolgenden Anforderungen auf. Zum Beispiel wird die Optimierung des Heizelementes, wie die Einstellung der Dicke eines Schutzfilmes, bei der Forderung nach einer Verbesserung der Energieeffizienz in betracht gezogen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, die Wirksamkeit der Weiterleitung der erzeugten Wärme in die Flüssigkeit zu verbessern. Weiterhin wurden, um Bilder von hoher Qualität zu erhalten, die Antriebsbedingungen für ein Flüssigkeitsausstoßverfahren o.ä. bei dem die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte hoch ist und das die Tinte aufgrund einer stabilen Blasenerzeugung in gutem Zustand ausstoßen kann vorgeschlagen und um einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu erhalten, der vom Standpunkt einer Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung schnell in der Nachfüllung der ausgestoßenen Flüssigkeit ist, wurde eine Vorrichtung mit einer verbesserten Form des Flüssigkeitskanals vorgeschlagen.
  • Bei den Flüssigkeitskanalformen sind die Konstruktionen des Flüssigkeitskanals und das Herstellungsverfahren des Kopfes, wie sie in dem japanischen Dokument No. 63-199972 und anderen beschrieben werden, Erfindungen, die die Rückwellen (Druck in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung zur Auslaßöffnung hin oder Druck in Richtung der Flüssigkeitskammer) Beachtung finden, die in Verbindung mit der Erzeugung der Blasen erzeugt werden. Die Rückwelle stellt einen Energieverlust dar, da die Energie nicht in Ausstoßrichtung gerichtet ist. Der in der japanischen Patentschrift No. 63-199972 dargestellte Kopf weist ein Ventil auf, das vom Blasenerzeugungsbereich der durch das Heizelement erzeugten Blasen entfernt und der Auslaßöffnung in Bezug auf das Heizelement gegenüberliegt. Das Ventil weist wegen des Herstellungsverfahrens unter Verwendung von Flachmaterial eine An fangsstellung wie an die innere Oberseite der Decke des Flüssigkeitskanals geklebt auf und hängt in Verbindung mit der Erzeugung der Blasen in den Flüssigkeitskanal herunter. Die Erfindung macht klar, daß ein Energieverlust kontrolliert werden kann, wenn ein Teil der beschriebenen Rückwelle durch das Ventil kontrolliert wird.
  • Dennoch kann in dieser Konstruktion die teilweise Verhinderung der Rückwelle durch ein Ventil nicht notwendigerweise praktisch für den Flüssigkeitsausstoß angesehen werden, wie aus dem Verhalten im Flüssigkeitskanal vor und nach der Erzeugung der Blasen in einem Flüssigkeitskanal, der auszustoßende Flüssigkeit enthält, zu ersehen ist. Ursprünglich ist die Rückwelle selbst nicht direkt mit dem Flüssigkeitsausstoß verbunden. Daher kann, selbst wenn ein Teil der Rückwelle unterbunden wird, der Flüssigkeitsausstoß nicht besonders beeinflußt werden.
  • Um weiterhin die Tintennachfüllung zu verbessern und einen Kopf mit einem hervorragenden Frequenzverhalten zu erhalten, wird üblicherweise ein Kopf mit einer Konstruktion vorgeschlagen, in dem die Heizerumgebung eines Stutzens mit einem untergeordneten Flüssigkeitskanal in Verbindung gebracht wird. Wenn Tinte nachgefüllt wird, wird sie ebenfalls von dem untergeordneten Flüssigkeitskanal in den Stutzen nachgefüllt, um die Nachfüllzeit zu verringern. Jedoch birgt dieser Kopfaufbau die Gefahr einer Verringerung der Ausstoßwirkung, dadurch hervorgerufen, daß ein Teil der zum Zeitpunkt der Blasenbildung erzeugten Ausstoßkraft in den untergeordneten Flüssigkeitskanal entweicht.
  • Ein weiterer Flüssigkeitsausstoßkopf ist im Dokument EP 0 745 479 A2 dargestellt. Dieser Ausstoßkopf weist eine Auslaßöffnung, einen Flüssigkeitskanal, einen Blasenerzeugungs bereich und ein bewegliches Element auf. Weiterhin ist eine Seite des Flüssigkeitskanals vorhanden, der dem Blasenerzeugungsbereich, bestehend aus den Wandflächen an der Seite des freien Endes des beweglichen Elementes entspricht, wenn sich das bewegliche Element im Zustand der maximalen Verschiebung befindet. Hierbei ist die gemeinsame Flüssigkeitskammer, die die Flüssigkeitsverbindung mit dem benachbarten Flüssigkeitskanal herstellt, entfernt vom beweglichen Abschnitt des beweglichen Elementes angeordnet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Flüssigkeitsausstoßkopf und ein verbessertes Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der eine Kombination der in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist und durch ein Flüssigkeitsaustoßverfahren, das die Kombination der in Anspruch 14 definierten Merkmale aufweist, gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Einige der Erfinder der vorliegenden Erfindung kamen früher auf die Prinzipien des Flüssigkeitstropfenausstoßes zurück und studierten sie aufmerksam, um ein neuartiges Flüssigkeitstropfenausstoßverfahren, das Blasen verwendet, die auf herkömmliche Weise nicht zu erzeugen sind, und einen Kopf und Ähnliches zur Verwendung dafür zu entwickeln. Genauer gesagt, es wurden eine erste technische Analyse, die von der Arbeitsweise eines beweglichen Elementes in einem Flüssigkeitskanal, wie die Analyse des Aufbauprinzips eines beweglichen Elementes in einem Flüssigkeitskanal ausgeht, und einer zweiten technischen Analyse, die vom Prinzip des Flüssigkeitstropfenausstoßes durch Blasen ausgeht und weiterhin eine dritte technische Analyse, die von dem Blasenerzeugungsbereich eines Heizelementes zur Erzeugung von Blasen ausgeht, durchgeführt.
  • Als Ergebnis dieser Analysen ist eine völlig neuartige Technik zur eindeutigen Steuerung der Blasen begründet worden, wobei ein bewegliches Element gegenüber dem Heizelement oder dem Blasenerzeugungsbereich angeordnet wird. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, basierend auf der Kenntnis, daß die Verwendung der stromabwärtigen Wachstumskomponente einer Blase der größte beitragende Faktor bei der wesentlichen Verbesserung des Ausstoßwertes ist, wenn die an das auszustoßende Volumen an sich gegebene Energie in Betracht gezogen wird, um die stromabwärtige Wachstumskomponente der Blasen in Ausstoßrichtung zu überführen. Durch diese Wandlung kann eine Verbesserung bei der Ausstoßleistung und bei der Ausstoßgeschwindigkeit realisiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung soll ein neuartiges Ausstoßprinzip liefern, das das vorstehend beschriebene epochemachende Ausstoßprinzip weiter verbessert. In anderen Worten, die vorliegenden Erfindung sucht nach einem Ausstoßprinzip, das eine weitere Verbesserung bei der Ausstoßleistung und den Nachfülleigenschaften ermöglicht indem die Beziehung zwischen der Verschiebung des freien Endes des beweglichen Elementes und dem Wachstum der Blasen, das im Blasenerzeugungsbereich erreicht wird, und weiterhin die Anordnung des beweglichen Elementes und eines Strukturelementes des Flüssigkeitsströmungspfades betrachtet werden.
  • Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und ein Flüssigkeitsausstoßverfahren mit verbesserter Ausstoßleistung und verbesserten Nachfülleigenschaften zur Ver fügung zustellen, wobei die Anordnung der beweglichen Elemente und eines Strukturelementes des Flüssigkeitsströmungspfades berücksichtigt wird.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf, eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und ein Flüssigkeitsausstoßverfahren mit verbesserter Nachfüllzeit und Druckgeschwindigkeit bereitzustellen, indem verhindert wird, daß die Trägheit aufgrund der Rückwelle durch den Ventilmechanismus des beweglichen Elementes in die Gegenrichtung der Flüssigkeitszufuhrrichtung arbeitet und durch Reduzierung des Rückhaltevolumens des Meniskus.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und ein Flüssigkeitsausstoßverfahren mit verbesserter Ausstoßleistung bereitzustellen, wobei das bewegliche Element schnell seine richtige Verschiebungsstellung erreichen kann, indem der Widerstand vom Flüssigkeitsströmungspfad zur vorbestimmten Verschiebungsposition des beweglichen Elementes reduziert wird, wenn der Ventilmechanismus des beweglichen Elementes durch die Erzeugung von Blasen aktiviert wird.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und ein Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, Flüssigkeit in gutem Zustand auszustoßen, indem ein Wärmestau in der Flüssigkeit auf dem Heizelement stark reduziert wird und Restblasen auf dem Heizelement verringert werden.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und ein Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, typische mechanische Probleme in Verbindung mit dem Unterschied der Materialien der einzelnen Bauteile des Flüssigkeitsausstoßkopfes zu beheben.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf, eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und ein Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, den Flüssigkeitsausstoßkopf kompakt zu gestalten, indem Probleme in Verbindung mit der Montage der einzelnen Bauteile des Flüssigkeitsausstoßkopfes gelöst werden und durch eine hohe Dichte der Anordnung des Heizelementes auf dem Grundsubstrat.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsausstoßkopf bereitzustellen, der eine Auslaßöffnung zum Ausstoß von Flüssigkeit, einen Flüssigkeitsströmungspfad, der mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht, einen Blasenerzeugungsbereich, der die Flüssigkeit eine Blase bilden läßt, und ein bewegliches Element mit einem freien Ende aufweist, das so angebracht ist, daß es dem Blasenerzeugungsbereich zugewandt ist und auf der Abströmseite des Flüssigkeitsströmungspfades zur Auslaßöffnung gerichtet ist, wobei, zumindest wenn sich das bewegliche Element in einem stationären Zustand befindet, eine Seite des Flüssigkeitsströmungspfades, die dem Blasenerzeugungsbereich entspricht, im Wesentlichen aus einer Wandfläche besteht, wobei die Wandfläche an einer Seite des freien Endes des beweglichen Elementes existiert, wenn sich das bewegliche Element im maximalen Verschiebungszustand befindet, und ein gemeinsamer Verbindungsraum, der den Flüssigkeitsströmungspfad mit dem benachbarten Flüssigkeitsströmungspfad verbindet, ist in Aufwärtsrichtung des beweglichen Abschnitts des beweglichen Elementes angeordnet.
  • Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitzustellen, das einen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, der eine Auslaßöffnung zum Ausstoß von Flüssigkeit, einen Blasenerzeugungsbereich, der die Flüssigkeit eine Blase bilden läßt, und ein dem Blasenerzeugungsbereich zugewandtes bewegliches Element mit einem freien Ende auf der Abströmseite des Flüssigkeitsströmungspfades in Richtung der Auslaßöffnung aufweist und einen Flüssigkeitsausstoßprozeß, um Flüssigkeit auf einer Seite des Flüssigkeitsströmungspfades entsprechend dem Blasenerzeugungsbereich, der zumindest im Wesentlichen aus einer Wandfläche, einem Seitenabschnitt des freien Endes des beweglichen Elementes, wenn sich das bewegliche Element im maximalen Verschiebungszustand befindet, und dem beweglichen Element aufgebaut ist, so daß verhindert wird, daß sich das Blasenwachstum im Blasenerzeugungsbereich zur Auslaßöffnung richtet, auszustoßen und einen Flüssigkeitszuführungsprozeß zum Zuführen von Flüssigkeit vom gemeinsamen Verbindungsraum, der den Flüssigkeitsströmungspfad mit dem benachbarten Flüssigkeitsströmungspfad verbindet und aufwärts des beweglichen Abschnittes des beweglichen Elementes in Richtung zur Auslaßöffnung angeordnet ist, nachdem das Schrumpfen der Blase begonnen hat, aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ausstoßleistung verbessert werden, indem die Ausdehnung des stromabwärtigen Abschnittes der im Blasenerzeugungsbereich erzeugten Blase und die damit verbundene Bewegung der Flüssigkeit in Richtung Auslaßöffnung wirksam geführt wird. Weiterhin kann die Ausdehnung des stromaufwärtigen Abschnitts der Blase und die damit verbundene Bewegung der Flüssigkeit in Zuströmrichtung durch ein bewegliches Element, eine Seitenwand entlang der Verschiebung des beweglichen Elementes und eine obere Wand in Richtung der Verschiebung verhindert oder unterbunden werden.
  • Weiterhin, wenn die Blase schrumpft und Flüssigkeit in Richtung des Ausstoßes nachgefüllt wird, wird eine Nachfüllung mit hoher Geschwindigkeit über einen Abschnitt geringen Widerstandes ermöglicht, dem eine obere, an die Seitenwand angrenzende Wand fehlt, zusammen mit der Rückbewegung des beweglichen Elementes. Weiterhin kann durch die Seitenwand ein seitliches Ausweichen der Blase und eine Ableitung von Druck in den benachbarten Flüssigkeitsströmungspfad verhindert werden, was einen wirksamen Ausstoß von Flüssigkeit in die Umgebung der Auslaßöffnung ermöglicht, wodurch die Ausstoßleistung verbessert werden kann.
  • Auf diese Weise kann ein stabiles Wachstum der Blase und eine stabile Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen erreicht werden, wodurch eine verläßliche Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Qualität durch Flüssigkeitströpfchen mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird. Weiterhin kann ein Synergieeffekt zwischen der wachsenden Blase und dem beweglichen Element, das dadurch verschoben wird, auftreten, wodurch die Flüssigkeit in der Nähe der Auslaßöffnung wirksam ausgestoßen werden und dadurch die Ausstoßleistung verbessert werden kann.
  • Wenn weiterhin nach dieser Erfindung sich das bewegliche Element durch das Wachsen der Blase in eine festgelegte Verschiebungsstellung bewegt, wird der Widerstand, der dem beweglichen Element durch den Flüssigkeitsströmungspfad entgegengesetzt wird, verringert, so daß das bewegliche Element schnell die richtige Verschiebungsposition erreicht und folglich die Ausstoßleistung verbessert werden kann.
  • Nach der vorliegenden Erfindung können die Nachfülleigenschaften der Flüssigkeit verbessert werden, weil ein Gelenkpunkt des beweglichen Elementes in der gemeinsamen Flüssigkeitskammer vorhanden ist.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird verhindert, daß die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung ausstoßunfähig wird, selbst wenn die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung bei niedriger Temperatur oder bei niedriger Luftfeuchtigkeit stehen gelassen wird, und selbst wenn die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung unbrauchbar wird, hat sie den Vorteil, daß sie sofort durch einen einfachen Wiederherstellungsprozeß, wie z.B. einen einleitenden Ausstoß- oder Einsaugvorgang, in den Normalzustand gebracht werden kann. Durch den Wiederherstellungsprozeß kann die für die Wiederherstellung benötigte Zeit verringert werden, Flüssigkeitsverlust kann reduziert werden und folglich die laufenden Kosten bedeutend reduziert werden.
