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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aufzeichnungsverfahren
zum Aufzeichnen auf ein Aufzeichnungsmedium, wobei ein Ausstoßen von
Flüssigkeit
durch Blasenerzeugung hervorgerufen wird durch Beaufschlagen einer
Flüssigkeit
mit Wärmeenergie,
auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf und
auf eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung,
die dieses Aufzeichnungsverfahren verwendet, und insbesondere auf
ein Aufzeichnungsverfahren, das ein bewegliches Element, das durch
die Blasenerzeugung verschoben wird, und auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf und
eine Aufzeichnungsvorrichtung, die ein derartiges Verfahren verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf ein Gerät, z.B. einen Drucker, zum
Aufzeichnen auf ein Aufzeichnungsmedium wie Papier, Garn, Fasern,
Stoff, Leder, Metall, Plastik, Glas, Holz oder Keramik, einen Kopierer,
ein Faxgerät
mit einem Kommunikationssystem oder einen Wortprozessor mit einer
Druckeinrichtung oder auf eine industrielle Aufzeichnungsvorrichtung,
die in komplexer Weise mit verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen
kombiniert ist, anwendbar.
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In
der vorliegenden Erfindung bedeutet "Aufzeichnen" nicht nur das Beschreiben eines Aufzeichnungsmediums
mit einem sinnvollen Zeichen, wie z.B. einem Buchstaben oder einer
Grafik, sondern auch mit einem inhaltslosen Zeichen, wie z.B. einem
Muster.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Es
sind bereits sogenannte Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren oder
ein Tintenaufzeichnungsverfahren bekannt, bei dem eine eingeschlossene
flüssige
Tinte mit z.B. thermische Energie beaufschlagt wird, um eine Zustandsänderung
zu bewirken, die eine rasche Volumenänderung (Erzeugung einer Blase)
aufweist, wobei die Tinte durch eine Ausstoßöffnung durch eine Kraft ausgestoßen wird,
die auf solcher Zustandsänderung
beruht, wobei die Tinte auf einem Medium abgelagert wird, um so
ein Bild zu erzeugen. Die Aufzeichnungsvorrichtung, die ein solches
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren verwendet, weist im allgemeinen
eine Ausstoßöffnung zum
Ausstoß der
Tinte, einen Tintenströmungskanal,
der mit der Ausstoßöffnung in
Verbindung steht, und einen elektrothermischen Wandler auf, der
Energieerzeugungsmittel zum Ausstoß der in dem Strömungskanal
enthaltenen Tinte beinhaltet, auf, wie im US-Patent Nr. 4,723,129
offengelegt ist.
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Ein
solches Aufzeichnungsverfahren, das in der Lage ist, hochwertige
Bilder bei hoher Geschwindigkeit und niedrigem Geräuschpegel
aufzuzeichnen, und auch die Ausstoßöffnungen zum Tintenausstoß in hoher
Dichte auf dem Aufzeichnungskopf zur Ausführung eines solchen Aufzeichnungsverfahrens
anzuordnen, hat verschiedene Vorteile, wie z.B. die Fähigkeit,
ein Bild von hoher Auflösung
mit einem kompakten Gerät
aufzuzeichnen und ein Farbbild einfach aufzuzeichnen. Ein solches
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren wird seit kurzem in verschiedenen
Büroeinrichtungen,
wie z.B. Drucker, Kopiergeräten,
Faxgeräten
usw. und auch bei industriellen Systemen wie z.B. Druck-Färbevorrichtungen
angewendet.
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Bei
einer so umfassenden Anwendung der Tintenstrahltechnologie kommen
die verschiedensten Forderungen auf, wie sie im folgenden beschrieben
werden.
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Um
ein Bild von hoher Qualität
zu erhalten, werden eine Ansteuerbedingung zur Realisierung eines Flüssigkeitsausstoßverfahrens,
das in der Lage ist eine hohe Ausstoßgeschwindigkeit zu liefern
und einen zufriedenstellenden Tintenausstoß auf der Basis einer stabilen
Blasenerzeugung zu erreichen und eine verbesserte Form des Strömungskanals,
um in Hinblick auf eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit
einer hohen Flüssigkeits-Nachfüllgeschwindigkeit
des Strömungskanals
zu erhalten, vorgeschlagen.
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Zusätzlich zu
einem solchen Kopfaufbau wird in dem japanischen Dokument Nr. 6-31918
auch eine Rückwärtswelle
(ein Druck in entgegengesetzter Richtung als der in Richtung zur
Ausstoßöffnung)
erwähnt und
eine Konstruktion beschrieben, die in der Lage ist eine Rückwärtswelle,
die einen Druckverlust beim Tintenausstoß hervorruft, zu verhindern
(speziell in 3 derselben Patentschrift).
Bei dem in dem vorgenannten Dokument offengelegten Flüssigkeitsausstoßkopf ist
ein dreieckiges plattenförmiges
Element gegenüber
dem Heizer zur Blasenerzeugung angeordnet. In einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf wird
die Rückwärtswelle zeitweise
und etwas durch ein plattenförmiges
Element unterdrückt,
aber der Zusammenhang zwischen dem Blasenwachstum und dem dreieckigen
Abschnitt des plattenförmigen
Elementes ist in keiner Weise offengelegt oder berücksichtigt,
wobei der vorgenannte Flüssigkeitsausstoßkopf folgende
Nachteile aufweist.
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In
der vorgenannten Patentschrift kann die Form des Flüssigkeitströpfchens
nicht stabilisiert werden, da der Heizer auf den Boden einer Aussparung
angeordnet ist und in keiner linearen Wechselwirkung mit der Ausstoßöffnung und
dem Blasenwachstum von der Seite des dreieckigen plattenförmigen Elementes
auf der gesamten anderen Seite ist, da das Blasen wachstum von der
Umgebung der Spitze des dreieckigen Abschnittes erfolgt, wobei die
Blase ein normales Wachstum in der Flüssigkeit ausführt, als
wäre das
plattenförmige Element
nicht vorhanden. Folglich beeinflußt das Vorhandensein des plattenförmigen Elementes
in keiner Weise die gewachsene Blase. Umgekehrt, da das plattenförmige Element
vollständig
von der Blase umgeben ist, erzeugt das Flüssigkeitsnachfüllen an
die Position des Heizers auf dem Boden der Aussparung bei der Kontraktion
der Blase einen zufälligen
Fluß und
daraus ergibt sich eine Ansammlung von kleinen Blasen in der Aussparung
und eine Störung
des Flüssigkeitsausstoßprinzips
selbst, das auf Blasenwachstum beruht.
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Andererseits
beschreibt das Dokument Nr. 43604A1 eine Erfindung, bei der abwechselnd
ein erstes Ventil zur Unterbrechung eines Kanals zwischen einem
Bereich in der Umgebung der Ausstoßöffnung und einem Blasenerzeugungsabschnitt
und ein zweites Ventil zur Unterbrechung eines Kanals zwischen dem
Blasenerzeugungsbereich und einem Tintenzuführungsbereich (siehe Fig. 4
bis 9 in der Nr.
EP
436047 A1 ) geöffnet
wird. In einer solchen Erfindung bildet, da gleichzeitig nur zwei
der drei Kammern getrennt sind, die mit den Tintentröpfchen ausgestoßene Tinte
eine lange Schleppe, wobei sich Nebenpünktchen in Vergleich mit einem gewöhnlichen
Flüssigkeitsausstoßverfahren,
das Wachstum, Kontraktion und Verschwinden von Blasen ausnutzt,
beträchtlich
vermehren. Das geschieht vermutlich, weil der Effekt der Rückbildung
der Menisken beim Verschwinden der Blase nicht ausgenutzt werden
kann. Auch beim Nachfüllen
von Flüssigkeit
kann die Flüssigkeit,
die dem Blasenerzeugungsabschnitt durch das Verschwinden der Blase
zugeführt
wird, nicht in die Nähe
der Ausstoßöffnung zugeführt werden,
bis die nächste
Blase erzeugt ist, so daß solch
ein Flüssigkeitsausstoßkopf nicht
nur große
Schwankungen bei den ausgestoßenen
Flüssigkeitströpfchen zeigt,
sondern auch eine sehr geringe Reaktionsfrequenz des Flüssigkeitsausstoßes aufweist
und folglich nicht auf einem praktikablen Niveau ist.
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Es
sind verschiedene Vorschläge
zu einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemacht
worden, der völlig
unterschiedlich zu dem vorgenannten Flüssigkeitsausstoßkopf ist
und ein bewegliches Element aufweist, das in der Lage ist, wesentlich
zum Ausstoßen
der Flüssigkeitströpfchen beizutragen
(z.B. ein plattenförmiges
Element bei dem ein freies Ende näher an der Ausstoßöffnung positioniert
ist als sein Drehpunkt). Unter diesen Vorschlägen zeigt auch das japanische
Dokument Nr. 9-48127
einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der
in der Lage ist, die obere Verschiebungsgrenze des vorgenannten
verschiebbaren Elementes zu begrenzen, um eine leichte Abweichung
vom Verhalten des beweglichen Elementes zu verhindern. Auch zeigt
das japanische Dokument Nr. 9-323420 einen Flüssigkeitsausstoßkopf, bei
dem die Position einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer, die an der
Zuströmseite
des vorgenannten beweglichen Elementes ausgebildet ist, zur Seite
von dessen freiem Ende, nämlich
zur Abströmseite
verschoben ist, wobei der Vorteil des beweglichen Elementes, dabei
die Nachfüllfähigkeit
zu verbessern, genutzt wird. Drittens zeigt die
EP 0921002 einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der
ein bewegliches Element verwendet, so daß die Ausstoßeffektivität und die
Nachfülleigenschaften
verbessert werden. Da diese Erfindungen auf dem Konzept basieren,
daß die
wachsende Blase, die zeitweise durch das bewegliche Element zurückgehalten
wird, plötzlich
in Richtung der Ausstoßöffnung freigelassen
wird, sind die verschiedenen Faktoren der gesamten Blase bezüglich der
Bildung der Flüssigkeitströpfchen und
der gegenseitigen Beziehungen dieser Faktoren nicht berücksichtigt
worden.
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Als
nächsten
Schritt zeigt das japanische Dokument Nr. 10-24588 eine Erfindung, bei der ein Teil
des Blasenerzeugungsbereiches, in Hinblick auf das Blasenwachstum
durch Ausbreitung der Druckwelle (akustische Welle) als Faktor in
Verbindung mit dem Flüssigkeitsausstoß, von dem
vorgenannten beweglichen Element freigestellt ist. Dennoch berücksichtigt
auch diese Erfindung nur das Blasenwachstum beim Flüssigkeitsausstoß, so daß die verschiedenen
Faktoren der gesamten Blase in bezug auf Bildung der Flüssigkeitströpfchen und
die wechselseitigen Beziehungen dieser Faktoren nicht berücksichtigt
worden sind.
