DE69936025T2

DE69936025T2 - Flüssigkeitsausstosskopf, Flüssigkeitsausstossverfahren und Flüssigkeitsausstossvorrichtung

Info

Publication number: DE69936025T2
Application number: DE69936025T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ohta-ku Shimazu; Sadayuki Ohta-ku Sugama; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Yoichi Ohta-ku Taneya; Hiroyuki Ohta-ku Sugiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: EP0982136A2; EP0982136A3; EP0982136B1; DE69936025D1; CA2280547C; KR100337849B1; AU4464599A; CN1254646A; US6409317B1; CN1118373C; KR20000017434A; CA2280547A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der eine gewünschte Flüssigkeit mit Hilfe von Bläschen ausstößt, die unter Anwendung von auf die Flüssigkeit einwirkender thermischer Energie erzeugt werden, und betrifft ferner eine Druckkopfkassette und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, welche einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwenden. Mehr besonders betrifft die Erfindung sowohl einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der mit beweglichen Bauteilen versehen ist, die durch Nutzung der Erzeugung von Bläschen verlagerbar sind, als auch eine Druckkopfkassette und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, welche einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwenden.
Die Erfindung ist auf einen Drucker anwendbar, der auf einem Aufzeichnungsmedium, wie z. B. Papier, Garn, Stoff, Gewebe, Leder, Metall, Kunststoffen, Glas, Holz und Keramik, unter verschiedenen anderen, aufzeichnen kann. Die Erfindung ist auch auf ein Kopiergerät, eine Telefaxeinrichtung mit Übermittlungseinrichtungen und eine Vorrichtung wie z. B. ein Textverarbeitungssystem, das mit einem Drucker versehen ist, anwendbar. Die Erfindung ist auch auf ein Aufzeichnungssystem für industrielle Verwendung, das in Kombination mit verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen komplex angeordnet ist, anwendbar.
In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "Aufzeichnung" nicht nur das Bereitstellen von Schriftzeichen, Zeichnungen und anderen Bildern mit einer Bedeutung, sondern auch das Bereitstellen von Mustern oder anderen Bildern, welche keinerlei spezielle Bedeutung verkörpern, für ein Aufzeichnungsmedium.
Bemerkungen zum Stand der Technik
In dieser Hinsicht wurde das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bekannt, d. h., das sogenannte Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren, in welchem Energie, wie z. B. Wärme, einer Tinte zugeführt wird, um deren Zustandsänderung zu veranlassen, welche durch plötzliche Volumenveränderungen (Erzeugung von Bläschen) begleitet wird, worauf die Tinte durch die wirkende Kraft, die auf dieser Zustandsänderung beruht, ausgestoßen wird und dann die ausgestoßene Tinte auf einem Aufzeichnungsmedium für die Ausbildung von Bildern haften kann. Die Aufzeichnungsvorrichtung, welche dieses Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren verwendet, ist im Allgemeinen mit Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte; mit Tintenströmungswegen, die mit den Ausstoßöffnungen in Verbindung stehen; und mit Elektrizitäts-Wärme-Umwandlungselementen, von denen ein Jeweiliges in jeweils einem von den Tintenströmungswegen angeordnet ist und als Vorrichtung zum Erzeugen von Energie, die für das Ausstoßen von Tinte verwendet wird, dient, versehen, wie in den Beschreibungen des Dokuments US-4,723,129 und anderen offenbart ist.
Mit einem Aufzeichnungsverfahren nach dem Stand der Technik ist es möglich, Bilder von hoher Qualität bei höheren Geschwindigkeiten mit einem kleineren Ausmaß an Rauschen aufzuzeichnen. Gleichzeitig wird es bei dem Druckkopf, mit welchem dieses Aufzeichnungsverfahren ausgeführt wird, möglich, unter vielen anderen Vorteilen, die Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte mit höherer Dichte anzuordnen, um folglich sowohl Bilder mit höherer Auflösung mit einer kleineren Vorrichtung als auch mühelos Farbbilder zu erhalten. In den letzten Jahren wurde daher das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren weit verbreitet für viele Arten von Büroausrüstungen, wie z. B. Drucker, Kopiergeräte, Telefaxgeräte und ferner für Textildrucksysteme und andere für die industrielle Nutzung verwendet.
Im Zuge der breiteren Anwendung der Bubble-Jet-Technologien und -Verfahren für die Erzeugnisse, welche gegenwärtig auf vielen Gebieten verwendet werden, ergaben sich in den letzten Jahren zunehmend mehr verschiedene Anforderungen, wie nachstehend angeführt wird.
Um Bilder in höherer Qualität zu erhalten, wird die Beschaffenheit des Antriebs auf neue Weise so vorgeschlagen, dass das Flüssigkeitsausstoßverfahren oder dergleichen derart eingerichtet werden sollte, dass einwandfreie Flüssigkeitsausstöße auf der Grundlage einer stabilisierten Erzeugung von Bläschen ausgeführt werden, wodurch ermöglicht wird, dass Tinte mit höheren Geschwindigkeiten ausgestoßen werden kann. Ferner wurde vom Gesichtspunkt von mehr Aufzeichnung aus eine verbesserte Konfiguration der Strömungswege vorgeschlagen, um einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu erhalten, in dessen Flüssigkeitsströmungswegen ein schnelleres Nachfüllen der Tinte, die ausgestoßen worden war, ausgeführt werden kann.
Über einen Druckkopf nach dem Stand der Technik hinaus ist eine Erfindung in der Beschreibung des Dokuments JP-6-31918 (insbesondere unter Bezugnahme auf 3 in der Patentanmeldung) offenbart, in welcher Aufmerksamkeit auf die Rückwellen (den Druck, der in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen, die in Richtung der Ausstoßöffnungen gerichtet ist) gelenkt wird, welche zusammen mit der Ausbildung von Bläschen erzeugt werden, und dann wird ein Aufbau angeordnet, um derartige Rückwellen zu verhindern, weil die Rückwellen einen Energieverlust bei der Ausführung von Ausstößen ergeben. Gemäß der Erfindung, die in deren Beschreibung offenbart ist, ist ein dreieckiger Abschnitt eines dreieckigen Plattenelements angeordnet, das sich in Gegenüberlage zu jedem Heizelement befindet, das Bläschen erzeugt. Die Erfindung kann die Rückwellen durch ein Plattenelement, das auf diese Weise angeordnet ist, zeitweilig und geringfügig un terdrücken. Es gibt jedoch überhaupt keinen Hinweis hinsichtlich der gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen der Bildung von Bläschen und dem dreieckigen Abschnitt, und es ist auch keine Vorstellung hinsichtlich der Beschäftigung mit solchen gegenseitigen Abhängigkeiten offenbart. Daher weist diese Erfindung noch die nachstehend dargelegten Probleme auf.
Die Erfindung ist so ausgelegt, dass die Heizelemente auf dem Boden eines vertieften Abschnitts angeordnet sind, wodurch erschwert wird, einen Zustand zu schaffen, bei dem die Heizelemente in einer geraden Linie mit den Ausstoßöffnungen verbunden werden können. Demzufolge können die Flüssigkeitströpfchen nicht derart stabilisiert werden, dass sie in ihrer Form einheitlich gehalten werden. Zugleich kann sich das Tröpfchen von der einen Seite des dreieckigen Plattenelements ganz und gar zu der entgegengesetzten Seite ausbilden, da die Bildung des Bläschens beginnend an dem Umkreis jeder Spitze von den dreieckigen Abschnitten stattfinden kann. Folglich wird die Bildung jedes Bläschens in der Flüssigkeit so abgeschlossen, wie sie gewöhnlich bewirkt wurde, als keine dreieckigen Plattenelemente vorhanden waren. Daher hat hierbei das Vorhandensein der Plattenelemente hinsichtlich der Tröpfchenbildung überhaupt keinen Einfluss. Der gesamte Körper von jedem Plattenelement ist von jedem Bläschen umgeben, und in dem Stadium, in welchem sich das Bläschen zusammenzieht, kann dieser Zustand eine Störung der Nachfüllströmung zu jedem von den in den vertieften Abschnitten angeordneten Heizelementen bewirken. Demzufolge sammeln sich feine Bläschen in dem vertieften Abschnitt an, welche das Prinzip selbst stören können, nach dem Ausstöße auf der Grundlage der Bildung von Bläschen ausgeführt werden.
Inzwischen wurde laut dem Dokument EP-436047A1 eine Erfindung vorgeschlagen, um ein erstes Absperrventil, das zwischen dem Bereich in der Nachbarschaft der Ausstoßöffnungen und dem Bläschenerzeugungsbereich angeordnet ist, und ein zweites Absperrventil, das zwischen dem Bläschenerzeugungs bereich und dem Tintenzuführungsabschnitt angeordnet ist, abwechselnd zu öffnen und zu verschließen, um diese vollständig voneinander abzutrennen (wie in 4 bis 9 des Dokuments EP-436047A1 dargestellt ist). Diese Erfindung unterteilt jedoch unvermeidlich jede von den drei Kammern jeweils in zwei. Demzufolge ergibt die Tinte, die dem Flüssigkeitströpfchen folgt, zum Zeitpunkt des Ausstoßes ein großes Nachschleppen, welches im Vergleich zu dem üblichen Ausstoßverfahren, bei dem die Entwicklung, das Zusammenziehen und das Auslöschen für jedes von den Bläschen ausgeführt werden, eine beträchtliche Menge an Satellitentröpfchen erzeugt (vermutlich gibt es keinen Weg, um das sich aus dem Vorgang des Verschwinden des Bläschens ergebende Zurückziehen des Meniskus wirksam auszunutzen). Zum Zeitpunkt des Nachfüllens sollte die Flüssigkeit dem Bläschenerzeugungsabschnitt im Anschluss an das Verschwinden von jedem Bläschen zugeführt werden. Da es jedoch nicht möglich ist, die Flüssigkeit der Umgebung von jeder Ausstoßöffnung zuzuführen, bis die nächste Bläschenbildung stattfindet, verändert sich nicht nur die Größe von jedem Ausstoßflüssigkeitströpfchen beträchtlich, sondern es wird auch die Frequenz der Ausstoßreaktionen sehr viel kleiner. Diese vorgeschlagene Erfindung ist daher weit davon entfernt, praktikabel zu sein.
Der Anmelder des vorliegenden Patents hat eine Anzahl von Erfindungen vorgeschlagen, die zu der Ausführung von effektiven Ausstößen von Flüssigkeitströpfchen beitragen können, welche ein bewegliches Bauteil verwenden (ein Plattenelement oder dergleichen, das sein freies Ende an der Ausstoßöffnungsseite seines Gelenkpunkts aufweist), die sich von der herkömmlichen Technik unterscheiden. Von den so vorgeschlagenen Erfindungen ist die eine, die in dem Dokument J-9-48127 offenbart ist, derart, dass sie die obere Grenze der Verlagerung eines beweglichen Bauteils reguliert, um selbst eine kleine Störung des Verhaltens des beweglichen Bauteils, wie vorstehend beschrieben, zu verhindern. Ferner findet sich in der Beschreibung des Dokuments J-9-323420 die Offenbarung einer Erfindung, dass die Lage der gemeinsamen Flüs sigkeitskammer stromaufwärts von dem vorstehend genannten beweglichen Bauteil unter Ausnutzung des Vorteils, der durch das bewegliche Bauteil gegeben ist, so eingerichtet ist, dass sie zu der stromabwärtigen Seite, d. h., der Seite des freien Endes des verlagerbaren Bauteils, verschiebbar ist, um die Nachfüllfähigkeit zu erhöhen. In diesen Erfindungen wurde jedoch jedem einzelnen Element einer Bläschenbildung als einer Gesamtheit, welche sich mit der Ausbildung des Flüssigkeitströpfchens befasst, keine Aufmerksamkeit gewidmet, oder den gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen ihnen, weil in den Voraussetzungen, die für die Ausgestaltung der Erfindung herausgestellt wurden, der Modus angenommen wurde, dass das Bläschen zu der Seite der Ausgangsöffnung aus dem Zustand, in welchem die Bildung das Bläschen vorübergehend von dem beweglichen Bauteil umfasst wird, auf einmal freigegeben wird.
Dann hat in der nächsten Stufe, um in dieser Hinsicht zu folgen, der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung in dem Dokument JP-10-24588 die Erfindung, dass ein Teil des Bläschenbildungsbereichs von dem beweglichen Bauteil freigegeben wird, als eine neue Vorstellung (akustische Wellen) unter Lenken der Aufmerksamkeit auf die Bildung von Bläschen unter Anwendung der Fortpflanzung von Druckwellen, welche das Element bilden, das in Beziehung zu den Flüssigkeitsausstößen steht, offenbart. Bei dieser Erfindung ist die Aufmerksamkeit jedoch auch nur auf die Bildung von jedem Bläschen zum Zeitpunkt von Flüssigkeitsausstößen gerichtet. Demzufolge werden weder jedes einzelne Bauteil, das in Beziehung zu der Ausbildung der Flüssigkeitströpfchen steht, welches an der Bläschenbildung als Ganzes beteiligt ist, noch die Wechselwirkungen zwischen jedem von ihnen berücksichtigt, wenn die Erfindung ausgelegt wird.
Obwohl bekannt war, dass der vordere Abschnitt (Edge-Shooter-Typ) des Bläschens, das durch Filmsieden erzeugt wird, einen großen Einfluss auf die Ausstöße ausübt, gibt es keine Erfindung, in welcher jemals diesem speziellen Ab schnitt Aufmerksamkeit geschenkt wurde, um ihn zu veranlassen, zu der Ausbildung von jedem Flüssigkeitsausstoßtröpfchen wirksam beizutragen. Die Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung haben diesen Abschnitt ausführlich untersucht, um ihn sachgerecht aufzuklären, als sie die Erfindung ausgelegt haben, um dafür ein Patent zu erwirken.
Vom Gesichtspunkt der Ausbildung von Ausstoßflüssigkeitströpfchen aus sind genaue Untersuchungen hinsichtlich der Abläufe von der Erzeugung jedes Bläschens an bis zu dessen Verschwinden gemacht worden. Dann wurde eine Anzahl von Erfindungen als ein Ergebnis solcher genauer Untersuchungen gemacht. Die vorliegende Erfindung ist somit zur Verringerung der Satelliten gedacht, welche für die Ausbildung von Tintenstrahlen charakteristisch sind und welche dazu neigen, die Qualität der Drucke zu verringern, und auch dazu, dass die Vorrichtung selbst und das Aufzeichnungsmedium verunreinigt werden. Im Vergleich zu der herkömmlichen Technik macht es die vorliegende Erfindung möglich, in Bezug auf die Stabilisierung der Bildqualität einen sehr hohen technischen Stand bei der Ausführung des fortlaufenden Ausstoßvorgangs zu erreichen.
Das Dokument EP-A-0721841 offenbart einen Flüssigkeitsausstoßkopf zum Ausstoßen von Flüssigkeit durch Erzeugen eines Bläschens, wobei der Druckkopf aufweist: einen Ausstoßauslass zum Ausstoßen von Flüssigkeit; einen Bläschenweg, der für Flüssigkeit in Verbindung mit der Ausstoßöffnung steht; einen Bläschenerzeugungsbereich zum Erzeugen eines Bläschens in der Flüssigkeit; und ein bewegliches Bauteil mit einem Gelenkpunkt und einem freien Ende, welches sich in Gegenüberlage zu dem Bläschenausbildungsbereich befindet. Beim Betrieb dieses Flüssigkeitsausstoßkopfs verlagert sich das bewegliche Bauteil durch einen Druck, der durch die Ausbildung des Bläschens erzeugt wird, aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung, und ein Widerstand gegen die Verlagerung des beweglichen Elements ist angrenzend an das freie Ende kleiner als angrenzend an den Gelenkpunkt. Wie in 12 des Dokuments EP-A-0721841 dargestellt ist, kann ein Vorsprung in den Flüssigkeitsweg vorstehen, um in Berührung mit dem beweglichen Bauteil zu gelangen, um eine weitere Verlagerung des beweglichen Bauteils zu verhindern.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf wie in Anspruch 1 aufgezeigt geschaffen.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung bereit, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf nach dem ersten Aspekt und eine Vorrichtung zum Tragen eines Aufzeichnungsmediums aufweist, um das Aufzeichnungsmedium zu tragen, das Flüssigkeit aufnimmt, die von dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßen wird.
In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitsausstoßverfahren wie in Anspruch 26 aufgezeigt bereit.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden sowohl das erzeugte Bläschen und die Flüssigkeit an deren Ausstoßöffnungsseite als auch die Flüssigkeit an der Zuführungsseite durch das Vorhandensein eines beweglichen Bauteils und die konstruktive Anordnung des gesamten Flüssigkeitsströmungswegs verdrängt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verringerung von Satellitentröpfchen durch das Steuern des Ausbildungsvorgangs von jedem Ausstoßflüssigkeitströpfchen realisiert, um Satellitentröpfchen beim Ausstoßvorgang weitgehend auszuschließen.
In Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die Durchbiegung von jedem beweglichen Bauteil durch Erlauben, dass das Bläschen um die rückseitige Fläche des beweglichen Elements herum herausgedrückt wird, zu unterdrücken, wodurch die Ausstoßeigenschaften stabilisiert werden. Ferner wird, während ein Bläschen verschwindet, ein Zustand vom "Well"-Typ in dem Bläschenbildungsbereich ausgebildet, um ein Restbläschen und Wärmeansammlung in der Nähe des Heizelements, selbst für eine Anordnung, die in sich kein Flüssigkeitszirkulationssystem aufweist, zu beseitigen. Ferner ist es möglich, eine Flüssigkeitsverschiebung in der stromaufwärtigen Richtung zu verhindern oder zu unterdrücken, welche den Rückwellen folgt, d. h., den Druckwellen in der stromaufwärtigen Richtung.
Der Widerstand, den die Flüssigkeit von jedem Flüssigkeitsströmungsweg erfährt, ist kleiner gemacht, um die Nachfüllfähigkeit zu erhöhen. Ferner ist die Trägheit unterdrückt, die durch die Rückwellen ausgeübt wird, die in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Zuführung der Flüssigkeit wirken kann, und der Meniskus wird schnell in jede Ausstoßöffnung zurückgezogen. Ein solches schnelles Zurückziehen des Meniskus wird jedoch so gesteuert, dass es schnell aufhört, bevor das Ausmaß des Zurückziehens des Meniskus größer wird. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Satellitentröpfchen verhindert, um u. a. die Nachfüllfrequenz und die Druckgeschwindigkeit zu verbessern. Ferner werden Schwingungen des Meniskus unterdrückt, um die Ausstöße zur Erhöhung der Qualität der Drucke zu stabilisieren. Ferner ist, wenn der Ventilmechanismus durch die Erzeugung von Bläschen wirken kann, der Widerstand, den jedes von den beweglichen Bauteilen von dem Flüssigkeitsströmungsweg erfährt, bis zu einer bestimmten Auslenkungsposition des beweglichen Bauteils kleiner gemacht, sodass das bewegliche Bauteil schnell eine geeignete Auslenkungslage erreichen kann. Auf diese Weise ist die Ausstoßleistung verbessert.