  • In der vorliegenden Erfindung können der Tintenwiderstand verbessert werden und Probleme der mechanischen Eigenschaften, die mit dem Unterschied des mechanischen Ausdehungskoeffizienten der einzelnen Bauteile zusammenhängen, gelöst werden, wenn für alle Bauteile ein Material auf Siliziumbasis verwendet wird.
  • In der vorliegenden Erfindung können Probleme der mechanischen Eigenschaften und mit der Montage verbundene Probleme gelöst werden, wenn jedes der zu schaffenden Elemente in einen Filmbildungsprozeß eingeschlossen wird und weiterhin ermöglicht eine hochdichte Anordnung der Heizelemente auf dem Grundsubstrat eine Kompaktisierung des Flüssigkeitsausstoßkopfes.
  • Unterdessen betreffen die Begriffe "stromaufwärtig" und "stromabwärtig", die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden die Flußrichtungen der Flüssigkeit von der Speisequelle der Flüssigkeit zur Auslaßöffnung durch den Blasenerzeugungsbereich (oder ein bewegliches Element). Weiterhin stellt "Abströmseite", die Blase selbst betreffend, hauptsächlich den Abschnitt der Blase auf der Seite der Auslaßöffnung dar, die direkt auf den Ausstoß der Flüssigkeitströpfchen einwirken soll. Genauer ist die Blase, die stromabwärtig in Bezug auf die vorgenannte Flußrichtung bezüglich des Mittelpunktes der Blase oder im stromabwärtigen Bereich vom Zentrum des Bereiches der Heizelemente erzeugt wird gemeint.
  • Weiterhin bedeutet "im Wesentlichen geschlossen", wie es in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, daß wenn eine Blase wächst sie sich in einem Zustand befindet, in dem die den Schlitz um das bewegliche Element vor der Verschiebung des beweglichen Elementes nicht passieren kann.
  • Weiterhin bedeutet "Trennwand", wie es in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, im weiteren Sinne eine Wand (ein bewegliches Element kann inbegriffen sein), die so dazwischen liegt, daß der Blasenerzeugungsbereich von dem Bereich, der direkt mit der Auslaßöffnung verbunden ist getrennt ist, und im engeren Sinne ein Material, das den Flüssigkeitsströmungspfad einschließlich des Blasenerzeugungsbereiches von dem Flüssigkeitsströmungspfad trennt, der direkt mit der Auslaßöffnung verbunden ist, um eine Vermischung der Flüssigkeiten der betreffenden Abschnitte zu vermeiden.
  • Weiterhin bedeutet "Blasenerzeugungsbereich", wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, einen Bereich, wo eine Blase, die zwischen einem Substrat, das Mittel zur Erzeugung einer Blase in der Flüssigkeit aufweist, erzeugt wird existieren kann und wenn das Blasenerzeugungsmittel ein Heizelement ist, belegt der Abschnitt einen Bereich, der etwas größer ist als die Fläche des Heizelementes unter den normalen für das Produkt anwendbaren Ansteuerungsbedingungen. Nebenbei, die Verschiebung des beweglichen Elementes in Verbindung mit der Ausdehnung der Blase vergrößert den Blasenerzeugungsbereich und der Bereich, in dem die Blase bestanden hat, kann am Ende als Blasenerzeugungsbereich definiert werden.
  • Die anderen Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung verständlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A, 1B, 1C, 1D und 1E zeigen schematisch seitliche Schnittansichten eines Beispiels (erste Ausführungsform) eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung und entsprechende Ansichten zeigen die Ansteuerungssicht des Ausstoßkopfes.
  • 2 ist eine schematische Teilschnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm, das die Druckausbreitung von einer Blase in einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf zeigt.
  • 4 ist eine Seitenschnittansicht, die die Druckausbreitung von einer Blase in einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine schematische Seitenschnittansicht, die den Flüssigkeitsfluß in einem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6A, 6B, 6C, 6D und 6E zeigen schematische Seitenschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und entsprechende Ansichten der Ansteuerungsseite des Flüssigkeitsausstoßkopfes.
  • 7A, 7B, 7C, 7D und 7E zeigen schematische Seitenschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und entsprechende Ansichten der Ansteuerungsseite des Flüssigkeitsausstoßkopfes.
  • 8A, 8B, 8C, 8D und 8E zeigen schematische Seitenschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und entsprechende Ansichten der Aussteuerungsseite des Flüssigkeitsausstoßkopfes.
  • 9 ist eine schematische Seitenschnittansicht, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10A1, 10A2, 10B1, 10B2, 10C1, 10C2, 10D1, 10D2, 10E1, 10E2, 10F1 und 10F2 zeigen schematische Prozeß-Flußdiagramme eines Beispiels der Herstellungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung.
  • 11G1, 11G2, 11H1, 11H2, 11I1 und 11I2 zeigen schematische Prozeß-Flußdiagramme eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens für einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung.
  • 12G1, 12G2, 12H1, 12H2, 12I1, 12I2, 12J1 und 12J2 zeigen schematische Prozeß-Flußdiagramme eines weiteren Beispiels eines Herstellungsverfahrens für einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung.
  • 13A und 13B zeigen Prozeß-Flußdiagramme eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens für ein Grundsubstrat eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung.
  • 14A, 14B und 14C zeigen Prozeß-Flußdiagramme eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens für eine Deckplatte eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung.
  • 15A, 15B, 15C und 15D zeigen Beispiele eines Herstellungsverfahrens für einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung und insbesondere Prozeß-Flußdiagramme, die die Prozesse nach der Verbindung des Grundsubstrates mit der Deckplatte zeigen.
  • 16A, 16B, 16C, 16D und 16E zeigen Prozeß-Flußdiagramme eines weiteren Beispiels eines Herstellungsverfahrens für einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung.
  • 17A, 17B, und 17C zeigen Prozeß-Flußdiagramme noch eines weiteren Beispiels eines Herstellungsverfahrens für einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung.
  • 18A und 18B zeigen Prozeß-Flußdiagramme noch eines weiteren Beispiels eines Herstellungsverfahrens für ein Grundsubstrat eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung.
  • 19A, 19B und 19C zeigen Prozeß-Flußdiagramme noch eines weiteren Beispiels eines Herstellungsverfahrens für die Deckplatte eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung.
  • 20A, 20B, 20C, 20D und 20E zeigen noch weitere Beispiele eines Herstellungsverfahrens für einen Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung und insbesondere Prozeß-Flußdiagramme für Prozesse nach dem Zusammenfügen des Grundsubstrates mit der Deckplatte.
  • 21A, 21B und 21C zeigen schematische Draufsichten von anderen Formen eines beweglichen Elementes.
  • 22 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen Fläche des Heizelementes und Menge des Tintenausstoßes zeigt.
  • 23A und 23B zeigen schematische Seitenschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung.
  • 24 ist eine Grafik, die ein Beispiel eines Ansteuerimpulses zeigt.
  • 25 ist eine schematische, perspektivische Explosionszeichnung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes.
  • 26 ist eine schematische Perspektivzeichnung, die den Hauptteil einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zeigt und
  • 27 ist ein Blockdiagramm einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Beschreibung des Prinzips
  • Das bei der vorliegenden Erfindung angewendete Ausstoßprinzip wird hiernach im Detail beschrieben. 1A bis 1E sind schematische Teilschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, geschnitten in Richtung des Flüssigkeitsstromes und 2 ist eine perspektivische Teilschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes.
  • Der in 1A bis 1E dargestellte Flüssigkeitsausstoßkopf weist ein Heizelement 2 auf einem Grundsubstrat 1 auf (in diesem Beispiel einen rechteckigen wärmeerzeugenden Widerstand von 40 μm × 105 μm), daß das energieerzeugende Element zur Erzeugung der zum Ausstoß von Flüssigkeit verwendeten Energie darstellt und auf dem Grundsubstrat ist ein Flüssigkeitsströmungspfad 10 angeordnet, der zu dem Heizelement 2 gehört. Der Flüssigkeitsströmungspfad 10 ist mit der Auslaßöffnung 18 sowie der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, die zur Einspeisung von Flüssigkeit in eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungspfaden 10 dient und Flüssigkeit aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, in einer Menge erhält, die gleich der aus der Auslaßöffnung ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge ist, verbunden.
  • Auf dem Grundsubstrat des Flüssigkeitsströmungspfades 10 dem Heizelement 2 gegenüberliegend, ist ein plattenförmiges bewegliches Element 31, das einen ebenen Abschnitt aufweist und aus einem Material mit einer Elastizität wie Metall besteht, wie ein freitragender Arm angeordnet. Ein Ende des beweglichen Elementes ist an einer Basis 34 (Stützelement) oder Ähnliches fixiert und aus lichtempfindlichem Harz oder Ähnlichem, auf das eine Maske aufgebracht wird, auf der Wand des Flüssigkeitsströmungspfades 10 oder dem Grundsubstrat angeordnet. Dadurch hält die Basis das bewegliche Element und bildet einen Gelenkpunkt 33 (Gelenkabschnitt).
  • Das bewegliche Element 31 weist einen Gelenkpunkt 33 (Gelenkabschnitt, festes Ende) stromaufwärtig der großen Strömung nach der Seite der Auslaßöffnung 18 von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 über das bewegliche Element 31 auf und ist in einem Abstand von 15 μm vom Heizelement entfernt angeordnet, so daß es das Heizelement 2 an einer Position gegenüber dem Heizelement 2 bedeckt und ein freies Ende 32 (Abschnitt des freien Endes) stromabwärtig bezüglich des Gelenkpunktes 33 aufweist. Der Abschnitt zwischen dem Heizelement und dem beweglichen Element wird zum Blasenerzeugungsbereich. Die Art und Form des Heizelementes und des beweglichen Elementes sind aber nicht hierauf beschränkt und ein Heizelement und ein bewegliches Element in einer Form und Anordnung, in der Blasenwachstum und Druckausbreitung zufrieden stellend funktionieren, wird später beschrieben. Unterdessen wird bei der Beschreibung des Flüssigkeitsströmungspfades, die später aufgenommen wird, der zuvor beschriebene Flüssigkeitsströmungspfad 10 weiter beschrieben wie er durch das bewegliche Element 31 in zwei Abschnitte, die einen ersten Flüssigkeitsströmungspfad 10a, der den Abschnitt, der direkt mit der Auslaßöffnung 18 in Verbindung steht und einen zweiten Flüssigkeitsströmungspfad 10b mit dem Blasenerzeugungsbereich 11 aufweist, geteilt wird.
  • Durch die Erzeugung von Wärme im Heizelement 2 wird die Wärme der Flüssigkeit im Blasenerzeugungsbereich 11 zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Heizelement 2 zugeführt und auf der Basis des Filmsiede-Phänomens, wie es in USP No. 4,723,129 dargelegt ist, wird eine Blase erzeugt. Der Druck und die Blase aus der Blasenerzeugung wirken vorzugsweise auf das bewegliche Element und das bewegliche Element 31 verschiebt sich, wie in 1B, 1C oder 2 gezeigt, so daß es sich mit dem Zentrum im Gelenkpunkt 33 weit zur Auslaßöffnung hin öffnet. Durch die Verschiebung oder den ver schobenen Zustand des beweglichen Elementes 31, wird die Ausbreitung des auf der Erzeugung oder dem Wachstum der Blase basierenden Druckes von sich aus zur Auslaßöffnung hin geleitet.
  • Eines der Grundprinzipien, wie sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wird nun beschrieben. Eines der wichtigsten Prinzipien dieser Erfindung ist es, daß ein bewegliches Element, das entgegen der Blase angeordnet ist, sich von einer ersten Stellung oder einem stationären Zustand in eine zweite oder verschobene Stellung basierend auf dem Druck der Blase oder der Blase an sich verschiebt und das sich verschiebende bewegliche Element 31 leitet den durch die Blasenbildung erzeugten Druck oder die Blase selbst stromabwärts, wo die Auslaßöffnung 18 angeordnet ist.
  • Das Prinzip wird weiter noch detaillierter beschrieben, indem 3, die den herkömmlichen Flüssigkeitsströmungspfad ohne bewegliches Element darstellt mit 4, die die vorliegende Erfindung darstellt, verglichen werden. In 3 und 4 wird die Richtung der Druckausbreitung zur Auslaßöffnung hin mit VA bezeichnet und die Druckausbreitungsrichtung stromaufwärts wird mit VB bezeichnet.
  • Die konventionellen Köpfe weisen, wie in 3 dargestellt, keinen Mechanismus auf, um die Ausbreitungsrichtung des Druckes durch die erzeugte Blase 40 zu regulieren. Demgemäß sind die Druckausbreitungsrichtungen der Blase 40 rechtwinklig zur Oberfläche der Blase, wie durch V1 bis V8 angegeben in die verschiedensten Richtungen gerichtet. Von diesen Richtungen sind die Richtungen, die Druckausbreitungskomponenten in Richtung VA aufweisen, die insbesondere den größten Einfluß auf den Flüssigkeitsausstoß ausweisen die Richtungen mit Komponenten von V1 bis V4 oder ein Abschnitt nä her zur Auslaßöffnung als die Hälfte der Blase und dieser Abschnitt ist wichtig, weil er direkt zur Ausstoßleistung, zur Ausstoßgeschwindigkeit oder Ähnlichem beiträgt. Weiterhin arbeitet V1, die am nächsten bei VA liegt wirksam, während V4 im Gegensatz dazu eine verhältnismäßig kleine Richtungskomponente nach VA aufweist.
  • Im Falle der vorliegenden Erfindung leitet jedoch das bewegliche Element 31 die Druckausbreitungsrichtungen V1 bis V4 der Blase, die in 3 verschieden ausgerichtet waren in Stromabwärtsrichtung (zur Auslaßöffnung hin), wie in 4 gezeigt, und wandelt die Druckausbreitungsrichtung in die Druckausbreitungsrichtung VA um und somit trägt der Druck der Blase 40 direkt zu einem wirksamen Ausstoß bei. Zusätzlich wird die Wachstumsrichtung der Blase selbst stromabwärts geleitet entsprechend den Druckausbreitungsrichtungen V1 bis V4 und die Blase wächst in Stromabwärtsrichtung stärker als in Stromaufwärtsrichtung. Auf diese Weise wird die Wachstumsrichtung der Blase selbst durch das bewegliche Element gesteuert, die Druckausbreitungsrichtung der Blase wird gesteuert und im Ergebnis wird die Flußrichtung der Flüssigkeit gesteuert und wirksam zur Auslaßöffnung hin gerichtet, wodurch eine grundsätzliche Verbesserung der Ausstoßleistung, der Ausstoßkraft der Ausstoßgeschwindigkeit oder Ähnliches erreicht werden kann.
  • Nun wird, zurückkehrend zu 1A bis 1E, der Ausstoßvorgang des zuvor beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfes im Detail beschrieben.