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Die
EP 0124190 beschreibt einen
Tintenstrahldrucker, der Pakete von individuell verbundenen Tintentröpfchen erzeugt
derart, daß nach
einer einzelnen Ablösung
eines Paketes von der Tintenstrahldüse die einzelnen Tröpfchen sich
im Flug zu einem einzigen Tropfen zusammenfügen.
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Es
ist auch beim Flüssigkeitsausstoßkopf vom
Kantenausstoßtyp
(ein Kopf, dessen Ausstoßöffnung parallel
zur Heizerebene liegt) bereits bekannt, daß der Vorderbereich (Bereich
nahe der Ausstoßöffnung)
der durch Filmsieden erzeugten Blase den Flüssigkeitsausstoß bedeutend
beeinflußt,
aber es wurde keine Technik berücksichtigt,
diesen Bereich zur effektiveren Ausbildung der auszustoßenden Flüssigkeitströpfchen zu
nutzen und die vorliegende Erfindung hat als Ergebnis intensiver
Untersuchungen die technische Klärung
dieser Faktoren erreicht.
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Zusätzlich wurden
in den meisten früheren
Techniken Vielfachheizelemente selektiv angesteuert, um die Ausstoßmenge zu
modulieren oder eine Aufzeichnung mit mehrstufiger Gradation durchzuführen. Eine
solche Konstruktion weist die Schwierigkeit auf, jedes der Vielfachheizelemente
an der op timalen Stelle zu positionieren und den Kopf kompakt zu
machen.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine derjenigen, die im Verlauf einer
detaillierten Analyse des Vorganges von der Erzeugung der Blase
bis zu ihrer Auslöschung
ein technisches Niveau bei der Realisierung einer Aufzeichnung mit
mehrstufiger Gradation und einer stabilen Bildqualität in einem
kontinuierlichen Ausstoßvorgang erreicht
hat, das viel höher
als die frühere
Technik ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufzeichnungsvorrichtung
bereitzustellen, die in der Lage ist, gleichzeitig eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung
und eine hohe Bildqualität
zu erreichen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aufzeichnungsvorrichtung
zum Aufzeichnen auf ein Aufzeichnungsmedium bereitgestellt, wobei
die Vorrichtung aufweist:
einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der
eine Ausstoßöffnung,
einen Flüssigkeitsströmungskanal
zur Zuführung
von Flüssigkeit
an die Flüssigkeitsausstoßöffnung,
ein Heizelement zur Erzeugung von Wärmeenergie zur Erzeugung einer
Blase in einem Blasenerzeugungsbereich des Flüssigkeitsströmungskanals,
ein im Flüssigkeitsströmungskanal
angeordnetes und als Reaktion auf das Wachstum einer solchen Blase
im Blasenerzeugungsbereich bewegliches Element, um den durch die
Blase erzeugten Druck in Richtung der Ausstoßöffnung zu lenken, und einen
Begrenzungsabschnitt, um die Bewegung des beweglichen Elementes
zu begrenzen, und
eine Steuersignalversorgung zur Zuführung von
Steuersignalen an den Flüssigkeitsausstoßkopf, um
das Wärmeerzeugungselement
zu veranlassen, Wärmeenergie
zu erzeugen, um Blasen im Blasenerzeugungsbereich zu generieren,
um den fortlaufenden Ausstoß von
Flüssigkeitströpfchen durch
die Ausstoßöffnung zu
veranlassen, so daß die
nacheinander ausgestoßenen
Flüssigkeitströpfchen sich
zu einem einzigen Flüssigkeitströpfchen vereinigen,
bevor dieses auf dem Aufzeichnungsmedium auftrifft.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufzeichnungsverfahren
zur Aufzeichnung auf ein Aufzeichnungsmedium bereitgestellt, wobei
das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Zuführung von
Flüssigkeit
aus einem Flüssigkeitsströmungskanal
an eine Flüssigkeitsausstoßöffnung in
einem Flüssigkeitsausstoßkopf,
Anlegen
von Steuersignalen an den Flüssigkeitsausstoßkopf, damit
Wärmeenergie
durch ein Wärmeerzeugungselement
erzeugt wird, um in einem Blasenerzeugungsbereich eines Flüssigkeitsströmungskanals
Blasen zu erzeugen,
Leiten des durch die Blase erzeugten Druckes
zu einer Ausstoßöffnung mit
einem beweglichen Element und
Ausstoßen von aufeinander folgenden
Flüssigkeitströpfchen aus
einer Ausstoßöffnung,
so daß die
nacheinander ausgestoßenen
Flüssigkeitströpfchen sich
zu einem einzelnen Tröpfchen
vereinigen, bevor dieses auf dem Aufzeichnungsmedium auftrifft.
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Das
vorgenannte Flüssigkeitsausstoßverfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß sich
das bewegliche Element zu Beginn der zweiten oder folgenden Blasenerzeugung
in einem verschobenen Zustand befindet, und daß der Wert der Verschiebung
des beweglichen Elementes (Wert der Bewegung des beweglichen Elementes
von seinem Anfangszustand zum verschobenen Zustand) zu Beginn der
Blasenerzeugung größer ist als
der Wert der Verschiebung des beweglichen Elementes zu Beginn der
Erzeugung der vorhergehenden Blase.
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Das
vorgenannte Flüssigkeitsausstoßverfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß beim
ununterbrochenen Ausstoß von
Flüssigkeitströpfchen die
Ausstoßgeschwindigkeit
eines nachfolgenden Tröpfchens
größer ist
als die des vorhergegangenen Tröpfchens.
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Bei
dem vorgenannten Flüssigkeitsausstoßverfahren
ist das Heizelement vorzugsweise im Flüssigkeitsströmungskanal
angeordnet und wird angesteuert, um das Aufheizen der Flüssigkeit
durchzuführen.
In einem solchen Fall kann das Wärmeerzeugungselement
ein elektrothermischer Wandler sein, an den ein Steuerimpuls gegeben
wird, um das Aufheizen der Flüssigkeit
auszuführen.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, daß sich eine Vielzahl von ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen in
einem ununterbrochenen Ausstoßvorgang
vereinigen und diese Tröpfchen veranlaßt werden,
sich auf dem Aufzeichnungsmedium zu vereinigen und es dabei gestatten,
die Ausstoßmenge
der aus der Düse
ausgestoßenen
Tröpfen
zu steuern und so eine vielstufige Gradation zu realisieren.
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In
der Beschreibung der vorliegenden Spezifikation werden die Ausdrücke "Zuström-" und "Abström-" in bezug auf die
Flußrichtung
der Flüssigkeit
von einer Flüssigkeitsversorgung
durch den Blasenerzeugungsbereich (oder das bewegliche Element)
zur Ausstoßöffnung oder
in die Richtung einer derartigen Konstruktion verwendet.
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Die
Abströmseite
der Blase selbst bedeutet eine Blase, die in einem Bereich auf der
Abströmseite
in der vorgenannten Flußrichtung
oder Aufbaurichtung, in bezug auf das Zentrum der Blase oder in
einem Bereich des Wärmeerzeugungselementes
auf der Abströmseite
in bezug auf dessen Zentrumsbereich erzeugt wird.
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Die
Zuströmseite
der Blase selbst bedeutet eine Blase, die in einem Bereich auf der
Zuströmseite
in der vorgenannten Flußrichtung
oder Aufbaurichtung, in bezug auf das Zentrum der Blase oder in
einem Bereich des Wärmeerzeugungselementes
auf der Zuströmseite
in bezug auf dessen Zentrumsbereich erzeugt wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann der tatsächliche Kontakt zwischen dem
beweglichen Element und einem begrenzenden Abschnitt davon, ein
Zustand der direkten Berührung
oder ein Zustand der großen Nähe sein,
wo eine Flüssigkeit
einer Stärke
von mehreren Mikrometern zwischen den beiden vorhanden ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht entlang dem Flüssigkeitsströmungskanal
im Flüssigkeitsausstoßkopf einer
Ausführungsform
der Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die die
Schritte (a) bis (f) von drei aufeinanderfolgenden Flüssigkeitsausstoßvorgängen zeigt.
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2 ist
eine Schnittansicht, die die Schritte (g) bis (1) zeigt, die denen
in 1 folgen.
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Wachstum einer Blase
und der Verschiebung eines beweglichen Elementes zeigt.
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4 ist
eine Schnittansicht des Flüssigkeitsströmungskanals
im Flüssigkeitsausstoßkopf der
Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung und zeigt dessen
linearen Verbindungszustand.
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5 ist
eine perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfes
von 1;
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6A, 6B und 6C sind
Ansichten, die Beispiele des beweglichen Elementes des Flüssigkeitsausstoßkopfes
in 1 und 2 zeigen.
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7 ist
eine Ansicht, die eine andere Konfiguration des beweglichen Elementes
zeigt.
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8 ist
ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Fläche des
Wärmeerzeugungselementes
und der Menge des Tintenausstoßes
zeigt.
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9A und 9B sind
Längsschnitte
eines Flüssigkeitsausstoßkopfes
der Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit bzw.
ohne Schutzfolie auf dem Wärmeerzeugungselement.
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10 ist
ein Wellenformdiagramm, das einen elektrischen Impuls zeigt, der
in der vorliegenden Erfindung zur Ansteuerung des Wärmeerzeugungselementes
verwendet wird.
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11 ist
eine perspektivische Explosionszeichnung, die den vollständigen Aufbau
des Flüssigkeitsausstoßkopfes
der Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
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12A und 12B sind
Ansichten, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf des
Seitenausstoßtyps,
der von dem Flüssigkeitsausstoßkopf der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, zeigen.
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13 ist
eine schematische Perspektivdarstellung, die den Aufbau einer Aufzeichnungsvorrichtung zeigt,
die das Aufzeichnungsverfahren der vorliegenden Erfindung ausführen kann
und mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf mit
dem in 1 und 2 oder 12A und 12B gezeigten Aufbau ausgestattet ist, und
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14 ist
ein Blockdiagramm der gesamten Vorrichtung, bei der ein Flüssigkeitsausstoßkopf, der
das Aufzeichnungsverfahren der vorliegenden Erfindung ausführen kann,
eine Aufzeichnung durch Tintenausstoß durchführt.
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15 erläutert ein
modifiziertes Beispiel der Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail durch ihre bevorzugten
Ausführungsformen, unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, erklärt.