Ferner hat in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bevor das Hauptnachfüllen begonnen wird, die Trägheit der Flüssigkeit im stationären Zustand, wie sie vorstehend beschrieben wurde, nachgelassen, um ihre Verschiebung in der Nachfüllrichtung einzuleiten. Demzufolge kann das Nachfüllen stabil und schnell ausgefüllt werden, was zu der Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen genügend beiträgt. Außerdem wird der Meniskus in jede Ausstoßöffnung rasch hereingezogen, und die Flüssigkeitsverschiebung in der stromaufwärtigen Richtung, welche der Rückwelle folgt, d. h., den Druckwellen in der stromaufwärtigen Richtung, ist unterdrückt, um die Erzeugung von Satellitentröpfchen zur Stabilisierung der Ausstoßmenge und zur Erhöhung der Qualität von Ausdrucken zu verhindern.
Ferner ist es in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, die Flüssigkeitsverschiebung in der stromaufwärtigen Richtung, die den Rückwellen folgt, d. h., den Druckwellen in der stromaufwärtigen Richtung, zu unterdrücken und gleichzeitig die Flüssigkeitsströmung durch Erlauben, dass das Bläschen, wenn sich das Volumen des Bläschens verringert, um anschließend an die Ausbildung des im Wesentlichen geschlossenen Raums durch die Bildung des Bläschens den geschlossenen Raum, insbesondere den Abschnitt, in welchem sich jedes bewegliche Bauteil in Berührung befindet, aus dem blockierten Zustand freizugeben, in einwandfreiem Zustand zu halten.
Folglich wird es möglich, dass jedes bewegliche Bauteil mit hoher Geschwindigkeit zurückgebracht werden kann und die Ausstoßmenge zur Erhöhung der Qualität der Ausdrucke stabilisiert wird.
Ferner ist in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dafür gesorgt, dass die Flüssigkeitsströmung im Hinblick auf den engen Raum (ungefähr 10 Mikron) zwischen der Gelenkpunktseite von jedem beweglichen Bauteil und dem Bläschenerzeugungsbereich durch Ausnutzen von Hohlraumbildung abgesichert ist, wodurch die völlige Erneuerung ermöglicht wird.
Ferner kann in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen ohne das Erzeugen von Mikrotröpfchen stabil ausgeführt werden. Demzufolge ist die Gesamtqualität von Ausdrucken verbessert.
Insbesondere mit der Anordnung, bei welcher der nachgeschleppte Abschnitt, der mit dem ausgestoßenen Tröpfchen verbunden ist, von dem Meniskus für das Abklingen der Meniskusschwingungen mit hoher Geschwindigkeit schnell abgetrennt wird, wird es möglich, durch höhere Flüssigkeitsausstöße durch Erzielen von guten Reaktionen sowohl zum Zeitpunkt von fortlaufenden Ausstößen als auch bei der stabilisierten Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen das Aufzeichnen bei höherer Geschwindigkeit in höherer Qualität auszuführen.
Ferner ist in einer Ausführungsform des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung jeder von den Flüssigkeitsströmungswegen im Wesentlichen in Bezug auf die Flüssigkeitsströmung in der Richtung auf die Ausstoßöffnung zu unterteilt, wenn das bewegliche Bauteil verlagert ist, um in sich in Berührung mit dem Regulierungsbauteil zu befinden. Demzufolge wird es möglich, die Ausstöße von Flüssigkeit, die der Bildung von Bläschen in jedem von den Bläschenerzeugungsbereichen folgen, bei hohen Geschwindigkeiten stabil auszuführen. Ferner wird es möglich, eine Verringerung der Anzahl von Satellitentröpfchen und von Schwingungen des Meniskus zu erreichen. Außerdem weist jedes von den beweglichen Bauteilen, die in Gegenüberlage zu dem Bläschenerzeugungsbereich an der stromaufwärtigen Seite angeordnet sind und ihr freies Ende an der stromabwärtigen Seite haben, während jeweils eins von den beweglichen Bauteilen in jeweils einem von den Flüssigkeitsströmungswegen angeordnet werden kann, ein gutes Ansprechverhalten auf. Demzufolge ist der Raum, der zur Halterung des beweglichen Bauteils benötigt wird, auf ein Minimum herabgesetzt, um den Flüssigkeitsausstoßkopf entsprechend kleiner zu machen.
In einer Ausführungsform des Flüssigkeitsausstoßverfahrens der vorliegenden Erfindung wird es möglich, durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfs unter Ausstoßen von Flüssigkeit bei stabilen Ausstoßgeschwindig keiten, wobei jedes von den Bläschen, das in jedem von den Bläschenerzeugungsbereichen erzeugt wird, wo es in dem Bläschenbildungsbereich an der stromaufwärtigen Seite ausgebildet wird, nachdem jedes von ihnen in dem Bläschenerzeugungsbereich unter den Bläschenerzeugungsbereichen an der stromabwärtigen Seite erzeugt wurde, größere Flüssigkeitströpfchen auszustoßen. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen von unterschiedlichen Ausstoßmengen pro Düse zu stabilisieren.
Andere Ziele und Vorteile außer den vorstehend erwähnten werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Erfindungsform deutlich. In der Beschreibung erfolgt Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, welche Teil dieser sind und welche ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel aufzeigen. Ein solches Ausführungsbeispiel schränkt jedoch die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht ein, und daher erfolgt Bezugnahme auf die Ansprüche, welche der Beschreibung folgen, um den Rahmen der Erfindung festzulegen.
Die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts", welche in der Beschreibung verwendet werden, beziehen sich auf die Richtung der Flüssigkeitsströmung zu den Ausstoßöffnungen von der Zuführungsquelle der Flüssigkeit über jeden von den Bläschenerzeugungsbereichen (oder jedes von den beweglichen Bauteilen) oder dienen als Ausdrücke, die sich auf die Anordnungsrichtungen beziehen.
Ferner bedeutet der Begriff "stromabwärtige Seite", der auf das Bläschen selbst bezogen ist, die stromabwärtige Seite in der vorstehend beschriebenen Strömungsrichtung oder in den vorstehend beschriebenen Anordnungsrichtungen, oder er bedeutet das Bläschen, das in dem Bereich auf der stromabwärtigen Seite der Bereichsmitte von jedem Heizbauteil erzeugt wird. Ebenso bedeutet der Begriff "stromaufwärtige Seite", der auf das Bläschen selbst bezogen ist, die stromaufwärtige Seite in der vorstehend beschriebenen Strömungsrichtung oder in den vorstehend beschriebenen Anordnungsrichtungen, oder er bedeutet das Bläschen, das in dem Bereich auf der stromaufwärtigen Seite der Bereichsmitte von jedem Heizbauteil erzeugt wird.
Ferner kann der Ausdruck "im Wesentlichen in Berührung" zwischen jedem von den beweglichen Bauteilen und den Regulierungsbauteilen der Annäherungszustand sein, bei welchem sich Flüssigkeit von ungefähr mehreren μm zwischen jedem von ihnen befindet, oder der Zustand, bei welchem sich jedes von den beweglichen Bauteilen und den Regulierungsbauteilen direkt in Berührung befindet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B, 1C, 1D, 1E und 1F zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitsströmungswegs und stellen die charakteristischen Erscheinungen in jedem von den Flüssigkeitsströmungswegen bei Unterteilung des Vorgangs in die Vorgänge von A bis F dar.
2A, 2B, 2C, 2D, 2E und 2F zeigen perspektivische Draufsichten, welche jeweils bei Beobachtung durch die Deckplatte in der Elementarsubstratrichtung jeden von den in 1A bis 1F dargestellten Vorgängen A bis F darstellen; und 2G, 2H, 2I, 2J, 2K und 2L zeigen bei Beobachtung von der stromaufwärtigen Seite Querschnittsansichten im Schnitt entlang von Linien 2G-2G bis 2L-2L.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Teils des in 1B und 2B dargestellten Druckkopfs.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Teils des in 1C und 2C dargestellten Druckkopfs.
5A, 5B, 5C, 5D, 5E und 5F zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung des in 1A bis 1F dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitsströmungswegs und zeigen die charakteristischen Erscheinungen in jedem von den Flüssigkeitsströmungswegen bei Unterteilung des Vorgangs in die Vorgänge von A bis F.
6 zeigt eine Querschnittsansicht zur Darstellung einer Ausführungsform des in 1A bis 1F dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitsströmungswegs und stellt den Zustand dar, in welchem die Flüssigkeitsströmung in dem Raum, der durch das bewegliche Bauteil und das Regulierungsbauteil im Wesentlichen verschlossen ist, nicht blockiert ist, wobei sich das Bläschen in dem Zustand der maximaler. Bläschenbildung befindet.
7A, 7B, 7C, 7D, 7E und 7F zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitsströmungswegs und stellen die charakteristischen Erscheinungen in jedem von den Flüssigkeitsströmungswegen bei Unterteilung des Vorgangs in die Vorgänge von A bis F dar, wenn das Heizbauteil auf der stromaufwärtigen Seite angetrieben wird.
8A, 8B, 8C, 8D und 8E zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung des in 7A bis 7F dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs zur Darstellung der charakteristischen Erscheinungen in jedem von den Flüssigkeitsströmungswegen bei Unterteilen des Vorgangs in die Vorgänge von A bis E, wenn das Heizbauteil auf der stromabwärtigen Seite angetrieben wird.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Teils des in 7B gezeigten Druckkopfs.
10A, 10B, 10C, 10D, 10E und 10F zeigen Querschnittsansichten, welche den in 7A bis 7F dargestellten Flüssig keitsausstoßkopf zeigen, zur Darstellung der charakteristischen Erscheinungen in jedem von den Flüssigkeitsströmungswegen bei Unterteilen des Vorgangs in die Vorgänge von A bis F, wenn die zwei Heizbauteile angetrieben werden.
11A, 11B und 11C zeigen Ansichten, welche jeweils eine andere Konfiguration des in 2A bis 2F, 3 und 4 gezeigten beweglichen Bauteils darstellen.
12 zeigt eine grafische Darstellung, welche die Korrelation zwischen der Fläche des Heizbauteils und der Tintenausstoßmenge zeigt.
13A und 13B zeigen senkrechte Schnittansichten, welche den erfindungsgemäßen Flüssigausstoßkopf darstellen. 13A stellt den einen dar, der einen Schutzfilm hat. 13B stellt den einen dar, der keinen Schutzfilm hat.
14 zeigt eine Ansicht, welche die Antriebswellenform des Heizbauteils darstellt, die für die vorliegende Erfindung verwendet wird.
15 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche den Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellt.
16A und 16B zeigen Ansichten, welche den Druckkopf vom Side-Shooter-Typ darstellen, auf welchen das erfindungsgemäße Flüssigkeitsausstoßverfahren anwendbar ist.
17 zeigt eine Ansicht, welche den Aufbau der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, auf welcher der Flüssigkeitsausstoßkopf angeordnet ist, der wie in 1A bis 1F, 16A und 16B dargestellt aufgebaut ist, schematisch darstellt.
18 zeigt ein Blockdiagramm, welches die Vorrichtung insgesamt darstellt, mit welcher eine Tintenausstoßaufzeichnung mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßverfahren und dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf betrieben wird.
19 zeigt eine Querschnittsansicht, welche den Strömungsweg für die Darstellung des "geradlinig verbundenen Zustands" des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen.
(Erste Ausführungsform)
1A bis 1F zeigen Querschnittsansichten, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt entlang der Flüssigkeitsströmungswegrichtung darstellen und welche die charakteristischen Erscheinungen in den Flüssigkeitsströmungswegen bei Unterteilung des Vorgangs in die Vorgänge von A bis F darstellen.
Für den Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform werden Heizbauteile 2 auf einem ebenen und glatten Elementarsubstrat 1 als Ausstoßenergie erzeugende Elemente angeordnet, damit thermische Energie auf eine Flüssigkeit einwirken kann, um Flüssigkeit auszustoßen. Dann werden auf dem Elementarsubstrat 1 Flüssigkeitsströmungswege 10 jeweils entsprechend den Heizbauteilen 2 angeordnet. Die Flüssigkeitsströmungswege 10 stehen mit Ausstoßöffnungen 18 in Verbindung, und gleichzeitig stehen sie mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in Verbindung, um der Vielzahl von Flüssigkeitsströmungswegen 10 Flüssigkeit zuzuführen. Auf diese Weise erhält jeder von ihnen aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 eine Menge an Flüssigkeit, die der entspricht, welche von jeder von den Ausstoßöffnungen 18 ausgestoßen worden war. Ein Bezugszeichen M bezeichnet einen Meniskus, der durch die Ausstoßflüssigkeit ausgebildet wird.
Der Meniskus M ist in der Umgebung jeder Ausstoßöffnung in Bezug auf den inneren Druck der gemeinsamen Flüssigkeitskammer, welcher durch die Kapillarkraft, die durch jede von den Ausstoßöffnungen 18 und die Innenwand des mit ihr in Verbindung stehenden Flüssigkeitsströmungskanals 10 erzeugt wird, gewöhnlich negativ ist, ausbalanciert.
Die Flüssigkeitsströmungswege 10 werden durch Bonden des Elementarsubstrats 1, das mit den Heizbauteilen 2 versehen ist, mit einer Deckplatte 50 ausgebildet, und in dem Bereich nahe der Fläche, an welcher sich die Heizbauteile 2 und Ausstoßflüssigkeit berühren, ist ein Bläschenerzeugungsbereich 11 vorhanden, in welchem die Heizbauteile 2 rasch aufgeheizt werden, damit die Ausstoßflüssigkeit Bläschen ausbilden kann. Für jeden von den Flüssigkeitsströmungswegen 10 mit dem Bläschenerzeugungsbereich 11 ist jeweils ein bewegliches Bauteil 31 derart angeordnet, dass zumindest ein Teil von ihm in Gegenüberlage zu dem Heizbauteil 2 angeordnet ist. Das bewegliche Bauteil 31 hat sein freies Ende 32 an der stromabwärtigen Seite in Richtung der Ausstoßöffnung 18, und es wird gleichzeitig durch ein Stützbauteil 34 gehaltert, das an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform das freie Ende 32 an dem mittleren Abschnitt des Bläschenerzeugungsbereichs 11 angeordnet, um die Bildung von einer Hälfte des Bläschens an der stromaufwärtigen Seite, welche Einflüsse auf die Rückwellen in Richtung der stromaufwärtigen Seite und die Trägheit der Flüssigkeit ausübt, zu unterdrücken. Folglich kann zusammen mit der Bildung des in dem Bläschenerzeugungsbereich 11 erzeugten Bläschens das bewegliche Bauteil 31 in Bezug auf das Stützbauteil 34 verlagert werden. Ein Gelenkpunkt 33 für diese Verlagerung ist der Stützabschnitt des beweglichen Bauteils 31 nahe bei dem Stützbauteil 34.
Oberhalb des mittleren Abschnitts des Bläschenerzeugungsbereichs 11 ist ein Anschlag (Regulierungsbauteil) 64 positioniert, um die Verlagerung des beweglichen Bauteils 31 innerhalb eines bestimmten Bereichs zu regulieren, um die Ent wicklung von einer Hälfte des Bläschens an der stromaufwärtigen Seite niederzuhalten. In der Strömung von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zu der Ausstoßöffnung 18 ist auf der stromaufwärtigen Seite mit dem Anschlag 64 als Grenze ein Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswiderstand angeordnet, welcher einen im Verhältnis zu dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 niedrigeren Strömungswegwiderstand darbietet. Der Strömungswegaufbau in dem Bereich 65 ist derart, dass keine obere Wand angeordnet ist oder dass die Querschnittsfläche des Strömungswegs größer gemacht ist, wodurch der Widerstand, den die Flüssigkeit von dem Strömungsweg erfährt, kleiner gemacht ist, wenn sich die Flüssigkeit bewegt.
Mit dem wie vorstehend angeordneten Aufbau wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass, im Unterschied zu der herkömmlichen Technik, jeder von den Flüssigkeitsströmungswegen 10 mit dem Bläschenerzeugungsbereich 11 durch die Berührung zwischen dem verlagerbaren beweglichen Bauteil 31 und dem Anschlag 64 mit Ausnahme von jeder von den Ausstoßöffnungen 18 ein im Wesentlichen geschlossener Raum wird.
Nachstehend erfolgt eine ausführliche Beschreibung des Ausstoßvorgangs des Flüssigkeitsausstoßkopfs nach der vorliegenden Ausführungsform.
1A stellt den Zustand dar, bevor Energie, wie z. B. elektrische Energie, dem Heizbauteil 2 zugeführt wird, welcher den Zustand darstellt, bevor das Heizbauteil Wärme erzeugt. Hierbei ist wichtig, dass das bewegliche Bauteil so angeordnet ist, dass es in Gegenüberlage zu einer Hälfte des Bläschens auf der stromaufwärtigen Seite für jedes der Bläschen, welche durch das Aufheizen des Heizbauteils 2 erzeugt werden, positioniert ist und dass der Anschlag 64, der die Verlagerung des beweglichen Bauteils 31 reguliert, oberhalb des mittleren Abschnitts des Bläschenerzeugungsbereichs 11 angeordnet ist. Mit anderen Worten, mit dem Aufbau der Strömungswege und der Anordnungsposition von jedem von den be weglichen Bauteilen wird eine Hälfte des Bläschens an der stromaufwärtigen Seite zu dem beweglichen Bauteil 31 niedergehalten.
