DE69619773T2

DE69619773T2 - Verfahren zum Ausstossen von Flüssigkeit, Flüssigkeitsausstosskopf und Vorrichtung zum Ausstossen von Flüssigkeit

Info

Publication number: DE69619773T2
Application number: DE69619773T
Authority: DE
Inventors: Yoshie Asakawa; Toshio Kashino; Ohta-Ku Kudo Kiyomitsu; Takeshi Okazaki; Aya Yoshihira
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: CA2192026A1; DE69619773D1; EP0778133A2; US6154237A; EP0778133A3; CA2192026C; EP0778133B1; AU7418996A; CN1157778A; AU707573B2; CN1093039C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, einen Flüssigkeitsausstoßkopf und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, wobei eine gewünschte Flüssigkeit durch Erzeugung einer Blase durch Aufbringung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit ausgestoßen wird.
Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf, ein Flüssigkeitsausstoßverfahren und eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, bei denen ein bewegliches Element Verwendung findet, das durch Erzeugung der Blase verschiebbar ist.
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar bei entsprechenden Geräten, wie einem Drucker, einem Kopiergerät, einem Faxgerät mit einem Kommunikationssystem, einem Bordprozessor mit einem Druckerteil u. ä. und einer industriellen Aufzeichnungsvorrichtung, die mit einer Verarbeitungsvorrichtung oder verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen kombiniert ist, wobei die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmaterial, wie Papier, Fadenmaterial, Fasermaterial, textilem Material, Leder, Metall, Kunststoffharzmaterial, Glas, Holz, Keramik etc. durchgeführt wird. Sie findet ferner Anwendung bei einer industriellen Druck- oder Aufzeichnungsvorrichtung, die mit verschiedenen Verarbeitungsvorrichtungen kombiniert ist.
In dieser Beschreibung bedeutet "Aufzeichnung" nicht nur das Ausbilden eines Bildes aus Buchstaben, das Ausbilden einer Figur u. ä. mit speziellen Bedeutungen, sondern umfaßt auch das Ausbilden eines Bildes, eines Musters, das keine spezielle Bedeutung besitzt.
Ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren vom sogenannten Bubble-Jet-Typ ist bekannt. Hierbei wird eine sofortige Zustandsänderung, die zu einer sofortigen Volumenänderung führt (Blasenerzeugung), durch Aufbringung von Energie, wie Wärmeenergie, verursacht, um Tinte durch eine Ausstoßöffnung mit der aus der Zustandsänderung resultierenden Kraft auszustoßen, so dass die Tinte auf einem Aufzeichnungsmaterial abgelagert und eine Bilderzeugung durchgeführt wird. Wie in der US-PS 4 723 129 etc. beschrieben, umfaßt eine Aufzeichnungsvorrichtung unter Anwendung dieses Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahrens einen Ausstoßauslaß, eine Tintenströmungsbahn in Strömungsmittelverbindung mit dem Ausstoßauslaß und einen elektrothermischen Wandler als Energieerzeugungseinrichtung, der in der Tintenströmungsbahn angeordnet ist.
Ein solches Aufzeichnungsverfahren ist insofern vorteilhaft, als dass ein Bild hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit und geringem Geräuschpegel aufgezeichnet und eine Vielzahl von solchen Ausstoßauslässen mit hoher Dichte angeordnet werden kann, so dass daher eine Aufzeichnungsvorrichtung geringer Größe, die eine hohe Auflösung liefert, zur Verfügung gestellt werden kann und Farbbilder in einfacher Weise erzeugt werden können. Daher findet das Bubble- Jet-Aufzeichnungsverfahren nunmehr in großem Umfang Anwendung in Druckern, Kopiergeräten, Faxgeräten und anderen Bürogeräten sowie industriellen Systemen, wie Textildruckvorrichtungen o. ä.
Mit einer Zunahme des Bedarfes an der Bubble-Jet-Technik sind in neuerer Zeit verschiedene Anforderungen an diese Technik gestellt worden.
Beispielsweise wird eine Verbesserung der Effizienz der Energienutzung gefordert. Um dieser Forderung gerecht zu werden, wurde die Optimierung des Wärmeerzeugungselementes, beispielsweise die Einstellung der Dicke des Schutzfilmes, untersucht. Dieses Verfahren ist effektiv, da die Effizienz der Fortpflanzung der erzeugten Wärme auf die Flüssigkeit verbessert wird.
Um Bilder hoher Qualität zu liefern, sind Antriebsbedingungen vorgeschlagen worden, durch die die Tintenausstoßgeschwindigkeit erhöht und/oder die Blasenerzeugung stabilisiert wird, um einen besseren Tintenausstoß zu erreichen. Als anderes Beispiel in bezug auf eine Erhöhung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit sind Verbesserungen der Strömungskanalausbildung vorgeschlagen worden, mit denen die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsfüllung (erneuten Füllung) des Flüssigkeitsströmungskanales erhöht wird.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung SHO-63-197652 und SHO- 63-199972 werden beispielsweise Strömungskanalkonstruktionen vorgeschlagen, wie sie in den Fig. 1(a) und 1(b) dargestellt sind. Die Strömungskanalkonstruktion oder das Kopfherstellverfahren, die in dieser Veröffentlichung beschrieben sind, wurden unter Berücksichtigung einer rückwärts gerichteten Welle konzipiert (der vom Ausstoßauslaß weg, genauer gesagt, in Richtung auf eine Flüssigkeitskammer 12 gerichteten Druckwelle, die mit der Erzeugung der Blase erzeugt wird).
Die US-PS 5 278 585 beschreibt eine Konstruktion zur Unterdrückung der rückwärts gerichteten Welle als solcher. Andererseits ist beim Bubble-Jet- Aufzeichnungsverfahren zu berücksichtigen, dass die Erhitzung mit dem in Kontakt mit der Tinte stehenden Wärmeerzeugungselement wiederholt wird, so dass daher verbranntes Material auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes abgeschieden werden kann. Je nach den Materialien der Tinte kann die Menge dieser Abscheidung groß sein. Wenn eine solche Abscheidung auftritt, wird der Tintenausstoß unbeständig. Selbst wenn die auszustoßende Flüssigkeit eine solche ist, die durch Wärme leicht zersetzt wird, oder selbst wenn die Flüssigkeit eine solche ist, mit der keine ausreichende Blase erzeugt wird, soll jedoch die Flüssigkeit in einem guten Zustand ohne Änderung der Eigenschaften ausgestoßen werden.
Die japanische Offenlegungsschrift SHO-61-69467, die japanische Offenlegungsschrift SHO-55-81172 und die US-PS 4 480 259 offenbaren, dass unterschiedliche Flüssigkeiten für die die Blase durch Wärme erzeugende Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit) und für die auszustoßende Flüssigkeit t (Ausstoßflüssigkeit) verwendet werden. Gemäß diesen Veröffentlichungen sind die Tinte als Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit durch einen flexiblen Film aus Silikonkautschuk o. ä. vollständig getrennt, um einen direkten Kontakt der Ausstoßflüssigkeit mit dem Wärmeerzeugungselement zu verhindern, während sich der aus der Blasenerzeugung der Blasenerzeugungsflüssigkeit resultierende Druck durch die Verformung des flexiblen Filmes zur Ausstoßflüssigkeit fortpflanzt. Mit einer derartigen Konstruktion werden eine Materialabscheidung auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes verhindert und der Auswahlbereich der Ausstoßflüssigkeit vergrößert.
Bei dieser Konstruktion, bei der die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit vollständig getrennt sind, pflanzt sich jedoch der durch die Blasenerzeugung erzeugte Druck durch die Expansions-Kontraktions-Verformung des flexiblen Filmes zur Ausstoßflüssigkeit fort, so dass daher der Druck vom flexiblen Film in einem ziemlich hohen Ausmaß absorbiert wird. Ferner ist die Verformung des flexiblen Filmes nicht so groß, so dass daher die Effizienz der Energienutzung und die Ausstoßkraft verringert werden, obwohl ein gewisser Effekt durch die Trennung zwischen der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit erreicht wird. Die EP-A-0435047 beschreibt einen Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, bei dem der Tintenausstoß auch durch Erzeugung einer Blase von einer Heizeinrichtung verursacht wird. Mindestens ein mechanisches Ventil ist im Tintenkanal vorgesehen, um eine Ausdehnung der Blase in Richtung auf den Tintenspeicher zu verhindern. Bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung schließt ein erstes Ventil, das aufstromseitig der Heizeinrichtung angeordnet ist, die Tintenzuführbahn zum Blasenerzeugungsbereich in Abhängigkeit vom Blasendruck, während sich ein zweites Ventil, das abstromseitig der Heizeinrichtung angeordnet ist, in Abhängigkeit vom Blasendruck öffnet, um einen Tintenausstoß aus dem Ausstoßauslaß zu ermöglichen.
Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkeitsausstoßverfahren und einen Flüssigkeitsausstoßkopf zur Verfügung zu stellen, bei denen eine erzeugte Blase gesteuert und auf wirksame Weise vom beweglichen Element so gerichtet wird, dass die Ausstoßeffizienz und die Ausstoßkraft erhöht werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Patentanspruch 1 geschaffen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 15 zur Verfügung gestellt.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung vor, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf besitzt, der gemäß dem zweiten Aspekt ausgebildet ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, einen Flüssigkeitsausstoßkopf o. ä. zur Verfügung, bei denen die Ausstoßeffizienz und die Ausstoßkraft weiter verbessert sind und die Wärmespeicherung in der Flüssigkeit am Wärmeerzeugungselement signifikant verringert ist, ferner die Flüssigkeit in gutem Zustand ausgestoßen wird, indem die restliche Blase am Wärmeerzeugungselement reduziert wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht einen Flüssigkeitsausstoßkopf o. ä. vor, bei dem im Gebrauch Trägheitskräfte infolge einer rückwärts gerichteten Welle in einer Richtung entgegengesetzt zur Flüssigkeitszuführrichtung durch eine Ventilfunktion eines beweglichen Elementes unterdrückt werden und gleichzeitig damit eine Meniskuszurückziehgröße reduziert wird, so dass die Auffüllfrequenz erhöht und dadurch die Druckgeschwindigkeit o. ä. verbessert wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Flüssigkeitsausstoßkopf etc. zur Verfügung, bei dem die Abscheidung von Restmaterial auf dem Wärmeerzeugungselement im Gebrauch reduziert und der Bereich der verwendbaren Flüssigkeiten erweitert wird und desweiteren die Ausstoßeffizienz und die Ausstoßkraft signifikant erhöht werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, einen Flüssigkeitsausstoßkopf etc. vor, bei denen die Auswahl der auszustoßenden Flüssigkeit erweitert ist.
Bei einem die vorliegende Erfindung verkörpernden Verfahren ist das bewegliche Element bereits verschoben worden, wenn die Blase zum Ausstoßen der Flüssigkeit erzeugt wird, so dass das Wachstum der Blase an der Seite des freien Endes in wirksamer Weise auf die Seite des Ausstoßauslasses zu gerichtet werden kann, um auf diese Weise die Ausstoßeffizienz und/oder die Ausstoßkraft zu verbessern.
In dieser Beschreibung sind die Begriffe "aufstromseitig" und "abstromseitig" in bezug auf die generelle Flüssigkeitsströmung von einer Flüssigkeitsversorgungsquelle bis zum Ausstoßauslaß durch den Blasenerzeugungsbereich (bewegliches Element) definiert.
Was die Blase als solche anbetrifft, so ist der Begriff "abstromseitig" von der Blase aus zur Ausstoßauslaßseite hin, bei der das Flüssigkeitströpfchen direkt ausgestoßen wird, definiert. Genauer gesagt, "abstromseitig" bedeutet allgemein von der Mitte der Blase aus in Richtung des allgemeinen Flüssigkeitsstromes oder von der Mitte des Bereiches des Wärmeerzeugungselementes aus.
In dieser Beschreibung bedeutet "im wesentlichen abgedichtet" generell einen abgedichteten Zustand in einem solchen Ausmaß, dass beim Wachsen der Blase diese nicht durch einen Spalt (Schlitz) um das bewegliche Element herum vor Bewegung des beweglichen Elementes entweicht.
Die Bezeichnung "Trennwand" kann eine Wand (die das bewegliche Element einschließen kann) bedeuten, die so angeordnet ist, dass sie den Bereich, der in direkter Strömungsmittelverbindung mit dem Ausstoßauslaß steht, vom Blasenerzeugungsbereich trennt. Noch spezieller bedeutet dieser Begriff eine Wand, die die Strömungsbahn einschließlich des Blasenerzeugungsbereiches an der Flüssigkeitsströmungsbahn in direkter Strömungsmittelverbindung mit dem Ausstoßauslaß trennt und somit eine Vermischung der Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsströmungsbahnen verhindert.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
Fig. 1 eine Flüssigkeitsströmungskanalkonstruktion eines herkömmlichen Flüsskeitsausstoßkopfes;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Beispiels eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine teilweise weggebrochen perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Druckfortpflanzung von einer Blase in einem herkömmlichen Kopf;
Fig. 5 eine schematische Ansicht der Druckfortpflanzung von einer Blase in einem Kopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 schematische Schnittansichten, die ein Flüssigkeitsausstoßverfahren unter Verwendung eines Flüssigkeitsausstoßkopfes bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verdeutlichen, wobei (a), (b), (c) und (d) verschiedene Schritte zeigen;
Fig. 7 ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel des Antriebes eines ersten Wärmeerzeugungselementes und zweiten Wärmeerzeugungselementes zeigt, die bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung finden;
Fig. 8 eine schematische Ansicht des Flüssigkeitsstromes in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Schnittansicht eines modifizierten Beispiels einer ersten Flüssigkeitsströmungsbahn eines Flüssigkeitsausstoßkopfes;
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht, die die Beziehung zwischen einem beweglichen Element eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, der Blase und der Ausstoßflüssigkeit bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 eine schematische Schnittansicht eines Herstellverfahrens eines beweglichen Elementes eines Flüssigkeitsausstoßkopfes bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei (a), (b), (c) und (d) verschiedene Schritte zeigen;
Fig. 13 ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel des Antriebes eines ersten Wärmeerzeugungselementes und eines zweiten Wärmeerzeugungselementes bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 14 eine schematische Schnittansicht in Strömungsrichtung der Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsausstoßkopf bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 eine teilweise weggebrochen perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 eine Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes (2 Wege) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 die Funktionsweise eines beweglichen Elementes;
Fig. 20 Ausführungsformen eines beweglichen Elementes und einer Flüssigkeitsströmungsbahn;
Fig. 21 eine weitere Ausführungsform des beweglichen Elementes;
Fig. 22 einen Längsschnitt eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 23 eine schematische Ansicht der Form eines Antriebsimpulses;
Fig. 24 eine Schnittansicht eines Zuführkanales eines Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 25 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Kopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 26 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche;
Fig. 27 eine schematische Darstellung einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung;
Fig. 28 ein Blockdiagramm der Vorrichtung; und
Fig. 29 eine Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßaufzeichnungssystems.
In Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen werden nunmehr die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

(Ausführungsform 1)

