DE69724185T2

DE69724185T2 - Verfahren zum Ausstossen von Flüssigkeit, Flüssigkeitsversorgungsverfahren, Flüssigkeitsausstosskopf, Flüssigkeitsausstosskopfkassette, die einen solchen Flüssigkeitsausstosskopf verwendet und Vorrichtung zum Ausstossen von Flüssigkeit

Info

Publication number: DE69724185T2
Application number: DE69724185T
Authority: DE
Inventors: Makiko Sagamihara-shi Kimura; Yoshie Minami Azumi-gun Asakawa; Toshio Ohta-ku Kashino; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Hirokazu Ohta-ku Tanaka; Takeshi Ohta-ku Okazaki; Aya Ohta-ku Yoshihira; Kiyomitsu Ohta-ku Kudo
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2017-06-07
Also published as: AU2475797A; DE69724185D1; EP0811491A2; CN1172011A; JP3647205B2; US6109735A; EP0811491B1; CA2207166A1; CN1082446C; JPH1076654A; CA2207166C; EP0811491A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsausstoßverfahren zum Ausstoßen einer gewünschten Flüssigkeit durch Erzeugen von Dampfblasen mittels Wärmeenergie, die auf die Flüssigkeit einwirkt, einen Flüssigkeitsausstoßkopf und eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet.
In mehr besonderer Weise betrifft die Erfindung einen Flüssigkeitsausstoßkopf, der ein bewegliches Element aufweist, das unter Ausnutzung der Erzeugung von Blasen verlagert werden kann, ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, eine Kopfkassette, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, und ein Flüssigkeitsausstoßgerät.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Drucker anwendbar, der auf einem Aufzeichnungsmedium aufzeichnet, wie zum Beispiel Papier, Faden, Fasern, Gewebe, Leder, Metall, Kunststoff, Glas, Holz oder Keramik, als auch auf ein Kopiergerät, ein Faksimilegerät, das mit Verbindungssystemen versehen ist, ein Textverarbeitungssystem, das mit einer Druckereinheit versehen ist, usw. Die Erfindung ist ferner auf ein komplexes Aufzeichnungsgerät für industrielle Anwendung anwendbar, welches mit verschiedenen Verarbeitungssystemen kombiniert ist.
BEMERKUNGEN ZUM STAND DER TECHNIK
Es ist ein sogenanntes Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren bekannt, welches ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren ist, bei dem zum Erzeugen von Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium durch Ausstoß von Tinte aus Ausstoßöffnungen unter Verwendung von Wirkkraft, die durch die Zustandsänderungen von Tinte, die durch plötzliche Volumenänderungen (Erzeugung von Blasen) hervorgerufen ist, wenn Wärmeenergie oder dergleichen gemäß Aufzeichnungssignalen auf Tinte einwirkt. Für das Aufzeichnungsgerät, welches das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren anwendet, wird im allgemeinen eines genutzt, wie es in den Beschreibungen des USA-Patents Nr. 4 723 129 und anderen erläutert ist, wobei die Ausstoßöffnungen, die Tinte ausstoßen, die Tintenkanäle, die mit den Ausstoßöffnungen leitend verbunden sind, und Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente in jedem der Tintenkanäle als Vorrichtungen zum Erzeugen von Energie zum Ausstoß von Tinte angeordnet sind. Dann ist es bei dem Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren allgemein üblich, daß die Blasen mittels des in Flüssigkeit erzeugten Filmsiedens entwickelt werden.
Gemäß einem solchen Aufzeichnungsverfahren ist es möglich, Bilder hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit bei geringerer Geräuschentwicklung aufzuzeichnen. Gleichzeitig ermöglicht der Kopf, der dieses Aufzeichnungsverfahren ausführt, die Anordnung der Ausstoßöffnungen zum Ausstoß von Tinte in hoher Dichte mit dem Vorteil, neben anderen Vorteilen, daß Bilder mit hoher Auflösung aufgezeichnet werden können, und daß Farbbilder auf leichte Weise unter Verwendung eines kleineren Geräts aufgezeichnet werden können. In den letzten Jahren wurde daher das Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren für viele Arten von Büroausrüstungen weit verbreitet übernommen, wie z. B. einen Drucker, ein Kopiergerät, ein Faksimilegerät, und wird ferner für industrielle Systeme genutzt, wie z. B. beim Textildruck, neben anderen.
Das USA-Patent Nr. 5 278 585 beschreibt einen wärmeaktiven Tintenstrahlkopf mit einem Strömungsrichtung-Einwegventil zum Verringern des Rückdrucks, der durch die Tröpfchenausstoß-Tintendampfblasen erzeugt ist. Das Ventil wird durch Strukturieren einer ätzbeständigen Maske zum Erzeugen einer Klappe in einer vorbestimmten Position entlang einem Tintenkanal zwischen einem Heizelement und dem Tintenbehälter ausgebildet.
Das Europäische Patentdokument Nr. 0436047 beschreibt einen wärmeaktiven Tintenstrahlkopf ohne Rückschlagventile in dem Tintenkanal, wobei die Ventile den Tintenkanal in insgesamt drei Kammern unterteilen. Das Heizelement befindet sich in der mittleren Kammer und ist daher total umschlossen.
Zusammen mit der breiteren Nutzung von Tintenstrahlverfahren und -techniken für verschiedene Produkte auf unterschiedlichen Gebieten entwickelten sich in jüngster Zeit zunehmend mehr technische Anforderungen, wie weiter nachstehend erläutert ist.
Z. B. wurde im Hinblick auf die Anforderungen zur Erhöhung des Energienutzungsgrads die Einstellung der Dicke der Schutzschicht untersucht, um das Leistungsvermögen von Wärmeerzeugungselementen zu optimieren. Eine Untersuchung dieser Art erzeugte Wirkungen hinsichtlich der Erhöhung des Wirkungsgrads der erzeugten Wärme, die auf die Tinte oder andere Flüssigkeiten übertragen wird. Um Bilder hoher Qualität zu erzielen, ist eine Ansteuerbedingung vorgeschlagen worden, in welcher ein Flüssigkeitsausstoßverfahren oder dergleichen eingerichtet ist, in der Lage zu sein, einen guten Tintenausstoß mit höherer Tintenausstoßgeschwindigkeit unter stabilerer Blasenerzeugung auszuführen. Auch vom Standpunkt der Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung wurde ein verbesserter Aufbau der Flüssigkeitsströmungskanäle vorgeschlagen, der ermöglicht, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, der in der Lage ist, die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsströmungskanälen nach dem Ausstoß mit höherer Geschwindigkeit wieder aufzufüllen.
Von den verschiedenen Ausbildungen der Flüssigkeitsströmungskanäle, die vorgeschlagen wurden, sind jene in 1A und 1B dargestellten in den Beschreibungen der Japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-199972 als ein Flüssigkeitsströmungskanalaufbau offenbart. Der Flüssigkeitsströmungskanalaufbau und ein Verfahren zur Herstellung von Köpfen, wie in der Beschreibung offenbart, sind Erfindungen unter Berücksichtigung von Rückwellen (der Druck entgegengesetzt zu der Richtung zu den Ausstoßöffnungen, d. h. der Druck, der in die Richtung zu der Flüssigkeitskammer 12 ausgeübt ist). Die Rückwellen sind als Energieverlust bekannt, weil eine solche Energie nicht in die Ausstoßrichtung wirkt.
Für den Flüssigkeitsströmungskanalaufbau, der in 1A und 1B dargestellt ist, ist jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 auf einem Elementsubstrat 1 angeordnet. Gleichzeitig ist jedes der Ventile 90 in einer Position in Gegenüberlage der Seite angeordnet, auf welcher jedes Wärmeerzeugungselement 2 erzeugt ist, welche von dem Bereich beabstandet ist, in dem die Blase mittels des Wärmeerzeugungselements 2 erzeugt ist. Das Ventil 90 behält eine Anfangsposition bei, als ob es an der Decke des Flüssigkeitsströmungskanals 10 haftet, wie in 1B gezeigt ist, nach einem Herstellungsverfahren, das ein Plattenmaterial oder dergleichen nutzt, und hängt dann in den Flüssigkeitsströmungskanal 10 herunter, wenn eine Blase erzeugt wird. Gemäß der Erfindung, wie in Verbindung mit 1A und 1B gezeigt ist, werden die vorstehend beschriebenen Rückwellen teilweise unter Verwendung des Ventils 90 gesteuert, wodurch die Ausbreitung der Rückwellen zu der Zuströmseite mit der Absicht unterdrückt wird, den Energieverlust zu verringern. Wie jedoch aus eingehenden Untersuchungen zu dem Prozeß deutlich wurde, in welchem die Blasen erzeugt sind, ist die Unterdrückung der Rückwellen teilweise durch die Anordnung des Ventils 90 im Inneren des Flüssigkeitsströmungskanals, der die Ausstoßflüssigkeit hält, in bezug auf den Ausstoß nicht praktikabel. In anderen Worten, die Rückwellen selbst sind in diesem System grundlegend nicht in direktem Zusammenhang mit dem Ausstoß. Wie in 1A gezeigt, wirkt in dem Augenblick, in dem die Rückwellen in dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 erzeugt sind, der Druck, der mittels der Blase ausgeübt ist, die unmittelbar mit dem Ausstoß im Zusammenhang steht, auf die Flüssigkeit, die aus dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 auszustoßen ist. Selbst wenn daher die Rückwellen vollständig unterdrückt werden, sollte klar sein, daß eine derartige Unterdrückung den Ausstoß nicht wesentlich beeinträchtigt, nicht zu erwähnen die teilweise Unterdrückung.
Hinsichtlich des Bilderzeugungsverfahrens wiederholen die Wärmeerzeugungselemente die Erhitzung, während die Elemente mit der Tinte in Kontakt gehalten werden. Daher erfolgt auf der Oberfläche jedes Elements infolge des Verbrennens von Tinte die sedimentäre Ablagerung. Abhängig von den Tintenarten ist eine solche sedimentäre Ablagerung häufig mit der instabilen Erzeugung von Blasen verbunden, was zu Schwierigkeiten beim Ausstoß von Tinte in gutem Zustand führt. Es besteht das Bedürfnis, ein gutes Verfahren zu schaffen, bei dem der Flüssigkeitsausstoß ohne Änderung der Qualität möglich ist, selbst wenn eine solche Flüssigkeit eine ist, die auf leichte Weise bei Einwirkung von Wärme verschlechtert wird, oder die eine, bei der es nicht auf leichte Weise zum Erzeugen einer ausreichenden Aufschäumung kommt.
Unter diesen Gesichtspunkten ist in den Beschreibungen der Japanische Offenlegungsschrift Nr. 61-69467, der Japanische Offenlegungsschrift Nr. 55-81172 und dem USA-Patent Nr. 4 480 259 offenbart, daß die Flüssigkeit (Aufschäumflüssigkeit), die Blasen mittels Wärme erzeugt, und die Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit), die ausgestoßen werden kann, als separate Flüssigkeiten getrennt sind, und dann wird die Ausstoßflüssigkeit durch die Übertragung des Drucks ausgestoßen, der durch das Aufschäumen auf die Ausstoßflüssigkeit ausgeübt wird. In diesen Beschreibungen ist der Aufbau so eingerichtet, daß Tinte, die als die Ausstoßflüssigkeit und die Aufschäumflüssigkeit wirkt, mittels einer flexiblen Folie, wie z. B. aus Silikongummi, vollständig getrennt sind und gleichzeitig der Aufschäumdruck der Aufschäumflüssigkeit auf die Ausstoßflüssigkeit durch die Verformung einer solchen flexiblen Folie übertragen wird, während verhindert wird, daß die Ausstoßflüssigkeit mit den Heizelementen in direkten Kontakt gelangt. Mit einem derartigen Aufbau ist ermöglicht, die sedimentäre Ablagerung auf der Oberfläche der Wärmeerzeugungselemente zu verhindern, und auch dazu beizutragen, daß der Auswahlbereich der Ausstoßflüssigkeiten erweitert wird.
Um jedoch bei dem auf diese Weise aufgebauten Kopf die Ausstoßflüssigkeit und die Aufschäumflüssigkeit vollständig zu trennen, ist der Aufbau so ausgebildet, daß der Aufschäumdruck mittels der Verformung auf die Ausstoßflüssigkeit übertragen wird, die durch die Expansion und Kontraktion der flexiblen Folie bewirkt ist. Daher besteht die Neigung, daß der Aufschäumdruck in einem beträchtlichen Maße durch die flexible Folie absorbiert wird. Der Verformungsgrad der flexiblen Folie kann auch nicht ausreichend groß ausgeführt werden. Obgleich es möglich ist, eine Wirkung zum Trennen der Ausstoßflüssigkeit und der Aufschäumflüssigkeit zu erreichen, besteht die Gefahr, daß der Energienutzungsgrad und die Ausstoßkraft unvermeidbar vermindert werden.
Wenn nun in der Flüssigkeit Blasen erzeugt werden, indem diese unter Verwendung von Elektrizität-Wärme-Umwandlungselementen oder dergleichen erhitzt wird, besteht die Möglichkeit, daß Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente infolge der Kavitation zum Zeitpunkt der Entschäumung beschädigt werden, welche der Kontraktion jeder der erzeugten Blasen folgt. Um dem entgegenzuwirken, ist es allgemein üblich, daß eine Antikavitationsschicht, die aus Tantal oder dergleichen erzeugt ist, auf der Oberfläche angeordnet wird, welche die Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente eines derartigen Flüssigkeitsausstoßkopfs einschließt. Um die Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen, ist es ebenfalls wichtig, eine Vorrichtung zu berücksichtigen, die eine solche Kavitation wirkungsvoller verhindert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie vorstehend beschrieben, ist die weitere Verbesserung des Ausstoßverhaltens für das Verfahren zum Ausstoß von Flüssigkeit durch Erzeugen von Blasen (insbesondere von Blasen, die dem Filmsieden folgend erzeugt sind) in jedem der Flüssigkeitsströmungskanäle erwünscht. Unter diesen Umständen haben die Erfinder daher Studien zum Ausstoßprinzip von Tröpfchen wieder aufgenommen und technische Analysen ausgeführt, die nachstehend aufgeführt sind, um ein neues Tröpfchenausstoßverfahren unter Ausnutzung von Blasen zu schaffen, als auch Köpfe und andere dafür verwendete Mittel. Die erste technische Analyse beginnt mit der Operation des beweglichen Elements in jedem der Flüssigkeitsströmungskanäle, wie z. B. eine Analyse zum Prinzip des Mechanismus eines solchen beweglichen Elements in dem Flüssigkeitsströmungskanal. Die zweite Analyse beginnt mit dem Prinzip des Tröpfchenausstoßes mittels Blasen, und die dritte Analyse beginnt mit dem Blasenerzeugungsbereich jedes Wärmeerzeugungselements zur Verwendung für die Blasenerzeugung. Während Gesichtspunkte betrachtet werden, die in dem Stand der Technik bisher keine Berücksichtigung gefunden haben, ist es demzufolge möglich, die grundlegenden Ausstoßeigenschaften des Flüssigkeitsausstoßverfahrens zur Erzeugung jeder der Blasen (insbesondere von Blasen, die dem Filmsieden folgend erzeugt sind) in jedem der Flüssigkeitsströmungskanäle auf ein solch hohes Niveau zu verbessern, das gemäß dem Stand der Technik nicht zu erwarten ist.
In anderen Worten, die Erfinder haben ein vollständig neues Verfahren begründet, um Blasen gezielt zu steuern, indem die Lagebeziehung zwischen dem Drehpunkt eines beweglichen Elements und dessen freiem Ende in einer solchen Weise eingerichtet wird, um das freie Ende auf der Seite der Ausstoßöffnung anzuordnen, d. h. auf der Abströmseite, oder durch Anordnung des beweglichen Elements in Gegenüberlage jedes Wärmeerzeugungselements oder des Bereichs, in welchem die Blasen erzeugt werden. Die Erfindung beruht auf dem neuen Verfahren, das als ein Patent angemeldet ist. Im Hinblick auf die Energie, die einer Ausstoßmenge durch eine Blase zu erteilen ist, sollte die Entwicklungskomponente der Blase auf der Abströmseite als das größte Element für die bemerkenswerte Verbesserung des Ausstoßverhaltens Berücksichtigung finden. In anderen Worten, es wurde erkannt, daß die Entwicklungskomponente der Blase auf der Abströmseite wirkungsvoll in die Ausstoßrichtung umzuwandeln ist, um den Ausstoßwirkungsgrad als auch die Ausstoßgeschwindigkeit zu erhöhen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache erfolgte eine Anordnung zur gezielten Verlagerung der Entwicklungskomponente der Blase auf der Abströmseite zu der Seite des freien Endes des beweglichen Elements, wodurch die Erfindung vervollständigt wurde, die im Vergleich zu dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßverfahren einen extrem hohen technischen Standard aufweist.
Gemäß dieser Erfindung wird der Wärmeerzeugungsbereich für die Erzeugung jeder der Blasen erschlossen, d. h. die Abströmseite der Mittellinie, die z. B. durch die Mitte jeder Fläche der Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit verläuft, oder von Strukturelementen, wie z. B. jedes bewegliche Element und jeder Flüssigkeitsströmungskanal, welche in Beziehung zu der Entwicklung jeder Blase auf der Abströmseite der Mitte für deren Erzeugung stehen. Es wird auch offenbart, daß die Wiederauffüllgeschwindigkeit signifikant erhöht wird, indem besondere Aufmerksamkeit der Anordnung jedes beweglichen Elements und dem Aufbau von jedem der Flüssigkeitszuführkanäle gewidmet wird.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Verfahren haben die Erfinder den Aufbau der Flüssigkeitsströmungskanäle und den Aufbau der Wärmeerzeugungselemente entwickelt, um die Rückwellen zu verhindern, und die Entwicklungskomponente jeder Blase, die sich in die Richtung entgegengesetzt zu der Flüssigkeitszuführrichtung ausbreitet, während die weitere Erhöhung der Ausstoßkraft bewirkt wird, was zu der Einleitung der epochemachenden Technik führt, die es ermöglicht die Strömung der Ausstoßflüssigkeit auf eine Art auszurichten.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere darauf gerichtet, das vorstehend beschriebene Ausstoßprinzip wirkungsvoller zu nutzen, während der Ausbildung des Aufbaus Beachtung geschenkt wird, die ermöglicht, Flüssigkeit unterhalb eines beweglichen Elements zuzuführen. Dann wird der Aufbau verbessert, um ein epochemachendes Verfahren einzuführen, das es ermöglicht, ein stabilisiertes Ausstoßvermögen mittels eines extrem einfachen Aufbaus zu erzielen.
In mehr spezifischer Weise sind die Hauptziele der vorliegenden Erfindung wie folgt:
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs und eines Flüssigkeitszuführverfahrens, die zu einem kompakteren Kopfaufbau unter Verwendung des vollständig neuen Flüssigkeitsausstoßverfahrens führen, das aus dem vorstehend erwähnten Wissen erlangt ist, und auch eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette zu schaffen, die einen solchen Flüssigkeitsausstoßkopf als auch ein Flüssigkeitsausstoßgerät verwendet.
Es ist ein erstes Ziel der Erfindung, ein Flüssigkeitsausstoßverfahren und einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, die in der Lage sind, die ausgestoßene Flüssigkeitsströmung zu stabilisieren, indem die Entwicklungskomponente der Blasen und Druckwellen (Rückwellen) in der Richtung entgegengesetzt zu der Flüssigkeitszuführrichtung unterdrückt wird.
Es ist ein zweites Ziel der Erfindung, ein Flüssigkeitsausstoßverfahren und einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu schaffen, die in der Lage sind, die Erzeugung der Kavitation auf den wärmeerzeugenden Elementen (Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente oder dergleichen) zu verhindern.
In einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Wärmeerzeugungselement zum Erzeugen von Blasen zum Ausstoß der Flüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung angeordnet, ein erster Flüssigkeitsströmungskanal, der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung ist, ein zweiter Flüssigkeitsströmungskanal, der mit dem Wärmeerzeugungselement verbunden ist, und eine Trennwand, welche den ersten und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal trennt, wobei die Trennwand ein freies Ende aufweist, das durch den Druck, der durch eine Blase ausgeübt wird, die durch das Wärmeerzeugungselement erzeugt ist, in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal verlagerbar ist, um den Druck zu der Ausstoßöffnung zum Ausstoß der Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung zu leiten,
dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Flüssigkeitszuführkanal, der mit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal in Verbindung ist, und ein zweiter Flüssigkeitszuführkanal, der mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal in Verbindung ist, jeweils auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand so angeordnet sind, daß die Zuführung der ersten und der zweiten Flüssigkeit von einer jeweiligen Seite des Flüssigkeitsausstoßkopfs ausgeführt wird, nahe jedem der Flüssigkeitsströmungskanäle in Richtungen entgegengesetzt zu einander, mit der Trennwand dazwischen.