1B stellt den Zustand dar, in welchem ein Teil der in den Bläschenerzeugungsbereich 11 eingefüllten Flüssigkeit durch das Heizbauteil 2 aufgeheizt ist, sodass ein Bläschen 40 anschließend an das Filmsieden bis fast zum Maximum entwickelt ist. In diesem Augenblick haben sich die Druckwellen, die durch die Ausbildung des Bläschens 40 erzeugt wurden, in dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 fortgepflanzt, und zusammen damit verlagert sich die Flüssigkeit zu der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite mit dem mittleren Bereich des Bläschenerzeugungsbereichs als ihrer Grenze. Dann wird das bewegliche Bauteil 31 an der stromaufwärtigen Seite durch die Strömung von Flüssigkeit zusammen mit der Entwicklung des Bläschens 40 verlagert. Auf der stromabwärtigen Seite wird ein ausgestoßenes Flüssigkeitströpfchen 66 aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen. Hierbei wird die Bewegung von Flüssigkeit auf der stromaufwärtigen Seite, d. h., in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, durch das Vorhandensein des Bereichs 65 mit dem niedrigeren Strömungswiderstand, wo sich die Flüssigkeit wegen des im Vergleich zu der stromabwärtigen Seite niedrigeren Widerstands des Strömungswegs in Bezug auf die Bewegung der Flüssigkeit leicht verschieben kann, zu einer größeren Strömung. Wenn jedoch das bewegliche Bauteil 31 so nahe wie möglich in die Nachbarschaft des Anschlags 64 verlagert ist oder sich in Berührung mit dem Anschlag befindet, wird irgendeine weitere Verlagerung reguliert. Dann wird die Bewegung der Flüssigkeit stromaufwärts stark eingeschränkt, wodurch die Entwicklung des Bläschens 40 zu der stromaufwärtigen Seite hin durch das bewegliche Bauteil 31 entsprechend begrenzt wird. Da jedoch die Verschiebungskraft der Flüssigkeit in der stromaufwärtigen Richtung groß ist, nimmt das bewegliche Bauteil eine Spannung in der Form auf, dass es in der stromaufwärtigen Richtung gezogen wird. Ferner wird ein Teil des Bläschens 40, dessen Bildung durch das bewegliche Bauteil 31 begrenzt ist, durch die engen Spalte hindurch zwischen den beiden Seitenwänden, die den Flüssigkeitsströmungsweg 10 formen, und den Seitenabschnitten des beweglichen Bauteils 31 zu der Seite der oberen Fläche des beweglichen Bauteils 31 herausgedrückt. Das so herausgedrückte Bläschen wird in dieser Beschreibung als "extrudiertes Bläschen 41" bezeichnet.
Der Aufbau ist so angeordnet, dass in diesem Zustand die gesamte Anordnung des Flüssigkeitsströmungswegs in Richtung der Ausstoßöffnung von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in Bezug auf das bewegliche Bauteil 31 weiter gemacht ist.
Erfindungsgemäß behalten der Abschnitt des Bläschens 40 auf der Seite der Ausstoßöffnung und die Ausstoßöffnung den "geradlinig verbundenen Zustand" bei, bei welchem eine geradlinige Strömungsweganordnung zwischen ihnen wie in 19 gezeigt in Bezug auf die Flüssigkeitsströmung eingehalten ist. Mehr vorzugsweise ist es wünschenswert, einen idealen Zustand zu erhalten, in welchem die Fortpflanzungsrichtung der Druckwellen, welche zum Zeitpunkt der Bläschenbildung erzeugt werden, die Richtung der Flüssigkeitsströmung, die dem folgt, und die Richtung von Ausstößen auf der geraden Linie in Übereinstimmung sind, um die Ausstoßrichtung des Ausstoßflüssigkeitströpfchens 66, dessen Ausstoßgeschwindigkeit und andere Bedingungen auf einem sehr hohen Niveau zu stabilisieren. Für die vorliegende Erfindung sollte es ausreichen, wenn nur eine von den Abgrenzungen diesen Idealzustand erreicht ist oder der Aufbau annähernd im Idealzustand ist, wenn nur der Aufbau so angeordnet ist, dass die Ausstoßöffnung 18 mit dem Heizbauteil 2 (insbesondere mit dem Heizbauteil an der Ausstoßöffnungsseite (an der stromabwärtigen Seite), welche mehr Einfluss auf die Bläschenbildung hat) durch eine gerade Linie verbunden ist. Der Zustand, der so erhalten wird, kann von der Außenseite der Ausstoßöffnung beobachtet werden, wenn in dem Strömungsweg keine Flüssigkeit vorhanden ist. Insbesondere ist hier die stromabwärtige Seite des Heizbauteils so angeordnet, dass sie in diesem Zustand sichtbar ist. Daher ist es bei derartigen Anordnungen vom Gesichtspunkt der Stabilisierung der Ausstoßrichtung aus mehr vorzuziehen, den Aufbau so anzuordnen, dass die verlängerte Linie der Ausstoßachse der Ausstoßöffnung die Mitte des Heizbauteils schneidet.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Verlagerung des beweglichen Bauteils durch das Vorhandensein des Anschlags 64 hinsichtlich des Abschnitts des Bläschens 40 an der stromaufwärtigen Seite reguliert. Daher wird dieser Anteil des Bläschens in seinen Abmessungen kleiner gemacht, sodass er gerade in dem Zustand ist, in welchem er verbleibt, um die Spannung durch das bewegliche Bauteil 31 aufzunehmen, welches so gebogen ist, dass es durch die Trägheit der Flüssigkeitsströmung zu der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromaufwärtigen Seite gedrückt wird. Für diesen Abschnitt als Ganzes ist durch den Anschlag, Wände 101 zur Unterteilung des Flüssigkeitsströmungswegs, das bewegliche Element 31 und den Gelenkpunkt 33 die Menge, welche in den Bereich auf der stromaufwärtigen Seite gelangt, beinahe null.
Die konvexe Krümmung sollte hierbei in einem winzigen Bereich von ungefähr maximal 20 Mikron liegen.
Ferner befindet sich in diesem Fall die Flüssigkeit in dem Raum, der durch die Berührung zwischen dem Regulierungsbauteil und dem beweglichen Bauteil ausgebildet ist, zum Zeitpunkt ihrer maximalen Bläschenbildung in Berührung mit dem beweglichen Bauteil und setzt sich in die Flüssigkeit an der stromabwärtigen Seite des Bläschenerzeugungsbereichs in dem Raum fort. Genauer gesagt ist der Aufbau derart angeordnet, dass das Bläschen zum Zeitpunkt seiner maximalen Bläschenbildung nicht den im Wesentlichen berührten Abschnitt des beweglichen Bauteils abdeckt. Mit dem so angeordneten Aufbau wird es möglich, die Flüssigkeitsströmung zu beruhigen, die einströmt, wenn das bewegliche Bauteil aus dem vorstehend angeführten Berührungszustand freigegeben wird, und das Nachfüllen wird rasch und stabil ausgeführt. Ferner ist es, wie in 6 dargestellt ist, mehr vorzuziehen zu erlauben, dass das maximale Bläschen 40 in dem Zustand ist, in welchem es nicht die Flüssigkeitsströmung in dem Raum blockiert, sodass diese sich in der Flüssigkeit in dem Raum auf der stromaufwärtigen Seite des Heizbauteils 2 fortsetzen kann. Hierbei ist es möglich, die Ausbildung dieser Struktur durch Festsetzen des minimalen Strömungswegzwischenraums (Höhe), der durch die Berührung zwischen dem Regulierungsbauteil und dem beweglichen Bauteil ausgebildet ist, auf 40 Mikron oder mehr, oder durch Beobachten der Bläschenbildung bezüglich des Grads, in welchem der Flüssigkeitsströmungswiderstand auf der Ausstoßöffnungsseite kleiner gemacht ist als der des minimalen Strömungswegzwischenraums, zu erreichen.
Auf diese Weise wird die Flüssigkeitsströmung zu der stromaufwärtigen Seite weitgehend reguliert, um sowohl Kreuzkopplung mit den benachbarten Düsen und entgegengesetzte Flüssigkeitsströmung in dem Zuführungssystem zu verhindern, welche höheres Nachfüllen, das weiter nachstehend beschrieben wird, verhindern kann, als auch Druckschwingungen zu verhindern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Flüssigkeitsströmung auf der oberen Fläche des beweglichen Bauteils 31 gestört, um das Bläschen um die obere Fläche des beweglichen Bauteils 31 herumzuziehen, aber die oberen Flächen von Flüssigkeitswegdecke und beweglichem Bauteil 31, welche den Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand ausbilden, sind jeweils eben, und es gibt abseits von ihnen einen Spalt. Daher gibt es keine Möglichkeit, dass dem Bläschen, welches durch die Seiten des beweglichen Bauteils hindurch herumgezogen worden war, nicht erlaubt ist, ein einziger Körper zu bleiben. Mit diesem Zustand zusammen mit der größeren Verschiebungskraft der Flüssigkeit in der stromaufwärtigen Richtung nimmt das bewegliche Bauteil 31 die Spannung in der Form auf, dass es, wie weiter vorstehend beschrieben wurde, in der stromaufwärtigen Richtung gezogen wird.
1C zeigt den Zustand, in welchem das Zusammenziehen des Bläschens 40 beginnt, wenn der Unterdruck im Innern des Bläschens die Verschiebung der Flüssigkeit zu der stromabwärtigen Seite in dem Flüssigkeitsströmungsweg im Anschluss an das weiter vorstehend beschriebene Filmsieden überwunden hat. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Kraft der Flüssigkeit, welche durch die Bildung des Bläschens ausgeübt wird, auf der stromaufwärtigen Seite noch groß. Daher befindet sich das bewegliche Bauteil 31 für einen bestimmten Zeitraum, nachdem das Zusammenziehen des Bläschens 40 begonnen hatte, noch in Berührung mit dem Anschlag 64, und das meiste von dem zusammengezogenen Bläschen 40 übt die Verschiebungskraft von Flüssigkeit in der von der Ausstoßöffnung 18 aus stromaufwärtigen Richtung aus. In dem in 1B dargestellten Zustand befindet sich das bewegliche Bauteil 31 in dem Zustand, in welchem es den Ausstoßdruck aufnimmt, wobei es zu der stromaufwärtigen Seite durchgebogen wird. Danach übt das bewegliche Bauteil selbst eine Kraft aus, um es unter Ziehen der Flüssigkeitsströmung von der Seite, wo die Spannung abgebaut wird, d. h., der stromaufwärtigen Seite, konkav zu machen. Demzufolge überwindet an einem gewissen Punkt die Kraft, die das bewegliche Bauteil in der Richtung von der stromaufwärtigen Seite zurückzieht, die Verschiebungskraft der Flüssigkeit an der stromaufwärtigen Seite, wie weiter vorstehend beschrieben wurde, und ermöglicht so, dass, wenn auch schwach, die Strömung von der stromaufwärtigen Seite zu der Seite der Ausstoßöffnung beginnt. Folglich verringert sich die Verbiegung des beweglichen Bauteils 31, damit es die konkave Verlagerung in der stromaufwärtigen Richtung beginnen kann. Mit anderen Worten, für das Bläschen 40 tritt ein Ungleichgewichtszustand auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite auf, welcher vorübergehend insgesamt eine Einwegströmung der Flüssigkeit in der Richtung auf die Ausstoßöffnung zu in dem Flüssigkeitsströmungsweg erzeugt.
Zu dem Zeitpunkt unmittelbar danach befindet sich das bewegliche Bauteil 31 noch in Berührung mit dem Anschlag 64 in dem Innenraum des Strömungswegs als Ganzes. Daher ist der Flüssigkeitsweg 10 mit dem Bläschenerzeugungsbereich 11 darin im Wesentlichen ein geschlossener Raum mit Ausnahme der Ausstoßöffnung 18. Folglich kann die Energie, die durch das Zusammenziehen des Bläschens 40 ausgeübt wird, als eine Kraft über deren Gesamtgleichgewicht energisch wirken und ermöglichen, dass die Flüssigkeit in der Nachbarschaft der Ausstoßöffnung 18 in der stromaufwärtigen Richtung verschoben wird. Folglich wird der Meniskus M aus der Ausstoßöffnung weitgehend zu dem Innenraum des Flüssigkeitsströmungswegs 10 zurückgezogen, um die Flüssigkeitssäule schnell abzutrennen, welche mit dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 verbunden ist. Somit wird, wie in 1D dargestellt ist, die Menge von sich ergebenden Satellitentröpfchen(Untertröpfchen) 67 kleiner, welche an der Außenseite der Ausstoßöffnung 18 verbleiben.
1D stellt den Zustand dar, in welchem der Meniskus M und das ausgestoßene Flüssigkeitströpfchen 66 abgetrennt sind, wenn der Vorgang des Verschwindens des Bläschens fast abgeschlossen ist. In dem Bereich 65 mit dem niedrigeren Strömungswegwiderstand beginnt das bewegliche Bauteil, nach unten verlagert zu werden. Folglich beginnt die Strömung, sich in dem Bereich 65 mit dem niedrigeren Strömungswiderstand in der stromabwärtigen Richtung zu bewegen, indem sie einer Verlagerung des beweglichen Bauteils sowohl durch die Elastizität des beweglichen Bauteils 31 gegen die Verschiebungskraft der Flüssigkeit in der stromaufwärtigen Richtung als auch der Zusammenziehungskraft, die durch das Verschwinden des Bläschens 40 ausgeübt wird, folgt. Dann beginnt die enge Annäherung oder die Berührung zwischen dem beweglichen Bauteil 31 und dem Anschlag 64, sich zu lösen. Zusammen damit wird die Strömung in dem Bereich 65 mit dem niedrigeren Strömungswegwiderstand, welcher einen kleineren Strömungswiderstand hat, in der stromabwärtigen Richtung rasch zu einer größeren Strömung zu werden und fließt durch den Abschnitt des Anschlags 64 hindurch in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 hinein. Demzufolge wird die Strömung, die verursacht, dass der Meniskus M in das Innere des Flüssigkeitsströmungswegs 10 hineingezogen wird, plötzlich verringert. Der Meniskus M beginnt mit einer vergleichsweise geringen Geschwindigkeit zu der Position zurückzukehren, bei welcher die Bläschenbildung beginnt, während er die Flüssigkeitssäule, welche außerhalb der Ausstoßöffnung 18 verbleibt oder welche in Richtung der Ausstoßöffnung 18 konvex gemacht ist, so weit wie möglich zieht. Insbesondere wird durch die Rückkehrströmung für den Meniskus M und die Nachfüllströmung von der stromaufwärts liegenden Seite, welche aneinandergelangen, ein Bereich mit einer Strömungsgeschwindigkeit von fast null zwischen der Ausstoßöffnung 18 und dem Heizbauteil 2 ausgebildet, wodurch das Beruhigungsverhalten des Meniskus verbessert wird. Dieses Verhalten hängt von der Viskosität und der Oberflächenspannung der Tinte ab, aber erfindungsgemäß wird es möglich, die Satelliten drastisch zu vermindern, welche von der Flüssigkeitssäule abgetrennt werden und die Qualität von Bildern verschlechtern, wenn sie an einem gedruckten Objekt anhaften oder wenn sie in der Ausstoßrichtung nachteilige Auswirkungen erzeugen, die unzulänglichen Ausstoß verursachen können, wenn sie an den Umgebungen der Mündungen anhaften.
Die Wiederherstellung des Meniskus M selbst beginnt, bevor er sehr weit in den Innenraum des Flüssigkeitsströmungswegs gezogen wird. Daher ist die Wiederherstellung innerhalb eines kurzen Zeitraums trotz der Geschwindigkeit der Flüssigkeitsverschiebung selbst, die nicht sehr hoch ist, abgeschlossen. Demzufolge ist ein Überschwingen des Meniskus, d. h., das Ausmaß dessen, was nach außerhalb der Ausstoßöffnung 18 ohne Anhalten an der Ausstoßöffnung 18 herausgedrückt wird, verringert. Folglich wird es in einem sehr kurzen Zeitraum möglich, die Erscheinung der Dämpfungsschwingungen, die ihren Abklingpunkt an der Ausstoßöffnung 18 haben, von welcher aus das Überschwingen erfolgt, zu beseitigen. Diese Erscheinung der Dämpfungsschwingungen erzeugt ebenfalls nachteilige Auswirkungen auf die Druckqualität. Mit der schnelleren Beseitigung dieser Erscheinung ist die vor liegende Erfindung dazu gedacht, in bedeutendem Maße zur Ausführung eines stabilisierten höher entwickelten Druckens beizutragen.
Da der im Wesentlichen geschlossene Zustand an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf den geradlinig verbundenen Zustand an der stromabwärtigen Seite hinsichtlich des Verhaltens von Bläschen und Flüssigkeit auf dem Heizbauelement bei dem Vorgang des Verschwindens des Bläschens vorherrschend ist, kann ein höchst unausgeglichener Zustand auftreten. Mit anderen Worten, die Stelle für das Verschwinden des Bläschens verschiebt sich beträchtlich in der Richtung des Gelenkpunkts des verlagerbaren Bauteils. Folglich wird die Flüssigkeit, um nachzufolgen, ebenfalls veranlasst, sich mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche des Heizbauteils in der stromaufwärtigen Richtung zu verschieben (siehe 5A bis 5F).
Diese Strömung hilft dabei, die Stagnation oder den Pool der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Heizelements zu erneuern, der verursachen kann, dass die Bläschenbildung unstabil wird und verbessert gleichzeitig den gleichförmigen Oberflächenzustand, um die Stabilität der Bläschenbildung zu steigern. Ferner wird es möglich, dass eine Beschädigung durch Kavitation unmittelbar an dem Heizbauteil nicht verursacht wird, wenn sich die Stelle des Verschwindens des Bläschens von dem Heizbauteil zu der Seite des Gelenkpunkts verschiebt. Folglich ist die Lebensdauer des Heizbauteils beträchtlich verbessert.
Ferner wird die Erneuerung wirksamer gemacht, da die Strömung, welche ermöglicht, dass sich die Stelle des Verschwindens des Bläschens verschiebt, von den Seiten des beweglichen Bauteils 31 zu dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 31 ausströmen kann.
Wie in 1D dargestellt ist, macht ferner der Strom, welcher durch den Abschnitt zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Anschlag 64 hindurch, wie vorstehend beschrieben, in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 strömt, die Strömungsgeschwindigkeit an der Wandfläche der Seite der Deckplatte 50 schneller. Demzufolge wird das zurückbleibende Bläschen, wie z. B. winzige Bläschen in diesem Abschnitt, äußerst klein, was beträchtlich zum Stabilisieren von Ausstößen beiträgt.
Unter den Satelliten 67, die unmittelbar nach dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 liegen, gibt es einige, welche durch das in 1C dargestellte rasche Zurückziehen des Meniskus dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen sehr nahe sind. Hierbei wird die sogenannte Nachlaufströmungserscheinung erzeugt, welche veranlasst, dass der Satellit, der dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen dicht nachfolgt, durch das Auftreten von Verwirbelung hinter dem fliegenden ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 65 zu ihm hingezogen wird.