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1 und 2 sind
Schnittansichten entlang dem Flüssigkeitsströmungskanal
eines Flüssigkeitsausstoßkopfes
einer Aufzeichnungsvorrichtung, der eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt und die die charakteristischen Phänomene im
Flüssigkeitsströmungskanal
in den Stufen (a) bis (f) in 1 und (g)
bis (l) in 2 zeigen.
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Bei
dem Flüssigkeitsausstoßkopf einer
Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist eine flache
Grundträgerschicht 1 mit
einem Wärmeerzeugungselement 2 als
Aus stoßenergieerzeugungselement
zur Erzeugung von Energie für
das Ausstoßen
von Flüssigkeit
und zur Abgabe thermischer Energie an die Flüssigkeit ausgestattet und ein
Flüssigkeitsströmungskanal 10 ist
entsprechend dem Wärmeerzeugungselement 2 auf
der Grundträgerschicht
ausgebildet. Der Flüssigkeitsströmungskanal 10 steht
mit einer Ausstoßöffnung 18 und
mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur
Versorgung einer Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen 10 mit
Flüssigkeit
in Verbindung und erhält
von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 die
Flüssigkeit
in einer Menge entsprechend der Menge, die von der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen wurde. Der
Meniskus M der Flüssigkeit,
die den Flüssigkeitsströmungskanal 10 füllt, ist
in der Nähe
der Ausstoßöffnung 18 in
einem Gleichgewichtszustand durch die Kapillarkraft, die durch die
innere Wand der Ausstoßöffnung 18 und
den Flüssigkeitsströmungskanal 10,
der damit in Verbindung steht, und den allgemein negativen Innendruck
der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 erzeugt
wird.
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Der
Flüssigkeitsströmungskanal 10 wird
durch aneinanderlegen der Grundträgerschicht 1, die
das Wärmeerzeugungselement 2 trägt und einer
Deckplatte 50 ausgebildet und in der Nähe einer Kontaktfläche zwischen
dem Wärmeerzeugungselement 2 und
der Ausstoßflüssigkeit
existiert ein Blasenerzeugungsbereich zur Erzeugung einer Blase
in der Ausstoßflüssigkeit,
wenn das Wärmeerzeugungselement 2 schnell
aufgeheizt wird. Im Flüssigkeitsströmungskanal 10,
der einen solchen Blasenerzeugungsbereich aufweist, ist ein bewegliches
Element 31 so angeordnet, daß zumindest ein Teil dem Wärmeerzeugungselement 2 gegenüber liegt.
Das bewegliche Element 31 ist als Lamelle ausgebildet,
die an einem Ende abgestützt
ist, und weist ein freies Ende 32 an der Abströmseite,
näher zur
Ausstoßöffnung 18,
auf und wird durch ein Stützelement 34 an der
Zuströmseite
des Flüssigkeitsströmungskanals 10 gehal ten.
Besonders in der vorliegenden Ausführungsform ist das freie Ende 32 in
der Umgebung des Zentrums des Blasenerzeugungsbereiches (Wärmeerzeugungselement 2)
angeordnet, um das Wachsen der Zuströmhälfte der Blase zu unterdrücken und
die Rückwärtswelle
zur Zuströmseite
und die Trägheitskraft
der Flüssigkeit
zu beeinflussen. Das bewegliche Element 31 ist in bezug
auf das Stützelement 34 verschiebbar
gestaltet, entsprechend dem Wachstum der im Blasenerzeugungsbereich
erzeugten Blase. Der Drehpunkt 33 einer solchen Verschiebung
bildet ein Ende des Stützabschnittes
für das
bewegliche Element 31 im Stützelement 34.
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Oberhalb
des Zentrums des Blasenerzeugungsbereiches ist ein Stopper 64 (Begrenzungsabschnitt) vorgesehen,
um die Verschiebung des beweglichen Elementes 31 innerhalb
eines vorbestimmten Bereiches zu begrenzen, um das Wachsen der Zuströmhälfte der
Blase zu unterdrücken.
Im Flüssigkeitsstrom
von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur
Ausstoßöffnung 18 ist
ein Bereich mit geringem Strömungswiderstand 64 vorgesehen,
der einen Strömungswiderstand
aufweist, der geringer ist als der im Flüssigkeitsströmungskanal 10.
Im Bereich mit geringem Strömungswiderstand 64 wird
der Widerstand des Strömungskanals gegenüber der
Flüssigkeitsbewegung
durch eine Konstruktion ohne obere Wand und mit einem größeren Querschnitt
verringert.
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Der
vorstehend beschriebene Aufbau stellt einen charakteristischen Kopfaufbau
dar, der in der Lage ist, den Flüssigkeitsstrom
nach der Zuströmseite
des Flüssigkeitsströmungskanals
und das Wachsen der Blase zur Zuströmseite hin durch ein verschiebbares
bewegliches Element zu unterdrücken.
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Im
Folgenden wird der Ausstoßvorgang
des Flüssigkeitsausstoßkopfes
einer Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
im Detail erklärt. 1 und 2 zeigen
die Zustände
des Flüssigkeitsausstoßes vom
ersten bis zum dritten Tröpfchen
in drei aufeinander folgenden Ausstoßvorgängen und des Landens des ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchens
auf dem Aufzeichnungsmedium. 3 zeigt
außerdem
die Änderung
im Volumen der Blase 40 und in der Größe der Verschiebung des beweglichen
Elementes 31.
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In 1 zeigt
(a) den Zustand vor dem Anlegen von Energie, z.B. elektrischer Energie,
an das Wärmeerzeugungselement 2 und
somit vor der Wärmeerzeugung.
Es sollte angemerkt werden, daß das
bewegliche Element 31 sich an einer Stelle (Anfangsstellung)
gegenüber
der Zuströmhälfte der
durch die Wärme
vom Wärmeerzeugungselement 2 erzeugten
Blase befindet und das der Stopper 64 zur Begrenzung der
Verschiebung des beweglichen Elementes 31 oberhalb des
Zentrums des Blasenerzeugungsbereichs (Wärmeerzeugungselement 2)
angeordnet ist. Anders gesagt, der Flüssigkeitsströmungskanal
und das bewegliche Element 31 sind so konstruiert, daß die Zuströmhälfte der
Blase unterdrückt
wird. Wie in 3 ebenfalls gezeigt, wenn zum
Zeitpunkt T = 0 ein elektrischer Impuls an das Wärmeerzeugungselement 2 angelegt
wird, wird ein Teil der im Blasenerzeugungsbereich vorhandenen Flüssigkeit
durch das Wärmeerzeugungselement 2 aufgeheizt und
erzeugt eine Blase durch das Phänomen
des Filmsiedens und die Blase wächst
im Verlauf der Zeit. Durch die Gegenkraft des beweglichen Elementes 31 beginnt
seine Verschiebung (Punkt A in 3) später als
die Volumenänderung
der Blase 40.
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Das
Wachsen der Blase 40 erzeugt eine Flüssigkeitsbewegung nach der
Zuströmseite,
nämlich
zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13,
und diese Bewegung wird durch das Vorhandensein des Bereiches mit geringem
Strömungswiderstand 65 zu
einem großen
Strom, aber wenn das bewegliche Element 31 bis zum Kontakt
mit dem Stopper 64 oder dicht an den Stopper 64 heran
verschoben wird, wird eine weitere Verschiebung des beweglichen
Elementes 31 eingeschränkt
(Punkt B in 3), wobei die Flüssigkeitsbewegung
nach der Zuströmseite
an diesem Punkt im wesentlichen unterdrückt wird. Somit vergrößert sich
in einem so verschobenen Zustand des beweglichen Elementes 31 der
Widerstand des Flüssigkeitsströmungskanals 10 gegen
den Flüssigkeitsstrom
nach der Zuströmseite
(zumindest zuströmseitig
des Zentrums des Blasenerzeugungsbereiches), wobei die Bewegung
der Flüssigkeit
und der Blase zwischen dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 und
der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 auf
deren Zuströmseite
merklich unterdrückt
wird. Entsprechend wird das Wachstum der Blase nach der Zuströmseite durch
das bewegliche Element 31 ebenfalls unterdrückt. Da
jedoch die Flüssigkeit
eine große
Bewegungskraft nach der Zuströmseite
aufweist, wird das bewegliche Element zur Zuströmseite hin einer starken Belastung
ausgesetzt und verbleibt in einem gebogenen Zustand, während die
Blase 40 weiter bis zu einem Maximalvolumen wächst (Punkt
C in 3).
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In 1 zeigt
(b) einen Zustand, wo die Blase im Blasenerzeugungsbereich auf das
Maximum gewachsen ist. In diesem Zustand läßt der auf die Blasenbildung
basierende Druck die Flüssigkeit
im Flüssigkeitsströmungskanal 10 sich
nach der Auströmseite
und der Zuströmseite
bewegen, wobei in der Zuströmseite das
bewegliche Element 31 durch das Wachsen der Blase 40 verschoben
wird, während
auf der Auströmseite das
erste Flüssigkeitströpfchen 66a gerade
die Ausstoßöffnung 18 verläßt.
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In
der vorliegenden Erfindung wird, wie in 4 gezeigt,
zwischen einem Abschnitt der Blase 40 auf der Seite der
Ausstoßöffnung 18 und
der Ausstoßöffnung ein "linearer Übertra gungszustand" realisiert, der
einen geradlinigen Strömungskanalaufbau
in bezug auf den Flüssigkeitsstrom
aufrecht erhält.
Ein solcher Aufbau ist bei der Realisierung des Idealzustandes wünschenswert,
in dem die Ausbreitungsrichtung der Druckwelle, die bei der Blasenbildung
erzeugt wird, die Flüssigkeitsströmungsrichtung,
die daraus resultiert und die Flüssigkeitsausstoßrichtung
in linearer Weise übereinstimmen
und dabei die Ausstoßzustände wie
z.B. die Ausstoßrichtung
des Flüssigkeitströpfchens 66 und
seine Ausstoßrichtung
auf extrem hohen Niveau stabilisieren.
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In
der vorliegenden Erfindung wird, als Faktor zur Realisierung eines
solchen Idealzustandes oder eines nahezu Idealzustandes eine Konfiguration
angenommen, in der die Ausstoßöffnung 18 und
das Wärmeerzeugungselement 2,
insbesondere ein Abschnitt dicht bei der Ausstoßöffnung (Abströmseite),
die einen Teil der Blase 40 auf der Seite der Ausstoßöffnung 18 beeinflussen,
direkt in einer geraden Linie verbunden werden können. In einer solchen Konfiguration
ist das Wärmeerzeugungselement 2,
besonders seine Abströmseite, durch
die Ausstoßöffnung 18 von
außen
sichtbar, wenn keine Flüssigkeit
im Flüssigkeitsströmungskanal 10 vorhanden
ist.