Der zweite Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsausstoßverfahren, das einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Wärmeerzeugungselement zum Erzeugen von Blasen zum Ausstoß von Flüssigkeit aus einer Ausstoßöffnung aufweist, einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal, der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung ist, einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal, der mit dem Wärmeerzeugungselement in Verbindung ist, und eine Trennwand, welche den ersten und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal trennt, wobei die Trennwand ein freies Ende aufweist, das als Reaktion auf den Druck, der durch eine Blase ausgeübt wird, die durch das Wärmeerzeugungselement hervorgerufen ist, in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal verlagerbar ist, um den Druck zu der Ausstoßöffnung zu leiten, wobei das Verfahren aufweist:

– Veranlassen des Wärmeerzeugungselements zum Verdampfen von Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal, um eine Blase zu erzeugen, die das freie Ende der Trennwand in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal verlagert, wodurch bewirkt wird, daß Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wird,

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es ist zu bevorzugen, Luftblasen mittels der Filmsiedeerscheinung zu erzeugen, die in der Flüssigkeit durch die Einbringung von Wärme der Wärmeerzeugungselemente für jeden der vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe erzeugt wird.
Eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette der vorliegenden Erfindung ist entweder mit einem der vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe und einem ersten und einem zweiten Flüssigkeitsbehälter versehen, um die erste und die zweite Flüssigkeit durch den ersten und den zweiten Flüssigkeitszuführkanal des Flüssigkeitsausstoßkopfs zuzuführen. In diesem Fall ist es möglich, den Flüssigkeitsausstoßkopf und den ersten und den zweiten Flüssigkeitsbehälter so aufzubauen, daß sie trennbar sind.
In einem Flüssigkeitsausstoßgerät der vorliegenden Erfindung sind beide der vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe auf einem Schlitten montiert, der zur Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium in der Nebenabtastrichtung wechselseitig bewegt werden kann. In dieser Hinsicht werden die Ausdrücke „zuströmseitig" und „abströmseitig" zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Strömungsrichtung der Flüssigkeit von der Flüssigkeitszuführquelle durch jeden der Blasenerzeugungsbereich (oder jedes der beweglichen Elemente) zu den Ausstoßöffnungen verwendet oder verwendet, um die Richtungen in bezug auf diesen Aufbau zu bezeichnen.
Auch bezeichnet der Ausdruck „Abströmseite" in bezug auf die Blase hauptsächlich den Abschnitt einer Blase auf der Seite der Ausstoßöffnung, der direkt auf den Ausstoß von Tröpfchen einwirkt. In mehr spezifischer Weise bedeutet dieser die vorstehend beschriebene Strömungsrichtung und die Abströmseite in der Richtung des vorstehend beschriebenen Aufbaus in bezug auf die Mitte einer Blase oder bedeutet eine Blase, die in dem Bereich der Abströmseite der Mitte des Bereichs des Wärmeerzeugungselements erzeugt ist.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „Aufzeichnung" nicht nur die Erzeugung von Bildern, die Buchstaben und Zeichen für ein Aufzeichnungsmedium darstellen, sondern bedeutet auch die Erzeugung von Bildern zur Darstellung von Mustern oder dergleichen dafür.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B zeigen Ansichten zur Darstellung des Aufbaus von Flüssigkeitsströmungskanälen für den herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf,
2A, 2B, 2C und 2D zeigen Querschnittansichten, welche den Flüssigkeitsausstoßprozeß gemäß dem Flüssigkeitsausstoßprinzip der vorliegenden Erfindung schematisch darstellen,
3 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs, auf welchen das Flüssigkeitsausstoßprinzip in 2A, 2B, 2C und 2D anwendbar ist,
4 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung der Druckausbreitung von einer Blase gemäß dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf,
5 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung der Druckausbreitung von einer Blase gemäß einem Flüssigkeitsausstoßkopf, der das in 1A und 1B dargestellte Flüssigkeitsausstoßprinzip verwendet,
6 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung der Flüssigkeitsströmung gemäß dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung,
7 zeigt eine Querschnittansicht zur schematischen Darstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs (zwei Flüssigkeitsströmungskanäle) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt in der Richtung der Flüssigkeitsströmungskanäle,
8 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht des in 7 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
9A und 9B zeigen Ansichten zur Darstellung der Operation eines beweglichen Elements,
10 zeigt eine Ansicht zur Darstellung des Aufbaus des beweglichen Elements und des ersten Flüssigkeitsströmungskanals,
11A, 11B und 11C zeigen Ansichten des beweglichen Elements und des Flüssigkeitsströmungskanals,
12 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der ersten Ausführungsform darstellt,
13 zeigt eine schematische Darstellung der ersten und der zweiten Flüssigkeitsströmung des in 12 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
14 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der mit einer Vielzahl von Substraten gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 versehen ist,
15 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform darstellt,
16 zeigt eine schematische Ansicht der ersten und der zweiten Flüssigkeitsströmung des in 15 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
17 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung des Flüssigkeitszuführkanals des Flüssigkeitsausstoßkopfs, der mit einer Vielzahl von Substraten gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 versehen ist,
18 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der ersten Ausführungsform darstellt,
19 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung der ersten und der zweiten Flüssigkeitsströmung des in 19 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
20 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 der ersten Ausführungsform darstellt,
21 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung der ersten und der zweiten Flüssigkeitsströmung des in 20 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
22 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung der ersten und der zweiten Flüssigkeitsströmung gemäß einem Abwandlungsbeispiel des in 20 dargestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs,
23 zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, 23B zeigt eine Draufsicht, welche den Aufbau des Wärmeerzeugungselements darstellt, und 23C zeigt eine Draufsicht, welche den Aufbau eines beweglichen Elements darstellt,
24A zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und 24B zeigt eine Draufsicht, welche den Aufbau eines Wärmeerzeugungselements darstellt,
25 zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
26 zeigt eine Querschnittansicht, welche einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
27A, 27B und 27C zeigen Ansichten zur Darstellung anderer Ausbildungen des beweglichen Elements,
28 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette darstellt,
29 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau eines Flüssigkeitsausstoßgeräts schematisch darstellt,
30 zeigt ein Blockdiagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Schaltung für das in 29 dargestellte Gerät,
31 zeigt eine Ansicht, welche den Aufbau eines Tintenstrahlaufzeichnungssystems darstellt, und
32 zeigt eine Ansicht zur schematischen Darstellung einer Kopfbaugruppe.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die einzigen Ausführungsformen der Erfindung sind jene, welche als Ausführungsbeispiele 1, 2, 3 und 4 der sogenannten „Ersten Ausführungsform" bezeichnet sind. Keine der anderen sogenannten „Ausführungsformen" ist durch die Ansprüche abgedeckt, und sie sind lediglich Beispiele weiterer Flüssigkeitsausstoßköpfe.
(Das Flüssigkeitsausstoßprinzip als Grundlage der vorliegenden Erfindung)
Vor der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt zunächst die Beschreibung des Flüssigkeitsausstoßprinzips als Grundlage der Erfindung. Gemäß einem solchen Prinzip ist ein bewegliches Element für jeden der Flüssigkeitskanäle angeordnet, und dann wird die Ausbreitungsrichtung des Drucks, der durch jede der Blasen ausgeübt wird, und die Entwicklungsrichtung jeder Blase zum Ausstoß von Flüssigkeit mittels eines solchen beweglichen Elements gesteuert. Daher wird versucht, die Ausstoßkraft als auch den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen.
2A bis 2D zeigen Querschnittansichten eines Flüssigkeitsausstoßkopfs im Schnitt in der Richtung dessen Flüssigkeitsströmungskanälen zur Darstellung des Prozesses des aufeinanderfolgenden Tröpfchenausstoßprinzips. 3 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Für diesen Flüssigkeitsausstoßkopf sind die Wärmeerzeugungselemente 2 (hier weist z. B. jedes eine Abmessung von 40 μm × 105 μm auf) auf einem Elementsubstrat 1 als Ausstoßenergie-Erzeugungselemente angeordnet, um zu ermöglichen, daß Wärmeenergie auf Flüssigkeit einwirkt, um diese auszustoßen. Auf dem Elementsubstrat 1 sind Flüssigkeitsströmungskanäle 10 für die Wärmeerzeugungselemente 2 angeordnet. Jeder Flüssigkeitsströmungskanal 10 ist mit jedem der Ausstoßöffnungen 18 leitend verbunden, und gleichzeitig sind sie mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 leitend verbunden, die einer Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen 10 Flüssigkeit zuführt. Sie sind auch so angeordnet, daß jeder der Flüssigkeitskanäle Flüssigkeit von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in einer Menge aufnimmt, welche der Flüssigkeitsmenge entspricht, die aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen ist.
In der Position des Elementsubstrats 1, die in Gegenüberlage jedes Flüssigkeitsströmungskanals 10 ist, ist ein flaches bewegliches Element 31, das einen flachen Abschnitt aufweist, durch ein elastisches Metall oder dergleichen erzeugt, in einer Auslegerausführung in Gegenüberlage des Wär meerzeugungselements 2 angeordnet. Ein Ende des beweglichen Elements ist an einem Ständer (ein Lagerelement) 34 oder dergleichen fest angeordnet, der durch Strukturieren eines lichtempfindlichen Harzes oder dergleichen, das auf die Wand des Flüssigkeitsströmungskanals 10 und das Elementsubstrat 1 aufgetragen ist. Auf diese Weise wird das bewegliche Element 31 gehalten, und auch ein Drehpunkt (ein Lagerabschnitt) 33 wird ausgebildet.
Das bewegliche Element 31 weist den Drehpunkt (Lagerabschnitt: fest angeordnetes Ende) 33 auf der Zuströmseite des großen Strömungskanals auf, der von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 durch das bewegliche Element 31 zu der Seite der Ausstoßöffnung 18 verläuft, wenn der Flüssigkeitsausstoß bewirkt ist. Dieses Element ist von dem Wärmeerzeugungselement 2 z. B. ungefähr 15 μm beabstandet angeordnet, in einem Zustand, bei dem das Element das Wärmeerzeugungselement 2 in einer Position bedeckt, um in Gegenüberlage des Wärmeerzeugungselements 2 zu sein, so daß das Element dessen freies Ende (freier Endabschnitt) 32 auf der Abströmseite in bezug auf den Drehpunkt 33 aufweist. Zwischen dem Wärmeerzeugungselement 2 und dem beweglichen Element 31 befindet sich ein Blasenerzeugungsbereich. Die Arten, die Ausbildungen und die Anordnung des Wärmeerzeugungselements 2 und des beweglichen Elements 31 sind nicht notwendigerweise auf jene vorstehend beschriebenen begrenzt. Es ist ausreichend, wenn nur das Element 2 und das Element 31 so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Entwicklung von Blasen und die Ausbreitung des Drucks steuerbar sind, wie weiter nachstehend beschrieben ist. In dieser Hinsicht wird der Flüssigkeitsströmungskanal 10 beschrieben, indem dieser in einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 unterteilt wird, der zu der Ausstoßöffnung 18 gerichtet und mit dieser leitend verbunden ist, und in einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16, der sowohl mit dem Blasenerzeugungsbereich 11 als auch mit dem Flüssigkeitszuführkanal 12 versehen ist, der das bewegliche Element 31 an dessen Grenze aufweist, um die Flüssigkeitsströmung darzustellen, wie weiter nachstehend beschrieben ist.
Das Wärmeerzeugungselement 2 wird betätigt, um zu bewirken, daß Wärme auf Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich einwirkt, der zwischen dem beweglichen Element 31 und dem Wärmeerzeugungselement 2 vorliegt, wodurch jede der Blasen in der Flüssigkeit mittels der Filmsiedeerscheinung erzeugt wird, wie sie in der Beschreibung des USA-Patents Nr. 4 723 129 offenbart ist. Der durch die Erzeugung der Blase somit ausgeübte Druck und die Blase selbst wirken vorhergehend auf das bewegliche Element 31 ein. Das bewegliche Element 31 wird verlagert, das es sich wesentlich auf der Seite der Ausstoßöffnung um den Drehpunkt 33 in der Mitte öffnet, wie in 2B und 2C oder in 3 gezeigt ist. Durch die Verlagerung des beweglichen Elements 31 oder durch dessen Verlagerungszustand wird der Druck, der durch die Erzeugung der Blase und die Entwicklung der Blase selbst ausgeübt wird, zu der Seite der Ausstoßöffnung 18 geleitet.
An dieser Stelle erfolgt die Beschreibung eines der grundlegenden Ausstoßprinzipien, welches auf die vorliegende Erfindung angewendet wird. Für die vorliegende Erfindung besteht eines der wichtigen Prinzipien darin, daß das bewegliche Element, das in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 11 angeordnet ist, aus einer ersten Position, in welcher es gewöhnlich vorliegt, in eine zweite Position verlagert wird, in welcher es nach der Verlagerung vorliegt, und mittels dieses beweglichen Elements 31 der Druck, der durch die Erzeugung jeder Blase und die Blase selbst ausgeübt wird, zu der Abströmseite geleitet wird, in welcher die Ausstoßöffnungen 18 angeordnet sind.
Dieses Ausstoßprinzip wird nachstehend unter Vergleich zwischen 4, welche den herkömmlichen Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals ohne Verwendung eines beweglichen Elements schematisch zeigt, und 5, welche den Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals unter Verwendung des beweglichen Elements, wie vorstehend beschrieben, schematisch zeigt, weiter ausführlich beschrieben. Hier ist die Ausbreitungsrichtung des Drucks zu der Ausstoßöffnung mit einem Bezugs zeichen V_A bezeichnet, und die Ausbreitungsrichtung des Drucks zu der Zuströmseite ist mit V_B bezeichnet.
Wie 4 zeigt, weist der herkömmliche Kopf keinen Aufbau auf, der die Ausbreitungsrichtung des Drucks reguliert, der durch die erzeugte Blase 40 ausgeübt wird. Demzufolge ist die Ausbreitungsrichtung des Drucks, der durch die Blase 40 ausgeübt wird, die senkrechte Richtung auf die Oberfläche der Blase 40, wie jeweils durch die Bezugszeichen V₁ bis V₈ bezeichnet ist, und in verschiedene Richtungen orientiert. von diesen Richtungen sind jene mit der Komponente in den Druckausbreitungsrichtungen nach V_A, welche den Flüssigkeitsausstoß am meisten beeinflussen, mit den Bezugszeichen V₁ bis V₄ bezeichnet, d. h. die Komponenten in den Druckausbreitungsrichtungen nahe der Ausstoßöffnung von der Position nahezu der Hälfte der Blase. Diese sind in den wichtigen Abschnitten, die direkt zu der Größe des Ausstoßwirkungsgrads, der Ausstoßkraft und der Ausstoßgeschwindigkeit beitragen. Ferner ist die mit dem Bezugszeichen V₁ bezeichnete wirkungsvoll, weil sie der Ausstoßrichtung V_A am nächsten ist. Im Gegensatz dazu weist die eine, die mit dem Bezugszeichen V₄ bezeichnet ist, eine vergleichsweise kleine Richtungskomponente nach V_A hin auf.
Im Vergleich mit diesem Aufbau ermöglicht die Anordnung des beweglichen Elements, wie in 5 gezeigt, gemäß dem vorstehend beschriebenen Prinzip die Druckausbreitungsrichtungen der Blase, welche in dem herkömmlichen Fall in die verschiedenen Richtungen V₁ bis V₄ orientiert sind, wie 4 zeigt, mittels des beweglichen Elements 31 zu der Abströmseite (Seite der Ausstoßöffnung) zu leiten und sie in Druckausbreitungsrichtungen umzuwandeln, die mit dem Bezugszeichen V_A bezeichnet sind, wodurch ermöglicht wird, daß der Druck, der durch die Blase 40 erzeugt ist, auf direkte Weise und wirkungsvoller zum Ausstoß beiträgt. Dann wird die Entwicklungsrichtung der Blase selbst in die abströmseitige Richtung in der gleichen Weise geleitet wie die Druckausbreitungsrichtungen V₁ bis V₄. Demzufolge ist die Blase zu der Abströmseite größer entwickelt als zu der Zuströmseite.
Auf diese Weise wird die Entwicklungsrichtung der Blase selbst mittels des beweglichen Elements 31 gesteuert. Die Druckausbreitungsrichtungen der Blase werden in gleicher Weise gesteuert. Daher ist es möglich, unter anderem die grundlegende Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads, der Ausstoßkraft und der Ausstoßgeschwindigkeit zu erreichen.
Unter Bezugnahme auf 2A bis 2D wird nachstehend die Ausstoßoperation des Flüssigkeitsausstoßkopfs ausführlich beschrieben.
2A zeigt einen Zustand, bevor elektrische Energie oder eine andere Energie an ein Wärmeerzeugungselement 2 angelegt wird. Das Wärmeerzeugungselement 2 ist in einem Zustand, bevor es Wärme erzeugt. Wichtig ist hier, daß das bewegliche Element 31 in einer Position in Gegenüberlage mindestens des Abschnitts einer Blase auf deren Abströmseite in bezug auf die Blase 40 angeordnet ist, die durch die Erhitzung des Wärmeerzeugungselements 2 erzeugt ist. In anderen Worten, das bewegliche Element 31 ist mindestens in einer Position abströmseitig der Mitte 3 des Bereichs des Wärmeerzeugungselements in dem Aufbau des Flüssigkeitsströmungskanals angeordnet (d. h. abströmseitig einer Linie rechtwinklig zu der Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungskanals, welche durch die Mitte 3 des Bereichs des Wärmeerzeugungselements 2 verläuft), so daß die Abströmseite der Blase 40 auf das bewegliche Element einwirken kann.
2B zeigt einen Zustand, bei dem elektrische Energie oder eine andere Energie auf das Wärmeerzeugungselement 2 einwirkt, um die Erhitzung des Wärmeerzeugungselements 2 zu ermöglichen, und dann wird die Flüssigkeit, die in den Blasenerzeugungsbereich 11 eingefüllt ist, durch die auf diese Weise erzeugte Wärme teilweise erhitzt wird, um die dem Filmsieden folgende Blase zu erzeugen. An diesem Punkt wird das bewegliche Element 31 mittels des Drucks, der durch die Erzeugung der Blase 40 ausgeübt wird, aus einer ersten Position in eine zweite Position verlagert, um die Ausbreitungsrichtung des Drucks der Blase 40 zu der Ausstoßöffnung zu leiten. Es ist hier wichtig, wie vorstehend beschrieben, daß das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 auf der Abströmseite (Seite der Ausstoßöffnung) angeordnet ist, während der Drehpunkt 33 in einer Position auf der Zuströmseite (Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer) so angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des beweglichen Elements 31 in Gegenüberlage des abströmseitigen Abschnitts des Wärmeerzeugungselements 2 gebracht wird, d. h. des abströmseitigen Abschnitts der Blase 40.
2C zeigt einen Zustand, bei dem die Blase 40 weiter entwickelt ist. Hier wird gemäß dem Druck, welcher der Erzeugung der Blase 40 folgt, das bewegliche Element 31 weiter verlagert. Die auf diese Weise erzeugte Blase 40 entwickelt sich auf der Abströmseite größer als auf der Zuströmseite und entwickelt sich gleichzeitig größer noch über die erste Position des beweglichen Elements 31 hinaus (die Position, die durch eine gestrichelte Linie bezeichnet ist). Wie sich die Blase 40 entwickelt, wird das bewegliche Element 31 auf diese Weise allmählich verlagert. Daher wird es möglich, die Entwicklungsrichtung der Blase in die Richtung zu leiten, in welche die Druckausbreitungsrichtung der Blase 40 und deren Volumenverlagerung auf leichte Weise bewirkt werden. In anderen Worten, die Entwicklungsrichtung der Blase zu der Seite des freien Endes wird gleichmäßig zu der Ausstoßöffnung 18 ausgerichtet. Dies wird als ein Faktor angesehen, der zu der Vergrößerung des Ausstoßwirkungsgrads beiträgt. Das bewegliche Element 31 stellt nahezu kein Hindernis für die Ausbreitung der Druckwellen in die Richtung der Ausstoßöffnung dar, welche der Blase oder der Erzeugung der Blase folgen. Die Ausbreitungsrichtung des Drucks und die Entwicklungsrichtung der Blase kann entsprechend der Größe des sich ausbreitenden Drucks wirkungsvoll gesteuert werden.
2D zeigt einen Zustand, bei dem ein Tröpfchen 45 ausgestoßen ist und das in einem Flugzustand ist. Gleichzeitig schrumpft die Blase 40 infolge der Verringerung des Drucks in der Blase anschließend an das vorstehend beschriebene Filmsieden. In diesem Zustand löst sich die Blase auf. Hier ist die elektrische Energie nicht länger an dem Wärmeerzeugungselement 2 anliegend (zumindest keine Energie, die größer als die erforderliche ist, um die Zuführung der Blase zu erhalten). Das bewegliche Element 31, welches in die zweiete Position verlagert ist, wird in die in 2A gezeigte Ausgangsposition (die erste Position) mittels des Unterdrucks zurückgeführt, der durch die Kontraktion der Blase ausgeübt wird, als auch durch die durch die Feder des beweglichen Elements 31 erzeugte Rückstellkraft. Wenn sich die Blase auflöst, strömt Flüssigkeit von der Zuströmseite (in 4 gezeigte Seite B) ein, d. h. von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer, als die Flüssigkeitsströme, die mit den Bezugszeichen V_D1 und V_D2 bezeichnet sind, als auch von der Seite der Ausstoßöffnung, wie mit V_C bezeichnet, um das Schrumpfvolumen der Blase in dem Blasenerzeugungsbereich 11 auszugleichen, als auch den Volumenteil der ausgestoßenen Flüssigkeit.
Nun erfolgte die Beschreibung der Operation des beweglichen Elements, welche der Erzeugung einer Blase folgte, und auch der Ausstoßoperation der Flüssigkeit. Nachstehend erfolgt die ausführliche Beschreibung der Wiederauffüllung der Flüssigkeit für den Flüssigkeitsausstoßkopf.