Nachstehend wird diese Erscheinung genau beschrieben. Bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf, bei dem sich das Flüssigkeitströpfchen nicht in Kugelform befindet, wird die Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung des Flüssigkeitsausstoßkopfs ausgestoßen. Das Flüssigkeitströpfchen liegt fast in der Form einer Flüssigkeitssäule vor, die ihr kugelförmiges Teil an ihrem führenden Ende hat. Folglich steht der nachgeschleppte Abschnitt sowohl durch das Haupttröpfchen als auch den Meniskus unter Spannung, und wenn er von dem Meniskus abgetrennt wird, werden durch den nachgeschleppten Abschnitt Satellitentöpfchen ausgebildet. Hierbei ist bekannt, dass die Satelliten zusammen mit dem Haupttröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium fliegen. Die Satelliten fliegen hinter dem Haupttröpfchen, und die Satelliten werden auch durch den Meniskus gezogen. Daher ist deren Ausstoßgeschwindigkeit in einem solchen Ausmaß kleiner, dass ihre Auftreffposition von der des Haupttröpfchens abweicht. Das vermindert unvermeidlich die Qualität von Ausdrucken. Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf ist die Kraft, die den Meniskus zurückzieht, viel größer als bei dem früher beschriebenen her kömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf. Folglich ist die Zugkraft, die auf den nachgeschleppten Abschnitt ausgeübt wird, stärker, nachdem das Haupttröpfchen ausgestoßen wurde. Die Kraft, mit welcher der nachgeschleppte Abschnitt von dem Meniskus abgetrennt wird, wird stärker und macht dementsprechend die Zeitabfolge schneller. Demzufolge werden die Satellitentröpfchen, die aus dem nachgeschleppten Abschnitt ausgebildet werden, viel kleiner, und der Abstand zwischen dem Haupttröpfchen und den Satellitentröpfchen wird ebenfalls verkürzt. Ferner wird die Ausstoßgeschwindigkeit nicht kleiner, da der nachgeschleppte Abschnitt nicht durch den Meniskus fortlaufend für einen längeren Zeitraum zurückgezogen wird. Daher werden die Satelliten 67 durch die Nachlaufströmungserscheinung, welche hinter dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 auftritt, angezogen.
1E stellt den Zustand dar, in welchem der in 1D gezeigte Zustand weiter fortgeschritten ist. Hier befindet sich der Satellit 67 noch näher an dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen. Gleichzeitig wird er zu dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen gezogen. Folglich wird die von der Nachlaufströmungserscheinung ausgeübte Anziehungskraft dementsprechend größer. Andererseits wird sowohl durch den Abschluss des Vorgangs des Bläschenverschwindens des Bläschens 40 als auch durch die Überschwingungsverlagerung des beweglichen Bauteils 31 die Flüssigkeitsverschiebung von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der Ausstoßöffnung 18 mehr stromabwärts als die Ausgangslage verlagert. Folglich findet die resultierende Erscheinung statt, dass die Flüssigkeit von der stromaufwärts liegenden Seite abgezogen und Flüssigkeit in der Richtung auf die Ausstoßöffnung 18 zu gedrückt wird. Ferner erhöht sich durch die Aufweitung der Querschnittsfläche des Flüssigkeitsströmungswegs durch das Vorhandensein des Anschlags 64 die Flüssigkeitsströmung in Richtung der Ausstoßöffnung 18, um die Geschwindigkeit des Zurückziehens des Meniskus M auf die Ausstoßöffnung 18 zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Nachfülleigenschaft der vorliegenden Ausführungsform erheblich verbessert.
Wie in 5E gezeigt ist, befindet sich die Stelle der Bläschenauslöschung bei dem Vorgang des Verschwindens des Bläschens, d. h., eine sogenannte Kavitationsstelle 42, erfindungsgemäß in dem Bereich an der Unterseite des beweglichen Elements 31. Ferner ist das bewegliche Element 31 außerdem nach unten verlagert, wenn die Kavitation auftritt, und das bewegliche Element ist so angeordnet, dass es sich auf einer Linie (in 5E durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet) befindet, welche die Kavitationsstelle 42 und die Ausstoßöffnung auf einer geraden Linie verbindet. Demzufolge pflanzen sich die Stoßwellen, die durch die Kavitation ausgeübt werden, nicht direkt zu der Ausstoßöffnung fort. Daher wird das Ausbreiten von Flüssigkeitströpfchen aus dem Meniskus, den sogenannten "Mikrodots", das durch die Kavitation verursacht wird, verringert oder beseitigt. Das rührt daher, dass die Stoßwellen der Kavitation abprallen oder dass ihre Energie durch das bewegliche Bauteil selbst absorbiert wird, wenn die Stoßwellen das bewegliche Bauteil 31 erreichen. Die Schwingungen, die durch das bewegliche Bauteil absorbiert werden, pflanzen sich in Richtung des Gelenkpunkts fort und werden in ihrem Verlauf abgeschwächt. Folglich gibt es fast keine nachteilige Auswirkung, welche bei Ausstößen erzeugt werden könnte.
Wenn zum Zeitpunkt des Auslöschens des Bläschens Kavitation auftritt, wird das bewegliche Element 31 nach unten verlagert, um die Stelle des Verschwindens des Bläschens und die Ausstoßöffnung 18 zu trennen. Daher pflanzen sich die Stoßwellen der Kavitation nicht direkt zu der Ausstoßöffnung 18 fort, und die meisten von ihnen werden von dem beweglichen Bauteil 31 absorbiert. Somit ist die Erzeugung von ultrafeinen Tröpfchen, genannt "Mikrodots", aus dem Meniskus fast beseitigt, wenn die Stoßwellen der Kavitation den Meniskus erreichen. Das Auftreten der Erscheinung, dass die Bildqualität durch das Anhaften der Mikrodots an dem gedruckten Objekt verschlechtert wird oder dass die Ausstöße durch deren Anhaften in der nahen Umgebung der Ausstoßöffnung 18 unstabil gemacht werden, ist drastisch verringert.
Die Stelle, wo durch Verschwinden von Bläschen Kavitation auftritt, kann sich durch das Vorhandensein des beweglichen Bauteils 31 zu der Seite des Gelenkpunkts 33 verschieben. Demzufolge werden Beschädigungen des Heizbauteils 2 kleiner. Ferner wird Tinte mit übermäßiger Viskosität aus dem abgeschlossenen Bereich zwischen dem beweglichen Bauteil 31 und dem Heizbauteil 2 zwangsweise herausbefördert, um sie zu entfernen. Es wird möglich, das Anhaften von verbrannter Tinte auf dem Heizbauteil durch diese Erscheinung in diesem Bereich zu verringern, um auf diese Weise die Stabilität von Ausstößen zu verbessern.
1F stellt den Zustand dar, in welchem der in 1E dargestellte Zustand weiter fortgeschritten ist und der Satellit 67 von dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 eingefangen ist. Der vereinigte Körper aus ausgestoßenem Flüssigkeitströpfchen 66 und Satellit 67 ist nicht unbedingt die Erscheinung, die unter allen Umständen pro Ausstoß für irgendwelche anderen Ausführungsformen auftreten sollte. In Abhängigkeit von den Bedingungen tritt eine solche Erscheinung auf oder sie tritt überhaupt nicht auf. Durch Beseitigen der Satelliten oder zumindest Verringern der Menge von Satelliten gibt es jedoch fast keine Abweichung zwischen den Aufprallstellen des Haupttröpfchens und der Satellitentröpfchen auf dem Aufzeichnungsmedium, sodass die nachteilige Auswirkung auf die Qualität von Drucken, die sich ergeben kann, verringert wird. Mit anderen Worten, es ist die Schärfe von gedruckten Bildern erhöht, um Ausdrucke von besserer Qualität zu erhalten, und gleichzeitig wird es möglich, die Erzeugung von Nebeln zu vermeiden und das Auftreten des Schadens, dass der so erzeugte Nebel das Druckmedium oder das Innere der Aufzeichnungsvorrichtung verunreinigen könnte, zu verringern.
In der Zwischenzeit wurde das bewegliche Bauteil 31 durch die Rückwirkung von seinem Überschwingen in der Richtung auf den Anschlag 64 zu verlagert. Diese Verlagerung wird zum Schluss in die Ausgangslage zurückgesetzt, weil sie durch die gedämpften Schwingungen, die durch den Aufbau des beweglichen Bauteils 31, den Elastizitätsmodul, die Viskosität der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsströmungsweg und die Schwerkraft festgelegt sind, beruhigt wird.
Mit der Verlagerung des beweglichen Bauteils 31 nach oben wird die Strömung von Flüssigkeit von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 her in Richtung der Ausstoßöffnung 18 gesteuert. Somit wird die Verlagerung des Meniskus M schnell auf den Kreisumfang der Ausstoßöffnung zurückgeführt. Demzufolge wird es möglich, den Einfluss von Faktoren, die die Qualität von Ausdrucken durch die Erscheinung von Überschwingen des Meniskus oder dergleichen, welche den Zustand von Ausstößen instabil machen können, wesentlich zu verringern.
Nachstehend werden weitere Effekte beschrieben, die für die vorliegende Erfindung charakteristisch sind.
2A bis 2F zeigen perspektivische Draufsichten, welche jeweils jeden Einzelnen von den in 1A bis 1F gezeigten Vorgängen bei Betrachtung durch die Deckplatte hindurch in der Substratrichtung von der Seite der Deckplatte aus darstellen; und 2G bis 2L zeigen Querschnittsansichten im Schnitt entlang von Linien 2G-2G bis 2L-2L in 1A bis 1F bei Betrachtung von der szromaufwärtigen Seite. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Teil des in 1B und 2B abgebildeten Druckkopfs dargestellt. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Teil des Druckkopfs darstellt, der in 1C und 2C abgebildet ist. Hierbei sind das Heizbauteil 2, das bewegliche Bauteil 31 und das Bläschen 40 undurchsichtig dargestellt, und die Flüssigkeit ist durchlässig dargestellt.
2A bis 2L stellen für die vorliegende Ausführungsform den Zustand dar, in welchem das Bläschen durch das bewegliche Bauteil zum Zeitpunkt der Bläschenbildung gehalten wird. Wie in 2A bis 2L dargestellt ist, gibt es geringfügige Zwischenräume zwischen den beiden Seitenflächen der Wand, die den Flüssigkeitskanal 10 ausbildet, und den beiden Seitenabschnitten des beweglichen Bauteils 31, wodurch ermöglicht wird, dass sich das bewegliche Bauteil 31 stoßfrei verlagern kann. Ferner verlagert in dem Bläschenbildungsvorgang durch das Heizelement 2 das Bläschen 40 das bewegliche Bauteil 31. Weiterhin kann das Bläschen durch die Zwischenräume zu der Seite der oberen Fläche herausgepresst werden und gelangt ein wenig in den Bereich 65 mit dem geringeren Strömungswegwiderstand (siehe 2B und 3). Das extrudierte Bläschen 41 gelangt in diesen Bereich um die Rückseite des beweglichen Bauteils 31 (die Fläche, welche entgegengesetzt zu dem Bläschenbildungsbereich 11 ist), um die Durchbiegung des beweglichen Bauteils 31 zur Stabilisierung der Ausstoßeigenschaften zu unterdrücken.
Wenn das Verschwinden des Bläschens 40 beginnt, bewirkt das extrudierte Bläschen 41, dass die Flüssigkeit durch das Vorhandensein der Zwischenräume von der stromaufwärtigen Seite her fließt, wenn das extrudierte Bläschen aus dem Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand heraus durch die Zwischenräume in den Bläschenerzeugungsbereich 11 gezogen wird. Wie in 4 dargestellt ist, verschwindet ferner das Bläschen 40 rasch zusammen mit dem Meniskus, der von der Seite der Ausstoßöffnung 18 mit hoher Geschwindigkeit weggezogen wird, wie weiter vorstehend beschrieben wurde. Zu diesem Zeitpunkt bildet der Flüssigkeitsströmungsweg 10 mit dem Bläschenerzeugungsbereich 11 darin den mit Ausnahme der Ausstoßöffnung 18 im Wesentlichen geschlossenen Raum durch die Berührung zwischen dem verlagerten beweglichen Bauteil 31 und dem Anschlag 64 aus, und erzeugt so ein sogenanntes "Well", welches ein mit Flüssigkeit gefüllter örtlich umschlossener Raumabschnitt ist. In diesem "Well" tritt zusammen mit dem Zusammenziehen des Bläschens 40 plötzlich eine Strömung aus den Zwischenräumen und von der Ausstoßöffnung 18 her auf. Demzufolge wird selbst in dem System, in welchem kein Flüssigkeitszirkulationssystem angeordnet ist, die Ansammlung von Bläschen und Wärme in der Umgebung des Heizbau teils 2 beseitigt, wodurch hochgradig stabilisierte Ausstoßeigenschaften erhalten werden können. Hierzu ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Aufbau so angeordnet, dass das Bläschen aus den Zwischenräumen herausgepresst wird, wenn sich das Bläschen bildet. Es ist jedoch nicht nötig, das Herauspressen von Bläschen auf diese Anordnung zu beschränken, sofern nur das Bläschen durch das bewegliche Bauteil gehalten werden kann, wenn es gebildet wird, und das Bläschen durch die Zwischenräume zusammen mit der Flüssigkeit auf der stromaufwärtigen Seite des verlagerbaren Bauteils in den Bläschenerzeugungsbereich strömen kann, wenn das Bläschen verschwindet. Folglich ist es wünschenswert, die Weite von jedem Zwischenraum zum Erhalten dieser Anordnung auf 8 bis 13 μm festzusetzen.
Bei dem Vorgang des Verschwindens des Bläschens 40 unterstützt das extrudierte Bläschen 41 die Flüssigkeitsströmung aus dem Bereich 65 mit dem niedrigeren Strömungswegwiderstand zu dem Bläschenerzeugungsbereich 11, und zusammen mit dem weiter vorstehend beschriebenen Wegziehen des Meniskus mit hoher Geschwindigkeit von der Seite der Ausstoßöffnung 18 wird das Verschwinden des Bläschens schnell abgeschlossen. Insbesondere besteht durch die Flüssigkeitsströmung, die durch die Anordnung des extrudierten Bläschens 41 erzeugt wird, fast keine Möglichkeit, dass sich Bläschen an den Ecken des beweglichen Elements 31 und des Flüssigkeitsströmungswegs 10 aufhalten können.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, befindet sich das Flüssigkeitströpfchen in dem Augenblick, in dem es aus der Ausstoßöffnung durch die Erzeugung des Bläschens ausgestoßen wird, nahezu in der Form einer Flüssigkeitssäule mit einem kugelförmigen Abschnitt an derem führenden Ende. Dieser Zustand ist der gleiche wie der des Druckkopfs, welcher auf herkömmliche Weise aufgebaut ist. Erfindungsgemäß wird jedoch das verlagerbare Bauteil durch den Bildungsvorgang des Bläschens verlagert, und dann wird mit Ausnahme der Ausstoßöffnung ein im Wesentlichen geschlossener Raum für den Flüssigkeitsströmungsweg mit dem Bläschenerzeugungsbereich darin ausgebildet, wenn das so verlagerte bewegliche Bauteil in Berührung mit dem Regulierungsbauteil gelangt ist. Demzufolge wird, wenn das Bläschen in diesem Zustand verschwunden ist, der verschlossene Raum so wie er ist bis zu dem Zeitpunkt beibehalten, an dem das bewegliche Bauteil veranlasst wird, sich durch das Verschwinden des Bläschens von dem Regulierungsbauteil zu lösen. Folglich kann das meiste von der Energie des Verschwindens des Bläschens auf das Verschieben der Flüssigkeit in der Umgebung der Ausstoßöffnung in der stromaufwärtigen Richtung einwirken. Folglich wird der Meniskus unmittelbar nach Beginn des Verschwindens des Bläschens schnell in das Innere des Flüssigkeitsströmungswegs hereingezogen, und dann wird es durch die starke Kraft, die auf diese Weise durch den Meniskus ausgeübt wird, möglich, den nachgeschleppten Abschnitt, welcher die Flüssigkeitssäule ausbildet und mit dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen außerhalb der Ausstoßöffnung verbunden ist, schnell abzutrennen. Auf diese Weise werden die Satellitentröpfchen, von denen jedes durch den nachgeschleppten Abschnitt ausgebildet wird, kleiner gemacht, wodurch erheblich zur Erhöhung der Qualität von Ausdrucken beigetragen wird.
Ferner wird, da der nachgeschleppte Abschnitt durch den Meniskus nicht über einen längeren Zeitraum fortlaufend gezogen wird, die Ausstoßgeschwindigkeit nicht derart beeinflusst, dass sie kleiner wird. Außerdem ist der Abstand zwischen dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen und jedem Einzelnen von den Satellitentröpfchen kürzer gemacht, sodass der Satellit durch die sogenannte Nachlaufströmungserscheinung, welche hinter dem fliegenden Tröpfchen auftritt, näher zu dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen gezogen wird. Demzufolge kann der vereinte Körper von ausgestoßenem Flüssigkeitströpfchen und Satellitentröpfchen ausgebildet werden, wodurch ein Flüssigkeitsausstoßkopf geschaffen werden kann, mit dem fast keine Satellitentröpfchen mehr erzeugt werden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Bauteil angeordnet ist, um nur das Bläschen niederzuhalten, welches sich in der stromaufwärtigen Richtung in Bezug auf die Flüssigkeitsströmung in Richtung der Ausstoßöffnung des vorstehend angeführten Druckkopfs entwickelt. Es ist mehr vorzuziehen, das freie Ende des beweglichen Bauteils im Wesentlichen an dem mittleren Abschnitt des Bläschenerzeugungsbereichs zu positionieren. Mit dem so angeordneten Aufbau wird es möglich, die Rückwellen zu der stromaufwärtigen Seite und die Trägheit der Flüssigkeit bei der Bildung des Bläschens, welche nicht unmittelbar in Beziehung zu den Flüssigkeitsausstößen steht, zu unterdrücken. Es wird möglich, die Wachstumskomponente des Bläschens an der stromabwärtigen Seite auf leichte Weise in die Richtung der Ausstoßöffnung zu lenken. Ferner ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass für den vorstehend angeführten Druckkopf der Strömungswegwiderstand des Flüssigkeitsströmungswegs auf der zu der Ausstoßöffnung entgegengesetzten Seite mit dem vorstehend angeführten Regulierungsbauteil als Grenze kleiner gemacht ist. Mit dem so angeordneten Aufbau wird die Flüssigkeitsverschiebung durch die Bildung des Bläschens in der stromaufwärtigen Richtung durch das Vorhandensein des Flüssigkeitsströmungswegs, dessen Strömungswegwiderstand kleiner gemacht ist, zu einer größeren Strömung. Demzufolge nimmt das bewegliche Bauteil die Spannung auf, welche bestrebt ist, es in der stromaufwärtigen Richtung zu ziehen, wenn sich das verlagerbare Bauteil in Berührung mit dem Regulierungsbauteil befindet. Daher bleibt die Verschiebungskraft der Flüssigkeit durch die Bildung des Bläschens in der stromaufwärtigen Richtung noch groß, damit der vorstehend angeführte geschlossene Raum während eines bestimmten Zeitraums erhalten bleiben kann, bis die Elastizität des beweglichen Elements diese durch die Flüssigkeitsverschiebung ausgeübte Kraft überwindet. Mit anderen Worten, mit dem so angeordneten Aufbau kann das Zurückziehen des Meniskus bei hoher Geschwindigkeit zuverlässiger ausgeführt werden. Ferner wird das bewegliche Bauteil stromabwärts verlagert, um in den Ausgangszustand zurückge bracht zu werden, wenn der Vorgang des Verschwindens der Blase fortschreitet, um zu ermöglichen, dass die Elastizität des beweglichen Elements die Kraft der Flüssigkeitsverschiebung in der stromaufwärtigen Richtung durch die Bildung des Bläschens überwindet, wodurch die Strömung in der stromabwärtigen Richtung zusammen damit sogar in dem Bereich mit dem kleineren Strömungswegwiderstand erzeugt wird. Da die Strömung in der stromabwärtigen Richtung in dem Bereich mit dem niedrigeren Strömungswiderstand einen kleineren Strömungswiderstand vorfindet, wird die Strömung schnell zu einer größeren Strömung und strömt durch das Regulierungsbauteil hindurch in den Flüssigkeitsströmungsweg. Demzufolge wird durch die Strömungsverschiebung in der stromabwärtigen Richtung auf die Ausstoßöffnung zu das Ziehen durch den Meniskus plötzlich aufgehoben, um die Schwingungen des Meniskus sehr schnell abklingen zu lassen.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die Beschreibung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
7A bis 7F und 8A bis 8E zeigen Querschnittsansichten im Schnitt entlang der Richtung des Flüssigkeitsströmungswegs, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen und welche jeweils die charakteristischen Erscheinungen in jedem von den Flüssigkeitsströmungswegen durch Unterteilung des Vorgangs in die Vorgänge von A bis F und A bis E darstellen, wenn das Heizbauteil auf der stromaufwärtigen Seite oder der stromabwärtigen Seite betrieben wird. 7A bis 7F stellen die charakteristischen Erscheinungen dar, wenn jedes von den Heizbauteilen auf der stromaufwärtigen Seite betrieben wird. 8A bis 8E stellen die charakteristischen Eigenschaften dar, wenn jedes von den Heizbauteilen auf der stromabwärtigen Seite betrieben wird.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausfüh rungsform sind die Heizbauteile 2 und 3 auf einem ebenen und glatten Elementarsubstrat 1 als Ausstoßenergie erzeugende Bauteile angeordnet, damit thermische Energie auf Flüssigkeit einwirken kann, um Flüssigkeit auszustoßen. Ferner sind auf dem Elementarsubstrat 1 jeweils Flüssigkeitsströmungswege 10 entsprechend den Heizbauteilen 2 und 3 angeordnet. Es sind jeweils Heizbauteile 2 und 3 in der Längsrichtung für einen Flüssigkeitsströmungsweg 10 angeordnet. Jedes von ihnen kann einzeln Wärme erzeugen. Das Heizelement 3 auf der stromabwärtigen Seite hat eine kleinere Fläche als das Heizbauteil 2 auf der stromaufwärtigen Seite, was bezweckt, dass jedes Flüssigkeitströpfchen mit einer kleineren Ausstoßmenge ausgestoßen wird. Mit diesen zwei Heizbauteilen 2 und 3, welche passend betrieben werden können, können Flüssigkeitströpfchen mit jeweils unterschiedlichen Ausstoßmengen ausgestoßen werden.