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Danach überschreitet
der negative Druck in der Blase 40 nach dem vorgenannten
Filmsieden die Antriebskraft der Flüssigkeit im Flüssigkeitsströmungskanal 10 zur
Abströmseite,
wobei die Blase beginnt, sich zusammen zu ziehen, wie bei (c) in 1 gezeigt.
Da an diesem Punkt die Antriebskraft der Flüssigkeit zur Zuströmseite durch
das Wachsen der Blase 40 durch die Druckdifferenz zwischen
der Zuströmseite
und der Abströmseite über das
bewegliche Element 31 noch stark bleibt, befindet sich
das bewegliche Element 31 noch über einen bestimmten Zeitraum
nach dem Beginn der Kontraktion der Blase im Zustand des Kontaktes mit
dem Stopper 64, so daß die
Kontraktion der Blase 40 hauptsächlich die Bewegung der Flüssigkeit
von der Ausstoßöffnung 18 nach
der Zuströmseite
hervorruft. Anders gesagt, unmittelbar nach dem Zustand (b) in 1 erhöht der Kontakt
des verschobenen beweglichen Elementes 31 mit dem Stopper 64 den
Strömungswiderstand
des Flüssigkeitsströmungskanals 10 in
seiner Zuströmseite,
wobei die Kontraktionsenergie der Blase dazu dient, die Flüssigkeit
in die Nähe
der Ausstoßöffnung 18 nach
der Zuströmseite
zu bewegen. Folglich wird an diesem Punkt der Meniskus M von der
Ausstoßöffnung 18 in
den Flüssigkeitsströmungskanal 10 zurückgezogen,
und schneidet dabei sofort die Flüssigkeitssäule, die mit dem ersten ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen 66a verbunden
ist, mit großer
Kraft ab. Im Ergebnis wird, wie bei (d) in 1 gezeigt,
das erste Flüssigkeitströpfchen 66a aus
der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen, und
es wird ein weiteres Tröpfchen 67 als Satellit
(Nebentröpfchen)
außerhalb
der Ausstoßöffnung 18 gebildet.
Wenn das bewegliche Element unmittelbar danach beginnt, sich abwärts zu verschieben
wird die Flüssigkeit
auf der Zuströmseite
schnell nachgefüllt, wie
bei (d) in 1 gezeigt, wobei das Zurückziehen
des Meniskus M in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 auf
einem Minimalwert gehalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform
hatte das erste durch die Ausstoßöffnung ausgestoßene Flüssigkeitströpfchen 66a eine
Geschwindigkeit von 10 m/s und eine Menge von 6 pl.
-
In 1 zeigt
(d) einen Zustand nach der Beendigung des Schrittes der Blasenauslöschung und
unmittelbar vor dem Anlegen eines zweiten elektrischen Impulses
an das Wärmeerzeugungselement 2.
Dieser Zustand entspricht im Diagramm in 3 einer
Zeit t = 20 μs,
wo sich das bewegliche Element 31 noch im verschobenen
Zustand D befindet.
-
In 1 zeigt
(e) einen Zustand, wo die zweite Blase im Blasenerzeugungsbereich
zur Maximalgröße angewachsen
ist. In diesem Zustand läßt der auf
die Blasenerzeugung basierende Druck die Flüssigkeit im Flüssigkeitsströmungskanal 10 sich
nach der Auströmseite
und der Zuströmseite
bewegen, wobei an der Zuströmseite
das bewegliche Element 31 durch das Wachsen der Blase 40 verschoben
wird, während
auf der Abströmseite
ein zweites Flüssigkeitströpfchen 66b gerade
die Ausstoßöffnung 18 verläßt. Weil
das bewegliche Element 31 sich zu Beginn der Erzeugung
der zweiten Blase in einem verschobenen Zustand befindet, wird der
Flüssigkeitsstrom
im Flüssigkeitsströmungskanal 10 zu
dessen Zuströmseite
während
des Blasenwachstums mehr unterdrückt
als bei der ersten Blase, wobei die Ausstoßenergie in Abströmrichtung
(Ausstoßrichtung)
vergrößert wird.
Nach den experimentellen Ergebnissen der beteiligten Erfinder hatte
das zweite Flüssigkeitströpfchen 66b eine
Geschwindigkeit von 12,5 m/s und eine Ausstoßmenge von 5 pl.
-
In 1 zeigt
(f) die Wiederholung eines Schrittes der Blasenlöschung, ähnlich dem bei (c) in 1 gezeigten
Schritt.
-
In 2 zeigt
(g) einen Zustand nach dem Abschluß des Schrittes der Löschung der
zweiten Blase und unmittelbar vor dem Anlegen eines dritten elektrischen
Impulses an das Wärmeerzeugungselement 2.
An diesem Punkt, wenn das bewegliche Element beginnt, sich in der
gleichen Weise wie bei (d) in 1 abwärts zu verschieben,
wird die Flüssigkeit
auf der Zuströmseite
schnell nachgefüllt,
wobei das Zurückziehen
des Meniskus M in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 auf
einen Minimalwert gehalten wird. Dieser Zustand entspricht im Diagramm
in 3 einer Zeit t = 35 μs, wo das bewegliche Element
sich noch im verschobenen Zustand I befindet. Wie es aus dem Vergleich
der Punkte D und I in 3 ersichtlich ist, ist der Wert
der Verschiebung des beweglichen Elementes 31 an diesem
Punkt größer als
unmittelbar vor dem Beginn der Erzeugung der zweiten Blase.
-
In 2 zeigt
(h) einen Zustand, wo die dritte Blase im Blasenerzeugungsbereich
zu ihrem Maximum angewachsen ist. In diesem Zustand läßt der auf
die Blasenbildung basierende Druck die Flüssigkeit im Flüssigkeitsströmungskanal 10 sich
nach der Auströmseite
und der Zuströmseite
bewegen, wobei auf der Zuströmseite
das bewegliche Element 31 durch das Wachsen der Blase 40 verschoben
ist, während
auf der Abströmseite
ein drittes Flüssigkeitströpfchen 66c die
Ausstoßöffnung 18 gerade
verläßt. Weil
der Verschiebungswert des beweglichen Elementes 31 zu Beginn
der Erzeugung der dritten Blase größer ist als der beim Beginn
der Erzeugung der zweiten Blase, wird der Flüssigkeitsstrom im Flüssigkeitsströmungskanal 10 nach
ihrer Zuströmseite
während
des Blasenwachstums mehr unterdrückt
als bei der zweiten Blase, wobei der Flüssigkeitsstrom im Flüssigkeitsströmungskanal 10 nach
der Zuströmseite
während
des Blasenwachstums mehr unterdrückt
wird als bei der zweiten Blase und die Ausstoßenergie in Abströmrichtung
(Ausstoßrichtung)
vergrößert wird.
Nach den experimentellen Ergebnissen der beteiligten Erfinder hat
das dritte Flüssigkeitströpfchen 66c eine
Geschwindigkeit von 14,5 m/s und eine Ausstoßmenge von 5 pl.
-
In 2 zeigt
(i) die Wiederholung eines Schrittes der Blasenauslöschung ähnlich dem
bei (c) und (f) in 1 gezeigten Schritt.
-
In 2 zeigt
(j) die Wiederholung eines Nachfüllschrittes ähnlich dem
bei (d) in 1 und (g) in 2 gezeigten
Schritt und eine solche Nachfüllung
gestattet es, das Zu rückziehen
des Meniskus M in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 zu
minimieren.
-
In 2 zeigt
(k) einen Zustand nach dem aufeinander folgenden Ausstoß von drei
Flüssigkeitströpfchen 66 und
bevor das erste Flüssigkeitströpfchen 66a das
Aufzeichnungsmedium 150 erreicht, wobei das zweite Flüssigkeitströpfchen 66b,
das mit einer Geschwindigkeit von 12,5 m/s fliegt, das mit 10 m/s
fliegende erste Tröpfchen
erreicht und sich mit ihm vereinigt, wobei ein vereinigtes Flüssigkeitströpfchen 66d gebildet wird,
das aus dem ersten und zweiten Tröpfchen besteht und eine Menge
von 11 pl aufweist.
-
In 2 zeigt
(1) einen Zustand, in dem das dritte Flüssigkeitströpfchen 66c, das mit
einer Geschwindigkeit von 14,5 m/s fliegt, und mit dem vereinigten
Tröpfchen 66d vereinigt
wird, das im Zustand (k) gebildet wurde, und ein vereinigtes Flüssigkeitströpfchen 66e bildet,
das aus dem ersten, zweiten und dritten Tröpfchen besteht und eine Menge
von 16 pl aufweist. In den vorstehend beschriebenen drei aufeinander
folgenden Ausstoßvorgängen wurden
gebildet:
ein ersten Tröpfchen 66a mit
einer Geschwindigkeit von 10,0 m/s und einer Menge von 6 pl;
ein
zweites Tröpfchen 66b mit
einer Geschwindigkeit von 12,5 m/s und einer Menge von 5 pl; und
ein
drittes Tröpfchen 66c mit
einer Geschwindigkeit von 14,5 m/s und einer Menge von 5 pl;
wobei
das zweite Tröpfchen 66b um
20 μs gegenüber dem
ersten Tröpfchen 66a und
das dritte Tröpfchen
um 35 μs
gegenüber
dem ersten Tröpfchen
verzögert
ist. Folglich können
sich das zweite Tröpfchen 66b und
das dritte Tröpfchen 66c vereinigen,
bevor sie auf dem Aufzeichnungsmedium 150 landen, wenn der
Abstand von der Vorderseite der Ausstoßöffnung 18 des Kopfes
zum Aufzeichnungsmedium 150 1,5 mm beträgt.
-
Die
Menge des zweiten Flüssigkeitströpfchens 66b ist
kleiner als die des ersten Flüssigkeitströpfchens 66a,
weil beim Beginn des Ausstoßes
des zweiten Tröpfchens
der Meniskus M etwas in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 zurückgezogen
ist (vergl. (c) in 1), wobei die Flüssigkeitsmenge
auf die das Wärmeerzeugungselement 2 einwirkt,
beim zweiten Ausstoß kleiner
wird als beim ersten Ausstoß.
Weil die Menge des zweiten Tröpfchens 66b kleiner
ist als die des ersten Tröpfchens 66a zusätzlich zu
der Tatsache, daß die
beim zweiten Tröpfchen 66b angelegte
Ausstoßenergie
größer ist
als die beim ersten Tröpfchen 66a verwendete, wie
es vorstehend erklärt
wurde, weist das zweite Tröpfchen
eine höhere
Ausstoßgeschwindigkeit
auf als die des ersten Tröpfchens,
wodurch das zweite Tröpfchen 66b das
erste Tröpfchen 66a einfangen
kann.