Bei dieser Ausführungsform betrifft die Beschreibung eine Verbesserung der Ausstoßkraft und/oder Ausstoßeffizienz durch Steuerung der Fortpflanzungsrichtung des Drucks, der aus der Erzeugung einer Blase zum Ausstoßen der Flüssigkeit resultiert, und durch Steuerung der Wachstumsrichtung der Blase. Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfes entlang einer Flüssigkeitsströmungsbahn bei dieser Ausführungsform, während Fig. 3 eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes ist. Der Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform umfaßt ein Wärmeerzeugungselement 2 (das bei dieser Ausführungsform ein erstes Wärmeerzeugungselement 2A und ein zweites Wärmeerzeugungselement 2B und eine Gesamtabmessung von 40 um · 105 um besitzt) als Ausstoßenergieerzeugungselement zur Zuführung von thermischer Energie zur Flüssigkeit, um diese auszustoßen, ein Elementsubstrat 1, auf dem das Wärmeerzeugungselement 2 vorgesehen ist, und eine Flüssigkeitsströmungsbahn 10, die über dem Elementsubstrat entsprechend dem Wärmeerzeugungselement 2 ausgebildet ist. Die Flüssigkeitsströmungsbahn 10 steht in Strömungsmittelverbindung mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur Zuführung der Flüssigkeit zu einer Vielzahl von solchen Flüssigkeitsströmungsbahnen 10, die in Strömungsmittelverbindung mit einer Vielzahl der Ausstoßauslässe 18 stehen.
Über dem Elementsubstrat in der Flüssigkeitsströmungsbahn 10 ist ein bewegliches Element oder eine Platte 31 in der Form eines Auslegers aus einem elastischen Material, wie Metall, so vorgesehen, dass es auf das Wärmeerzeugungselement 2 weist. Ein Ende des beweglichen Elementes ist an einer Gründung (Lagerelement) o. ä. vorgesehen, die durch Mustern eines lichtempfindlichen Harzmateriales auf der Wand der Flüssigkeitsströmungsbahn 10 oder dem Elementsubstrat ausgebildet ist. Durch diese Konstruktion wird das bewegliche Element gelagert, und es wird ein Drehpunkt (Drehabschnitt) 33 gebildet.
Das bewegliche Element 31 ist so angeordnet, dass es einen Drehpunkt (Drehabschnitt, der ein festes Ende bildet) 33 aufstromseitig in bezug auf die generelle Strömung der Flüssigkeit von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in Richtung auf den Ausstoßauslaß 18 durch das bewegliche Element 31, der durch den Ausstoßvorgang verursacht wird, besitzt, und ein freies Ende (freier Endabschnitt) 32 abstromseitig des Drehpunktes 33 aufweist. Das bewegliche Element 31 weist zum Wärmeerzeugungselement 2 mit einem Spalt von etwa 15 um, als ob es das Wärmeerzeugungselement 2 abdeckt. Ein Blasenerzeugungsbereich wird zwischen dem Wärmeerzeugungselement und dem beweglichen Element gebildet. Die Art, Form oder Position des Wärmeerzeugungselementes oder des beweglichen Elementes ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auch verändert werden, solange wie das Wachstum der Blase und die Fortpflanzung des Drucks gesteuert werden können. Um ein einfaches Verständnis der hiernach beschriebenen Flüssigkeitsströmung zu ermöglichen, wird die Flüssigkeitsströmungsbahn 10 vom beweglichen Element 31 in eine erste Flüssigkeitsströmungsbahn 14, die direkt mit dem Ausstoßauslaß 18 in Verbindung steht, und eine zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 16, die den Blasenerzeugungsbereich 11 und die Flüssigkeitszuführöffnung 12 aufweist, unterteilt.
Indem man das Wärmeerzeugungselement 2 Wärme erzeugen läßt, wird die Wärme auf die Flüssigkeit im Blasenerzeugungsbereich 11 zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2 aufgebracht, wodurch eine Blase durch das Filmsiedephänomen, wie in der US-PS 4 723 129 beschrieben, erzeugt wird. Die Blase und der durch die Erzeugung der Blase verursachte Druck wirken hauptsächlich auf das bewegliche Element ein, so dass sich das bewegliche Element 31 um den Drehpunkt 33 in einen weit offenen Zustand zur Ausstoßauslaßseite hin bewegt oder verschiebt. Durch die Verschiebung des beweglichen Elementes 31 oder den Zustand nach der Verschiebung erfolgt die Fortpflanzung des Drucks, der durch die Erzeugung der Blase und das Wachstum der Blase als solcher verursacht wird, in Richtung auf den Ausstoßauslaß.
Es wird nunmehr eines der grundsätzlichen Ausstoßprinzipien gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eines der wichtigen Prinzipien dieser Erfindung besteht darin, dass das bewegliche Element, das so angeordnet ist, dass es auf die Blase weist, aus der normalen ersten Position in die verschobene zweite Position auf der Basis des Drucks durch die Blasenerzeugung oder der Blase als solcher bewegt wird und dass das sich verschiebende oder verschobene bewegliche Element 31 den durch die Erzeugung der Blase und/oder das Wachstum der Blase als solcher hervorgerufenen Druck auf den Ausstoßauslaß 18 (abstromseitig) richten kann.
Es folgt nunmehr eine genauere Beschreibung eines Vergleiches zwischen der herkömmlichen Flüssigkeitsströmungskanalkonstruktion, bei der kein bewegliches Element Verwendung findet (Fig. 4), und der vorliegenden Erfindung ( Fig. 5). Die Fortpflanzungsrichtung des Drucks auf den Ausstoßauslaß ist mit VA bezeichnet. Die Fortpflanzungsrichtung des Drucks im aufstromseitigen Sinne ist mit VB bezeichnet.
Bei einem herkömmlichen Kopf, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, gibt es kein Konstruktionselement, das die Fortpflanzungsrichtung des von der Blase 40 erzeugten Drucks regulieren kann. Daher ist die Richtung der Druckfortpflanzung normal zur Oberfläche der Blase, wie mit V1-V8 bezeichnet, und in großem Ausmaß in den Kanal gerichtet. Von diesen Richtungen besitzen diejenigen der Druckfortpflanzung von im wesentlichen dem halben Abschnitt der Blase, der näher am Ausstoßauslaß liegt (V1-V4), Druckkomponenten in VA-Richtung, die am wirksamsten sind für den Flüssigkeitsausstoß. Dieser Abschnitt ist wichtig, da er direkt zur Effizienz des Flüssigkeitsausstoßes, dem Flüssigkeitsausstoßdruck und der Flüssigkeitsausstoßgeschwindigkeit beiträgt. Desweiteren ist die Komponente V1 am benachbartesten zur Richtung von VA, die ja Ausstoßrichtung ist, so dass daher diese Komponente besonders effektiv ist. V4 besitzt eine relativ kleine Komponente in Richtung VA.
Andererseits kann im Falle der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 5 gezeigt, das bewegliche Element 31 die Druckfortpflanzungsrichtungen V1-V4 der Blase, die sonst auf verschiedenartige Weise gerichtet sind, zur abstromseitigen Seite (Ausstoßauslaßseite) hin richten. Somit werden die Druckfortpflanzungseffekte der Blase 40 konzentriert, so dass der Druck der Blase 40 direkt und wirksam zum Ausstoß beiträgt. Die Wachstumsrichtung als solche der Blase wird in entsprechender Weise wie die Druckfortpflanzungsrichtungen V1-V4 zur abstromseitigen Seite hin gerichtet, so dass die Blase mehr zur abstromseitigen Seite als zur aufstromseitigen Seite hin wächst. Somit wird die Wachstumsrichtung der Blase als solche durch das bewegliche Element gesteuert und dadurch die Druckfortpflanzungsrichtung der Blase gesteuert, so dass die Ausstoßeffizienz, die Ausstoßkraft und die Ausstoßgeschwindigkeit o. ä. grundsätzlich verbessert werden.
In Verbindung mit Fig. 6 wird der Ausstoßvorgang im Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist der Antriebsimpuls ausgebildet wie in Fig. 7 gezeigt. Als Erstes wird das erste Wärmeerzeugungselement 2A mit einer vorgegebenen Impulsgröße versorgt, um eine Blase zu erzeugen, die groß genug ist, um das bewegliche Element zu verschieben, jedoch nicht groß genug ist, um die Flüssigkeit auszustoßen. Dann wird gleichzeitig mit dem Stoppen der Betätigung des ersten Wärmeerzeugungselementes 2A das zweite Wärmeerzeugungselement 2B mit einem Impuls versorgt, um eine Blase zu erzeugen, die größer ist als die, die vom ersten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugt wurde, und die groß genug ist, um die Flüssigkeit auszustoßen. In Verbindung mit Fig. 6 wird der Flüssigkeitsausstoß bei diesem Antriebssystem beschrieben.
Fig. 6(a) zeigt einen Zustand vor der Aufbringung von Energie als elektrische Energie auf das Wärmeerzeugungselement 2, so dass daher noch keine Wärme erzeugt worden ist. Das erste Wärmeerzeugungselement 2A ist an einer Stelle angeordnet, die benachbart zu dem freien Ende des beweglichen Elementes 31 angeordnet ist, und das zweite Wärmeerzeugungselement 2B ist benachbart zum festen Ende des beweglichen Elementes positioniert. Das bewegliche Element 31 erstreckt sich mindestens bis zu einem Abschnitt des vorderen Wärmeerzeugungselementes 2A in dieser Flüssigkeitsströmungskanalkonstruktion. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Operationseffizienz des beweglichen Elementes höher, wenn das bewegliche Element das Wärmeerzeugungselement 2A bedeckt. Fig. 6(b) zeigt einen ersten Blasenerzeugungsprozeß, bei dem das erste Wärmeerzeugungselement 2A mit elektrischer Energie o. ä. versorgt wird und das erste Wärmeerzeugungselement 2A Wärme erzeugt, durch die ein Teil der Flüssigkeit benachbart zum freien Ende des beweglichen Elementes 31 in einem Blasenerzeugungsbereich 11 erhitzt wird, so dass ein Filmsieden auftritt und eine Blase erzeugt wird.
Zu dieser Zeit wird das bewegliche Element 31 durch den durch die Erzeugung der Blase 40 verursachten Druck von der ersten Position zur zweiten Position verschoben und führt somit die Fortpflanzung des Drucks in Richtung auf den Ausstoßauslaß. Wie vorstehend beschrieben, ist das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31 abstromseitig (auf der Seite des Ausstoßauslasses) angeordnet, während der Drehpunkt 33 aufstromseitig (auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer) angeordnet ist, so dass mindestens ein Teil des beweglichen Elementes auf einen Teil des Wärmeerzeugungselementes 2A weist. Diese erste Blasenerzeugung reicht nicht aus, um die Flüssigkeit auszustoßen, reicht jedoch aus, um das bewegliche Element 31 zu verschieben.
Fig. 6(c) zeigt einen Zustand, in dem das zweite Wärmeerzeugungselement 2B mit elektrischer Energie o. ä. versorgt wird und die Wärme erzeugt, mit der ein Teil der Flüssigkeit benachbart zum festen Ende des beweglichen Elementes 31 im Blasenerzeugungsbereich 11 erhitzt wird, um ein Filmsieden zu bewirken, durch das eine Blase erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform besitzt das zweite Wärmeerzeugungselement 2B eine Fläche, die größer ist als die des ersten Wärmeerzeugungselementes 2A, so dass daher die vom zweiten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugte Blase größer ist als die vom ersten Wärmeerzeugungselement erzeugte Blase.
Während die zweite Blase 41 erzeugt wird, verkleinert sich die vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugte Blase. Das bewegliche Element 31 wird jedoch weiterhin durch den aus der Erzeugung der Blase 41 resultierenden Druck verschoben.
Fig. 6(d) zeigt einen Zustand, in dem die erzeugte Blase 41 mehr zur abstromseitigen Seite hin wächst als zur aufstromseitigen Seite hin über die erste Position des beweglichen Elementes hinaus. Da das bewegliche Element durch den Druck der Blase 40, der vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugt wurde, bereits geöffnet worden ist, wird der Druck der Blase 41, der vom zweiten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugt wird, zum freien Ende hin gerichtet. Daher werden die Richtung der Druckfortpflanzung von der Blase 41 und die Richtung einer leichten Volumenverdrängung, d. h. die Blasenwachstumsrichtung zum freien Ende hin, vom beweglichen Element 31, das gemäß dem Wachstum der Blase 40 verschoben wird, in Richtung auf den Ausstoßauslaß bewegt. Hierdurch wird die Ausstoßeffizienz weiter erhöht. Wenn das bewegliche Element die Blase und den Blasenerzeugungsdruck in Richtung auf den Ausstoßauslaß führt, verhindert es kaum die Fortpflanzung und das Wachstum und kann in wirksamer Weise die Fortpflanzungsrichtung des Drucks sowie die Wachstumsrichtung der Blase in Abhängigkeit vom Grad des Druckes steuern.
Das in die zweite Position verschobene bewegliche Element 31 kehrt zur Ausgangsposition (ersten Position) durch die durch die Federeigenschaften des beweglichen Elementes als solchem erzeugte Rückstellkraft und den negativen Druck infolge der Kontraktion der Blase zurück. Beim Zusammenfallen der Blase strömt die Flüssigkeit von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer und dem Ausstoßauslaß zurück, um die Volumenreduktion der Blase im Blasenerzeugungsbereich 11 und das Volumen der Ausstoßflüssigkeit zu kompensieren.
Vorstehend wurden die Funktionsweise des beweglichen Elementes 31 bei der Erzeugung der Blase sowie der Ausstoßvorgang der Flüssigkeit beschrieben. Es wird nunmehr das Auffüllen der Flüssigkeit im Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung erläutert. In der nachfolgenden Beschreibung wird aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung davon ausgegangen, dass es sich bei den Wärmeerzeugungselementen um eine Heizeinrichtung handelt, die eine Blase erzeugt.
Wenn die Blase 40 nach ihrem maximalen Volumen in den Blasenzusammenfallprozeß eintritt, strömt ein Flüssigkeitsvolumen, das groß genug ist, um das zusammenfallende Blasenvolumen zu kompensieren, von der Seite des Ausstoßauslasses 18 der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 und von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 in den Blasenerzeugungsbereich. Im Falle der herkömmlichen Flüssigkeitsströmungskanalkonstruktion, die das bewegliche Element 31 nicht aufweist, entsprechen die Flüssigkeitsmenge von der Seite des Ausstoßauslasses bis zur Balsenzusammenfallposition und die Flüssigkeitsmenge von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer in diese Position den Strömungswiderständen des Abschnittes, der näher am Ausstoßauslaß liegt als der Blasenerzeugungsbereich, und des Abschnittes, der näher an der gemeinsamen Flüssigkeitskammer liegt (Strömungskanalwiderstände sowie Trägheit der Flüssigkeit).