Die Flüssigkeitsströmungswege 10 stehen mit den Ausstoßöffnungen 18 in Verbindung, und gleichzeitig stehen sie in Verbindung mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, um einer Vielzahl von Flüssigkeitskanälen 10 Flüssigkeit zuzuführen. Auf diese Weise nimmt jeder eine Menge an Flüssigkeit aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 auf, die der entspricht, welche von jeder von den Flüssigkeitsausstoßöffnungen 18 ausgestoßen worden war. Das Bezugszeichen M bezeichnet den Meniskus, der durch die Ausstoßflüssigkeit ausgebildet wird. Der Meniskus M befindet sich in der Umgebung von jeder Ausstoßöffnung 18 in Bezug auf den Innendruck der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, welcher durch die Kapillarkraft, die durch jede von den Ausstoßöffnungen 18 und die Innenwand des Flüssigkeitsströmungswegs 10, welcher mit ihr in Verbindung steht, erzeugt wird, gewöhnlich negativ ist, im Gleichgewicht.
Die Flüssigkeitsströmungswege 10 werden durch Bonden des Elementarsubstrats 1, das mit den Heizbauteilen 2 und 3 versehen ist, mit der Deckplatte 50 ausgebildet, und in dem Bereich nahe der Fläche, an welcher sich die Heizbauteile 2 und 3 und Ausstoßflüssigkeit in Berührung befinden, sind Bläschenerzeugungsbereiche 11 und 12 vorhanden, in welchen die Heizbauteile 2 und 3 rasch erhitzt werden, damit die Ausstoßflüssigkeit Bläschen ausbilden kann. Für jeden von den Flüssigkeitsströmungswegen 10 ist jeweils ein bewegliches Bauteil 31 derart angeordnet, dass zumindest ein Teil von ihm sich in Gegenüberlage zu dem Bläschenerzeugungsbereich 11 an der stromaufwärtigen Seite befindet und dass es zusammen mit der Bildung von Bläschen, die durch das Aufheizen der Heizbauteile 2 und 3 erzeugt werden, verlagerbar gemacht ist. Das bewegliche Bauteil 31 hat sein freies Ende 32 an der stromabwärtigen Seite in Richtung der Ausstoßöffnung 18, und es wird gleichzeitig durch das Stützbauteil 34 an der stromaufwärtigen Seite gehaltert. Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform das freie Ende 32 bei dem mittleren Abschnitt des Bläschenerzeugungsbereichs 11 angeordnet, um die Entwicklung einer Hälfte des Bläschens an der stromaufwärtigen Seite, welche Einflüsse auf die Rückwellen in Richtung der stromaufwärtigen Seite und die Trägheit der Flüssigkeit ausübt, niederzuhalten. Der Gelenkpunkt 33, bei welchem das bewegliche Element 31 verlagerbar gemacht ist, fungiert als der Halterungsabschnitt des Stützbauteils 34 für das bewegliche Bauteil 31.
Oberhalb des mittleren Abschnitts des Bläschenerzeugungsbereichs 11 ist der Anschlag (Regulierungsbauteil) 64 positioniert, um die Verlagerung des beweglichen Bauteils 31 innerhalb eines bestimmten Bereichs zu regulieren, um die Bildung von einer Hälfte des Bläschens niederzuhalten, die durch das Heizbauteil 2 an der stromaufwärtigen Seite erzeugt wird. In der Strömung von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zu der Ausstoßöffnung 18 ist auf der stromaufwärtigen Seite mit dem Anschlag 64 als Begrenzung der Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswiderstand angeordnet, welcher einen im Vergleich zu dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 niedrigeren Strömungswegwiderstand aufweist. Der Strömungswegaufbau in dem Bereich 65 ist so angeordnet, dass keine obere Wand oder dergleichen angeordnet ist oder dass die Querschnittsfläche des Strömungswegs größer gemacht ist, wodurch der Widerstand, den die Flüssigkeit von dem Strömungsweg erfährt, kleiner gemacht ist, wenn sich die Flüssigkeit bewegt.
Mit dem wie vorstehend angeordneten Aufbau wurde vorgeschlagen, einen Druckkopfaufbau auszubilden, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass im Gegensatz zu der herkömmlichen Technik jeder von den Flüssigkeitsströmungswegen 10 mit den Bläschenerzeugungsbereichen 11 und 12 durch die Berührung zwischen dem beweglichen Bauteil 31 und dem Anschlag 64 mit Ausnahme von jeder von den Ausstoßöffnungen 18 ein im Wesentlichen geschlossener Raum wird.
Nachstehend erfolgt eine ausführliche Beschreibung des Ausstoßvorgangs des Flüssigkeitsausstoßkopfs nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform mit zwei Heizbauteilen 2 und 3 für jeweils einen Flüssigkeitsströmungsweg 10 versehen. Daher können eine Vielzahl von Ausstoßmodi in Abhängigkeit davon erhalten werden, welches von den Heizbauteilen 2 und 3 betrieben wird.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 7A bis 7F der Ausstoßvorgang beschrieben, wenn das Heizbauteil 2 an der stromaufwärtigen Seite betrieben wird.
7A stellt den Zustand dar, bevor dem Heizbauteil 2 Energie, wie z. B. elektrische Energie, zugeführt wird, welcher den Zustand zeigt, bevor das Heizelement 2 Wärme erzeugt. Hierbei ist wichtig, dass das bewegliche Bauteil so angeordnet ist, dass es in Gegenüberlage zu einer Hälfte des Bläschens auf der stromaufwärtigen Seite für jedes der Bläschen, welches durch das Aufheizen des Heizbauteils 2 erzeugt wird, positioniert ist und dass der Anschlag 64, der die Verlagerung des beweglichen Bauteils 31 reguliert, oberhalb des mittleren Abschnitts des Bläschenerzeugungsbereichs 11 angeordnet ist. Mit anderen Worten, mit dem Aufbau der Strömungswege und der Anordnungsposition von jedem von den beweglichen Bauteilen wird eine Hälfte des Bläschens an der stromaufwärtigen Seite zu dem beweglichen Bauteil 31 niedergehalten.
7B stellt den Zustand dar, in welchem ein Teil der in den Bläschenerzeugungsbereich 11 eingefüllten Flüssigkeit durch das Heizbauteil 2 aufgeheizt ist, sodass das Bläschen 40 zusammen mit dem Filmsieden bis fast zu dem Maximum ausgebildet ist. Dann verschiebt sich die Flüssigkeit in dem Strömungsweg 10 durch die Druckwellen, welche auf der Erzeugung des Bläschens 40 basieren, zu der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite. Jetzt wird das bewegliche Bauteil 31 durch die Flüssigkeitsströmung, die der Entwicklung des Bläschens 40 folgt, an der stromaufwärtigen Seite verlagert, und an der stromabwärtigen Seite wird das Ausstoßflüssigkeitströpfchen 66 aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen. Hierbei wird die Flüssigkeitsverschiebung zu der stromaufwärtigen Seite, d. h., in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, durch den Bereich 65 mit geringerem Strömungswegwiderstand zu einer großen Strömung. Wenn das bewegliche Bauteil 31 jedoch verlagert wurde, bis es sich dem Anschlag 64 nähert oder in Berührung mit dem Anschlag gelangt, wird irgendeine weitere Verlagerung von ihm reguliert, wodurch an dieser Stelle die Flüssigkeitsverschiebung zu der stromaufwärtigen Seite stark eingeschränkt wird. Gleichzeitig wird außerdem das Anwachsen des Bläschens 40 zu der stromaufwärtigen Seite durch das Vorhandensein des beweglichen Bauteils 31 beschränkt. Dessen ungeachtet nimmt das bewegliche Bauteil 31, da die Verschiebungskraft der Flüssigkeit in der Richtung zu der stromaufwärtigen Seite groß ist, den Druck in der Form auf, dass es in der stromaufwärtigen Richtung gezogen wird. Ferner gelangt ein Teil des Bläschens 40, dessen Bildung durch das bewegliche Bauteil 31 eingeschränkt ist, durch die engen Spalte zwischen den Seiten des beweglichen Bauteils 31 und den Wänden an beiden Seiten, die von jedem von den Flüssigkeitsströmungswegen 10 ausgebildet werden, hindurch und wird zu der Seite der oberen Fläche des beweglichen Bauteils 31 herausge presst. Das so herausgepresste Bläschen wird in dieser Patentschrift als "extrudiertes Bläschen 41" bezeichnet.
7C stellt den Zustand dar, in welchem das Zusammenziehen des Bläschens 40 beginnt, wenn der Unterduck in dem Bläschen anschließend an das weiter vorstehend beschriebene Filmsieden die Flüssigkeitsverschiebung in dem Flüssigkeitsströmungsweg zu der stromabwärtigen Seite überwindet. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Flüssigkeitskraft, die durch das Wachstum des Bläschens in der stromaufwärtigen Richtung ausgeübt wird, noch groß. Demzufolge befindet sich das bewegliche Bauteil 31 für einen bestimmten Zeitraum, nachdem das Zusammenziehen des Bläschens 4 begonnen hatte, noch in Berührung mit dem Anschlag 64. Das meiste von dem Zusammenziehen des Bläschens 40 erzeugt eine Flüssigkeitsverschiebung von der Ausstoßöffnung 18 in der stromaufwärtigen Richtung. Mit anderen Worten, unmittelbar nach dem in 7B dargestellten Zustand befindet sich der Anschlag 64 in Berührung mit dem beweglichen Bauteil 31, um den Flüssigkeitsströmungsweg 10 mit dem Bläschenerzeugungsbereich 11 zu einem mit Ausnahme der Ausstoßöffnung 18 geschlossenen Raum zu machen. Folglich kann die Energie, die durch das Zusammenziehen des Bläschens frei wird, als Kraft wirken, die die Flüssigkeit in der Umgebung der Ausstoßöffnung 18 verschiebt, um die Flüssigkeit in der stromaufwärtigen Richtung zu verschieben. Demzufolge wird der Meniskus M weit von der Ausstoßöffnung 18 weg in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 hereingezogen, um die Flüssigkeitssäule, die mit dem ausgestoßenen Tröpfchen 66 verbunden ist, schnell mit einer starken Kraft abzutrennen. Auf diese Weise wird, wie in 7D dargestellt ist, die Anzahl von Satelliten (Untertröpfchen) 67, welche nach außerhalb der Ausstoßöffnung 18 gelassen werden, wesentlich verringert.
7D stellt den Zustand dar, in welchem das Ausstoßflüssigkeitströpfchen 66, für welches der Prozess des Verschwindens abgeschlossen ist, und der Meniskus M abgetrennt sind. In dem Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand ü berwindet die Rückfederung des beweglichen Bauteils 31 die Verschiebungskraft der Flüssigkeit in der stromaufwärtigen Richtung. Danach beginnt das bewegliche Bauteil 31 seine Verlagerung nach unten. Zusammen damit beginnt in dem Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswiderstand die Strömung in der stromabwärtigen Richtung. Gleichzeitig wird bei der Strömung in der stromabwärtigen Richtung in dem Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswiderstand, welcher einen kleineren Strömungswiderstand hat, der Strom schnell größer und strömt durch den Abschnitt des Anschlags 64 hindurch in den Flüssigkeitsströmungsweg 10. Demzufolge wird die Strömung, die veranlasst, dass der Meniskus M in das Innere des Flüssigkeitsströmungswegs 10 hereingezogen wird, plötzlich vermindert. Danach beginnt der Meniskus M, mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit zu der Position, bei welcher die Bläschenbildung entsteht, zurückzukehren, während er an der Flüssigkeitssäule zieht, die jenseits der Ausstoßöffnung 18 verbleibt. Auf diese Weise klingen die Schwingungen des Meniskus schnell ab.
Das ausgestoßene Flüssigkeitströpfchen 66 und der Satellit 67, welcher dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen unmittelbar folgt, sind durch das schnelle Zurückziehen des Meniskus wie in 7C gezeigt einander sehr nahe. Hierbei wird dann die sogenannte Nachlaufströmungserscheinung erzeugt, welche veranlasst, dass der Satellit, der dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen sehr dicht folgt, zu ihm durch die Wirbelströmung, die hinter dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen auftritt, im Flug angezogen wird.
Nachstehend wird diese Erscheinung ausführlich beschrieben. Bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf befindet sich das Flüssigkeitströpfchen zum Zeitpunkt des Ausstoßes von Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung des Flüssigkeitsausstoßkopfs nicht in der Kugelform. Das Flüssigkeitströpfchen wird fast in der Form einer Flüssigkeitssäule ausgestoßen, die ihren kugelförmigen Teil an ihrem führenden Ende hat. Somit wird der nachgeschleppte Abschnitt sowohl durch das Haupt tröpfchen als auch den Meniskus gespannt, und wenn er von dem Meniskus abgetrennt wird, werden mit dem nachgeschleppten Abschnitt die Satellitentröpfchen ausgebildet. Hierbei ist bekannt, dass die Satelliten zu einem Aufzeichnungsmedium zusammen mit dem Haupttröpfchen fliegen. Die Satelliten fliegen hinter dem Haupttröpfchen, und auch die Satelliten werden durch den Meniskus gezogen. Daher ist deren Ausstoßgeschwindigkeit in einem Ausmaß kleiner, das veranlasst, dass ihre Aufprallstelle von der des Haupttröpfchens abweicht. Das verringert unvermeidlich die Qualität von Ausdrucken. Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf ist die Kraft, die den Meniskus zurückzieht, viel größer als bei dem weiter vorstehend beschriebenen herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf. Daher ist die Zugkraft, die auf den nachgeschleppten Abschnitt ausgeübt wird, stärker, nachdem das Haupttröpfchen ausgestoßen wurde. Die Kraft, mit welcher der nachgeschleppte Abschnitt von dem Meniskus abgetrennt wird, wird stärker, wodurch der Zeitablauf entsprechend schneller wird. Daher wird das Satellitentröpfchen, das durch den nachgeschleppten Abschnitt ausgebildet wird, kleiner, und der Abstand zwischen dem Haupttröpfchen und dem Satellitentröpfchen wird verkürzt. Ferner wird die Ausstoßgeschwindigkeit nicht kleiner, da der nachgeschleppte Abschnitt nicht fortwährend für einen längeren Zeitraum zurückgezogen wird. Folglich wird der Satellit 67 durch die Nachlaufströmungserscheinung, die hinter dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 auftritt, zu dem Haupttröpfchen hingezogen.
7E stellt den Zustand dar, in welchem der in 7D gezeigte Zustand weiter fortgeschritten ist. Hier befindet sich der Satellit 67 noch näher an dem ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66 und wird gleichzeitig zu ihm hingezogen. Folglich wird die von der Nachlaufströmungserscheinung ausgeübte Anziehungskraft dementsprechend größer. Andererseits erzeugt die Flüssigkeitsverschiebung von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der Ausstoßöffnung 18 die Erscheinung, dass die Flüssigkeit aus der stromaufwärtigen Seite weggezogen wird, und die Flüssigkeit wird in der Richtung der Ausstoßöffnung 18 vorgeschoben, weil die Überschwingungsverlagerung des beweglichen Bauteils 31 dieses veranlasst, dass es niedriger als in die Ausgangslage verlagert wird. Ferner wird die Flüssigkeitsströmung durch die Aufweitung der Querschnittsfläche des Flüssigkeitsströmungswegs durch das Vorhandensein des Anschlags 64 in der Richtung auf die Ausstoßöffnung 18 zu erhöht, um die Geschwindigkeit des Zurücksetzens des Meniskus M auf die Ausstoßöffnung 18 zu erhöhen. Auf diese Weise wird das Nachfüllverhalten der vorliegenden Ausführungsform stark verbessert.