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Daher
kann die Darstellung von vier Gradationsstufen von 6, 11 und 16
pl realisiert werden, entsprechend dem Ausstoß von einem Tröpfchen,
dem aufeinander folgenden Ausstoß von zwei Tröpfchen und
dem aufeinander folgenden Ausstoß von drei Tröpfchen.
-
Im
Folgenden werden die Auswirkungen, die die vorliegende Ausführungsform
charakterisieren, erläutert.
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils des Kopfes, der grundsätzlich der
Gleiche ist, wie in 1 und 2 gezeigt,
mit der Ausnahme, daß die
Düse entfernt
und durch gestrichelte Linien ersetzt ist. In der vorliegenden Ausführungsform
sind kleine Abstände
zwischen den Seitenwänden,
die den Flüssigkeitsströmungskanal 10 bilden,
und den beiden Seiten des beweglichen Elementes 31 vorgesehen,
um dessen weiche Verschiebung zu ermöglichen. Außerdem verschiebt die Blase 40 im
Verlauf des Wachstums der durch das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugten
Blase das bewegliche Element 31, dehnt sich durch die vorgenannten
Zwischenräume
zur Oberseite des beweglichen Elementes 31 aus und dringt
so etwas in den Bereich mit geringem Strömungswiderstand 65 ein,
die so ausgedehnte und eindringende Blase 41 dehnt sich
weiter zur Rückseite
(gegenüber
dem Blasenerzeugungsbereich) des beweglichen Elementes 31 aus,
wobei sie dessen Schwingungen unterdrückt und die Ausstoßeigenschaften
stabilisiert.
-
Auch
beim Auslöschungsschritt
der Blase 40 regt die ausgedehnte Blase 41 den
Flüssigkeitsstrom vom
Bereich mit geringem Strömungswiderstand 65 zum
Blasenerzeugungsbereich an und beendet dabei sofort das Auslöschen der
Blase in Verbindung mit dem schnellen Zurückziehen des Meniskus von der
Ausstoßöffnung.
Insbesondere verhindert der Flüssigkeitsstrom,
der durch die ausgedehnte Blase 41 hervorgerufen wird,
fast vollständig
das Verbleiben einer Blase in einer Ecke des beweglichen Elementes 31 oder
des Flüssigkeitsströmungskanals 10.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wurde ein Fall zur Darstellung von 4 Gradationsstufen durch Ausstoß von und
Vereinigung von 3 Flüssigkeitströpfchen erläutert, aber
es ist auch möglich
3 Gradationsstufen durch Ausstoßen
und Vereinigen von 2 Flüssigkeitströpfchen oder
eine größere Anzahl
von Gradationsstufen durch Ausstoßen und Vereinigen einer größeren Anzahl
von Flüssigkeitströpfchen darzustellen.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Aufzeichnung durch Vereinigen
von nacheinander aus einer einzigen Ausstoßöffnung ausgestoßenen Tröpfchen durchgeführt, so
daß es
leicht ist, die Ausstoßmenge
zu steuern, die Ausstoßrichtung
wird unabhängig von
der Tröpfchenmenge
stabilisiert und der Einfluß von
Nebentröpfchen
wird unterdrückt.
-
Weiterhin
sind in der vorgenannten Ausführungsform
alle ausgestoßenen
Flüssigkeitströpfchen in
ihrer Größe im wesentlichen
gleich. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform
beschränkt.
In einem Fall, wo die Menge des ersten Tröpfchens sich von der des nachfolgenden
Tröpfchens
unterscheidet, um eine abgestufte Aufzeichnung durchzuführen, wie
in 15 dargestellt, ist es vorzuziehen, die Menge
des nachfolgenden Tröpfchens
zu verändern,
wobei die Größe des ersten
Tröpfchens
im wesentlichen die gleiche ist. In 15 zeigt
(a) eine Anordnung, bei der die Ausstoßmenge des auf das erste Tröpfchen folgenden Tröpfchens
größer ist,
als die des ersten Tröpfchens,
wobei das dem ersten Tröpfchen
nachfolgende Tröpfchen
ausgestoßen
wird, indem das Wärmeerzeugungselement
während
der Abwärtsverschiebung
des beweglichen Elementes angesteuert wird (das ist die Richtung,
die sich dem Wärmeerzeugungselement
nähert);
(b) in 15 zeigt eine Anordnung, bei
der die Ausstoßmenge
des auf das erste Tröpfchen
folgenden Tröpfchens kleiner
ist, als die des ersten Tröpfchens,
wobei das dem ersten Tröpfchen
nachfolgende Tröpfchen
ausgestoßen
wird, indem das Wärmeerzeugungselement
während
der Aufwärtsverschiebung
des beweglichen Elementes angesteuert wird (das ist die Richtung,
die sich vom Wärmeerzeugungselement
entfernt); und weiterhin zeigt (c) in 15 eine
Anordnung, bei der die Ausstoßmenge
des auf das erste Tröpfchen
folgende Tröpfchens
im wesentlichen die gleiche ist wie die des ersten Tröpfchens,
wobei das dem ersten Tröpfchen
nachfolgende Tröpfchen
ausgestoßen
wird, indem das Wärmeerzeugungselement
angesteuert wird, wenn das bewegliche Element zu einer festen Position
zurückkehrt.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Ausstoßmenge des nachfolgenden Tröpfchens
gesteuert werden, indem der Zeitablauf der Ansteuerung für den Ausstoß des Tröpfchens,
das dem ersten Tröpfchen
folgt, verändert
wird. Diese Modulation der Ausstoßmenge kann den Blasenbildungszustand
beim Ausstoß jedes
Tröpfchens
stabilisieren und dabei Fehler bei den Ausstoßmengen der Tröpfchen verringern.
-
Weiterhin
zeigt der obere Abschnitt von (a) in 15 einen
Zustand unmittelbar vor einer zweiten Blasenerzeugung, wo sich das
bewegliche Element abwärts
neigt. Der untere Abschnitt von (a) in 15 zeigt, daß zwei Tröpfchen nacheinander
ausgestoßen
werden und die Ausstoßmenge
des ersten Tröpfchens 66a größer ist,
als die des zweiten Tröpfchens 66b.
-
Der
obere Abschnitt von (b) in 15 zeigt
einen Zustand unmittelbar vor der zweiten Blasenerzeugung, wo das
bewegliche Element sich aufwärts
neigt. Der untere Abschnitt von (a) in 15 zeigt,
daß zwei Tröpfchen nacheinander
ausgestoßen
werden und die Ausstoßmenge
des ersten Tröpfchens 66a kleiner
ist als die des zweiten Tröpfchens 66b.
-
Der
obere Abschnitt von (b) in 15 zeigt
einen Zustand unmittelbar vor der zweiten Blasenerzeugung, wo das
bewegliche Element sich im Anfangszustand befindet. Der unter Abschnitt
von (a) in 15 zeigt, daß zwei Tröpfchen nacheinander ausgestoßen werden
und die Ausstoßmenge
des ersten Tröpfchens 66a im
wesentlichen die gleiche ist, wie des zweiten Tröpfchens 66b.
-
Weiterhin
ist die Erfindung nicht auf eine abgestufte Aufzeichnung beschränkt, bei
der eine unterschiedliche Ausstoßmenge aus derselben Ausstoßöffnung ausgestoßen wird.
Zum Beispiel ist die Erfindung anwendbar auf eine Anordnung zur
Veränderung
der Ausstoßmenge
in Übereinstimmung
mit der Art der Tinte. Bei der Anordnung kann die Ausstoßmenge mit
dem gleichen Wärmeerzeugungselement
oder beweglichen Element verändert
werden, so daß es
nicht notwendig ist, den Entwurf der Heizelementeträgerschicht
zu ändern
und ein Unterschied der Ausstoßmenge
kann ohne Begrenzung eingestellt werden.
-
Im
Folgenden werden andere Ausführungsformen
erläutert,
die auf einen Kopf, der das zuvor beschriebene Aufzeichnungsverfahren
verwendet, anwendbar sind.
-
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
(Seitenausstoßtyp)
-
Im
Folgenden werden andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert.
-
Im
Folgenden wird die Anwendung eines Flüssigkeitsausstoßverfahrens
unter Bezugnahme auf 1, 2 und 3 auf
einen Kopf des Seitenausstoßtyps
erläutert,
in welchem das Wärmeerzeugungselement 2 und
die Ausstoßöffnung 18 wechselseitig
auf parallelen Ebenen gegenüber
liegen. 12A und 12B sind
Ansichten, die den Flüssigkeitsausstoßkopf eines
solchen Seitenausstoßtyps
zeigen, wobei ein Wärmeerzeugungselement 2 auf
der Grundträgerschicht 1 und
eine Ausstoßöffnung 18,
die auf einer Deckplatte 50 ausgebildet ist, so beschaffen
sind, daß sie
sich wechselseitig gegenüberstehen.
Die Ausstoßöffnung 18 steht
mit einem Flüssigkeitsströmungskanal 10 in
Verbindung, der auf dem Wärmeerzeugungselement 2 verläuft. In
der Nähe
zu einer Kontaktfläche
zwischen dem Wärmeerzeugungselement 2 und
der Flüssigkeit befindet
sich ein Blasenerzeugungsbereich. Auf der Grundträgerschicht 1 werden
zwei bewegliche Elemente 31 gehalten, die so ausgebildet
sind, daß sie
symmetrisch in bezug auf die Fläche
sind, die durch das Zentrum des Wärmeerzeugungselementes 2 geht,
und daß die
freien Enden der beweglichen Elemente 31 sich auf dem Wärmeerzeugungselement 2 wechselseitig
gegenüber
stehen. Die beweglichen Elemente weisen den gleichen Vortriebsbereich
auf dem Wärmeerzeugungselement 2 auf
und die freien Enden der beweglichen Elemente 31 sind durch
einen vorgesehenen Abstand getrennt. Jedes bewegliche Element 31 ist
so angeordnet, daß,
wenn der Kopf durch eine imaginäre
Trennwand, die durch die Mitte des Wärmeerzeugungselementes 2 geht,
geteilt ist, das freie Ende des beweglichen Elementes 31 nahe
der Mitte des so geteilten Abschnittes des Wärmeerzeugungselementes 2 angeordnet
ist.