Wenn daher der Strömungswiderstand an der Seite des Ausstoßauslasses gering ist, strömt eine große Flüssigkeitsmenge von der Ausstoßauslaßseite in die Blasenzusammenfallposition, was zur Folge hat, dass der Meniskusrückzug groß ist. Bei einer Reduzierung des Strömungswiderstandes im Ausstoßauslaß, um die Ausstoßeffizienz zu erhöhen, nimmt der Meniskusrückzug beim Zusammenfallen der Blase zu, was eine längere Auffüllzeitdauer zur Folge hat, so dass es schwierig wird, einen Druck mit hoher Geschwindigkeit zu erreichen.
Bei dieser Ausführungsform stoppt aufgrund der Anordnung des beweglichen Elementes 31 der Meniskusrückzug zu der Zeit, bei dem das bewegliche Element beim Zusammenfallen der Blase in die Ausgangsposition zurückkehrt, und danach wird die Zufuhr der Flüssigkeit zum Auffüllen eines Volumens W2 über einen Zufluß durch die zweite Strömungsbahn 16 erreicht (W1 ist das Volumen auf der Oberseite des Blasenvolumens W jenseits der ersten Position des beweglichen Elementes 31, und W2 ist das Volumen eines Blasenerzeugungsbereiches 11 hiervon). Beim Stand der Technik entspricht die Hälfte des Volumens des Blasenvolumens W dem Volumen des Meniskusrückzuges. Bei dieser Ausführungsform entspricht jedoch nur eine Hälfte (W1) dem Volumen des Meniskusrückzuges.
Zusätzlich dazu wird die Flüssigkeitszufuhr für das Volumen W2 hauptsächlich von der aufstromseitigen Seite der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn entlang der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes des beweglichen Elementes 31 unter Anwendung des Drucks beim Zusammenfallen der Blase bewirkt, so dass daher ein schnellerer Auffüllvorgang erreicht wird.
Wenn die Hochgeschwindigkeitsauffüllung unter Ausnutzung des Drucks beim Zusammenfallen der Blase in einem herkömmlichen Kopf durchgeführt wird, expandiert die Vibration des Meniskus, was eine Verschlechterung der Bildqualität zur Folge hat. Bei dieser Ausführungsform werden jedoch die Ströme der Flüssigkeit in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 an der Seite des Ausstoßauslasses und der Ausstoßauslaßseite des Blasenerzeugungsbereiches 11 unterdrückt, so dass Vibrationen des Meniskus verringert werden.
Somit wird durch diese Ausführungsform eine Hochgeschwindigkeitsauffüllung durch die erzwungene Auffüllung des Blasenerzeugungsbereiches durch den Flüssigkeitszuführkanal 12 der zweiten Strömungsbahn 16 und durch die Unterdrückung des Meniskusrückzuges und von Vibrationen erreicht. Daher werden eine Stabilisierung des Ausstosses sowie wiederholte Hochgeschwindigkeitsausstösse erzielt. Wenn diese Ausführungsform daher auf dem Gebiet der Aufzeichnung eingesetzt wird, können Verbesserungen in der Bildqualität und der Aufzeichnungsgeschwindigkeit erzielt werden.
Diese Ausführungsform sichert ferner die nachfolgende wirksame Funktion. Es handelt sich hierbei um eine Unterdrückung der Fortpflanzung des Drucks zur aufstromseitigen Seite hin (rückwärts gerichtete Welle), die durch die Erzeugung der Blase bewirkt wird. Der Druck, der durch die Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 der Blase (aufstromseitig) auf das Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt wurde, hat in den meisten Fällen zu einer Kraft geführt, die die Flüssigkeit zur aufstromseitigen Seite hin zurückdrückt (rückwärts gerichtete Welle). Diese rückwärts gerichtete Welle verschlechtert das Auffüllen der Flüssigkeit in die Flüssigkeitsströmungsbahn durch den Druck auf der aufstromseitigen Seite, die resultierende Bewegung der Flüssigkeit und die Trägheitskraft. Bei dieser Ausführungsform werden diese Wirkungen auf die aufstromseitige Seite durch das bewegliche Element 31 unterdrückt, so dass das Auffüllverhalten weiter verbessert wird.
Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Wärmeerzeugungselemente in Strömungsrichtung der Flüssigkeit in Richtung des Ausstoßauslasses angeordnet. Sie können parallel angeordnet sein.
Es folgt nunmehr eine zusätzliche Beschreibung der Konstruktion und der Auswirkungen der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Konstruktion tritt die Zufuhr der Flüssigkeit zur Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 und zum Blasenerzeugungsbereich 11 entlang der Oberfläche des beweglichen Elementes 31 an einer Stelle auf, die näher am Blasenerzeugungsbereich 11 liegt. Damit wird eine Stagnation der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 unterdrückt, so dass eine Ausfällung des in der Flüssigkeit gelösten Gases unterdrückt wird und die restlichen, nicht ausgelöschten Blasen ohne Schwierigkeit entfernt werden. Ferner ist die Wärmespeicherung der Flüssigkeit nicht zu groß. Daher kann eine stabilisiertere Erzeugung der Blase mit hoher Geschwindigkeit wiederholt werden. Bei dieser Ausführungsform hat der Flüssigkeitszuführkanal 12 eine im wesentlichen ebene Innenwand. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar, und der Flüssigkeitszuführkanal ist zufriedenstellend, wenn er eine Innenwand mit einer solchen Ausgestaltung besitzt, die sich auf kontinuierliche Weise von der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes aus erstreckt, so dass eine Stagnation der Flüssigkeit auf dem Wärmeerzeugungselement auftritt und bei der Zuführung der Flüssigkeit im wesentlichen keine turbulenten Ströme erzeugt werden.
Die Zuführung der Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich kann durch einen Spalt an einem Seitenabschnitt des beweglichen Elementes (Schlitz 35) geschehen. Um den Druck bei der Blasenerzeugung weiter wirksam zum Ausstoßauslaß zu richten, kann ein großes bewegliches Element verwendet werden, wie in Fig. 2 gezeigt, das den gesamten Blasenerzeugungsbereich abdeckt (die Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes abdeckt). Dann wird der Strömungswiderstand für die Flüssigkeit zwischen dem Blasenerzeugungsbereich 11 und dem Bereich der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 benachbart zum Ausstoßauslaß durch die Zurückführung des beweglichen Elementes in die erste Position erhöht, so dass ein Flüssigkeitsstrom zum Blasenerzeugungsbereich 11 unterdrückt werden kann. Bei der Kopfkonstruktion dieser Ausführungsform ist jedoch eine wirksame Strömung vorhanden, um Flüssigkeit dem Blasenerzeugungsbereich zuzuführen, und wird das Zufuhrverhalten der Flüssigkeit stark verbessert, so dass daher, selbst wenn das bewegliche Element 31 den Blasenerzeugungsbereich 11 abdeckt, um die Ausstoßeffizienz zu verbessern, das Zufuhrverhalten der Flüssigkeit nicht verschlechtert wird.
Die Lagebeziehung zwischen dem freien Ende 32 und dem Drehpunkt 33 des beweglichen Elementes 31 ist derart, dass sich das freie Ende beispielsweise in einer abstromseitigen Position vom Drehpunkt befindet, wie in Fig. 8 gezeigt. Mit dieser Konstruktion kann die Funktionsweise und der Effekt der Führung der Druckfortpflanzungsrichtung und der Wachstumsrichtung der Blase zur Seite des Ausstoßauslasses o. ä. hin bei der Blasenerzeugung in wirksamer Weise sichergestellt werden. Ferner wird durch diese Lagebeziehung nicht nur die Funktionsweise oder der Effekt in bezug auf den Ausstoß erreicht, sondern es wird auch eine Reduzierung des Strömungswiderstandes durch die Flüssigkeitsströmungsbahn 10 bei Zufuhr der Flüssigkeit bewerkstelligt, so dass eine Auffüllen mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird. Wenn der durch den Ausstoß zurückgezogene Meniskus M durch Kapillarkräfte zum Ausstoßauslaß 18 zurückkehrt, wie in Fig. 8 gezeigt, oder wenn die Flüssigkeitszufuhr durchgeführt wird, um das Zusammenfallen der Blase zu kompensieren, sind die Positionen des freien Endes und des Drehpunktes 33 derart, dass die Ströme 51, 52 und 53 durch die Flüssigkeitsströmungsbahn 10 einschließlich der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 nicht verhindert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das bewegliche Element 31 so verlängert, dass sein freies Ende 32 auf mindestens einen Teil des Wärmeerzeugungselementes 2A, das näher am Ausstoßauslaß angeordnet ist, weist.
Unter Ausnutzung der aufstromseitigen Seite der Blase werden weitere vorteilhafte Effekte erzielt, wie vorstehend beschrieben.
Bei der Konstruktion dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die momentane mechanische Verschiebung des freien Endes des beweglichen Elementes 31 zum Ausstoßen der Flüssigkeit beiträgt.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform das bewegliche Element durch die vom ersten Wärmeerzeugungselement erzeugte Blase geöffnet. Während das bewegliche Element offen ist, wird dann eine neue Blase vom zweiten Wärmeerzeugungselement erzeugt, so dass daher die für die Verschiebung des beweglichen Elementes erforderliche Komponente des von der Blase erzeugten Drucks von einem frühen Stadium der Blasenerzeugung an auf den Ausstoßauslaß hin gerichtet werden und wachsen kann. Folglich können eine höhere Ausstoßkraft und eine höhere Ausstoßeffizienz vorgesehen werden.
Fig. 9 zeigt eine Konstruktion benachbart zum Wärmeerzeugungsabschnitt eines Kopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur ist mit 1 ein Elementsubstrat bezeichnet, während mit 991 ein Siliciumabschnitt des Substrates bezeichnet ist. Auf diesem Siliciumabschnitt 991 sind zwei Schichten aus Siliciumdioxid (SiO&sub2;) vorgesehen, von denen eine mit dem Bezugszeichen 992 (1,5 um dick) und die andere mit dem Bezugszeichen 993 (1,4 um dick) versehen ist.
Auf diesen Schichten sind eine Wärmeerzeugungswiderstandsschicht 994 (Hf B&sub2;, 0,05 um) mit einem Wärmeerzeugungsabschnitt und ein Metallfilm 995 (Ti, 0,005 um) vorgesehen. Auf dem Metallfilm 995 sind ebenfalls eine Verteilungselektrodenschicht 996 (Al, 0,55 um), ein Schutzfilm 997 (SiO&sub2;, 1,0 um) und eine Schutzschicht 998 (Ta, 0,23 um) angeordnet. Der Kopf, der die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen benachbart zum Wärmeerzeugungsabschnitt und die ebenfalls vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Strömungsbahn und des beweglichen Elementes besitzt, wird bei dieser Ausführungsform mit einer Antriebsspannung von 24 V angetrieben. Durch Anlegen eines Impulses einer Impulsbreite von 5 usec an das erste Wärmeerzeugungselement und durch Anlegen eines Impulses einer Impulsbreite von 10 usec an das zweite Wärmeerzeugungselement kann die Flüssigkeit ausgestoßen werden, während sich das bewegliche Element im verschobenen Zustand befindet.
Um die Impulsbreite größer zu machen, ist die Filmstruktur benachbart zum Wärmeerzeugungsabschnitt geändert, um die Wärmespeicherung zu fördern, wodurch der Blasenerzeugungszustand länger dauern kann.
Gemäß den Fig. 6(b) und (d) erstreckt sich ein Teil der im Blasenerzeugungsbereich der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 beider Verschiebung des beweglichen Elementes 31 zur Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 hin erzeugten Blase zur Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14. Durch geeignete Auswahl der Höhe der zweiten Strömungsmittelbahn, so dass sie eine solche Ausdehnung der Blase ermöglicht, wird die Ausstoßkraft im Vergleich zu dem Fall, bei dem keine solche Ausdehnung der Blase vorhanden ist, weiter verbessert. Um eine solche Ausdehnung der Blase in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 14 zu ermöglichen, ist die Höhe der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn vorzugsweise geringer als die Höhe der maximalen Blase. Genauer gesagt, die Höhe beträgt beispielsweise vorzugsweise einige um bis 30 um. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Höhe 15 um.
Die Fig. 10 und 11 zeigen ein modifiziertes Beispiel der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn, wobei die Decke benachbart zum freien Ende der beweglichen Wand höher ist, um einen größeren Bewegungswinkel des beweglichen Elementes 31 zu ermöglichen. Der bewegliche Bereich des beweglichen Elementes kann auf der Basis der Konstruktionen der Strömungsmittelbahn, der Haltbarkeit des beweglichen Elementes, der Blasenerzeugungskraft und/o. ä. festgelegt werden. Es wird bevorzugt, dass der Winkel groß genug ist, um die Richtung zum Ausstoßauslaß einzuschließen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die erste Flüssigkeitsströmungsbahn und die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn mit den gleichen Tinten versorgt. Bei der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit kann es sich jedoch auch um unterschiedliche Flüssigkeiten handeln. Es ist jedoch wünschenswert, dass eine Mischung der Flüssigkeiten keinen nachteiligen Einfluß auf die Aufzeichnung hat, selbst wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit mit der Ausstoßflüssigkeit vermischt wird, da dies während der kontinuierlichen Blasenerzeugung auftreten kann.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei der Konstruktion dieses Beispieles der größte Teil des durch die Erzeugung der Blase hervorgerufenen Drucks auf wirksame Weise direkt vom beweglichen Element auf die Seite des Ausstoßauslasses übertragen werden. Ferner ist der Zeitverlust, der aus dem Schließvorgang des beweglichen Elementes resultiert, bei der kontinuierlichen Blasenerzeugung und beim kontinuierlichen Ausstoß kurz. Daher kann die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit, mit hoher Ausstoßeffizienz und mit hoher Ausstoßkraft ausgestoßen werden.
Mit einer Konstruktion, bei der die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn, in der die Erzeugung der Blase auftritt, und der erste Flüssigkeitsströmungskanal, von dem die Tinte ausgestoßen wird, getrennt sind, kann der in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn erzeugte Druck (Druckwelle) auf konzentrierte Weise zur Seite des beweglichen Elementes hin gerichtet werden. Da der Druck durch das bewegliche Element kontinuierlich in Richtung auf den Ausstoßauslaß gerichtet werden kann, können die Ausstoßeffizienz und die Ausstoßkraft weiter erhöht werden. Bei dieser Konstruktion wird ein großer Teil der Druckwelle, die von der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn übertragen wird, zum Ausstoßauslaß hin gerichtet, und in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn ist die rückwärts gerichtete Weile als solche sehr gering, so dass die Auffüllung auf wirksame Weise vonstatten geht.