7F stellt den Zustand dar, in welchem der in 7E dargestellte Zustand weiter fortgeschritten ist und der Satellit 67 in das ausgestoßene Flüssigkeitströpfchen 66 eingefangen ist. Der vereinigte Körper aus ausgestoßenem Flüssigkeitströpfchen 66 und Satellit 67 ist nicht unbedingt die Erscheinung, die unter allen Umständen durch Ausstoß für irgendwelche anderen Ausführungsformen auftreten sollte. In Abhängigkeit von den Bedingungen tritt eine solche Erscheinung auf oder sie tritt überhaupt nicht auf. Durch Beseitigen der Satelliten oder zumindest Verringern der Menge von Satelliten gibt es jedoch fast keine Abweichung zwischen den Aufprallstellen des Haupttröpfchens und der Satellitentröpfchen auf dem Aufzeichnungsmedium, so dass die nachteilige Auswirkung auf die Qualität von Drucken, die sich ergeben kann, verringert wird. Mit anderen Worten, es ist die Schärfe von gedruckten Bildern erhöht, um die Qualität von Ausdrucken zu verbessern, und gleichzeitig wird es möglich, die Erzeugung von Nebeln zu vermeiden und das Auftreten von Schaden, dass der so erzeugte Nebel das Druckmedium oder das Innere der Aufzeichnungsvorrichtung verunreinigen könnte, zu verringern.
In der Zwischenzeit hat sich das bewegliche Bauteil 31 durch sein Überschwingen wieder in der Richtung auf den Anschlag 64 zu verlagert. Dann kommt es durch die Dämpfungsschwingungen, die durch den Aufbau des beweglichen Bauteils 31, den Elastizitätsmodul, die Viskosität der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsströmungsweg und die Schwerkraft bestimmt sind, zur Ruhe, und schließlich hält es in seiner Ausgangslage an. Mit der Verlagerung des beweglichen Bauteils 31 nach oben wird die Flüssigkeitsströmung von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in der Richtung auf die Ausstoßöffnung 18 zu gesteuert, um die Bewegung des Meniskus M in der Umgebung der Ausstoßöffnung schnell zu beruhigen. Daher wird es möglich, die Erscheinung des Überschwingens des Meniskus und andere Faktoren, die einen unstabilen Ausstoßzustand verursachen können, um die Qualität von Ausdrucken zu vermindern, drastisch zu verringern.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung von weiteren Effekten, die für den Fall charakteristisch sind, dass das Heizbauteil 2 an der stromaufwärtigen Seite betrieben wird.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Teil des in 7B abgebildeten Druckkopfs darstellt, welche im Grunde den gleichen Zustand wie in 7B mit Ausnahme der Düse darstellt, welche perspektivisch durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Nach der vorliegenden Ausführungsform sind zwischen beiden Seitenwandflächen, die den Flüssigkeitsströmungsweg 10 ausbilden, und beiden Seitenabschnitten des beweglichen Bauteils 31 schmale Zwischenräume vorhanden, damit sich das bewegliche Bauteil 31 stoßfrei verlagern kann. In dem Bildungsprozess des Bläschens unter Verwendung des Heizbauteils 2 verlagert das Bläschen 40 das bewegliche Element 31, und gleichzeitig wird es zu der Seite der oberen Fläche des beweglichen Bauteils 31 herausgepresst und gelangt durch die vorstehend beschriebenen Zwischenräume hindurch ein wenig in den Bereich 65 mit niedrigerem Flüssigkeitswegwiderstand. Das auf diese Weise eingedrungene extrudierte Bläschen rückt um die Rückseite des beweglichen Bauteils 31 (die Fläche, welche entgegengesetzt zu dem Bläschenbildungsbereich 11 ist) herum vor, um die Durchbiegung des beweglichen Bauteils 31 zu unterdrücken, wodurch die Ausstoßeigenschaften stabilisiert werden.
Ferner unterstützt das extrudierte Bläschen 41 in dem Prozess des Verschwindens des Bläschens 40 die Flüssigkeitsströmung von dem Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand zu dem Bläschenerzeugungsbereich 11, und zusammen mit dem weiter vorstehend beschriebenen Zurückziehen des Meniskus von der Seite der Ausstoßöffnung 18 unter hoher Geschwindigkeit wird das Verschwinden des Bläschens schnell abgeschlossen. Insbesondere besteht durch die Flüssigkeitsströmung, die durch die Bereitstellung des extrudierten Bläschens 41 erzeugt wird, fast keine Möglichkeit, dass sich Bläschen an den Ecken des beweglichen Elements 31 und des Flüssigkeitsströmungswegs 10 aufhalten könnten.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 8A bis 8E die Beschreibung des Ausstoßvorgangs, wenn das Heizbauteil 3 an der stromabwärtigen Seite betrieben wird.
8B stellt den Zustand dar, in welchem ein Teil der in einen Bläschenerzeugungsbereich 12 eingefüllten Flüssigkeit durch das Heizbauteil 3 an der stromabwärtigen Seite erhitzt ist, sodass zusammen mit Filmsieden ein Bläschen 42 bis zum Maximum entwickelt ist. Dann wird an der stromabwärtigen Seite ein Ausstoßflüssigkeitströpfchen 68 aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen. Die Größe dieses Ausstoßflüssigkeitströpfchens ist geringer als die des Ausstoßflüssigkeitströpfchens 66 (siehe 7A bis 7F), welches durch das Betreiben des Heizbauteils 2 an der stromaufwärtigen Seite ausgestoßen wird. Allerdings tritt hier eine Flüssigkeitsströmung an der stromaufwärtigen Seite auf. Da das bewegliche Bauteil durch diese Strömung in einem gewissen Ausmaß verlagert wird, ist jedoch die Flüssigkeitsströmung zu der stromaufwärtigen Seite begrenzt.
8C zeigt den Vorgang des Zusammenziehens des Bläschens 42. In diesem Fall weicht die Stelle des Verschwindens des Bläschens 42 von der Mitte des Heizbauteils 3 zu der stromaufwärtigen Seite ab, weil wegen der größeren Länge und der kleineren Querschnittsfläche durch das Vorhandensein des be weglichen Bauteils 31 und des Anschlags 64 des Strömungswegs der Strömungswegwiderstand von dem Bläschen 42 zu der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 beträchtlich größer ist als der Strömungswegwiderstand von dem Bläschen 42 zu der Ausstoßöffnung 18. Das bedeutet, dass der Meniskus M mehr gezogen wird, um zu ermöglichen, dass das Ausstoßflüssigkeitströpfchen 68 eine genügende Ausstoßgeschwindigkeit beibehält, während die Ausstoßmenge auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt wird.
8D stellt den Abschluss des Vorgangs des Verschwindens des Bläschens dar und zeigt ferner den Zustand, in welchem das Ausstoßflüssigkeitströpfchen 68 und der Meniskus M abgetrennt sind. In diesem Zustand ist das bewegliche Bauteil 31 nach dem Verschwinden des Bläschens nach unten verlagert. Daher ist der Strömungswegwiderstand kleiner, und der Meniskus M wird mit hoher Geschwindigkeit zurückversetzt.
In 8E ist das bewegliche Bauteil 31 durch seine Elastizität nach oben verlagert, um Flüssigkeitsströmung mit hoher Geschwindigkeit von der stromaufwärtigen Seite zu unterdrücken, wodurch die Tätigkeit des Meniskus M schnell zur Ruhe kommt. Es wird wie in dem Fall von 7A bis 7F möglich, den Ausstoßzustand durch die stabilisierte Bewegung des Meniskus M zu stabilisieren und somit die Qualität von Ausdrucken zu verbessern.
Vorstehend ist beschrieben worden, dass der Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform das Drucken mit hoher Geschwindigkeit mittels größerer Flüssigkeitströpfchen und das Drucken mit hoher Qualität mittels kleinerer Flüssigkeitströpfchen unter Verwendung von jedem von den Heizbauteilen 2 an der stromaufwärtigen Seite, was in Verbindung mit 7A bis 7F beschrieben wurde, und jedem von den Heizbauteilen 3 an der stromabwärtigen Seite, was in Verbindung mit 8A bis 8E beschrieben wurde, ausführt.
Das Heizbauteil 2 zur Verwendung der größeren Flüssigkeits tröpfchen ist an der stromaufwärtigen Seite des Heizbauteils 3 zur Verwendung der kleineren Flüssigkeitströpfchen gelegen, und das Bläschen 40, das durch das Heizbauteil 2 erzeugt wird, wird durch Verwenden des Anschlags 64 und des beweglichen Bauteils 31 an dem mittleren Bereich unterteilt, wodurch große Flüssigkeitströpfchen stabil und kleinere Flüssigkeitströpfchen mit höheren Geschwindigkeiten ausgestoßen werden können. Ferner wird es möglich, die Anzahl von Satelliten und die Schwingungen des Meniskus zu verringern, um eine hohe Qualität von Ausdrucken zu erhalten. Um es präziser auszudrücken, es ist nötig, die Ausstoßgeschwindigkeit von jedem von den Flüssigkeitströpfchen auf einer gewissen Höhe oder höher zu halten. Erfindungsgemäß ist das Heizbauteil 3 zur Verwendung der kleineren Flüssigkeitströpfchen auf der Seite angeordnet, die zu der Ausstoßöffnung 18 näher ist, um die Ausstoßgeschwindigkeit zu erhöhen und um gleichzeitig die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit welcher der Meniskus M durch die Funktion des beweglichen Bauteils 31 gezogen werden sollte, wodurch unterdrückt wird, dass die Ausstoßmenge größer wird. Ferner kann durch die Anordnung des Heizbauteils 2 zur Verwendung von größeren Flüssigkeitströpfchen an der stromaufwärtigen Seite unterdrückt werden, dass sich das Bläschen 40 bei Vorhandensein des beweglichen Bauteils 31 zu der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 hin entfaltet, wodurch der äußerst zuverlässige Ausstoßzustand aufrechterhalten wird.
Da nur jeweils ein bewegliches Bauteil 31 für jeweils einen von den Flüssigkeitsströmungskanälen 10 angeordnet ist, kann der Platz auf dem Substrat 1, welcher zum Tragen des beweglichen Bauteils benötigt wird, im Vergleich mit dem Fall, bei welchem ein bewegliches Bauteil jeweils für jedes von den Heizbauteilen 2 und 3 angeordnet ist, verkleinert werden. Ferner ist das freie Ende 32 des beweglichen Bauteils 31 oberhalb des Heizbauteils 2 an der stromaufwärtigen Seite angeordnet. Demzufolge ist es nicht erforderlich, dass das bewegliche Bauteil 31 länger ist, um die Verlagerungsreaktion des beweglichen Elements zusammen mit der Entwicklung von jedem von den Bläschen 40 und 42 zu verbessern. Daher funktioniert das bewegliche Bauteil 31 in Bezug auf die Flüssigkeit und jedes von den Bläschen 40 und 42 in dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 zuverlässig, wenn jedes von den Heizbauteilen 2 und 3 mit hoher Frequenz betrieben wird.
Die Beschreibung erfolgte bis hierher für den Fall, bei welchem die zwei Heizbauteile 2 und 3 einzeln betrieben werden, um Flüssigkeit auszustoßen, aber es könnte in Betracht kommen, die zwei Heizbauteile 2 und 3 gleichzeitig zu betreiben, um größere Flüssigkeitströpfchen auszustoßen.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 10A bis 10F die Beschreibung eines Verfahrens zum Ausstoßen von noch größeren Flüssigkeitströpfchen durch gleichzeitiges Betreiben der zwei Heizbauteile 2 und 3.
Wenn versucht wird, die Heizbauteile 2 und 3 gleichzeitig zu betreiben, um noch größere Flüssigkeitströpfchen auszustoßen, kann die Ausstoßmenge erhöht werden, aber die Qualität der Ausdrucke neigt dazu, durch die erhöhte Anzahl von Satelliten verschlechtert zu werden. Das Heizbauteil 2 an der stromaufwärtigen Seite wird jedoch erfindungsgemäß mit einem Verzögerungszeitablauf angesteuert, nachdem das Heizbauteil 3 an der stromabwärtigen Seite angesteuert wurde. Auf diese Weise wird dauerhaft eine Erhöhung der Ausstoßmenge ausgeführt.
Zuerst wird, wie in 10A dargestellt ist, das Heizbauteil 3 an der stromabwärtigen Seite betrieben, um das Bläschen 42 auszubilden. Dann wird, wie in 10B dargestellt ist, das Bläschen 40 durch Verwendung des Heizbauteils 2 an der stromaufwärtigen Seite nach ungefähr 5 bis 15 μs, seit das Heizbauteil 3 angesteuert worden war, erzeugt. In diesem Fall ist das Bläschen 42, das durch das Heizbauteil 3 an der stromabwärtigen Seite erzeugt worden war, zu dem Zusammenziehvorgang übergegangen. Die Flüssigkeitsströmung zu der Ausstoßöffnung 18 wird jedoch durch das Ausbilden des Blä schens 40, das ein großes Volumen hat, gestaffelt erzeugt, um den späteren Ausstoß in einem Ausmaß zu halten, dass die Ausstoßgeschwindigkeit stark erhöht ist. Demzufolge wird es möglich, einen Ausstoß von noch größeren Flüssigkeitströpfchen bei einer stabilen Ausstoßgeschwindigkeit (gewöhnlich 8 bis 20 m/s oder vorzugsweise 10 bis 18 m/s) auszuführen.
In 10C wird mit dem Verschwinden der Bläschen 40 und 42 und dem Verlagerungszustand des beweglichen Bauteils 31 der Meniskus M mit hoher Geschwindigkeit gezogen, um die Verringerung der Anzahl von Satelliten auszuführen. In dem in 10D und Nachfolgenden dargestellten Vorgang werden im Grunde die gleichen funktionellen Effekte erzeugt wie die in dem Fall von 7D und Nachfolgenden.
(Andere Ausführungsformen)
Nachfolgend erfolgt die Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen, die auf den Druckkopf anwendbar sind, welcher das vorstehend beschriebene Flüssigkeitsausstoßverfahren verwendet.
(Bewegliches Bauteil)
11A bis 11C zeigen Ansichten, welche die anderen Anordnungen des beweglichen Bauteils 31 darstellen. 11A zeigt ein rechteckiges; 11B eins, das eine schmalere Gelenkpunktseite hat, welche den Betrieb des beweglichen Bauteils erleichtert; und 11C eins, das eine breitere Gelenkpunktseite hat, um die Robustheit des beweglichen Elements zu erhöhen.
Für die vorstehende Ausführungsform ist das bewegliche Bauteil 31 aus 3 μm dickem Nickel ausgebildet. Das Material ist jedoch nicht auf dieses beschränkt. Als Material, das das bewegliche Bauteil ausbildet, sollte eins ausreichend sein, sofern es nur Lösungsmittelbeständigkeit gegenüber der Ausstoßflüssigkeit und außerdem eine Elastizität aufweist, mit welcher es als bewegliches Bauteil gut arbeiten kann.
Als Material für das bewegliche Bauteil 31 ist es wünschenswert, ein Metall zu verwenden, welches eine hohe Haltbarkeit hat, wie z. B. Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl, Phosphorbronze oder deren Legierungen; Harze der Nitrilgruppe, wie z. B. Acrylnitril, Butadien, Styrol; Harze der Amidgruppe, wie z. B. Polyamid; Harze der Carboxylgruppe, wie z. B. Polycarbonat; Harze der Aldehydgruppe, wie z. B. Polyacetal; Harze der Sulfongruppe, wie z. B. Polysulfon, oder Flüssigkristallpolymer, oder anderes Harz und deren Compounds; Metall, welches hohe Beständigkeit gegenüber Tinte aufweist, wie z. B. Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, Edelstahl, Titan, oder deren Legierungen oder irgendein anderes von ihnen, das an der Oberfläche beschichtet ist, um Beständigkeit gegenüber Tinte zu erlangen; oder Harze der Amidgruppe, wie z. B. Polyamid; Harze der Aldehydgruppe, wie z. B. Polyacetal; Harze der Ketongruppe, wie z. B. Polyetherketon; Harze der Imidgruppe, wie z. B. Polyimid; Harze der Hydroxylgruppe, wie z. B. Phenolharz; Harze der Ethylgruppe, wie z. B. Polyethylen; Harze der Epoxygruppe, wie z. B. Epoxidharz; Harze der Aminogruppe, wie z. B. Melaminharz; Harze der Methylolgruppe, wie z. B. Xylolharz und dessen Compounds; oder Keramik, wie z. B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und deren Compounds. Für das bewegliche Bauteil ist es erwünscht, eins mit einer Dicke in der Größenordnung vom μm zu verwenden, um dem Zweck zu entsprechen.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung der Anordnungsbeziehungen zwischen dem Heizbauteil und dem beweglichen Bauteil. Durch eine optimale Anordnung des Heizbauteils und des beweglichen Bauteils wird es möglich, sowohl die Flüssigkeitsströmung geeignet zu steuern, wenn die Bläschenbildung durch das Heizbauteil ausgeführt wird, als auch die Flüssigkeitsströmung wirksam auszunutzen.
Bei der herkömmlichen Technik, die das sogenannte Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren verwendet, d. h., unter Anwendung von thermischer Energie oder dergleichen auf Tinte, wird ei ne Zustandsänderung bewirkt, welche durch eine plötzliche Volumenveränderung der Tinte begleitet wird (die Ausbildung von Bläschen), und dann wird durch Einwirken von Kraft, die auf dieser Zustandsänderung basiert, Tinte aus jeder von den Ausstoßöffnungen ausgestoßen, um diese zu veranlassen, auf einem Aufzeichnungsmedium zur Ausbildung von Bildern zu haften, ist aus der Darstellung von 12 ersichtlich, dass es einen Bereich S gibt, in welchem keine Bläschenerzeugung bewirkt wird und welcher nicht zu dem Ausstoß von Tinte beiträgt, während sie im Bereich der proportionalen Beziehung zwischen der Fläche des Heizbauteils und der Menge des Flüssigkeitsausstoßes erfolgt. Ferner ist es aus dem Aufheizzustand, der auf dem Heizbauteil zu beobachten ist, verständlich, dass dieser Bereich S, welcher keine Bläschenbildung bewirkt, an dem Umfang von jedem Heizbauteil vorliegt. Folglich wird angenommen, dass eine Breite von ungefähr 4 μm auf dem Umfang des Heizbauteils als zu der Bläschenbildung nicht beitragend angesehen wird.