Dem in 2C gezeigten Zustand folgend tritt die Blase 40 in den Entschäumungsprozeß ein, nachdem deren Volumen maximal ist. An diesem Punkt wird die Flüssigkeit, die das Volumen ausgleicht, das infolge der Entschäumung verringert ist, veranlaßt, von der Seite der Ausstoßöffnung 18 eines ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 und von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 eines zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 in den Blasenerzeugungsbereich 11 zu strömen.
Für den herkömmlichen Flüssigkeitsströmungsaufbau, der kein bewegliches Element 31 enthält, sind die Flüssigkeitsmenge, die von der Seite der Ausstoßöffnung in die Entschäumungsposition strömt, und die Flüssigkeitsmenge, die von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer einströmt, durch die Größe des Strömungswiderstands zwischen dem Abschnitt, welcher der Ausstoßöffnung näher als dem Blasenerzeugungsbereich ist, und dem Abschnitt, welcher der gemeinsamen Flüssigkeitskammer näher ist, bestimmt (d. h. durch den Strömungswiderstand und die Trägheit bestimmt). Wenn daher der Strömungswiderstand auf der Seite nahe der Ausstoßöffnung kleiner ist, strömt eine große Flüssigkeitsmenge von der Seite der Ausstoßöffnung in die Entschäumungsposition, wodurch die Rückwärtsmenge des Meniskus größer wird. Insbesondere dann, wenn der Strömungswiderstand auf der Seite, die der Ausstoßöffnung 18 näher ist, kleiner ausgebildet ist, um den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen, wird die Rückwärtsmenge des Meniskus M größer. Demzufolge erfordert es mehr Zeit, um die Wiederauffüllung auszuführen, wodurch ein Hochgeschwindigkeitsdruck verhindert ist.
Im Gegensatz dazu ist für den Flüssigkeitsausstoßkopf, der das vorstehend beschriebene Ausstoßprinzip anwendet, das bewegliche Element 31 angeordnet. Daher gelangt der Rückwärtsfortschritt des Meniskus zu einem Halt, wenn das bewegliche Element 31 nach dem Entschäumen in die Ausgangsposition zurückkehrt, vorausgesetzt, daß die obere Seite des Volumens W der Blase, das mit W₁ bezeichnet ist, wobei die erste Position als die Grenze definiert ist, und die Seite des Blasenerzeugungsbereichs 11 als W₂. Daraufhin wird der Volumenteil der Flüssigkeitszuführung für das verbleibende Volumen W₂ durch die Flüssigkeitszuführung von dem Strom V_D2 ausgeglichen, welche hauptsächlich aus dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal stammt. Wenn die Rückwärtsmenge des Meniskus so groß wie fast eine Hälfte des Volumens der Blase W herkömmlich ist, ist es auf diese Weise möglich, die Rückwärtsmenge des Meniskus auf fast eine Hälfte von W₁ zu verhindern, welche bereits kleiner als die herkömmliche Rückwärtsmenge des Meniskus ist. Ferner kann die Flüssigkeitszuführung für den Volumenteil W₂ hauptsächlich von der Zuströmseite (V_D2) des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 entlang der Oberfläche des beweglichen Elements 31 auf der Wärmeerzeugungsseite zwangsweise ausgeführt werden. Daher kann die Wiederauffüllung mit einer höheren Geschwindigkeit ausgeführt werden.
Hier ist kennzeichnend, daß dann, wenn die Wiederauffüllung unter Verwendung des Drucks ausgeführt wird, der zu dem Zeitpunkt der Verformung für den herkömmlichen Kopf ausgeübt wird, die Schwingung des Meniskus groß wird, was zu der Verschlechterung der Bildqualität führt. Bei der vorstehend beschriebenen Hochgeschwindigkeitsauffüllung ist es jedoch möglich, die Schwingung des Meniskus zu verhindern und extrem klein auszubilden, weil die Flüssigkeitsströmung in dem Bereich des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 sowohl auf der Seite der Ausstoßöffnung als auch dem Blasenerzeugungsbereich 11 auf der Seite der Ausstoßöffnung unterdrückt wird.
Daher ist es durch die Übernahme des Ausstoßprinzips, das für die vorliegende Erfindung verwendet wird, möglich, die zwangsweise Wiederauffüllung des Blasenerzeugungsbereichs 11 durch den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 des Flüssigkeitszuführkanals 12 zu erreichen und auch eine Hochgeschwindigkeitswiederauffüllung durch Unterdrückung des Rückwärtsfortschritts und der Schwingung des Meniskus zu erzielen. Daher können die stabilisierten Ausstöße und eine Hochgeschwindigkeitswiederholung der Ausstöße ausgeführt werden. Bei der Anwendung auf die Aufzeichnung können die Erhöhung der Bildqualität und die Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung erzielt werden.
Das vorstehend beschriebene Flüssigkeitsausstoßprinzip weist auch die nachstehend angegebenen wirkungsvollen Funktionen auf. In anderen Worten, es ist möglich, die Ausbreitung des Drucks zu verhindern, der durch die Erzeugung der Blase auf die Zuströmseite ausgeübt wird (Rückwellen). Herkömmlich ist bei einer Blase, die auf einem Wärmeerzeugungselement erzeugt ist, der größte Teil des Drucks, der durch die Blase auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer (Zuströmseite) ausgeübt wird, eine Kraft, welche die Flüssigkeit zu der Zuströmseite zurückdrückt (Rückwellen). Die Rückwellen führen nicht nur zu dem Druck auf der Zuströmseite, sondern bewirken auch die Verlagerungsmenge der Flüssigkeit und die Trägheitskraft, die einer solchen Verlagerung der Flüssig keit folgt. Dieses Ereignis führt zu der ungünstigen Ausführung der Flüssigkeitswiederauffüllung in den Flüssigkeitsströmungskanälen, führt auch zur Behinderung der Hochgeschwindigkeitsansteuerung. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßprinzip wird ein solcher Vorgang, der auf der Zuströmseite wirksam ist, zuerst mittels des beweglichen Elements 31 unterdrückt, und dann ist die weitere Erhöhung des Wiederauffüllzuführvermögens ermöglicht.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung der Strukturen und Wirkungen, die für das vorstehend beschriebene Ausstoßprinzip kennzeichnend sind.
Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 ist mit einem Flüssigkeitszuführkanal 12 versehen, der die Innenwand aufweist (die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements fällt nicht bemerkenswert ab), die im wesentlichen mit dem Wärmeerzeugungselement 2 auf der Zuströmseite des Wärmeerzeugungselements 2 flach verbunden ist. In diesem Fall wird die Flüssigkeitszuführung zu dem Blasenerzeugungsbereich und zu der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 ausgeführt, wie mit dem Bezugszeichen V_D2 bezeichnet ist, entlang der Oberfläche auf der Seite, die dem Blasenerzeugungsbereich 11 des beweglichen Elements 31 näher ist. Demzufolge wird die Beharrung der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 unterdrückt, um zu ermöglichen, daß die Abscheidung von Gasrückständen in der Flüssigkeit als auch die sogenannten Restblasen, die noch zu entschäumen sind, auf leichte Weise entfernt werden können. Es besteht auch keine Möglichkeit, daß die Wärmeansammlung in der Flüssigkeit zu groß wird. Daher ist es möglich, eine stabilere Erzeugung von Blasen wiederholt mit hoher Geschwindigkeit auszuführen. In dieser Hinsicht erfolgte die Beschreibung des Flüssigkeitszuführkanals 12 mit einer Innenwand, welche im wesentlichen flach ist, doch die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf begrenzt. Es ist ausreichend, wenn nur der Flüssigkeitszuführkanal eine glatte Innenwand aufweist, die mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements glatt verbunden ist, und sie ist so ausgebildet, daß keine Möglichkeit besteht, daß die Flüssigkeit auf jedem der Wärmeerzeugungselemente verharrt, und daß eine große Verwirbelung der Strömung beim Zuführen der Flüssigkeit erfolgt.
Die Zuführung der Flüssigkeit zu dem Blasenerzeugungsbereich wird durch V_D1 über den Seitenabschnitt (Schlitz 35) des beweglichen Elements ausgeführt. Um jedoch den Druck auf wirkungsvollere Weise zu der Ausstoßöffnung zu leiten, wenn jede der Blasen erzeugt ist, wird ein großes bewegliches Element übernommen, um die gesamte Fläche des Blasenerzeugungsbereichs zu bedecken (um die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements vollständig abzudecken), wie in 2A bis 2D gezeigt ist. In diesem Fall kann die Flüssigkeitsströmung von V_D1 zu dem Blasenerzeugungsbereich 11 unterbrochen werden, wenn der Modus derart ist, daß der Strömungswiderstand zwischen dem Blasenerzeugungsbereich 11 und dem Bereich nahe der Ausstoßöffnung 18 des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 größer ist, wenn das bewegliche Element 31 in die erste Position zurückkehrt. Mit dem vorstehend beschriebenen Kopfaufbau ist die Strömung V_D1 für die Flüssigkeitszuführung zu dem Blasenerzeugungsbereich vorgesehen. Demzufolge ist das Flüssigkeitszuführvermögen extrem hoch, und es besteht keine Wahrscheinlichkeit, daß das Flüssigkeitszuführvermögen geringer wird, selbst wenn der Aufbau so ausgebildet ist, daß das bewegliche Element 31 den Blasenerzeugungsbereich 11 vollständig bedeckt, um den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen.
Die Positionen des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 und des Drehpunkts 33 sind so eingerichtet, daß das freie Ende mehr auf der Abströmseite als der Drehpunkt 33 ist, wie in 6 gezeigt ist. Da der Aufbau auf diese Weise ausgebildet ist, wird es möglich, eine Funktion einzubinden, um die Druckausbreitungsrichtung und die Entwicklungsrichtung der Blase wirkungsvoll zu der Seite der Ausstoßöffnung zu richten, wenn die Aufschäumung bewirkt wird, wie weiter vorstehend beschrieben ist. Durch diese Lagebeziehung ist es ferner ermöglicht, nicht nur günstige Wirkungen zu den Ausstoßfunktionen zu erzeugen, sondern auch den Strömungswiderstand der Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 strömt, kleiner auszubilden, als die zugeführte Flüssigkeit, wodurch die Wirkung erzielt wird, daß das Wiederauffüllen mit höherer Geschwindigkeit möglich ist. Das ist der Fall, weil, wie in 6 gezeigt, das freie Ende und der Drehpunkt 33 angeordnet sind, den Strömen S1, S2 und S3, die in dem Flüssigkeitsströmungskanal 10 (einschließlich dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16) entlang dem Meniskus M strömen, welcher infolge des Ausstoßes nach hinten fortgeschritten ist, mittels der Kapillarkraft zu der Ausstoßöffnung 18 zurückkehrt oder mit der Flüssigkeitszuführung, die anschließend an das Entschäumen erfolgt.
Um dies zu ergänzen, wie in 2A bis 2D gezeigt, erstreckt sich das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 über das Wärmeerzeugungselement 2, um in Gegenüberlage der Abströmseite der Mitte 3 der Fläche (das ist die Linie rechtwinklig zu der Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungskanals, die durch die Mitte (Mittelabschnitt) des Bereichs des Wärmeerzeugungselements verläuft), welche das Wärmeerzeugungselement 2 in die Zuströmseite und die Abströmseite unterteilt. Auf diese Weise wird der Druck, der auf der Abströmseite des Mittelabschnitts 3 des Wärmeerzeugungselements erzeugt ist, welcher wesentlich zu dem Flüssigkeitsausstoß oder der Blase beiträgt, durch das bewegliche Element 31 aufgenommen. Daher werden der Druck und die Blase zu der Seite der Ausstoßöffnung zur grundlegenden Erhöhung des Ausstoßwirkungsgrads und der Ausstoßkraft geleitet.
Ferner wird die Zuströmseite der Blase auch genutzt, um viele günstige Wirkungen zu erzeugen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau bewirkt das freie Ende des beweglichen Elements 31 eine augenblickliche mechanische Verlagerung. Diese Funktion wird auch angesehen, daß die wirkungsvoll zum Abschnitt der Flüssigkeit beiträgt.
Unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßprinzips erfolgt nachstehend die ausführliche Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Zunächst wird eine Betrachtung zu Vorrichtungen zur weiteren Verbesserung des Wiederauffüllvermögens als auch der Einflüsse, die durch Kavitation auf dem Wärmeerzeugungselement 2 ausgeübt werden, gemäß dem vorstehend beschrieben Flüssigkeitsausstoßprinzip.
Für den Flüssigkeitsausstoßkopf, der in 2A bis 2D und 3 gezeigt, ist der Flüssigkeitsströmungskanal mindestens in der Nähe des beweglichen Elements 31 in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 unterteilt, wobei das bewegliche Element 31 zwischen diesen angeordnet ist. Hier wird den Rückwellen oder dem Abschnitt der Blase Beachtung geschenkt, der sich zu der Zuströmseite entwickelt, wobei der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 nur feine Rückwellen oder nur einen kleinen Abschnitt der Blase aufweist, der sich auf Grund der Verlagerung des beweglichen Elements 31, wie vorstehend beschrieben, zu der Zuströmseite entwickelt. Für den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 gibt es jedoch keine Vorrichtung zur vollständigen Unterdrückung der Rückwelle oder eines solchen Abschnitts der Blase, wie durch das Bezugszeichen V₈ in 2A bis 2D und 8 bezeichnet ist. Um dem entgegenzuwirken, ist der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16, der mit dem Blasenerzeugungsbereich 11 verbunden ist, mit einem schmaleren Abschnitt auf der Zuströmseite des Blasenerzeugungsbereichs 11 versehen. Auf diese Weise wird versucht, es den Rückwellen oder dergleichen zu erschweren, sich zu dem Flüssigkeitskammerabschnitt auszubreiten, welcher weiter auf der Zuströmseite angeordnet ist. Wenn jedoch ein solcher schmalerer Abschnitt angeordnet ist, wird die Wiederauffüllung in diesem Ausmaß behindert. Es ist daher sehr wichtig, daß die weitere Erhöhung ohne Behinderung des Wiederauffüllvermögens der Flüssigkeit erreicht wird, um einen höheren Ausstoßwirkungsgrad zu erzielen.
Um den Einfluß der Kavitation gegenüber dem Wärmeerzeugungselement 2 zu verringern, ist es wirkungsvoll, die Anordnung der Mitte der Blase auf dem Wärmeerzeugungselement 2 zu dem Zeitpunkt der Entschäumung zu vermeiden.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Flüssigkeitsausstoßkopf weist eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen auf, die jeweils gemäß dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßprinzip aufgebaut sind. Der Aufbau ist ferner in zwei geteilt, einer ist für die Aufschäumflüssigkeit (erste Flüssigkeit), die aufgeschäumt wird, indem mehr Wärme zugeführt wird, und der andere ist für die Ausstoßflüssigkeit (zweite Flüssigkeit) welche hauptsächlich ausgestoßen wird. Die erste und die zweite Flüssigkeit können jedoch die gleichen sein. 7 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der ersten Ausführungsform schematisch darstellt, im Schnitt entlang dessen Flüssigkeitsströmungskanalrichtung. 8 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht zur Darstellung des Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf ist mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zur Anwendung der Aufschäumung auf einem Elementsubstrat 1 versehen, wobei jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 eingerichtet ist, Wärmeenergie zur Erzeugung von Blasen abzugeben, und dann ist der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 zur Verwendung für die Ausstoßflüssigkeit darauf angeordnet, welcher mit jedem der Ausstoßöffnungen 18 leitend verbunden ist. Die Zuströmseite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 ist mit einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 leitend verbunden, um die Ausstoßflüssigkeit einer Vielzahl von ersten Flüssigkeitsströmungskanälen 14 zuzuführen. Die Zuströmseite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 ist mit einer zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 leitend verbunden, um Aufschäumflüssigkeit einer Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen 16 zuzuführen. Wenn die gleiche Flüssigkeit als eine Aufschäumflüssigkeit und eine Ausstoßflüssigkeit übernommen wird, ist es möglich, nur eine gemeinsame Flüssig keitskammer vorzusehen, welche für unterschiedliche Verwendungen geteilt wird.
Zwischen dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 ist eine Trennwand 30 angeordnet, die durch ein elastisches Metall oder dergleichen erzeugt ist, um den ersten Flüssigkeitsströmungskanal und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zu trennen. Wenn in dieser Hinsicht es besser ist, die zum Aufschäumen und zum Ausstoßen verwendeten Flüssigkeiten nicht zu vermischen, sofern es die Umstände gestatten, ist die Aufteilung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 und des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 durch Vorsehen der Trennwand zu trennen. Wenn jedoch selbst beim Vermischen der Aufschäumflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit kein Problem besteht, kann es unnötig sein, die Trennwand mit der Funktion zur Ausbildung einer solchen vollständigen Trennung vorzusehen. Der Abschnitt der Trennwand, welcher in dem Vorsprungsraum zu dem oberen Teil der Oberflächenrichtung des Wärmeerzeugungselements angeordnet ist (nachstehend als ein Ausstoßdruckerzeugungsbereich bezeichnet, Bereiche, die mit den Bezugszeichen A und B in bezug auf den Blasenerzeugungsbereich 11 bezeichnet sind), ist eingerichtet, als ein bewegliches Element 31 zu wirken, das in einer Auslegerform erzeugt ist, welches mittels eines Schlitzes 35 auf der Seite der Ausstoßöffnung mit einem freien Ende versehen ist, und der Drehpunkt 33 auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammern (15 und 17) angeordnet ist. Das bewegliche Element 31 ist angeordnet, um in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 11 (B) zu sein. Daher ist es funktionswirksam, um mittels der Aufschäumung der Aufschäumflüssigkeit (in der Richtung, die durch Pfeile in 7 gezeigt ist) zu der Seite der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals geöffnet zu werden. Auch in 8 ist die Trennwand 30 durch den Raum eingerichtet, der den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 auf dem Elementsubstrat 1 ausbildet, das darauf die Wärmeerzeugungswiderstandeinheit aufweist, die als die Wärmeerzeugungselemente 2 dienen, und Verdrahtungselektroden 5 zum Anlegen von elektrischen Signalen an die Wärmeerzeugungswiderstandseinheit. Die Beziehung zwischen den Anordnungen des Drehpunkts 33 und des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 und jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 ist eingerichtet, daß es gleich dem Fall ist, auf den in der Beschreibung des vorstehend erläuterten Prinzips Bezug genommen wurde. In der Beschreibung des Prinzips wird auch auf die Aufbaubeziehung zwischen dem Flüssigkeitszuführkanal 12 und dem Wärmeerzeugungselement 2 Bezug genommen. Die gleiche Beschreibung ist auf die Aufbaubeziehung zwischen dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 und jedem der Wärmeerzeugungselemente 2 für diesen Flüssigkeitsausstoßkopf anwendbar.
Nachstehend erfolgt in Verbindung mit 9A und 9B die Beschreibung der Operation des Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Wenn der Kopf angesteuert ist, wird die gleiche Wassertinte zum Antrieb als Ausstoßflüssigkeit verwendet, die dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt wird, und als Aufschäumflüssigkeit, die dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zugeführt wird. Wärme, die durch jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 erzeugt ist, wirkt auf die Aufschäumflüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16, wodurch eine Blase 40 in der Aufschäumflüssigkeit mittels Filmsieden erzeugt wird, wie in der Beschreibung des USA-Patents Nr. 4 723 129 offenbart ist, in der gleichen Weise wie in der Beschreibung des Prinzips, auf das Bezug genommen wurde.
Bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf kann der Aufschäumdruck nicht in die drei Richtungen entweichen, jedoch zu der Zuströmseite des Blasenerzeugungsbereichs. Daher breitet sich der durch die Erzeugung einer Blase ausgeübte Druck intensiv zu der Seite des beweglichen Elements 31 aus, das in dem Ausstoßdruckerzeugungsbereich angeordnet ist, und dann mit der Entwicklung der Luftblase wird das bewegliche Element 31 aus dem in 9A gezeigten Zustand zu der Seite des Flüssigkeitsströmungskanals verlagert, wie in 9B gezeigt ist. Durch diese Bewegung des beweglichen Elements werden der erste Flüssigkeitsströmungskanal 14 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 im wesentlichen leitend verbunden, wodurch ermöglicht wird, daß sich der Druck, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird, im wesentlichen zu der Seite der Ausstoßöffnung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals (die durch einen Pfeil A bezeichnete Richtung) ausbreitet. Durch diese Ausbreitung des Drucks und die mechanische Verlagerung des beweglichen Elements, wie weiter vorstehend beschrieben, wird Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen.
Wenn nun das bewegliche Element 31 in die in 9A gezeigte Position zurückkehrt, der Kontraktion der Blase nachfolgend, wird Ausstoßflüssigkeit von der Zuströmseite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 in einer Menge zugeführt, welche der Menge der Ausstoßflüssigkeit entspricht, die ausgestoßen worden ist. Diese Zuführung der Ausstoßflüssigkeit ist in der Richtung, in welche das bewegliche Element geschlossen ist, in der gleichen Weise wie bei jeder der vorhergehend beschriebenen Betriebsarten. Daher wird die Wiederauffüllung der Ausstoßflüssigkeit durch das Vorliegen des beweglichen Elements nicht behindert.