(Ausführungsform 2)

Bei der ersten Ausführungsform wird, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, die Steuerung so durchgeführt, dass sich die Dauer der Betätigung des ersten Wärmeerzeugungselementes 2A und die Dauer der Betätigung des zweiten Wärmeerzeugungselementes 2B nicht überlappen. Daher wird gleichzeitig mit dem Beginn des Zusammenfallens der ersten Blase die zweite Blase erzeugt. Während der Zeitdauer von der Erzeugung der zweiten Blase bis zum Zusammenfallen dieser Blase wird die erste Blase nicht wieder erzeugt. Bei der in den Fig. 12 und 13 gezeigten Ausführungsform 2 erzeugt das zweite Wärmeerzeugungselement 2B die Blase gleichzeitig mit dem Beginn des Zusammenfallens der vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugten Blase. Während die zweite Blase existiert, wird das erste Wärmeerzeugungselement 2A erneut betätigt, um die Größe der zweiten Blase zu erhöhen. Auf diese Weise wird nach der Aufwärtsverschiebung des beweglichen Elementes durch das erste Wärmeerzeugungselement 2A die Flüssigkeit von einer Blase ausgestoßen, die durch eine Kombination des zweiten Wärmeerzeugungselementes 2B und des ersten Wärmeerzeugungselementes 2A erzeugt wurde. Daher kann die Fortpflanzung des Blasendrucks weiter genau auf den Ausstoßauslaß gerichtet werden, so dass die Ausstoßkraft weiter erhöht wird.
In Verbindung mit Fig. 12 erfolgt eine detailliertere Beschreibung.
Fig. 12(a) zeigt einen Zustand, bevor die Energie, wie elektrische Energie, auf das Wärmeerzeugungselement 2 aufgebracht und somit noch keine Wärme erzeugt worden ist. Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das erste Wärmeerzeugungselement 2A an einer Stelle benachbart zum freien Ende des beweglichen Elementes 31 angeordnet, während das zweite Wärmeerzeugungselement 2B benachbart zum festen Ende des beweglichen Elementes vorgesehen ist. Das bewegliche Element 31 erstreckt sich bis mindestens zu einem Abschnitt des vorderen Wärmeerzeugungselement 2A bei dieser Flüssigkeitsströmungskanalkonstruktion. Die Opererationseffizienz des beweglichen Elementes ist höher, wenn das bewegliche Element das Wärmeerzeugungselement 2A abdeckt. Fig. 12(b) zeigt einen ersten Blasenerzeugungsprozeß, bei dem das erste Wärmeerzeugungselement 2A mit elektrischer Energie o. ä. versorgt wird, und das erste Wärmeerzeugungselement 2A erzeugt Wärme, über die ein Teil der Flüssigkeit benachbart zum freien Ende des beweglichen Elementes 31 in einem Blasenerzeugungsbereich 11 erhitzt wird, so dass ein Filmsieden auftritt und eine Blase erzeugt wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist das bewegliche Element 31 durch den durch die Erzeugung der Blase 40 hervorgerufenen Druck von der ersten Position in die zweite Position verschoben, so dass es die Fortpflanzung des Drucks in Richtung auf den Ausstoßauslaß führt. Wie vorstehend beschrieben, ist das freie Ende 32 des beweglichen Elementes 31 abstromseitig (auf der Seite des Ausstoßauslasses) angeordnet, während der Drehpunkt 33 aufstromseitig (auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer) angeordnet ist, so dass mindestens ein Teil des beweglichen Elementes auf den abstromseitigen Abschnitt der Blase weist, d. h. den abstromseitigen Abschnitt des Wärmeerzeugungselementes. Diese erste Blasenerzeugung reicht nicht, um die Flüssigkeit auszustoßen, ist jedoch ausreichend, um das bewegliche Element 31 zu verschieben.
Fig. 12(c) zeigt einen Zustand, in dem das zweite Wärmeerzeugungselement 2B mit elektrischer Energie o. ä. versorgt wird, und das zweite Wärmeerzeugungselement 2B erzeugt die Wärme, mit der ein Teil der Flüssigkeit benachbart zum festen Ende des beweglichen Elementes 31 im Blasenerzeugungsbereich 11 erhitzt wird, um ein Filmsieden zu erzeugen, durch das die Blase generiert wird. Bei dieser Ausführungsform hat das zweite Wärmeerzeugungselement 2B eine Fläche, die größer ist als die des ersten Wärmeerzeugungselementes 2A. Daher ist die vom zweiten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugte Blase größer als die vom ersten Wärmeerzeugungselement erzeugte Blase.
Während die zweite Blase 41 erzeugt wird, verkleinert sich die vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugte Blase 40. Das bewegliche Element 31 wird jedoch weiter durch den Druck, der aus der Erzeugung der Blase 41 resultiert, verschoben.
Wie in Fig. 12(d) gezeigt ist, wird das erste Wärmeerzeugungselement 2A wieder betätigt, um die Blase zu erzeugen, während die vom zweiten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugte Blase 41 noch wächst. Die Blasen gehen ineinander über in eine große Blase, die mehr in abstromseitiger Richtung als in aufstromseitiger Richtung wächst. Da das bewegliche Element bereits durch den Druck der vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugten Blase 40 geöffnet ist, wird der Druck der durch das zweite Wärmeerzeugungselement 2B und das erste Wärmeerzeugungselement 2A erzeugten Blase in Richtung auf das freie Ende des beweglichen Elementes 31 gerichtet. Die Ausstoßeffizienz wird daher stärker verbessert, als bei Ausführungsform 1.

(Ausführungsform 3)

Bei den Ausführungsformen 1 und 2 ist das aufstromseitig vorgesehene zweite Wärmeerzeugungselement 2B größer als das abstromseitig vorgesehene erste Wärmeerzeugungselement 2A, und die Blase als solche zum Ausstoßen der Flüssigkeit wird vom zweiten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugt. Bei der Ausführungsform 3 ist das aufstromseitig vorgesehene zweite Wärmeerzeugungselement 2B kleiner als das abstromseitig vorgesehene erste Wärmeerzeugungselement 2A, und die Blase 40 als solche zum Ausstoßen der Flüssigkeit wird vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugt. Somit wird bei dieser Ausführungsform die vom zweiten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugte Blase 41 als sogenannter Blasenpuffer verwendet. Daher wird das Wachstum der vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugten Blase 40 in aufstromseitiger Richtung durch den Druck der vom zweiten Wärmeerzeugungselement 2B erzeugten Blase unterdrückt und vom Druck zur abstromseitigen Seite hin (zur Seite des freien Endes des beweglichen Elementes 31) gedrückt, und die vom ersten Wärmeerzeugungselement 2A erzeugte Blase als solche wird zum freien Ende hin gerichtet.

(Ausführungsform 4)

Fig. 15 zeigte eine Vorrichtung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 15 ist mit A ein Zustand bezeichnet, in dem das bewegliche Element verschoben ist (die Blase ist nicht gezeigt), während B einen Zustand zeigt, in dem das bewegliche Element die Anfangs- oder Ausgangsposition (erste Position) einnimmt, wobei dieser Zustand als "im wesentlichen hermetisch abgedichteter Zustand" für den Blasenerzeugungsbereich 11 gegenüber dem Ausstoßauslaß 18 bezeichnet wird (obwohl in der Figur nicht gezeigt, ist ein Strömungskanal zwischen A und B vorgesehen, um die Strömungswege zu trennen). Bei der Ausführungsform 4 bilden ein erstes Wärmeerzeugungselement und ein zweites Wärmeerzeugungselement eine Wärmeerzeugungselementeinrichtung entsprechend den Ausführungsformen 1-3 und werden aus Einfachheitsgründen zur Beschreibung und Darstellung als ein Wärmeerzeugungselement 2 angesehen.
Das bewegliche Element 31 in Fig. 15 ist auf zwei seitlichen Lagern 34 angeordnet, wobei dazwischen ein Flüssigkeitszuführkanal 12 vorgesehen ist. Mit dieser Konstruktion kann die Flüssigkeit entlang einer Fläche des beweglichen Elementes, die zum Wärmeerzeugungselement hin weist, und vom Flüssigkeitszuführkanal mit einer Fläche, die im wesentlichen mit der Fläche des Wärmeerzeugungselementes bündig ist oder sich von dieser stetig fortsetzt, zugeführt werden.
Wenn sich das bewegliche Element 31 in der Anfangsposition (ersten Position) befindet, ist das bewegliche Element 31 eng benachbart zu einer abstromseitigen Wand 36, die abstromseitig des Wärmeerzeugungselementes 2 angeordnet ist, und zu Wärmeerzeugungselementenseitenwänden 37, die an den Seiten des Wärmeerzeugungselementes vorgesehen sind, angeordnet oder steht in engem Kontakt mit diesen, so dass die Ausstoßauslaßseite des Blasenerzeugungsbereiches 11 im wesentlichen abgedichtet ist. So können der von der Blase zum Zeitpunkt der Blasenerzeugung erzeugte Druck und insbesondere der Druck abstromseitig der Blase an der Seite des freien Endes des beweglichen Elementes konzentriert werden, ohne dass der Druck abgebaut wird.
Zum Zeitpunkt des Zusammenfallens der Blase kehrt das bewegliche Element 31 in seine erste Position zurück, wird die Ausstoßauslaßseite des Blasenerzeugungsbereiches 31 im wesentlichen abgedichtet und damit ein Rückzug des Meniskus unterdrückt und wird die Flüssigkeitszuführung zum Wärmeerzeugungselement mit den vorstehend beschriebenen Vorteilen durchgeführt. Was das Wiederauffüllen anbetrifft, so können die gleichen vorteilhaften Effekte wie bei der vorhergehenden Ausführungsform erreicht werden.
Bei dieser Ausführungsform ist das Lager 34 zum Lagern und Fixieren des beweglichen Elementes 31 an einer aufstromseitigen Stelle vom Wärmeerzeugungselement 2 weg vorgesehen und hat eine Breite, die geringer ist als die der Flüssigkeitsströmungsbahn 10, die zur Zuführung der Flüssigkeit zum Flüssigkeitszuführkanal 12 dient. Die Ausgestaltung des Lagers 34 ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern kann beliebig sein, wenn ein stetiges Wiederauffüllen erreicht wird.
Bei dieser Ausführungsform betrug der Spalt zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2 etwa 15 um, kann jedoch auch hiervon verschieden sein, wenn der Druck auf Basis der Erzeugung der Blase in ausreichender Weise auf das bewegliche Element übertragen wird.

(Ausführungsform 5)

Fig. 16 zeigt eine Vorrichtung einer fünften Ausführungsform. Genauer gesagt, Fig. 16 zeigt die Lagebeziehung zwischen dem Blasenerzeugungsbereich und dem beweglichen Element in einer Flüssigkeitsströmungsbahn. Bei der Ausführungsform 5 bilden das erste Wärmeerzeugungselement und das zweite Wärmeerzeugungselement eine Wärmeerzeugungselementeinrichtung entsprechend den Ausführungsformen 1-4 und werden aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung und Darstellung als ein Wärmeerzeugungselement 2 angesehen.
Bei den meisten der vorstehend genannten Ausführungsbeispielen wird der Druck der erzeugten Blase in Richtung auf das freie Ende des beweglichen Elementes konzentriert, wodurch die Bewegung der Blase gleichzeitig mit der abrupten Bewegung des beweglichen Elementes zur Ausstoßseite hin konzentriert wird. Bei dieser Ausführungsform erhält die erzeugte Blase einen gewissen Spielraum, und der abstromseitige Abschnitt der Blase (an der Ausstoßauslaßseite der Blase), der den Tröpfchenausstoß direkt beeinflußt, wird vom freien Ende des beweglichen Elementes reguliert.
Im Vergleich zu Fig. 2 (erste Ausführungsform) besitzt der Kopf der Fig. 16 einen Vorsprung (schraffierter Abschnitt) als Barriere am abstromseitigen Ende des Blasenerzeugungsbereiches auf dem Elementsubstrat 1 der Fig. 2. Mit anderen Worten, der freie Endbereich und die gegenüberliegenden seitlichen Endbereiche des beweglichen Elementes sind zum Ausstoßauslaßbereich hin offen, ohne dass der Blasenerzeugungsbereich bei dieser Ausführungsform wesentlich abgedichtet ist.
Vom abstromseitigen Abschnitt der Blase, der direkt zum Flüssigkeitströpfchenausstoß beiträgt, ermöglicht das vordere abstromseitige Ende das Wachstum der Blase, so dass daher die Druckkomponente hiervon in wirksamer Weise für den Ausstoß genutzt wird. Ferner wirkt der aufwärts gerichtete Druck mindestens im abstromseitigen Abschnitt (die Kraftkomponente VB in Fig. 3) so, dass der freie Endabschnitt des beweglichen Elementes dem Blasenwachstum am abstromseitigen Endabschnitt hinzugefügt wird. Daher wird die Ausstoßeffizienz ähnlich wie bei der vorhergehenden Ausführungsform verbessert. Im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Konstruktion dieser Ausführungsform in bezug auf das Ansprechverhalten zum Antreiben des Wärmeerzeugungselementes besser.
Darüberhinaus ist die Konstruktion einfach, so dass die Herstellung einfach ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Drehabschnitt des beweglichen Elementes 31 an einem Lager 34 fixiert, dessen Breite geringer ist als die des Oberflächenabschnittes des beweglichen Elementes. Daher tritt die Flüssigkeitszuführung zum Blasenerzeugungsbereich 11 beim Zusammenfallen der Blase entlang beiden seitlichen Bereichen des Lagers auf (durch einen Pfeil angedeutet). Das Lager kann auch eine andere Form besitzen, wenn die Flüssigkeitszufuhr sichergestellt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird durch das Vorhandensein des beweglichen Elementes die Strömung in dem Blasenerzeugungsbereich vom oberen Teil aus beim Zusammenfallen der Blase gesteuert, so dass das Auffüllen zur Zuführung der Flüssigkeit besser ist als bei der herkömmlichen Blasenerzeugungskonstruktion, die nur das Wärmeerzeugungselement aufweist. Hierdurch wird auch der Rückzug des Meniskus verringert.
Bei einer bevorzugten modifizierten Ausführungsform der dritten Ausführungsform sind beide seitlichen Bereiche (oder nur ein seitlicher Bereich) im wesentlichen in bezug auf den Blasenerzeugungsbereich 11 abgedichtet. Bei einer solchen Konstruktion wird der Druck in Richtung auf die Seite des beweglichen Elementes auch auf den Endabschnitt der Ausstoßauslaßseite gerichtet, so dass die Ausstoßeffizienz weiter verbessert wird.

(Ausführungsform 6)

Bei dieser Ausführungsform wird die Ausstoßkraft für die Flüssigkeit durch die mechanische Verschiebung weiter vergrößert. Fig. 17 ist eine Schnittansicht einer derartigen Kopfkonstruktion. In Fig. 17 ist das bewegliche Element so verlängert, dass die Position des freien Endes des beweglichen Elementes 31 weiter abstromseitig von dem Ausstoßauslaßseitenende des Wärmeerzeugungselementes angeordnet ist. Hierdurch kann die Verschiebungsgeschwindigkeit des beweglichen Elementes an der Stelle des freien Endes erhöht werden, so dass daher die Erzeugung der Ausstoßkraft durch die Verschiebung des beweglichen Elementes weiter verbessert wird.
Ferner liegt das freie Ende näher an der Ausstoßauslaßseite als bei der vorhergehenden Ausführungsform, so dass daher das Wachstum der Blase zur stabilisierten Seite hin konzentriert werden kann und ein besserer Ausstoß gesichert wird.
In Abhängigkeit von der Wachstumsgeschwindigkeit der Blase am mittleren Bereich des Drucks der Blase verschiebt sich das bewegliche Element 31 mit einer Verschiebungsgeschwindigkeit R1. Das freie Ende 32, das sich an einer Stelle befindet, die vom Drehpunkt 33 weiter weg ist als diese Stelle, verschiebt sich mit einer höheren Geschwindigkeit R2. Somit wirkt das freie Ende 32 mit einer höheren Geschwindigkeit mechanisch auf die Flüssigkeit ein, um die Ausstoßeffizienz zu erhöhen.
Die Ausgestaltung des freien Endes ist derart, dass sich wie bei der Ausführungsform in Fig. 16 der Rand vertikal zum Flüssigkeitsstrom erstreckt, wodurch der Druck der Blase und die mechanische Funktion des beweglichen Elementes in noch wirksamerer Weise zum Ausstoß beitragen.