  • In 1A befindet sich das Heizelement im Zustand vor dem Anlegen von Energie, wie z.B. elektrischer Energie oder Ähnliches, nämlich das Heizelement ist im Zustand vor der Erzeugung von Wärme. Wichtig ist hier, daß das bewegliche Ele ment 31 in Bezug auf die durch die vom Heizelement erzeugte Wärme erzeugte Blase an einer Position befindet, die zumindest der stromabwärtigen Seite der Blase zugewandt ist. In anderen Worten, das bewegliche Element 31 ist im Flüssigkeitsströmungspfadaufbau zumindest an einer Position stromabwärtig des Zentrums 3 des Heizelementes angeordnet (stromabwärtig der Linie, die durch das Bereichszentrum 3 des Heizelementes verläuft und rechtwinklig die Längsrichtung des Strömungspfades kreuzt).
  • 1B zeigt den Zustand, wo dem Heizelement 2 elektrische Energie oder Ähnliches zugeführt wird, Wärme durch das Heizelement 2 erzeugt wird und die so erzeugte Wärme einen Teil der den Blasenerzeugungsbereich 11 füllenden Flüssigkeit aufheizt und eine Blase in Verbindung mit dem Filmsieden erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt verschiebt sich das bewegliche Element 31 von einer ersten Position zu einer zweiten Position, um so die Druckausbreitungsrichtung der Blase 40 mit Hilfe des aus der Erzeugung der Blase 40 herrührenden Druckes zur Auslaßöffnung zu leiten. Wie zuvor beschrieben, ist hier wichtig, daß das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31 stromabwärtig (die Seite der Auslaßöffnung) angeordnet ist, ein Gelenkpunkt 33 des beweglichen Elementes 31 so angeordnet ist, daß er stromaufwärtig gelegen ist (die Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer) und zumindest ein Teil des beweglichen Elementes dem stromabwärtigen Abschnittes des Heizelementes oder dem stromabwärtigen Abschnitt der Blase zugewandt ist.
  • 1C zeigt einen Zustand, wo die Blase 40 weiter gewachsen ist und das bewegliche Element 31 sich entsprechend dem mit der Erzeugung der Blase 40 verbundenen Druck weiter verschoben hat. Wenn die Blase oder der von der Blase erzeugt Druck zur Auslaßöffnung hin geleitet wird, stellt das beweg liche Element nur ein geringes Hindernis für die Weiterleitung dar und die Druckausbreitungsrichtung und die Richtung des Blasenwachstums kann wirksam in Abhängigkeit von der Größe des sich ausbreitenden Druckes gesteuert werden. Bei diesem Anlaß verschiebt sich die stromaufwärtige Seite des beweglichen Elementes auf eine vorbestimmte Position mit dem begrenzten Verschiebungswiderstand des Bereiches 61 dem die obere Wand fehlt, um sofort den vorbeschriebenen Vorteil zu erreichen und danach wird der Ablauf der Flüssigkeit nach der stromaufwärtigen Seite durch das Zusammenwirken zwischen der oberen Wand 60 und der Seitenwand 62 des Flüssigkeitsströmungspfades 10 verhindert und die Leistung zum Zeitpunkt des Nachfüllens verbessert.
  • 1D zeigt den Zustand, wo die Blase 40 nach dem vorstehend beschriebenen Filmsieden schrumpft, um mit einer Verringerung des Druckes in der Blase zu verschwinden. Wenn die Blase verschwindet, fließt Flüssigkeit in die stromaufwärtige Seite, um das Volumen der geschrumpften Blase im Blasenerzeugungsbereich 11 und das ausgestoßene Flüssigkeitsvolumen zu kompensieren, nämlich die Flüsse VD1, VD2, VD3 von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 oder ein Fluß VC von der Seite der Auslaßöffnung.
  • 1E zeigt den Zustand, wo das bewegliche Element 31 zu seiner Anfangsposition (erste Position) nach dem Verschwinden der Blase 40 zurückkommt. Auf diese Weise kehrt das bewegliche Element 31, das sich auf die zweite Position verschoben hatte, zur Anfangsposition (erste Position) in 1A durch den negativen Druck durch das Schrumpfen der Blase und die Stabilität durch die Elastizität des beweglichen Elementes selbst, zurück.
  • Das Wirken des beweglichen Elementes und der Ausstoßvorgang der Flüssigkeit in Verbindung mit der Erzeugung der Blase wurde vorstehend beschrieben, das Nachfüllen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsausstoßkopf, wie es in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird hiernach im Detail beschrieben.
  • Im Zustand nach 1C, wenn die Blase 40 im Prozeß des Verschwindens nach dem Zustand des maximalen Volumens der Blase fortschreitet, fließt Flüssigkeit in einem Volumen, das das Volumen der verschwundenen Blase kompensiert in den Blasenerzeugungsbereich 11 von der Seite der Auslaßöffnung 18 des Flüssigkeitsströmungspfades 10 und stromaufwärtig des Blasenerzeugungsbereiches 11 ein. Beim konventionellen Aufbau des Flüssigkeitsströmungspfades, dem ein bewegliches Element 31 fehlt, sind das Flüssigkeitsvolumen, das von der Seite der Auslaßöffnung an die Stelle der verschwindenden Blase einfließt und das Flüssigkeitsvolumen, das von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer einfließt, abhängig vom Flußwiderstand an einem Teilstück näher am der Auslaßöffnung als der Blasenerzeugungsbereich und einem Teilstück näher an der gemeinsamen Flüssigkeitskammer (basierend auf dem Widerstand des Strömungspfades und der Trägheit der Flüssigkeit).
  • Aus diesem Grunde fließt ein großes Volumen der Flüssigkeit von der Seite der Auslaßöffnung an die Stelle der verschwindenden Blase ein und verursacht eine Vergrößerung des Rückhaltevolumens des Meniskus. Besonders, wenn der Flußwiderstand der Seite nahe an der Auslaßöffnung verkleinert wurde, um die Ausstoßleistung zu verbessern, erhöht sich die Rückhaltemenge des Meniskus M zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blase und ruft eine Verlängerung der Nachfüllzeit hervor und ein Hochgeschwindigkeitsdruck wird behindert.
  • Als Gegenmaßnahme hierzu ist im vorliegenden Aufbau das bewegliche Element 31 vorgesehen und im Ergebnis, wenn das Volumen W der Blase in eine obere Seite W1 der ersten Position und eine Seite W2 des Blasenerzeugungsbereiches geteilt wird, hört der Rückzug des Meniskus zum Zeitpunkt, wenn das bewegliche Element zur Anfangsposition zurückkehrt, im Wesentlichen auf und die Zufuhr des Flüssigkeitsvolumens W2, die danach verbleibt, geschieht hauptsächlich aus dem Fluß VD3 des zweiten Flüssigkeitsströmungspfades 10b. Auf diese Weise kann das Rückzugsvolumen des Meniskus, das herkömmlicherweise eine Menge, entsprechend mehr oder weniger der Hälfte des Volumens der Blase W ausmacht, auf ungefähr die Hälfte von W1, also stark von der herkömmlichen Menge her reduziert werden. Weiterhin, wenn das Einspeisen des Volumens W2 zwangsweise hauptsächlich von dem stromaufwärtigen VD3 des Blasenerzeugungsbereiches 11, entlang einer Fläche der Seite des Heizelementes des beweglichen Elementes 31 erfolgt, wobei der Vorteil des Druckes zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blase genutzt wird, kann ein schnelleres Nachfüllen realisiert werden.
  • Weiterhin erbringt in der vorliegenden Erfindung, die Flüssigkeitszufuhr VD1 aus dem Abschnitt 61, dem die obere Wand fehlt, einen sehr bedeutenden Vorteil, wie vorstehend beschrieben. In diesem Abschnitt ist der Strömungswiderstand sehr klein, da die obere Wand 60 und die Seitenwand 62 fehlen, und eine hohe Zuführungsleistung ist erreichbar. Genauer, der Aufbau ergibt eine bessere Leistung bei einer hochdichten Düsenanordnung, die eine kleine Seitenwandbreite aufweist. Der Abschnitt weist keine Seitenwandaufteilung und eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungspfaden auf und stellt einen gemeinsamen Verbindungsraum dar, mit dem die Flüssigkeitsströmungspfade gemeinsam verbunden sind.
  • Weiterhin typisch ist, wenn das Nachfüllen unter Verwendung des Druckes zum Zeitpunkt des Verschwindens der Blase durch einen konventionellen Kopf erfolgt, wird die Vibration des Meniskus erhöht, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt, jedoch bei der Hochgeschwindigkeitsnachfüllung im vorliegenden Aufbau verhindert das bewegliche Element die Zirkulation von Flüssigkeit auf der Auslaßöffnungsseite des Abschnittes des Flüssigkeitsströmungspfades 10, auf der Auslaßöffnungsseite und dem Blasenerzeugungsbereich 11 und die Meniskusvibration kann dramatisch verringert werden.
  • Auf diese Weise weist der zuvor beschriebene in der vorliegenden Erfindung verwendete Aufbau die Besonderheit einer erzwungenen Nachfüllung in den Flüssigkeitsströmungspfad und den Blasenerzeugungsbereich aus einem Abschnitt ohne obere Wand und eine Hochgeschwindigkeitsnachfüllung durch Rückzug des Meniskus oder Vibrationsverhinderung auf und diese Besonderheit kann verwendet werden, bei der Realisierung eines stabilen Ausstoßes und einer hohen Ausstoßfolge und wenn sie auf dem Gebiet der Aufzeichnung verwendet wird, bei einer Verbesserung der Bildqualität und einer Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung. Eine Düse in der vorliegenden Erfindung bedeutet den Flüssigkeitsströmungspfad 10 von der Öffnung bis zur stromaufwärtigen Seite der Seitenwand 62 und der Abschnitt 61 mit der Seitenwand 62, dem die obere Wand fehlt, ist darin nicht eingeschlossen.
  • Der vorstehend beschriebene Aufbau, der für die vorliegende Erfindung angewendet wird, weist weiterhin folgende wirksame Funktionen auf. Eine Funktion ist es, die Ausbreitung des Druckes aus der Blasenerzeugung zur stromaufwärtigen Seite (Rückwelle) zu unterbinden. Die auf dem Heizelement 2 erzeugten Blasen erzeugen einen Druck, aber der Druck aus den Blasen auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 (die stromaufwärtige Seite) erzeugen vorwiegend eine Kraft, die die Flüssigkeit zur stromaufwärtigen Seite zurückdrängt (Rückwelle). Die Rückwelle erzeugt einen Druck auf die stromaufwärtige Seite, das durch den Druck bewegte Flüssigkeitsvolumen und die mit der Flüssigkeitsbewegung verbundene Trägheit haben alle eine Verschlechterung des Nachfüllens von Flüssigkeit in den Flüssigkeitsströmungspfad zur Folge, die auch eine Hochgeschwindigkeitsansteuerung der Vorrichtung behindern. Bei dem vorliegenden Aufbau verhindert das bewegliche Element 31 solche Vorgänge nach der stromaufwärtigen Seite hin, was weiter Zuführungseigenschaften bei der Nachfüllung verbessert.
  • Weitere Konstruktionsmerkmale und Vorteile werden von hier an beschrieben.
  • Der zweite Flüssigkeitsströmungspfad 10b weist einen Flüssigkeitspfad mit einer inneren Wand auf, die im Wesentlichen gleichmäßig mit dem Heizelement 2 auf der stromaufwärtigen Seite des Heizelementes 2 verbunden ist (die Oberfläche des Heizelementes ist nicht wesentlich vertieft). In einem solchen Falle erfolgt die Flüssigkeitszuführung zum Blasenerzeugungsbereich 11 und der Oberfläche des Heizelementes 2 entlang einer Fläche auf der Seite nahe dem Blasenerzeugungsbereich 11 des beweglichen Elementes 31, wie VD3. In dieser Situation wird verhindert, daß die Flüssigkeit auf der Oberfläche des Heizelementes 2 verweilt, in der Flüssigkeit gelöstes Gas kann leicht entweichen, Blasen, die nicht verschwinden oder so genannte Restblasen können leicht entfernt werden und die Wärmespeicherung in der Flüssigkeit kann in Grenzen gehalten werden. Dementsprechend können Blasen auf stabile Art und in hoher Geschwindigkeitsfolge erzeugt werden. Unterdessen wurde bei der vorliegenden Ausführungsform eine Beschreibung mit einem Flüssigkeitsausstoß kopf angegeben, der einen Flüssigkeitsströmungspfad mit einer im Wesentlichen flachen Innenwand aufweist, aber das stellt keinerlei Beschränkung auf die vorliegende Erfindung dar und andere Typen von Flüssigkeitsströmungspfaden, die fließend mit der Oberfläche des Heizelementes verbunden sind und glatte Innenwände aufweisen können auf die gleiche Weise funktionieren und ein Flüssigkeitsströmungspfad in jeder beliebigen Form, die das Verbleiben von Flüssigkeit auf dem Heizelement und größere Störungen in der Flüssigkeitszuführung unterbindet, kann für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sein.
  • Nebenbei, wenn man die Positionen des freien Endes 32 des beweglichen Elementes 31 und des Gelenkpunktes 33 betrachtet so ist das freie Ende, wie z.B. in 5 gezeigt, relativ stromabwärtig zum Gelenkpunkt angeordnet. Durch eine solche Konstruktion können Funktion und Vorteile bei der Führung der Druckausbreitungsrichtung und der Wachstumsrichtung der Blase zum Zeitpunkt der vorstehend beschriebenen Erzeugung der Blase zur Auslaßöffnung und Ähnliches erfolgreich realisiert werden. Weiterhin erreicht die Positionsbeziehung nicht nur Wirkung und Nutzen bezüglich des Ausstoßes sondern ist auch geeignet, den Strömungswiderstand in Bezug auf die im Flüssigkeitsströmungspfad 10 fließende Flüssigkeit zu verringern, wenn Flüssigkeit zugeführt wird, was den Vorteil erbringt, daß das Nachfüllen in hoher Geschwindigkeit erfolgen kann. Das geschieht, wie in 5 dargestellt, weil das freie Ende 32 und der Gelenkpunkt 33 so angeordnet sind, daß das freie Ende und der Gelenkpunkt den Flüssen S1, S2 und S3, die in den Flüssigkeitsströmungspfad 10 (eingeschlossen den ersten Flüssigkeitsströmungspfad 10a und den zweiten Flüssigkeitsströmungspfad 10b) strömen, wenn der durch das Ausstoßen zurückgezogenen Meniskus M durch die Kapillarkraft in die Auslaßöffnung zurückkehrt und wenn Flüssigkeit den verschwundenen Blasen zugeführt wird, keinen Widerstand bieten.