Die Funktionen und Wirkungen des Hauptteils des Flüssigkeitsausstoßkopfs, wie z. B. die Ausbreitung des Aufschäumdrucks, welcher der Verlagerung des beweglichen Elements nachfolgt, die Entwicklungsrichtung der Blase, die Verhinderung der Rückwellen sind die gleichen wie bei jenen Köpfen, die in Verbindung mit dem Ausstoßprinzip beschrieben sind. Außerdem bestehen mehr nachstehend angegebene Vorteile durch die Übernahme des Zweiflüssigkeitsströmungskanalaufbaus.
In anderen Worten, gemäß dem Aufbau der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können die Ausstoßflüssigkeit und die Aufschäumflüssigkeit getrennte Flüssigkeiten sein, und dann ist ermöglicht, die Ausstoßflüssigkeit mittels des Drucks auszustoßen, der durch Aufschäumen der Aufschäumflüssigkeit ausgeübt wird. Demzufolge können solche hochviskosen Flüssigkeiten wie Polyethylenglykol oder dergleichen, welche in folge unzureichender Aufschäumung, die durch die herkömmliche Erhitzung bewirkt ist, ungenügendes Ausstoßvermögen zeigen, in gutem Zustand in einer Weise ausgestoßen werden, daß eine derartige Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungs kanal zugeführt wird, während Flüssigkeit (wie z. B. eine Mischung aus Ethanol und Wasser = 4 : 6 mit ungefähr 1 bis 2 cP), die das Aufschäumen der Flüssigkeit begünstigt, um eine gute Aufschäumung auszuführen, oder Flüssigkeit, die einen niedrigen Siedepunkt aufweist, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird. Als Aufschäumflüssigkeit kann eine solche Flüssigkeit ausgewählt werden, die keine Verbrennung oder irgendeine andere Ablagerung auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements zeigt, wenn sie die Wärme aufnimmt. Dann kann die Aufschäumung entsprechend stabilisiert werden, um einen guten Ausstoß zu ermöglichen. Mit dem gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgebauten Kopf ist es ferner auch möglich, die Wirkungen zu demonstrieren, auf die in der Beschreibung des Ausstoßprinzips Bezug genommen ist. Daher können die hochviskosen Flüssigkeiten und andere mit einem hohen Ausstoßwirkungsgrad und großer Ausstoßkraft ausgestoßen werden. Selbst für die Flüssigkeit, deren Beschaffenheit nicht sehr beständig gegenüber Erhitzung ist, besteht gleichermaßen die Möglichkeit, eine solche Flüssigkeit mit einem hohen Ausstoßwirkungsgrad und einer großen Ausstoßkraft auszustoßen, wie es vorstehend beschrieben ist, ohne diese thermisch zu schädigen, wenn die Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, während die Flüssigkeit, deren Beschaffenheit so ist, daß sie nicht deren Eigenschaften unter Wärmeeinwirkung ändert und eine gute Aufschäumung zeigt, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung des Deckenaufbaus dieses Flüssigkeitsausstoßkopfs. 10 zeigt eine Querschnittansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfs im Schnitt in der Richtung dessen Flüssigkeitsströmungskanals. Hier ist eine Trennwand 30 angeordnet, welche mit einem Nutenelement 50 darauf versehen ist, das angeordnet ist, um den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 auszubilden. Die Höhe der Flüssig keitsströmungskanaldecke ist in der Nähe der Position des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 größer ausgebildet, so daß der Operationswinkel θ für das bewegliche Element 31 größer ausgebildet ist. Der Operationswinkel des beweglichen Elements 31 ist unter Berücksichtigung des Aufbaus der Flüssigkeitsströmungskanäle, der Haltbarkeit des beweglichen Elements, dem Aufschäumvermögen und anderer Eigenschaften bestimmt, doch es ist wünschenswert, daß die Operation bis zu dem Winkel möglich ist, der den Winkel in der Axialrichtung der Ausstoßöffnung 18 einschließt.
Wie in 10 gezeigt, ist die Ausbreitung der Ausstoßkraft noch besser, wenn die Verlagerungshöhe des freien Endes des beweglichen Elements 31 größer als der Druckmedium der Ausstoßöffnung 18 ausgebildet ist. Wie in 10 gezeigt, ist die Höhe der Flüssigkeitsströmungskanaldecke in der Position des Drehpunkts des beweglichen Elements 31 kleiner als die der Flüssigkeitsströmungskanaldecke in der Position des freien Endes 32 des beweglichen Elements 31 ausgebildet. Demzufolge wird verhindert, daß Druckwellen wirkungsvoller daran gehindert werden, von der Zuströmseite zu entweichen, wenn das bewegliche Element 31 verlagert ist.
Nachstehend wird die Anordnungsbeziehung zwischen dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 und dem beweglichen Element 31 beschrieben. 11A bis 11C zeigen Ansichten zur Darstellung der Anordnungsbeziehung zwischen dem beweglichen Element 31 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16. 11A zeigt die Trennwand 30 und die Umgebung des beweglichen Elements 31, wenn von oben beobachtet. 11B zeigt den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 nach dem Entfernen der Trennwand 30, ebenfalls von oben beobachtet, und 11C zeigt eine Ansicht, die die Anordnungsbeziehung zwischen dem beweglichen Element 31 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 durch Überlappung jedes dieser Elemente schematisch darstellt. Hier zeigen alle Figuren die Vorderseite, wenn die Ausstoßöffnung 18 unterhalb jedes von diesen angeordnet ist.
Der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 ist mit einem schmaleren Abschnitt 19 auf der Zuströmseite des Wärmeerzeugungselements 2 versehen (hier bedeutet die Zuströmseite die eine in der großen Strömung von der Seite der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer durch die Position des Wärmeerzeugungselements, des beweglichen Elements 31 und des ersten Flüssigkeitsströmungskanals zu der Ausstoßöffnung 18), und dieser Kanal ist wie eine Kammer (Aufschäumkammer) aufgebaut, die angeordnet ist, um den Aufschäumdruck so zu verhindern, daß er nicht zu der Zuströmseite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 entweicht.
Wenn ein solcher schmalerer Abschnitt für den herkömmlichen Kopf angeordnet wird, der den gleichen Kanal als Aufschäum- und Ausstoßkanal aufweist, in der Annahme, daß der Druck, der durch jedes der Wärmeerzeugungselemente auf jeder Seite der Flüssigkeitskammer ausgeübt wird, nicht zu der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer entweicht, ist es notwendig, den Aufbau so auszubilden, daß die Querschnittsfläche für den Flüssigkeitsströmungskanal in dem schmaleren Abschnitt nicht zu klein ist, wobei die Flüssigkeitswiederauffüllung voll Berücksichtigung findet. Für diesen Flüssigkeitsausstoßkopf wird jedoch die meiste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zum Ausstoß verwendet, während der Aufbau so gestaltet werden kann, um den Verbrauch an Aufschäumflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zu mindern, in dem jedes der Wärmeerzeugungselemente angeordnet ist. Es ist daher möglich, daß die Wiederauffüllmenge der Aufschäumflüssigkeit zu dem Blasenerzeugungsbereich 11 des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 kleiner ausgebildet wird, und demzufolge der Spalt in dem vorstehend beschriebenen schmaleren Abschnitt extrem klein ausgebildet wird, mehrere Mikrometer bis mehrere zehn Mikrometer, um das Entweichen des Aufschäumdrucks zu verringern, der in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal auf dessen Umfang ausgeübt wird. Der Druck wird intensiver zu der Seite des beweglichen Elements geleitet. Wenn dann dieser Druck als Ausstoßkraft als Ausstoßkraft durch das bewegliche Element 31 verwendet werden kann, ist es möglich, einen höheren Aus stoßwirkungsgrad und eine größere Ausstoßkraft zu erzielen. In dieser Hinsicht ist jedoch der Aufbau des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 nicht notwendigerweise auf den einen begrenzt, der für den vorstehend beschriebenen Aufbau übernommen ist. Es ist ausreichend, wenn nur ein solcher Aufbau erfolgt, bei dem der Aufschäumdruck auf wirkungsvolle Weise zu dem beweglichen Element 31 geleitet wird. In dieser Hinsicht, wie in 11C gezeigt, bedeckt das Seitenende des beweglichen Elements 31 einen Teil der Wand, die den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 ausbildet, um zu verhindern, daß das bewegliche Element 31 in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 fällt, wodurch die Trennung zwischen der Ausstoßflüssigkeit und der Aufschäumflüssigkeit zuverlässiger ist. Das Entweichen einer Blase aus dem Schlitz wird unterdrückt, um sowohl die Ausstoßkraft weiter zu vergrößern als auch den Ausstoßwirkungsgrad mehr zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Wiederauffüllwirkung von der Zuströmseite durch die Ausnutzung des Drucks, der zum Zeitpunkt der Aufschäumung ausgeübt wird, weiter verbessert.
In 9B und 10 ist die Blase, die in dem Blasenerzeugungsbereich des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 erzeugt ist, teilweise zu der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 ausgedehnt, welche der Verlagerung des beweglichen Elements 31 zu der Seite des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14 folgt. Durch Einrichten der Höhe des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals, um der Blase zu gestatten, sich auf diese Weise auszudehnen, ist es möglich, die Ausstoßkraft im Vergleich zu dem Fall zu vergrößern, wenn keine Ausdehnung möglich ist. Um eine solche Ausdehnung der Blase in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 zu bewirken, ist zu bevorzugen, die Höhe des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals 16 niedriger als die maximale Höhe der Blase auszubilden. Diese Höhe sollte vorzugsweise mehrere Mikrometer bis 30 μm betragen. Hier ist die Höhe auf 15 μm festgelegt.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform aufgebaut ist, werden die Flüssigkeitszuführungen zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 (oder den gemeinsamen Flüssigkeitskammern 15 und 17) jeweils durch unterschiedliche Kanäle ausgeführt. In diesem Fall ist es vorstellbar, daß das zweite Flüssigkeitszuführsystem hinter dem ersten Flüssigkeitszuführsystem angeordnet ist, und gleichzeitig der Aufbau so eingerichtet ist, daß beide Flüssigkeiten von oberhalb des Kopfs zugeführt werden. Um jedoch einen kompakten Kopf auszubilden, ist jedoch zu bevorzugen, das zweite Flüssigkeitszuführsystem und das erste Flüssigkeitszuführsystem in unterschiedlichen Richtungen auszubilden. Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines spezifischen Beispiels, in welchem der Aufbau eines Kopfs kompakter ausgeführt ist, indem das zweite Flüssigkeitszuführsystem und das erste Flüssigkeitszuführsystem in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind.
(Aufbaubeispiel 1)
12 zeigt eine perspektivische Teilausbruchansicht, welche das Aufbaubeispiel 1 des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
In 12 ist ein Durchgangsloch 20 auf dem Substrat 1 erzeugt, auf welchem das Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet ist. Dieses Durchgangsloch wird für die Zuführung der zweiten Flüssigkeit verwendet. Ein Tragelement 21 wird zum Verbinden des Substrats 1 verwendet. Das Durchgangsloch 20 in dem Substrat 1 ist mechanisch mittels Sandstrahlen oder durch Diamantnachbohren in einem Zustand des Siliziumwafers erzeugt oder es kann durch einen chemischen Prozeß erzeugt werden, wie z. B. anisotropes Ätzen. Auf diese Weise wird jedes der Durchgangslöcher 20, Wärmeerzeugungselemente 2 und Ansteuerschaltungen in dem Waferzustand erzeugt, und jedes einzelne Substrat wird durch Schneiden unter Verwendung einer Trennmaschine erhalten.
Dann wird das Substrat 1 positioniert und mit dem Tragelement 21 verbunden, welches durch Pressen von Aluminium oder eines anderen Metalls erzeugt wird oder durch Druckgießen erzeugt wird, nachdem ein Klebstoff 23 in dem Bereich aufgetragen ist, der mit dem Außendurchmesser des Umfangs des Durchgangslochs und dem Substrat übereinstimmt, das durch ein Transferverfahren oder Siebdruckverfahren erzeugt ist. Der hier verwendete Klebstoff 23 sollte vorzugsweise einer sein, der in der Lage ist, den Austritt der zweiten Flüssigkeit aus dem Spalt zwischen dem Substrat 1 und dem Tragelement 21 zu verhindern. Als Silikonklebstoff kann z. B. SE4400 (hergestellt von Toray Co., Ltd.), Silikondichtungsmittel YSE399 (hergestellt von Toshiba Silikone Co., Ltd.) oder dergleichen verwendet werden. In dieser Hinsicht wird eine gedruckte Leiterplatte 28 ebenfalls an diesem Tragelement 21 angeklebt, um das Substrat 1 und den Hauptkörper elektrisch zu verbinden. Wie vorstehend beschrieben, nachdem das Substrat 1 und die gedruckte Leiterplatte 28 mit dem Tragelement 21 verbunden sind, werden diese Elemente mittels Bonden unter Verwendung von Aluminiumdrähten verbunden, deren Durchmesser jeweils 50 μm beträgt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung einer Montage von Öffnungen 24 entsprechend jedem der Wärmeerzeugungselemente, die auf dem Substrat 1 angeordnet sind, und der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14, die mit diesen leitend verbunden sind (siehe 7), einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15, die mit jedem der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14 leitend verbunden ist (siehe 7), einer genuteten Deckenplatte 114, die mittels Kunststoffspritzguß erzeugt ist und die erste Flüssigkeitszuführöffnung aufweist, durch welche die erste Flüssigkeit dieser Flüssigkeitskammer 15 zugeführt wird, und der Trennwand 105.
Die Trennwand 105, die mit dem beweglichen Element 106 versehen ist, wird mittels Galvanisierung unter Verwendung von Nickel erzeugt. Für die Trennwand 105 wird eine Wand von 15 μm Höhe mittels Galvanisierung zwischen angrenzenden beweglichen Elementen auf der Seite in Gegenüberlage des Substrats 1 im voraus so erzeugt, daß der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 ausgebildet werden kann, wenn dieses Ele ment mit dem Substrat 1 verbunden ist. Auf diese Weise wird der in 4 gezeigte Aufbau erhalten.
Die Trennwand 105 und die genutete Deckenplatte 114 sind durch Preßpassung mit der Anordnung von drei Formstücke, die auf der genuteten Deckenplatte 114 im voraus erzeugt sind, und den entsprechenden drei Positionierlöchern, die für die Trennwand 105 vorgesehen sind, fest angeordnet. Durch die feste Anordnung unter Verwendung dieser drei Formstücke und Löcher ist jedes der beweglichen Elemente 106 der Trennwand 105 für jeden der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle an der Deckenplatte 114 angeordnet. Gleichzeitig wird verhindert, daß die Trennwand 105 von diesem integrierten Produktinfolge Handhabung oder dergleichen herunterfällt.
Anschließend werden das Teil, das durch Verbindung der genuteten Deckenplatte 114 und der Trennwand 105 erzeugt ist, und das Substrat 1 positioniert und verbunden. Für diese Positionierung und Verbindung gibt es ein Verfahren zur Verarbeitung der Bilder der Mitte der Öffnungen 24, die für die genutete Deckenplatte 114 angeordnet sind, und der Mitte der Wärmeerzeugungselemente, die für das Substrat 1 angeordnet sind, unter Verwendung des industriellen Fernsehens zur Positionierung, und auch ein Verfahren, um einen Vertiefungsabschnitt auf der Oberfläche zwischen angrenzenden Wärmeerzeugungselementen auf dem Substrat 1 in einer Tiefe von 0,5 μm bis 2 μm, um diesen auszubilden, daß er mit der Flüssigkeitsströmungskanalwand übereinstimmt, die den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 auf der Trennwand 105 ausbildet, und dann, um diese vorstehend beschriebenen Verbindungselemente auf dem Substrat 1 zur Positionierung anzuordnen, indem feine Schwingungen unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements oder von Ultraschallwellen angelegt werden, so daß die zweite Flüssigkeitsströmungskanalwand der Trennwand 105 und der Vertiefungsabschnitt auf dem Substrat miteinander in Eingriff gelangen. Für jedes der Verfahren ist eine Druckfeder angeordnet, um beide in dem Gerät zu integrieren, unmittelbar nachdem diese zu verbindenden Elemente, die genutete Deckenplatte 114 als auch die Trennwand 105 positioniert sind.
Daraufhin werden das erste Flüssigkeitszuführelement 26, welches mit dem Zuführkanal versehen ist, um die erste Flüssigkeit der ersten Flüssigkeitszuführöffnung 25 in der genuteten Deckenplatte 114 zuzuführen, und das zweite Flüssigkeitszuführelement 27, welches mit dem Zuführkanal versehen ist, um die zweite Flüssigkeit der zweiten Flüssigkeitszuführöffnung des Tragelements 21 zuzuführen, fest angeordnet. Die anderen Enden des ersten Flüssigkeitszuführelements 26 und des zweiten Flüssigkeitszuführelements 27 sind jeweils mit jedem der Flüssigkeitshalteelemente (nicht gezeigt) verbunden.
Anschließend wird jeder der Spalte zwischen diesen Elementen und jeder Abschnitt von Aluminiumdrähten, die gebondet sind, mit einem Silikondichtmittel 23, wie z. B. TSE99 (hergestellt von Toshiba Silicone Co., Ltd.) abgedichtet, um den Flüssigkeitsausstoßkopf zu vollenden.
13 zeigt eine Ansicht, welche die Ströme der ersten und der zweiten Flüssigkeit für den vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf schematisch darstellt. Wie aus der Darstellung der 13 deutlich wird, gestattet der Flüssigkeitsausstoßkopf dieses Aufbaubeispiels, daß die erste Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeitszuführöffnung 25, die für die genutete Deckenplatte 114 angeordnet ist, in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 15 in der Deckenplatte strömt und dann jedem der ersten Flüssigkeitsströmungskanäle 14 zugeführt wird. Andererseits strömt die zweite Flüssigkeit von der zweiten Flüssigkeitszuführöffnung, die für das Tragelement 21 angeordnet ist, in das Innere und verläuft zu dem blinden Ende, das durch die Trennwand 105 ausgebildet wird, nachdem das Tragelement 21 und das Substrat 1 durchlaufen sind, und verzweigt dann in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 17, die für die zweite Flüssigkeit in jedem der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle angeordnet ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist dieser Flüssigkeitsausstoßkopf aufgebaut, zu ermöglichen, daß die zweite Flüssigkeit von unten über das Tragelement 21 zugeführt wird. Demzufolge ist es unnötig, den Aufbau so einzurichten, daß das zweite Flüssigkeitszuführsystem hinter dem ersten Flüssigkeitszuführsystem angeordnet wird, wie weiter vorstehend beschrieben ist.
Die vorstehend beschriebenen Zuführsysteme sind auf den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs anwendbar, in welchem eine Vielzahl von Substraten 1 angeordnet ist, auf welchen Wärmeerzeugungselemente angeordnet sind. 14 zeigt eine Ansicht, welche die Flüssigkeitszuführkanäle für den Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt, in welchem eine Vielzahl von Substraten 1 angeordnet ist. Für den in 14 gezeigten Kopf ist eine Vielzahl von Substraten 1 mit Wärmeerzeugungselementen, die auf diesen angeordnet sind, auf dem Tragelement 21 fest angeordnet, und beide Seitenflächen sind mit dem Dichtungsmittel 23 abgedichtet. Jedes der Substrate 1 ist mit dem Durchgangsloch 20 versehen, während Durchgangslöcher 22 für das Tragelement 21 in den Positionen entsprechend jenen Durchgangslöchern 20 angeordnet sind. Die Trennwand 105 ist mit jedem der Substrate 1 verbunden, um den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 auszubilden. Für die genutete Deckenplatte 114' ist die erste Flüssigkeitszuführöffnung 25' leitend verbunden, die für den ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 angeordnet ist.
Für diesen Flüssigkeitsausstoßkopf wird die Flüssigkeitszuführung zu dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 von der Rückseite jedes Substrats 1 durch jedes der Durchgangslöcher 20 ausgeführt, die jeweils für jedes Substrat 1 angeordnet sind. Die Flüssigkeitszuführung zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 wird durch die erste Flüssigkeitszuführöffnung 25' ausgeführt, die für die genutete Deckenplatte 114' vorgesehen ist. Durch diesen Aufbau wird der Kopf kleiner und einfacher ausgebildet.
(Aufbaubeispiel 2)
Für den Flüssigkeitsausstoßkopf des vorstehend beschriebenen Aufbaubeispiels 1 ist das verhältnismäßig große Durchgangsloch 20 für das Elementsubstrat 1 angeordnet. Gleichzeitig wird Flüssigkeit einer Anzahl von zweiten Flüssigkeitszuführkanälen durch dieses Durchgangsloch 20 zugeführt. Bei einem solchen Aufbau wie diesem gibt es gewisse Fälle, wenn Flüssigkeit einigen der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle nicht gleichmäßig zugeführt wird, welche von dem Durchgangsloch 20 beabstandet sind.