Daher sollte, um den Bläschenbildungsdruck wirksam auszunutzen, die Fläche für die effektive Wirkung von jedem beweglichen Bauteil direkt oberhalb der effektiven Fläche der Bläschenbildung angeordnet sein, welche sich um 4 μm oder mehr innerhalb des Umfangs des Heizbauteils befindet. Für die vorliegende Erfindung wird jedoch dem Bläschen Aufmerksamkeit geschenkt, welches auf die Flüssigkeitsströmung in dem Flüssigkeitsströmungsweg an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite fast an dem mittleren Abschnitt des Bläschenerzeugungsbereichs einwirken sollte (welcher praktisch ein Bereich von ungefähr ±10 μm in der Richtung der Flüssigkeitsströmung von der Mitte aus ist), um so den Blasenbildungsmechanismus in den Abschnitt, wo er individuell ausgeführt wird, und in den Abschnitt, wo er vollständig abläuft, einzuteilen. Ferner wird es als am wichtigsten angesehen, eine Anordnung herzustellen, um zu ermöglichen, dass sich das bewegliche Bauteil nur zu dem Abschnitt an der stromaufwärtigen Seite des vorstehend genannten mittleren Bereichs in Gegenüberlage befindet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die effektive Bläschenausbildungsfläche derart begrenzt, dass sie sich um 4 μm oder mehr innerhalb des Umfangs des Heizbauteils befindet. Dieser Bereich ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Bereich kann in Abhängigkeit von den Arten des Heizbauteils oder dem Verfahren seiner Ausbildung begrenzt sein.
Ferner ist es vorteilhaft, den Abstand zwischen dem beweglichen Bauteil und dem Heizbauteil auf 10 μm oder weniger beim Stehen in Bereitschaft festzusetzen, um den vorstehend angeführtem im Wesentlichen geschlossenen Raum in einwandfreiem Zustand auszubilden.
(Elementarsubstrat)
Nachstehend wird die Struktur des Elementarsubstrats beschrieben.
13A und 13B zeigen senkrechte Schnittansichten, welche den Flüssigkeitsstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung darstellen. 13A zeigt den Druckkopf, welcher mit einem Schutzfilm versehen ist, der weiter nachstehend beschrieben wird. 13B zeigt den Druckkopf ohne Schutzfilm.
Die Deckplatte 50, welche mit den Furchen versehen ist, welche jeden von den Flüssigkeitsströmungswegen 10, die Ausstoßöffnungen 18, die mit den Flüssigkeitsströmungswegen 10 in Verbindung stehen, den Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand und die gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 ausbilden, ist auf dem Elementarsubstrat 1 angeordnet.
Auf dem Elementarsubstrat 1 ist ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm 106 für ein Substrat 107 unter Verwendung von Silizium oder dergleichen zum Zweck der Isolierung und der Wärmesammlung ausgebildet. Auf diesem Film ist eine elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01 bis 0,2 μm dick) aus Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrid (TaN), Tantalaluminium (TaAl) oder dergleichen ausgebildet, und es sind Verdrahtungselektroden 104 aus Aluminium oder dergleichen (0,2 bis 1,0 μm dick) als Muster aufgebracht, um das Heizbauteil 2 wie in 5A gezeigt auszubilden. Mittels der Verdrahtungselektroden 104 wird Spannung an die Widerstandsschicht 105 angelegt, um sie zum Aufheizen mit Energie zu versehen. Auf der Widerstandsschicht zwischen den Verdrahtungselektroden ist eine Schutzschicht 103 aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen in einer Dicke von 0,1 bis 2,0 μm ausgebildet. Ferner ist darauf eine Antikavitationsschicht 102, die aus Tantal oder dergleichen ausgebildet ist (0,1 bis 0,6 μm dick), als Film aufgebracht, um die Widerstandsschicht 105 vor Tinte oder verschiedenen anderen Flüssigkeiten zu schützen.
Die Druck- und Stoßwellen, die zum Zeitpunkt der Bildung und des Auslöschens von Bläschen erzeugt werden, sind äußerst stark, was verursacht, dass die Haltbarkeit des harten aber spröden Oxidfilms beträchtlich herabgesetzt wird. Daher wird Metallmaterial, wie z. B. Tantal (Ta), für die Antikavitationsschicht 102 verwendet.
Ferner kann durch die Kombination von Flüssigkeit, Flüssigkeitsströmungswegaufbau und Widerstandsmaterial ein Aufbau ohne irgendeine Schutzschicht 103, die für die vorstehend angeführte Widerstandsschicht 105 angeordnet ist, angeordnet werden. Ein solches Beispiel ist in 13B dargestellt. Als Material, das für die Widerstandsschicht 105 verwendet wird, die keinerlei Schutzschicht 103 benötigt, kann unter verschiedenen anderen eine Legierung aus Iridium-Tantal-Aluminium angeführt werden.
Auf diese Weise kann der Aufbau des Heizbauteils nur mit der Widerstandsschicht (Heizbauteil) zwischen den Elektroden ausgebildet werden. Ferner kann es in Betracht kommen, die Schutzschicht anzuordnen, die die Widerstandsschicht schützt.
Jedes der hier verwendeten Heizbauteile ist so aufgebaut, dass es die Anordnung mit der Widerstandsschicht verwendet, welche als Heizeinheit Wärme entsprechend den elektrischen Signalen erzeugt, aber das Heizbauteil ist nicht unbedingt auf dieses beschränkt. Es sollte ausreichen, wenn nur das Heizbauteil Bläschen in Bläschenbildungsflüssigkeit erzeugen kann, welche in der Lage sind, die Ausstoßflüssigkeit auszustoßen. Es kann z. B. in Betracht kommen, ein Heizbauteil mit opto-thermischem Umwandlungselement zu verwenden, das Wärme abgibt, wenn es Laser- oder andere Strahlen aufnimmt, oder das eine Heizeinheit hat, die Wärme abgibt, wenn sie Hochfrequenz aufnimmt.
Für das vorstehend genannte Elementarsubstrat 1 kann in Betracht kommen, in dem Halbleiterherstellungsverfahren Transistoren, Dioden, Signalspeicher, Verschieberegister oder manch anderes funktionelles Element neben den Einrichtungen, von welchen jede durch die Widerstandsschicht 105 ausgebildet ist, um die Heizeinheit wie weiter vorstehend beschrieben auszubilden, und den Verdrahtungselektroden 104 als eine Einheit einzubauen, um einer solchen Widerstandsschicht elektrische Signale zuzuführen.
Um Flüssigkeit durch Betreiben der Heizeinheit der Elektrizitäts-Wärme-Umwandlungsvorrichtungen, die für das Elementarsubstrat 1 wie vorstehen beschrieben angeordnet sind, auszustoßen, wird der in 14 gezeigte Rechteckimpuls an die Widerstandsschicht 105 über die Verdrahtungselektroden 104 angelegt, um zu veranlassen, dass die Widerstandsschicht 105 zwischen den Verdrahtungselektroden plötzlich erhitzt wird. Bei dem Druckkopf von jeder von den weiter vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Heizbauteil durch die Anwendung einer Spannung von 24 V mit einer Impulsbreite von ungefähr 4 μsec, eines Stroms von ungefähr 100 mA und von elektrischen Signalen von einer Frequenz von 6kHz oder mehr betrieben. Dann wird Tinte, die als die Flüssigkeit dient, aus jeder von den Ausstoßöffnungen durch den weiter vorstehend beschriebenen Vorgang ausgestoßen. Die Beschaffenheit des Antriebssignals ist jedoch nicht unbedingt auf diese beschränkt. Es sollte ausreichen, wenn nur das An triebssignal die Bläschenbildungsflüssigkeit geeignet zur Bläschenbildung bringen kann.
(Ausstoßflüssigkeit)
Als die vorstehend beschriebene Flüssigkeit kann hier zum Aufzeichnen Tinte mit einer Zusammensetzung, wie sie für die herkömmliche Bubble-Jet-Vorrichtung als Flüssigkeit (Aufzeichnungsflüssigkeit) gebräuchlich ist, übernommen werden.
Es ist außerdem möglich, eine Flüssigkeit mit einer geringeren Bläschenbildungsfähigkeit; eine, deren Eigenschaft sich leicht verändert, oder die durch die Anwendung von Wärme verschlechtert wird; oder eine hochviskose Flüssigkeit, unter verschiedenen anderen, welche herkömmlich nicht ohne weiteres verwendet werden können, zu verwenden.
Es ist jedoch wünschenswert zu vermeiden, Flüssigkeit zu verwenden, welche bestrebt ist, als Ausstoßflüssigkeit selbst oder durch ihre Eigenschaften den Ausstoß, die Bläschenbildung, den Betrieb des beweglichen Bauteils oder dergleichen zu erschweren.
Als Ausstoßflüssigkeit für Aufzeichnungszwecke kann hochviskcse Tinte oder dergleichen verwendet werden. Erfindungsgemäß erfolgt die Aufzeichnung unter Verwendung einer Aufzeichnungsflüssigkeit mit der nachstehenden Zusammensetzung als einer, die als Ausstoßflüssigkeit verwendet werden kann:

Zusammensetzung von Farbstofftinte (Viskosität 2cP)

(C-1, Food Black 2)-Farbe 3 Gew.-%

Dieethylenglykol 10 Gew.-%

Thiodiglykol 5 Gew.-%

Ethanol 5 Gew.-%

Wasser 77 Gew.-%
Mit der erhöhten Ausstoßkraft wird die Ausstoßgeschwindigkeit von Tinte höher, wodurch mit der erhöhten Aufprallgenauigkeit der Flüssigkeitströpfchen aufgezeichnete Bilder in ausgezeichnetem Zustand erhalten werden können.
(Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs)
15 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche den Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopfs darstellt.
Das Elementarsubstrat 1 mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Heizbauteilen 2 ist auf einem Trägerelement 70 angeordnet, das aus Aluminium oder dergleichen ausgebildet ist. Das Stützbauteil 34, das das bewegliche Bauteil 31 haltert, ist so angeordnet, dass sich jedes von den beweglichen Bauteilen jeweils in Gegenüberlage zu einer Hälfte von jedem von den Heizbauteilen 2 auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 befindet. Ferner ist auf ihm die Deckplatte 50 mit sowohl einer Vielzahl von Furchen, die die Flüssigkeitsströmungswege 10 ausbilden, als auch einer vertieften Furche der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 angeordnet.
(Side-Shooter-Typ)
Nachstehend erfolgt die Beschreibung des Druckkopfs vom Side-Shooter-Typ mit Heizbauteilen und Ausstoßöffnungen, welche an parallelen Flächen einander zugewandt sind, auf welchen das in Verbindung mit 1A bis 1F bis 5A bis 5F beschriebene Flüssigkeitsausstoßprinzip angewendet wird. 16A und 16B zeigen Ansichten, welche den Druckkopf vom Side-Shooter-Typ darstellen.
In 16A und 16B ist das Heizbauteil 2 auf dem Elementarsubstrat 1 angeordnet, und die an der Deckplatte 50 ausgebildeten Ausstoßöffnungen 18 sind so angeordnet, dass sie sich in Gegenüberlage zu den Heizbauteilen 2 befinden. Jede von den Ausstoßöffnungen 18 steht in Verbindung mit dem Flüssigkeitsströmungsweg 10, welcher auf dem Heizbauteil 2 vorbeigeht. In der Umgebung des Bereichs der Fläche, wo sich die Flüssigkeit und das Heizbauteil 2 berühren, befindet sich der Bläschenerzeugungsbereich. Ferner sind zwei bewegliche Bauteile 31 auf dem Elementarsubstrat 1 gehaltert, wo bei sich jedes von ihnen in der Gestalt befindet, dass es flächensymmetrisch in Bezug auf die Fläche ist, die durch die Mitte von dem Heizbauteil geht. Die freien Enden des beweglichen Bauteils 31 sind so positioniert, dass sie auf dem Heizbauteil 2 einander zugewandt sind. Ferner hat jedes von den beweglichen Bauteilen 31 die gleiche Projektionsfläche auf das Heizbauteil 2, wobei die beiden freien Enden des beweglichen Bauteils 31 zueinander einen gewünschten Abstand haben. Wenn angenommen wird, dass jedes von den beweglichen Bauteilen durch die Trennwand getrennt ist, welche durch die Mitte des Heizbauteils geht, ist hierbei jedes von den freien Enden der beweglichen Bauteile jeweils in der Umgebung der Mitte des Heizbauteils positioniert.
Jeder von den Anschlägen 64 ist an der Deckplatte 50 angeordnet, um die Verlagerung von jedem beweglichen Bauteil 31 innerhalb eines bestimmten Bereichs zu regulieren. In der Strömung von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zu der Ausstoßöffnung 18 ist der Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand, welcher im Vergleich zu dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 einen relativ niedrigen Strömungswiderstand hat, mit dem Anschlag 64 als Grenze an der stromaufwärtigen Seite angeordnet. In diesem Bereich 65 hat der Aufbau des Strömungswegs einen weiteren Strömungswegquerschnitt als den des Flüssigkeitsströmungswegs 10, wodurch der Widerstand verkleinert wird, welchen die Flüssigkeit von ihm erfährt, wenn sie sich verschiebt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung der charakteristischen Funktionen und Wirkungen des Aufbaus nach der vorliegenden Ausführungsform.
16A stellt den Zustand dar, in welchem ein Teil der in den Bläschenerzeugungsbereich 11 eingefüllten Flüssigkeit durch das Heizbauteil 2 erhitzt ist und sich das Bläschen 40 unter Filmsieden zum Maximum entwickelt hat. Zu diesem Zeitpunkt verschiebt sich Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 durch den Druck, der durch die Erzeugung des Bläschens 40 ausgeübt wird, in Richtung der Ausstoßöffnung 18, und jedes von den beweglichen Elementen 31 wird durch die Entwicklung des Bläschens 40 verlagert, um zu verursachen, dass das Ausstoßflüssigkeitströpfchen 66 zu seinem Flug heraus aus der Ausstoßöffnung 18 bereit ist. Hierbei wird durch jeden von den Bereichen 65 mit geringerem Strömungswegwiderstand die Flüssigkeitsverschiebung in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 31 zu einer großen Strömung. Wenn die zwei beweglichen Bauteile 31 verlagert werden, um sich jedem von den Anschlägen 64 zu nähern oder in Berührung mit diesen zu gelangen, wird jedoch irgendeine weitere Verlagerung reguliert, und dann wird dort auch die Flüssigkeitsverschiebung in Richtung der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 weitgehend eingeschränkt. Gleichzeitig wird auch die Entfaltung des Bläschens 40 zu der stromabwärtigen Seite durch die beweglichen Bauteile 31 beschränkt. Da jedoch die Verschiebungskraft der Flüssigkeit zu der stromaufwärtigen Seite groß ist, wird ein Teil des Bläschens 40, dessen Anwachsen durch jedes von den beweglichen Bauteilen 31 eingeschränkt ist, durch die Spalte zwischen den Seitenwänden, welche den Flüssigkeitsströmungsweg 10 ausbilden, und den Seitenabschnitten des beweglichen Elements 31 hindurch zu der Seite der oberen Fläche des beweglichen Bauteils 31 herausgedrückt. Mit anderen Worten, hier wird das extrudierte Bläschen 41 ausgebildet.
Wenn das Zusammenziehen des Bläschens 40 im Anschluss an ein herkömmliches Filmsieden beginnt, bleibt die Kraft der Flüssigkeit in der stromaufwärtigen Richtung groß. Folglich befindet sich jedes von den beweglichen Bauteilen 31 noch in Berührung mit dem Anschlag 64. Daher erzeugt das zusammengezogene Bläschen 40 die Flüssigkeitsverschiebung hauptsächlich in der Richtung von der Ausstoßöffnung 18 zu der stromaufwärtigen Seite. Somit wird der Meniskus zu diesem Zeitpunkt in hohem Maße von der Ausstoßöffnung 18 in den Flüssigkeitsströmungsweg 10 hereingezogen und trennt mit einer starken Kraft die Flüssigkeitssäule, die mit dem ausgestoßenen Tröpfchen 66 verbunden ist, schnell ab. Folglich werden die Satelliten, welche Flüssigkeitströpfchen sind, die an der Außenseite verblieben sind, kleiner.
Wenn der Vorgang des Verschwindens des Bläschens fast abgeschlossen ist, überwindet die Elastizität (Rücksetzkraft) von jedem beweglichen Bauteil 31 die Flüssigkeitsverschiebung in der stromaufwärtigen Richtung in jedem von den Bereichen 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand, wobei die Verlagerung des beweglichen Bauteils nach unten beginnt, und dann beginnt zusammen mit dieser Verlagerung auch die Strömung in der stromabwärtigen Richtung in dem Bereich 65 mit geringerem Strömungswiderstand. Da der Strömungswegwiderstand in dem Bereich 65 mit geringerem Strömungswiderstand in der stromabwärtigen Richtung kleiner ist, wird diese Strömung schnell größer und strömt durch jeden von den Anschlagsabschnitten 64. 16B zeigt die Strömungen, die mit Bezugszeichen A und B bezeichnet sind, bei dem Vorgang des Verschwindens des Bläschens 40. Die Strömung A kennzeichnet die Komponente der Flüssigkeit, die von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in Richtung der Ausstoßöffnung 18 über die obere Seite (die Fläche entgegengesetzt zu dem Heizbauteil) des beweglichen Bauteils 31 strömt. Die Strömung B kennzeichnet die Komponente der Flüssigkeit, die über beide Seiten des beweglichen Bauteils 31 und auf dem Heizbauteil 2 fließt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird nach der vorliegenden Ausführungsform Flüssigkeit für die Verwendung zum Ausstoß aus dem Bereich 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand zugeführt, um die Nachfüllgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu erhöhen. Ferner wird der Strömungswegwiderstand durch das Vorhandensein der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13, welche angrenzend an jeden von den Bereichen 65 mit niedrigerem Strömungswiderstand angeordnet ist, noch kleiner gemacht, wodurch ein höheres Nachfüllen bewirkt werden kann.
Bei dem Vorgang des Verschwindens des Bläschens 40 unterstützt das extrudierte Bläschen 41 die Flüssigkeitsströmung von jedem von den Bereichen 65 mit niedrigerem Strömungswegwiderstand zu dem Bläschenausbildungsbereich 11. Folglich wird, wie weiter vorstehend beschrieben wurde, das Verschwinden des Bläschens im Zusammenwirken mit dem Zurückziehen des Meniskus von der Seite der Ausstoßöffnung 18 bei hoher Geschwindigkeit schnell abgeschlossen. Insbesondere besteht hierbei durch die Flüssigkeitsströmung, die durch das Vorhandensein von jeder von den extrudierten Bläschen 41 bewirkt wird, fast keine Möglichkeit, dass Bläschen auf den beweglichen Bauteilen 31 oder in den Ecken der Flüssigkeitsströmungswege 10 stagnieren.
(Flüssigkeitsausstoßvorrichtung)
17 zeigt eine Ansicht, welche schematisch den Aufbau der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt, der wie in Verbindung mit 1A bis 1F und 16A und 16B beschrieben aufgebaut ist. Für die vorliegende Ausführungsform erfolgt insbesondere die Beschreibung einer Tintenausstoßaufzeichnungsvorrichtung, welche Tinte als Ausstoßflüssigkeit verwendet. Ein Schlitten HC der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung ist angeordnet, um auf ihm eine Druckkopfkassette anzuordnen, an welcher eine Flüssigkeitsbehältereinheit 90, welche Tinte enthält, und eine Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 abnehmbar angeordnet sind. Der Schlitten kann sich in einer Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums 150, wie z. B. einem Aufzeichnungspapierblatt, welches durch eine Einrichtung zum Tragen des Aufzeichnungsmediums getragen wird, wechselseitig hin- und herbewegen.