  • Zur Ergänzung der vorstehenden Beschreibung liegt in 1A bis 1E, die den vorliegenden Aufbau erläutern, das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31, wie vorstehend beschrieben, in Bezug auf das Heizelement 2 so, daß das freie Ende der Position stromabwärtig zum Abschnittszentrum 3 (eine Linie, durch das Abschnittszentrum (Mitte) des Heizelementes geht und die Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungspfades rechtwinklig kreuzt) gegenüber liegt, die das Heizelement 2 in einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Abschnitt teilt. Durch diese Anordnung wird der Druck oder die Blase, die wesentlich zum Flüssigkeitsausstoß beitragen, und auf der Seite stromabwärts dem Abschnittszentrum von Position 3 des Heizelementes erzeugt werden, vom beweglichen Element 31 aufgenommen und der Druck und die Blase können zur Auslaßöffnung geleitet werden, was eine grundsätzliche Verbesserung der Ausstoßleistung und der Ausstoßkraft zur Folge hat. Weiterhin wird die Seite stromaufwärtig der vorstehend beschriebenen Blase genutzt, um zusätzlich eine Vielzahl von Vorteilen zu erreichen. Weiterhin wird bei dem vorliegenden Aufbau berücksichtigt, daß eine sofortige mechanische Verschiebung des freien Endes des beweglichen Elementes 31 wirksam zum Flüssigkeitsausstoß beiträgt.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Es wird eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1A bis 1E beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Hauptprinzip beim Flüssigkeitsausstoß dasselbe wie in der vorhergehenden Beschreibung.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 1A bis 1E gezeigt, um einen Flüssigkeitsstrom aufgrund einer Druck welle in Verbindung mit der Ausbildung von Blasen im Blasenerzeugungsbereich 11, der zwischen dem beweglichen Element 31 und einem Heizelement 2 gelegen ist, daran zu hindern, die benachbarte Düse zu erreichen, eine Seitenwand 62 weiter stromaufwärtig des Hinterendes des Heizelementes 2 angeordnet. Weiterhin erstreckt sich die stromaufwärtige Seite der Seitenwand 62 bis zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 und darüber ist der Abschnitt 61 ohne eine Wand angeordnet.
  • Bei dem in 1C dargestellten Blasenwachstumsprozeß, blockieren oder unterbinden mit dieser Anordnung das bewegliche Element 31 und die Wand 62 den Flüssigkeitsstrom zu einer Düse, die stromaufwärtig und in der Nachbarschaft angeordnet ist, und unterbindet das Wandern der Flüssigkeit zur stromaufwärtigen Seite durch Verschiebung des beweglichen Elementes 31. Als Ergebnis dieser Anordnung wird das Rückzugsvolumen des Meniskus beim Prozeß des Verschwindens der Blase 40 reduziert. Weiterhin beendet das bewegliche Element 31 unterwegs, wenn das bewegliche Element auf die obere Wand 60 der Düse oder ein Konstruktionsteil der Düse (Vorsprung oder Ähnliches) trifft oder wegen der Starrheit des beweglichen Elementes selbst seine Verschiebung und das Abwandern von Flüssigkeit zur stromaufwärtigen Seite im Prozeß des Blasenwachstums und zur benachbarten Düse kann wirksam verhindert werden.
  • Beim Prozeß des Blasenschrumpfens, wie 1D dargestellt, verschwindet der Strömungswiderstand der Flüssigkeit, der durch die Seitenwand 62 erzeugt, wird im Wesentlichen, sobald Flüssigkeit (VD1) auch vom oberen Teil des Blasenerzeugungsbereiches 11 zugeführt wird, und das Nachfüllen bis zur Düse kann in recht kurzer Zeit erledigt werden. Daher wird die Zuführungsleistung, verglichen mit der konventionellen Düse, wo die obere Wand 60 der Düse sich bis zur gleichen Position erstreckt, wie das hintere Ende der Seitenwand, dramatisch verbessert.
  • Auf diese Weise wird mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit der konventionellen Düse, das Abwandern von Flüssigkeit zur stromaufwärtigen Seite unterdrückt und die Nachfüllfrequenz (Kehrwert der Zeit von der Blasenerzeugung bis zum Zurückziehen des Meniskus in die Mündung) wird durch die verbesserte Zuführung verbessert. Da weiterhin das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31 sich bis zur stromabwärtigen Seite des Heizelementes 2 erstreckt, kann das Wachstum der Blase 40 zur Auslaßöffnung geleitet werden, was eine Verbesserung der Ausstoßkraft zur Folge hat. Unterdessen kennzeichnet die Düse in der vorliegenden Erfindung einen Flüssigkeitsströmungspfad 10 von der Mündung bis zur stromaufwärtigen Seite der Seitenwand 62 und der Abschnitt 61 mit der fehlenden oberen Wand und der Seitenwand 62 gehört nicht dazu.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Eine zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6A bis 6E beschrieben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zur Konstruktion der ersten Ausführungsform, wie in 6A bis 6E gezeigt, das bewegliche Element 31 bis in die Nähe des Zentrums des Heizelementes 2 zurückgezogen. Die stromaufwärtige Seite der Seitenwand 62 wird bis in das Innere der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 erweitert und der Abschnitt 61 ohne die obere Wand ist darüber angeordnet.
  • Bei dieser Anordnung blockieren oder unterbinden, durch die Verschiebung, des beweglichen Elementes 31, das bewegliche Element 31 und die Seitenwand 62 den Flüssigkeitsstrom zur benachbarten Düse von der stromaufwärtigen Seite des zweiten Flüssigkeitsströmungspfades 10b und die Flüssigkeitsbewegung in Stromaufwärtsrichtung ist, unterbunden. Als Ergebnis dieser Anordnung wird das Rückzugsvolumen des Meniskus im Prozeß des Verschwindens der Blase 40 verringert. Außerdem hört das bewegliche Element 31 unterwegs auf, sich zu verschieben, wenn das bewegliche Element auf die obere Wand 60 der Düse oder Konstruktionsteile in der Düse (Vorsprung oder Ähnliches) trifft oder durch die Starrheit des beweglichen Elementes selbst und die Flüssigkeitsbewegung im Prozeß des Blasenwachstums zu stromaufwärtigen Seite oder zur benachbarten Düse kann wirksam unterbunden werden.
  • Im Prozeß des Schrumpfens der Blase, wie in 6A bis 6E dargestellt, verschwindet der Strömungswiderstand der Flüssigkeit, der von der Seitenwand 62 erzeugt wird, größtenteils, sobald Flüssigkeit (VD1) von oberhalb des Blasenerzeugungsbereiches 11 zugeführt wird und das Nachfüllen bis zur Düse kann in recht kurzer Zeit beendet werden. Entsprechend kann, verglichen mit der konventionellen Düse, bei der die obere Wand der Düse sich bis zur gleichen Position, wie das hintere Ende der Seitenwand erstreckt, die Nachfüllleistung dramatisch verbessert werden. Genauer, in der vorliegenden Ausführungsform ist im Zustand des Blasenschrumpfens, wie in 6D gezeigt, da der Aufbau so gestaltet ist, daß der Flüssigkeitsstrom von oberhalb des Blasenerzeugungsbereiches 11 nur begrenzten Einfluß auf die Seitenwand 62 und das bewegliche Element 31 hat, der Strömungswiderstand in stromaufwärtigen Richtung extrem klein, was es der Flüssigkeit VD1 gestattet, leicht zugeführt zu werden, wodurch die Nachfüllfrequenz mehr verbessert wird, als es bei der ersten Ausführungsform der Fall war. Weiterhin, da die Seitenwand vorwiegend im Blasenerzeugungsbereich 11 existiert, und die Seitenwand im Strömungspfad 10 etwas kürzer ist, werden die Nachfülleigenschaften stärker verbessert.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Eine dritte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 7A bis 7E beschrieben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 7A dargestellt, auf gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform eine Wand 62 aufgebaut, mit einer Höhe auf der stromaufwärtigen Seite bis zu der Höhe, auf die das bewegliche Element 31 sich verschiebt, und deren Ende bis zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer verlängert ist, und der Abschnitt 61 ohne Wand ist darüber angeordnet. Ähnlich der zweiten Ausführungsform ist das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31 bis in die Nähe der Mitte des Heizelementes 2 zurückgezogen.
  • In dieser Anordnung blockieren oder unterbinden das bewegliche Element 31 und die Seitenwand 62, in dem in 7C dargestellten Prozeß des Blasenwachstums durch Verschiebung des beweglichen Elementes 31 den Flüssigkeitsstrom zur Düse in der stromaufwärtigen Seite und in die Nachbarschaft und eine Wechselbeeinflussung wird verringert und eine Flüssigkeitsbewegung zur stromaufwärtigen Seite wird unterbunden. Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform im Zustand des Blasenschrumpfens, wie in 7D dargestellt, Flüssigkeit (VD1) aus dem Blasenerzeugungsbereich 11 zugeführt, die nicht übermäßig durch die Seitenwand 62 und das bewegliche Element 31 beeinflußt ist. Weiterhin, da das bewegliche Element 31 in der stromabwärtigen Seite des Blasenerzeugungsbereiches 11 nicht existiert, ist der Strömungswiderstand klein mit dem Ergebnis einer Verbesserung der Nachfüllfrequenz und die Ausstoßleistung ist höher als in der ersten Ausführungsform.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Eine vierte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 8A bis 8E beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform ist, wie in 8A dargestellt, ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform, die Seitenwand 62 in ihrer Höhe auf der stromaufwärtigen Seite bis zu der Höhe erhöht, bis zu der das bewegliche Element 31 sich verschiebt aber der obere Teil des Hinterendes der Seitenwand 62 schräg angeschnitten, um sowohl die Blockierungseigenschaften gegen die stromaufwärtige Seite und die Nachbarschaft als auch die Nachfülleigenschaften weiter zu verbessern.
  • Weiterhin wird die obere Wand 60 auf der stromabwärtigen Seite umso höher je näher sie der Auslaßöffnung 18 kommt.
  • Durch diese Anordnung blockieren oder unterbinden das bewegliche Element 31 und die Seitenwand 62 im Stadium des Blasenwachstums, wie in 8C dargestellt, durch das Verschieben des beweglichen Elementes 31 den Flüssigkeitsstrom zur Düse in die stromaufwärtige Seite und in die Nachbarschaft, um eine Wechselbeeinflussung zu verringern und die Flüssigkeitsbewegung zur stromaufwärtigen Seite wird unterbunden und die Ausstoßleistung kann weiter verbessert werden als in der dritten Ausführungsform. Weil weiterhin im Stadium des Blasenschrumpfens, wie in 8D dargestellt, Flüssigkeit (VD1) vom Blasenerzeugungsbereich 11 ohne übermäßigen Einfluß von der Seitenwand 62 und dem beweglichen Element 31 zugeführt wird, verbessert sich die Nachfüllfrequenz mehr als in der dritten Ausführungsform.
  • Weiterhin liegt, ähnlich wie in der zweiten und der dritten Ausführungsform, der Gelenkpunkt 33 des beweglichen Elementes 31 nahe dem Heizelement auf der stromabwärtigen Seite der Seitenwand 62 und das sich zum Zeitpunkt, wenn das bewegliche Element 31 sich verschiebt, zur stromaufwärtigen Seite bewegende Flüssigkeitsvolumen ist klein, folglich kann das Zurückziehen des Meniskus weiter unterbunden werden. Weiterhin bedeutet eine solche Verringerung der Flüssigkeit, die sich zur stromaufwärtigen Seite bewegt, eine geringere Reaktion der Flüssigkeit, die sich zum Zeitpunkt des Nachfüllens zur Auslaßöffnung bewegt und dieser Vorteil verbessert weiter die Nachfülleigenschaften. Mehr noch, der Einfluß auf die benachbarte Düse wird begrenzt und das Element der Instabilität durch Wechselwirkung zwischen den Düsen kann verringert werden.
  • [Fünfte Ausführungsform]
  • Die Materialien der Bauelemente des Flüssigkeitsausstoßkopfes in den vorbeschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 werden abhängig von der Einsatzsituation der Materialien ausgewählt, aber die Verbesserung der Beständigkeit der charakteristischen Merkmale des beweglichen Elementes und der Aufbau des Strömungspfades und der Flüssigkeitskammer in einer hochdichten Anordnung, wo thermische Ausdehnungsbedingungen vereinbar gemacht werden sollen, ist wichtig. Danach wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit Bauelementen, die der Zielstellung entsprechen, beschrieben.
  • 9 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung des Flüssigkeitsströmungspfades eines Flüssigkeitsausstoßkopfes zur Beschreibung der Grundstruktur des Flüssigkeitsausstoßkopfes der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 9 dargestellt, weist der Flüssigkeitsausstoßkopf ein Grundsubstrat 1 mit einer Vielzahl von Heizelementen 2 (nur eines ist in 9 gezeigt) zur Abgabe von thermischer Energie zur Blasenerzeugung an die Flüssigkeit auf, die parallel angeordnet sind, ein Dach 50, das auf das Grundsubstrat 1 verschweißt ist und eine Düsenplatte 63, die auf die Vorderseiten des Grundsubstrates 1 und des Daches 50 aufgeschweißt sind.
  • Das Grundsubstrat 1 ist ein Substrat aus Silizium oder Ähnlichem, auf das ein Siliziumdioxidfilm oder Siliziumnitridfilm zur Isolation und Wärmespeicherung aufgebracht ist und eine elektrische Widerstandsschicht und eine Verdrahtung sind darauf durch Aufbringen einer Maske aufgebracht, um das Heizelement 2 zusammenzusetzen. Über die Verdrahtung wird Spannung an die Widerstandsschicht angelegt und das Heizelement 2 wird erhitzt, wenn Strom an die elektrische Widerstandsschicht angelegt wird.
  • Das Dach 50 dient zum Zusammenfügen einer Vielzahl von Flüssigkeitsströmungspfaden 10 entsprechend jedem der Heizelemente 2, eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 zur Zuführung von Flüssigkeit in jedem Flüssigkeitsströmungspfad 10 und eine Seitenwand 62, die sich zwischen dem Dach und jedem der Heizelemente erstreckt, sind als integraler Aufbau ausgebildet. Das Dach 50 wird aus Material der Siliziumgruppe gebildet und kann durch Ätzen des Abschnittes des Flüssigkeitsströmungspfades 10, nachdem eine Maske des Flüssigkeitsströmungspfades 10 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 durch Ätzen erarbeitet wurde, und dem das Aufbringen von Material, wie z.B. Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder Ähnliches, für die Ausbildung der Seitenwand 62 auf dem Siliziumsubstrat nach einem bekannten Filmbildungsverfahren, wie z.B. CVD (chemical vapor deposition – chemisches Aufdampfverfahren) oder Ähnliches geformt werden.
  • Die Düsenplatte 63 weist eine Vielzahl angeformter Auslaßöffnungen auf, die mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 über entsprechende Flüssigkeitsströmungspfade 10, die zu je dem der Flüssigkeitsströmungspfade gehören in Verbindung gebracht werden. Die Düsenplatte 63 ist ebenfalls aus Material der Siliziumgruppe hergestellt und wird z.B. durch Schneiden des Siliziumsubstrates geformt, wodurch die Auslaßöffnung 18 zu einer Dicke von 10 bis 150 μm ausgeformt worden ist. Unterdessen ist die Düsenplatte kein unentbehrliches Bauteil für die vorliegende Erfindung und anstatt eine Düsenplatte 63 bereit zustellen, kann ein Dach mit einer Auslaßöffnung auch so hergestellt werden, daß wenn der Flüssigkeitsströmungspfad 10 auf dem Dach 50 angeformt wird, eine Wand mit der Dicke entsprechend der Dicke der Düsenplatte 63 an der Vorderkante des Daches 50 belassen wird und die Auslaßöffnung 18 darin ausgebildet wird.