Wie in 15 gezeigt, ist daher der Flüssigkeitsausstoßkopf dieses Aufbaubeispiels 2 mit jedem der Durchgangslöcher 20 in der Position nahe jedem der Wärmeerzeugungselemente je zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 versehen. Gemäß diesem Aufbaubeispiel sind jedes Durchgangsloch 22 auf der Seite des Tragelements 21 und jedes Durchgangsloch 20a im Substrat 1 nicht notwendigerweise angeordnet, einander zu entsprechen. Da jedes der Durchgangslöcher 20a fein ist, ist zu bevorzugen, eine Nut 20b in der Oberfläche des Substrats 1 in dem Tragelement 21 entsprechend jedem der Durchgangslöcher 20a so anzuordnen, daß Flüssigkeit, die von dem Durchgangsloch 22 zugeführt ist, auf jedes der Durchgangslöcher 20a über die Nut 20b verteilt wird. Die Durchgangslöcher 20a in dem Substrat 1 sind in einer solchen Weise ausgebildet, daß die Nut 20b in das Substrat 1 noch in der Form des Siliziumwafers geschnitten wird und dann diese Löcher in der Nut mechanisch mittels Sandstrahlen oder Diamantschneiden oder chemisch mittels anisotropen Ätzens ausgebildet werden. Auf diese Weise werden die Durchgangslöcher 20a, die Nut 20b, die Wärmeerzeugungselemente 2 und die Ansteuerschaltungen auf der Stufe der Waferbearbeitung erzeugt. Daraufhin wird der auf diese Weise produzierte Wafer unter Verwendung einer Trennmaschine geschnitten, um einzelne Substrate zu erhalten. Mit Ausnahme der Durchgangslöcher 20a und der Nut 20b, die für das Substrat 1 angeordnet sind, ist der Flüssigkeitsausstoßkopf des Aufbaubeispiels 2 der gleiche wie der Flüssigkeitsausstoßkopf des vorstehend beschriebenen Aufbaubeispiels 1.
16 zeigt eine Ansicht, welche die Strömungen der ersten und der zweiten Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsausstoßkopf des Aufbaubeispiels 2 schematisch darstellt. Die Strömung der ersten Flüssigkeit ist gleich jener des Aufbaubeispiels 1. Die zweite Flüssigkeit wird jedoch auf jedes der Durchgangslöcher 20a durch die Nut 20b aufgeteilt und jedem der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 16 zugeführt.
Ebenfalls wie bei dem ersten Aufbaubeispiel ist es möglich, die vorstehend beschriebenen Zuführsysteme für den Flüssigkeitsausstoßkopf zu übernehmen, der mit einer Vielzahl von Elementsubstraten 1 mit Wärmeerzeugungselementen 2 versehen ist, die auf jedem von diesen angeordnet sind. 17 zeigt, eine Ansicht, welche die Flüssigkeitszuführkanäle für den Aufbau der Flüssigkeitsausstoßkopfstruktur schematisch darstellt, die eine Vielzahl von dafür angeordneten Substraten 1 aufweist.
(Aufbaubeispiel 3)
18 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf des Aufbaubeispiels 3 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Trennwand 105' wird durch Falten der Formstücke über dem Substrat 1 um 90° (Faltungsabschnitte 105a') erzeugt, nachdem das bewegliche Element 106 und der zweite Flüssigkeitsströmungskanal 16 nach dem gleichen Verfahren erzeugt sind, das auf das vorstehend beschriebene Aufbaubeispiel angewendet ist. Die auf diese Weise erzeugte Trennwand 105' wird mit der genuteten Deckenplatte 114 in der gleichen Weise wie bei dem Aufbaubeispiel 1 verbunden, und dann auf dem Substrat 1 montiert und die gedruckte Leiterplatte 28 angeklebt und mit dem Tragelement 131 durch Auftragen von Klebstoff 23 wie in dem Aufbaubeispiel 1 verbunden. Die Vorderenden des gefalteten Abschnitts 105a' der Trennwand 105' werden in den Löchern 130 durch Preßpassung angeordnet, welche im voraus für das Tragelement unter Druckanwendung oder dergleichen angeordnet sind. Dann werden die Flüssigkeitsströmungskanäle durch jeden der Spalte zwischen den Innenwänden der Löcher 130 ausgebildet, die für das Tragelement 131 und die Trennwand 105' angeordnet sind, um die zweite Flüssigkeit zuzuführen. Das erste Flüssigkeitszuführelement 26 und das zweite Flüssigkeitszuführelement 27 sind jeweils an dem Tragelement 131 fest angeordnet. Dann werden diese Elemente durch das Dichtungsmittel 29 an jeder Einheit an deren Umfang abgedichtet, um das Austreten von Flüssigkeit zu verhindern. Für das zweite Flüssigkeitszuführelement 27 sind Löcher 130' entsprechend den Löchern 130 erzeugt, die für das Tragelement 131 angeordnet sind. Durch diese Löcher 130' wird Flüssigkeit von außerhalb zugeführt.
19 zeigt eine Ansicht, welche die Ströme der ersten Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) und der zweiten Flüssigkeit (Aufschäumflüssigkeit) für den vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf darstellt. Wie aus 19 deutlich wird, strömt die erste Flüssigkeit von der ersten Flüssigkeitszuführöffnung 25, die für die genutete Deckenplatte 114 angeordnet ist, zu der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in der Deckenplatte für diesen Flüssigkeitsausstoßkopf. Andererseits strömt die zweite Flüssigkeit durch die Kanäle, die zwischen den Innenwänden der Löcher 130 ausgebildet sind, die für das Tragelement 131 und die Trennwand 105' angeordnet sind, und verläuft zu dem blinden Ende, das durch die Trennwand 105' ausgebildet ist, nachdem das Tragelement 131 und das Substrat 1 durchlaufen sind. Dann wird sie in die gemeinsame Flüssigkeitskammer verzweigt, die für die zweite Flüssigkeit angeordnet ist, in jeden der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle.
Gemäß diesem Aufbaubeispiel wird die Zuführung der zweiten Flüssigkeit von beiden Seitenenden des Substrats 1 ausgeführt, doch ist sie nicht notwendigerweise auf diesen Aufbau begrenzt. Es ist möglich, die gleiche Wirkung durch die Flüssigkeitszuführung von einem Seitenende zu erzielen.
Die Spalte zwischen den Seitenenden des Substrats 1 und der Faltungsabschnitte 105a' der Trennwand 105 sind bestimmt, nachdem die mechanische Bearbeitungsgenauigkeit und Montage genauigkeit jeder Komponente berücksichtigt sind. Hier beträgt jedoch die untere Grenze ungefähr 10 μm von dem Spalt zwischen der Oberfläche des Substrats und der Trennwand. Die obere Grenze ist nicht besonders begrenzt. Sie kann unter Berücksichtigung solcher Faktoren wie Bearbeitungs- und Montagegenauigkeit, der Auftraggrad des Dichtungsmittels und der Größe des verwendeten Kopfs bestimmt werden.
(Aufbaubeispiel 4)
20 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche den Flüssigkeitsausstoßkopf des Aufbaubeispiels 4 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Dieser Flüssigkeitsausstoßkopf ist mit einer Vielzahl von Substraten 140 versehen, die eine Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen 142 aufweisen, die auf diesen angeordnet sind. Die Substrate 140 sind in Reihe auf dem Tragelement 143 angeordnet. Dann erfolgt die Anordnung, um Spalte zu nutzen, die zwischen jeder der Seitenwände des Substrats 140 erzeugt sind, um Zuführkanäle der zweiten Flüssigkeit vorzusehen.
Für das Tragelement 143 ist eine Nut erzeugt, um die zweite Flüssigkeit zuzuführen, und ferner sind Löcher 145 für die Flüssigkeitszuführnut angeordnet, um die zweite Flüssigkeit zuzuführen. Das Tragelement 143 ist an dem zweiten Flüssigkeitszuführelement 149 fest angeordnet, in welchem Löcher 145' entsprechend den zweiten Flüssigkeitszuführlöchern 145 erzeugt sind. Daher wird die zweite Flüssigkeit durch dieses Element zu deren Zuführung zu jedem der Spalte zwischen den Substraten 140 den zweiten Flüssigkeitszuführlöchern 145 zugeführt. In dieser Hinsicht ist eine gedruckte Leiterplatte 146 mit dem Tragelement 143 verbunden, um jedes der Substrate 140 und den Hauptkörper elektrisch zu verbinden.
Die Trennwand 141 ist in Gegenüberlage der Wärmeerzeugungselemente 142 auf jedem der Substrate 140. Sie ist mit beweglichen Elementen 141a versehen, von denen jedes dessen freies Ende auf der Seite der Ausstoßöffnung hat, und auch mit einer Vielzahl von Nuten, die den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 ausbilden. Die Trennwand 141 wird mit den Substraten 140 verbunden, um den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal 16 zu erzeugen.
Für die genutete Deckenplatte 147 sind Öffnungen 147a erzeugt, um die Ausstoßöffnungen entsprechend jedem der Wärmeerzeugungselemente 142 auf jedem Substrat 140 auszubilden. Für die Erzeugung des ersten Flüssigkeitsströmungskanals 14, der mit den Öffnungen 147a leitend verbunden ist, sind Nuten für die Innenwand angeordnet. Ferner ist das erste Flüssigkeitszuführelement 148 zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal 14 angeordnet.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung dieses Flüssigkeitsausstoßkopfs speziell beschrieben.
Für jedes Substrat 140 sind 128 Wärmeerzeugungselemente (Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente) für eine Dichte von 360 dpi (70,5 μm Abstand) angeordnet. Das Tragelement 143, das eine Vielzahl von solchen Substraten 140 darauf aufweist, ist durch Druckgießen unter Verwendung von Aluminium erzeugt. Auf der Anordnungsoberfläche jedes Substrats sind ein Durchgangsloch zum Ausführen des Saugens und festen Anordnens, bis der Klebstoff nach der Positionierung des Substrats verfestigt ist, und eine Nut zum Durchlaß der zweiten Flüssigkeit erzeugt.
Das Substrat 140 wird gesaugt und fest angeordnet, nachdem es auf dem Tragelement 143 positioniert ist, wie vorstehend beschrieben, und der Klebstoff wird zum Kleben vom hinteren Ende des Substrats (den Ausstoßöffnungen, wie in dieser Beschreibung bezeichnet, d. h. die Seite in Gegenüberlage der Seite, wo Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente angeordnet sind) eingebracht. Der Klebstoff kann der eine sein, der für das Aufbaubeispiel 1 verwendet ist. Die angrenzenden Substrate werden so positioniert, daß die angrenzenden Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente in einem Abstand von 70,5 μm angeordnet werden, um eine Dichte von 360 dpi vorzusehen. An diesem Punkt wird jeder Spalt zwischen den Substraten in einer Größe von ungefähr 10 μm festgelegt, um nicht zu gestatten, daß die Substrate in Kontakt gelangen. Dieser Spalt wird für den zweiten Flüssigkeitszuführkanal verwendet.
In dieser Hinsicht beträgt die Anzahl der Substrate in 20 drei zur Vereinfachung der Beschreibung, aber für einen tatsächlichen Flüssigkeitsausstoßkopf sind auf dem Tragelement 11 Substrate für eine Breite von vier Zoll (ungefähr 101,6 mm), 22 Substrate für eine Breite von acht Zoll (ungefähr 203,2 mm) und 33 Substrate für eine Breite von 12 Zoll (ungefähr 304,8 mm) angeordnet.
Nachdem die Substrate 140 angeordnet und verklebt sind, wird eine gedruckte Leiterplatte zum Anlegen elektrischer Signale von einem Aufzeichnungsgerät an diese Vielzahl von Substraten angeklebt. Die gedruckte Leiterplatte und jedes der Substrate sind unter Verwendung von Aluminiumdrähten verbunden. Damit ist die Verbindung abgeschlossen. Anschließend werden die genutete Deckenplatte 147 und die Trennwand 141 erzeugt und in der gleichen Weise wie das Aufbaubeispiel 1 verbunden.
Dann werden der einstückige Körper der genuteten Deckenplatte 147 und die Trennwand 141 und die auf diese Weise angeordneten Substrate positioniert. Daraufhin, während in einem Zustand der vorläufigen Härtung, wird sofort eine Druckfeder einbezogen, um die einstückige Ausbildung abzuschließen, und dann, nachdem das erste Flüssigkeitszuführelement 148 und das zweite Flüssigkeitszuführelement 149 montiert sind, werden Spalte zwischen jeder der Komponenten und dem Abschnitt der Aluminiumdrahtverbindung unter Verwendung von Silikondichtungsmittel 29 (z. B. TSE399 (hergestellt von Toshiba Silikon Co., Ltd.) abgedichtet, wodurch die Herstellung eines Flüssigkeitsausstoßkopfs abgeschlossen ist.
21 zeigt eine Ansicht, welche die Strömung schematisch darstellt, wenn die erste und die zweite Flüssigkeit dem vorstehend beschriebenen Kopf zugeführt werden. Wie aus 21 deutlich wird, wird die zweite Flüssigkeit von der Rückseite des Tragelements für den Flüssigkeitsausstoßkopf des Aufbaubeispiels 4 zugeführt und sie strömt in der zweiten Flüssigkeitszuführnut 144 des Tragelements 131 unter dem Substrat 140. Dann wird sie durch den Spalt zwischen den Substraten 140 der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 und jedem der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle 16 zugeführt.
Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, ist es nicht unbedingt erforderlich, ein Elementsubstrat zu verwenden, welches dazu neigt, den Produktionsausstoß zu verringern. Es kann ein Substrat verwendet werden, das eine hohe Ausbeute gewährleistet, mit dem Erfordernis nur einer kleineren Anzahl von Ausstoßenergie-Erzeugungselementen, wie z. B. 64 oder 128, wodurch es möglich wird, die Produktionsausbeute für einen Kopf als Ganzes zu erhöhen, als auch die Herstellungskosten zu senken. Selbst wenn eine Vielzahl von Elementsubstraten verwendet wird, kann das Nutenelement durch diese zur Verwendung geteilt werden. Demzufolge ist es anders als bei dem Aufbau, bei dem Köpfe, die jeder eine Deckenplatte je Elementsubstrat aufweisen, möglich, die Flüssigkeitsströmungskanäle und die Ausstoßöffnungen in einer speziellen Richtung anzuordnen, wodurch ein länglicher Kopf geschaffen wird, der in der Lage ist, gute Bilder bei geringen Kosten zu erzeugen.
Auch bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf des Aufbaubeispiels 4 ist es möglich, die Zuführung der zweiten Flüssigkeit unter Verwendung der Trennwand 105' zu stabilisieren, wie in 18 gezeigt ist. 22 zeigt eine Ansicht zur schematischen Darstellung des Flüssigkeitszuführkanals in dem Flüssigkeitsausstoßkopfaufbau unter Verwendung der Trennwand 105'. Gemäß dem in 22 gezeigten Aufbau wird die zweite Flüssigkeit von der Rückseite des Tragelements 143 durch die zweiten Flüssigkeitszuführlöcher 145 der zweiten Flüssigkeitszuführnut 144 zugeführt und wird dann von der zweiten Flüssigkeitszuführnut 144 durch die Spalte, die zwischen den Seitenwandabschnitten der Trennwand 105' und den Spalten zwischen jedem der Substrate 140 erzeugt sind, dem zweiten Flüssigkeitszuführkanal 1 zugeführt. Die Flüssigkeit wird dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal von beiden Seiten zugeführt und dann jedem der Substrate 140, wodurch eine stabilere Flüssigkeitszuführung möglich ist.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist beschrieben. Mit einem derartigen Aufbau können die Ausstoßflüssigkeit (erste Flüssigkeit) und die Aufschäumflüssigkeit (zweite Flüssigkeit) getrennt werden, und die Ausstoßflüssigkeit kann mittels des Drucks ausgestoßen werden, der durch Aufschäumen der Aufschäumflüssigkeit ausgeübt wird. Daher können selbst solche hochviskosen Flüssigkeiten, wie Polyethylenglykol oder dergleichen, welche durch die herkömmliche Erhitzung unzureichendes Ausstoßvermögen infolge ungenügender Aufschäumung zeigen, in gutem Zustand in einer solchen Weise ausgestoßen werden, daß eine derartige Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, während eine Flüssigkeit (wie z. B. eine Mischung aus Ethanol und Wasser = 4 : 6 mit einer Viskosität von ungefähr 1 bis 2 cP), die das Aufschäumen begünstigt, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, um eine gute Aufschäumung auszuführen, oder eine Flüssigkeit mit einem niedrigen Siedepunkt wird dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt. Es ist auch möglich, eine solche Flüssigkeit auszuwählen, die keinen Verbrennungsrückstand oder eine andere Ablagerung auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements erzeugt, wenn sie Wärme aufnimmt. Dann kann das Aufschäumen gleichfalls stabilisiert werden, um einen guten Ausstoß zu ermöglichen. Mit dem auf diese Weise aufgebauten Kopf ist es ferner auch möglich, die Wirkungen zu demonstrieren, die in der Beschreibung der vorhergehenden Aufbaubeispiele aufgezeigt wurden. Daher können die hochviskose Flüssigkeit und andere mit hohem Ausstoßwirkungsgrad und großer Ausstoßkraft ausgestoßen werden.
Selbst bei der Flüssigkeit, deren Beschaffenheit nicht sehr beständig gegenüber Erhitzung ist, ist es gleichermaßen möglich, eine solche Flüssigkeit mit einem hohen Ausstoßwirkungsgrad und großer Ausstoßkraft auszustoßen, wie vorste hend beschrieben ist, ohne diese thermisch zu schädigen, wenn eine solche Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, während die Flüssigkeit, deren Beschaffenheit so ist, daß sie ihre Eigenschaften unter Wärmeeinwirkung nicht verändert und eine gute Aufschäumung zeigt, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend erfolgt die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der zweiten Ausführungsform, der dritten Ausführungsform und ebenso der vierten Ausführungsform wird gleichermaßen versucht, kompakte Strukturen der Köpfe zu schaffen und gleichzeitig ist beabsichtigt, die Verhinderung von Rückwellen in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zu verbessern und den Ausstoßwirkungsgrad zu erhöhen, während der Kavitationseinfluß in bezug auf die Wärmeerzeugungselemente in jedem Gesichtspunkt verringert wird.
23A zeigt eine Querschnittansicht zur schematischen Darstellung des Aufbaus des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der zweiten Ausführungsform. 23B und 23C zeigen jeweils Draufsichten zur Darstellung der Ausbildungen des Wärmeerzeugungselements 2 und des beweglichen Elements 31 des Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Dieser Flüssigkeitsausstoßkopf ist ein sogenannter Flüssigkeitsausstoßkopf der „Edge-Shooter-Ausführung", bei dem die Ausstoßöffnungen in der Richtung zu der Seitenrichtung in bezug auf den Blasenerzeugungsbereich (Wärmeerzeugungselement 2) angeordnet sind. Auf einer Oberfläche des Elementsubstrats 1 sind Elektrizität-Wärme-Umwandlungselemente, die als Wärmeerzeugungselemente dienen, wie in dem in 2A bis 2C und 3 gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf angeordnet. Der Aufbau jedes Wärmeerzeugungselements 2 ist länglich, um sich in die Richtung entgegengesetzt zu deren Ausstoßöffnung 18 zu erstrecken. Es ist jedoch ein Durchgangsloch 619 fast in der Mitte des Wärmeerzeugungselements ange ordnet. Das Durchgangsloch 619 des Wärmeerzeugungselements 2 ist mit dem Flüssigkeitszuführkanal 621 leitend verbunden, der das Elementsubstrat 1 durchdringt. Auf der anderen Oberflächenseite des Elementsubstrats 1 erweitert sich der Flüssigkeitszuführkanal in die Form einer Kammer, um die Flüssigkeitskammer 623 auszubilden. Das Elementsubstrat 1 wird aus Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, z. B. für ein Substrat erzeugt. Dann werden die Flüssigkeitskammer 623 und der Flüssigkeitszuführkanal 621 durch Kombination von mechanischer Bearbeitung und chemischem Ätzen erzeugt. Die Wärmeerzeugungselemente 2 werden durch Strukturieren nach Abscheidung einer elektrischen Widerstandsschicht, wie z. B. aus Hafniumborid oder dergleichen, und einer Drahtelektrodenschicht, wie z. B. aus Aluminium oder dergleichen, durch Halbleiterfertigungsprozesse erzeugt.
Auf einer Oberfläche des Elementsubstrats 1 wird eine Abstandsschicht ganzflächig aus Harz, Metall oder dergleichen aufgetragen, mit Ausnahme von Orten, in welchen die Wärmeerzeugungselemente 2 erzeugt werden (die Position des Durchgangslochs 619 ist ebenfalls ausgeschlossen). Da keine Abstandsschicht 636 in der Position erzeugt wird, in welcher die Wärmeerzeugungselemente 2 erzeugt werden, wird ein Raum mit jedem Wärmeerzeugungselement ausgebildet, das an dessen Boden ist, und der Abstandsschicht, die dessen Seitenenden ausbildet. Dieser Raum ist der Blasenerzeugungsbereich 11 für diesen Flüssigkeitsausstoßkopf. Ferner ist dort ein Plattenwandelement 630 aus Nickel oder einem anderen Metall typisch in einer Dicke in der Größenordnung von mehreren Mikrometer angeordnet, um die gesamte obere Oberfläche der Abstandsschicht 636 mit der Position der Blasenerzeugungsbereiche 11 zu bedecken. In einer Position in Gegenüberlage jedes Wärmeerzeugungselements 2 ist ein U-förmiger Schlitz 35 für das Wandelement 630 erzeugt, wie in 23C gezeigt ist. Das Wandelement 630 in dem Abschnitt, der von dem Schlitz 35 umgeben ist, wirkt als ein bewegliches Element 31. Dieses bewegliche Element 31 ist in Gegenüberlage des Blasenerzeugungsbereichs 11, entsprechend jedem Wärmeerzeugungselement 2. Auf der Seite der Ausstoßöffnung 18 ist des sen freies Ende in einer Auslegerform, wobei der Drehpunkt 33 auf der Seite entgegengesetzt zu der Ausstoßöffnung 18 angeordnet ist. In anderen Worten, der Wurzelabschnitt der U-Form ist der Drehpunkt 33. Mit der Erzeugung jeder Luftblase 40 in dem Blasenerzeugungsbereich 11 wird das bewegliche Element 31 veranlaßt, sich zu der Seite der Ausstoßöffnung 18 zu öffnen. In anderen Worten, das Wandelement 630 weist den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie die Trennwand 30 der ersten Ausführungsform auf.
