DE69924047T2 - Flüssigkeitsausstossverfahren - Google Patents

Flüssigkeitsausstossverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE69924047T2
DE69924047T2 DE69924047T DE69924047T DE69924047T2 DE 69924047 T2 DE69924047 T2 DE 69924047T2 DE 69924047 T DE69924047 T DE 69924047T DE 69924047 T DE69924047 T DE 69924047T DE 69924047 T2 DE69924047 T2 DE 69924047T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
liquid
substrate
ejection
microns
ink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69924047T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69924047D1 (de
Inventor
Koichi Ohta-ku Kitakami
Tamon Ohta-ku Itaya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Application granted granted Critical
Publication of DE69924047D1 publication Critical patent/DE69924047D1/de
Publication of DE69924047T2 publication Critical patent/DE69924047T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14032Structure of the pressure chamber
    • B41J2/1404Geometrical characteristics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2002/14169Bubble vented to the ambience
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14387Front shooter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/21Line printing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsausstoßverfahren zum Ausstoßen von Flüssigkeit in Form eines Tröpfchens auf ein Aufzeichnungsmedium.
  • Flüssigkeitsausstoßverfahren zum Aufzeichnen von Bildern durch Ausstoßen einer Flüssigkeit in Form eines Tröpfchens durch Wärmeenergie aus einer Ausstoßöffnung auf ein Aufzeichnungsmedium zeichnen sich gegenüber anderen Aufzeichnungsverfahren durch Erzeugung einer besseren Bildqualität, durch ein hohes Auflösungsvermögen, wenig Lärm, einfaches Aufzeichnen in Farben und Verwendung von gewöhnlichem Papier als Aufzeichnungsmedium aus.
  • Zur Erzeugung einer hohen Bildqualität bei Anwendung eines Flüssigkeitsausstoßverfahrens muß das in Form von Tröpfchen auszustoßende Flüssigkeitsvolumen stabil bleiben. Dafür wurden verschiedne Wege vorgeschlagen. So wird zum Beispiel bei dem im japanischen Dokument 10941 vorgeschlagenen Verfahren durch Aufbringen von Wärmeenergie auf die in einem zur Ausstoßöffnung führenden Kanal vorhandene Flüssigkeit ein Bläschen in dieser erzeugt und ein Flüssigkeitströpfchen aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen, wobei unter der Voraussetzung, daß der Wert der linearen Differentialgeschwindigkeit, mit welcher das Tröpfchen ausgestoßen wird, negativ ist, das Bläschen in die Atmosphäre geöffnet wird. Bei einem nach diesem Verfahren betriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf ist der Abstand zwischen dem Heizelement zur Erzeugung von Wärme energie und der Ausstoßöffnung relativ kurz. Dadurch ist bei einem solchen Kopf das Verhältnis aus Wärmeenergie und Bläschenwirkung, d.h. die Energieeffizienz besser als bei einem herkömmlichen Kopf. Außerdem wird bei einem nach diesem Verfahren betriebenen Ausstoßkopf die zwischen dem Heizelement und der Ausstoßöffnung vorhandene Flüssigkeit fast vollständig ausgestoßen, so daß bei jedem Ausstoßvorgang das Volumen der ausgestoßenen Flüssigkeit gleich ist.
  • Demzufolge mußte die herkömmliche Flüssigkeitsausstoßtechnologie stark verbessert werden. Auch nach der herkömmlichen Technologie kann die Menge an Flüssigkeitsspritzern und Flüssigkeitsnebel verringert werden, wenn beim Ausstoßen des Flüssigkeitströpfchen unter der Bedingung, daß der lineare Differentialwert der Geschwindigkeit des vorderen Endes des Bläschens in Ausstoßrichtung negativ ist, das Bläschen sich in die Atmosphäre öffnen kann. Das heißt, daß auch bei herkömmlichen Technologien eine durch Spritzen und Nebelbildung der Flüssigkeit verursachte schlechte Bildqualität verhindert werden kann. Um eine noch bessere Bildqualität zu erzeugen, müssen die herkömmlichen Technologien weiter verbessert werden.
  • Bei einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßverfahren wird zum Zeitpunkt des Ausstoßens von Flüssigkeit in einem extrem kurzen Zeitraum eine kleine Flüssigkeitssäule in der Mitte der Ausstoßöffnung gebildet, wobei das Vereinigen des Bläschens mit der Atmosphäre unmittelbar neben dieser Säule erfolgt. Mit anderen Worten, das Vereinigen oder Integrieren des Bläschens mit der bzw. in die Atmosphäre erfolgt nicht in der Mitte der Ausstoßöffnung, so daß das hintere Ende des Bläschens nicht zur Ausstoßöffnungsmitte ausgerichtet ist. Dadurch wird die Flugrichtung und somit die gewünschte Auftreffgenauigkeit des Flüssigkeitströpfchens auf dem Auf zeichnungsmedium beeinträchtigt. Zur Erzeugung qualitativ hochwertiger nach herkömmlichen Technologien muß auch dieser Aspekt des Flüssigkeitsausstoßens in Betracht gezogen werden.
  • Wie bereits erwähnt, besteht die Hauptaufgabe zum Erreichen der gewünschten Tröpfchenauftreffgenauigkeit und somit der gewünschten Bildqualität darin, Spritzen und Vernebeln des Ausstoßflüssigkeit zu verhindern.
  • Im Dokument EP-A-0 641 654 ist ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bei welchem ein durch Wärme erzeugtes und Flüssigkeit ausstoßendes Bläschen sich mit der Umgebung vereinigt.
  • Demzufolge wird gemäß dieser Erfindung das im Anspruch 1 definierte Flüssigkeitsausstoßverfahren bereitgestellt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, welches bei jedem Ausstoßvorgang ein stabiles Flüssigkeitsvolumen, eine stabile Ausstoßgeschwindigkeit sowie stabile Flüssigkeitsauftreffgenauigkeit gewährleistet.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, bei welchem Spritzen und Vernebelung des ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchens verhindert werden kann.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, welches eine ausgezeichnete Aufzeichnungsqualität gewährleistet.
  • Bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Moment, in welchem das Bläschen sich in die Atmosphäre öffnet, besser aber vor diesem Zeitpunkt, der hintere Abschnitt der Flüssigkeitssäule, d.h. ein Abschnitt der Grenzfläche zwischen der Dampfphase (Bläschen) und der Flüssigkeit nahezu korrekt zur Mittelachse der entsprechenden Ausstoßöffnung ausgerichtet. Das heißt, daß die Flüssigkeitssäule beim Ausstoßen im wesentlichen der Mittelachse der Ausstoßöffnung folgt und deren hinteres Ende den entsprechenden Abschnitt des Substrats so lange berührt, bis ein bestimmter Abstand zwischen deren vorderen Ende und der Substratoberfläche erreicht ist. Mit anderen Worten, die Flüssigkeitssäule bleibt gerade, bis diese sich vom Substart löst, und fliegt dann in Form eines Tröpfchens gerade weiter.
  • Bei dem diese Erfindung verkörpernden Verfahren wird zum Zeitpunkt des Übergangs der Flüssigkeitssäule in ein Flüssigkeitströpfchen oder vorzugsweise unmittel davor, d.h. im Moment des Lösens des hinteren Ende der Flüssigkeitssäule von der restlichen Flüssigkeit im Flüssigkeitskanal das Bläschen oder der Dampfanteil nahe dem Substrat innerhalb des Flüssigkeitskanals mit der Atmosphäre verbunden. Dadurch wird Spritzen oder Vernebeln von Flüssigkeit verhindert, doch wenn dieses Phänomen wirklich zu verzeichnen ist, tritt dieses innerhalb des Flüssigkeitskanals auf. Bei diesem Verfahren wird immer ein konstantes Flüssigkeitsvolumen bei konstanter Geschwindigkeit ausgestoßen und auch das hintere Ende des Flüssigkeitströpfchens, d.h. das hintere Ende der Flüssigkeitssäule ist immer gleich. Demzufolge ist eine Verschlechterung der Bildqualität durch Satellitentröpfchen nicht zu verzeichnen.
  • Bei dem diese Erfindung verkörpernden Verfahren öffnet das Bläschen sich in die Atmosphäre. Mit anderen Worten, das Bläschen schrumpft nicht und fällt auch nicht in sich zusammen. Dadurch wird ein Beschädigen der Heizelemente durch Kavitation verhindert und somit eine längere Lebensdauer des Flüssigkeitsausstoßkopfes errecht.
  • Diese und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher zu erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1(a)-(h) zeigen schematisch Schnittansichten einer Ausstoßöffnung und deren nähere Umgebung und Phasen der Bläschenerzeugung und des Ausstoßens von Flüssigkeit nach einem Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • Die 2(a)-(h) zeigen schematisch Schnittansichten einer Ausstoßöffnung und von deren nähere Umgebung und Phasen der Bläschenerzeugung und des Ausstoßens von Flüssigkeit nach einem weiteren Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • Die 3(a)-(c) zeigen schematisch Schnittansichten einer Ausstoßöffnung und deren nähere Umgebung rechtwinklig zur Flüssigkeitsausstoßrichtung und die Änderung der Berührung zwischen dem hinteren Ende der Tintensäule und der Oberfläche des Heizelements beim Ausstoßen von Tinte nach einem der genannten Tintenausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • Die 4(a)-(c) zeigen schematisch einen Flüssigkeitsausstoßkopf, welcher mit dem Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kompatibel ist, wobei 3(a) diesen Kopf in perspektivischer Darstellung, 3(b) dessen Draufsicht und 3(c) dessen Schnittansicht B-B zeigt.
  • 5 zeigt die Schnittansicht eines weiteren Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt die Schnittansicht noch eines weiteren Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • Die 7(a)-(f) zeigen Schnittansichten eines wichtigen Abschnitts eines Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und ein Beispiel der Herstellung eines solchen Kopfes.
  • 8 zeigt in perspektivischer Darstellung einen wichtigen Abschnitt eines Flüssigkeitsausstoßgerätes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, teilweise als Schnittansicht.
  • 9 zeigt im Blockschaltbild den Aufbau eines Flüssigkeitsausstoßgerätes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 10 zeigt in perspektivischer Darstellung ein weiteres Flüssigkeitsausstoßgerät in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und besonders das Aufzeichnungssystem dieses Gerätes.