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Die
Deckplatte 50 ist mit Stoppern 64 zur Begrenzung
der Verschiebung des beweglichen Elementes 31 innerhalb
eines bestimmten Bereiches versehen. In dem Flüssigkeitsstrom von einer gemeinsamen
Flüssigkeitskammer 13 zur
Ausstoßöffnung 18 ist
ein Bereich mit geringem Strömungswiderstand 65 an
der Zuströmseite
des Stoppers 64 ausgebildet, der einen niedrigeren Strömungswiderstand
aufweist als der des Flüssigkeitsströmungskanals 10.
Im Bereich mit geringem Strömungswiderstand 64 wird
der Widerstand des Strömungskanals
gegenüber
der Flüssigkeitsbewegung
durch einen größeren Querschnitt
als im Flüssigkeitsströmungskanal 10 reduziert.
-
Im
Folgenden werden die Wirkungen, welche die Konfiguration der vorliegenden
Ausführungsform charakterisieren
erläutert.
-
12A kennzeichnet einen Zustand, wo ein Teil der
Flüssigkeit
im Blasenerzeugungsbereich durch das Wärmeerzeugungselement 2 aufgeheizt
wird und eine Blase 40, die durch das Filmsiedephänomen erzeugt
wird, zu ihrem Maximum angewachsen ist. In diesem Zustand veranlaßt der auf
der Blasenbildung basierende Druck die Flüssigkeit im Flüssigkeitsströmungskanal 10,
sich zur Ausstoßöffnung 18 zu
bewegen, wobei die beweglichen Elemente 31 durch das Wachsen
der Blase 40 verschoben werden, während das erste Flüssigkeitströpfchen 66a bereits
die Ausstoßöffnung 18 verläßt. Die
Flüssigkeitsbewegung
zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 wird
durch das Vorhandensein des Bereiches mit geringem Strömungswiderstand 65 zu
einem starken Strom, aber wenn sich die beweglichen Elemente 31 zu
einer Position dicht bei oder in Kontakt mit den Stoppern 64 verschoben
haben, wird eine weitere Verschiebung der beweglichen Elemente beschränkt, wodurch
die Flüssigkeitsbewegung
nach der Zuströmseite
an diesem Punkt ebenfalls unterdrückt wird. Zur gleichen Zeit
wird das Wachsen der Blase zur Zuströmseite hin ebenfalls durch
die beweglichen Elemente 31 unterdrückt. Da jedoch die Flüssigkeit
eine große
Bewegungskraft nach der Zuströmseite
hin aufweist, dehnt sich ein Teil der Blase 40, deren Wachstum
durch die beweglichen Elemente 31 beschränkt ist, durch
die Zwischenräume
zwischen den Seitenwänden,
die den Flüssigkeitsströmungskanal 10 bilden,
und den Seitenabschnitten der beweglichen Elemente 31 nach
der oberen Seite der beweglichen Elemente 31 aus und bildet
so die erweiterten Blasen 41.
-
Wenn
die Blase 40 beginnt, sich nach dem vorgenannten Filmsieden
zusammen zu ziehen, bleibt die bewegende Kraft der Flüssigkeit
nach der Zuströmseite
durch das Wachsen der Blase 40 durch die Druckdifferenz
zwischen der Zuströmseite
und der Abströmseite über die
beweglichen Elemente 31 noch kräftig bestehen, so daß sich die
beweglichen Elemente 31 noch in einem Zustand des Kontaktes
mit den Stoppern 64 befinden, wobei die Kontraktion der
Blase 40 hauptsächlich
eine Bewegung der Flüssigkeit
von der Ausstoßöffnung 18 nach
der Zuströmseite
erzeugt.
-
Wenn
der Schritt der Blasenauslöschung
fast beendet ist, wird die Rückstoßkraft (Rückkehrkraft)
der beweglichen Elemente 31 größer als die Bewegungskraft
der Flüssigkeit
in den Bereichen mit geringem Strömungswiderstand 65,
wobei eine Abwärtsverschiebung
der beweglichen Elemente 31 und ein Flüssigkeitsfluß in den
Bereichen mit geringem Strömungswiderstand 65 nach
der Abströmseite
hin eingeleitet wird. Zur gleichen Zeit werden die Ströme nach
der Abströmseite
im Bereich mit geringem Strömungswiderstand 65 schnell große Ströme und treten
durch die Abschnitte der Stopper 64 in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 ein. 12B zeigt die Flüssigkeitsströme A, B
beim Schritt der Auslöschung
der Blase 40. Der Flüssigkeitsstrom A
ist eine Komponente, die von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer zur Ausstoßöffnung 18 durch
die obere Seite der beweglichen Elemente 31 (gegenüber dem
Wärmeerzeugungselement 2)
fließt,
während
der Flüssigkeitsstrom
B eine Komponente ist, die durch beide Seiten der beweglichen Elemente 31 und
oberhalb des Wärmeerzeugungselements 2 fließt.
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Wie
im Vorangegangenen erläutert,
kann in der vorliegenden Ausführungsform
das Nachfüllen
der Flüssigkeit
mit höherer
Geschwindigkeit erfolgen, indem die Flüssigkeit durch den Bereich
mit geringem Strömungswiderstand 65 zugeführt wird.
Das Nachfüllen
kann auch mit einer noch höheren
Geschwindigkeit erreicht werden, weil der Strömungswiderstand in der gemeinsamen
Flüssigkeitskammer 13 die
an den Bereich mit geringem Strömungswiderstand 65 angrenzt,
noch weiter verringert wird.
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Auch
im Schritt der Auslöschung
der Blase 40 regen die erweiterten Blasen 41 den
Flüssigkeitsstrom vom
Bereich mit geringem Strömungswiderstand 65 zum
Blasenerzeugungsbereich an, wobei sie in Verbindung mit dem schnellen
Zurückziehen des
Meniskus von der Ausstoßöffnung 18 die
Auslöschung
der Blase sofort abschließen.
Insbesondere verhindern die durch die erweiterten Blasen 41 hervorgerufenen
Flüssigkeitsströme fast
vollständig
das Verbleiben einer Blase in der Ecke der beweglichen Elemente 31 oder
im Flüssigkeitsströmungskanal 10.
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Bei
dem Flüssigkeitsstrahlkopf
nach 12A und 12B wird
im Falle eines aufeinanderfolgenden Flüssigkeitsausstoßes aus
der gleichen Ausstoßöffnung 18 ein
Steuerimpuls an das Wärmeerzeugungselement 2 angelegt,
um die Erzeugung der Blase 40 nach dem vorangehenden Flüssigkeitsausstoß und bevor die
Schwingung der beweglichen Elemente 31, die von ihrem verschobenen
Zustand zu ihrem Ausgangszustand zurückkehren gedämpft wird,
nämlich
während
die beweglichen Elemente sich zu den Stoppern 64 verschieben,
einzuleiten, wie in der in 1 bis 4 gezeigten
vorangehenden Ausführungsform.
-
Es
wird dadurch auch möglich
gemacht, das nachfolgende Flüssigkeitströpfchen in
Ausstoßrichtung wirksamer
auszustoßen
als das vorhergehende Flüssigkeitströpfchen und
es dabei dem nächsten
Flüssigkeitströpfchen zu
ermöglichen,
sich mit dem vorhergehenden Flüssigkeitströpfchen vor
der Landung auf dem Aufzeichnungsmedium zu vereinigen.
-
(Das bewegliche Element)
-
6A bis 6C zeigen
andere Formen des beweglichen Elementes 31, wobei 6A eine
rechteckige Form, 6B eine Form mit einer engeren
Drehpunktseite, um die Verschiebung des beweglichen Elementes zu
erleichtern und 6C eine Form mit einer breiteren
Drehpunktsseite, um die Festigkeit des beweglichen Elementes zu
erhöhen,
zeigen.
-
In
den vorangegangenen Ausführungsformen
ist das bewegliche Element aus SiN mit einer Dicke von 5 μm zusammengesetzt,
aber ein solcher Aufbau ist nicht beschränkt und das bewegliche Element
kann aus jedem Material bestehen, das widerstandsfähig gegenüber der
Ausstoßflüssigkeit
ist und die Elastizität
aufweist, um zufriedenstellend als bewegliches Element 31 zu
funktionieren.
-
Das
bewegliche Element soll vorzugsweise aus einem Material von hoher
Haltbarkeit bestehen, z.B. einem Metall, wie Silber, Nickel Gold,
Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl oder Phosphorbronze, deren
Legierungen; Harz, das Nitrilradikale, wie z.B. Acrylonitril, Butadien
oder Styren; Harze, die Amidradikale aufweisen, wie z.B. Plyamid;
Harz, das Karboxylradikale aufweist, wie z.B. Polykarbonat; Harz,
das Aldehydradikale aufweist, wie z.B. Polyaczetal; Harz, das Sulfonradikale
aufweist, wie z.B. Polysulfon; andere Harze, wie z.B. Flüssigkristallpolymere
und Verbindungen davon oder von hoher Tintenfestigkeit, z.B. ein
Metall wie Gold, Wolfram Tantal, Nickel, Edelstahl oder Titan oder
Legierungen davon oder Substanzen, deren Oberfläche mit solchen Metallen oder
Legierungen überzogen
ist; Harz, das Amidradikale aufweist, wie z.B. Polyamid, Harz, das
Aldehydradikale aufweist, wie z.B. Polyacetal, Harz, das Ketonradikale
aufweist, wie z.B. Polyätherätherketon,
Harz, das Imidradikale aufweist, wie z.B. Polyimid, Harz, das Hydroxylradikale
aufweist, wie z.B. Phenolharz, Harz, das Äthylradikale aufweist, wie
z.B. Polyäthylen,
Harz, das Alkylradikale aufweist, wie z.B. Polypropylen, Harz, das
Epoxyradikale aufweist, wie z.B. Epoxydharz, Harz, das Aminoradikale
aufweist, wie z.B. Melaminharz, Harz, das Methylolradikale aufweist,
wie z.B. Xylenharz und deren Verbindungen oder Keramik, wie z.B.
Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid oder deren Verbindungen. Das
bewegliche Element in der vorliegenden Er findung weist eine Dicke
in der Größenordnung
von Mikrometern auf.
-
Im
Folgenden werden die Anordnungsbeziehungen zwischen dem Wärmeerzeugungselement
und dem beweglichen Element erklärt.
Die optimale Anordnung des Wärmeerzeugungselementes 2 und
des beweglichen Elementes 31 erlaubt es, den Flüssigkeitsfluß bei der
Blasenerzeugung durch das Wärmeerzeugungselement 2 in
geeigneter Weise zu steuern und effektiv zu nutzen.