An der oberen Seite des Wandelements 630 ist der Flüssigkeitsströmungskanal 14 in einer Ausbildung erzeugt, welche das untere Ende des beweglichen Elements 31 einschließt. Ein Ende des Flüssigkeitsströmungskanals 14 ist mit der Luft außerhalb der Ausstoßöffnung 18 leitend verbunden. Vom Standpunkt der Herstellung ist der Flüssigkeitsströmungskanal 14 als eine Nut des Nutenelements 50 ausgebildet, welches ein Kunststofformkörper ist. Die Ausstoßöffnung 18 ist als ein Durchgangsloch ausgebildet, das mit dieser Nut mittels des Nutenelements 50 verbunden ist. Auf dem Elementsubstrat 1, auf dem Wärmeerzeugungselemente erzeugt sind, wird zuerst die Abstandsschicht 36 erzeugt. Dann wird auf der Abstandsschicht das Wandelement 630 mit den beweglichen Elementen 31, ausgebildet durch Schlitze 35, im voraus angeordnet. Zuletzt wird das Nutenelement 50 darüber fest angeordnet, um diesen Flüssigkeitsausstoßkopf zu vollenden.
Da der Flüssigkeitsausstoßkopf wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, ist jeder der Blasenerzeugungsbereiche 11 ein Raum, der durch das Wärmeerzeugungselement 2, die Abstandsschicht 636 und das bewegliche Element 31 (das Wandelement 630 in der Nähe des beweglichen Elements 31) umgeben ist. Die Flüssigkeitszuführung zu diesem Blasenerzeugungsbereich 11 wird über das Durchgangsloch ausgeführt, das im wesentlichen in der Mitte des Wärmeerzeugungselements angeordnet ist. In dieser Hinsicht, gemäß dem in 23A bis 23C gezeigten Beispiel, erstreckt sich der Flüssigkeitszuführkanal 620, welcher mit dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 leitend verbunden ist, zu dem anderen Seitenende des Element substrats 1. Demzufolge ist es möglich, Flüssigkeit durch den Flüssigkeitszuführkanal 620 dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zuzuführen, und von dem gleichen Seitenende des Elementsubstrats 1 durch den Flüssigkeitszuführkanal 621 auch zu dem Blasenerzeugungsbereich 11.
Nachstehend wird die Operation dieses Flüssigkeitsausstoßkopfs beschrieben. In dem Normalzustand ist das bewegliche Element 31 in einer Position feststehend, die durch eine gestrichelte Linie in 23A bezeichnet ist. Der Blasenerzeugungsbereich 11 wird durch den Flüssigkeitszuführkanal 621 und das Durchgangsloch 619 mit Flüssigkeit gefüllt. Der Flüssigkeitsströmungskanal 14 wird durch den Flüssigkeitszuführkanal 620 mit Flüssigkeit gefüllt. Das Wärmeerzeugungselement 2 wird erhitzt, wenn elektrische Energie an dieses angelegt wird, wodurch die Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich 11 teilweise erhitzt wird. Dann wird die Blase 40 durch das nachfolgende Filmsieden erzeugt. An diesem Punkt wird das bewegliche Element 31 durch den Druck, der durch die Erzeugung der Blase 40 ausgeübt wird, zu der Seite des Flüssigkeitsströmungskanals 14 verlagert. Wenn das bewegliche Element 31 auf diese Weise verlagert ist, wird die Druckausbreitungsrichtung des Drucks, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt wird, zu der Ausstoßöffnung geleitet. Demzufolge wird auf der Grundlage des weiter vorstehend beschriebenen Prinzips ein Teil der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 als ein Tropfen aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen.
An diesem Punkt, im Vergleich mit 4 und 5, auf die in der weiter vorstehenden Beschreibung des Ausstoßprinzips Bezug genommen ist, wird die Druckkomponente, die durch die Erzeugung der Blase in dem Blasenerzeugungsbereich 11 in die Druckausbreitungsrichtungen V₁ bis V₈ gerichtet ist, insgesamt auf das bewegliche Element 31 oder die Seitenwand (Abstandsschicht 636) des Blasenerzeugungsbereichs 11 für den hier beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopf übertragen. Demzufolge besteht fast kein Energieverlust in bezug auf die Ausstoßkraft. In dieser Hinsicht ist bekannt, daß sich die Druckwellen, welche der Erzeugung jeder Blase folgen, intensiv von der Grenze zwischen der Heizfläche jedes Wärmeerzeugungselements 2 und der Flüssigkeit zu Beginn des Filmsiedens auf jedem der Wärmeerzeugungselemente 2 ausbreiten. Selbst bei einem Durchgangsloch 619, welches zu dem Wärmeerzeugungselement 2 hin offen ist, wird daher die Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 nicht in einen erwarteten Faktor von der Seite des Flüssigkeitszuführkanals 621 einbezogen. Somit breiten sich fast keine Rückwellen zu der Seite des Flüssigkeitszuführkanals 621 über das Durchgangsloch 619 aus. Es besteht nahezu auch keine Rückströmung von Flüssigkeit aus dem Blasenerzeugungsbereich 11 zu der Seite des Flüssigkeitszuführkanals 621.
Daher liegen im wesentlichen keine Rückwellen vor. Gleichzeitig ist es möglich, die durch jede Blase erzeugte Druckkomponente auf wirkungsvolle Weise zu der Ausstoßöffnung zu leiten. Demzufolge wird die Strömung der Ausstoßflüssigkeit in einer Richtung ausgebildet und weiter stabilisiert, wodurch der Ausstoßwirkungsgrad in bemerkenswerter Weise erhöht wird. In dieser Hinsicht ist die Position des beweglichen Elements 31 wie durch die Vollinie bezeichnet, wenn die Blase 40 in dem Entwicklungsprozeß ist. Wenn das Filmsieden beginnt, liegt die Blase nur in dem Grenzabschnitt mit der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 vor. Keine Blase liegt in der Position des Durchgangslochs 619 vor, doch mit Ablauf der Zeit entwickelt sich die Blase 40, um das Durchgangsloch 619 abzudecken.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung der Operation zu dem Zeitpunkt der Entschäumung. Wenn die Blase 40 kontrahiert und sich verformt, ändert die Blase 40 im wesentlichen nicht deren Mittelabschnitt in dem Kontraktionsprozeß. Für den Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Ausführungsform ist das Durchgangsloch 619 fast in dem Mittelabschnitt des Wärmeerzeugungselements 2 angeordnet. Bei der Endstufe des Entschäumungsprozesses der Blase 40 liegt die Blase nur in der Position entsprechend dem Durchgangsloch 619 vor. Diese Position ist geringfügig von der Oberfläche des Wärmeerzeu gungselements 2 beabstandet. Demzufolge ist im Vergleich zu dem Fall, wenn die Entschäumung deren Endstufe unmittelbar auf der Oberfläche des Wärmeerzeugungselements 2 erreicht, der Einfluß der Kavitation kleiner in bezug auf das Wärmeerzeugungselement 2. Da diese Entschäumungsposition die Position für die Flüssigkeit ist, die von dem Flüssigkeitszuführkanal 621 wiederaufgefüllt ist, wird der Kontraktionsdruck, der durch das Entschäumen ausgeübt wird, auf Grund dieser Wiederauffüllung vermindert, was dazu beiträgt, den Einfluß der Kavitation in bezug auf das Wärmeerzeugungselement 2 noch mehr zu verkleinern, was zu der Verlängerung der Haltbarkeit jedes Wärmeerzeugungselements 2 und zu dessen längerer Lebensdauer führt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung der Flüssigkeit, die dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 und dem Blasenerzeugungsbereich 11 zugeführt wird. Bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf ist es möglich, die gleiche Flüssigkeit sowohl für den Flüssigkeitsströmungskanal 14 als auch den Blasenerzeugungsbereich 11 zu verwenden oder unterschiedliche Flüssigkeiten zu verwenden. Wenn die gleiche Flüssigkeit verwendet wird, ist es möglich, eine gemeinsame Flüssigkeitskammer vorzusehen, welche den Flüssigkeitszuführkanal 620 auf der Seite des Flüssigkeitsströmungskanals 14 mit dem Flüssigkeitszuführkanal 621 auf der Seite des Blasenerzeugungsbereichs 11 verbindet, oder getrennte Zuführsysteme vorzusehen, um zu ermöglichen, den Flüssigkeitsstrom auf wirkungsvolle Weise unter Ausnutzung des Unterschieds im Zuführdruck zu steuern.
Wenn andererseits unterschiedliche Flüssigkeiten dem Blasenerzeugungsbereich 11 und dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt werden, wird die Flüssigkeit zur Verwendung zum Aufschäumen unter der Einwirkung von Hitze (Aufschäumflüssigkeit) dem Blasenerzeugungsbereich 11 zugeführt, während Flüssigkeit zur Verwendung zum Ausstoßen (Ausstoßflüssigkeit) hauptsächlich dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt wird. Wenn unterschiedliche Flüssigkeiten zum Ausstoßen und Aufschäumen getrennt verwendet werden, ist es möglich, auf wirkungsvolle Weise selbst hochviskose Flüssigkeit in gutem Zustand in einer solchen Weise auszustoßen, um eine solche hochviskose Flüssigkeit dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zuzuführen, die kein ausreichendes Ausstoßvermögen aufweist, wenn sie herkömmlich erhitzt wird, infolge der Schwierigkeit bei der Erzeugung von ausreichender Aufschäumung, während dem Blasenerzeugungsbereich 11 die Flüssigkeit zugeführt wird, welche gute Aufschäumeigenschaften oder einen niedrigen Siedepunkt als Aufschäumflüssigkeit aufweist. In gleicher Weise kann Flüssigkeit, deren Beschaffenheit nicht sehr beständig gegenüber Wärme ist, verwendet werden, ohne diese thermisch zu schädigen, indem diese dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zugeführt wird, und sie kann mit hohem Ausstoßwirkungsgrad und großer Ausstoßkraft ausgestoßen werden.
Nachdem die Beschreibung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt ist, ist darauf hinzuweisen, daß es hier wichtig ist, das Flüssigkeit von der Oberfläche in Gegenüberlage jedes beweglichen Elements zugeführt wird. Die Ausbildung jedes Wärmeerzeugungselements 2 und die Position jedes Durchgangslochs 619 sind nicht notwendigerweise auf jene vorstehend beschriebenen begrenzt. Um den Einfluß der Kavitation in bezug auf jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 zu verhindern, ist zu bevorzugen, das Durchgangsloch in der Entschäumungsposition auszubilden, aber abhängig von den Strukturen des Flüssigkeitsströmungskanals stimmt die Entschäumungsposition nicht unbedingt mit der Mittenposition jedes Bereichs jedes Wärmeerzeugungselements 2 überein. In einem solchen Fall ist zu bevorzugen, das Durchgangsloch 619 entsprechend der Entschäumungsposition anzuordnen, selbst wenn sie von dem Mittenbereich des Wärmeerzeugungselements 2 abweicht.
(Dritte Ausführungsform)
24A zeigt eine Querschnittansicht zur schematischen Darstellung des Aufbaus des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 24B zeigt eine Draufsicht, welche den Aufbau des Wärmeerzeugungselements dieses Flüssigkeitsausstoßkopfs zeigt.
Dieser Flüssigkeitsausstoßkopf ist ein Flüssigkeitsausstoßkopf der „Side-Shooter-Ausführung", bei dem die Ausstoßöffnungen 18 in der Position entsprechend jedem der Blasenerzeugungsbereiche (Wärmeerzeugungselemente 2) angeordnet sind. Der Unterschied bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf gegenüber dem in 23A bis 23C gezeigten Flüssigkeitsausstoßkopf besteht darin, daß die Öffnungsplatte 51 anstelle des Nutenelements angeordnet ist und auch jedes der Wärmeerzeugungselemente rund ist, wobei das Durchgangsloch 619 in dessen Mittelabschnitt ist. Die Öffnungsplatte 51 ist z. B. durch Kunststoffspritzguß oder dergleichen hergestellt. Auf deren einen Oberfläche ist eine Nut entsprechend dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 erzeugt. Gleichzeitig ist die Ausstoßöffnung 18 als das Durchgangsloch erzeugt, das den Endabschnitt dieser Nut mit der anderen Oberfläche leitend verbindet. Die Ausstoßöffnung 18 ist unmittelbar über dem Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet, d. h. direkt in der Position entsprechend dem Durchgangsloch 619.
Nachstehend wird die Operation des Flüssigkeitsausstoßkopfs beschrieben. Wie in dem Fall der zweiten Ausführungsform, wenn jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 Wärme erzeugt, erzeugt die Flüssigkeit in dem entsprechenden Blasenerzeugungsbereich 11 die Blase 40. Durch den Druck, der durch die Erzeugung der Blase ausgeübt ist, wird das freie Ende 32 des beweglichen Elements 31 im wesentlichen zu der Seite des Flüssigkeitsströmungskanals 14 verlagert. Dann werden die Druckwellen, die durch die Erzeugung der Blasen wirken, zu der Seite der Ausstoßöffnung 18 geleitet, wodurch jedes Tröpfchen aus der Ausstoßöffnung 18 ausgestoßen wird. Es ist möglich, die gleiche Flüssigkeit dem Blasenerzeugungsbereich 11 und dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zuzuführen oder diesen jeweils unterschiedliche Flüssigkeiten zuzuführen. Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist das Durchgangsloch 619 für das entsprechende Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet, und über durch dieses wird Flüssigkeit dem Blasenerzeugungsbereich 11 zugeführt, wodurch Rückwellen unterdrückt werden, um die Flüssigkeitsströmung zu stabilisieren. Gleichzeitig ist es möglich, den Einfluß der Kavitation in bezug auf jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 zu verringern. In dieser Hinsicht sind der Aufbau der Wärmeerzeugungselemente 2 und die Lagebeziehung zwischen jedem Wärmeerzeugungselement 2 und Durchgangsloch 619 nicht notwendigerweise auf jene vorstehend beschriebenen begrenzt, wie in dem Fall der ersten Ausführungsform. Jede der Ausstoßöffnungen 18 ist nicht unbedingt über dem entsprechenden Wärmeerzeugungselement 2 angeordnet. Z. B. kann sie nach der linken Seite in 24A bis 24B versetzt sein, so daß sie über dem freien Ende 32 des beweglichen Elements 31 in der feststehenden Position angeordnet ist. Ferner muß das bewegliche Element 31 nicht unbedingt die Eintrittsfläche der Wärmeerzeugungselemente abdecken, jedoch ungefähr die Hälfte von diesen bedecken, und der restliche Abschnitt wird so ausgebildet, um zu ermöglichen, den Blasenerzeugungsbereich 11 und die Flüssigkeitsströmungskanäle 14 frei leitend miteinander zu verbinden.
(Vierte Ausführungsform)
25 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Dieser Flüssigkeitsausstoßkopf ist aufgebaut, um Flüssigkeit von der Seite des Blasenerzeugungsbereichs 11 zu dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zuzuführen, durch den Schlitz, der für das Wandelement 630 an dem Rand des beweglichen Elements 35 ausgebildet ist, anstelle dem Flüssigkeitszuführkanal 620, der mit dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 für den Flüssigkeitsausstoßkopf der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform leitend verbunden ist. Mit der Ausführung eines derartigen Aufbaus ist es möglich, zu versuchen, den Aufbau zu vereinfachen. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das Ziel, einen hohen Ausstoßwirkungsgrad und gute Flüssigkeitszuführeigenschaften zu erreichen, wie in Verbindung mit dem weiter vorstehend beschriebenen Ausstoßprinzip erwähnt ist. Insbesondere ist beabsichtigt, den Rückwärtsfortschritt des Meniskus zu verhindern, wodurch der Druck ausgenutzt wird, der zum Zeitpunkt der Entschäumung ausgeübt wird, und dann nahezu alle Flüssigkeitszuführungen zwangsweise mittels Wiederauffüllung auszuführen.
Auch bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf ist es ermöglicht Rückwellen zu verhindern, um die Flüssigkeitsströmung zu stabilisieren und gleichzeitig den Einfluß der Kavitation in bezug auf jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 zu vermindern.
(Fünfte Ausführungsform)
26 zeigt eine Querschnittansicht, welche den Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Dieser Flüssigkeitsausstoßkopf ist auch aufgebaut, um Flüssigkeit von der Seite des Blasenerzeugungsbereichs 11 durch den vorstehend beschriebenen Schlitz oder dergleichen anstelle dem Flüssigkeitszuführkanal 620, welcher mit dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 des Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß der dritten Ausführungsform verbunden ist, dem Flüssigkeitsströmungskanal 14 zuzuführen. Durch die Realisierung eines derartigen Aufbaus ist es möglich, zu versuchen, den Aufbau einfacher zu gestalten. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die Absicht, einen hohen Ausstoßwirkungsgrad und gute Flüssigkeitszuführeigenschaften zu erzielen, wie in Verbindung mit dem weiter vorstehend beschriebenen Ausstoßprinzip erläutert ist. Insbesondere ist beabsichtigt, den Rückwärtsfortschritt des Meniskus zu verhindern, wodurch der Druck ausgenutzt wird, der zum Zeitpunkt der Entschäumung ausgeübt wird, und dann nahezu alle Flüssigkeitszuführungen zwangsweise mittels Wiederauffüllung auszuführen.
Auch bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf ist es ermöglicht, Rückwellen zu verhindern, um die Flüssigkeitsströmung zu stabilisieren und gleichzeitig den Einfluß der Kavitation in bezug auf jedes der Wärmeerzeugungselemente 2 zu vermindern.
(Andere Ausführungsformen)
Es sind die Ausführungsformen des Hauptteils der Flüssigkeitsausstoßköpfe der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Nachstehend erfolgt die Beschreibung von Einzelhei ten der Strukturen, die vorzugsweise auf diese Ausführungsformen anwendbar sind.
(Bewegliches Element und Wandelement)
Der Aufbau des beweglichen Elements kann beliebig sein, wenn der Aufbau derart ist, daß dieser nicht die Seite des Blasenerzeugungsbereichs 11 einnimmt, und daß dieser in der Lage ist, die Operation zu erleichtern, während eine hervorragende Haltbarkeit gewährleistet ist. Zur Beschreibung des Ausstoßprinzips ist die Trennwand aus Nickel mit einer Dicke von ungefähr 5 μm erzeugt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht unbedingt auf einen solchen Aufbau begrenzt. Es ist ausreichend, wenn nur das Material, das für die Ausbildung der Trennwand (Wandelement) und das bewegliche Element verwendet wird, derart ist, daß es Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln der Aufschäumflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit aufweist, während es Elastizität bei dem beweglichen Element zeigt, das eine gute Operation ermöglicht, und daß es Eigenschaften aufweist, welche die Erzeugung von feinen Schlitzen gestatten. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind Schlitze für das Wandelement erzeugt, um diesen zu ermöglichen, als bewegliche Elemente zu wirken, doch es ist möglich, den Modus zu übernehmen, in welchem nur die beweglichen Elemente ohne eine Trennwand angeordnet sind (in diesem Fall ist der Drehpunkt jedes beweglichen Elements auf dem Elementsubstrat oder auf der Abstandsschicht durch ein zweckentsprechendes Tragelement angeordnet oder ohne jeden Eingriff) oder den Aufbau, wobei die Trennwand und das bewegliche Element aus getrennten Materialien sind.
27A und 27C zeigen Ansichten zur Darstellung anderer Ausbildungen des beweglichen Elements 31. In der Trennwand ist der Schlitz 35 für jedes von diesen angeordnet. Mittels des Schlitzes 35 wird das bewegliche Element 31 ausgebildet. 27A zeigt einen Längsaufbau. 27B zeigt den Aufbau mit dem schmaleren Abschnitt auf der Seite des Drehpunkts, um die Bewegung des Elements zu erleichtern. 27C zeigt den Aufbau mit dem breiteren Abschnitt auf der Drehseite, um die Haltbarkeit des Elements zu verlängern. Als der Aufbau, der die leichtere Bewegung und gute Haltbarkeit erbringt, ist zu bevorzugen, das Element auszubilden, daß dessen Drehseite, deren Breite in der Rundform schmaler ist, wie in 11A gezeigt. Es ist jedoch ausreichend, wenn nur das bewegliche Element so ausgebildet ist, nicht die Seite des zweiten Flüssigkeitsströmungskanals einzunehmen, während dessen Bewegung erleichtert wird und das Element eine hervorragende Haltbarkeit zeigt.