  • Weiterhin weist der Flüssigkeitsausstoßkopf ein dort angebrachtes auslegerförmiges bewegliches Element 31 auf und das bewegliche Element ist dem Heizelement 2 zugewandt angeordnet, so daß ein erster Flüssigkeitsströmungspfad 10a, der mit dem Flüssigkeitsströmungspfad 10 mit der Auslaßöffnung 18 in Verbindung steht, von einem zweiten Flüssigkeitsströmungspfad 10b mit dem Heizelement 2 getrennt ist. Das bewegliche Element 31 ist ein Dünnfilmaufbau aus einem Material der Siliziumgruppe, wie z.B. Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder Ähnliches.
  • Das bewegliche Element 31 weist einen Gelenkpunkt 33 auf der stromaufwärtigen Seite des starken Flüssigkeitsstromes durch den Ausstoßvorgang der Flüssigkeit von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur Auslaßöffnung 18 über das bewegliche Element 31 auf und ist an einer dem Heizelement 2 zugewandten Stelle vom Heizelement 2 in einem vorbestimmten Abstand entfernt angeordnet und zwar so, daß es das Heizelement 2 so bedeckt, daß das Vorderende 32 in der in Bezug auf den Gelenkpunkt 10 stromabwärtigen Seite gehalten werden kann. Der Abschnitt zwischen dem Heizelement 2 und dem beweglichen Element 31 ist der Blasenerzeugungsbereich 11.
  • Wie schon vorstehend beschrieben, da der Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung Siliziumnitrid (SiN) als Material für jedes seiner Bauteile verwendet, kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber Tinte verbessert werden und Probleme der mechanischen Eigenschaften in Zusammenhang mit der Differenz des linearen Ausdehnungsverhältnisses können gelöst werden.
  • Beispiel des Herstellungsverfahrens eines Flüssigkeitsausstoßkopfes
  • Es wird nun ein Beispiel des Herstellungsverfahrens für den Flüssigkeitsausstoßkopf beschrieben. Wenn ein Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt wird, indem das bewegliche Element, die Düsenwand, und die Düsenöffnungsplatte als getrennte Bauteile hergestellt und dann auf einem Grundsubstrat montiert werden, ist eine hochdichte Anordnung extrem schwierig in Hinblick auf die Schwierigkeit der Montage und der damit verbundenen hohen Präzision. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Probleme der mechanischen Eigenheiten (Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Grundsubstrat und dem Düsendach und Ähnliches) und Probleme der Montage (Festkleben des beweglichen Elementes, Befestigung des Düsendaches, besondere Schwierigkeiten bei der Befestigung, wenn das Dach ein bewegliches Element aufweist) werden in einem Zug gelöst, indem jedes der vorgenannten Bauelemente in einen Filmbildungsprozeß einbezogen wird und die hochdichte Anordnung der Heizelemente auf dem Grundsubstrat wird erreicht und erlaubt die Realisierung von hochdichten Ausstoßdüsen.
  • 10A1, 10A2 bis 10F2 und 11G1, 11G2 bis 11I1, 11I2 sind Prozeßflußdiagramme eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens für einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Ausführungsform. In den 10A1, 10B1, 10C1, 10D1, 10E1, 10F1, 11G1, 11H1 und 11I1 sind Vorder-Schnittansichten und 10A2, 10B2, 10C2, 10D2, 10E2, 10F2, 11G2, 11H2 uns 11I2 sind Seiten-Schnittansichten.
  • In 10A1 und 10A2 wird zuerst mit dem CVD-Verfahren bei Temperaturbedingungen von 350°C PSG (Phosphorsilikatglas) auf dem Substrat 208 aufgebracht. Die Filmdicke des PSG-Films 201 stimmt zuletzt mit dem Zwischenraum zwischen dem beweglichen Abschnitt des beweglichen Elementes und dem Heizelement überein und wird auf einen Wert, bei dem der Vorteil des beweglichen Elementes am sichtbarsten ist, zwischen 1 bis 20 μm im Gleichgewicht mit dem Strömungspfad als Ganzes geregelt.
  • In 10B1 und 10B2 wird dann der PSG-Film 201 mit einem Wirbel-Beschichter mit Deckmittel zur Maskenbildung überzogen, dann belichtet und entwickelt. Durch diese Behandlung wird das Deckmittel in dem Abschnitt, der dem festen Abschnitt des beweglichen Elementes entspricht, entfernt. Dann wird der PSG-Film 201 auf dem Abschnitt ohne Deckmittel durch Naßätzen mit gepufferter Flußsäure entfernt. Das restliche Deckmittel wird dann durch Plasmaabtragung durch Sauerstoffplasma oder durch Tränken mit Deckmittelsubstanz entfernt.
  • In 10C1 und 10C2 wird auf das so behandelte Substrat 208 durch Bedampfung ein SiN Film 202 in einer Dicke von 1 bis 10 μm aufgebracht. Die Zusammensetzung des SiN Filmes 202 soll am besten mit Si2N4 sein, aber es sollte zur Wirkung auf bewegliche Elemente genügen, wenn die Einstellung im Bereich Si: 1 und N: 1 bis 1,5 liegt. Der SiN Film 202 wird allgemein in Halbleiterprozessen verwendet und weist alkalibeständige und säurebeständige Eigenschaften, Chemikalienbeständigkeit und auch Tintenbeständigkeit auf. In anderen Worten das Herstellungsverfahren für den Film 202 ist nicht eingeschränkt bei der Schaffung der Struktur und der Zusammensetzung, die die optimalen Eigenschaften als Material für bewegliche Elemente verwirklichen. Zum Beispiel ist das Verfahren zur Ausbildung des SiN Filmes 202 nicht auf das vorgenannte Aufdampfverfahren beschränkt und der Film kann ebenso durch atmosphärisches CVD, LPCVD, Bias ECRCVD, Mikrowellen CVD oder ein Beschichtungsverfahren hergestellt werden. Weiterhin wird bei der Herstellung des SiN Filmes 202 die prozentuale Zusammensetzung des Filmes in der Herstellung von Vielschichtstrukturen in Stufen verändert, um die Eigenschaften, wie z.B. physikalische Eigenschaften wie Beanspruchung, Starrheit, Young's Modul und Ähnliches und chemische Eigenschaften wie Alkalibeständigkeit, Säurebeständigkeit und Ähnliches zu verbessern, um die Nutzanwendung zu erfüllen. Alternativ können bei der Herstellung einer Vielschichtstruktur in Stufen Verunreinigungen hinzugefügt werden oder Verunreinigungen können zu einer Einzelschicht hinzugefügt werden.
  • In 10D1 und 10D2 wird weiterhin, um eine Beschädigung des beweglichen Elementes zu verhindern, wenn im nächsten Prozeß die Strömungspfadwand geätzt wird, ein Schutzfilm 203 aufgebracht. Wenn nämlich das bewegliche Element und die Wand des Strömungspfades aus in wesentlich gleichem Material bestehen, kann das bewegliche Element auch geätzt werden, wenn die Wand des Strömungspfades durch Ätzung geformt wird und ein Schutzfilm ist für den Vorsprung erforderlich. In dieser Ausführungsform wird A1 Film als Schutzfilm 203 in einer Dicke von 2 μm durch Aufdampfung hergestellt.
  • In 10E1 und 10E2 wird dann, um den SiN Film 202 und darauf den Schutzfilm gegen Beschädigung 203, der ein A1 Film ist, herzustellen in einer vorbestimmten Form eine Deckschicht mit einem Wirbelbeschichter oder Ähnlichem zur Maskenbildung aufgebracht. Dann werden der A1 Film 203 und der SiN Film 202 einer Ätzung ausgesetzt, um das bewegliche Element durch Trockenätzung unter Verwendung von CF4 Gas oder Ähnlichem, reaktive Ionenätzung oder Ähnliches zu formen.
  • In 10F1 und 10F2 wird nun der SiN Film 207 als Material für die Wand des Strömungspfades und die Düsenplatte bis zu einer Dicke von 20 bis 40 μm durch das CVD-Verfahren oder durch das Mikrowellen CVD-Verfahren, wenn eine Hochgeschwindigkeitsfilmbildung besonders erforderlich ist, angeformt. Der Film 207 wird nach der Maskenausbildung zur Strömungspfadwand oder zum Düsenbereich. Der SiN Film 207 wird nicht durch normale Filmeigenschaften, wie sie in normalen Halbleiterprozessen erforderlich sind beeinflußt, wie z.B. Mikrolochdichte und Filmdichte. Der Film ist nämlich, solange die Tintenbeständigkeitswerte und die mechanische Festigkeit zufrieden stellend genug sind als Strömungspfadwand zur der Tinte verwendbar und eine leichte Erhöhung der Mikrolochdichte durch Hochgeschwindigkeitsfilmformung oder Ähnliches spielt dagegen keine Rolle. Obwohl die vorliegende Ausführungsform mit SiN Film beschrieben wurde, ist das Material für die Strömungspfadwand nicht auf den SiN Film beschränkt und wie vorher beschrieben, sind SiN Film der Verunreinigungen enthält oder SiN Film mit unterschiedlicher Zusammensetzung verwendbar, solange die mechanischen Eigenschaften und die Tintenbeständigkeitswerte eingehalten werden und Diamantfilm amorpher Kohlenhydridfilm (Diamant-Kohlenstoff-Film) und anorganischer Film aus der Tonerde-Gruppe, der Zirkonerde-Gruppe oder Ähnliches können verwendet werden.
  • In 11G1 und 11G2 wird dann, um den SiN Film 207 in einer vorbestimmten Form herzustellen, Deckmittel durch einen Wirbelbeschichter oder Ähnliches zur Maskenausbildung aufgebracht. Der Film wird dann einer Trockenätzung mit CF4-Gas oder einer reaktiven Ätzung unterworfen. Alternativ ist ICP-Ätzung (induktiv gekoppeltes Plasma) für die Ätzung des Dickfilms 207 von Standpunkt der Hochgeschwindigkeitsätzungseigenschaften am besten geeignet. Nach der Ätzung wird die verbliebene Deckschicht durch Plasmaabtragung mit Sauerstoffplasma oder durch Tränken in Decklackentferner beseitigt. Die Strömungspfadwand 204 ist somit ausgebildet.
  • In 11H1 und 11H2 wird nun der Beschädigungsschutzfilm 203 auf dem beweglichen Element durch Naßätzung oder Trockenätzung entfernt. Hier spielt das Verfahren keine Rolle, solange der Beschädigungsschutzfilm 203 entfernt wird. Weiterhin, wenn der Film aus hochgradig tintenbeständigem Material wie Ta gebildet wird, muß der Film nicht entfernt werden, solange der Beschädigungsschutzfilm 203 die Eigenschaften des beweglichen Elementes nicht negativ beeinflußt.
  • In 11I1 und 11I2 wird der SPG-Film auf der untersten Schicht des beweglichen Elementes durch gepufferte Flußsäure entfernt und damit ist das bewegliche Element 205 in seiner vorbestimmten Form hergestellt. An das so hergestellte bewegliche Element wird die Düsenplatte 63 und das Dach 50 angeschweißt, um den Flüssigkeitsausstoßkopf herzustellen.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren werden die Strömungspfadwand und das bewegliche Element gleichzeitig auf einem Substrat ausgeformt, jedoch kann die Düsenplatte ebenfalls zur gleichen Zeit ausgebildet werden. Es kann nämlich, anstatt die Strömungspfadwand 204 in der in 11G1, 11G2 bis 11I1, 11I2 dargestellten Weise herzu stellen, die Wand der Lochplatte 206 zur gleichen Zeit in einer Dicke von 2 bis 30 μm hergestellt werden, wie in 12G1, 12G2 bis 12J1, 12J2 dargestellt ist. Dann wird ein Loch durch einen Anwendungsprozeß mit einem Excimer-Laser in die Wand gebohrt. Durch Verwendung eines KrF Excimer-Lasers, der eine Photoenergie von 115 kcal/mol aufweist, die höher ist als die Bandtrennungsenergie von 105 kcal/mol des SiN wird nämlich die Molekularbindung des SiN zerschnitten und die Auslaßöffnung 18 ausgebildet. Da dieser Prozeß nicht-thermisch ist, kann eine hoch präzise Bearbeitung ohne eine Wärmesenke oder Karbonisierung um den Arbeitsbereich herum ausgeführt werden.
  • Mit dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren kann folgender Vorteil erreicht werden.
    • 1. Die Befestigung des beweglichen Elementes und des Daches kann mit Präzision ausgeführt werden (gemäß der Photolithographie).
    • 2. Hochdichte Ausstoßdüsen können hergestellt werden. Konventionell war die Befestigung des beweglichen Elementes schwierig z.B. bei 1200 dpi.
    • 3. Ein Kleben des beweglichen Elementes ist unnötig und Flecken durch Kleber und Bindemittel können vermieden werden.
    • 4. Da jedes Bauteil als integrales Teil ausgebildet ist, wird das Problem von Verunreinigungen beseitigt.
    • 5. Keine Kratzer auf dem Grundsubstrat. Konventionell werden bei der Montage jedes der Bauteile auf dem Grundsubstrat oft Kratzer erzeugt.
    • 6. Wenn gleichzeitig die Düsenplatte mit eingeschlossen ist, kann eine Bearbeitung mit Excimer-Laser angewendet werden.
    • 7. Wenn gleichzeitig der Treiber Tr (LDMOS) auf dem Grundsubstrat integriert wird, kann eine hochdichte Anordnung der Heizelemente erreicht werden.
  • [Andere Ausführungsformen]
  • 13A, 13B, 14A bis 14C, 15A bis 15D sind Darstellungen, die die Herstellungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach der vorliegenden Erfindung erläutern.
  • Zuerst wird auf dem Grundsubstrat 71a der vorbeschriebenen Struktur der PSG-Film 71b mit einer Dicke von 5 μm (siehe 13A) unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens aufgebracht und das Substrat dann unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie Photolithographie oder Ähnliches maskiert. Dann wird unter Verwendung des μW-CVD-Verfahrens (chemische Mikrowellenbedampfung) das bewegliche Element 76 aus SiN-Film von ungefähr 5 μm Dicke hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt sind der PSG-Film und das bewegliche Element 76 im dem Stadium, wo Abschnitte im Strömungspfad 77 mit einem kammförmigen Muster versehen worden sind (siehe 13B).