(Ausführungsform 7)

Es wird nunmehr eine weitere Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform findet das gleiche Ausstoßprinzip Anwendung, und die Flüssigkeit, in der die Blasenerzeugung durchgeführt wird (Blasenerzeugungsflüssigkeit), sowie die Flüssigkeit, die hauptsächlich ausgestoßen wird (Ausstoßflüssigkeit), sind voneinander getrennt.
Fig. 18 ist eine schematische Schnittansicht in Richtung des Flüssigkeitsstromes des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß dieser Ausführungsform.
Im Flüssigkeitsausstoßkopf ist eine zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 17 für die Blasenerzeugungsflüssigkeit auf einem Elementsubstrat 1 vorgesehen, das mit einem Wärmeerzeugungselement 2 zur Aufbringung von thermischer Energie zur Erzeugung der Blase in der Flüssigkeit versehen ist. Ferner ist an der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 17 eine erste Flüssigkeitsströmungsbahn 14 für die Ausstoßflüssigkeit vorgesehen, die in direkter Verbindung mit dem Ausstoßauslaß 18 steht.
Der aufstromseitige Bereich der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn steht mit einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 in Strömungsmittelverbindung, um die Ausstoßflüssigkeit in eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen zu führen, und der aufstromseitige Bereich der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn steht in Strömungsmittelverbindung mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer, um die Blasenerzeugungsflüssigkeit der Vielzahl der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle zuzuführen.
In dem Fall, in dem die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit die gleichen Flüssigkeiten sind, kann die Zahl der gemeinsamen Flüssigkeitskammern eins betragen.
Zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn befindet sich eine Trennwand 30 aus einem elastischen Material, wie Metall, so dass die erste Strömungsbahn und die zweite Strömungsbahn getrennt sind. Wenn die Vermischung der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit minimal sein soll, sind die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 14 und die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 16 vorzugsweise durch die Trennwand voneinander isoliert. Wenn jedoch eine Vermischung in einem gewissen Ausmaß zulässig ist, ist eine vollständige Isolation nicht unbedingt erforderlich.
Das bewegliche Element 31 hat die Form eines Auslegers, wobei ein solcher Abschnitt der Trennwand, wie er sich in einem aufwärts vorstehenden Raum der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes befindet (Ausstoßdruckerzeugungsbereich, Bereich A und Blasenerzeugungsbereich 11 des Bereiches B in Fig. 18), durch die Anordnung des Schlitzes 35 an der Ausstoßauslaßseite (abstromseitig in bezug auf die Flüssigkeitsströmung) ein freies Ende bildet und die Seite zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer (15, 17) hin einen Drehpunkt oder festen Abschnitt 33 bildet. Dieses bewegliche Element 31 ist so angeordnet, dass es zum Blasenerzeugungsbereich 11 (B) weist. Es öffnet sich daher in Richtung auf die Ausstoßauslaßseite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn bei der Blasenerzeugung in der Blasenerzeugungsflüssigkeit (in der durch den Pfeil in der Figur angedeuteten Richtung). Auch in einem Beispiel der Fig. 2 ist eine Trennwand 30 angeordnet, die einen Raum zur Ausbildung einer zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn besitzt, und zwar über einem Elementsubstrat 1, das mit einem Wärmeerzeugungswiderstandsabschnitt als Wärmeerzeugungselement 2 und Leiterelektroden 5 zum Anlegen eine elektrischen Signales an den Wärmeerzeugungswiderstandsabschnitt versehen ist.
Die Lagebeziehung zwischen dem Drehpunkt 33 und dem freien Ende 32 des beweglichen Elementes 31 und dem Wärmeerzeugungselement ist die gleiche wie beim vorhergehenden Beispiel.
Beim vorhergehenden Beispiel wurde die Beziehung zwischen dem Flüssigkeitszuführkanal 12 und dem Wärmeerzeugungselement 2 beschrieben. Die Beziehung zwischen der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 und dem Wärmeerzeugungselement 2 ist bei dieser Ausführungsform die gleiche.
In Verbindung mit Fig. 19 wird die Funktionsweise des Flüssigkeitsausstoßkopfes dieser Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform bilden ein erstes Wärmeerzeugungselement und ein zweites Wärmeerzeugungselement eine Wärmeerzeugungselementeinrichtung entsprechend den vorhergehenden Ausführungsformen. Diese werden aus Einfachheitsgründen der Beschreibung und Darstellung als ein Wärmeerzeugungselement 2 angesehen.
Die verwendete Ausstoßflüssigkeit in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 und die verwendete Blasenerzeugungsflüssigkeit in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 waren die gleichen Tinten auf Wasserbasis.
Durch die vom Wärmeerzeugungselement 2 erzeugte Wärme erzeugt die Blasenerzeugungsflüssigkeit im Blasenerzeugungsbereich in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn eine Blase 40 durch das Filmsiedephänomen, wie vorstehend beschrieben (US-PS 4 723 129).
Bei dieser Ausführungsform wird der Blasenerzeugungsdruck mit Ausnahme des aufstromseitigen Bereiches im Blasenerzeugungsbereich nicht in drei Richtungen freigegeben, so dass der durch die Blasenerzeugung erzeugte Druck in konzentrierter Weise auf die Seite des beweglichen Elementes 6 im Ausstoßdruckerzeugungsabschnitt fortgepflanzt wird, wodurch das bewegliche Element 6 mit dem Wachstum der Blase von der in Fig. 17(a) angedeuteten Position in Richtung auf die Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn verschoben wird, wie in Fig. 19(b) gezeigt. Durch die Funktion des beweglichen Elementes stehen die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 14 und die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 16 miteinander in einer umfangreichen Strömungsmittelverbindung, und der durch die Erzeugung der Blase hervorgerufen Druck pflanzt sich hauptsächlich in Richtung auf den Ausstoßauslaß in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn fort (Richtung A). Durch die Fortpflanzung des Drucks und die mechanische Verschiebung des beweglichen Elementes wird die Flüssigkeit durch den Ausstoßauslaß ausgestoßen.
Dann kehrt das bewegliche Element 31 mit der Kontraktion der Blase in die in Fig. 19 (a) gezeigte Position zurück, und entsprechend wird eine Menge der Flüssigkeit, die der Ausstoßflüssigkeit entspricht, vom abstromseitigen Bereich in der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 zugeführt. Bei dieser Ausführungsform entspricht die Richtung der Flüssigkeitszufuhr der Schließrichtung des beweglichen Elementes wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen, so dass das Auffüllen der Flüssigkeit durch das bewegliche Element nicht behindert wird.
Die Hauptfunktionen und Effekte in bezug auf die Fortpflanzung des Blasenerzeugungsdrucks mit der Verschiebung der beweglichen Wand, die Richtung des Blasenwachstums, die Verhinderung einer rückwärts gerichteten Welle etc. entsprechen bei dieser Ausführungsform denen der ersten Ausführungsform. Die Konstruktion mit den zwei Strömungsbahnen ist jedoch auf Grund der folgenden Punkte vorteilhaft.
Die Ausstoßflüssigkeit und Blasenerzeugungsflüssigkeit können getrennt werden, und die Ausstoßflüssigkeit wird von dem in der Bläsenerzeugungsflüssigkeit erzeugten Druck ausgestoßen. Daher kann eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität, wie Polyethylenglycol o. ä., bei der die Blasenerzeugung und damit die Ausstoßkraft durch Aufbringung von Wärme nicht ausreichend ist und die nicht in einem guten Zustand ausgestoßen wird, ausgestoßen werden. Beispielsweise wird diese Flüssigkeit der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn zugeführt, und es wird eine Flüssigkeit, mit der eine gute Blasenerzeugung durchgeführt werden kann, in die zweite Bahn als Blasenerzeugungsflüssigkeit geführt. Ein Beispiel einer Blasenerzeugungsflüssigkeit ist ein Flüssigkeitsgemisch (etwa 1-2 cP) aus Ethanol und Wasser (4 : 6). Auf diese Weise kann die Ausstoßflüssigkeit richtig ausgestoßen werden.
Ferner wird durch Auswahl einer Flüssigkeit als Blasenerzeugungsflüssigkeit, mit der keine Abscheidung von verbrannten Bestandteilen auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes selbst bei der Wärmeaufbringung zurück bleibt, die Blasenerzeugung stabilisiert, um korrekte Ausstoßvorgänge sicher zu stellen.
Die vorstehend beschriebenen Effekte der vorhergehenden Ausführungsformen werden auch bei dieser Ausführungsform erreicht, wobei die hochviskose Flüssigkeit o. ä. mit einer hohen Ausstoßeffizienz und einem hohen Ausstoßdruck ausgestoßen werden kann.
Desweiteren ist eine Flüssigkeit ausstoßbar, die gegenüber Wärmeeinwirkung nicht haltbar ist. In diesem Fall wird eine solche Flüssigkeit als Ausstoßflüssigkeit in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn geführt, und eine Flüssigkeit, deren Eigenschaften sich durch Wärmeeinwirkung nicht so einfach ändern und mit der eine gute Blasenerzeugung durchgeführt werden kann, wird der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn zugeführt. Hierdurch kann die Flüssigkeit ohne thermische Beschädigung und mit hoher Ausstoßeffizienz und hohem Ausstoßdruck ausgestoßen werden.

(Andere Ausführungsformen)

Es werden nunmehr weitere Ausführungsformen beschrieben. Nachfolgend wird entweder ein Typ mit einer einzigen Strömungsbahn oder ein Typ mit zwei Strömungsbahnen erläutert. Jedes Beispiel ist jedoch für beide Fälle geeignet, wenn nicht anders angegeben. Bei dieser Ausführungsform bilden ein erstes Wärmeerzeugungselement und ein zweites Wärmeerzeugungselement eine Wärmeerzeugungselementeinrichtung entsprechend den vorhergehenden Ausführungsformen. Diese werden als ein Wärmeerzeugungselement 2 aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung und Darstellung angesehen.

← Lagebeziehung zwischen der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn und dem beweglichen Element →

Fig. 20 ist eine Darstellung der Lagebeziehung zwischen dem vorstehend beschriebenen beweglichen Element 31 und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16, wobei Fig. 20(a) eine Ansicht der Position des beweglichen Elementes 31 von der Trennwand 30 von oben und Fig. 20(b) eine Ansicht der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 von oben ohne Trennwand 30 ist. Fig. 15(c) ist eine schematische Ansicht der Lagebeziehung zwischen dem beweglichen Element 6 und der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16, wobei sich die Elemente überlagern. In diesen Figuren ist der Boden eine Vorderseite mit den Ausstoßauslässen.
Die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 16 dieser Ausführungsform hat einen Drosselabschnitt 19 aufstromseitig des Wärmeerzeugungselementes 2 in bezug auf die Hauptströmung der Flüssigkeit von der Seite der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer aus zum Ausstoßauslaß durch die Position des Wärmeerzeugungselementes hin, d. h. der Position des beweglichen Elementes entlang der ersten Strömungsbahn, um eine Kammer (Blasenerzeugungskammer) zu bilden, die in der Lage ist, eine einfache Freigabe des bei der Blasenerzeugung in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 erzeugten Drucks in Richtung auf den aufstromseitigen Bereich zu unterdrücken.
Im Falle des herkömmlichen Kopfes, bei dem die Strömungsbahn, in der die Blasenerzeugung auftritt, und die Strömungsbahn, von der die Flüssigkeit ausgestoßen wird, gleich sind, kann ein Drosselabschnitt vorgesehen sein, um die Freigabe des vom Wärmeerzeugungselement erzeugten Drucks in Richtung auf die Flüssigkeitskammer zu verhindern. In einem solchen Fall sollte die Querschnittsfläche des Drosselabschnittes im Hinblick auf ein ausreichendes Auffüllen der Flüssigkeit nicht zu klein sein.
Im Falle dieser Ausführungsform stammt jedoch ein großer Teil oder der größte Teil der ausgestoßenen Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn, die mit dem Wärmeerzeugungselement versehen ist, wird nicht viel verbraucht, so dass die Füllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit für den Blasenerzeugungsbereich 11 klein sein kann. Daher kann der Abstand am Drosselabschnitt 19 sehr gering gehalten werden, beispielsweise so klein wie einige um bis 10 und einige um, so dass die Freigabe des in der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn erzeugten Drucks weiter unterdrückt und dieser weiter zur Seite des beweglichen Elementes hin konzentriert werden kann. Der Druck kann als Ausstoßdruck durch das bewegliche Element 31 genutzt werden, so dass daher eine hohe Effizienz bei der Nutzung der Ausstoßenergie und beim Ausstoßdruck erzielt werden kann. Die Ausführungsform der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann irgendeine Ausführungsform sein, wenn der durch die Blasenerzeugung erzeugte Druck auf wirksame Weise zur Seite des beweglichen Elementes hin übertragen wird.
Wie in Fig. 20(c) gezeigt, bedecken die seitlichen Bereiche des beweglichen Elementes 31 entsprechende Teile der Wände, die die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn bilden, so dass ein Herabfallen des beweglichen Elementes 31 in die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn verhindert wird. Hierdurch wird die vorstehend beschriebene Trennung zwischen der Ausstoßflüssigkeit und der Blasenerzeugungsflüssigkeit weiter verbessert. Ferner kann eine Freigabe der Blase durch den Schlitz unterdrückt werden, so dass der Ausstoßdruck und die Ausstoßeffizienz weiter erhöht werden. Darüber hinaus kann der vorstehend beschriebene Effekt des Auffüllens vom aufstromseitigen Bereich her durch den Druck beim Zusammenfallen der Blase weiter verbessert werden.
Gemäß Fig. 23(b) und Fig. 21 erstreckt sich ein Teil der Blase, die im Blasenerzeugungsbereich der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 4 bei Verschiebung des beweglichen Elementes 6 zur Seite der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 hin erzeugt wurde, in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 14. Durch Auswahl der Höhe der zweiten Strömungsbahn, um eine solche Erstreckung der Blase zu ermöglichen, wird die Ausstoßkraft im Vergleich zu dem Fall ohne eine solche Ausdehnung der Blase weiter verbessert. Um eine solche Ausdehnung der Blase in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn 14 zu erreichen, ist die Höhe der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 vorzugsweise geringer als die Höhe der maximalen Blase. Genauer gesagt beträgt die Höhe beispielsweise vorzugsweise einige um bis 30 um. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Höhe 15 um.