Wenn von einer Antriebssignal-Zuführungsvorrichtung (nicht dargestellt) der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung auf dem Schlitten Antriebssignale zugeführt werden, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit entsprechend den Antriebssignalen von dem Flüssigkeitsausstoßkopf auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen.
Ferner sind gemäß der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ein Motor 111, der als Antriebsquelle dient, um sowohl die Transportvorrichtungen für das Aufzeichnungsmedium als auch den Schlitten anzutreiben; Zahnräder 112 und 113, die die Antriebskraft von der Antriebsquelle zu dem Schlitten übertragen; und unter anderem eine Schlittenwelle 115 angeordnet. Mit dieser Aufzeichnungsvorrichtung und dem Flüssigkeitsausstoßverfahren, das bei dieser Aufzeichnungsvorrichtung eingesetzt wird, können durch Ausstoßen von Flüssigkeit auf verschiedene Arten von Auszeichnungsmedien gute Bilder von aufgezeichneten Objekten erhalten werden.
18 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtungshauptbaugruppe zum Ausführen von Tintenausstoßaufzeichnung unter Verwendung des Flüssigkeitsausstoßverfahrens und des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung.
Die Aufzeichnungsvorrichtung empfängt die Druckdaten von einem Leitrechner 300 als Steuersignale. Die Druckdaten werden vorläufig von einem Eingabeinterface 301 im Innern der Druckvorrichtung einbehalten und gleichzeitig in Daten umgewandelt, welche in der Aufzeichnungsvorrichtung verarbeitet werden können, und diese werden in eine CPU 302 eingegeben, welche dual als Einrichtung zum Zuführen der Druckkopfantriebssignale fungiert. Die CPU 302 verarbeitet die unter Verwendung eines RAM 304 und anderer peripherer Vorrichtungen in die CPU 302 eingegebenen Daten entsprechend einem Steuerprogramm, das auf dem ROM 303 gespeichert ist, und wandelt sie in die Daten um (Bilddaten), die für das Drucken verwendet werden.
Ferner erzeugt die CPU 302 die Antriebsdaten zur Ansteuerung des Antriebsmotors, was das Aufzeichnungsmedium und den Aufzeichnungskopf befähigt, sich synchron mit den Bilddaten zu verschieben, um die Bilddaten an den richtigen Stellen auf dem Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen. Die Bilddaten und die Motorantriebsdaten werden über einen Druckkopftreiber 307 und einen Motortreiber 305 zu dem Druckkopf 200 und einem Antriebsmotor 306 übertragen und bilden so mittels des Druckkopfs und des Motors, die jeweils durch gesteuerten Zeitablauf angetrieben werden, Bilder aus.
Als Aufzeichnungsmedium, welches für die vorstehend beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung zum Auftragen von Tinte oder von anderer Flüssigkeit darauf verwendbar ist, gibt es verschiedenes Papier und OVP-Folien, Kunststoffmaterial für Compact Disks und Zierplatten, Stoff, Aluminium, Kupfer oder irgendein anderes Metallmaterial, Ledermaterial wie z. B. Rindsleder, Schweinsleder oder Kunstleder, Holzmaterial wie z. B. Hölzer, Sperrholz, Bambus, keramisches Material wie z. B. Fliesen, und Schwamm oder andere Objekte mit dreidimensionaler Struktur unter vielen anderen.
Als vorstehend beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung gibt es die Druckvorrichtung, die auf verschiedenem Papier und OHP-Folien oder dergleichen aufzeichnet; die Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung von Kunststoffen, um auf Kunststoffmaterial, wie z. B. Compact Disks, aufzuzeichnen; die Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung von Metallen, um auf Metallplatten aufzuzeichnen; die Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung von Ledern, um auf diesen aufzuzeichnen; die Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung von Hölzern, um auf diesen aufzuzeichnen; die Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung von Keramik, um auf keramischen Materialien aufzuzeichnen; die Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen auf Schwamm oder irgendwelchen anderen dreidimensional vernetzten Objekten. Hier ist auch die Textildruckvorrichtung zum Aufzeichnen auf Stoff oder dergleichen eingeschlossen.
Hinsichtlich der Ausstoßflüssigkeit, die für jede von diesen Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen verwendet wird, sollte es ausreichen, eine Flüssigkeit zu verwenden, welche für die jeweiligen Aufzeichnungsmedia und Aufzeichnungsbedingungen geeignet ist.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf mit: einem Flüssigkeitsströmungsweg (10), der mit einer Flüssigkeitsausstoßöffnung (18) in Verbindung steht und einen Bläschenerzeugungsbereich (11) aufweist; einem Heizbauteil (2) zum Erzeugen einer thermischen Energie, um ein Bläschen in einer Flüssigkeit in dem Bläschenerzeugungsbereich (11) zu erzeugen; einem beweglichen Bauteil (31), das bei dem Bläschenerzeugungsbereich (11) angeordnet ist und ein freies Ende (32) aufweist, das durch eine Bildung eines Bläschens (40) bei dem Bläschenerzeugungsbereich (11) versetzbar ist, um ein Ausstoßen einer Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung (18) zu bewirken; und einem Regulierungsbauteil (64), das dem Bläschenerzeugungsbereich zugewandt ist, um den Versatz des beweglichen Bauteils (31) auf innerhalb eines gewünschten Bereichs zu regulieren, gekennzeichnet durch: den Flüssigkeitsströmungsweg (10), der einen im Wesentlichen geschlossenen Raum mit Ausnahme der Ausstoßöffnung (18) ausbildet, wenn ein Teil des beweglichen Bauteils (31) in der Nähe des freien Endes im Wesentlichen in Kontakt mit dem Regulierungsbauteil (64) ist; und durch das bewegliche Bauteil (31), das so versetzbar ist, dass ein Abschnitt des beweglichen Bauteils in die stromaufwärtige Richtung elastisch verdrängt wird, bevor das Bläschen (40) das Maximalvolumen aufweist, wobei die Elastizität des verdrängten Abschnitts bewirkt, dass sich der verdrängte Abschnitt während eines Bläschenzusammenziehens in der stromabwärtigen Richtung versetzt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei das Heizbauteil (2) und die Ausstoßöffnung (18) linear angeordnet sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das bewegliche Bauteil (31) angeordnet ist, um eine Bläschenbildung nur in der stromaufwärtigen Richtung bezüglich der Flüssigkeitsströmung in Richtung der Ausstoßöffnung (18) zu unterdrücken.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das bewegliche Bauteil (31) so angeordnet ist, dass, wenn das freie Ende (33) des beweglichen Bauteils (31) nicht versetzt ist, das freie Ende im Wesentlichen bei dem mittleren Abschnitt des Bläschenerzeugungsbereichs (11) positioniert ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Strömungswiderstand des Flüssigkeitsströmungswegs (10) an der stromaufwärtigen Seite geringer ist, als an der stromabwärtigen Seite des Regulierungsbauteils (64), wenn das bewegliche Bauteil (31) nicht versetzt ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 4, wobei das bewegliche Bauteil (31) und das Regulierungsbauteil (64) angeordnet sind, um in der Nähe des freien Endes (32) einen Kontakt herzustellen.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Regulierungsbauteil (64) eine Verengung des Flüssigkeitsströmungsweges (10) aufweist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausstoßöffnung (18) gegenüber dem Heizbauteil (2) liegt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von beweglichen Bauteilen (31) mit dem Heizbauteil (2) zusammenhängen, und die Vielzahl von beweglichen Bauteilen bezüglich einem Bläschenbildungszentrum des Heizbauteils (2) symmetrisch ausgebildet sind.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Betrieb, zu der Zeit einer maximalen Bläschenbildung, das Bläschen (4) die Flüssigkeitsströmung in dem Raum nicht blockiert.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Ansprach 1, wobei beim Betrieb eine Flüssigkeit existiert, die dem beweglichen Bauteil (31) zugewandt ist, wenn das Bläschen (40) maximal ausgebildet ist und stetig mit der Flüssigkeit an der stromabwärtigen Seite des Bläschenerzeugungsbereichs (11) in dem Raum verbunden ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei beim Betrieb das Bläschen den Teil des beweglichen Bauteils (31), der im Wesentlichen in Kontakt mit dem Regulierungsbauteil (64) zu der Zeit eines maximalen Bläschenausbildens ist, nicht abdeckt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Heizbauteil (2) und die Ausstoßöffnung (18) linear angeordnet sind und das bewegliche Bauteil (31) zu der Zeit einer Bläschenauslöschung einen Teil des Heizbauteils (2) abdeckt, um die Flüssigkeit an dem Teil, das durch das bewegliche Bauteil abgedeckt wird, dazu zu bewegen, von der Seite des beweglichen Bauteils (31) auszuströmen.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 13, wobei beim Betrieb die Flüssigkeit von der stromaufwärtigen Seite des Heizbauteils (2) ausströmt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 13, wobei eine Flüssigkeitskammer (13) vorgesehen ist, um dem Flüssigkeitsströmungsweg (10) eine Flüssigkeit zu zuführen.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 15, wobei ein Stützbauteil (34) des beweglichen Bauteils (31) in der Flüssigkeitskammer (13) angeordnet ist und der Abstand zwischen dem oder jedem beweglichen Bauteil (31) und dem Heizbauteil (2) 10 μm oder weniger ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Heizbauteil (2) und die Ausstoßöffnung (18) linear angeordnet sind und beim Betrieb das bewegliche Bauteil (31) den Auslöschungspunkt des Bläschens (40) zu der Zeit einer Bläschenauslöschung abdeckt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitsströmungsweg (10) eine Vielzahl an Bläschenerzeugungsbereichen (11) aufweist und das bewegliche Bauteil (31) nur in einem der Bläschenerzeugungsbereiche (11) angeordnet ist, der stromaufwärts in der Flüssigkeitsströmungsrichtung in Richtung der Ausstoßöffnung (18) liegt.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 18, wobei das freie Ende (32) des beweglichen Bauteils (31) im Wesentlichen an dem mittleren Abschnitt des stromaufwärtigen der Bläschenerzeugungsbereiche (11) positioniert ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 18, wobei der Bereich eines Bläschenerzeugungsbereichs (11) an der stromabwärtigen Seite hinsichtlich der Flüssigkeitsströmungsrichtung in Richtung Ausstoßöffnung (18) kleiner ist, als der Bereich des Bläschenerzeugungsbereichs (11) an der stromaufwärtigen Seite.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 18, wobei ein jeweiliges Heizbauteil (2) für jeden der Bläschenerzeugungsbereiche (11) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 19, wobei jedes Heizbauteil (2) individuell antreibbar ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Flüssigkeitsströmungsweg (10) angeordnet ist, um das Bläschen (40) während einer Bläschenbildung zurückzuhalten, und ein Spalt auf der Seite des beweglichen Bauteils (31) ist angeordnet, um es einer Flüssigkeit an der stromaufwärtigen Seite des beweglichen Bauteils (31) zu erlauben, während eines Bläschenverschwindens in den Bläschenerzeugungsbereich (11) zu strömen.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 23, wobei die Breite des Spalts 8 bis 13 μm ist.
Flüssigkeitsausstoßgerät mit: einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, und einer Einrichtung zum Tragen eines Aufzeichnungsmittels zum Aufnehmen einer Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitsausstoßkopf ausgestoßen wird.
Flüssigkeitsausstoßverfahren, das einen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, der mit einem Flüssigkeitsströmungsweg (10) versehen ist, der mit der Flüssigkeitsausstoßöffnung (18) verbunden ist und einen Bläschenerzeugungsbereich (11), ein Heizbauteil (2) zum Erzeugen einer thermischen Energie zum Erzeugen eines Bläschens in einer Flüssigkeit bei dem Bläschenerzeugungsbereich (11), ein bewegliches Bauteil (31), das in dem Bläschenerzeugungsbereich (11) angeordnet ist und ein freies Ende (32) aufweist, das durch eine Bildung eines Bläschens (40) bei dem Bläschenerzeugungsbereich (11) versetzbar ist, um einen Ausstoß einer Flüssigkeit von der Ausstoßöffnung (18) zu bewirken, und ein Regulierungsbauteil (64) aufweist, das dem Bläschenerzeugungsbereich zugewandt ist, um den Versatz des beweglichen Bauteils (31) innerhalb eines gewünschten Bereichs zu regulieren, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren die Schritte aufweist: Veranlassen des Heizbauteils (2), dass es eine Wärme erzeugt, um ein Bläschen (40) zu erzeugen, um zu bewirken: dass das bewegliche Bauteil (31) und das Regulierungsbauteil (64) vor der maximalen Bläschenbildung des Bläschens (40) im Wesentlichen so in Kontakt sind, dass ein Abschnitt des beweglichen Bauteils (31) elastisch zu der stromaufwärtigen Seite verdrängt wird, um zu bewirken, dass der Flüssigkeitsströmungsweg mit Ausnahme der Ausstoßöffnung den Bläschenerzeugungsbereich (11) mit einem im Wesentlichen geschlossenen Raum aufweist; und dass mittels der Elastizität des verdrängten Abschnitts sich der verdrängte Abschnitt des beweglichen Bauteils (31) während eines Zusammenziehens des Bläschens (40) in Richtung der stromabwärtigen Seite versetzt.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 26, das ferner den Schritt eines Veranlassens des Bläschens (40) aufweist, sich zusammenzuziehen, während das bewegliche Bauteil (31) das Regulierungsbauteil (64) immer noch im Wesentlichen berührt.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 26, wobei die Flüssigkeitsbewegung, die mit dem Bläschenzusammenziehen auftritt, hauptsächlich von der Ausstoßöffnung (18) in die stromaufwärtige Richtung gerichtet wird, um den Meniskus rasch in die Ausstoßöffnung (18) zurückzuziehen.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 28, wobei, während des Bläschenzusammenziehens, das bewegliche Bauteil (31) veranlasst wird, sich von dem Regulierungsbauteil (64) abzulösen, um eine Flüssigkeitsströmung in der stromabwärtigen Richtung in den Bläschenerzeugungsbereich (11) zu erzeugen, um ein Zurückziehen des Meniskus abrupt anzuhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 26, 27, 28 oder 29, wobei das bewegliche Bauteil (31) im Wesentlichen das Regulierungsbauteil (64) vor der maximalen Bläschenbildung des Bläschen berührt, wodurch es keinem Bläschen ermöglicht wird, die Flüssigkeitsströmung in dem Raum zu der Zeit einer maximalen Bläschenbildung zu blockieren.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei ein Verschwinden des Bläschens beginnt, nachdem sich das bewegliche Bauteil (31) in Kontakt mit dem Regulierungsbauteil (64) befindet, um die Spannung in Form eines Gezogenwerdens in die stromaufwärtige Richtung durch einen Flüssigkeitsversatz in der stromaufwärtigen Richtung und die Bildung eines Bläschens zu aufzunehmen.
Verfahren gemäß Anspruch 26, 27, 28 oder 29, wobei das Heizbauteil (2) und die Ausstoßöffnung (18) linear angeordnet sind und wobei das Verfahren aufweist: Ermöglichen, dass das bewegliche Bauteil (31) vor dem Verschwinden des Bläschens einen Teil des Heizbauteils (2) abdeckt; und Erlauben, dass die Flüssigkeit an dem Teil des Heizbauteils (2), das durch das bewegliche Bauteil (31) abgedeckt wird, von der Seite des beweglichen Bauteils ausströmt.
Verfahren gemäß Anspruch 32, wobei ein Verschwinden des Bläschens beginnt, nachdem sich das bewegliche Bauteil (31) im Wesentlichen in Kontakt mit dem Regulierungsbauteil (64) befindet, um die Spannung in Form eines Gezogenwerdens in die stromaufwärtige Richtung durch einen Flüssigkeitsversatz in der stromaufwärtigen Richtung und der Entwicklung eines Bläschens aufzunehmen.
Verfahren gemäß Anspruch 32 oder 33, wobei eine Flüssigkeit veranlasst wird, an der stromaufwärtigen Seite des Heizbauteils (2) auszuströmen.
Verfahren gemäß Anspruch 26, 27, 28 oder 29, wobei das Heizbauteil (2) und die Ausstoßöffnung (18) linear angeordnet sind und das bewegliche Bauteil (31) den Verschwindungspunkt des Bläschens (40) zu der Zeit des Verschwindens des Bläschens abdeckt.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei die Flüssigkeitsströmung, die in den Bläschenerzeugungsbereich (11) strömt, wenn sich das bewegliche Bauteil (31) bewegt, um den im Wesentlichen geschlossenen Raum zu öffnen, und die Flüssigkeitsströmung in Richtung Heizbauteil (2) von der Ausstoßöffnung (18) zusammen mit dem Zusammenziehen des Bläschens laminar ist und der Verschwindungspunkt des Bläschens bewegt sich in den Bläschenerzeugungsbereich (11), der dem beweglichen Bauteil (31) gegenüber liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 35, wobei ein Bläschenverschwinden beginnt, nachdem sich das bewegliche Bauteil (31) im Wesentlichen in Kontakt mit dem Regulierungsbauteil (64) befindet, um die Spannung durch ein Gezogenwerden in die stromaufwärtige Richtung durch eine Flüssigkeitsbewegung in der stromaufwärtigen Richtung und durch die Bildung eines Bläschens aufzunehmen.
Verfahren gemäß Anspruch 26, 27, 28 oder 29, wobei das Bläschen durch das bewegliche Bauteil (31) zurückgehalten wird, wenn das Bläschen gebildet ist; und eine Flüssigkeit, die stromaufwärts des beweglichen Bauteils (31) liegt, durch den Spalt, der an der Seite des beweglichen Bauteils (31) während eines Bläschenverschwindens vorgesehen ist, strömt in den Bläschenerzeugungsbereich (11).
Verfahren gemäß Anspruch 38, wobei das Bläschen (40) beginnt zu verschwinden, nachdem sich das bewegliche Bauteil (31) in Kontakt mit dem Regulierungsbauteil (64) befindet, um die Spannung in Form eines Gezogenwerdens in die stromaufwärtige Richtung durch eine Flüssigkeitsbewegung in der stromaufwärtigen Richtung und die Bildung eines Bläschens aufzunehmen.
Verfahren gemäß Anspruch 38, wobei eine Flüssigkeit von der Seite des beweglichen Bauteils (31) in den Bläschenerzeugungsbereich (11) strömt, während sich das bewegliche Bauteil in Kontakt mit dem Regulierungsbauteil (64) befindet.