  • 11 zeigt schematisch die Schnittansicht eines wichtigen Abschnitts eines Flüssigkeitsausstoßkopfes und ein herkömmliches Ausstoßprinzip.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1(a)-(h) beziehen sich auf eine Ausführungsform des Flüssigkeitsausstoßverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Diese Figuren zeigen schematisch Schnittansichten des wichtigsten Abschnitts eines Flüssigkeitsausstoßkopfes des sogenannten Seitenschießtyps, bei welchem die Ausstoßöffnung dem Wärme erzeugenden Element (nachfolgend „Heizelement" genannt) rechtwinklig gegenüber angeordnet ist. In diesen Figuren sind Phasen der Bläschenbildung und des Ausstoßen von Flüssigkeit bei einem Flüssigkeitsausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei der nachfolgenden Beschreibung des Flüssigkeitsausstoßprinzips wurde die Flüssigkeitsausstoßrichtung (rechtwinklig oder nicht rechtwinklig zur Oberfläche des Heizelements) nicht in Betracht gezogen.
  • In diesen Figuren kennzeichnet das Bezugszeichen 1 einen Abschnitt des aus Silizium gefertigten Elementsubstrats. Auf dem Elementsubstrat 1 ist ein Heizelement 2 zur Erzeugung der für das Flüssigkeitsausstoßen benötigten Wärmeenergie angeordnet. Dem Heizelement 2 rechtwinklig gegenüber ist eine Ausstoßöffnung 5 vorhanden. Die Ausstoßöffnung 5 ist eine Bohrung, durch welche Flüssigkeit in Form eines Tröpfchens ausgestoßen wird. Die Ausstoßöffnung 5 ist in einer Platte 4 vorhanden, welche in einem der Höhe der Seitenwand 9 entsprechenden Abstand vom Substrat 1 angeordnet ist. Der von der Platte 4, der Seitenwand 9 und dem Substrat 1 gebildete Raum ist der Flüssigkeitsströmungskanal. Dieser Flüssigkeitsströmungskanal wird von einem vor der Ausstoßöffnung 5 angeordneten Tintenzuführabschnitt (nicht dargestellt) mit Tinte 3 versorgt. Quer über die Ausstoßöffnung 5 wird ein Meniskus M gebildet. Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet ein Bläschen, welches unmittelbar beim Erwärmen der Tinte durch das Heizelement 2 erzeugt wird. Das Bezugszeichen 7 kennzeichnet den Teil der flüssigen Tinte, welcher durch den Druck des Bläschens 6 in Form einer Säule aus der Ausstoßöffnung 5 anschwellt. Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet den Teil der Tinte, welcher durch den Druck des Bläschens 6 in Form eines Tröpfchens aus der Ausstoßöffnung 5 ausgestoßen wurde.
  • Nachfolgend wird anhand der 1(a)-(h) eine Ausführungsform des Flüssigkeitsausstoßverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1(a) zeigt den Ausgangszustand eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, d.h. den Zustand unmittelbar vor dem Ansteuern des Kopfes, dessen Flüssigkeitsströmungskanal mit Tinte 3 gefüllt ist. Sobald über eine nicht dargestellte Elektrode das Heizelement 2 ein Steuersignal empfängt, erzeugt dieses Wärme und bringt dadurch die über diesem vorhandene Tinte zum sogenannten Filmsieden, so daß in dieser ein Bläschen 6 gebildet wird, dargestellt in 1(b). Durch schnelle Volumenänderung (schnelles Wachsen) des Bläschens 6 wird ein Teil der Tinte zur Flüssigkeitssäule 7 geformt, welche sich durch die Ausstoßöffnung 5 erstreckt. Das Bläschen 6 wächst zunächst kurzzeitig weiter, beginnt dann aber durch das Gleichgewicht zwischen dessen Innendruck, dem aus der Ausstoßöffnung 5 ausgetretenen Volumen der Tintensäule 7 usw. von der Mitte aus zusammenzufallen, wie die 1(c) und (d) zeigen. Mit dem Schrumpfen des Bläschens 6 kommt das hintere Ende der Tintensäule 7, d.h. ein Teil der Grenzfläche zwischen dem Bläschen 6 (Dampf) und der Tinte 3 teilweise mit der Oberfläche des Heizelements 2 in Berührung, dargestellt in 1(e). In diesem Zustand hat das Bläschen 6 im wesentlichen Ringform.
  • Bei einem Flüssigkeitsausstoßkopf vom Seitenschießtyp sind das Heizelement 2 und die rechtwinklig zu diesem angeordnete Ausstoßöffnung 5 normalerweise mittig zueinander ausgerichtet. Der Grund ist darin zu suchen, daß die Linie, welche die beiden Mitten miteinander verbindet, die Tintenausstoßrichtung darstellt (Strich-Punkt-Linie A-A in 1(f)).
  • Wenn der erwähnte Abschnitt der Grenzfläche zwischen dem Bläschen (Dampf) und der Flüssigkeit mit dem auf dem Substrat 1 angeordneten Heizelement 2 in Berührung kommt, sollte die Berührung innerhalb der Projektion der an der Außenseite oder der Innenseite der Ausstoßplatte liegenden Kante der Ausstoßöffnung 5 auf das Substrat 1 stattfinden. Besser ist jedoch, wenn der genannte Grenzflächenabschnitt das Substrat 1 innerhalb beider Projektionen berührt. Wenn der Berührungspunkt zwischen dem hinteren Ende der Tintensäule 7 und der Oberfläche des Heizelements 2 innerhalb dieses spezifischen Bereichs liegt, wird Tinte im wesentlichen entlang der Linie A-A ausgestoßen. In diesem Fall bleibt die Ausstoßrichtung stabil.
  • Wie aus 1(f) hervor geht, entfernt das vordere Ende der Tintensäule 7 sich weiter von der Ausstoßöffnung 5 (fliegt von dieser weg), auch nachdem das hintere Ende der Tintensäule 7 mit dem Heizelement 2 in Berührung gekommen ist. Im Moment des Berührens oder unmittelbar danach (einige Mikrosekunden, vorzugsweise 0,5 bis 1 Mikrosekunde) öffnet das Bläschen 6 sich in die Atmosphäre. Wenn nach erfolgter Berührung zwischen dem hinteren Ende der Tintensäule 7 und dem Heizelement 2 das Bläschen 6 keine Verbindung zur Atmosphäre erhält oder nicht in diese sich öffnen kann, wird durch dessen weiteres Verhalten der Berührungspunkt von der Mitte des Heizelements 2 weg bewegt. Dadurch wird die Ausstoßrichtung der Tintensäule 7 so beeinträchtigt, daß das Tintentröpfchen nicht genau auf dem gewünschten Punkt auf dem Aufzeichnungsmedium landet. Unmittelbar nach stattgefundener Berührung zwischen dem hinteren Ende der Tintensäule 7 und dem Heizelement 2 bleibt das Bläschen 6 erst noch einen kurzen Moment intakt, bevor es zusammenfällt. Mit dem Zusammenfallen des Bläschens tritt eine plötzliche Druckänderung im Flüssigkeitsströmungskanal ein, welche zu Kavitation führt und somit ein großes Problem verursacht. Um das zu verhindern, sollte das Bläschen 6 sich in dem Moment in die Atmosphäre öffnen, in welchem das hintere Ende der Tintensäule 7 das Elementsubstrat berührt, besser aber unmittelbar danach.
  • Bei dieser Ausführungsform wird das Öffnen des Bläschens 6 in die Atmosphäre innerhalb des Flüssigkeitsströmungskanal und von der Ausstoßöffnung 5 etwas entfernt gewährleistet, so daß das hintere Ende der Tintensäule 7 das Elementsubstrat 1 tatsächlich berührt. Wie aus 1(f) ebenfalls hervor geht, strömt beim Öffnen des Bläschens 6 atmosphärische Luft durch die Ausstoßöffnung 5 in Richtung E in den Flüssigkeitsströmungskanal. Dadurch findet das aus dem Öffnen des Bläschens 6 resultierende Spritzen und Vernebeln von Tinte innerhalb des Flüssigkeitsströmungskanals statt, so daß nur eine sehr kleine Menge Tintenspritzer oder Tintennebel durch die Ausstoßöffnung nach außen gelangt und diese Aufzeichnungsqualität nicht verschlechtern.
  • Sobald die Tintensäule 7 eine bestimmte Länge und somit einen bestimmten Schlankheitsgrad erreicht hat, trennt diese sich von der Flüssigkeit im Flüssigkeitsströmungskanal und wird zu einem Tintentröpfchen 8, wie 1(g) zeigt. Das Tintentröpfchen 8 landet auf einer bestimmten Stelle auf dem Aufzeichnungsmedium, wodurch das Aufzeichnen erfolgt. Von einem nicht dargestellten Tintenbehälter und über eine gemeinsame Flüssigkeitskammer wird dem Flüssigkeitsströmungskanal wieder Tinte 3 zugeführt. Dadurch kehrt der Meniskus M zurück in die Ausstoßöffnung 5. Mit anderen Worten, der Flüssigkeitsausstoßkopf erreicht wieder den Ausgangszustand und ist für den nächsten Ausstoßvorgang bereit.
  • Die 2(a)-(h) zeigen schematisch Schnittansichten des wichtigsten Abschnitts eines anderen Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und Phasen der Bläschenerzeugung und des Tintenausstoßens bei einem weiteren Tintenausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen dem in 1 dargestellten Kopf und dem in 2 dargestellten Kopf besteht in der Form der in der Ausstoßplatte vorhandenen Ausstoßöffnung. Genauer ausgedrückt, bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der Ausstoßöffnung an der Platteninnenseite, d.h. an der auf den Flüssigkeitsströmungskanal gerichteten Seite der Ausstoßplatte größer als jener an der Außenseite der Ausstoßplatte. Außerdem ist die Ausstoßöffnungskante an der Platteninnenseite rund. Auf den Unterschied im Wirkungsprinzip der beiden Köpfe wird später näher eingegangen.
  • Die in den 2(a)-(h) dargestellten Phasen der Bläschenerzeugung und des Flüssigkeitsausstoßens gemäß dieses Flüssigkeitsausstoßverfahrens entsprechen den in den 1(a)-(h) gezeigten.