← Bewegliches Element und Trennwand →

Fig. 21 zeigt ein weiteres Beispiel des beweglichen Elementes 31, wobei mit 35 ein in der Trennwand ausgebildeter Schlitz bezeichnet ist. Der Schlitz kann das bewegliche Element 31 bilden. In Fig. 21(a) hat das bewegliche Element eine rechteckige Form und in Fig. 21(b) ist es schmaler an der Drehpunktseite, um eine erhöhte Mobilität des beweglichen Elementes zu erreichen. In Fig. 21 (c) hat es eine breitere Drehpunktseite, um die Haltbarkeit des beweglichen Elementes zu erhöhen. Diese an der Drehpunktseite verengte und bogenförmig ausgebildete Form ist wünschenswert, wie in Fig. 20(a) gezeigt, da hierdurch sowohl eine einfache Bewegung als auch eine gute Haltbarkeit erzielt werden. Die Ausgestaltung des bewegliche Elementes ist jedoch nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es kann vielmehr irgendeine Ausgestaltung zur Anwendung gelangen, solange diese nicht in die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn eindringt und eine einfache Bewegung mit hoher Haltbarkeit erreicht wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden das als Blatt oder Film ausgebildete bewegliche Element 31 und die Trennwand 5 mit diesem beweglichen Element aus Nickel mit einer Dicke von 5 um hergestellt. Dies stellt jedoch für dieses Beispiel keine Beschränkung dar. Es kann vielmehr irgendein Material Verwendung finden, wenn dieses Antilösungsmitteleigenschaften gegen die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit hat und wenn die Elastizität groß genug ist, um die Operation des beweglichen Elementes zuzulassen, und der erforderliche feine Schlitz ausgebildet werden kann.
Bevorzugte Beispiele der Materialien für das bewegliche Element sind haltbare Materialien, wie Metall, beispielsweise Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, rostfreier Stahl, Phosphorbronze o. ä., Legierungen hiervon oder Harzmateriale mit einer Nitrilgruppe, wie Acrylnitril, Butadien, Styrol o. ä., Harzmateriale mit einer Amidgruppe, wie Polyamid o. ä., Harzmateriale mit einer Carboxylgruppe, wie Polycarbonat o. ä., Harzmateriale mit einer Aldehydgruppe, wie Polyacetal o. ä., Harzmateriale mit einer Sulfongruppe, wie Polysulfon, Harzmateriale, wie ein Flüssigkristallpolymer o. ä., oder chemische Verbindungen hiervon, oder Materialien mit einer Haltbarkeit in bezug auf Tinte, wie Metall, beispielsweise Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, rostfreier Stahl, Titan, Legierungen hiervon, Materialien, die mit einem solchen Metall beschichtet sind, Harzmaterialien mit einer Amidgruppe, wie Polyamid, Harzmaterialien mit einer Aldehydgruppe, wie Polyacetal, Harzmaterialien mit einer Ketongruppe, wie Polyetherketon, Harzmaterialien mit einer Imidgruppe, wie Polyimid, Harzmaterialien mit einer Hydroxylgruppe, wie Phenolharz, Harzmaterialien mit einer Ethylgruppe, wie Polyethylen, Harzmaterialien mit einer Alkylgruppe, wie Polypropylene, Harzmaterialien mit einer Epoxygruppe, wie Epoxidharzmaterialien, Harzmaterialien mit einer Aminogruppe, wie Melaminharzmaterial, Harzmaterialien mit einer Methylolgruppe, wie Xylolharzmaterial, chemische Verbindungen hiervon, keramische Materialien, wie Siliciumdioxyd oder chemische Verbindungen hiervon.
Bevorzugte Beispiele von Materialien der Trenn- oder Unterteilungswand sind Harzmaterialien mit hoher Hitzefestigkeit, hohen Antilösungsmitteleigenschaften und hohen Formeigenschaften, insbesondere neuere Kunststoffharzmaterialien, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Melaminharzmaterial, Phenolharz, Epoxidharzmaterial, Polybutadien, Polyurethan, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polyallylat, Polyimid, Polysulfon, Flüssigkristallpolymer (LCE) oder chemische Verbindungen hiervon, oder Metalle, wie Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Nickel, Gold, rostfreier Stahl, Legierungen hiervon, chemische Verbindungen hiervon oder mit Titan oder Gold beschichtete Materialien.
Die Dicke der Trennwand wird in Abhängigkeit vom verwendeten Material und dessen Form in bezug auf eine ausreichende Festigkeit der Wand sowie eine ausreichende Wirksamkeit als bewegliches Element festgelegt, wobei allgemein etwa 0,5 um-10 um wünschenswert sind.
Die Breite des Schlitzes 35 zum Vorsehen des beweglichen Elementes 31 beträgt bei diesen Ausführungsformen 2 um. Wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit unterschiedliche Materialien sind, soll ein Vermischen der Flüssigkeit vermieden werden. Hierbei wird der Spalt so festgelegt, dass er einen Meniskus zwischen den Flüssigkeiten bildet, um auf diese Weise ein Vermischen zu vermeiden. Wenn beispielsweise die Blasenerzeugungsflüssigkeit eine Viskosität von etwa 2cP und die Ausstoßflüssigkeit eine Viskosität von nicht weniger als 100 cP hat, ist ein etwa 5 um große Schlitz ausreichend, um ein Flüssigkeitsvermischen zu vermeiden. Wünschenswert sind nicht mehr als 3 um.
Der für die "wesentliche Abdichtung" sorgende Schlitz hat eine Breite von vorzugsweise einigen um, da auf diese Weise sichergestellt wird, dass eine Flüssigkeitsvermischen verhindert wird.

← Elementsubstrat →

Es wird nunmehr die Ausbildung des mit dem Wärmeerzeugungselement zum Erhitzen der Flüssigkeit versehenen Elementsubstrates beschrieben.
Fig. 22 ist ein Längsschnitt durch den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Auf dem Elementsubstrat 1 ist ein mit Rillen versehenes Element 50 montiert, das zweite Flüssigkeitsströmungsbahnen 16, Trennwände 30, erste Flüssigkeitsströmungsbahnen 14 und Rillen zur Ausbildung der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn besitzt.
Wie in Fig. 12 gezeigt, hat das Elementsubstrat 1 eine aufgemusterte Leiterelektrode (0,2-1,0 um Dicke) aus Aluminium o. ä. und eine aufgemusterte elektrische Widerstandsschicht 105 (0,01-0,2 um Dicke) aus Hafniumborid (HfB&sub2;), Tantalnitrid (TaN), Tantalaluminium (TaAl) o. ä., die das Wärmeerzeugungselement auf einem Siliciumoxidfilm oder Siliciumnitridfilm 106 zur Isolation und Wärmespeicherung bildet, das sich wiederum auf dem Substrat 107 aus Silicium o. ä. befindet. Eine Spannung wird an die Widerstandsschicht 105 über die beiden Leiterelektroden 104 gelegt, um das Fließen eines Stromes durch die Widerstandsschicht und damit die Erzeugung von Wärme zu erreichen. Zwischen der Leiterelektrode ist eine Schutzschicht aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid o. ä. mit einer Dicke von 0,1-2,0 um auf der Widerstandsschicht vorgesehen. Zusätzlich ist darauf eine Antikavitationsschicht aus Tantal o. ä. (0,1-0,6 um Dicke) ausgebildet, um die Widerstandsschicht 105 gegenüber verschiedenen Flüssigkeiten, wie Tinte, zu schützen.
Der bei der Blasenerzeugung und beim Zusammenfallen der Blase erzeugte Druck sowie die entsprechende Schockwelle sind so stark, dass die Haltbarkeit des Oxidfilmes, der relativ zerbrechlich ist, verschlechtert wird. Daher findet ein metallisches Material, wie Tantal (Ta) o. ä. als Antikavitationsschicht Verwendung.
Die Schutzschicht kann in Abhängigkeit von der Kombination der Flüssigkeit, der Flüssigkeitsströmungsbahnausgestaltung und dem Widerstandsmaterial weggelassen werden. Ein solches Beispiel ist in Fig. 22 (b) gezeigt. Das Material der Widerstandsschicht, das keine Schutzschicht benötigt, ist beispielsweise eine Iridium-Tantal-Aluminum-Legierung o. ä. Somit kann die Konstruktion des Wärmeerzeugungselement der vorstehenden Ausführungsform nur die Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsabschnitt) umfassen oder eine Schutzschicht zum Schützen der Widerstandsschicht aufweisen.
Bei dieser Ausführungsform besitzt das Wärmeerzeugungselement einen Wärmeerzeugungsabschnitt mit Widerstandsschicht, der Wärme in Abhängigkeit vom elektrischen Signal erzeugt. Dies stellt keine Beschränkung dar, und es ist ausreichend, wenn eine Blase in der Blasenerzeugungsflüssigkeit erzeugt wird, die ausreicht, um die Ausstoßflüssigkeit auszustoßen. Beispielsweise kann der Wärmeerzeugungsabschnitt in der Form eines fotothermischen Wandlers vorgesehen sein, der Wärme beim Empfangen von Licht erzeugt, wie beispielsweise eines Lasers, oder eines Wandlers, der Wärme beim Empfang von Hochfrequenzwellen erzeugt.
Auf dem Elementsubstrat 1 können ferner Funktionselemente, wie ein Transistor, eine Diode, eine Verriegelung, ein Shiftregister etc., zum wahlweisen Antreiben des elektrothermischen Wandlerelementes in integrierter Weise eingebaut sein, und zwar zusätzlich zur Widerstandsschicht 105, die den Wärmeerzeugungsabschnitt bildet, und zum elektrothermischen Wandler, der von der Leiterelektrode 104 gebildet wird, um das elektrische Signal der Widerstandsschicht zuzuführen.
Um die Flüssigkeit durch Antreiben des Wärmeerzeugungsabschnittes des elektrothermischen Wandlers auf dem vorstehend beschriebenen Elementsubstrat 1 auszustoßen, wird die Widerstandsschicht 105 durch die Leiterelektrode 104 mit Rechteckpulsen versorgt, wie in Fig. 23 gezeigt, um eine sofortige Wärmeerzeugung in der Widerstandsschicht 105 zwischen der Leiterelektrode zu verursachen. Im Falle der Köpfe der vorhergehenden Ausführungsformen hat die angelegte Energie eine Spannung von 24 V und eine Impulsbreite von 5 usec für das erste Wärmeerzeugungselement und eine Impulsbreite 10 usec für das zweite Wärmeerzeugungselement in der vorstehend beschriebenen zeitlich abgestimmten Beziehung, um das Wärmeerzeugungselement anzutreiben, wodurch die flüssige Tinte über das vorstehend beschriebene Verfahren durch den Ausstoßauslaß ausgestoßen wird. Die Antriebssignalbedingungen sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können irgendwelche Bedingungen Anwendung finden, wenn die Blasenerzeugungsflüssigkeit auf richtige Weise einen Blasenerzeugung bewirken kann.

← Kopfkonstruktion für zwei Strömungsbahnen →

Es wird nunmehr eine Konstruktion des Flüssigkeitsausstoßkopfes beschrieben, mit der unterschiedliche Flüssigkeiten separat in einer ersten und einer zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer aufgenommen werden und die Zahl der Teile verringert werden kann, so dass auch die Herstellkosten verringert werden können.
Fig. 24 ist eine schematische Ansicht eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfes, und Fig. 25 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht hiervon. In Fig. 25 ist die Öffnungsplatte entfernt worden. Die gleichen Bezugszeichen wie bei der vorhergehenden Ausführungsform sind für Elemente mit entsprechenden Funktionen verwendet, wobei detaillierte Beschreibungen hiervon aus Einfachheitsgründen weggelassen sind.
Bei dieser Ausführungsform hat ein Rillenelement 50 eine Öffnungsplatte 51 mit einem Ausstoßausfaß 18, einer Vielzahl von Rillen zur Ausbildung einer Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 14 und eine Ausnehmung zur Ausbildung der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 5 zur Zuführung der Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) zu der Vielzahl der Flüssigkeitsströmungsbahnen 14.
Eine Trennwand 30 ist am Boden des Rillenelementes 50, mit dem eine Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen 14 gebildet wird, montiert. Ein solches Rillenelement 50 hat einen ersten Flüssigkeitszufuhrkanal 20, der sich von einer oberen Position bis zur ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 erstreckt. Das Rillenelement 50 hat ferner einen zweiten Flüssigkeitszuführkanal 21, der sich von einer oberen Position durch die Trennwand 30 bis zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 erstreckt.
Wie durch den Pfeil C in Fig. 24 angedeutet, wird die erste Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) durch den ersten Flüssigkeitszuführkanal 20 und die erste gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 zur ersten Flüssigkeitsströmungsbahn 14 geführt, und die zweite Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit) wird durch den zweiten Flüssigkeitszuführkanal 21 und die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 zur zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn 16 geführt, wie durch den Pfeil D in Fig. 22 angedeutet.
Bei diesem Beispiel erstreckt sich der zweite Flüssigkeitszuführkanal 21 parallel zum ersten Flüssigkeitszuführkanal 20. In bezug auf diese Ausführungsform existiert jedoch keine Beschränkung. Es kann vielmehr jede beliebige Ausgestaltung Verwendung finden, wenn die Flüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 durch die Trennwand 30 außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 zugeführt wird.
Der Durchmesser des zweiten Flüssigkeitszuführkanales 21 wird in Abhängigkeit von der Zufuhrmenge der zweiten Flüssigkeit festgelegt. Die Ausgestaltung des zweiten Flüssigkeitszuführkanales 21 ist nicht auf kreisförmig oder rund beschränkt, sondern kann auch rechteckig o. ä. sein.
Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 kann durch Unterteilung des Rillenelementes durch eine Trennwand 30 ausgebildet werden. Als Verfahren hierfür werden ein Rahmen für eine gemeinsame Flüssigkeitskammer und eine Wand für einen zweiten Flüssigkeitskanal aus einem Trockenfilm ausgebildet, wie in Fig. 26 gezeigt, bei der es sich um eine auseinandergezogen perspektivische Ansicht handelt, und eine Kombination aus einem Rillenelement 50 mit der daran fixierten Trennwand und dem Elementsubstrat 1 werden miteinander verklebt, um auf diese Weise die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 und die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn 16 zu bilden.
Bei diesem Beispiel wird das Elementsubstrat 1 gebildet, indem das Lagerelement 70 aus Metall, wie Aluminium, mit einer Vielzahl von elektrothermischen Wandlerelementen als Wärmeerzeugungselementen versehen wird, um Wärme zur Blasenerzeugung aus der Blasenerzeugungsflüssigkeit durch Filmsieden zu verursachen.
Über dem Elementsubstrat 1 werden die Vielzahl der Rillen, die die von den Wänden des zweiten Flüssigkeitskanales vorgesehene Flüssigkeitsströmungsbahn 16 bilden, die Ausnehmung zur Bildung der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer (gemeinsame Blasenerzeugungsflüssigkeitskammer) 17, die in Strömungsmittelverbindung mit der Vielzahl der Blasenerzeugungsflüssigkeitsströmungsbahnen steht, um die Blasenerzeugungsflüssigkeit den Blasenerzeugungsflüssigkeitskanälen zuzuführen, und die Trenn- oder Unterteilungswände 30 mit den beweglichen Wänden 31 ausgebildet.
Mit 50 ist ein Rillenelement bezeichnet. Dieses Rillenelement ist mit Rillen zur Ausbildung der Ausstoßflüssigkeitsströmungsbahnen (ersten Flüssigkeitsströmungsbahnen) 14 durch Montage der Trennwände 30 hieran, einer Ausnehmung zur Ausbildung der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer (gemeinsamen Ausstoßflüssigkeitskammer) 15 zum Zuführen der Ausstoßflüssigkeit zu den Ausstoßflüssigkeitsströmungsbahnen, dem ersten Zuführkanal (Ausstoßflüssigkeitszuführkanal) 20 zur Zuführung der Ausstoßflüssigkeit zur ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer und dem zweiten Zuführkanal (Blasenerzeugungsflüssigkeitszuführkanal) 21 zum Zuführen der Blasenerzeugungsflüssigkeit zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 versehen. Der zweite Zuführkanal 21 wird an eine Strömungsmittelverbindungsbahn in Strömungsmittelverbindung mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 angeschlossen, die durch die Trennwand 30 dringt, welche außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 angeordnet ist. Durch Anordnung dieser Strömungsmittelverbindungsbahn kann die Blasenerzeugungsflüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 ohne Vermischen mit der Ausstoßflüssigkeit zugeführt werden.
Die Lagebeziehung zwischen dem Elementsubstrat 1, der Trennwand 30 und der gerillten Eckplatte 50 ist derart, dass bewegliche Elemente 31 entsprechend den Wärmeerzeugungselementen auf dem Elementsubstrat 1 und Ausstoßflüssigkeitsströmungsbahnen 14 entsprechend den beweglichen Elementen 31 angeordnet sind. In diesem Beispiel ist ein zweiter Zuführkanal für das Rillenelement vorgesehen. Es kann jedoch auch eine Vielzahl von solchen Kanälen in Abhängigkeit von der Zuführmenge vorgesehen sein. Der Querschnittsbereich der Strömungsbahn des Ausstoßflüssigkeitszuführkanales 20 und des Blasenerzeugungsflüssigkeitszuführkanales 21 kann in Abhängigkeit von der zugeführten Menge festgelegt werden.
Durch Optimierung des Querschnittsbereiches der Strömungsbahn können die das Rillenelement 50 o. ä. bildenden Teile minimiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, können bei dieser Ausführungsform der zweite Zuführkanal zum Zuführen der zweiten Flüssigkeit zur zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn und der erste Zuführkanal zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zur ersten Flüssigkeitsströmungsbahn von einer einzigen gerillten Deckplatte gebildet werden, so dass die Zahl der Teile reduziert werden kann und auf diese Weise eine Verringerung der Herstellschritte und damit eine Verringerung der Herstellkosten erreicht werden können.
Desweiteren wird die Zufuhr der zweiten Flüssigkeit zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer in Strömungsmittelverbindung mit der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn durch die zweite Flüssigkeitsströmungsbahn erreicht, die die Trennwand zum Trennen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit durchdringt, so dass auf diese Weise ein Klebeschritt ausreicht, um die Trennwand, das Rillenelement und das Wärmeerzeugungselementsubstrat miteinander zu verkleben, wodurch die Herstellung vereinfacht und die Genauigkeit der Verbindung verbessert werden.
Da die zweite Flüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer zugeführt wird, wobei die Trennwand durchdrungen wird, wird die Zufuhr der zweiten Flüssigkeit zur zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn sichergestellt, so dass daher die Zufuhrmenge ausreicht, um einen stabilisierten Ausstoß zu erreichen.