Als ein Material für das bewegliche Element wird bevorzugt ein sehr haltbares Material verwendet, wie z. B. Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, rostfreier Stahl oder Phosphorbronze oder deren Legierungen oder Harzmaterial, wie z. B. Acrylnitril, Butadien, Styrol oder einer anderen Nitrilgruppe, Harzmaterial mit der Amidgruppe, wie z. B. Polyamid oder dergleichen, Harzmaterial mit der Carboxylgruppe, wie z. B. Polycarbonat oder dergleichen, Harzmaterial mit der Aldehydgruppe, wie z. B. Polyacetal oder dergleichen, Harzmaterial mit der Sulfongruppe, wie z. B. Polysulfon, oder Harzmaterial, wie z. B. Flüssigkristallpolymer oder dergleichen, oder deren chemische Verbindungen, oder Materialien mit Beständigkeit gegenüber der Tinte, wie z. B. Metall, wie Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, rostfreier Stahl, Titan, deren Legierungen, Materialien, die mit solchen Metallen beschichtet sind, um Beständigkeit gegenüber Tinte zu erreichen, Harzmaterial mit der Amidgruppe, wie z. B. Polyamid, Harzmaterial mit der Aldehydgruppe, wie z. B. Polyacetal, Harzmaterial mit der Ketongruppe, wie z. B. Polyetheretherketon, Harzmaterial mit der Amidgruppe, wie z. B. Polyimid, Harzmaterial mit der Hydroxylgruppe, wie z. B. Phenolharz, Harzmaterial mit der Ethylgruppe, wie z. B. Polyethylen, Harzmaterial mit der Alkylgruppe, wie z. B. Polypropylen, Harzmaterial mit der Epoxidgruppe, wie z. B. Epoxidharz, Harzmaterial mit der Aminogruppe, wie z. B. Melaminharz, Harzmaterial mit der Methylolgruppe, wie z. B. Xylenharz, deren chemische Verbindungen, und ferner Keramikmaterial, wie z. B. Siliziumdioxid oder dessen Verbindungen.
Bevorzugte Beispiele der Trennwand (Wandelement) schließen Harzmaterialien mit hoher Wärmebeständigkeit, hoher Lösungsmittelbeständigkeit und guter Formbarkeit ein, insbesondere neuzeitliche Konstruktionskunstharzmaterialien, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Melaminharzmaterial, Phenolharz, Epoxidharz, Polybutadien, Polyurethan, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyacrylat, Polyamid, Polysulfon, Flüssigkristallpolymer (LCP) oder deren Verbindungen, oder Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Nickel, Gold, rostfreier Stahl oder andere Metalle, deren Legierungen oder Materialien, die mit Titan oder Gold beschichtet sind.
Die Dicke der Trennwand (Wandelement) wird abhängig von dem ausgewählten Material und der Ausbildung vom Standpunkt der ausreichenden Festigkeit als Wand und der ausreichenden Beweglichkeit des beweglichen Elements bestimmt. Es ist zu bevorzugen, eine Dicke von etwa 0,5 μm bis 10 μm einzustellen.
Die Breite des Schlitzes 35, der das bewegliche Element 31 ausbildet, beträgt z. B. 2 μm. Wenn es jedoch erwünscht ist, jegliche Vermischung von Flüssigkeiten zu verhindern, wenn die Aufschäumflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit verschieden sind, wird die Breite des Schlitzes 35 zu einem Spalt mit einer Abmessung ausgebildet, welche die Ausbildung eines Meniskus zwischen beiden Flüssigkeiten gestattet, und die Verteilung der Flüssigkeiten sollte unterdrückt werden. Wenn z. B. Flüssigkeit mit einer Viskosität von etwa 2 cP (Zentipoise) als Aufschäumflüssigkeit verwendet wird und Flüssigkeit von etwa 100 cP oder mehr als Ausstoßflüssigkeit, ist es möglich, deren Vermischung selbst mit einem Schlitz von 5 μm Breite zu verhindern, aber es ist zu bevorzugen, diesen 3 μm oder weniger breit auszubilden.
Für das bewegliche Element der vorliegenden Erfindung findet eine Dicke in der Größenordnung von Mikrometern (t μm) Berücksichtigung. Es ist nicht beabsichtigt, ein bewegliches Element der Dicke in der Größenordnung von Zentimetern zu verwenden. Für das bewegliche Element mit einer Dicke in der Größenordnung von Mikrometern ist es wünschenswert, einige Veränderungen aus der Herstellung zu berücksichtigen, wenn die Größenordnung von Mikrometern als ein Zielbereich für die Breite dessen Schlitzes vorgesehen ist.
Wenn die Dicke des Elements, welches in Gegenüberlage des freien Endes oder eines Seitenendes des beweglichen Elements 31 ist, einen Schlitz aufweist, der dafür zu erzeugen ist, gleich dem beweglichen Element ist (siehe 12, 13 und andere), ist es möglich, die Mischung der Aufschäumflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit zu verhindern, um die Beziehung zwischen der Breite und der Dicke des Schlitzes innerhalb des nachstehend angegebenen Bereichs unter Berücksichtigung von Veränderungen zu definieren, die sich aus der Herstellung ergeben. In anderen Worten, obgleich die Bedingung begrenzt ist, wenn eine hochviskose Tinte (5 cP, 10 cP oder dergleichen) in bezug auf die Aufschäumflüssigkeit mit einer Viskosität von 3 cP oder weniger vom Standpunkt der Gestaltung verwendet wird, ist es möglich, einen Aufbau vorzusehen, der in der Lage ist, die Vermischung dieser Flüssigkeiten für einen langen Zeitraum zu verhindern, vorausgesetzt, daß dieser Aufbau eingerichtet ist, die Beziehung W/t ≤ 1 zu erfüllen.
Der Schlitz, der eine Bedingung „im wesentlichen geschlossener Zustand" erbringt, wie in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung erwähnt, ist zuverlässiger, wenn er innerhalb einer Größenordnung von mehreren Mikrometern bearbeitet ist.
Wie vorstehend beschrieben, wenn die Funktionen in bezug auf die Aufschäumflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit getrennt sind, wirkt das bewegliche Element im wesentlichen als ein Trennelement. Wenn sich jedoch das bewegliche Element mit der Erzeugung jeder Blase verlagert, kann beobachtet werden, daß eine geringe Menge der Aufschäumflüssigkeit mit der Ausstoßflüssigkeit vermischt wird. Die Ausstoßflüssigkeit für die Bilderzeugung weist im allgemeinen eine Farbmitteldichte von ungefähr 3% bis 5% für die Tintenstrahlaufzeichnung auf. Unter diesem Gesichtspunkt wird eine signifikante Änderung erzeugt, wenn die Aufschäumflüssigkeit mit Ausstoßtröpfchen innerhalb eines Bereichs von 20% oder weniger vermischt sind. Es sollte daher klar sein, daß die Vermischung der Aufschäumflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit, welche eine solche Vermischung von 20% oder weniger der Ausstoßtröpfchen erfährt, in den Bereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
Wenn in dieser Hinsicht tatsächliche Ausstöße bei diesem Aufbau ausgeführt werden, beträgt die Vermischung der Aufschäumflüssigkeit 15% an der Obergrenze, selbst wenn sich die Viskosität ändert. Bei einer Aufschäumflüssigkeit mit einer Viskosität von 5 cP oder weniger beträgt dieses Mischungsverhältnis ungefähr 10% an der Obergrenze, obgleich dies von der Ansteuerhäufigkeit abhängt. Wenn die Viskosität der Ausstoßflüssigkeit insbesondere mit 20 cP oder weniger definiert ist, ist es möglich, diese Vermischung (auf 5 oder weniger) zu verringern, wenn die Viskosität gesenkt wird.
(Wärmeerzeugungselement)
Der Aufbau jedes Wärmeerzeugungselements, das auf dem Elementsubstrat angeordnet ist, kann einer sein, in welchem nur jede Widerstandsschicht (Wärmeerzeugungsabschnitt) zwischen Verdrahtungselektroden auf dem Elementsubstrat ausgebildet ist, oder der eine, der eine Schutzschicht einschließt, welche die Widerstandsschicht schützt. Ferner können auf dem Elementsubstrat Transistoren, Dioden, Zwischenspeicher, Schieberegister und andere Funktionselemente einstückig in den Halbleiterfertigungsprozeß einbezogen werden.
Für jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine Wärmeerzeugungseinheit verwendet, welche durch die Anordnung einer Widerstandsschicht aufgebaut ist, die als Reaktion auf elektrische Signale Wärme erzeugt, doch die vorliegende Erfindung ist nicht unbedingt auf diese Art der Wärmeerzeugungseinheit begrenzt. Es ist ausreichend, wenn nur die Einheit in der Lage ist, die Aufschäumflüssigkeit zu veranlassen, jede Blase zu erzeugen, die ausreichend ist, um die Ausstoßflüssigkeit auszustoßen, die verwendet werden kann. Z. B. ist es möglich, Licht-Wärme-Umwandlungselemente zu verwenden, die den Wärmeerzeugungsabschnitt aufweisen, der Wärme erzeugt, wenn ein Laserstrahl oder andere Lichtstrahlen einwirken, oder Wärmeerzeugungselemente mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt, der Wärme erzeugt, wenn Hochfrequenzwellen aufgenommen werden.
(Ausstoßflüssigkeit und Aufschäumflüssigkeit)
Gemäß der Erfindung, die vorstehend beschrieben ist, besteht die Möglichkeit, bei der Annahme des Aufbaus, der mit dem beweglichen Element versehen ist, Flüssigkeit mit größerer Ausstoßkraft und höherem Ausstoßwirkungsgrad als der herkömmliche Flüssigkeitsausstoßkopf auszustoßen, wie weiter vorstehend beschrieben ist. Dieser ist auch in der Lage, Flüssigkeit mit höherer Geschwindigkeit auszustoßen. Wenn die gleiche Flüssigkeit als die Aufschäumflüssigkeit verwendet wird, die jedem Blasenerzeugungsbereich zugeführt wird, und als Ausstoßflüssigkeit dem Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, ist es möglich, verschiedene Arten von Flüssigkeiten zu verwenden, wenn nur die Auftragsflüssigkeit derart ist, daß deren Qualität durch die Erhitzung nicht beeinträchtigt wird, sie nicht auf leichte Weise eine Ablagerung auf den Heizelementen erzeugt, wenn sie erhitzt wird, und diese auch in der Lage ist, die umkehrbare Zustandsänderung durch Verdampfung und Kondensation beim Erhitzen zu durchlaufen, und ferner diese nicht bewirkt, daß der Flüssigkeitsströmungskanal, das bewegliche Element und das Wandelement nicht beschädigt werden.
Mit solchen Flüssigkeiten ist es möglich, Tinte zu verwenden, die eine Zusammensetzung aufweise, die z. B. für das herkömmliche Bubble-Jet-Gerät als Flüssigkeit zur Aufzeichnung (Aufzeichnungsflüssigkeit) verwendbar ist.
Wenn andererseits unterschiedliche Flüssigkeiten jeweils als Ausstoßflüssigkeit und als Aufschäumflüssigkeit verwendet werden, ist es möglich, Flüssigkeit zu verwenden, welche die vorstehend beschriebenen Eigenschaften als Aufschäumflüssigkeit aufweist. In mehr spezifischer Weise können die folgenden genannt werden: Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, Toluol, Xylol, Ethylendichlorid, Trichlorethylen, Freon Bodenfläche, Ethylether, Dioxan, Cyclohexan, Methylacetat, Ethylacetat, Aceton, Methylether, Keton, Wasser und deren Mischungen unter anderen. Andererseits können als Ausstoßflüssigkeit verschiedene Arten von Flüssigkeiten verwendet werden, ohne das Vorliegen und Fehlen der Aufschäumflüssigkeit und Wärmeeigenschaften. Selbst die Flüssigkeit, deren Aufschäumvermögen gering ist, wobei der Ausstoß unter Verwendung des herkömmlichen Kopfs schwierig ist, die Flüssigkeit, deren Eigenschaften auf leichte Weise änderbar sind oder die sich verschlechtern, wenn Wärme aufgenommen wird, oder die Flüssigkeit, deren Viskosität hoch ist, kann als Ausstoßflüssigkeit verwendet werden. Hinsichtlich der Eigenschaften der Ausstoßflüssigkeit ist es wünschenswert, daß eine solche Flüssigkeit eine ist, die den Ausstoß, das Aufschäumen und die Operation des beweglichen Elements oder dergleichen durch die Ausstoßflüssigkeit selbst oder durch die Reaktion, verursacht durch deren Kontakt mit der Aufschäumflüssigkeit nicht behindert. Es ist möglich, als Ausstoßflüssigkeit zur Aufzeichnung hochviskose Tinte oder dergleichen zu verwenden. Als andere Ausstoßflüssigkeiten können solche Flüssigkeiten wie Medizin oder Parfüm aufgeführt werden, deren Beständigkeit gegenüber Wärme beschränkt ist.
Bei der Flüssigkeit, die angesehen wird, Schwierigkeiten beim herkömmlichen Ausstoß zu bewirken, besteht die Neigung zu geringerer Ausstoßgeschwindigkeit. Wird daher der herkömmliche Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet, wird die Ausstoßausrichtung verändert, um die Genauigkeit des Punktaufstoßes auf einem Aufzeichnungsblatt zu verschlechtern. Es verändert sich auch die Ausstoßmenge infolge des instabilen Ausstoßes. Demzufolge ist es schwierig, Bilder guter Qualität zu erhalten. Mit den Ausführungsformen, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, ist es möglich, jede Blase zufriedenstellend und stabil unter Verwendung der Aufschäum flüssigkeit zu erzeugen. Daher kann die Genauigkeit des Tröpfchenaufstoßes mit der stabilisierten Tintenausstoßmenge erhöht werden. Folglich wird die Qualität der aufgezeichneten Bilder signifikant erhöht.
Als ein Aufzeichnungsmedium, für welches Tinte und andere Flüssigkeiten bereitgestellt werden, können als ein Zielmaterial verschiedene Papierarten und OHP-Unterlage, Kunststoffmaterialien, die für Kompaktdisks verwendet werden, Ornamentplatten, Metallmaterial, wie z. B. Aluminium und Kupfer, Rindsleder, Schweinsleder, Kunstleder, andere Ledermaterialien, Holz, Sperrholz, Bambus, Keramikmaterialien, wie z. B. Fliesen, Schwamm oder andere dreidimensionale Strukturen verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, ein aufgezeichnetes Objekt zu erzielen, das eine gute Bildqualität aufweist, indem Tinte als Ausstoßflüssigkeiten bereitgestellt wird, die jeweils Farbstofftinte (2 cP), Pigmenttinte (15 cP), Polyethylenglycol 200 (55 cP) oder Polyethylenglycol 600 (150 cP) aufweist, bei der Ansteuerspannung von 25 V bei 2,5 kHz, während eine gemischte Tinte aus Ethanol und Wasser verwendet wird, wie vorstehend beschrieben ist.
(Flüssigkeitsausstoßkopfkassette)
Nachstehend erfolgt die kurze Beschreibung der Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, die den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen trägt. Einer der vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßköpfe kann als eine Kassette ausgebildet werden. Nachstehend wird der Aufbau der Flüssigkeitsausstoßkopfkassette kurz beschrieben. Hier erfolgt die Beschreibung unter der Annahme, daß der Flüssigkeitsausstoßkopf der „Side-Shooter-Ausführung" verwendet wird, wie er in 24A und 24B gezeigt ist. 28 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche die Flüssigkeitsausstoßkopfkassette mit einem solchen Flüssigkeitsausstoßkopf schematisch darstellt. Der Aufbau dieser Flüssigkeitsausstoßkopfkassette wird grob in die Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 und den Flüssig
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lich, eine Flüssigkeitsausstoßkopfkassette selbst unter Verwendung der Flüssigkeitsausstoßköpfe der „Edge-Shooter-Ausführung" der ersten und der zweiten Ausführungsform auszubilden.
Die Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 weist das Elementsubstrat 1 unter anderem auf, das bis zu der Abstandsschicht ausgebildet ist, das Wandelement 630 der Öffnungsplatte 51, das Flüssigkeitszuführelement 80 und die gedruckte Leiterplatte (TAB-Band) 70 zum Zuführen elektrischer Signale. Wie vorstehend beschrieben, ist eine Vielzahl der Wärmeerzeugungswiderstände (Wärmeerzeugungselemente) in einer Reihe auf dem Elementsubstrat 1 angeordnet. Es ist auch eine Vielzahl von Funktionselementen angeordnet, um diese Wärmeerzeugungswiderstände selektiv anzusteuern. Jeder Blasenerzeugungsbereich ist zwischen dem Elementsubstrat 1 und dem Wandelement 630 ausgebildet, das mit beweglichen Elementen versehen ist. Die Aufschäumflüssigkeit wird dort verteilt.
Durch die Verbindung des Wandelements 630 der Öffnungsplatte 51 und des Flüssigkeitszuführelements 80 wird der Flüssigkeitsströmungskanal (nicht gezeigt) ausgebildet, um die auszustoßende Ausstoßflüssigkeit zu verteilen.
Für den Flüssigkeitsbehälter 90 wird Tinte oder eine andere Ausstoßflüssigkeit und Aufschäumflüssigkeit, die jede Blase erzeugt, welche jeweils dem Flüssigkeitsausstoßkopf zugeführt werden, in dem Behälter getrennt vorgehalten. Für die Außenseite des Flüssigkeitsbehälters 90 ist die Positioniereinheit 94 vorgesehen, um eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden anzuordnen. Es ist auch eine Befestigungsstange 95 angeordnet, um diese Verbindungsvorrichtung fest anzuordnen. Das TAB-Band 70 wird durch Positionierung des Flüssigkeitsbehälters 90 in bezug auf die Kopfeinheit eingebracht und an der Oberfläche des Flüssigkeitsbehälters 90 mittels doppelseitig klebenden Bands fest angeordnet. Ausstoßflüssigkeit wird dem Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal 84 des Flüssigkeitszuführelements 80 aus dem Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal 92 des Flüssigkeitsbehälters 90 durch den Zuführkanal 81 des Verbindungselements zugeführt und dann dem Ausstoßflüssigkeitsströmungskanal durch den Ausstoßflüssigkeit-Zuführkanal 20 jedes Elements zugeführt. In gleicher Weise wird Aufschäumflüssigkeit aus dem Zuführkanal 93 des Flüssigkeitsbehälters 90 dem Aufschäumflüssigkeit-Zuführkanal 83 des Flüssigkeitszuführelements 80 zugeführt und wird dann jedem Blasenerzeugungsbereich 11 durch den Aufschäumflüssigkeit-Zuführkanal 21 jedem Element zugeführt.
Es erfolgte die Beschreibung der Flüssigkeitsausstoßkopfkassette mit dem Zuführmodus, der ermöglicht, daß die Aufschäumflüssigkeit und die Ausstoßflüssigkeit als unterschiedliche Flüssigkeiten zugeführt werden, als auch des Flüssigkeitsbehälters. Wenn jedoch die Ausstoßflüssigkeit und die Aufschäumflüssigkeit gleich sind, müssen der Zuführkanal für die Aufschäumflüssigkeit und der Zuführkanal der Ausstoßflüssigkeit nicht unbedingt getrennt werden. Der Flüssigkeitsbehälter kann auch durch Wiederauffüllflüssigkeit verwendet werden, nachdem jede Flüssigkeit verbraucht ist. Schließlich ist es wünschenswert, eine Flüssigkeitseinspritzöffnung für den Flüssigkeitsbehälter anzuordnen. Es ist auch möglich, den Flüssigkeitsausstoßkopf und den Flüssigkeitsbehälter einstückig auszubilden oder sie getrennt auszubilden.
(Flüssigkeitsausstoßgerät)
29 zeigt eine Ansicht, welche das Flüssigkeitsausstoßgerät schematisch darstellt, das den Flüssigkeitsausstoßkopf trägt. An dieser Stelle erfolgt insbesondere die Beschreibung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräts IJRA, das Tinte als Ausstoßflüssigkeit verwendet.
Der Schlitten HC des Flüssigkeitsausstoßgeräts (Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät IJRA) trägt die Kopfkassette abnehmbar, welche eine Tintenbehältereinheit 90 zum Aufnehmen von Tinte und eine Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 aufweist und sich in der Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums, wie z. B. ein Aufzeichnungsblatt, welches durch die Aufzeichnungsmedium-Transportvorrichtung transportiert wird, wechselseitig bewegt. Werden Aufzeichnungssignale der Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit auf dem Schlitten HC von der Aufzeichnungssignal-Zuführvorrichtung (nicht gezeigt) zugeführt, wird die Aufzeichnungsflüssigkeit als Reaktion auf diese Signale aus dem Flüssigkeitsausstoßkopf auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen. Das Aufzeichnungsgerät ist auch mit einem Motor 111 als die Antriebsquelle, Zahnrädern 112 und 113 sowie einer Transportwelle 85 oder dergleichen versehen, um die Antriebskraft von der Antriebsquelle auf den Schlitten zu übertragen. Es ist möglich, aufgezeichnete Objekte mit guten Bildern unter Verwendung dieses Aufzeichnungsgeräts und des Flüssigkeitsausstoßverfahrens zu erzielen, die an das Aufzeichnungsgerät angepaßt sind.
30 zeigt ein Blockdiagramm, welches das Aufzeichnungsgerät als ein Ganzes darstellt, welches Tinte zur Aufzeichnung durch die Anwendung des Flüssigkeitsausstoßverfahrens und des Flüssigkeitsausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung ausstößt.