  • Nun wird, nachdem Aufbringen eines thermisch oxidierten SiO2-Films 73b, ungefähr 1 μm dick, auf beide Oberflächen des Siliziumwafers 73a das Siliziumsubstrat, das zu dem Dach 73 wird, hergestellt, indem der Abschnitt, der die gemeinsame Flüssigkeitskammer wird, nach einem bekannten Verfahren, wie z.B. Photolithographie oder Ähnliches maskiert wird. Auf dem Siliziumsubstrat wird eine Schicht 73 aus SiN oder Ähnliches, die zur Strömungspfadwand 79 wird, in einer Dicke von ca. 20 μm mit dem μW-CVD-Verfahren aufgebracht (siehe 14A). Dann wird unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z.B. Photolithographie oder Ähnlichem der Düsenabschnitt und der Strömungspfadabschnitt maskiert und eine Rinnenstruktur unter Verwendung einer Ätzvorrichtung mit induktiv gekoppeltem Plasma eingeätzt. Danach wird unter Verwendung von TMAH (Tetramethylamoniumhydroxid) eine Durchbruchätzung des Siliziumwafers durchgeführt, um das Siliziumdach 73 fertigzustellen, das mit der Düsenplatte zusammengefaßt ist (siehe 14B). 14C ist eine perspektivische Ansicht des fertigen Daches 73.
  • Ein hohlraumbildungsfester Film, der an der Nahtstelle des Daches 73 mit dem Grundsubstrat 71 angeordnet ist, wird unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, wie z.B. Photolithographie oder Ähnliches maskiert. Dann werden die Nahtstellen des Grundelementes 71 und des Daches 73 mit Ar Gas oder Ähnliches in einer Vakuumatmosphäre bestrahlt, um die Oberflächen der Nahtstellen in einen aktiven Zustand zu bringen und die Nahtstellen werden bei Raumtemperatur verschweißt, wie in 15A, 15B dargestellt. 15A ist eine seitliche Schnittansicht, die ein Stadium darstellt, wo das Grundsubstrat 71 und das Dach 73 miteinander verschweißt sind und 15B ist eine vordere Schnittansicht davon. Wie aus 15B ersichtlich sind der Flüssigkeitsströmungspfad 77, die gemeinsame Flüssigkeitskammer 78 und die Zuführungsöffnung 81 auf dem Dach 73 zum Zeitpunkt, wenn das Grundsubstrat und das Dach miteinander verschweißt werden, angeformt, aber die Öffnung 75 muß noch angebracht werden. Nun wird, wie in 15C dargestellt, die Öffnung 75 durch Ionenstrahlbearbeitung mit Hilfe der Maske 100 in einer Vakuumatmosphäre ausgebildet (siehe 15D). Dann wird, um einen Spalt zur Herstellung eines Anfangsblasenerzeugungsbereiches zwischen dem Heizelement und dem beweglichen Element zu erhalten, der PSG-Film 71a durch Naßätzung entfernt. Auf diese Weise wird der Flüssigkeitsausstoßkopf hergestellt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Tinte nur von einem Ausstoßkopf ausgestoßen, der mit einem Flüssigkeitsströ mungspfad mit einem angesteuerten Heizelement darin verbunden ist. Weiterhin sind das Grundsubstrat 71, das Dach 73 und das bewegliche Element 76 alle aus einem Material hergestellt, das Silizium enthält und da der thermische Ausdehnungskoeffizient der Teile im wesentlichen gleich ist, bleiben, selbst wenn deren Temperatur sich in Verbindung mit Hochgeschwindigkeitsdruck erhöht, die entsprechende Positionierungsgenauigkeit und die Hafteigenschaften jedes der Teile erhalten und erlauben einen stabilen Tintenausstoß in einem weiten Temperaturbereich und ein hochqualitativer Druck in hoher Effektivität ist möglich. Da weiterhin das Verschweißen des Substrates ohne die Verwendung von Klebemitteln ausgeführt wird, können Schwankungen des Strömungspfadwiderstandes und Verschlechterungen der Ausstoßleistung aufgrund des Abfließens von Klebemitteln in den Flüssigkeitsströmungspfad verhindert werden. Unterdessen, wenn das Grundsubstrat 71 und das Dach 73 aus einem siliziumhaltigen Material insbesondere mit anorganischen Verbindungen wie Siliziumnitrid oder Ähnliches gebildet werden, kann das Substrat und das Dach mit hoher Dichte und einfacher Verarbeitung hergestellt werden.
  • 16A bis 16E und 17A bis 17C erklären Beispiele von Herstellungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstoßkopf. Es werden nun nur die Punkte beschrieben, die sich von den vorausgegangenen Beispielen unterscheiden. 16A bis 16D sind vordere Schnittansichten, 16E und 17A bis 17C sind seitliche Schnittansichten.
  • Nach dem Aufbringen des PSG-Filmes 71b von ungefähr 5 μm Dicke auf das Substrat 71a (siehe 16A) wird das Substrat unter Verwendung eines bekannten Verfahrens wie z.B. Photolithographie oder Ähnliches maskiert. Dann wird das bewegliche Element 76, das SiN-Film von ungefähr 54 μm Dicke enthält, mit dem μW-CVD-Verfahren hergestellt. Der PSG-Film 71b und das bewegliche Element 76 sind in einem Stadium, wo nur der Abschnitt des Flüssigkeitsströmungspfades mit einer kammförmigen Maskierung versehen ist (siehe 16B). Eine Ätzstoppschicht (nicht gezeigt), bestehend aus einem Metallfilm von 1000 Å Dicke wird darauf mit einem Bedampfungsverfahren oder einem Verdunstungsverfahren aufgebracht. Dann wird die SiN-Schicht 71c, wo die Öffnung 75 und der Flüssigkeitsströmungspfad 77 angeformt werden sollen, in einer Dicke von ungefähr 20 μm unter Verwendung des μW-CVD-Verfahrens aufgebracht (siehe 16C). Nun wird mit dem bekannten Photolithographieverfahren oder Ähnliches der Bereich der Öffnung maskiert und eine Rinnenstruktur eingeätzt, wobei eine Ätzvorrichtung mit induktiv gekoppeltem Plasma verwendet wird, die den Metallfilm als Ätzstoppschicht verwendet. Auf diese Weise wird das Grundsubstrat 82 fertiggestellt (siehe 16D, 16E).
  • Andererseits wird auf dem Dach 83, das aus siliziumhaltigem Material hergestellt ist, eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 81 durch Siliziumwafer-Durchbruchätzung mittels TMAH aufgebaut. Das Grundsubstrat 82 und das Dach 83 werden durch Raumtemperaturschweißung miteinander verbunden, ähnlich wie bei dem vorhergehenden Beispiel (siehe 16A).
  • Dann wird die Öffnung 75 durch Excimer-Laser Bearbeitung unter Verwendung der Maske 100 ausgebildet (siehe 16B). Nun wird, um einen Zwischenraum, der den anfänglichen Blasenerzeugungsbereich zwischen dem Heizelement 72 und dem beweglichen Element 76 bilden soll, herzustellen, der PSG-Film 71b durch Naßätzung entfernt und der Flüssigkeitsausstoßkopf fertiggestellt (siehe 16C). Auf diese Weise wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Flüssigkeitsströmungspfad 77b und die gemeinsame Flüssigkeitskammer 81 auf der Seite des Grundsubstrates 82 und nicht auf dem Dach 83, ausgebildet.
  • Der Flüssigkeitsausstoßkopf, in der in 15D oder 17C dargestellten Form, ist in den folgenden Punkten extrem vorteilhaft. Der Flüssigkeitsausstoßkopf ist mit einem freitragenden beweglichen Element 72 aufgebaut, das dem Heizelement 72 zugewandt und direkt am Grundsubstrat 71 befestigt ist. Das bewegliche Element 76 weist eine Krümmung auf und der bewegliche Abschnitt des beweglichen Elementes 76 ist so angeordnet, daß durch die Krümmung ein vorbestimmter Schlitz gegenüber dem Substrat entsteht. Durch Ausbildung des beweglichen Elementes in einer solchen Form, kann das bewegliche Element fest gesichert werden und da ein Sockel nicht zur Bildung des Schlitzes mehr erforderlich ist, kann der Raum, der konventionell von dem Sockel beansprucht wird, als Teil der Flüssigkeitskammer verwendet werden und das Volumen der Flüssigkeitskammer wird leicht sichergestellt. Weiterhin, wenn das bewegliche Element in der vorgenannten Struktur aufgebaut ist, erfordert das bewegliche Element eine höhere Festigkeit als im konventionellen Aufbau und das bewegliche Element 76 in der vorliegenden Erfindung ist aus Dünnfilm aus einem Material der Siliziumgruppe oder Ähnlichem, wie z.B. Siliziumnitrid, Siliziumdioxid oder Ähnliches hergestellt. Da diese Materialien dem Nickel, das konventionell als Material für das bewegliche Element verwendet wird in der Festigkeit überlegen und auch in den Hafteigenschaften mit der isolierenden Schutzschicht auf der Oberfläche des Substrates überlegen sind, können diese Materialien in der vorgenannten Struktur stabile Eigenschaften nachweisen.
  • 18A, 18B, 19A bis 19C, 20A bis 20E erläutern weiterhin andere Beispiele von Herstellungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstoßkopf. Die vorliegenden Beispiele weisen einen Aufbau, ähnlich der vorhergehenden Beispiele auf, aber es wird Dünnfilm 84, der in den verschweißten Abschnitt 84a integriert ist, und eine Vielzahl von beweglichen Elementen 84b verwendet. Der Dünnfilm kann aus Material, das Silizium, wie z.B. SiN, SiC oder Ähnliches enthält ausgebildet sein und Metalle, deren Wärmeausdehnungskoeffizient näher bei dem von Si liegt, wie z.B. Ni, W, Ta, Pb, Mo, Cr, Mn, Fe, Co, Cu oder Ähnliches können als Material verwendet werden.
  • In anderen Worten, nach der Ausbildung des SiN-Filmes 85b auf dem Grundsubstrat 85a (siehe 18A) wird nur der untere Abschnitt des beweglichen Elementes, das nahe dem Heizelement gelegen ist, maskiert, um das Teilsubstrat 85 auszubilden (siehe 18B). Andererseits wird, nachdem eine thermisch oxidierter SiO2-Film 73b, von ungefähr 1 μm Dicke, auf beide Oberflächen des Siliziumwafers 73a wurde, der Abschnitt, der zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer wird, nach einem bekannten Verfahren, wie z.B. Photolithographie oder Ähnliches maskiert, um ein Siliziumsubstrat auszubilden. Dann wird auf das Siliziumsubstrat eine Filmschicht 3c aus SiN in einer Dicke von ungefähr 20 μm nach dem μW-CVD-Verfahren aufgebracht (siehe 19A), der Öffnungsabschnitt und der Abschnitt, des Flüssigkeitsströmungspfades nach einem bekannten Verfahren, wie z.B. Photolithographie oder Ähnliches maskiert und eine Rinnenstruktur wird mit einer Ätzvorrichtung mittels induktiv gekoppeltem Plasma ausgeätzt. Danach wird unter Verwendung von TMAH das Siliziumsubstrat einer Siliziumwafer-Durchbruchätzung ausgesetzt, um das Dach 73 fertigzustellen, das mit der Düsenplatte zu einem integrierten Bauteil zusammengefaßt ist (siehe 19B). 19C ist eine perspektivische Ansicht, die das fertig gestellte Dach 73 zeigt.
  • Dann werden die Nahtstellen des Grundsubstrates 85, des Daches 73 und des in 20A dargestellten Dünnfilmes 84 mit Ar Gas oder Ähnlichem in einer Vakuumatmosphäre bestrahlt, um deren Oberflächen in einen aktiven Zustand zu bringen, und das Grundsubstrat 85 und das Dach 73 werden über den Dünnfilm 84 laminiert und unter Raumtemperatur verschweißt. 20D stellt eine seitliche Schnittansicht des Grundsubstrates 85 und des Daches 73 im zusammengeschweißten Zustand dar. Dann wird, wie in 20E dargestellt, unter Verwendung der Maske 100 in einer Vakuumatmosphäre eine Ionenstrahlbehandlung durchgeführt, um die Öffnung 75 auszubilden. Auf diese Weise wird durch die Energie des Ionenstrahls die Öffnung 75 gebildet (siehe 20E). Dann wird, um einen Zwischenraum zu bilden, der den anfänglichen Blasenerzeugungsbereich zwischen dem Heizelement und dem beweglichen Element bilden soll, der PSG-Film 85b nach dem Naßätzverfahren entfernt. Damit ist der Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform fertiggestellt.
  • Bewegliches Element und Trennwand
  • 21A bis 21C stellen andere Formendes beweglichen Elementes 31 dar und die Zahl 35 stellt einen Schlitz dar, der in der Trennwand ausgebildet ist, durch die das bewegliche Element 31 gebildet wird. 21A ist eine rechteckige Form, 20B ist eine Form, bei der die Gelenkpunktseite schmaler ist, um einen leichtere Arbeitsweise des beweglichen Elementes zu gestatten und 20C ist eine Form, in der die Gelenkpunktseite breiter ist, um die Haltbarkeit des beweglichen Elementes zu verbessern.
  • In den vorangegangenen Ausführungsformen ist das plattenförmige bewegliche Element 31 und die Trennwand 30 mit dem beweglichen Element darauf aus Nickel mit einer Dicke von 5 μm hergestellt, aber das Material ist nicht darauf beschränkt und jedes Material, das Lösungsmittelbeständigkeit und Elastizität für eine vorteilhafte Arbeitsweise des beweglichen Elementes aufweist und das es erlaubt einen feinen Schlitz darauf anzubringen kann als Material zur Herstellung des beweglichen Elementes und der Trennwand geeignet sein.
  • Erwünschte Materialien für das bewegliche Element 31 sind Metalle von hoher Haltbarkeit, wie z.B. Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl, Phosphorbronze oder Ähnliches oder Legierungen davon, Harze mit Nitrilgruppen, wie z.B. Akrylonitril, Butadien, Styren oder Ähnliches, Harze mit Amidgruppen, wie z.B. Polyamid oder Ähnliches, Harze mit Karboxylgruppen, wie z.B. Polykarbonat oder Ähnliches, Harze mit Aldehydgruppen, wie z.B. Polyacetale oder Ähnliches, Harze mit Sulfogruppen, wie z.B. Polysulfon oder Ähnliches, andere Harze, wie z.B. Flüssigkristallpolymer oder Ähnliches oder Mischungen davon, Metalle mit hoher Tintenbeständigkeit, wie z.B. Gold, Wolfram, Tantal Nickel, Edelstahl, Titan oder Ähnliches oder Mischungen davon und bezüglich der Tintenbeständigkeit Materialien, die mit den vorgenannten Metallen überzogen sind, Harze mit Amidgruppen, wie z.B. Polyamid oder Ähnliches, Harze mit Aldehydgruppen, wie z.B. Polyazetale oder Ähnliches, Harze mit Ketongruppen, wie z.B. Polyether-Etherketon oder Ähnliches, Harze mit Imidgruppen, wie z.B. Polyimid oder Ähnliches, Harze mit Hydroxylgruppen, wie z.B. Phenolharz oder Ähnliches, Harz mit Ethylgruppen, wie z.B. Polyethylen oder ähnliches Harz mit Alkylgruppen, wie z.B. Polypropylen oder Ähnliches, Harz mit Epoxygruppen, wie z.B. Epoxydharz oder Ähnliches, Harz mit Aminogruppen, wie z.B. Melaminharz oder Ähnliches, Harz mit Methylolgruppen, wie z.B. Xylenharz oder Ähnliches oder Mischungen davon und Keramik, wie z.B. Siliziumdioxid oder Ähnliches und Mischungen davon.