← Ausstoßflüssigkeit und Blasenerzeugungsflüssigkeit →

Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, kann mit der vorliegenden Erfindung mit der Ausführungsform, die das vorstehend beschriebene bewegliche Element aufweist, die Flüssigkeit mit einer höheren Ausstoßkraft oder Ausstoßeffiezienz ausgestoßen werden, als bei einem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf. Wenn die gleiche Flüssigkeit für die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit verwendet wird, ist es möglich, dass die Flüssigkeit keine Qualitätsverschlechterung erfährt und dass die Ablagerungen auf dem Wärmeerzeugungslelement infolge der Erhitzung verringert werden können. Daher wird durch Wiederholung der Vergasung und Kondensation eine reversierbare Zustandsänderung erreicht. So sind verschiedenartige Flüssigkeiten verwendbar, wenn die Flüssigkeit eine solche ist, die den Flüssigkeitsströmungskanal, das bewegliche Element oder die Trennwand o. ä. nicht nachteilig beeinflußt.
Von derartigen Flüssigkeiten kann eine solche, die Bestandteile aufweist, wie sie bei einer herkömmlichen Bubble-Jet-Vorrichtung Verwendung finden, als Aufzeichnungsflüssigkeit verwendet werden.
Wenn die zwei Strömungsbahnen aufweisende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer unterschiedlichen Ausstoßflüssigkeit und Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet wird, findet eine Blasenerzeugungsflüssigkeit mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften Verwendung. Beispiele hiervon sind: Methanol, Ethano, n-Propyalkohol, Isopropylalkohol, n-n-Hexan, n-Heptan, n- Octan, Toluol, Xylol, Methylendichlorid, Trichlorethylen, Freon TF, Freon BF, Ethylether, Dioxan, Cyclohexan, Methyacetat, Ethylacetat, Aceton, Methylethylketon, Wasser o. ä. sowie Gemische hiervon.
Was die Ausstoßflüssigkeit betrifft, so sind diverse Flüssigkeiten geeignet, ohne dass man hierbei die Blasenerzeugungseigenschaften oder thermischen Eigenschaften beachten muß. Diejenigen Flüssigkeiten, die in herkömmlicher Weise nicht eingesetzt werden konnten, da sie schlechte Blasenerzeugungseigenschaften besitzen und/oder durch Wärme in einfacher Weise Eigenschaftsänderungen erfahren, sind geeignet.
Es ist jedoch wünschenswert, dass die Ausstoßflüssigkeit selbst oder durch Reaktion mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit den Ausstoß, die Blasenerzeugung oder die Operationsweise des beweglichen Elementes o. ä. nicht behindert.
Was die Ausstoßflüssigkeit für die Aufzeichnung anbetrifft, so sind hochviskose Tinten o. ä. geeignet. Pharmazeutische Substanzen und Parfüms o. ä., die von Natur aus in einfacher Weise durch Wärme beeinträchtigt werden können, sind geeignet. Es wurde eine Tinte mit den folgenden Bestandteilen als Aufzeichnungsflüssigkeit sowohl für die Ausstoßflüssigkeit als auch die Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet, und es wurde ein Aufzeichnungsvorgang durchgeführt. Da die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte erhöht wurde, wurde die Schußgenauigkeit der Flüssigkeitströpfchen verbessert, so dass daher besonders wünschenswerte Bilder aufgezeichnet wurden.

Farbstofftintenviskosität 2cp

(C.I. food black 2)Farbstoff 3 Gew.-%
Diethylenglycol 10 Gew.-%
Thiodyglycol 5 Gew.-%
Ethanol 5 Gew.-%
Wasser 77 Gew.-%
Es wurden Aufzeichnungsvorgänge auch unter Verwendung der nachfolgenden Kombination von Flüssigkeiten für die Blasenerzeugungsflüssigkeit und Ausstoßflüssigkeit durchgeführt. Die Flüssigkeit, die eine Viskosität von 10 und einigen cps besaß und bislang nicht ausgestoßen werden konnte, wurde korrekt ausgestoßen, und selbst eine Flüssigkeit mit 150 cps wurde korrekt ausgestoßen und lieferte ein Bild hoher Qualität.

Blasenerzeugungsflüssigkeit 1:

Ethanol 40 Gew.-%
Wasser 60 Gew.-%

Blasenerzeugungsflüssigkeit 2:

Wasser 100 Gew.-%

Blasenerzeugungsflüssigkeit 3:

Isopropylalkohol 10 Gew.-%
Wasser 90 Gew.-%

Ausstoßflüssigkeit 1:

(Pigmenttinte, etwa 15 cp)
Ruß 5 Gew.-%
Styrol-Acrylat-Acrylatethylcopolymerharzmaterial
Dispersionsmaterial (Oxid 140, gewichtsgemitteltes Molekulargewicht) 1 Gew.-%
Mono-Ethanolamin 0,25 Gew.-%
Glycerin 69 Gew.-%
Thiodiglycol 5 Gew.-%
Ethanol 3 Gew.-%
Wasser 16,75 Gew.-%

Ausstoßflüssigkeit 2 (55 cp):

Polyethylenglycol 200 100 Gew.-%

Ausstoßflüssigkeit 3 (150 cp):

Polyethylenglycol 600 100 Gew.-%
Im Falle der Flüssigkeit, die nicht in einfacher Weise ausgestoßen wird, ist die Ausstoßgeschwindigkeit gering, so dass daher die Schwankungen der Ausstoßrichtung auf dem Aufzeichnungspapier ausgeweitet werden, was eine schlechte Schußgenauigkeit zur Folge hat. Ferner treten Schwankungen der Ausstoßmenge infolge der Instabilität des Ausstosses auf, wodurch das Aufzeichnen eines Bildes mit hoher Qualität verhindert wird. Bei diesen Ausführungsformen ermöglicht jedoch die Verwendung der Blasenerzeugungsflüssigkeit eine ausreichende und stabilisierte Erzeugung der Blase. Somit können eine Verbesserung der Schußgenauigkeit des Flüssigkeitströpfchens und eine Stabilisierung der Tintenausstoßmenge erreicht werden, so dass die Qualität des aufgezeichneten Bildes wesentlich verbessert wird.

← Flüssigkeitsausstoßkopkartusche →

Es wird nunmehr eine Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche beschrieben, die einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fig. 26 ist eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche einschließlich des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfes. Die Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche umfaßt allgemein einen Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 200 und einen Flüssigkeitsbehälter 80.
Der Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 200 besitzt ein Elementsubstrat 1, eine Trennwand 30, ein Rillenelement 50, eine Begrenzungsfeder 78, ein Flüssigkeitszuführelement 90 und ein Lagerelement 70. Das Elementsubstrat 1 ist mit einer Vielzahl von Wärmeerzeugungswiderständen zur Zuführung von Wärme zur Blasenerzeugungsflüssigkeit versehen, wie vorstehend beschrieben. Ein Blasenerzeugungsflüssigkeitskanal ist zwischen dem Elementsubstrat 1 und der Trennwand 30, die die bewegliche Wand aufweist, ausgebildet. Durch die Verbindung zwischen der Trennwand 30 und der Rillendeckplatte 50 wird eine Ausstoßströmungsbahn (nicht gezeigt) für eine Strömungsmittelverbindung mit der Ausstoßflüssigkeit ausgebildet.
Die Begrenzungsfeder 78 drückt das Rillenelement 50 gegen das Elementsubstrat 1 und integriert das Elementsubstrat 1, die Trennwand 30, das Rillenelement und das Lagerelement 70, die nachfolgend beschrieben werden, auf ordnungsgemäße Weise.
Das Lagerelement 70 lagert ein Elementsubstrat 1 o. ä. Auf dem Lagerelement 70 befinden sich eine Schaltungsplatte 71, die an das Elementsubstrat 1 angeschlossen ist, um diesem elektrische Signale zuzuführen, und Kontaktanschlußflächen 72 für eine elektrische Signalübertragung zwischen der Vorrichtungsseite, wenn die Kartusche an der Vorrichtung montiert ist.
Der Flüssigkeitsbehälter 90 enthält die Ausstoßflüssigkeit, wie Tinte, die dem Flüssigkeitsausstoßkopf zuzuführen ist, und die Blasenerzeugungsflüssigkeit für die Blasenerzeugung in getrennter Weise. Die Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 90 ist mit einem Positionierungsabschnitt 94 zum Montieren eines Verbindungselementes zum Verbinden des Flüssigkeitsausstoßkopfes mit dem Flüssigkeitsbehälter und einem festen Schaft 95 zum Fixieren des Verbindungsabschnittes versehen. Die Ausstoßflüssigkeit wird dem Ausstoßflüssigkeitszuführkanal 81 eines Flüssigkeitszuführelementes 80 durch einen Zuführkanal 84 des Verbindungselementes vom Ausstoßflüssigkeitszuführkanal 92 des Flüssigkeitsbehälters zugeführt und an eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer durch die Ausstoßflüssigkeitszuführkanäle 83, 71 und 21 der Elemente abgegeben. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit wird in entsprechender Weise dem Blasenerzeugungsflüssigkeitszuführkanal 82 des Flüssigkeitszuführelementes 80 über den Zuführkanal des Verbindungselementes vom Zuführkanal 93 des Flüssigkeitsbehälters zugeführt und an die zweite Flüssigkeitskammer durch den Blasenerzeugungsflüssigkeitszuführkanal 84, 71, 22 der Elemente gegeben.
Selbst wenn in einer solchen Flüssigkeitsausstoßkopfkartusche die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit verschieden sind, werden die Flüssigkeiten ordnungsgemäß zugeführt. Wenn die Ausstoßflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit gleich sind, müssen die Zuführbahnen für die Blasenerzeugungsflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit nicht unbedingt getrennt sein.
Nachdem die Flüssigkeit verbraucht worden ist, können die Flüssigkeitsbehälter mit den entsprechenden Flüssigkeiten versorgt werden. Um diese Versorgung zu erleichtern, ist der Flüssigkeitsbehälter in wünschenswerter Weise mit einer Flüssigkeitseinspritzöffnung versehen. Der Flüssigkeitsausstoßkopf und der Flüssigkeitsbehälter können einstückig miteinander oder getrennt voneinander ausgebildet sein.

← Flüssigkeitsausstoßvorrichtung →

Fig. 27 ist eine schematische Darstellung einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die zusammen mit dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet wird. Bei diesem Beispiel ist die Ausstoßflüssigkeit Tinte. Die Vorrichtung ist eine Tintenausstoßaufzeichnungsvorrichtung. Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung umfaßt einen Schlitten HC, an dem die Kopfkartusche, die einen Flüssigkeitsbehälterabschnitt 90 und einen Flüssigkeitsausstoßkopfabschnitt 201 aufweist, die lösbar miteinander verbindbar sind, montierbar ist. Der Schlitten HC kann in Breitenrichtung des Aufzeichnungsmatiales 150, beispielsweise eines Aufzeichnungsbogens o. ä., der von einer Aufzeichnungsmaterialfördereinrichtung zugeführt wird, hin- und herbewegt werden.
Wenn ein Antriebssignal der Flüssigkeitsausstoßeinrichtung am Schlitten von einer nicht gezeigten Antriebssignalzuführeinrichtung zugeführt wird, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit vom Flüssigkeitsausstoßkopf in Abhänigkeit von dem Signal auf das Aufzeichnungsmaterial ausgestoßen.
Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung dieser Ausführungsform umfaßt einen Motor 111 als Antriebsquelle zum Antreiben der Aufzeichnungsmaterialfördereinrichtung und des Schlittens, Zahnräder 112, 113 zum Übertragen der Antriebsenergie von der Antriebsquelle auf den Schlitten und einen Schlittenschaft 115 etc. Mit dieser Aufzeichnungsvorrichtung und dem Flüssigkeitsausstoßverfahren unter Verwendung dieser Aufzeichnungsvorrichtung können gute Drucke erhalten werden, indem die Flüssigkeit auf verschiedenartige Aufzeichnungsmaterialien ausgestoßen wird.
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm der gesamten Vorrichtung zur Durchführung der Tintenausstoßaufzeichnung unter Verwendung des Flüssigkeitsausstoßkopfes und des Flüssigkeitsausstoßverfahrens der vorliegenden Erfindung.
Die Aufzeichnungsvorrichtung empfängt Druckdaten in der Form eines Steuersignales von einem Wirtcomputer 300. Die Druckdaten werden zeitweise in einer Eingangsschnittstelle 301 der Druckvorrichtung gespeichert und zu gleichen Teilen in verarbeitbare Daten, die in eine CPU 302 eingebbar sind, umgewandelt, welche als Einrichtung zum Zuführen eines Kopfantriebssignales wirkt. Die CPU 302 verarbeitet die eingegebenen Daten zu Druckdaten (Bilddaten) durch Verarbeiten der selben mit Hilfe von peripheren Einheiten, wie RAMs 304 o. ä., unter Befolgung von Steuerprogrammen, die in einem ROM 303 gespeichert sind.
Um die Bilddaten auf einem geeigneten Punkt auf einem Aufzeichnungsbogen aufzuzeichnen, erzeugt die CPU 302 Antriebsdaten zum Antreiben eines Antriebsmotors, der den Aufzeichnungsbogen und den Aufzeichnungskopf sychron zu den Bilddaten bewegt. Die Bilddaten und die Motorantriebsdaten werden über einen Kopfantrieb 307 und einen Motorantrieb 305 auf einen Kopf 200 und einen Antriebsmotor 306 übertragen, die mit geeigneter zeitlicher Abstimmung zur Ausbildung eines Bildes gesteuert werden.
Was das Aufzeichnungsmedium betrifft, an dem die Flüssigkeit, wie Tinte, haftet und das zusammen mit einer Aufzeichnungsvorrichtung, wie beispielsweise der vorstehend beschriebenen, verwendbar ist, können die folgenden Medien Verwendung finden: verschiedenartige Papierbögen, OHP-Bögen, Kunststoffmaterial. das zur Ausbildung von Kompaktplatten, Ornamentplatten o. ä. verwendet wird, textiles Material, metallisches Material, wie Aluminium, Kupfer o. ä., Ledermaterial, wie Rindsleder, Schweinsleder, Kunstleder o. ä., Holzmaterial, wie Massivholz, Sperrholz u. ä., Bambusmaterial, Keramikmaterial, wie Fliesen und Materialien, die eine dreidimensionale Struktur besitzen, wie Schwammmaterial.
Die vorstehend erwähnte Aufzeichnungsvorrichtung besitzt eine Druckvorrichtung für verschiedene Papierbögen oder OHP-Bögen, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Kunststoffmaterial, wie Kunststoffmaterial, das zur Ausbildung einer Kompaktplatte o. ä. verwendet wird, eine Aufzeichnungsvorrichtung für eine Metallplatte o. ä., eine Aufzeichnungsvorrichtung für Ledermaterial, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Holz, eine Aufzeichnungsvorrichtung für Keramikmaterial, eine Aufzeichnungsvorrichtung für ein dreidimensionales Aufzeichnungsmedium wie Schwammmaterial o. ä., eine Textildruckvorrichtung zur Aufzeichnung von Bildern auf textilem Material u. ä. Aufzeichnungsvorrichtungen.
Was die Flüssigkeit anbetrifft, die in Verbindung mit diesen Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen Verwendung finden kann, so ist jede beliebige Flüssigkeit geeignet, solange sie mit dem verwendeten Aufzeichnungsmedium und den Aufzeichnungsbedingungen kompatibel ist.