  • Nachfolgend werden ein Verfahren zum Messen der Berührungsstelle zwischen dem hinteren Ende der Tintensäule 7 und dem Elementsubstrat und der Zeit bis zur Berührung und ein Verfahren zum Messen der Zeit bis zum Öffnen des Bläschens 6 in die Atmosphäre beschrieben. Prinzipiell werden die Umwandlung des Bläschens 6 und das Berühren des Heizelements 2 durch das Bläschen mit einem optischen oder einem ähnlichen Mikroskop betrachtet, wobei von einer in der Nähe der Ausstoßplatte 4 oder der Seitenfläche des Flüssigkeitsausstoßkopfes positionierten Strahlungsquelle in Form eines Stroboskops, einer Leuchtdiode oder eines Lasers pulsierendes Licht auf das Bläschen 6 emittiert wird.
  • Position des hinteren Endes der Tintensäule 7 auf dem Elementsubstrat sowie die Zeit bis zum Berühren können durch ständiges Beobachten der Oberfläche des Heizelements 2 durch das auf diese fokussierte Mikroskop ermittelt werden. Wenn bei diesem Aufzeichnungsverfahren das hintere Ende der Tintensäule 7 sich der Oberfläche des Heizelements 2 nähert, beginnt im Blickfeld durch das Mikroskop der Querschnitt der Tintensäule 7 im wesentlichen in Kreisform zu erscheinen. Wenn im Blickfeld durch das Mikroskop die Querschnittsform der Tintensäule 7 zu erscheinen beginnt, werden die nachfolgend beschriebenen Beobachtungen über die zwischen dem hinteren Ende der Tintensäule 7 und dem Heizelement 2 stattfindende Berührung gemacht. Die 3(a)-(c) zeigen schematisch Horizontalquerschnitte des wichtigsten Abschnitts eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, besonders der Umgebung des Heizelements 2. Mit dem Wachsen des Bläschens 6 wird von der Oberfläche des Heizelements 2 Tinte weggedrückt. Dadurch kommt das hintere Ende der Tintensäule 7 ganz nahe an die Oberfläche des Heizelements 2 und erhält im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen F.
  • Der Zeitpunkt, zu welchem das Bläschen 6 zusammenfällt oder in die Atmosphäre gelangt, kann von der Ausstoßplatte 4 aus mit einem weiteren optischen Mikroskop durch entsprechendes Justieren der Brennweite beobachtet werden. Um die Beobachtungen durch die Seitenwand des Kopfes zu ermöglichen, können die entsprechenden Bauteile eines herkömmlichen Kopfes durch transparente ersetzt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, zwei oder mehr Beobachtungsverfahren miteinander zu koppeln.
  • Durch geeignetes Dimensionieren und Konfigurieren verschiedener Komponenten des Flüssigkeitsausstoßkopfes, durch Bestimmen der Lage des wachsenden Bläschens, der Bläschengröße sowie der physikalischen Eigenschaften der Tinte und anderer Parameter durch den Nutzer eins Flüssigkeitsausstoßgerätes kann die vorliegende Erfindung praktisch genutzt werden. Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Form eines Flüssigkeitsausstoßkopfes beschrieben, doch an dieser Stelle muß angemerkt werden, daß diese Ausführungsformen keine Beschränkung der Erfindung darstellen.
  • (Ausführungsform 1)
  • Die 4(a)-(c) zeigen schematisch ein Beispiel eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, welcher nach einem Flüssigkeitsausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann. 4(a) zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung die Außenansicht einen Seitenschieß-Flüssigkeitsausstoßkopf, 4(b) die transparente Draufsicht des wichtigsten Abschnitts dieses Kopfes mit den auf zwei geraden Linien und versetzt zueinander angeordneten Ausstoßöffnungen und 4(c) die Schnittansicht B-B dieses Kopfes.
  • In 4(a) kennzeichnet das Bezugszeichen 1 ein nach einem Dünnfilmverfahren gefertigtes Elementsubstrat in Form eines dünnen Siliziumfilms. Auf dem Elementsubstrat 1 ist ein elektrothermischer Wandler als Heizelement 2 angeordnet. Über dem Heizelement 2 ist rechtwinklig zu diesem eine Ausstoßöffnung 5 angeordnet. Genaurer ausgedrückt, der Tintenstrahlausstoßkopf ist mit zahlreichen Ausstoßöffnungen 5 versehen, welche auf zwei geraden Linien angeordnet sind, wobei die Ausstoßöffnungen auf der einen Linie zu jenen auf der anderen Linie versetzt zueinander angeordnet sind, wie aus den 4(a) und (b) hervor geht. Das Elementsubstrat 1 wird an ein L-förmiges Stützelement 32 geklebt. Am Stützelement 32 wird ein Verdrahtungssubstrat 34 befestigt, wobei dessen eigentlicher Verdrahtungsabschnitt und der eigentliche Verdrahtungsabschnitt des Elementsubstrats durch Drahtbonden elektrisch miteinander verbunden werden. Das Stützelement 32 ist zum Beispiel aus Aluminium gefertigt. Das in ein Formelement 33 eingesetzte Stützelement 32 speist von einem nicht dargestellten Flüssigkeitsspeicher über die im Formelement 33 vorhandenen Flüssigkeitsströmungskanäle die Ausstoßöffnungen des Ausstoßkopfes mit Flüssigkeit (z.B. Tinte) Flüssigkeit. Am Formelement 33 wird der Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung exakt positioniert und austauschbar befestigt.
  • Das Elementsubstrat 1 ist mit einem Flüssigkeitszuführkanal 35 versehen, welcher über den im Formelement 33 vorhandenen Flüssigkeitsströmungskanal mit Flüssigkeit versorgt wird. Der Flüssigkeitszuführkanal 35 dient als gemeinsame Flüssigkeitskammer und ist mit Flüssigkeitsströmungskanälen 22 zum Speisen der Ausstoßöffnungen versehen.
  • Wie aus 4(c) hervor geht, ist im unteren Abschnitt dieses Flüssigkeitsausstoßkopfes eine durch anisotropes Ät zen 10 erzeugte Tintenzuführöffnung 10 vorhanden. Von einem nicht dargestellten Tintenbehälter werden über die Tintenzuführöffnung 10 alle Tintenströmungskanäle mit Tinte gespeist. Fast direkt unter jeder Ausstoßöffnung 5 ist ein Heizelement 2 angeordnet, welches die zum Ausstoßen von Tinte aus der Ausstoßöffnung 5 erforderliche Wärmeenergie erzeugt. Die Flüssigkeitsströmungskanäle werden durch Belichten, Ätzen oder ein ähnliches bekanntes Verfahren erzeugt, wobei zwischen benachbarten Kanälen jeweils eine Trennwand stehen bleibt.
  • Die Spezifikationen des Flüssigkeitsausstoßkopfes dieser Ausführungsform und die Ansteuerbedingungen werden nachfolgend detailliert beschrieben. Das Heizelement 2 wird durch ein 14,5 V-Spannungssignal in Rechteckform und mit einer Impulsbreite von 4 μs angesteuert. Die verwendete Tinte ist ein Gemisch aus Diäthylenglykol (20 %) und Wasser (80 %) mit darin gelöstem schwarzen Lebensmittelfarbstoff 2 in einer Konzentration von 4%. Die Ausstoßöffnung 5 hat einen Durchmesser von 21 μm. Das Heizelement 2 hat eine Größe von 30 μm × 30 μm. Die Höhe des Flüssigkeitsströmungskanals, d.h. die Höhe des Spaltes zwischen dem Elementsubstrat 1 und der mit den Ausstoßöffnungen versehenen 25 μm dicken Platte 4 beträgt 13 μm.
  • Beim Flüssigkeitsausstoßkopf mit den genannten Abmessungen und der beschriebenen Form betrug das Volumen jedes ausgestoßenen Tintentröpfchens 10 × 10–15 m3 und die Ausstoßgeschwindigkeit etwa 13 m/s und es waren kaum Schwankungen dieser Parameter zu beobachten. Die mit einem Mikroskop durchgeführten Beobachtungen ergaben, daß 8 μs nach dem Senden des Steuersignals das hintere Ende der Tintensäule 7 (Grenzbereich zwischen dem Bläschen 6 (Dampf) und der Tinte) das Heizelement 2 berührte und 9 μs nach dem Senden des Steuersignals das Bläschen in die Atmosphäre entwich. Mit anderen Worten, das Entweichen des Bläschens 6 in die Atmosphäre erfolgte etwa 1 μs nach dem Berühren des Heizelements 2 durch das hintere Ende der Tintensäule 7. Wie aus 1(e) hervor geht, trifft das hintere Ende der Tintensäule 7 unmittelbar neben der auf das Elementsubstrat 1 gerichteten Mittenachse der Ausstoßöffnung 5 auf das Heizelement 2. Das kontinuierliche Beobachten des Ausstoßens ergab auch, daß das hintere Ende des Tintentröpfchens 8 die Ausstoßöffnung ganz gerade passierte und das Tröpfchen 8 mit der gewünschten Genauigkeit auf dem Aufzeichnungsmedium 21 landete. Auch nach kontinuierlichem Drucken über einen längeren Zeitraum war kein Tintennebel im Gehäuse des Aufzeichnungsgerätes festzustellen und es wurde eine ausgezeichnete Druckqualität erreicht.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Es wurde ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit einer 19 μm dicken Ausstoßöffnungsplatte gefertigt. Alle weiteren Parameter dieses Kopfes entsprachen jenen des Kopfes der ersten Ausführungsform. Bei diesem Kopf betrug das Volumen jedes ausgestoßenen Tintentröpfchens etwa 10 × 10–15 m3 und die Ausstoßgeschwindigkeit etwa 14 m/s.
  • Die Beobachtungen durch ein Mikroskop ergaben, daß 6,5 μs nach Senden des Steuersignals das Bläschen 6 in die Atmosphäre entwich. Das hintere Ende N' der Tintensäule 7 kam aber mit dem Heizelement 2 nicht unmittelbar neben der auf das Substrat 1 gerichteten Mittenlinie der Ausstoßöffnung 5, sondern näher an der Kante des Flüssigkeitsströmungskanals mit diesem in Berührung (siehe 11). Außerdem passierte das hintere Ende des Tintentröpfchens 8 die Ausstoßöffnung 5 nicht gerade, sondern bogenförmig.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Es wurde ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit einer 10 μm dicken Ausstoßöffnungsplatte gefertigt. Alle weiteren Parameter dieses Kopfes entsprachen jenen des Kopfes der ersten Ausführungsform. Bei diesem Kopf betrug das Volumen jedes ausgestoßenen Tintentröpfchens etwa 9 × 10–15 m3 und die Ausstoßgeschwindigkeit etwa 18 m/s.