Dieses Aufzeichnungsgerät nimmt von einem Host-Computer 300 Druckinformationen als Steuersignale auf. Die Druckinformationen werden in der Eingabeschnittstelle 301 in dem Aufzeichnungsgerät zeitweilig gespeichert. Gleichzeitig werden die Druckinformationen in die Daten umgewandelt, die in dem Aufzeichnungsgerät verarbeitet werden können, wobei sie der CPU 302 eingegeben werden, die außerdem als eine Vorrichtung zum Zuführen von Kopfansteuersignalen funktionswirksam ist. Die CPU 302 verarbeitet die Eingabedaten unter Verwendung der Peripherieeinheiten, wie z. B. RAM 304 und andere, gemäß dem Steuerprogramm, das in dem ROM 302 gespeichert ist, und wandelt sie in Druckdaten (Bilddaten) um. Die CPU 302 erzeugt auch Motoransteuerdaten, um den Antriebsmotor anzusteuern, der das Aufzeichnungsblatt und den Aufzeichnungskopf miteinander im Gleichlauf zur Aufzeichnung der Bilddaten in dementsprechenden Positionen auf dem Aufzeichnungsblatt transportiert. Die Bilddaten und die Ansteuerdaten werden jeweils zu dem Kopf 200 und dem Antriebsmotor 306 jeweils durch die Kopfansteuervorrichtung 307 und die Motoran steuervorrichtung 305 übertragen, welche gemäß dem Steuerprogramm zum Erzeugen von Bildern angesteuert werden.
Als das Aufzeichnungsmedium, das durch das vorstehend beschriebene Aufzeichnungsgerät für die Bereitstellung von Tinte oder anderem Material verwendbar ist, können verschiedene Papierarten und OHP-Folien, Kunststoffmaterialien; die für Kompaktdisks verwendet werden, Ornamentplatten oder dergleichen, Gewebe, Metallmaterialien, wie z. B. Aluminium und Kupfer, Rindsleder, Schweinsleder, Kunstleder, andere Ledermaterialien, Holz, Sperrholz, Bambus, Keramikmaterialien, wie z. B. Fliesen, Schwamm oder andere dreidimensionale Strukturen aufgeführt werden. Als das vorstehend beschriebene Aufzeichnungsgerät kann ein Druckgerät zur Aufzeichnung auf verschiedenen Papierarten und OHP-Folien erwähnt werden, ein Aufzeichnungsgerät zur Verwendung für Kunststoff zum Aufzeichnen auf Kompaktdisks und anderen Kunststoffmaterialien, ein Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung auf Metallplatten, ein Aufzeichnungsgerät zur Verwendung zur Aufzeichnung auf Ledermaterialien, ein Aufzeichnungsgerät zur Verwendung zur Aufzeichnung auf Holzmaterialien, ein Aufzeichnungsgerät zur Verwendung zur Aufzeichnung auf Keramikmaterialien, ein Aufzeichnungsgerät zur Verwendung zur Aufzeichnung auf einer dreidimensionalen Netzstruktur, wie z. B. Schwamm. Es ist auch ein Textildruckgerät eingeschlossen, das auf Geweben aufzeichnet. Als Ausstoßflüssigkeit, die für diese Flüssigkeitsausstoßgeräte verwendet wird, ist die Verwendung einer der Flüssigkeiten möglich, abhängig von der Art des Aufzeichnungsmediums und der Aufzeichnungsbedingung.
(Aufzeichnungssystem)
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Beispiels des Tintenstrahlaufzeichnungssystems, das den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsausstoßkopf als dessen Aufzeichnungskopf verwendet, um die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium auszuführen. 31 zeigt eine Ansicht, welche den Aufbau dieses Tintenstrahlaufzeichnungssystems schematisch darstellt.
Der Flüssigkeitsausstoßkopf für dieses Tintenstrahlaufzeichnungssystem ist ein Vollzeilenkopf, bei dem eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen in einer Länge angeordnet ist, welche der Aufzeichnungsbreite eines Aufzeichnungsmediums 150 entspricht, in dem Abstand (Dichte) von 360 dpi (25,4 mm je 360 Punkte). Vier Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a, 201b, 201c und 201d werden durch eine Haltevorrichtung 202 jeweils parallel zueinander in vorgegebenen Abständen in der Richtung X entsprechend den vier Farben Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) und Schwarz (Bk) fest angeordnet getragen. Von der Kopfansteuervorrichtung 307, welche die Ansteuersignalzuführvorrichtung ausbildet, werden diesen Flüssigkeitsausstoßköpfen 201a bis 201d Signale zugeführt. Gemäß solcher Signale werden vier unterschiedliche Farbtinten Y, M, C, Bk jeweils aus den Tintenbehältern 204a bis 204d zugeführt. Die Aufschäumflüssigkeit ist in dem Aufschäumflüssigkeitsbehälter 204e gespeichert und wird jedem der Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a bis 201d zugeführt. Unter jedem der Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a bis 201d sind Kappen 203a bis 203d mit Schwamm oder anderen tintenabsorbierendem Material, das in diesen enthalten ist, um jeweils die Ausstoßöffnungen der Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a bis 201d abzudecken, wenn die Aufzeichnung ruht. Auf diese Weise werden die Flüssigkeitsausstoßköpfe 201a bis 201d aufzeichnungsfähig erhalten.
Ferner ist für dieses Aufzeichnungssystem ein Transportband 206 angeordnet, um die Transportvorrichtung zum Transportieren jeder Art von Aufzeichnungsmedium auszubilden, wie weiter vorstehend beschrieben ist. Dieses Transportband ist um verschiedene Walzen in den vorgegebenen Durchgängen herumgelegt und wird durch Antriebswalzen angetrieben, die mit der Motoransteuervorrichtung 305 verbunden sind.
Für dieses Tintenstrahlaufzeichnungssystem ist auch eine Vorbearbeitungsvorrichtung 251 und eine Nachbearbeitungsvorrichtung 252 jeweils zugangsseitig und abgangsseitig des Aufzeichnungsmedium-Transportpfads angeordnet, um verschiedene Prozesse in bezug auf das Aufzeichnungsmedium vor und nach der Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium auszufüh ren.
Die Vorbearbeitung und die Nachbearbeitung sind unterschiedlich, abhängig von den Arten der Aufzeichnungsmedien und den Tintenarten. Z. B. können für Medien aus Metall, Kunststoffmedien, keramische Medien zur Aufzeichnung oder dergleichen ultraviolette Strahlen eingestrahlt und Ozon zur Einwirkung gebracht werden, um die Oberfläche solcher Medien zu aktivieren, wodurch die Adhäsion der Tinte verbessert wird. Auch für das Aufzeichnungsmedium, wie z. B. Kunststoff, das auf leichte Weise statische Elektrizität erzeugt, die Staubteilchen leicht an deren Oberfläche durch statische Elektrizität anzieht, um in einigen Fällen die gute Aufzeichnung zu behindern. Dafür wird als die Vorbearbeitungsvorrichtung eine Ionisationsvorrichtung verwendet, um die statische Elektrizität zu entfernen. Auf diese Weise werden Staubteilchen von dem Aufzeichnungsmedium entfernt. Ebenfalls dann, wenn Gewebe als das Aufzeichnungsmedium benutzt ist, wird ein Prozeß vorgesehen, um eine Substanz bereitzustellen, die ausgewählt ist aus einer Alkalisubstanz, einer wasserlöslichen Substanz, einem synthetischen Polymer, einem wasserlöslichen Metallsalz, Harnstoff und Thioharnstoff für das Aufzeichnungsgewebe, um Fleckenbildung darauf zu verhindern, während die Einfärbgeschwindigkeit bei der Vorbearbeitung erhöht wird. Die Vorbearbeitung ist nicht unbedingt auf die vorstehend beschriebene begrenzt. Es kann ein Prozeß sein, um die Temperatur eines Aufzeichnungsmedium an eine Temperatur anzupassen, die für die Aufzeichnung auf einem solchen Medium geeignet ist. Andererseits wird ein Fixierprozeß als die Nachbearbeitung ausgeführt, um die Fixierung der Tinte durch Ausführung eines Erhitzungsprozesses zu fördern, oder die Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen, unter einigen anderen, als die Nachbearbeitung des Aufzeichnungsmediums, für welches Tinte bereitgestellt ist. Ein Reinigungsprozeß wird als die Nachbearbeitung ausgeführt, um das Bearbeitungsmittel abzuspülen, das für das Aufzeichnungsmedium in der Nachbearbeitung vorgesehen ist, aber noch inaktiv verblieben ist.
Es erfolgte die Beschreibung unter der Annahme, daß ein Vollzeilenkopf als der Flüssigkeitsausstoßkopf verwendet ist, doch die vorliegende Erfindung ist nicht unbedingt darauf begrenzt. Es ist möglich, die vorliegende Erfindung auf einen solchen Modus anzuwenden, bei dem der kleinere Flüssigkesitsausstoßkopf, wie weiter vorstehend beschrieben, in der Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums zur Aufzeichnung transportiert wird.
(Kopfbaugruppe)
Nachstehend erfolgt die Beschreibung der Kopfbaugruppe, die mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung versehen ist. 32 zeigt eine Ansicht zur schematischen Darstellung einer solchen Kopfbaugruppe.
Diese Kopfbaugruppe weist auf: einen Flüssigkeitsausstoßkopf 510, der mit einer Tintenstrahleinheit 511 zum Ausstoßen von Tinte versehen ist, einen Tintenbehälter 520, welcher abtrennbar oder nicht abtrennbar von dem Flüssigkeitsausstoßkopf 510 ist, und eine Tinteneinfüllvorrichtung 520, zum Zurückhalten von Tinte, die in den Tintenbehälter 520 in dem Baugruppenbehälter 501 gefüllt wird. Wenn Tinte aufgebraucht ist, wird die Einspritzeinheit (Einspritznadel und andere) 531 der Tinteneinfüllvorrichtung 530 teilweise in die Luftverbindungsöffnung 521 des Tintenbehälters 520 eingeführt, die Verbindungsvorrichtung mit dem Kopf oder das offene Loch in der Wand des Tintenbehälters 520, und dann füllt die Tinteneinfüllvorrichtung 530 durch einen solchen Einfügeabschnitt den Tintenbehälter.
Auf diese Weise sind der Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung, der Tintenbehälter und die Tinteneinfüllvorrichtung in einem Baugruppenbehälter aufgenommen. wenn dann. die Tinte aufgebraucht ist, kann die Tinte sofort, wie vorstehend beschrieben, auf leichte Weise in den Tintenbehälter eingefüllt werden, wodurch es möglich ist, die Aufzeichnung sofort zu beginnen.
In dieser Hinsicht erfolgte die Beschreibung unter der Annahme, daß die Tinteneinfüllvorrichtung in die Kopfbaugruppe einbezogen ist, doch als eine Kopfbaugruppe besteht die Möglichkeit, einen Modus zu übernehmen, in welchem nur ein trennbarer Tintenbehälter mit in diesen eingefüllter Tinte und der Flüssigkeitsausstoßkopf in dem Baugruppenbehälter 510 ohne eine Tinteneinfüllvorrichtung aufgenommen sind. 32 zeigt nur eine Tinteneinfüllvorrichtung, die zum Einfüllen von Tinte in den Tintenbehälter verwendbar ist, doch es ist möglich, einen Modus zu übernehmen, in welchem eine Aufschäumflüssigkeit-Einfüllvorrichtung zum Einfüllen von Aufschäumflüssigkeit in einen Aufschäumflüssigkeitsbehälter aufgenommen ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist erfindungsgemäß jeder der Flüssigkeitszuführkanäle zu dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal jeweils auf einer unterschiedlichen Seite angeordnet. Im Vergleich mit dem Aufbau, bei dem das zweite Flüssigkeitszuführsystem hinter dem ersten Flüssigkeitszuführkanal angeordnet ist, um beide Flüssigkeiten von oberhalb des Kopfs zuzuführen, besteht daher ein Vorteil darin, daß das Gerät kleiner hergestellt werden kann.
Bei dem Gerät, in welchem Flüssigkeit von der Seite des Tragelements in den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, besteht keine Notwendigkeit zur Anordnung eines Durchgangslochs, das in der Deckenplatte oder der Trennwand angeordnet ist, um dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal Flüssigkeit zuzuführen. Daher ist es möglich, zu versuchen, den Kopfaufbau einfacher zu gestalten, wodurch die Ausbeute in dem Herstellungsprozeß vergrößert wird. Bei dem Gerät, das eine Vielzahl von Substraten aufweist, die dafür angeordnet sind, und in welchen Flüssigkeit unter Ausnutzung von Spalten, die zwischen jedem der Substrate erzeugt sind, dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal zugeführt wird, ist es möglich, zu versuchen, den Kopfaufbau noch einfacher zu gestalten, wodurch ein stabilisierter Aufschäumdruck erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird ferner jedem der Blasenerzeugungsbereiche von der Oberflächenseite in Gegenüberlage jedes beweglichen Elements durch den Blasenerzeugungsbereich Flüssigkeit zugeführt. Wenn daher versucht wird, die Ausstoßkraft zu vergrößern, ist es möglich, die Ausbreitung des Entwicklungselements jeder Blase und der Druckwellenkomponente in die Richtung entgegengesetzt zu der Flüssigkeitszuführrichtung zu verhindern, um die Strömung der Ausstoßflüssigkeit in eine Richtung zu beschränken. Demzufolge besteht eine Wirkung, daß die Ausstoßflüssigkeitsströmung stabilisiert wird. Das Durchgangsloch ist für den entsprechenden Abschnitt angeordnet, in welchem Kavitation in bezug auf das Wärmeerzeugungselement eintritt, wodurch es möglich ist, den Einfluß der Kavitation auf das Wärmeerzeugungselement zu verringern. Demzufolge besteht eine Wirkung, daß es möglich ist, die Lebensdauer jedes Wärmeerzeugungselements zu verlängern.

Claims

Flüssigkeitsausstoßkopf, der mit einem Wärmeerzeugungselement (2) zum Erzeugen von Blasen (40) versehen ist, um aus einer Ausstoßöffnung (18) Flüssigkeit auszustoßen, einem ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14), der mit der Ausstoßöffnung (18) in Verbindung ist, einem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) der mit dem Wärmeerzeugungselement (2) verbunden ist, und einer Trennwand (30), welche den ersten. Flüssigkeitsströmungskanal (14) und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) trennt, wobei die Trennwand (30) ein freies Ende (32) aufweist, das durch Druck, der durch eine Blase (40) ausgeübt ist, die durch das Wärmeerzeugungselement (2) erzeugt ist, in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) verlagerbar ist, um den Druck zu der Ausstoßöffnung (18) zum Ausstoß von Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung (18) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Flüssigkeitszuführkanal, der mit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) in Verbindung ist, und ein zweiter Flüssigkeitszuführkanal, der mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) in Verbindung ist, jeweils auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand (30) angeordnet sind, so daß die Zuführung der ersten und der zweiten Flüssigkeit von einer jeweiligen Seite des Flüssigkeitsausstoßkopfs nahe jedem der Flüssigkeitsströmungskanäle in Richtungen ausgeführt wird, die einander entgegengesetzt sind, wobei die Trennwand (30) dazwischen angeordnet ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei ein Substrat (1) mit dem darauf angeordneten Wärmeerzeugungsele ment (2) an einem Tragelement (21) fest angeordnet ist, das Substrat (1) mit einem Durchgangsloch (20) versehen ist, und wobei der zweite Flüssigkeitszuführkanal einen Durchlaß ausbildet, der durch das Durchgangsloch (20) von der Tragelementseite mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) in Verbindung ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 2, wobei eine Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen (16) vorgesehen ist und das Durchgangsloch (20) angeordnet ist, um mit jedem der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (16) in Verbindung zu gelangen.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei ein Substrat (1), welches das darauf angeordnete Wärmeerzeugungselement (2) aufweist, und die Trennwand (30) im wesentlichen U-förmig ausgebildet sind, wobei die Trennwand (30) fest angeordnet ist, um das Substrat (1) zu bedecken, und wobei der zweite Flüssigkeitszuführkanal einen Durchlaß ausbildet, der von einer Tragelementseite durch einen Spalt, der zwischen dem Substrat (1) und der Kante der Trennwand (30) ausgebildet ist, mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) in Verbindung ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Substraten (1) mit den darauf angeordneten Wärmeerzeugungselementen (2) in einer Reihe auf einem Tragelement (21) mit zwischen den Wärmeerzeugungselementen (2) in gleichbleibenden Abständen fest angeordnet ist, und wobei der zweite Flüssigkeitszuführkanal einen Durchlaß ausbildet, der mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) von der Tragelementseite durch zwischen den Substraten (1) ausgebildete Spalten in Verbindung ist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 5, wobei eine Trennwand (105) im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, wobei die Trennwand (105) fest angeordnet ist, um jedes Substrat (1) zu bedecken, und wobei der zweite Flüssigkeitszuführkanal einen Durchlaß aufweist, der mit dem zweiten Flüs sigkeitsströmungskanal (16) von der Tragelementseite durch einen Spalt, der zwischen den Substraten (1) und der Kante der Trennwand (105) ausgebildet ist, in Verbindung ist.
Flüssigkeitsausstoßkopfkassette, die mit einem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 und mit einem ersten und einem zweiten Flüssigkeitsbehälter zum Zuführen einer ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit durch einen ersten und einen zweiten Flüssigkeitszuführkanal zu dem Flüssigkeitsausstoßkopf versehen ist.
Flüssigkeitsausstoßgerät zum Aufzeichnen auf einem Aufzeichnungsmedium durch Anordnen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß Anspruch 1 auf einem Schlitten, der in der Lage ist, sich in einer Nebenabtastrichtung wechselseitig zu bewegen, wobei das Gerät einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 aufweist.
Flüssigkeitsausstoßverfahren, das einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Wärmeerzeugungselement (2) zum Erzeugen von Blasen (40) aufweist, um aus einer Ausstoßöffnung (18) Flüssigkeit auszustoßen, einen ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14), der mit der Ausstoßöffnung (18) in Verbindung ist, einen zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16), der mit dem Wärmeerzeugungselement (2) in Verbindung ist, und eine Trennwand (30), welche den ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) und den zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) trennt, wobei die Trennwand (30) ein freies Ende (32) aufweist, das als Reaktion auf Druck, der durch eine Blase (40) ausgeübt ist, die durch das Wärmeerzeugungselement (2) erzeugt ist, in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) verlagerbar ist, um den Druck zu der Ausstoßöffnung (18) zu leiten, wobei das Verfahren aufweist: – Veranlassen des Wärmeerzeugungselements (2) zum Verdampfen von Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) zum Erzeugen einer Blase (40), welche das freie Ende (32) der Trennwand (30) in den ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) verlagert, wodurch der Ausstoß der Flüssigkeit aus der Ausstoßöffnung (18) bewirkt wird, gekennzeichnet durch: – Anordnen eines ersten Flüssigkeitszuführkanals, der mit dem ersten Flüssigkeitsströmungskanal (14) in Verbindung ist, und eines zweiten Flüssigkeitszuführkanals, der mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) in Verbindung ist, auf unterschiedlichen Seiten der Trennwand (30), so daß die Zuführung der ersten und der zweiten Flüssigkeit von einer jeweiligen Seite des Flüssigkeitsausstoßkopfs nahe jedem der Flüssigkeitsströmungskanäle in Richtungen ausgeführt wird, die einander entgegengesetzt sind, wobei die Trennwand (30) dazwischen angeordnet ist.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf ferner ein Substrat (1) mit dem darauf angeordneten Wärmeerzeugungselement (2) aufweist, und das Verfahren die Flüssigkeitszuführung zu dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) durch ein in dem Substrat angeordnetes Durchgangsloch (20) aufweist.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 10, wobei eine Vielzahl der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (16) in Verbindung mit dem Durchgangsloch (20) angeordnet ist, wobei das Verfahren die Flüssigkeitszuführung zu jedem der Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen (16) durch das Durchgangsloch (20) aufweist.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf ferner ein Substrat (1) mit dem darauf angeordneten Wärmeerzeugungselement (2) aufweist, wobei das Substrat (1) und die Trennwand (30) im wesentlichen U-förmig ausgebildet sind und die Trennwand (30) fest angeordnet ist, um das Substrat (1) zu bedecken, wobei das Verfahren die Flüssigkeitszuführung von einer Tragelementseite durch einen Spalt, der zwischen dem Substrat (1) und der Kante der Trennwand (30) ausgebildet ist, zu dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) aufweist.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf ferner eine Vielzahl von Sub straten (1) mit den darauf angeordneten Wärmeerzeugungselementen (2) aufweist, die in einer Reihe auf einem Tragelement (21) mit zwischen den Wärmeerzeugungselementen gleichbleibenden Abständen fest angeordnet sind, wobei das Verfahren die Flüssigkeitszuführung von der Tragelementseite durch zwischen den Substraten (1) ausgebildete Spalten zu dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) aufweist.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Flüssigkeitsausstoßkopf ferner eine Trennwand (105) aufweist, die im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, wobei die Trennwand fest angeordnet ist, um jedes Substrat (1) zu bedecken, wobei das Verfahren die Flüssigkeitszuführung von der Tragelementseite durch einen Spalt, der zwischen den Substraten (1) und der Kante der Trennwand (105) vorgesehen ist, zu dem zweiten Flüssigkeitsströmungskanal (16) aufweist.
Flüssigkeitsausstoßverfahren gemäß Anspruch 11, wobei ein Durchgangsloch (20a) in dem Substrat (1) für jedes Wärmeerzeugungselement (2) angeordnet ist und das Verfahren die Zuführung der zweiten Flüssigkeit durch die Durchgangslöcher (20a) zu der Vielzahl von zweiten Flüssigkeitsströmungskanälen (16) aufweist.
Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 3, der ein Durchgangsloch (20a) aufweist, das in dem Substrat (1) für jedes Wärmeerzeugungselement (2) angeordnet ist, und eine Vorrichtung (22) zum Zuführen der zweiten Flüssigkeit durch die Durchgangslöcher (20a) zu der Vielzahl der zweiten Flüssigkeitsströmungskanäle (16).