Aufzeichnungssystem

Als nächstes wird ein beispielhafte Tintenstrahlaufzeichnungssystem beschrieben, das Bilder auf einem Aufzeichnungsmedium aufzeichnet und als Aufzeichnungskopf den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Fig. 29 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfes 201 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei dessen generelle Konstruktion gezeigt ist. Der Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform ist ein Kopf vom Vollzeilentyp, der eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen aufweist, die mit einer Dichte von 360 dpi so ausgerichtet sind, dass sie den gesamten Aufzeichnungsbereich des Aufzeichnungsmediums 150 abdecken. Er besitzt vier Köpfe, die den vier Farben Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) und Schwarz (Bk) entsprechen. Diese vier Köpfe werden von einem Halter 1202 parallel zueinander und mit vorgegebenen Abständen voneinander fest gelagert.
Die Köpfe werden in Abhängigkeit von Signalen angetrieben, die von einem Kopfantrieb 307 zugeführt werden, der eine Einrichtung zum Zuführen eines Antriebssignales zu jedem Kopf bildet. Jede der vier farbigen Tinten (Y, M, C und Bk) wird einem entsprechenden Kopf von einem Tintenbehälter 204a, 204b, 205c oder 204d zugeführt. Mit 204e ist ein Blasenerzeugungsflüssigkeitsbehälter bezeichnet, von dem aus die Blasenerzeugungsflüssigkeit jedem Kopf zugeführt wird. Unter jedem Kopf ist eine Kopfkappe 203a, 203b, 203c oder 203 d angeordnet, die ein Tintenabsorptionselement enthält, das beispielsweise aus einem Schwamm o. ä. besteht. Diese Kappen decken die Ausstoßöffnungen der entsprechenden Köpfe ab, schützen die Köpfe und halten ferner die Funktionsfähigkeit der Köpfe während einer aufzeichnungsfreien Phase aufrecht. Mit 206 ist ein Förderband bezeichnet, das eine Einrichtung zum Fördern der verschiedenen Aufzeichnungsmedien, wie sie beispielsweise in Verbindung mit den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben wurden, bildet. Das Förderband 206 wird mit verschiedenen Rollen entlang einer vorgegebenen Bahn geführt und wird von einer Antriebsrolle angetrieben, die an einen Motorantrieb 305 angeschlossen ist.
Das Tintenstrahlaufzeichnungssystem bei dieser Ausführungsform umfaßt eine Vordruckbehandlungsvorrichtung 251 und eine Nachdruckbehandlungsvorrichtung 252, die aufstromseitig und abstromseitig der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung entlang der Förderbahn für das Aufzeichnungsmedium angeordnet sind. Diese Behandlungsvorrichtungen 251 und 252 behandeln das Aufzeichnungsmedium auf verschiedene Weise, bevor die Aufzeichnung durchgeführt wird oder nachdem die Aufzeichnung durchgeführt wurde,
Der Vordruckprozeß und der Nachdruckprozeß hängen von der Art des Aufzeichnungsmediums oder der Art der Tinte ab. Wenn beispielsweise ein Aufzeichnungmedium verwendet wird, das aus metallischem Material, Kunststoffmaterial, Keramikmaterial o. ä. besteht, wird das Aufzeichnungsmedium UV- Strahlen und Ozon vor dem Druck ausgesetzt, um dessen Oberfläche zu aktivieren.
Bei einem Aufzeichnungsmaterial, das dazu neigt, elektrisch aufgeladen zu werden, beispielsweise einem Kunstharzmaterial, neigt Staub dazu, sich durch statische Elektrizität auf der Oberfläche abzulagern. Der Staub kann die gewünschte Aufzeichnung verhindern. In einem solchen Fall wird von einem Ionisator Gebrauch gemacht, um die statische Aufladung des Aufzeichnungsmaterials und damit den Staub vom Aufzeichnungsmaterial zu entfernen. Wenn ein textiles Material als Aufzeichnungsmaterial verwendet wird, kann eine Vorbehandlung durchgeführt werden, um ein Verlaufen zu verhindern und die Fixierung o. ä. zu verbessern, wobei auf das textile Material eine Substanz mit alkalischen Eigenschaften, eine wasserlösliche Substanz, eine polymere Zusammensetzung, ein wasserlösliches Metallsalz, Harnstoff oder Thioharnstoff aufgebracht wird. Die Vorbehandlung ist hierauf nicht beschränkt. Es kann vielmehr auch eine solche Anwendung finden, um das Aufzeichnungsmaterial mit der richtigen Temperatur zu versehen.
Bei der Nachbehandlung handelt es sich um einen Prozeß, um das Aufzeichnungsmaterial, das die Tinte aufgenommen hat, einer Wärmebehandlung, einer UV-Bestrahlung zur Förderung der Fixierung der Tinte oder einer Reinigung zu unterziehen, um das für die Vorbehandlung verwendete Prozeßmaterial und das aufgrund keiner Reaktion zurückbleibende Material zu entfernen.
Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem Kopf um einen Vollzeilenkopf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch natürlich auch auf einen seriellen Typ anwendbar, bei dem der Kopf über die Breite des Aufzeichungsmateriales bewegt wird.
Durch Anwendung des Ausstoßprinzips unter Verwendung des beweglichen Elementes kann der größte Teil des durch die Erzeugung der Blase entstehenden Drucks direkt und auf wirksame Weise durch das bewegliche Element übertragen werden, so dass eine hohe Ausstoßeffizienz und eine hohe Ausstoßkraft erreicht werden können.
Erfindungsgemäß kann der Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Präzision und mit geringen Kosten hergestellt werden, da die Zahl der Teile gering ist.
Wenn der Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Erfindung als Flüssigkeitsausstoßaufzeichnungskopf verwendet wird, wird eine Aufzeichnung mit hoher Bildqualität erreicht.
Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung oder ein Aufzeichnungssystem zur Verfügung gestellt, bei denen die Ausstoßeffizienz der Flüssigkeit o. ä. weiter verbessert wird.
Der Kopf kann in einfacher Weise unter Nutzung der vorliegenden Erfindung wiederverwendet werden, wenn die Kopfkartusche o. ä. der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Obwohl die Erfindung in bezug auf die hier offenbarten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die angegebenen Einzelheiten beschränkt. Vielmehr soll sie auch solche Modifikationen oder Änderungen abdecken, die unter den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche fallen können.

Claims

1. Flüssigkeitsausstoßverfahren zum Ausstoßen einer Flüssigkeit durch Erzeugung einer Blase mit den folgenden Schritten:

Vorsehen eines Kopfes, der einen Ausstoßauslaß (18) zum Ausstoßen von Flüssigkeit, einen Blasenerzeugungsbereich zum Erzeugen einer Blase in der Flüssigkeit und ein bewegliches Element (31) aufweist, das auf den Blasenerzeugungsbereich weist und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, die vom Blasenerzeugungsbereich weiter weg ist als die erste Position, verschiebbar ist; und

Verschieben des beweglichen Elementes (31) von der ersten Position in die zweite Position durch Druck, der durch die Erzeugung einer Blase im Blasenerzeugungsbereich erzeugt wurde, um eine Expansion der Blase stärker in einer abstromseitigen Richtung zum Ausstoßauslaß (18) hin als in einer aufstromseitigen Richtung zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebungsschritt umfaßt:

einen ersten Blasenerzeugungsschritt zum Verschieben eines freien Endes (32) des beweglichen Elementes (31) durch Druck, der durch Erzeugung einer Blase im Blasenerzeugungsbereich erzeugt wurde; und

einen zweiten Blasenerzeugungsschritt zum Erzeugen von mindestens einer anderen Blase im Blasenerzeugungsbereich, um Flüssigkeit durch den Ausstoßauslaß (18) auszustoßen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das das Erzeugen einer Blase unter Verwendung einer Wärmeerzeugungselementeinrichtung (2A, 2B) umfaßt, die zum Erzeugen der Blase ein Filmsieden bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Wärmeerzeugungselementeinrichtung ein erstes Wärmeerzeugungselement (2A) und ein zweites Wärmeerzeugungselement (2B) aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das erste Wärmeerzeugungselement (2A) und das zweite Wärmeerzeugungselement (2B) entlang einer Richtung zum Ausstoßauslaß (18) hin angeordnet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das erste Wärmeerzeugungselement und das zweite Wärmeerzeugungselement parallel in einer Richtung zum Ausstoßauslaß (18) hin angeordnet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem der erste Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des ersten Wärmeerzeugungselementes (2A) und der zweite Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des zweiten Wärmeerzeugungselementes (2B) durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem der erste Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des ersten Wärmeerzeugungselementes (2A) und der zweite Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des ersten Wärmeerzeugungselementes (2A) und des zweiten Wärmeerzeugungselementes (2B) durchgeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem der erste Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des zweiten Wärmeerzeugungselementes (2B) und der zweite Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des ersten Wärmeerzeugungselementes (2A) durchgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem der erste Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des zweiten Wärmeerzeugungselementes (2B) und der zweite Blasenerzeugungsschritt durch Betreiben des ersten Wärmeerzeugungselementes (2A) und des zweiten Wärmeerzeugungselementes (2B) durchgeführt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, das das Zuführen von Flüssigkeit entlang der Wärmeerzeugungselementeinrichtung (2A, 2B) in einem Strömungsweg von einem Punkt aufstromseitig der Wärmeerzeugungselementeinrichtung umfaßt,

wobei der Verschiebungsschritt das Bewegen eines freien Endes (32) des beweglichen Elementes benachbart zum Ausstoßauslaß (18) durch Druck, der durch die Erzeugung einer Blase erzeugt wurde, umfaßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Kopf eine erste Flüssigkeitsströmungsbahn (14), die in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigkeitsausstoßauslaß (18) steht, und eine zweite Flüssigkeitsströmungsbahn (16), die den Blasenerzeugungsbereich aufweist, umfaßt, wobei das bewegliche Element zwischen der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn (14) und dem Blasenerzeugungsbereich angeordnet ist und ein freies Ende (32) auf der Seite des Ausstoßauslasses (18) besitzt und wobei durch Erzeugung einer Blase im Blasenerzeugungsbereich das freie Ende (32) des beweglichen Elementes (31) in die erste Flüssigkeitsströmungsbahn (14) durch Druck verschoben wird, der durch die Erzeugung der Blase erzeugt wurde, so daß auf diese Weise der Druck in Richtung auf den Ausstoßauslaß (18) der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn (14) geführt wird, um Flüssigkeit auszustoßen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn (14) zugeführte Flüssigkeit und die der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn (16) zugeführte Flüssigkeit die gleiche sind.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn (14) zugeführte Flüssigkeit und die der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn (16) zugeführte Flüssigkeit verschieden sind.

14. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die der zweiten Flüssigkeitsströmungsbahn (16) zugeführte Flüssigkeit mindestens eine Eigenschaft der folgenden Eigenschaften besitzt: eine geringere Viskosität, eine bessere Blasenbildungseigenschaft und eine höhere thermische Stabilität als die der ersten Flüssigkeitsströmungsbahn (14) zugeführte Flüssigkeit.

15. Flüssigkeitsausstoßkopf mit

einem Ausstoßauslaß (18) zum Ausstoßen einer Flüssigkeit;

einem Blasenerzeugungsbereich zur Erzeugung einer Blase in der Flüssigkeit;

einem beweglichen Element (31), das auf den Blasenerzeugungsbereich weist und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, die vom Blasenerzeugungsbreich weiter weg ist als die erste Position, verschiebbar ist,

wobei das bewegliche Element (31) von der ersten Position in die zweite Position durch Druck, der durch Erzeugung einer Blase erzeugt wurde, bewegbar ist, um eine Expansion der Blase stärker in einer abstromseitigen Richtung zum Ausstoßauslaß (18) hin als in einer aufstromseitigen Richtung zu ermöglichen; und

einer Blasenerzeugungsanordnung (2A und 2B) zum Bewirken einer Blasenerzeugung, um einen Tintenausstoß zu verursachen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenerzeugungsanordnung umfaßt:

eine erste Blasenerzeugungseinrichtung (2A) zum Bewirken einer Verschiebung des beweglichen Elementes (32) durch Druck, der durch Erzeugung einer Blase im Blasenerzeugungsbereich erzeugt wurde; und

eine zweite Blasenerzeugungseinrichtung (2B) zum Erzeugen von mindestens einer anderen Blase im Blasenerzeugungsbereich zum Ausstoßen der Flüssigkeit durch den Ausstoßauslaß (18).

16. Kopf nach Anspruch 15, bei dem der Blasenerzeugungsbereich eine Wärmeerzeugungselementeinrichtung (2A, 2B) umfaßt, um ein Filmsieden in der Flüssigkeit zur Erzeugung einer Blase zu bewirken.

17. Kopf nach Anspruch 16, bei dem die Wärmeerzeugungselementeinrichtung ein erstes Wärmeerzeugungselement (2A) und ein zweites Wärmeerzeugungselement (2B) besitzt.

18. Kopf nach Anspruch 17, bei dem das erste Wärmeerzeugungselement (2A) und das zweite Wärmeerzeugungselement (2B) in einer Richtung auf den Ausstoßauslaß (18) hin angeordnet sind.

19. Kopf nach Anspruch 17, bei dem das erste Wärmeerzeugungselement (2A) und das zweite Wärmeerzeugungselement (2B) parallel in einer Richtung zum Ausstoßauslaß (18) hin angeordnet sind.

20. Kopf nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die 1 erste Blasenerzeugungseinrichtung das erste Wärmeerzeugungselement (2A) und das zweite Wärmeerzeugungselement (2B) die zweite Blasenerzeugungseinrichtung bilden.

21. Kopf nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem das erste Wärmeerzeugungselement (2A) die erste Blasenerzeugungseinrichtung und das erste und zweite Wärmeerzeugungselement (2A und 2B) die zweite Blasenerzeugungseinrichtung bilden.

22. Kopf nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem das zweite Wärmeerzeugungselement (2B) die erste Blasenerzeugungseinrichtung und das erste Wärmeerzeugungselement (2A) die zweite Blasenerzeugungseinrichtung bilden.

die vom Flüssigkeitsausstoßkopf (200) ausgestoßene Flüssigkeit empfängt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, die eine Quelle eines Textilmateriales zur Ausbildung des Aufzeichnungsmediums umfaßt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 27, 28, 29, die so betreibbar ist, daß sie Flüssigkeiten unterschiedlicher Farben ausstößt, um eine Farbaufzeichnung zu bewirken.

31. Vorrichtung nach Anspruch 27, 28, 29 oder 30, bei der eine Vielzahl von solchen Ausstoßauslässen (18) über eine Breite eines aufzeichenbaren Bereiches des Aufzeichnungsmateriales angeordnet ist.