  • Erwünschte Materialien für die Trennwand sind Harze mit guter Hitzebeständigkeit, guter Lösungsmittelfestigkeit und guten Eigenschaften zum Gießen, vertreten durch die letzten technischen Plaste, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Melaminharze, Phenolharze, Epoxydharze, Polybutadien, Polyurethan, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyallylat Polyimid, Polysulfon, Flüssigkristallpolymer (LCP) oder Ähnliches oder Mischungen davon oder Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Metalle, wie Nickel, Gold, Edelstahl oder Ähnliches oder Legierungen oder Mischungen davon oder jedes Material mit titan- oder goldbeschichteter Oberfläche.
  • Die Dicke der Trennwand 30 kann unter Berücksichtigung der Eigenschaften und Formen des Materials von dem Gesichtspunkt erfolgen, daß die Festigkeit als Trennwand erreicht und die gute Arbeitsweise des beweglichen Elementes 31 sichergestellt werden kann aber vorzugsweise beträgt die Dicke ungefähr 0.5 μm bis 10 μm.
  • Unterdessen ist die Größe des Schlitzes 35 zur Ausbildung des beweglichen Elementes 2 μm in der vorliegenden Ausführungsform, aber die Blasenflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit sind verschieden Flüssigkeiten und wenn beide Flüssigkeiten sich nicht mischen sollen, sollte die Schlitzbreite eine Größe aufweisen, daß sich zwischen beiden Flüssigkeiten ein Meniskus bilden kann, der den Fluß der entsprechenden Flüssigkeit unterbindet, um eine Vermischung zu verhindern. Zum Beispiel, wenn Flüssigkeit mit ca. 2 cp (Centipoise) als Blasenflüssigkeit verwendet wird, und eine Flüssigkeit von mehr als 100 cp als Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, kann ein Vermischen durch einen Schlitz von nur ungefähr 5 μm verhindert werden, aber vorzugsweise sollte der Schlitz 3 μm oder weniger sein.
  • Für das bewegliche Element 31 nach der vorliegenden Erfindung wird eine Dicke in der Größenordnung von μm (t μm) in Betracht gezogen und ein bewegliches Element mit einer Dicke in der Größenordnung cm ist außer Betracht. Für ein bewegliches Element mit der Dicke in der Größenordnung μm, wenn der Schlitz in der Größenordnung μm (W μm) sein soll, sollte bis zu einem gewissen Grade eine Streuung in der Herstellung berücksichtigt werden.
  • Wenn die Dicke des Elementes gegenüber dem freien Ende und/oder dem Seitenteil des beweglichen Elementes 31, das den Schlitz bildet, gleich der Dicke des beweglichen Elementes ist, kann die Beziehung zwischen der Schlitzbreite und der Dicke in einem Bereich, der hiernach beschrieben wird, eingestellt sein, wobei die Streuung bei der Herstellung beachtet wird, so daß eine Vermischung zwischen der Blasenflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit verhindert werden kann. Das wird, obgleich unter eingeschränkten Bedingungen durch die Konstruktion so möglich, daß als ein Gesichtspunkt des Entwurfs, wenn hochviskose Tinte (5 cp, 10 cp oder o.ä.) gegenüber einer Blasenflüssigkeit mit einer Viskosität von 3 cp oder weniger verwendet wird und wenn die Arbeitsweise so eingerichtet werden kann, daß die Formel W/t ≤ 1 erfüllt ist, das Vermischen für lange Zeit unterbunden werden kann. Der Schlitz in der Größenordnung vom μm kann viel sicherer den "praktisch geschlossenen Zustand" nach der vorliegenden Erfindung realisieren.
  • Wenn die Flüssigkeitsfunktion, wie vorstehend beschrieben, in eine Blasenflüssigkeit und eine Ausstoßflüssigkeit getrennt ist, arbeitet das bewegliche Element praktisch als Trenneinrichtung. Wenn sich das bewegliche Element in Verbindung mit der Blasenbildung bewegt, wird beobachtet, daß sich Blasenflüssigkeit in geringer Menge in die Ausstoßflüs sigkeit mischt. Von dem Standpunkt gesehen, daß die Dichte des Farbstoffes in der Ausstoßflüssigkeit zur Erzeugung eines Bildes im Allgemeinen ungefähr 3% bis 5% beträgt, ist im Falle der Tintenstrahlaufzeichnung, selbst wenn die Blasenflüssigkeit in dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen in einer Größenordnung von 20% oder weniger enthalten ist, ist die Schwankung der Konzentration der ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen begrenzt. Demgemäß ist eine gemischte Flüssigkeit, wie die Mischung von Blasenflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit, die Blasenflüssigkeit in einem Verhältnis von 20% oder weniger enthält, im Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
  • Unterdessen ist in der Ausführungsform mit dem vorgenannten Aufbau, selbst wenn die Viskosität sich verändert, die obere Grenze eine Mischung von 15% Blasenflüssigkeit und bei einer Blasenflüssigkeit von 5 cp oder weniger ist die obere Grenze des Mischungsverhältnisses, wenn auch abhängig von der Ansteuerfrequenz, ungefähr 10%. Speziell, wenn die Viskosität der Ausstoßflüssigkeit auf 20 cp oder weniger verringert wird, kann die Mischung weiter verringert sein (z.B. 5% oder weniger).
  • Nun wird die Beziehung in der Anordnung des Heizelementes und des beweglichen Elementes im Kopf beschrieben. Bei der optimalen Anordnung des Heizelementes und des beweglichen Elementes wird es möglich, daß der Druck zum Zeitpunkt der Blasenbildung durch das Heizelement effektiv als Ausstoßdruck verwendet werden kann.
  • Beim Tintenstrahlverfahren oder bei dem in der konventionellen Technik sogenannten Bubble-Jet-Verfahren, wo Wärmeenergie oder Ähnliches zur Tinte zuerst an die Tinte übergeben wird, die Tinte dann einer Zustandsänderung, begleitet von einer abrupten Volumenänderung unterliegt (Bildung von Blasen) und durch die Wirkung der auf der Zustandsänderung basierenden Kraft aus einer Auslaßöffnung ausgestoßen wird, wird die Tinte dann an ein Aufzeichnungsmedium geheftet, um ein Bild zu erzeugen. Die Fläche des Heizelementes ist proportional der ausgestoßenen Tintenmenge, wie in 22 dargestellt, wobei der für die Blasenbildung unwirksame Abschnitt S ebenfalls dargestellt ist. Vom Auftreten von verbrannten Ablagerungen auf dem Heizelement ist bekannt, daß der für die Blasenerzeugung unwirksame Abschnitt S am Rand des Heizelementes existiert. Nach einer solchen Beobachtung wird der Rand des Heizelementes innerhalb einer Breite von 4 μm als nicht in die Blasenbildung einbezogen betrachtet.
  • Folglich kann gesagt werden, daß die Anordnung des beweglichen Elementes, um den Blasenerzeugungsdruck wirksam zu nutzen, wirksam gemacht werden kann, wenn das bewegliche Element so angeordnet wird, daß der Arbeitsbereich des beweglichen Elementes die rechte Seite oberhalb des wirksamen Abschnittes der Blasenerzeugung überdecken kann, der sich ungefähr 4 μm weiter innerhalb des Randes des Heizelementes befindet. Bei der vorliegenden Erfindung ist der wirksame Abschnitt der Blasenerzeugung auf 4 μm weiter innerhalb des Randes des Heizelementes beschränkt, der Abschnitt ist nicht darauf beschränkt, abhängig von der Art und dem Erzeugungsverfahren des Heizelementes.
  • Grundsubstrat
  • Der Aufbau eines Grundsubstrates, auf dem ein Heizelement zur Abgabe von Wärme an eine Flüssigkeit ausgebildet ist, wird hiernach beschrieben. 23A und 23B sind Längsschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung und 23A stellt einen Kopf mit Schutzfilm dar, der später beschrieben wird und 23B stellt einen Kopf ohne den Schutzfilm dar.
  • Auf dem Grundsubstrat 1 sind ein zweiter Flüssigkeitsströmungspfad 16, eine Trennwand 30, ein erster Flüssigkeitsströmungspfad 14 und ein genutetes Element 50, das mit einer Rille, die den ersten Flüssigkeitsströmungspfad bildet, angeordnet.
  • Auf dem Grundsubstrat 1 ist ein Siliziumdioxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm 106 auf einem Grundelement 107 aus Silizium oder Ähnlichem zur Isolierung und Wärmespeicherung aufgebracht und über den Film sind eine elektrische Widerstandsschicht 105 (0.01 bis 0.2 μm dick) aus Hafniumborat HFB2, Tantalnitrid (TaN), Tantalaluminium (TaAl) oder Ähnlichem und eine Verdrahtungselektrode 104 (0.2 bis 1.0 μm dick) aus Aluminium und Ähnlichem durch Maskierung aufgetragen. Eine Spannung wird von den Verdrahtungselektroden 104 an die Widerstandsschicht 105 angelegt und ein Strom wird in die Widerstandsschicht eingespeist, um Wärme zu erzeugen. Über der Widerstandsschicht zwischen den Verdrahtungselektroden wird ein Schutzfilm 103 aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Ähnlichem in eine Dicke von 0.1 bis 2.0 μm und über dem Schutzfilm ist ein hohlraumfreier Film 102 (0.1 bis 0.6 μm dick) aus Tantal oder Ähnlichem aufgebracht, um die Widerstandsschicht 105 vor einer Anzahl von Flüssigkeiten, wie z.B. Tinte oder Ähnliches zu schützen.
  • Insbesondere, da eine Druck- oder Schockwelle, die bei der Blasenerzeugung oder beim Verschwinden der Blase erzeugt wird, sehr stark ist und die Haltbarkeit des harten und empfindlichen Oxidationsfilms beeinträchtigt, wird der hohlraumfreie Film 102 aus metallischem Material, wie Tantal oder Ähnlichem hergestellt.
  • Weiterhin kann der vorstehend beschriebene Widerstand 105 eine Konstruktion sein, in der eine Schutzschicht 103 nicht erforderlich ist, abhängig von der Kombination von Flüssigkeit Aufbau des Flüssigkeitsströmungspfades und Widerstandsmaterial und ein Beispiel davon ist in 23B dargestellt. Als Material für die Widerstandsschicht 105, die keine Schutzschicht 103 erfordert, kann eine Iridium-Tantal-Aluminium-Legierung oder Ähnliches angeführt werden. Auf diese Weise kann das Heizelement in jeder der zuvor genannten Ausführungsformen eine Struktur mit nur einer Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsbereich) zwischen der Elektrode oder eine Struktur, die eine Schutzschicht zum Schutz der Widerstandsschicht einschließt, aufweisen.
  • Die vorliegende Ausführungsform verwendet ein Heizelement, das einen Wärmeerzeugungsbereich aus einer Widerstandsschicht die Wärme in Zusammenhang mit einem elektrischen Signal erzeugt, aber jeder Typ des Heizelementes ist für das Ziel der vorliegenden Erfindung geeignet, solange das Heizelement die Blasenflüssigkeit genug Blasen für das Ausstoßen der Ausstoßflüssigkeit erzeugen läßt. Zum Beispiel ein Heizelement kann als Wärmeerzeugungseinheit einen Licht-Wärme-Wandler, der Wärme aus Laserlicht oder Ähnlichem erzeugen kann oder eine Wärmeerzeugungseinheit, die Wärme aus Hochfrequenzwellen erzeugen kann, aufweisen.
  • Weiterhin können auf dem vorbeschriebenen Grundsubstrat 1 zusätzlich zu dem elektrischen Wärmewandler, bestehend aus einer Widerstandsschicht 105, der den vorbeschriebenen Wärmeerzeugungsbereich bildet, und den Verdrahtungselektroden 104 zur Zuführung eines elektrischen Signals an die Widerstandsschicht, Funktionselemente, wie Transistoren, Dioden, Koppler, Schieberegister oder Ähnliches zum selektiven Ansteuern des elektrischen Wärmewandlers als integrierter Block durch einen Halbleiterfertigungsprozeß zusammengefaßt werden.
  • Weiterhin wird, um den wärmeerzeugenden Abschnitt des elektrischen Wärmewandlers auf dem Grundsubstrat 1, wie zuvor beschrieben, anzusteuern und um Flüssigkeit auszustoßen, ein Recheckimpuls, wie in 24 dargestellt, an die Widerstandsschicht 105 über die Verdrahtungselektroden 104 angelegt und die Widerstandsschicht 105 zwischen den Verdrahtungselektroden erzeugt abrupt Wärme. In dem Kopf jeder der vorbeschriebenen Ausführungsformen wird eine Spannung von 24 V, eine Impulsamplitude von 7 μsec, ein Strom von 150 mA und ein elektrisches 6-kHz-Signal entsprechend dem Heizelement zugeführt, um es anzusteuern und durch den vorstehend beschriebenen Vorgang wird Tinte als Flüssigkeit aus der Auslaßöffnung ausgestoßen. Dennoch sind die Bedingungen für das Ansteuerungssignal nicht auf die Beschriebenen beschränkt und jedes Ansteuerungssignal, das die Blasenflüssigkeit ordnungsgemäß Blasen erzeugen läßt, kann verwendet werden.
  • Ausstoßflüssigkeit, Blasenflüssigkeit
  • Wie in der vorgenannten Ausführungsform beschrieben, kann die Flüssigkeit bei einem Aufbau mit einem beweglichen Element, wie vorstehend beschrieben, mit einer stärkeren Ausstoßkraft und mit höherer Ausstoßleistung ausgestoßen werden als bei einem konventionellen Flüssigkeitsausstoßkopf und dazu noch mit höherer Geschwindigkeit. Unter den vorliegenden Ausführungsformen wird in dem Falle, wo die gleiche Flüssigkeit als Blasenflüssigkeit und als Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, die Flüssigkeit nicht durch die vom Wärmeerzeuger angelegte Wärme beeinträchtigt, Ablagerungen auf dem Wärmeerzeuger werden durch das Aufheizen kaum erzeugt, reversible Zustandsänderungen zwischen Verdampfung und Kondensation sind durch die Wärme möglich und eine Vielfalt von Flüssigkeiten kann verwendet werden, solange die Flüssigkeit nicht Gefahr läuft, im Flüssigkeitsströmungspfad am beweglichen Element oder der Trennwand beeinträchtigt zu werden. Unter solchen Flüssigkeiten, die als Flüssigkeiten bei der Aufzeichnung verwendet werden, können Tinten in der Zusammensetzung wie für eine konventionelle Tintenstrahlvorrichtung verwendet werden.