-
Bei
der konventionellen Technologie des sogenannten Blasenausstoß-Aufzeichnungsverfahrens, nämlich dem
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, im dem Energie, wie z.B. Wärme an die
Tinte übertragen wird,
um eine Zustandsänderung
zu erzeugen, die eine schnelle Volumenänderung (Blasenbildung) in
der Tinte bewirkt und die Tinte durch eine Ausstoßöffnung,
durch die auf eine solche Zustandsänderung basierende Wirkungskraft,
ausgestoßen
und auf einem Aufzeichnungsmedium abgelegt wird, um ein Bild zu
formen, ist die Fläche
des Wärmeerzeugungselementes
proportional zu der Menge des Tintenausstoßes, wie in 8 gezeigt,
aber es gibt einen nicht wirksamen Blasenerzeugungsbereich S, der
nicht zum Tintenausstoß beiträgt. Basierend
auf einem Zustand der Bildung von Ablagerungen auf dem Wärmeerzeugungselement 2,
ist es bekannt, daß ein
derartiger unwirksamer Blasenerzeugungsbereich S um das Wärmeerzeugungselement
herum vorhanden ist. Basierend auf diesen Ergebnissen wird angenommen,
daß eine
Fläche
mit einer Breite von 4 μm
um das Wärmeerzeugungselement
herum nicht zur Blasenerzeugung beiträgt.
-
Daher
kann, um den Druck der erzeugten Blase effektiv zu nutzen, direkt
oberhalb einer Fläche
des Wärmeerzeugungselementes
innerhalb einer solchen Umfangsfläche mit einer Brei te von ca.
4 μm auf
das bewegliche Element eingewirkt werden. In der vorliegenden Erfindung
ist es dennoch, unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß ein
Zustand, wo der Zuströmabschnitt
und der Abströmabschnitt
der Blase ungefähr
im Zentrum (in der Praxis in einem Bereich von ± 10 μm in bezug auf die Mitte entlang
dem Flüssigkeitsstrom)
des Blasenerzeugungsbereiches unabhängig auf den Flüssigkeitsstrom
im Flüssigkeitsströmungskanal
einwirkt und ein Zustand, wo die Blase als Ganzes auf den Flüssigkeitsstrom
einwirkt, getrennt werden kann, ist es extrem wichtig, das bewegliche
Element so zu positionieren, daß nur
ein Abschnitt zuströmseitig
des vorgenannten Zentrums der beweglichen Fläche des beweglichen Elementes
gegenüber
liegt. In den vorangegangenen Ausführungsformen wird der effektive
Blasenerzeugungsbereich als eine Fläche im Wärmeerzeugungsbereich an der
Umfangsfläche
mit einer Breite von ca. 4 μm
angesehen, aber eine solche Flächen
ist nicht auf eine solche Festlegung begrenzt, und hängt von
der Art des Wärmeerzeugungselementes
und seines Herstellungsverfahrens ab.
-
Wie
in 7 gezeigt, kann das bewegliche Element 31 mit
einem Vorsprung 31a versehen sein (hiernach "Abwärtsvorsprung" genannt), der nahe
am Blasenerzeugungsbereich angeordnet ist und zur Grundträgerschicht 1 hin
hervorsteht. Der Abwärtsvorsprung 31a dient
der Unterdrückung
der Blase, die im Blasenerzeugungsbereich in Rückwärtsrichtung (nach der Zuströmseite hin)
erzeugt wird und erlaubt es, das Rückwärtswachstum der Blase im Vergleich
zu einem Fall ohne solche Unterseitenvorsprünge 31a zu reduzieren. Das
Unterdrücken
des Rückwärtswachstums
der Blase 40 veranlaßt
die Ausstoßenergie
wirksam zum Tintenausstoß beizutragen.
-
Der
nach unten gerichtete Vorsprung 31a wird vorzugsweise an
einer Position angeordnet, die zumindest vom gestuften Ab schnitt
um das Wärmeerzeugungselement 2 getrennt
ist, da es in Kontakt mit der Grundträgerschicht 1 kommen
kann, wenn das bewegliche Element 31 zur Grundträgerschicht 1 hin
verschoben wird. Genauer gesagt, der abwärts gerichtete Vorsprung 31a ist
mindestens um 5 μm
vom wirksamen Blasenerzeugungsbereich getrennt. Er kann jedoch seine
Wirkung bei der Unterdrückung
des Rückwärtswachstums der
Blase nicht ausüben,
wenn er übermäßig weit
vom Blasenerzeugungsbereich entfernt ist, so daß er vorzugsweise innerhalb
des Raumes vom wirksamen Blasenerzeugungsbereich des Wärmeerzeugungselementes 2 bis
ungefähr
der Hälfte
der Länge
des Wärmeerzeugungselementes
angeordnet werden sollte. Genauer, in der vorliegenden Ausführungsform
beträgt
die Entfernung vom wirksamen Blasenerzeugungsbereich bis zu den
abwärts
gerichteten Vorsprüngen 31a ungefähr 45 μm und soll
vorzugsweise 30 μm,
noch besser 20 μm, nicht überschreiten.
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Auch
die Höhe
des abwärts
gerichteten Vorsprungs 31a ist ungefähr gleich oder kleiner als
die Entfernung zwischen dem beweglichen Element 31 und
der Grundträgerschicht 1,
wobei in der vorliegenden Ausführungsform
ein geringfügiger
Freiraum zwischen dem Ende der abwärts gerichteten Vorsprünge 31a und
der Grundträgerschicht
ausgebildet ist.
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Ein
solcher abwärts
gerichteter Vorsprung 31a unterdrückt die Ausdehnung der Blase 40,
die im Blasenerzeugungsbereich erzeugt wird, nach der Zuströmseite durch
den Abstand zwischen dem beweglichen Element 31 und der
Grundträgerschicht 1 hindurch,
wobei die Flüssigkeitsbewegung
nach der Zuströmseite weiter
verringert und die Nachfülleigenschaften
weiter verbessert werden.
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Auch
im Fall einer Blasenerzeugung in einer Flüssigkeit mit einem solchen
beweglichen Element 31 schließt der abwärts gerichtete Vorsprung 31a im
Anfangsstadium der Blasenbildung, wo das Blasenwachstum hoch ist,
im wesentlichen den Blasenerzeugungsbereich auf der Zuströmseite.
Daher breitet sich die Druckwelle, die durch die Blasenbildung erzeugt
wird, nicht nach der Zuströmseite
aus, wobei die Druckwelle wirksam zur Abströmseite hin gerichtet wird und
so zum Tintenausstoß beitragen
kann.
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Auch
bei der Aufzeichnungsvorrichtung, die ein solches bewegliches Element 31 verwendet,
ist es möglich
die Flüssigkeitströpfchen nacheinander
aus der gleichen Ausstoßöffnung 18 auszustoßen und
die zahlreichen ausgestoßenen
Flüssigkeitströpfchen zu
vereinigen, um dadurch die Aufzeichnung von mehreren Gradationsstufen
zu realisieren.
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(Die Grundträgerschicht)
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Im
Folgenden wird hier die Konfiguration der Grundträgerschicht 1 erläutert. 9A und 9B sind schematische
Schnittansichten des Flüssigkeitsausstoßkopfes
einer Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit bzw.
ohne eine Schutzfolie, die später
erläutert
wird. Auf der Grundträgerschicht 1 ist
eine Deckplatte 50 ausgebildet mit Nuten zur Bildung der
Flüssigkeitsströmungskanäle 10,
den Ausstoßöffnungen 18,
die mit den Flüssigkeitsströmungskanälen 10,
dem Bereich mit geringem Strömungswiderstand 65 und
der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in
Verbindung stehen.
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Die
Grundträgerschicht 1 wird
durch Aufbringen eines Siliziumoxid- oder Siliziumnitridfilmes 106 zur Isolierung
und Wärmespeicherung
auf einer Trägerschicht 107,
z.B. aus Silizium, ausgebildet, und darauf wird eine elektrische
Widerstandsschicht 105 (0,01 bis 0,2 μm dick) aus Hafniumborid (HfB2), Tantalnitrid (TaN) oder Tantalaluminium
TaAl) als Schablone aufgebracht, die die Wärmeerzeugungselemente 2 und die
Verdrahtungselektroden 104, (0,2 bis 1,0 μm dick) z.B.
aus Aluminium, bilden, wie in 9A gezeigt.
Eine Spannung wird über
die Verdrahtungselektroden 106 an die Widerstandsschicht 105 angelegt,
wobei ein Strom zur Erzeugung von Wärme in der Widerstandsschicht
erzeugt wird. Auf der Widerstandsschicht zwischen den Verdrahtungselektroden 104 wird
eine Schutzschicht 103 aus Siliziumoxid mit einer Dicke
von 0,1 bis 2,0 μm
ausgebildet und darauf eine Antikavitationsschicht 102,
(0,1 bis 0,6 μm
dick) z.B. aus Tantal, um die Widerstandsschicht 105 vor
den verschiedenen Flüssigkeiten,
wie z.B. Tinte, zu schützen.
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Da
die Druck- oder Stoßwelle,
die bei der Erzeugung oder Auslöschung
der Blase 40 gebildet wird, sehr stark ist und die Festigkeit
der harten und spröden
Oxidschicht beeinträchtigt,
wird eine Antikavitationsschicht 102 aus einem metallischen
Material, wie z.B. Tantal, verwendet.
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Auch
kann die Widerstandsschicht 105 so aufgebaut sein, daß durch
eine geeignete Kombination der Flüssigkeit, der Konfiguration
des Flüssigkeitsströmungskanals 10 und
des Materials, aus dem die Widerstandsschicht besteht, auf die Schutzschicht 103 verzichtet
werden kann, wie in 9B gezeigt. Eine solche Widerstandsschicht 105,
die keine Schutzschicht 103 erfordert, kann z.B. aus einer
Iridium-Tantal-Aluminium-Legierung
zusammengesetzt sein.
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Daher
kann das vorgenannte Wärmeerzeugungselement 2 aufgebaut
werden, indem die elektrische Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsbereich) 105 zwischen
die Drahtelektroden 104 positioniert wird, oder es kann
die Schutzschicht 102 zum Schutz der elektrischen Widerstandsschicht 105 einschließen.
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In
der vorangegangenen Beschreibung ist das Wärmeerzeugungselement 2 aus
einer elektrischen Widerstandsschicht 105 aufgebaut, die
Wärme als
Reaktion auf ein elektrisches Signal erzeugt, aber ein solcher Aufbau
ist nicht eingeschränkt
und es kann eine jede Konfiguration verwendet werden, die in der
Lage ist, in der Flüssigkeit
eine Blase zu bilden, die für
das Ausstoßen
der Flüssigkeit
ausreicht. Zum Beispiel, der Wärmeerzeugungsabschnitt
kann aus einem optothermischen Wandler aufgebaut sein, der Wärme als
Reaktion auf Licht, wie z.B. Laserlicht, erzeugt oder aus einem
Element, das Wärme
als Reaktion auf eine Hochfrequenzwelle erzeugt.