  • Die Beobachtungen durch ein Mikroskop ergaben, daß 6,5 μs nach Senden des Steuersignals das Bläschen 6 in die Atmosphäre entwich. Das ist eine sehr ziemlich Zeit. Das hintere Ende N' der Tintensäule 7 berührte das Elementsubstrat erst nach dem Entweichen des Bläschens 6 in die Atmosphäre. Das hintere Ende der Tintensäule 7 kam aber mit dem Heizelement 2 nicht unmittelbar neben der auf das Substrat 1 gerichteten Mittenlinie der Ausstoßöffnung 5, sondern näher an der Kante des Flüssigkeitsströmungskanals mit diesem in Berührung (siehe 11). Außerdem passierte das hintere Ende des Tintentröpfchens 8 die Ausstoßöffnung 5 nicht gerade, sondern bogenförmig.
  • Wie bereits beschrieben, waren bei der ersten Ausführungsform und beim ersten und beim zweiten Vergleichbeispiel die Betriebsbedingungen gleich, während unterschiedliche dicke Ausstoßöffnungsplatten verwendet wurden. Es wurde festgestellt, daß der Grenzwert der Ausstoßöffnungsplattendicke bei etwa 19 μm lag, unabhängig davon, ob die Tintensäule gerade blieb oder gekrümmt war und das Tintentröpfchen auf einer geraden Linie oder bogenförmig flog. Die Größe 19 μm ist aber keine absolute Größe, sondern ändert sich in Abhängigkeit von den Dimensionen und der Konfiguration verschiedener Elemente des Flüssigkeitsausstoßkopfes, den Kopfansteuerbedingungen, den physikalischen Eigenschaften der Tinte und anderen Faktoren. Deshalb sollte eine Ausstoßöffnungsplat tendicke gewählt werden, welche zu einem gelungenen optischen Aussehen des Flüssigkeitsausstoßkopfes beiträgt. Aus den Beobachtungen war die Tendenz zu erkennen, daß mit einer allmählichen Vergrößerung der Ausstoßöffnungsplattendicke ab 25 μm der Unterschied zwischen dem Flüssigkeitsausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßverfahren allmählich verschwand.
  • (Ausführungsform 2)
  • 2 zeigt schematisch die Schnittansicht eines weiteren Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Dicke der Ausstoßöffnungsplatte 4 dieses Kopfes beträgt 19 μm und entspricht jener des ersten Vergleichsbeispiels. Auch die Ausstoßöffnung 5 dieses Kopfes ist konisch ausgeführt. Genauer ausgedrückt, der Durchmesser der Ausstoßöffnung beträgt an der Außenfläche der Ausstoßöffnungsplatte 21 μm und an deren Innenfläche 30 μm. Alle weiteren Details dieses Kopfes entsprechen jenen des Kopfes der ersten Ausführungsform.
  • Bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf betrug das Volumen jedes ausgestoßenen Tintentröpfchens etwa 11 × 10–15 m3 und die Ausstoßgeschwindigkeit etwa 17 m/s, welche kaum schwankten. Die mit einem Mikroskop durchgeführten Beobachtungen ergaben, daß 7 μs nach dem Senden des Steuersignals das hintere Ende der Tintensäule 7 (Grenzbereich zwischen dem Bläschen 6 (Dampf) und der Tinte) das Heizelement 2 berührte und 7,5 μs nach dem Senden des Steuersignals das Bläschen in die Atmosphäre entwich. Mit anderen Worten, das Berühren erfolgte vor dem Entweichen des Bläschens, d.h. etwa 0,5 μs nach dem Berühren des Heizelements 2 durch einen Abschnitt des Grenzbereichs zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit. Wie aus 1(e) hervor geht, trifft das hintere Ende der Tintensäule 7 unmittelbar neben der auf das Elementsubstrat 1 gerichteten Mittenachse der Ausstoßöffnung 5 auf das Heizelement 2. Das kontinuierliche Beobachten des Ausstoßens ergab auch, daß das hintere Ende des Tintentröpfchens 8 die Ausstoßöffnung ganz gerade passierte und das Tröpfchen 8 mit der gewünschten Genauigkeit auf dem Aufzeichnungsmedium 21 landete. Auch nach kontinuierlichem Drucken über einen längeren Zeitraum war kein Tintennebel im Gehäuse des Aufzeichnungsgerätes festzustellen und es wurde eine ausgezeichnete Druckqualität beibehalten.
  • (Ausführungsform 3)
  • 6 zeigt schematisch die Schnittansicht eines weiteren Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Diese Flüssigkeitsausstoßkopf und die Bedingungen, unter welchen dieser betrieben wird, werden nachfolgend detailliert beschrieben. Um Kante der Ausstoßöffnung 5 an der auf den Flüssigkeitsströmungskanal gerichteten Seite der Ausstoßöffnungsplatte rund ausführen zu können, wurde die Platte aus Nickel durch Elektrogießen gefertigt. Die so gefertigte Platte wurde am Stützelement genau positioniert und durch Wärme und Druck an diesem befestigt.
  • Das Heizelement 2 wurde durch ein 14,5 V-Spannungssignal in Rechteckform und mit einer Impulsbreite von 4 μs angesteuert. Als Tinte wurde ein Gemisch aus Diäthylenglykol (20%) und Wasser (80%) mit darin gelöstem schwarzen Lebensmittelfarbstoff 2 in einer Konzentration von 4% verwendet. Das Heizelement 2 hatte eine Größe von 30 μm × 30 μm, die Höhe des Spaltes zwischen dem Substrat 1 und der Ausstoßöffnungsplatte 4 betrug 13 μm und Plattendicke 16 μm. Die Ausstoßöffnung 5 war konisch ausgeführt. Genauer ausgedrückt, der Durchmesser der Ausstoßöffnung betrug an der Außenfläche der Platte 21 μm und an deren Innenfläche 33 μm. Die Ausstoßöffnung 5 war eine zylindrische Bohrung mit einem Durchmesser von 21 μm.
  • Bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf betrug das Volumen jedes ausgestoßenen Tintentröpfchens etwa 10 × 10–15 m3 und die Ausstoßgeschwindigkeit etwa 17 m/s. Die Beobachtungen mit einem Mikroskop ergaben, daß 7 μs nach Senden des Steuersignals das hintere Ende der Tintensäule 7 (Grenzbereich zwischen dem Bläschen 6 (Dampf) und der Tinte) das Heizelement 2 berührte und 7,5 μs nach Senden des Steuersignals das Bläschen 6 in die Atmosphäre entwich. Mit anderen Worten, das Bläschen 6 entwich in die Atmosphäre etwa 0,5 μs nach erfolgter Berührung zwischen dem hinteren Ende der Tintensäule 7 und dem Heizelement 2. Wie aus 2(e) hervor geht, berührte das hintere Ende der Tintensäule 7 das Heizelement 2 unmittelbar neben der auf das Substrat 1 gerichteten Mittenachse der Ausstoßöffnung 5. Die Beobachtungen ergaben auch, daß das hintere Ende des Tintentröpfchens 8 die Ausstoßöffnung 5 gerade passierte und das Tröpfchen mit der gewünschten Genauigkeit auf dem Aufzeichnungsmedium 21 landete. Auch nach dem Drucken über einen längeren Zeitraum war kein Tintennebel im Gehäuse des Aufzeichnungsgerätes festzustellen und es wurde eine ausgezeichnete Aufzeichnungsqualität beibehalten.
  • (Ausführungsform 4)
  • Es wurde ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit 13 μm dicken Ausstoßöffnungsplatte gefertigt. Alle weiteren Parameter entsprachen jenen des Kopfes der dritten Ausführungsform. Bei diesem Kopf betrug das Volumen jedes ausgestoßenen Tintentröpfchens etwa 10 × 10–15 m3 und die Ausstoßgeschwindigkeit etwa 18 m/s, welche kaum schwankten. Die Beobachtungen mit einem Mikroskop ergaben, daß 6 μs nach dem Senden des Steu ersignals das hintere Ende der Tintensäule 7 (Grenzbereich zwischen dem Bläschen 6 (Dampf) und der Tinte) das Heizelement berührte und 6,5 μs nach dem Senden des Steuersignals das Bläschen 6 in die Atmosphäre entwich. Somit erfolgte Berührung zwischen der Flüssigkeitssäule und dem Heizelement vor dem Entweichen des Bläschens 6 in die Atmosphäre. Mit anderen Worten, das Bläschen 6 entwich in die Atmosphäre etwa 0,5 μs nach erfolgter Berührung zwischen der Tintensäule 7 und dem Heizelement 2. Wie aus 2(e) hervor geht, berührte das hintere Ende der Tintensäule 7 das Heizelement 2 unmittelbar neben der auf das Substrat 1 gerichteten Mittenachse der Ausstoßöffnung 5. Die Beobachtungen ergaben auch, daß das hintere Ende des Tintentröpfchens 8 die Ausstoßöffnung 5 gerade passierte und das Tintentröpfchen 8 mit der gewünschten Genauigkeit auf dem Aufzeichnungsmedium 21 landete. Auch nach dem Drucken über einen längeren Zeitzraum war kein Tintennebel im Gehäuse des Aufzeichnungsgerätes festzustellen und es wurde eine ausgezeichnete Aufzeichnungsqualität beibehalten.
  • (Ausführungsform 5)
  • Es wurde ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit einer nur 10 μm dicken Ausstoßöffnungsplatte gefertigt. Alle anderen Parameter entsprachen jenen des Kopfes der dritten Ausführungsform.