  • Als Ausstoßflüssigkeit kann eine Vielfalt von Flüssigkeiten verwendet werden, unabhängig von ihren Blasenbildungseigenschaften und thermischen Merkmalen. Weiterhin kann Flüssigkeit mit schlechteren Blasenbildungseigenschaften, die in einer konventionellen Vorrichtung Ausstoßschwierigkeiten hervorruft, Flüssigkeit, die leicht ihre Qualität verändert und durch Wärme verschlechtert wird und selbst Flüssigkeit mit hoher Viskosität verwendet werden. Dennoch ist es eine wünschenswerte Qualität, wenn die Flüssigkeit von Natur aus den Ausstoßvorgang, die Blasenbildung, die Arbeitsweise des beweglichen Elementes oder Ähnliches durch die Wirkung der Flüssigkeit an sich oder mit der Blasenflüssigkeit nicht stört. Als Ausstoßflüssigkeit für die Aufzeichnung kann hochviskose Flüssigkeit verwendet werden. Als andere Ausstoßflüssigkeit können pharmazeutische Flüssigkeit, Parfüm oder Ähnliches die empfindlich gegenüber Wärme sind verwendet werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann als Aufzeichnungsflüssigkeit, die weiter als Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, Tinte mit folgender Zusammensetzung zum Aufzeichnen verwendet werden. Sowie die Ausstoßgeschwindigkeit durch die Verbesserung der Ausstoßkraft beschleunigt wurde, wurde die Auftreffgenauigkeit der Flüssigkeitströpfchen verbessert, so daß ein aufgezeichnetes Bild mit einer sehr guten Qualität erreicht worden ist. Zusammensetzung von Farbtinten (Viskosität 2 cp)
    Farbstoff (C-1 Lebensmittelschwarz 2) 3 Gew.-%
    Diethylenglykol 10 Gew.-%
    Thiodiglykol 5 Gew.-%
    Ethanol 5 Gew.-%
    Wasser 77 Gew.-%
  • Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes
  • 25 ist eine perspektivische Explosionszeichnung, die den Gesamtaufbau eines Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung darstellt. Auf einem Unterteil 70 aus Aluminium oder Ähnlichem ist ein Grundsubstrat 1 mit einem Heizelement 2 darauf angeordnet. Auf dem Grundsubstrat ist die Wand des zweiten Flüssigkeitsströmungspfades 10 und die Wand der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 und darüber die Trennwand 30 mit dem beweglichen Element 31 angeordnet. Weiterhin ist auf der Trennwand 30 eine Vielzahl von Rillen, die den ersten Flüssigkeitsströmungspfad 10a bilden, und das Dach 50, wo eine Wand der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 angeordnet ist, angebracht.
  • Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
  • 26 stellt schematisch den Aufbau einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, auf die der vorstehend beschriebene Flüssigkeitsausstoßkopf aufmontiert ist, dar. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Tintenausstoß-Aufzeichnungsvorrichtung, die insbesondere Tinte als Ausstoßflüssigkeit verwendet, beschrieben. Der Wagen HC der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung weist eine Kopfpatrone auf, wo ein Flüssigkeitstank 90 zur Speicherung von Tinte und ein Flüssigkeitsausstoßkopf 200 entfernbar aufmontiert sind und bewegt sich in Richtung der Breite des Druckmediums 150 aus Aufzeichnungspapier oder Ähnliches hin und her, das durch Druckmediumtransportmittel transportiert wird. Wenn das Ansteuerungssignal dem Flüssigkeitsausstoßmittel auf dem Wagen über ein Aussteuerungszuführungsmittel, das nicht gezeigt wird, zugeführt wird, wird eine Aufzeichnungsflüssigkeit auf das Aufzeichnungsmedium entsprechend dem Signal ausgestoßen.
  • Weiterhin ist auf der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ein Motor 111 als Antriebsquelle zum Antrieb des Druckmediums, Transportmittel und der Wagen, die Getriebe 112, 113 zur Weiterleitung der Kraft von der Antriebsquelle zum Wagen, die Wagenwelle 115 und Ähnliches angeordnet. Bei der Aufzeichnungsvorrichtung und dem Flüssigkeitsausstoßverfahren, das von der Aufzeichnungsvorrichtung ausgeführt wird, können aufgezeichnete Materialien in guter Bildqualität durch Ausstoßen von Flüssigkeit auf eine Vielfalt von Aufzeichnungsmedien erreicht werden.
  • 27 ist ein Blockdiagramm der gesamten Vorrichtung zur Durchführung von Tintenstrahlaufzeichnungen mit dem Flüssigkeitsausstoßverfahren unter Verwendung des Flüssigkeitsausstoßkopfes nach der vorliegenden Erfindung.
  • Die Aufzeichnungsvorrichtung erhält die Druckinformationen von einem Host-Computer 300 als Steuersignal. Die Druckinformation wird in einer Eingangsschaltung 301 in der Druckvorrichtung zwischengespeichert, gleichzeitig in Daten umgewandelt, die von der Druckvorrichtung verarbeitet werden können und der CPU 302 zugeführt, die auch als Kopfansteuersignaleinspeisung arbeitet. Die CPU 302 verarbeitet die der CPU 302 zugeführten Daten unter Verwendung der peripheren Einheiten, wie z.B. das RAM 304 und Ähnliches um die Daten (Bilddaten) in Druckdaten umzuwandeln.
  • Weiterhin erzeugt die CPU 302 Ansteuerdaten zum Betrieb des Antriebsmotors, um das Aufzeichnungspapier und den Aufzeichnungskopf synchron mit den Bilddaten zu bewegen, um die Bilddaten an den entsprechenden Stellen des Aufzeichnungspapiers aufzuzeichnen. Die Bilddaten und die Motorsteuerungsdaten werden an den Kopf 200 und den Antriebsmotor 306 über den Kopftreiber 307 beziehungsweise den Motortreiber 305 entsprechend einem geregelten Zeitablauf übertragen, um ein Bild zu erzeugen.
  • Als für die vorbeschriebene Aufzeichnungsvorrichtung verwendbares Druckmedium, das Flüssigkeit, wie z.B. Tinte oder Ähnliches aufnimmt, kann eine Vielfalt von Papieren Overheadfolien, Plastik, das für Kompaktdisks oder eine Dekoration verwendet wird, Gewebe, Metall, wie Aluminium, Kupfer oder Ähnliches, Leder, wie Rindsleder, Schweineleder, Kunstleder oder Ähnliches, Holz, wie Baumholz, Sperrholz oder Ähnliches, Bambus, Keramik, wie z.B. Kacheln oder Ähnliches, dreidimensionales Material, wie z.B. Schwamm oder Ähnliches vorgesehen werden.
  • Die vorbeschriebene Aufzeichnungsvorrichtung beinhaltet auch eine Druckvorrichtung für eine Vielfalt von Papieren, Overheadfolien oder Ähnliches, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Plastik, zum Aufzeichnen auf Plastik, wie Kompaktdisks oder Ähnliches, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Metall zum Aufzeichnen auf eine Metallplatte, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Leder zum Aufzeichnen auf Leder, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Holz zum Aufzeichnen auf Holz, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Keramik zum Aufzeichnen auf Keramik, eine Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf dreidimensionale Netzstrukturen, wie z.B. Schwamm und Ähnliches, eine Textildruckvorrichtung zum Aufzeichnen auf gewebte Stoffe und Ähnliches. Weiterhin kann als Ausstoßflüssig keit für solche Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen eine für das entsprechende Aufzeichnungsmedium und die Aufzeichnungsbedingungen geeignete Flüssigkeit verwendet werden.

Claims (19)

  1. Ein Flüssigkeitsauslasskopf mit: einer Auslassöffnung (18) zum Auslassen von Flüssigkeit; einem Flüssigkeitsströmungspfad (10), der mit der Auslassöffnung in Verbindung ist; einem Blasenerzeugungsbereich (11), der die Flüssigkeit Blasen erzeugen lässt; und einem beweglichen Element (31), das ein freies Ende (32) hat, das dem Blasenerzeugungsbereich (11) zugewandt und an dem Stromabwärtigen des zu der Auslassöffnung (18) gerichteten Flüssigkeitsströmungspfads (10) angeordnet ist; wobei eine Seite des Flüssigkeitsströmungspfads (10b), die dem Blasenerzeugungsbereich (11) entspricht, aus einer Wandfläche besteht, die sich von dem Blasenerzeugungsbereich zu zumindest dem beweglichen Element in einem stationären Zustand erstreckt, wobei die Wandfläche an einer Seite des freien Endes (32) des beweglichen Elements (31) existiert, wenn sich das bewegliche Element (31) in einem maximalen Verschiebungszustand befindet; und einem gemeinsamen Verbindungsraum, um den Flüssigkeitsströmungspfad (10) gemeinsam mit einem benachbarten Flüssigkeitsströmungspfad in Verbindung zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Verbindungsraum zudem in einem Bereich an einer Seite eines beweglichen Abschnitts des beweglichen Elements (31) überhalb des beweglichen Elements in einem stationären Zustand vorgesehen ist.
  2. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei dann, wenn sich das bewegliche Element (31) in dem maximalen Verschiebungszustand befindet, eine dem Blasenerzeugungsbereich (11) entsprechende Seite des Flüssigkeitsströmungspfads (10), die relativ zu dem beweglichen Abschnitt des beweglichen Elements (31) darunter positioniert ist, im Wesentlichen aus allem mit einer Wandfläche besteht.
  3. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei das bewegliche Element (31) direkt an ein Substrat (1) gesichert ist, an dem ein Wärmeerzeugungselement (2) zum Erzeugen von Blasen vorgesehen ist, und wobei relativ zu dem Substrat (1) durch einen beweglichen Abschnitt des beweglichen Elements (31) mit Hilfe einer an dem beweglichen Element (31) vorgesehenen Krümmung ein vorbestimmter Schlitz ausgebildet ist.
  4. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei ein freies Ende (32) des beweglichen Elements relativ zu dem Zentrum des Blasenerzeugungsbereichs (11) in dem Stromabwärtigen des Flüssigkeitsströmungspfads (10) positioniert ist.
  5. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei der gemeinsame Verbindungsraum relativ zu der Position des freien Endes (32) des beweglichen Elements (31) stromaufwärts des Flüssigkeitsströmungspfads (10) positioniert ist, wenn sich das bewegliche Element (31) in dem stationären Zustand befindet.
  6. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei der gemeinsame Verbindungsraum relativ zu der Position des freien Endes (32) des beweglichen Elements (31) in dem Stromanwärtigen des Flüssigkeitsströmungspfads (10) positioniert ist, wenn sich das bewegliche Element (31) in dem maximalen Verschiebungszustand befindet.
  7. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei ein Wärmeerzeugungselement (2) zum Erzeugen thermischer Energie, die zum Erzeugen von Blasen durch Filmsieden zu verwenden ist, in dem Blasenerzeugungsbereich (11) vorgesehen ist.
  8. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 7, wobei ein stromabwärtiges Ende eines Teils des Flüssigkeitsströmungspfads (10), der sich auf das Wärmeerzeugungselement (2) bezieht, in dem Stromabwärtigen eines Teils des Flüssigkeitsströmungspfads (10) positioniert ist, der sich auf den gemeinsamen Verbindungsraum bezieht.
  9. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 7, wobei ein stromaufwärtiges Ende des Teils des Flüssigkeitsströmungspfads (10), der sich auf das Wärmeerzeugungselement (2) bezieht, in dem Stromwärtigen eines Teils des Flüssigkeitsströmungspfads (10) positioniert ist, der sich auf eine Wandfläche an der Seite des Flüssigkeitsströmungspfads (10) bezieht.
  10. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei ein Gelenkpunkt (33) des beweglichen Elements (31) relativ zu dem stromaufwärtigen Ende des Flüssigkeitsströmungspfads (10) an einer Wandfläche der Seite des Flüssigkeitsströmungspfads (10) in dem Stromaufwärtigen des Flüssigkeitsströmungspfads (10) positioniert ist.
  11. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei der gemeinsame Verbindungsraum relativ zu der Strömung, die auf die Auslassöffnung (18) gerichtet ist, einen Bereich mit einem geringen Flüssigkeitswiderstand bildet.
  12. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei ein Substrat (1) und ein Dach (50), die den Flüssigkeitsströmungspfad dadurch bilden, dass sie gegenseitig miteinander verbunden sind, und das bewegliche Element (31), alle mit einem Material einer Siliziumgruppe ausgebildet sind.
  13. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 12, wobei eine Drosselplatte (63), mit der die Auslassöffnung (18) ausgebildet ist, mit Material einer Siliziumgruppe ausgebildet ist.
  14. Flüssigkeitsauslassverfahren unter Verwendung eines Flüssigkeitsauslasskopfs gemäß Anspruch 1, mit: einem Flüssigkeitsauslassprozess zum Auslassen von Flüssigkeit, so dass das Wachstum einer Blase in dem Blasenerzeugungsbereich (11) zu der Auslassöffnung (18) gerichtet ist, und einem Flüssigkeitszuführprozess zum Zuführen von Flüssigkeit nach dem Starten des Blasenschrumpfens von dem gemeinsamen Verbindungsraum (63).
  15. Flüssigkeitsauslassgerät mit einem Flüssigkeitsauslasskopf (200) gemäß Anspruch 1 und einer Antriebssignalzuführeinrichtung (300) zum Zuführen eines Antriebssignals zum Auslassen von Flüssigkeit aus dem Auslasskopf (200).
  16. Flüssigkeitsauslassgerät mit einem Flüssigkeitsauslasskopf (200) gemäß Anspruch 1 und einer Druckmediumfördereinrichtung zum Fördern eines Druckmediums (150) zum Empfangen einer von dem Flüssigkeitsauslasskopf ausgelassenen Flüssigkeit.
  17. Flüssigkeitsauslassgerät gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei von dem Flüssigkeitsauslasskopf (200) Tinte ausgelassen wird und das Drucken durchgeführt wird, indem die Tinte auf einem Druckmedium anhaften gelassen wird.
  18. Flüssigkeitsauslassgerät gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei Aufzeichnungsflüssigkeit in einer Vielzahl von Farben von dem Flüssigkeitsauslasskopf (200) ausgelassen wird und Farbaufzeichnen durchgeführt wird, indem die Aufzeichnungsflüssigkeit in der Vielzahl von Farben auf das Aufzeichnungsmedium (150) angehaftet wird.
  19. Flüssigkeitsauslassgerät gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei die Auslassöffnung (18) in einer Vielzahl über die gesamte Breite eines Bereichs angeordnet ist, der in der Lage ist, auf dem Druckmedium (150) aufgezeichnet zu werden.
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