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Die
vorgenannte Grundträgerschicht 1 kann
zusätzlich
zu den elektrothermischen Wandlern, die aus einer elektrischen Widerstandsschicht 105 und
den Verdrahtungselektroden 104, zur Versorgung der Widerstandsschicht 105 mit
einem elektrischen Signal, bestehen, auch Funktionselemente, die
integral durch einen Halbleiterfertigungsprozeß aufgebracht werden, wie z.B.
Transistoren, Dioden, Zwischenspeicher Schieberegister usw., aufweisen,
um die elektrothermischen Wandler selektiv anzusteuern.
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Um
Flüssigkeit
durch Ansteuern des Wärmeerzeugungsabschnittes
des elektrothermischen Wandlers, der auf der vorgenannten Trägerschicht
angeordnet ist, auszustoßen,
wird ein Rechteckimpuls, wie in 10 gezeigt,
an die Widerstandsschicht 105 über die Verdrahtungselektroden 104 angelegt,
um eine schnelle Wärmeerzeugung
in der Widerstandsschicht 105 zwischen den Verdrahtungselektroden 104 hervorzurufen.
In den Köpfen
der vorausgehenden Ausführungsformen
wurde das Wärmeerzeugungselement 2 in der
vorgenannten Weise durch eine Spannung von 24 V bei einer Pulsdauer
von ca. 4 μsec,
einem Strom von ca. 100 mA und einer Ansteuerfrequenz von 6 kHz
oder höher
angesteuert, um Tinte aus der Ausstoßöffnung auszustoßen. Dennoch
ist das Ansteuersignal nicht auf solche Bedingung beschränkt, sondern
es kann jede Bedingung sein, die geeignet ist, geeignete Blasen
in der Flüssigkeit
zu bilden.
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(Ausstoßflüssigkeit)
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Unter
den Flüssigkeiten,
die zur Aufzeichnung verwendet werden (Aufzeichnungsflüssigkeit)
kann Tinte in einer Zusammensetzung sein, wie sie in konventionellen
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen verwendet wird.
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Außerdem kann
Flüssigkeit
mit schlechten Blasenerzeugungseigenschaften verwendet werden, die sich
konventionell schwierig ausstoßen
läßt, oder
Flüssigkeit,
die sich durch Wärme
leicht zersetzt oder verschlechtert oder Flüssigkeit von hoher Viskosität. Dennoch
sollte eine solche Flüssigkeit
den Ausstoß,
die Blasenerzeugung oder die Funktion des beweglichen Elementes
31 nicht
behindern. Es kann auch Tinte von hoher Viskosität als Aufzeichnungsflüssigkeit
verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Aufzeichnung
mit einer Tinte folgender Zusammensetzung als Aufzeichnungsflüssigkeit
ausgeführt.
Da die Ausstoßgeschwindigkeit
der Tinte aufgrund der höheren
Ausstoßkraft
vergrößert wurde,
wurde die Landungsgenauigkeit der Flüssigkeitströpfchen verbessert, um eine
sehr zufriedenstellendes aufgezeichnetes Bild zu erhalten. Zusammensetzung
der Farbtinte
| Farbstoff
C-1 („food
black" 2) | 3
Gew.% |
| Diethylenglykol | 10
Gew.% |
| Thiodiglykol | 5
Gew.% |
| Äthanol | 5
Gew.% |
| Wasser | 77
Gew.% |
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(Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes)
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11 ist
eine perspektivische Explosionszeichnung die die gesamte Konfiguration
des Flüssigkeitsausstoßkopfes
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In
diesem Flüssigkeitsausstoßkopf stützt ein
Stützelement 70,
z.B. aus Aluminium, die Grundträgerschicht 1,
die eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen
trägt.
Darauf ist ein Stützelement 34 ausgebildet, das
die beweglichen Elemente 31 auf eine Weise abstützt, daß jedes
bewegliche Element 31 der Hälfte jedes Wärmeerzeugungselementes 2 auf
der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 gegenüberliegt.
Ebenfalls ist darauf eine Deckplatte 50 angeordnet, die
eine Vielzahl Nuten aufweist, um die Flüssigkeitsströmungskanäle 10 zu
bilden und eine Aussparung, die die gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 bildet.
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(Aufzeichnungsvorrichtung)
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13 zeigt
schematisch eine Aufzeichnungsvorrichtung die einen Flüssigkeitsausstoßkopf der
in 1 und 2 oder in 12A und 12B beschriebenen
Konfiguration verwendet. Im Folgenden wird eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung
erläutert,
die Tinte als Ausstoßflüssigkeit
verwendet. Der Wagen HC der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
trägt eine
Kopfkartusche, in der ein Flüssigkeitsbehälter 90,
der die Tinte enthält,
und ein Flüssigkeitsausstoßkopf 200 abnehmbar
angebracht ist, und führt
eine Hin- und Herbewegung über
die gesamte Breite des Aufzeichnungsmediums 150, wie z.B.
Aufzeichnungsblatt aus, das durch ein Aufzeichnungsmediumtransportmittel
transportiert wird.
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Als
Reaktion auf die Zuführung
eines Ansteuersignals von einer nicht dargestellten Signalquelle
an die Flüssigkeitsausstoßmittel
auf dem Wagen HC, stößt der Flüssigkeitsausstoß kopf Aufzeichnungsflüssigkeit
auf das Aufzeichnungsmedium 150 aus.
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Die
Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Motor 111 zum
Antrieb des Aufzeichnungsmediumtransportmittels und des Wagens,
den Getrieben 112, 113 zur Übertragung der Antriebskraft
von der Antriebsquelle an den Wagen, einer Wagenwelle 115 usw.
ausgestattet. Eine zufriedenstellende Bildaufzeichnung kann durch
das Ausstoßen
von Ausstoßflüssigkeit
auf ein Aufzeichnungsmedium durch die vorstehend beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung
und durch das von einer solchen Aufzeichnungsvorrichtung ausgeführte Aufzeichnungsverfahren,
erreicht werden.
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14 ist
ein Blockdiagramm der gesamten Vorrichtung, um einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der
in der Lage ist, das Aufzeichnungsverfahren der vorliegenden Erfindung
auszuführen,
eine Tintenstrahlaufzeichnung durchführen zu lassen.
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Die
Aufzeichnungsvorrichtung erhält
die Druckinformation als Steuersignal von einem Hostcomputer 300.
Die Druckinformation wird in einem Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 301 in
der Aufzeichnungsvorrichtung zwischengespeichert und gleichzeitig
in Daten umgewandelt, die von ihr ausgeführt werden können und
dann in eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 302 eingegeben,
die auch als Kopfansteuersignalvorrichtung dient. Die CPU 302 verarbeitet
die eingegebenen Daten unter Verwendung von peripheren Einrichtungen
wie z.B. einem RAM 304 und auf der Basis eines Steuerprogramms,
das in einem ROM 303 gespeichert ist, wobei eine Unwandlung
in Druckdaten (Bilddaten) erfolgt.
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Die
CPU 302 bereitet auch die Steuerdaten für einen Antriebsmotor 306 vor,
um das Aufzeichnungsblatt und den Wagen HC, der den Flüssigkeitsausstoßkopf aufnimmt,
in Gleichlauf mit den Druckdaten zu bewegen, um die Druckdaten an
einer geeigneten Stelle des Aufzeichnungsblattes aufzuzeichnen.
Die Bilddaten beziehungsweise die Motorsteuerdaten werden durch
einen Kopftreiber 307 und einen Motortreiber 305 an den
Flüssigkeitsausstoßkopf 200 und
den Antriebsmotor 306 in einem entsprechend gesteuerten
Zeitablauf übertragen,
um das Bild zu erzeugen.
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Das
Aufzeichnungsmedium 150, das in einer solchen Aufzeichnungsvorrichtung
zur Aufbringung von Flüssigkeit
wie z.B. Tinte verwendet wird können
verschiedene Papiere, eine Overheadfolie oder ein Plastikmaterial,
das bei einer Kompaktdisk oder einer Dekorationstafel verwendet
wird, Tuch, ein metallisches Material wie z.B. Aluminium oder Kupfer,
Ledermaterial wie z.B. Kuhhaut, Schweinehaut oder synthetisches
Leder oder ein Holzmaterial, wie z.B. Sperrholz, Bambus, Keramik,
wie z.B. eine Kachel oder ein 3-dimensional geformtes Material,
wie z.B. Schwamm sein.
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Die
Aufzeichnungsvorrichtung beinhaltet auch ein Druckgerät zur Aufzeichnung
auf verschiedene Papiere oder Overheadfolien, ein Plastik-Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen
auf Plastik, wie z.B. eine Kompaktdisk, ein Metall-Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnung
auf eine Metallplatte, ein Leder-Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung
auf Leder, ein Holz-Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen
auf hölzernem
Material, ein Keramik-Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen auf Keramik,
eine Aufzeichnungsausrüstung
zum Aufzeichnen auf 3-dimensionale, netzstrukturierte Stoffe, wie
z.B. einen Schwamm und ein Färbegerät zum Aufzeichnung auf
Stoff.
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Auch
die in einer solchen Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
zu verwendende Ausstoßflüssigkeit
kann entsprechend dem jewei ligen Aufzeichnungsmedium und den Aufzeichnungsbedingungen
ausgewählt
werden.
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Wie
im Vorstehenden erklärt,
unterdrückt
der Ventilmechanismus des beweglichen Elementes der Aufzeichnungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung die Flüssigkeitsbewegung in Zuströmrichtung,
die von der Rückwärtswelle
oder Druckwelle in Richtung der Zuströmseite herrührt und füllt dabei beim Blasenschwund Flüssigkeit
in den Flüssigkeitsströmungskanal.
Auch im nachfolgenden Ausstoßvorgang,
wird die zweite oder nachfolgende Blasenbildung in der Flüssigkeit
gestartet, während
das bewegliche Element noch verschoben ist, um das Flüssigkeitströpfchen effektiver
auszustoßen
als das vorhergehende Flüssigkeitströpfchen und
die mehrfachen Flüssigkeitströpfchen vereinigt
auf dem Aufzeichnungsmedium abzusetzen.
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So
wird es möglich
gemacht, Flüssigkeitströpfchen mit
verschiedenen Mengen aus derselben Düse auszustoßen und dabei eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die in der Lage ist, eine Aufzeichnung mit vielen Gradationsstufen
und eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung mit hoher Bildqualität zu realisieren.