  • Bei diesem Kopf betrug das Volumen jedes ausgestoßenen Tintentröpfchens etwa 10 × 10–15 m3 und die Ausstoßgeschwindigkeit etwa 20 m/s, welche kaum schwankten. Die Beobachtungen mit einem Mikroskop ergaben, daß 5,5 μs nach dem Senden des Steuersignals das hintere Ende der Tintensäule 7 (Grenzbereich zwischen dem Bläschen 6 (Dampf) und der Tinte) das Heizelement 2 berührte und 5,5 μs nach dem Senden des Steuersignals das Bläschen 6 in die Atmosphäre entwich. Mit an deren Worten, die Berührung zwischen der Flüssigkeitssäule und dem Heizelement fand erfolgte gleichzeitig mit dem Entweichen des Bläschens 6 in die Atmosphäre. Wie aus 2(e) hervor geht, berührte das hintere Ende der Tintensäule 7 das Heizelement 2 unmittelbar neben der auf das Substrat 1 gerichteten Mittenachse der Ausstoßöffnung. Die Beobachtungen ergaben auch, daß das hinter Ende des Tintentröpfchens 8 die Ausstoßöffnung ganz gerade passierte und das Tintentröpfchen 8 mit der gewünschten Genauigkeit auf dem Aufzeichnungsmedium 21 landete. Auch nach dem Drucken über einen längeren Zeitraum wurde kein Tintennebel im Gehäuse des Aufzeichnungsgerätes festgestellt und es wurde eine ausgezeichnete Aufzeichnungsqualität beibehalten.
  • Wie aus der Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen zu erkennen ist, kann auch bei verringerte Dicke der Ausstoßöffnungsplatte Tintentröpfchen in geeigneter Weise ausgestoßen werden, wenn eine konische Ausstoßöffnung 5 verwendet wird, mit anderen Worten, wenn der Durchmesser der Ausstoßöffnung an der Innenfläche der Ausstoßöffnungsplatte größer gewählt wird als an deren Außenfläche, d.h. der Durchmesser der Ausstoßöffnung von innen nach außen allmählich kleiner wird. Bei einer so konfigurierten Ausstoßöffnung kann die Tintensäule 7, welche sich direkt auf die Ausstoßleistung des Flüssigkeitsausstoßkopfes auswirkt, relativ groß gewählt werden. Durch relative Vergrößerung des Volumens der Tintensäule 7 wird der Abstand zwischen der Säule und dem Heizelement 2 kleiner. Dadurch entweicht das Bläschen 6 direkt unter der Tintensäule 7 und direkt über dem Heizelement 2 in die Atmosphäre und somit die Flugbahn des Tintentröpfchens verbessert, d.h., das Tintentröpfchen fliegt gerader aus der Ausstoßöffnung. Durch Verwendung einer dünneren Ausstoßöffnungsplatte als bei einem herkömmlichen Kopf können außerdem die Kosten und die Zeit zur Fertigung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes verringert werden.
  • Durch Konfigurieren einer glatten, runden Ausstoßöffnungskante an der Innenfläche der Platte wird das Ausstoßen von Tintentröpfchen verbessert. Das ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß der zwischen der Tintensäule 7 und dem Bläschen 6 erzeugte Tintenfilm C (2c) sich glatt um diese Kante bewegen kann. Mit anderen Worten, der Tintenfilm C reißt wahrscheinlich weniger schnell und das Bläschen 6 trifft wahrscheinlich weniger schnell auf die Kante, so daß dessen Entweichen in die Atmosphäre verzögert wird. Dadurch wird eine noch geradere Flugbahn des Flüssigkeitströpfchens erreicht.
  • Durch Kombinieren einer Ausstoßöffnung, deren Durchmesser sich von innen nach außen allmählich verkleinert, mit einer runden Kante der Ausstoßöffnung an der Innenfläche der Ausstoßöffnungsplatte können weitere synergetische Effekte erzielt werden.
  • Nachfolgend wird anhand der 7(a)-(f) ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßgerätes beschrieben, bei welchem ein Flüssigkeitsausstoßverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
  • 7(a) zeigt die Vorbereitung eines Substrats 1 aus Glas, Keramik, Plast, Metall oder einem ähnlichen Material. Diese Art Substrat erzeugt mit anderen Elementen die Flüssigkeitsströmungskanäle. Form und Werkstoff des Substrats sind keine Grenzen gesetzt, sofern dieses seine Funktion als Stützelement für die Schichten erfüllt, welche die Flüssigkeitskanäle und die Tintenausstoßöffnungen bilden, worauf später detailliert eingegangen wird. Auf dem Substrat 1 werden Ausstoßenergie erzeugende Elemente in Form von elektrothermischen Wandlern oder piezoelektrischen Elementen in der gewünschten Anzahl angeordnet.
  • Um Aufzeichnungsflüssigkeitströpfchen auszustoßen, d.h. Bilder aufzuzeichnen, werden die Ausstoßenergie erzeugenden Elemente 2 mit Ausstoßenergie gespeist. Wenn zum Beispiel elektrothermische Wandler als Ausstoßenergie erzeugende Elemente 2 verwendet werden, erwärmen diese die darüber vorhandene Aufzeichnungsflüssigkeit, welche durch Zustandsänderung Ausstoßenergie erzeugt. Bei Verwendung von piezoelektrischen Elementen werden diese in mechanisches Schwingen versetzt, welche die Ausstoßenergie erzeugen.
  • An die Ausstoßenergie erzeugenden Elemente 2 werden Elektroden (nicht dargestellt) angeschlossen, welche zur Übertragung von Steuersignalen zum Aktivieren dieser Elemente dienen. Die auf dem Substrat 1 angeordneten Ausstoßenergie erzeugenden Elemente 2 werden im allgemeinen noch mit verschiedenen Funktionalschichten versehen, um deren Haltbarkeit zu verlängern. Diese Funktionalschichten wirken dem Inhalt der vorliegenden Erfindung nicht entgegen.
  • Wie aus 7(a) hervor geht, ist das Substrat 1 mit einer Bohrung 10 zum Zuführen von Tinte versehen. Der Art der Erzeugung dieser Bohrung sind keine Grenzen gesetzt. Diese Bohrung kann zum Beispiel durch Bohren, auf optische Weise mit einem Laser, Ätzen oder durch Mustern eines Resists erzeugt werden. Diese Bohrung muß nicht unbedingt im Substrat 1, sondern kann auch in dem mit den Ausstoßöffnungen 5 versehenen Element erzeugt werden. In diesem Fall wird die Bohrung 10 in ein Kunstharzmuster eingebracht.
  • Anschließend wird auf dem Substrat 1 ein Tintenströmungskanalmuster aus einem löslichen Kunstharz erzeugt, um die Ausstoßenergie erzeugenden Elemente 2 abzudecken, wie 7(a) zeigt. Dafür wird gewöhnlich ein photoempfindliches Material in Form eines positiven oder negativen Resists mit veränderlicher Lösungsfähigkeit verwendet, weil das Tintenströmungskanalmuster 14 löslich sein muß.
  • Wenn das Substrat mit einer Tintenzuführöffnung versehen werden soll, wird die Resistschicht gewöhnlich durch Laminieren aufgebracht. Das photoempfindliche Material wird in einem entsprechenden Lösungsmittel gelöst und das erzeugte Gemisch wird auf einen Film aus Polyäthylenterephthalat oder einem ähnlichen Material aufgetragen. Dieser Film wird getrocknet, um einen Trockenfilm zu erhalten. Zur Erzeugung des Trockenfilms wird aus den nachfolgend genannten Gründen die Verwendung einer photolytischen Hochpolymerverbindung aus der Vinylketongruppe, z.B. Polymethylisopropylketon oder Polyvinylketon empfohlen. Bevor diese chemischen Verbindungen mit Licht bestrahlt werden, haben diese die gleichen Eigenschaften wie eine Hochpolymerverbindung. Genauer ausgedrückt, diese Verbindungen können auf einfache Weise zu einem Blatt oder einem äußerst dünnen Film verformt werden, welcher dann über die Tintenzuführöffnung gelegt wird. Das erwähnte Gemisch aus einem photoempfindlichen Material und einem Lösungsmittel kann durch Spinbeschichten, Rollen oder auf eine andere Weise auf das Substrat 1 aufgetragen werden, nachdem die Tintenzuführöffnung mit einem Füllmaterial verschlossen wurde, welches später wieder entfernt werden kann.
  • Wie aus 7(b) hervor geht, wird dann auf die lösliche Kunstharzschicht 14 in Form des Tintenströmungskanalmusters eine Kunstharzdeckschicht 15 durch Spinbeschichten, Rollen oder auf andere Weise aufgetragen. Wichtig ist, daß das für die Kunstharzdeckschicht 15 verwendete Lösungsmittel beim Auftragen dieser Schicht die lösliche Kunstharzschicht 14 nicht verformt.
  • Für die Kunstharzdeckschicht 15 sollte ein photoempfindliches Material verwendet werden, weil in dieses die Ausstoßöffnungen leicht und präzise eingebracht werden können. Dieses Material sollte eine geeignete mechanische Festigkeit haben, leicht auf dem Substrat 1 befestigt werden können, tintenbeständig und zur Erzeugung mikroskopisch kleiner Muster leicht löslich sein. Dafür ist besonders Epoxydharz geeignet, weil dieses nach einem kationischen Polymerisationsaushärtverfahren eine ausgezeichnete Festigkeit aufweist und sich im festen Zustand bei Normaltemperatur zum Bemustern eignet.
  • Ein durch kationische Polymerisation ausgehärtetes Epoxydharz hat eine höhere Vernetzungsdichte (Tg) als ein durch saures Anhydrid oder Amin ausgehärtetes Epoxydharz und ist deshalb für den genannten Zweck besser geeignet. Wenn das Epoxydharz, welches sich bei Normaltemperatur im festen Zustand befindet, mit Licht bestrahlt wird, dispergieren die bei der kationischen Polymerisation erzeugten Gasbläschen nicht in dieses, so daß beim Bemustern eine ausgezeichnete Musterqualität erreicht wird.
  • Bei Anwendung des Spinbeschichtens als eine der Dünnfilmbeschichtungstechnologien kann die Kunstharzdeckschicht 15 gleichmäßig und präzise aufgetragen werden. Dadurch kann ein kleiner Abstand (OH) zwischen dem Ausstoßenergie erzeugenden Element 2 und der Ausstoßöffnung gewährleistet werden, welcher nach einem herkömmlichen Verfahren nicht erreichbar ist. Demzufolge kann auf einfache Weise ein Flüssigkeitsaus stoßkopf gefertigt werden, welcher das Ausstoßen extrem kleiner Flüssigkeitströpfchen ermöglicht.
  • Wenn für die Kunstharzdeckschicht ein negatives photoempfindliches Material verwendet wird, reflektiert eine geeignete Fläche dieses Material das Belichtungslicht und es wird Schlacke (Entwickelreststoff) erzeugt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird aber das Ausstoßöffnungsmuster auf dem löslichen Kunstharz zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmungskanäle gebildet, so daß die Reflexion von Belichtungslicht am Substrat 1 ignoriert werden kann. Die beim Entwickeln gebildete Schlacke wird mit dem Auswaschen von gelöstem Kunstharz bei der Erzeugung der Tintenströmungskanälen beseitigt und hinterläßt keine schädliche Wirkung.
  • Als Epoxydharz, welches sich bei Normaltemperatur im festen Zustand befindet, kann das Produkt aus der chemischen Reaktion zwischen Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem Molekulargewicht von 900 und darüber, das Produkt aus der chemischen Reaktion zwischen bromhaltigem Phenol A und Epichlorhydrin oder das Produkt aus der chemischen Reaktion zwischen Phenolnovolack oder 0-Kresolnovolack und Epichlorhydrin, ein in den japanischen Dokumenten 161973/1985, 221121/1988, 9216/1989 und 141219/1990 beschriebenes Multifunktions-Epoxydharz mit einem Oxyzyklohexan-Skelett verwendet werden.
  • Als Initiator für die kationische Photopolymerisation zum Aushärten des Epoxydharzes kann aromatisches Jodoniumsalz, aromatisches Sulfoniumsalz (J. POLYMER SCI: Symposium 56 383-395 (1976)), SP-150, SP-170 oder ein ähnliches Material, hergestellt von Asahi Denko Co., Ltd., verwendet werden.
  • Die genannten Initiatoren für die photokationische Polymerisation können zusammen mit einem Reduktionsmittel verwendet werden, um die Polymerisation zu beschleunigen (Erhöhung der Vernetzungsdichte im Vergleich zur photokationischen Polymerisation allein). In diesem Fall muß ein Reduktionsmittel vom sogenannten Redox-Typ gewählt werden, welches nicht bei normaler Temperatur, sondern bei erhöhter Temperaturen (vorzugsweise 60 °C oder darüber) eine Reaktion eingeht. Geeignet ist eine Kupferverbindung, genauer gesagt ein Kupfertriflat (trifluormethansulfoniertes Kupfer (II)), welches wegen seiner hohen Reaktionsfähigkeit und seinem guten Eindringvermögen ins Epoxydharz bekannt ist. Es sind aber auch andere Reduktionsmittel wie Askorbinsäure usw. effektiv. Wenn zur Erhöhung der Anzahl an Düsen (für hohe Druckgeschwindigkeit) die Vernetzungsdichte sich erforderlich macht, kann eine nicht neutrale Tinte (zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit des Färbungsmittels) verwendet oder das Reduktionsmittel in dem Lösungsmittel gelöst werden, welches zum Auftragen der Kunstharzdeckschicht benutzt wird.
  • Wenn erforderlich, können der genannten Verbindung Additive beigemischt werden. Dem Epoxydharz kann zur Verringerung der Elastizität ein die Flexibilität erhöhendes Mittel oder zur Verbesserung der Haftfähigkeit der Deckschicht auf dem Substrat ein Haftmittel in Form von Silan beigemischt werden.
  • Danach wird die aus eine photoempfindlichen Verbindung erzeugte Kunstharzdeckschicht 15 durch eine Maske (Mustermaske) 16 belichtet, wie aus 7(c) hervor geht. Da die photoempfindliche Kunstharzdeckschicht 15 negativ ist, werden deren Abschnitte, welche den Tintenausstoßöffnungen bzw. den elektrischen Verbindungen entsprechen, durch die Maske geschützt. Zum Belichten können ultraviolettes Licht, tiefultraviolettes Licht, Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen usw. je nach Empfindlichkeitsbereich des eingesetzten Initiators für die photokationische Polymerisation verwendet werden.
  • Bei allen bisher beschriebenen Schritten kann das Positionieren nach einem herkömmlichen photolithographischen Verfahren erfolgen, da dieses im Vergleich zu einem Verfahren, bei welchem die Ausstoßöffnungsplatte und das Substrat separat gefertigt und anschließend miteinander verbunden werden, die Fertigungsgenauigkeit wesentlich verbessert. Danach kann die durch die Maske 16 belichtete photoempfindliche Kunstharzdeckschicht 15 erwärmt werden, um die photolytische Reaktion zu beschleunigen. Da die photoempfindliche Deckschicht aus Epoxydharz, welches sich bei Normaltemperatur in einem festen Zustand befindet, erzeugt wird, kann das Dispergieren der durch Musterbelichtung erzeugten kationischen Polymerisationsgasbläschen gut gesteuert und somit eine hohe Mustergenauigkeit gewährleistet werden.
  • Anschließend wird die durch die Maske 16 belichtete photoempfindliche Deckschicht 15 mit einem geeigneten Lösungsmittel entwickelt, um die Ausstoßöffnungen 5 zu erzeugen, dargestellt in 7(d). Während dieses Prozesses zum Entfernen nicht belichteter Abschnitte der photoempfindlichen Deckschicht 15 kann auch die lösliche Kunstharzschicht 14 zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmungskanäle aufgelöst und entfernt werden. Im allgemeinen werden auf einem Substrat mehrere gleiche oder unterschiedliche Köpfe angeordnet und anschließend durch Würfelschneiden voneinander getrennt. Um während des Schneidvorgangs ein erneutes Schmelzen zu verhindern, kann die photoempfindliche Deckschicht 15 allein selektiv aufgelöst werden, um die lösliche Kunstharzschicht 14 zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmungskanäle 22 nicht aufzulösen (die Schicht 14 bleibt auf den Räumen, welche weitere Tintenströmungskanäle bilden, so daß das Eindringen von geschmolzenem Material in die Flüssigkeitsströmungskanäle verhindert wird). Die Kunstharzschicht 14 wird erst nach dem Würfelschneiden aufgelöst 7(e). Der während des Entwickelns der photoempfindlichen Kunstharzdeckschicht 15 erzeugte Schaum (Entwickelrückstand) wird mit dem Auflösen der löslichen Kunstharzschicht 14 entfernt und verbleibt nicht in der Ausstoßöffnung.
  • Wenn die erwähnte Vernetzungsdichte erhöht werden soll, um die photoempfindliche Deckschicht 15 oder die Ausstoßöffnungsplatte weiter auszuhärten, wird nach dem Erzeugen der Tintenströmungskanäle 22 und der Ausstoßöffnungen 5 die Platte in eine ein Reduktionsmittel enthaltende Lösung getaucht und erwärmt. Bei diesem Vorgang wird die vernetzungsdichte der photoempfindlichen Deckschicht 15 oder der Ausstoßöffnungsplatte weiter erhöht. Dabei werden auch die Haftfestigkeit der Deckschicht auf dem Substrat und deren Tintenbeständigkeit stark verbessert. Das Tauchen der photoempfindlichen Deckschicht 15 in die Kupferionen enthaltende Lösung und Erwärmen in dieser kann auch problemlos nach dem Erzeugen der Ausstoßöffnungen durch Belichten über die Maske 16 erfolgen. In diesem Fall wird die lösliche Kunstharzschicht 14 ebenfalls erst nach dem Tauchen entfernt.
  • Als Reduktionsmittel kann jede Substanz mit Reduktionsfähigkeit verwendet werden. Chemische Verbindungen wie Kupferionen enthaltendes Kupfertriflat, Kupferazetat, Kupferbenzoat usw. sind aber am besten dafür geeignet. Besonders effektiv sind Kupfertriflat und Askorbinsäure.
  • Das Substrat mit dem auf die beschriebene Weise erzeugten Tintenströmungskanal bzw. Tintenausstoßöffnungen wird mit elektrischen Verbindungen (nicht dargestellt) zum Ansteuern eines Tintenzuführelements 17 und eines Ausstoßenergie erzeugenden Elements 2 versehen, um den Flüssigkeitsausstoßkopf bzw. den Tintenstrahlkopf zu komplettieren, dargestellt in 7(f).
  • Bei der Fertigung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes auf die beschriebene Weise werden die Ausstoßöffnungen 5 durch Photolithographie erzeugt. Die Fertigung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist aber nicht auf dieses Verfahren beschränkt, denn die Ausstoßöffnungen 5 können auch durch Trockenätzen oder mit einem Excimerlaser durch Verwendung einer anderen Maske als der genannten erzeugt werden. Wenn die Ausstoßöffnungen mit einem Excimerlaser oder durch Trockenätzen erzeugt werden, wird das Substrat durch das Kunstharzmuster vor Beschädigung durch der Laserstrahl oder das Plasma geschützt und dadurch die Herstellung eines präzisen und zuverlässigen Kopfes gewährleistet. Zur Erzeugung der Ausstoßöffnungen durch Trockenätzen oder mit einem Excimerlaser kann als Material für die Deckschicht 15 nicht nur das genannte photoempfindliche Kunstharz, sondern auch ein thermisch aushärtbares Kunstharz verwendet werden.
  • Nachfolgend wird ein Beispiel des mit dem genannten Flüssigkeitsausstoßkopf kompatiblen Flüssigkeitsausstoßgerätes beschrieben.
  • 8 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung den wichtigsten Abschnitt eines solchen Flüssigkeitsausstoßgerätes. Das Bezugszeichen 100 kennzeichnet einen Schlitten, auf welchem der genannte Flüssigkeitsausstoßkopf austauschbar befestigt werden kann. Das Flüssigkeitsausstoßgerät dieser Ausführungsform ist mit vier Flüssigkeitsausstoßköpfen entsprechend der auszustoßenden Farbtinten bestückt. Diese vier Köpfe werden zusammen mit einem Behälter 101Y für gelbe Tinte, einem Behälter 101M für magentafarbige Tinte, einem Behälter 101C für zyanfarbige Tinte bzw. einem Behälter 101B für schwarze Tinte auf dem Schlitten befestigt.
  • Der Schlitten 100 wird von einem Motor 103 über einen um Riemenscheiben 105 und 106 geschlungenen Endlosriemen 104 auf einem Führungsholm 102 in der mit dem Pfeil A gekennzeichneten Richtung hin und her bewegt.
  • Das als Aufzeichnungsmedium verwendete Aufzeichnungsblatt P wird in Pfeilrichtung B, d.h. im rechten Winkel zur Richtung A intermittierend transportiert. Das Aufzeichnungsblatt P zwischen paarig angeordneten Walzen 107 und 108 bzw. 109 und 110 mechanisch belastet und dadurch beim Transportieren flach gehalten. Diese Walzen werden als Einheit von einer Vorrichtung 111 angetrieben, obwohl dies auch vom genannten Antriebsmotor in Drehung gesetzt werden können.
  • Vor Beginn des Aufzeichnens oder zu einem gewünschten Zeitpunkt wird der Schlitten 100 in der Ausgangsstellung angehalten. An der Schlittenausgangsstellung sind Abdeckelemente 212 zum Abdecken der Ausstoßöffnungen jedes Kopfes angeordnet. Die Abdeckelemente 212 sind an eine Regeneriersaugvorrichtung (nicht dargestellt) angeschlossen, welche durch die Ausstoßöffnungen Tinte saugt, um Verstopfen zu verhindern.
  • 9 zeigt im Blockschaltbild ein Beispiel des Aufbaus eines Flüssigkeitsausstoßgerätes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Das Aufzeichnungsgerät empfängt von einem Hauptcomputer 300 Druckdaten in Form von Steuersignalen. Die Druckdaten werden vorübergehend in einer internen Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 301 des Gerätes gespeichert und sofort in verwertbare Daten umgewandelt und in die CPU 302 eingegeben, welche auch zum Senden von Kopfsteuersignalen dient. Die in die CPU 302 eingegebenen Daten werden von dieser auf der Grundlage des in einem ROM 303 gespeicherten Steuerprogramms und unter Verwendung einer peripheren Einheit in Form eines RAM 304 verarbeitet und in Druckdaten (Bilddaten) umgewandelt.
  • Die CPU 302 erzeugt auch Steuerdaten zum Steuern des Antriebsmotors 306, welcher synchron zu den Bilddaten das Aufzeichnungsblatt P und den Aufzeichnungskopf 200 bewegt. Die Bilddaten und die Motorantriebsdaten werden über einen Motortreiber 305 und einen Kopftreiber 307 an den Antriebsmotor 306 und die Köpfe 200 übertragen, um diese zum geeigneten Zeitpunkt anzutreiben und dabei ein Bild zu erzeugen.
  • Nachfolgend wird ein Beispiel eines Tintenstrahlaufzeichnungssystem beschrieben, welches mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf einem Aufzeichnungsmedium ein Bild aufzeichnet. 10 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung den wichtigsten Abschnitt eines Aufzeichnungssystems als ein Beispiel eines Flüssigkeitsausstoßgerätes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der bei dieser Ausführungsform des Aufzeichnungsgerätes verwendete Flüssigkeitsausstoßkopf ist ein aus den vier Köpfen 201a201d zusammengesetzter Ganzzeilenkopf zum Aufzeichnen mit den Farbtinten Gelb (Y), Magenta (M), Zyan (C) und Schwarz (Bk). Die vier Köpfe sind in einem bestimmten Abstand parallel zueinander und rechtwinklig zur Transportrichtung des Aufzeichnungsmediums an einem Halter 202 befestigt. Jeder dieser vier Köpfe erstreckt sich über die gesamte Aufzeichnungsbreite eines Aufzeichnungsmediums 150 und weist zahlreiche Ausstoßöffnun gen auf, welche in einer Teilung von 14/mm in Pfeilrichtung Y über die Aufzeichnungsbreite angeordnet sind.
  • Von dem als Steuersignalgabevorrichtung dienenden Kopftreiber 307 werden an jeden der vier Köpfe entsprechende Steuersignale gesendet. Diese Köpfe werden vom entsprechenden der vier Behälter 204a204d mit der auszustoßenden Farbtinte Y, M, C bzw. Bk versorgt.
  • Unter jedem der vier Köpfe ist eine mit einem Absorptionselement in Form eines Schwamms oder eines anderen Materials versehen Kappe 203a, 203b, 203c bzw. 203d angeordnet. Wenn die Aufzeichnungsköpfe 201a201d nicht benutzt werden, bedeckt diese die jeweilige Kappe, um deren Ausstoßleistung ständig zu gewährleisten. Das Bezugszeichen 206 kennzeichnet ein als Transportvorrichtung für verschiedene Aufzeichnungsmedien dienendes Transportband. Das über mehrere Walzen geführte Transportband 206 wird vom Antriebsmotor 306 über eine Antriebswalze angetrieben.
  • Das Tintenstrahlaufzeichnungssystem dieser Ausführungsform weist eine Vorbehandlungsvorrichtung 251 und eine Nachbehandlungsvorrichtung 252 auf. Die Vorbehandlungsvorrichtung 251 ist vor der Aufzeichnungseinheit angeordnet und führt vor dem eigentlichen Aufzeichnungsvorgang verschiedene Behandlungen am Aufzeichnungsmedium durch, während die Nachbehandlungsvorrichtung 252 hinter der Aufzeichnungseinheit angeordnet ist und verschieden Nachbehandlungen am Aufzeichnungsmedium durchführt. Inhalt der Vor- und Nachbehandlungen variiert in Abhängigkeit vom verwendeten Aufzeichnungsmedium oder von der Tintenart. Ein Aufzeichnungsmedium aus Metall, Plast oder Keramik wird vor dem Aufzeichnen mit Ultraviolettlicht oder Ozon behandelt, damit an dessen Oberfläche die Tinte besser haftet. Bei einem Aufzeichnungsmedium aus Plast bleibt durch die leichte statische Aufladung manchmal Staub an diesem hängen, welcher das Aufzeichnen beeinträch tigen kann. In diesem Fall kann eine Ionisiereinheit verwendet werden, welche die statische Ladung vom Aufzeichnungsmedium ableitet und Staub von diesem entfernt. Ein Aufzeichnungsmedium aus Gewebe kann vor dem Drucken mit einer alkalischen Substanz, einer wasserlöslichen Substanz, einem synthetischen Hochpolymer, einem wasserlöslichen Metallsalz, Harnstoff oder Thioharnstoff behandelt werden. Das Vorbehandeln ist aber nicht auf die genannten Verfahren beschränkt. So kann das Aufzeichnungsmedium zum Beispiel auf eine für das Drucken geeignete Temperatur erwärmt werden. Das Aufzeichnungsmedium mit darauf ausgestoßener Tinte kann erwärmt oder mit Ultraviolettlicht bestrahlt werden, um die Tinte zu fixieren oder das Fixieren der Tinte auf dem Aufzeichnungsmedium zu beschleunigen. Die Partikel des zur Vorbehandlung verwendeten Mittels, welche nicht aktiviert wurden, werden ausgewaschen.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf einen Drucker und auf eine periphere Bildausgabeeinheit für ein Informationsverarbeitungsgerät in Form eines Computers, mit welchen durch Ausstoßen einer Flüssigkeit in Form von Tröpfchen ein Bild auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird, übertragen werden. Diese Erfindung ist auch auf ein mit einer Leseeinheit ausgerüstetes Kopiergerät, ein Faxgerät mit Sende – und Empfangsfunktion, ein mit einem Druckabschnitt versehenes Informationsverarbeitungsgerät in Form eines Textautomaten, auf ein industriell genutztes Aufzeichnungsgerät oder Aufzeichnungssystem in Verbindung mit verschiedenen Verarbeitungseinheiten übertragbar. Der in dieser Spezifikation verwendete Begriff „Aufzeichnen" bezieht sich auf die Erzeugung sowohl von Bildern in Form von Buchstaben oder Grafiken als auch von bedeutungslosen Mustern auf einem Aufzeichnungsmedium.
  • Als Ausstoßflüssigkeit kann auch Tinte verwendet werden, welche im Moment des Ausstoßen flüssig ist. Eine solche Tinte ist bei Normaltemperatur im festen Zustand, wird aber bei höheren Temperaturen flüssig. Mit anderen Worten, es spielt keine Rolle, ob die auszustoßende Substanz bei Normaltemperatur fest oder flüssig ist, wenn im Moment des Ausstoßens der flüssige Zustand gewährleistet wird. Als Aufzeichnungsmedium kann Papier, Zwirn, Fasermaterial, Gewebe, Leder, Metall, Plast (OHP-Blätter, CDs, Ornamentplatten usw.), Glas (Farbfilter usw.), Holz, Keramik oder dreidimensionales, netzförmiges Material wie Schwamm verwendet werden.

Claims (18)

  1. Flüssigkeitsausstoßverfahren, bei welchem von einem auf einem Substrat (1) angeordneten Wärme erzeugenden Element (2) Wärme erzeugt und dadurch in der Flüssigkeit über diesem ein Bläschen (6) zum Ausstoßen eines Flüssigkeitströpfchens aus einer Ausstoßöffnung (5) gebildet wird, gekennzeichnet durch die Schritte, daß durch Verformen des Bläschens (6) ein Abschnitt (N) der Gas/Flüssigkeits-Grenzfläche zwischen der das Substrat nicht berührenden Flüssigkeit und dem Bläschen das Substrat berührt und bei oder nach erfolgter Berührung des Substrats (1) durch den Grenzflächenabschnitt (N) das Bläschen (6) in die Atmosphäre geöffnet wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Berührung zwischen dem Grenzflächenabschnitt und dem Substrat (1) während des Zusammenfallens des Bläschens stattfindet.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Bläschen (6) im wesentlichen eine Ringform hat, wenn der Grenzflächenabschnitt das Substrat berührt.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Grenzflächenabschnitt (N) zum hinteren Ende einer in ein Tröpfchen umzuwandelnden Flüssigkeitssäule wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschnitt, welcher vom Grenzflächenabschnitt berührt wird, ein Abschnitt des Wärme erzeugenden Elements ist.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bläschen durch Kernsieden der Flüssigkeit erzeugt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem im dafür verwendeten Flüssigkeitsausstoßkopf das Wärme erzeugende Element der Ausstoßöffnung gegenüber angeordnet ist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der genannte Grenzflächenabschnitt das Substrat in einem Bereich berührt, welcher durch Projizieren der Außenperipherie der Ausstoßöffnung auf das Substrat definiert ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der genannte Grenzflächenabschnitt das Substrat in einem Bereich berührt, welcher durch Projizieren der Innenperipherie der Ausstoßöffnung auf das Substrat definiert ist.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Ausstoßöffnung an der Innenperipherie einen größeren Querschnitt hat als an der Außenperipherie.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, wobei der Querschnitt der Ausstoßöffnung sich von der Innenperipherie zur Außenperipherie verringert.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 7, 8, 9, 10 oder 11, wobei die Innenkante Ausstoßöffnung rund ist.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem zur Erzeugung von Wärmeenergie das Wärme erzeugende Element eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit einer Spannung von 14,5 V in Impulsform mit einer Impulsbreite von 4 Mikrosekunden gespeist wird, wobei das Wärme erzeugende Element mit einer Fläche von 30 × 30 Mikrometer einer Ausstoßöffnung mit einem Durchmesser von 20 Mikrometer gegenüber liegt, welche in einer um 13 Mikrometer vom Substrat entfernt angeordneten 25 Mikrometer dicken Platte vorhanden ist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem zur Erezeugung von Wärmeenergie das Wärme erzeugende Element eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit einer Spannung von 14,5 V in Impulsform mit einer Impulsbreite von 4 Mikrosekunden gespeist wird, wobei das Wärme erzeugende Element mit einer Fläche von 30 × 30 Mikrometer einer konischen Ausstoßöffnung gegenüber liegt, welche in einer 13 Mikrometer vom Substrat entfernt angeordneten 19 Mikrometer dicken Platte vorhanden ist und an der Platteninnenseite einen Durchmesser von 30 Mikrometer und an der Plattenaußenseite einen Durchmesser von 21 Mikrometer hat.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem zur Erzeugung von Wärmeenergie das Wärme erzeugende Element eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit einer Spannung von 14,5 V in Impulsform mit einer Impulsbreite von 4 Mikrosekunden gespeist wird, wobei das Wärme erzeugende Element mit einer Fläche von 30 × 30 Mikrometer einer konischen Ausstoßöffnung gegenüber liegt, welche in einer 13 Mikrometer vom Substrat entfernt angeordneten 16 Mikrometer dicken Platte vorhanden ist und an der Platteninnenseite einen Durchmesser von 33 Mikro meter und an der Plattenaußenseite einen Durchmesser von 21 Mikrometer hat.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem zur Erzeugung von Wärmeenergie das Wärme erzeugende Element eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit einer Spannung von 14,5 V in Impulsform mit einer Impulsbreite von 4 Mikrosekunden gespeist wird, wobei das Wärme erzeugende Element mit einer Fläche von 30 × 30 Mikrometer einer konischen Ausstoßöffnung gegenüber liegt, welche in einer 13 Mikrometer vom Substrat entfernt angeordneten 13 Mikrometer dicken Platte vorhanden ist und an der Platteninnenseite einen Durchmesser von 30 Mikrometer und an der Plattenaußenseite einen Durchmesser von 21 Mikrometer hat.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem zur Erzeugung von Wärmeenergie das Wärme erzeugende Element eines Flüssigkeitsausstoßkopfes mit einer Spannung von 14,5 V in Impulsform mit einer Impulsbreite von 4 Mikrosekunden gespeist wird, wobei das Wärme erzeugende Element mit einer Fläche von 30 × 30 Mikrometer einer konischen Ausstoßöffnung gegenüber liegt, welche in einer 10 Mikrometer vom Substrat entfernt angeordneten 13 Mikrometer dicken Platte vorhanden ist und an der Platteninnenseite einen Durchmesser von 30 Mikrometer und an der Plattenaußenseite einen Durchmesser von 21 Mikrometer hat.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Innenkante der Ausstoßöffnung gerundet wird.
DE69924047T 1998-04-28 1999-04-27 Flüssigkeitsausstossverfahren Expired - Lifetime DE69924047T2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11961498 1998-04-28
JP11961598 1998-04-28
JP11961498 1998-04-28
JP11961598 1998-04-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69924047D1 DE69924047D1 (de) 2005-04-14
DE69924047T2 true DE69924047T2 (de) 2006-02-02

Family

ID=26457304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69924047T Expired - Lifetime DE69924047T2 (de) 1998-04-28 1999-04-27 Flüssigkeitsausstossverfahren

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6582060B1 (de)
EP (1) EP0953445B1 (de)
DE (1) DE69924047T2 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7594507B2 (en) * 2001-01-16 2009-09-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermal generation of droplets for aerosol
US6749290B2 (en) 2001-09-04 2004-06-15 Canon Kabushiki Kaisha Recording unit, image recording apparatus and image recording method
SG109494A1 (en) * 2002-04-08 2005-03-30 Inst Of High Performance Compu Liquid ejection pump system
JP2004001490A (ja) * 2002-04-23 2004-01-08 Canon Inc インクジェットヘッド
US6709805B1 (en) 2003-04-24 2004-03-23 Lexmark International, Inc. Inkjet printhead nozzle plate
US7331650B2 (en) * 2004-04-08 2008-02-19 Eastman Kodak Company Printhead having a removable nozzle plate
US7625073B2 (en) 2005-06-16 2009-12-01 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and recording device
JP4713269B2 (ja) * 2005-08-08 2011-06-29 ソニー株式会社 液体吐出型記録ヘッドの製造方法
US7857422B2 (en) * 2007-01-25 2010-12-28 Eastman Kodak Company Dual feed liquid drop ejector
US8531952B2 (en) 2009-11-30 2013-09-10 The Hong Kong Polytechnic University Method for measurement of network path capacity with minimum delay difference
US8567909B2 (en) 2011-09-09 2013-10-29 Eastman Kodak Company Printhead for inkjet printing device
US8840981B2 (en) 2011-09-09 2014-09-23 Eastman Kodak Company Microfluidic device with multilayer coating
JP6095315B2 (ja) * 2012-10-02 2017-03-15 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドの製造方法
US10286661B2 (en) * 2016-10-27 2019-05-14 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge method and liquid discharge apparatus for heating a liquid through a surface to generate a bubble
CN106733263A (zh) * 2017-01-16 2017-05-31 西北农林科技大学 一种气泡充电电极静电喷头

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0625194B2 (ja) 1984-01-30 1994-04-06 ダイセル化学工業株式会社 新規なエポキシ樹脂の製造方法
JPH0725864B2 (ja) 1987-03-09 1995-03-22 ダイセル化学工業株式会社 エポキシ樹脂
JP2736664B2 (ja) 1988-11-24 1998-04-02 三共化成株式会社 射出成形品の製法
ES2073614T3 (es) * 1990-04-27 1995-08-16 Canon Kk Metodo y aparato de impresion.
JPH0410941A (ja) 1990-04-27 1992-01-16 Canon Inc 液滴噴射方法及び該方法を用いた記録装置
JP3179834B2 (ja) 1991-07-19 2001-06-25 株式会社リコー 液体飛翔記録装置
US5621447A (en) * 1991-10-25 1997-04-15 Canon Kabushiki Kaisha Jet recording method
DE19505465A1 (de) * 1994-02-18 1995-08-24 Hitachi Koki Kk Thermischer Tintenstrahldrucker

Also Published As

Publication number Publication date
DE69924047D1 (de) 2005-04-14
US6582060B1 (en) 2003-06-24
EP0953445A2 (de) 1999-11-03
EP0953445B1 (de) 2005-03-09
EP0953445A3 (de) 2000-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60030606T2 (de) Tintenstrahldruckkopf, Verfahren zur Verhinderung von unabsichtlichen Tintenstrahlversagens beim Verwenden des Kopfes und Herstellungsverfahren dafür
DE69822104T2 (de) Flüssigkeitsausstossverfahren
DE69731032T2 (de) Flüssigkeitsausstosskopf, Wiederherstellungsverfahren und Herstellungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstosskopf und diesen Kopf verwendende Flüssigkeitsausstossvorrichtung
DE69924047T2 (de) Flüssigkeitsausstossverfahren
DE69725067T2 (de) Flüssigkeitsausstosskopf, Kassette für einen Flüssigkeitsausstosskopf und Flüssigkeitsausstossapparat
DE69636331T2 (de) Flüssigkeitsausstosskopf
DE69934469T2 (de) Druckköpfe
DE69730379T2 (de) Verfahren zum Ausstossen von Flüssigkeit während die Blase in Verbindung mit Luft tritt, Flüssigkeitsausstosskopf zur Durchführung des Verfahrens und Aufzeichnungsvorrichtung
DE68929489T2 (de) Tintenstrahlkopf und sein Herstellungsverfahren, Aufflussöffnungsplatte für diesen Kopf und sein Herstellungsverfahren, und Tintenstrahlgerät damit versehen
DE60303227T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes
DE69928978T2 (de) Herstellen von Düsen aus Polymer mittels direkter Bilderzeugung
DE69626879T2 (de) Flüssigkeitsausstosskopf, Flüssigkeitsausstossgerät und Flüssigkeitsausstossverfahren
DE69635216T2 (de) Flüssigkeitsausstosskopf, und Flüssigkeitsausstossverfahren
DE60315205T2 (de) Epoxidharzzusammensetzung, Verfahren zur Oberflächenbehandlung, Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf und ein Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsgerät
DE60301736T2 (de) Epoxidharzzusammensetzung, Verfahren zur Oberflächenmodifizierung, Tintenstrahlaufzeichnungskopf und Tintenstrahlaufzeichnungsapparat
DE69837466T2 (de) Filter zum Beseitigen von Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit und Verfahren zum Herstellen desselben
DE3717294A1 (de) Tintenstrahlaufzeichnungsgeraet
DE69724875T2 (de) Tintenstrahlaufzeichnungskopf und Tintenstrahlaufzeichnungsapparat
DE69634935T2 (de) Druckverfahren und druckvorrichtung zur tonabstufung
DE4223707A1 (de) Tintenstrahl-aufzeichnungseinrichtung, verfahren zum herstellen eines aufzeichnungskopfes und verfahren zum ausstossen von tintentroepfchen von einem aufzeichnungskopf
DE69825000T2 (de) Tintenstrahlkopf, sein Herstellungsverfahren, und Tintenstrahlgerät damit versehen
DE69724330T2 (de) Kopf und Gerät zum Ausstossen von Flüssigkeit, und Verfahren zur Herstellung
DE69837797T2 (de) Tintenstrahldrucker und Tintenstrahldruckverfahren
DE60202012T2 (de) Epoxidharzzusammensetzung, Verfahren zur Verbesserung der Oberfläche eines Substrats, eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs und eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts
DE69724185T2 (de) Verfahren zum Ausstossen von Flüssigkeit, Flüssigkeitsversorgungsverfahren, Flüssigkeitsausstosskopf, Flüssigkeitsausstosskopfkassette, die einen solchen Flüssigkeitsausstosskopf verwendet und Vorrichtung zum Ausstossen von Flüssigkeit

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition