DE69732680T2

DE69732680T2 - Flüssigkeitsausstossverfahren und Flüssigkeitsausstosskopf, Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren und Tintenstrahlaufzeichnungskopf für dieses Verfahren

Info

Publication number: DE69732680T2
Application number: DE69732680T
Authority: DE
Inventors: Masashi Ohta-ku Ogasawara; Sadayuki Ohta-ku Sugama; Hiroyuki Ohta-ku Ishinaga; Toshio Ohta-ku Kashino; Akira Ohta-ku Nagashima; Yoshie Minami Azumi-gun Asakawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2017-07-12
Also published as: EP0818311B1; EP0818311A2; US6070970A; CA2210129A1; DE69732680D1; EP0818311A3; CA2210129C; AU2857097A; CN1172014A; CN1191935C; AU725864B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsaustragverfahren, welches das Austragen einer gewünschten Flüssigkeit in einen gewünschten Zustand unter Nutzung von Blasen einschließt, die durch Einwirkung thermischer Energie auf die Flüssigkeit erzeugt werden, sowie einen Flüssigkeitsaustragkopf zur Verwendung beim Flüssigkeitsaustragsverfahren. Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise auf dem Gebiet der Tintenstrahl-Aufzeichnungstechnik angewandt werden.
Die Erfindung kann auf Geräte wie Drucker, Kopiergeräte, Faxgeräte, die ein Kommunikationssystem und Textprozessoren mit einem Druckabschnitt haben, ebenso wie auf industrielle Aufzeichnungsgeräte angewandt werden, die mit verschiedenen Prozessoren kombiniert sind und eine Aufzeichnung auf Medien wie Papier, Fäden, Fasern, Gewebe, Leder, Metalle, Kunststoffe, Glas, Holz und Keramik ausführen können.
Der Begriff „Aufzeichnung", wie er bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeutet nicht nur das Aufbringen von Bildern mit einem Inhalt, etwa Buchstaben und Designs auf das Aufzeichnungsmedium, sondern auch das Aufbringen solcher Bilder hierauf, die keine Bedeutung als Muster haben.
Stand der Technik
Es ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, das sogenannte Bubble-Aufzeichnungsverfahren, bekannt geworden, bei dem der Eintrag von Energie, wie Wärme in die Tinte eine Zustandsänderung bewirkt, die durch eine schnelle Volumenänderung (Blasenerzeugung) der Tinte begleitet ist, und bei dem die Tinte durch eine mit dieser Zustandsänderung erzeugte Wirkkraft aus einer Austragöffnung ausgetragen und auf ein Aufzeichnungsmedium zur Erzeugung eines Bildes aufgebracht wird. Wie in US 4,723,129 beschrieben, ist ein dieses Bubble-Aufzeichnungsverfahren nützendes Aufzeichnungsgerät im allgemeinen mit Austragöffnungen zum Tintenaustrag, einem mit den Austragöffnungen kommunizierenden Tintenflußweg und einem elektrothermischen Wandlerelement als Energieerzeugungseinrichtung zum Austragen der Tinte im Tintenflußweg ausgestattet.
Dieses Aufzeichnungsverfahren hat viele Vorteile, speziell zusätzlich zur Lieferung qualitativ hochwertiger Bilder bei hoher Geschwindigkeit mit geringer Geräuschentwicklung kann ein kompaktes Gerät eine hohe Auflösung aufgezeichneter Bilder wie auch farbige Bilder liefern, da die Austragöffnungen zum Tintenaustrag in hoher Dichte in einem Druckkopf angeordnet werden können. Daher wird in letzter Zeit das Bubble-Aufzeichnungsverfahren in vielen Bürogeräten, wie etwa Druckern, Kopiergeräten und Faxgeräten, wie auch in industriellen Systemen, wie etwa Textildruckvorrichtungen, benutzt.
Da das Bubble-Aufzeichnungsverfahren, wie oben beschrieben, in Produkten in verschiedenen Gebieten eingesetzt wurde, sind in den letzten Jahren die nachfolgenden verschiedenen Anforderungen entstanden.
Es wurde beispielsweise, um eine Verbesserung in der Energieeffizienz zu erreichen, die Optimierung des Heizelementes, etwa eine Dickensteuerung der Schutzschicht, vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist bei der Verbesserung der Ausbreitungseffizienz der erzeugten Wärme in der Flüssigkeit wirkungsvoll.
Um qualitativ hochwertige Bilder zu erhalten, wurden Ansteuerbedingungen für den Flüssigkeits-Austragprozess mit hoher Tintenaustraggeschwindigkeit sowie gutem Tintenaustrag, basierend auf einer stabilen Blasenerzeugung o. ä., vorgeschlagen. Für die Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung wurde eine verbesserte Form des Flussweges zur Bereitstellung eines Flüssigkeitsaustragkopfes vorgeschlagen, bei dem der Flüssigkeitsströmungsweg nach dem Flüssigkeitsaustrag mit hoher Geschwindigkeit wieder mit Flüssigkeit gefüllt werden kann.
Für die Formen des Tintenflussweges sind die in den 23A und 23B dargestellten Flussweg-Strukturen in der JP-A-63-199972 etc. beschrieben. Die Flussweg-Struktur und das Herstellungsverfahren des Kopfes, die in dieser Veröffentlichung beschrieben werden, wurden unter Beachtung der sogenannten Rückwelle (Back wave Druck in Richtung entgegen der Austragöffnung, das heißt, Druck zu einer Flüssigkeitskammer 12 hin) erfunden, die bei der Erzeugung der Blasen generiert wird. Diese Rückwelle stellt einen Energieverlust dar, weil es keine zur Austragrichtung gerichtete Energie ist.
Die in 23A und 23B dargestellte Erfindung offenbart ein Ventil 10, welches von einer Blasenerzeugungszone separiert ist, die durch ein Heizelement 2 definiert ist, und die bezüglich des Heizelementes 2 gegenüber der Austragöffnung 11 gelegen ist.
In 23B ist beschrieben, dass das Ventil 10, welches durch ein Herstellungsverfahren unter Einsatz einer Platte hergestellt ist, in seiner Ausführungsposition an der Oberseite des Flussweges 3 haftet und in den Flussweg 3 mit der Blasenerzeugung hängt. Die Erfindung beschreibt, dass der Energieverlust durch Steuerung eines Teils der oben erwähnten Rückwelle durch das Ventil 10 verhindert wird.
Bei dieser Struktur ist jedoch die Steuerung eines Teils der Rückwelle durch das Ventil 10 für den Flüssigkeitsaustrag nicht praktikabel, was durch ein Studium der Erzeugung der Blasen innerhalb des Flussweges 3, der die auszutragende Flüssigkeit enthält, deutlich wird. Die Ursache ist wie folgt:
Wie oben beschrieben, ist die Rückwelle selbst nicht direkt mit dem Austrag verknüpft. Zu der Zeit, zu der die Rückwelle innerhalb des Flussweges 3 auftritt, Fiat der Druck, der in den Austragvorgang verwickelten Blase bereits den Austrag der Flüssigkeit aus dem Flussweg 3 bewirkt, wie in 23B dargestellt. Es wird damit deutlich, dass die Steuerung eines Teils der Rückwelle keinen großen Einfluss auf den Austrag ausübt.
Andererseits wird beim Bubble-Aufzeichnungsverfahren auf der Oberfläche des Heizelementes infolge des Einbrennens von Tinte eine Ablagerung erzeugt, da ein Aufheizen in Gegenwart von Tinte wiederholt wird. In Abhängigkeit von der verwendeten Tinte wird die Ablagerung in großer Menge gebildet, und hiermit wird die Erzeugung von Blasen instabil. Daher gibt es mitunter Schwierigkeiten bei einem erfolgreichen Austrag der Tinte. Im übrigen gab es einen Bedarf nach einem guten Austragverfahren ohne Verschlechterung der Qualität der auszutragenden Flüssigkeit auch dann, wenn die Flüssigkeit hitzeempfindlich ist oder es Schwierigkeiten bei einer hinreichenden Blasenbildung gibt.
Unter diesem Gesichtspunkt wird beispielsweise in der JP-A-61-69467 und JP-A-55-81 172 sowie der US 4,480,259 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Flüssigkeit, die durch Erwärmen Blasen erzeugt (Blasenbildungs-Flüssigkeit), und die auszutragende Flüssigkeit (Austrag-Flüssigkeit) unterschiedlich sind. Die Austrag-Flüssigkeit wird durch den übertragenen Druck ausgetragen, der durch die Blasenbildung der Blasenbildungs-Flüssigkeit erzeugt wird. Gemäß Veröffentlichungen sind eine Tinte als die Austrag-Flüssigkeit und die Blasenbildungs-Flüssigkeit durch eine flexible Membran, etwa Silikongummi, völlig voneinander separiert, um zu verhindern, dass die Austrag-Flüssigkeit direkten Kontakt mit dem Heizelement hat, und der durch die Blasenbildung der Blasenbildungs-Flüssigkeit erzeugte Druck wird durch Verformung der flexiblen Membran auf die Austrag-Flüssigkeit übertragen. Eine solche Konstruktion erlaubt es, die Ausbildung von Abscheidungen an der Oberfläche des Heizelementes zu verhindern und die Freiheit bei der Auswahl der Austrag-Flüssigkeit zu erhöhen.
Jedoch wird in einem Kopf, wo die Austrag-Flüssigkeit völlig von der Blasenbildungs-Flüssigkeit getrennt ist, wie oben beschrieben, ein beträchtlicher Anteil des durch die Blasenbildung erzeugten Drucks in der flexiblen Membran absorbiert, weil der Druck bei der Blasenbildung in die Austrag-Flüssigkeit durch die Deformation der flexiblen Membran durch Ausdehnen oder Schrumpfen übertragen wird. Weiterhin besteht, da der Grad der Deformation der flexiblen Membran nicht sehr hoch ist, die Möglichkeit, dass Energieeffizienz und Austrag-Kraft sich verringern, obgleich die Separation der Austrag-Flüssigkeit von der Blasenbildungs-Flüssigkeit wirkungsvoll ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine völlig neue Erfindung hervorgebracht, um aktiv die Blasen in einem System zu steuern, bei dem die Flüssigkeit durch ausgebildete Blasen (insbesondere durch Blasen aus einem Schicht-Siedvorgang) in einem Flüssigkeits-Flussweg ausgetragen wird, und sie hatten aufgrund des neuen Gesichtspunktes eine Patentanmeldung eingereicht. Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung fundamentaler Austrageigenschaften in einem Grade, wie dieser bei einem herkömmlichen System nicht vorhersehbar ist. Bei dieser Erfindung werden die Blasen durch ein bewegbares Glied gesteuert, welches gegenüber dem Heizelement oder der Blasenerzeugungszone angeordnet ist, und zwar mit stromabwärts seiner Lagerstelle, d. h. austragöffnungsseitig gelegenen freien Ende. Diese Erfindung lehrt, dass die Austrageffizienz und Austragrate durch effiziente Führung der stromabwärtigen Wachstumskomponenten der Blase in Austragrichtung, unter Berücksichtigung der in den Austrag durch die Blase selber gesteckten Energie und die Wachstumskomponenten der Blase in stromabwärtiger Richtung verbessert werden können.
Die EP-A-0721842, ein unter Art. 54(3) EPC fallendes Dokument, beschreibt ein Flüssigkeitsaustragverfahren zum Austrag von Flüssigkeit durch Erzeugung einer Blase, welches einschließt: Die Verbreitung eines Kopfes mit einer Austragöffnung zum Austrag der Flüssigkeit, einer Blasenerzeugungszone zur Erzeugung der Blase in der Flüssigkeit, einem gegenüber der Blasenerzeugungszone angeordneten und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, weiter ab von der Blasenerzeugungszone als die erste Position, bewegbaren Element, und Verschieben des bewegbaren Elementes aus der ersten Position in die zweite Position durch Druck, welcher durch die Erzeugung der Blase in der Blasenerzeugungszone gewonnen wird, um eine Ausdehnung der Blase mehr zur stromabwärtigen Seite, näher zur Austragöffnung, als zur stromaufwärtigen Seite. Weiter wird ein Mischen zwischen den Flüssigkeiten durch Wahl von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten verringert.
Die US-A-5278585 beschreibt einen thermischen Tintenstrahl-Druckkopf, der ein die Strömung ausrichtendes Einwege-Ventil zur Verringerung von in Rückstromrichtung gerichteten Kräften hat, die durch tröpfchenweisen Austrag von Tintendampf-Blasen erzeugt werden, so dass der größte Teil der von der Blase erzeugten Kraft zum Austrag von Tintentröpfchen aus den Düsen des Druckkopfes genutzt wird.
Die JP-A-01027955 beschreibt einen Tintenstrahldrucker, bei dem die Aufzeichnungsflüssigkeit und eine mit der Aufzeichnungsflüssigkeit inkompatible Flüssigkeit, die zur Aufzeichnung nicht benützt wird, in einer Flüssigkeitskammer vorliegen und eine thermische Energie zur Voreinrichtung zum Erwärmen einer nicht zur Aufzeichnung benützten Flüssigkeit zur Erzeugung von Blasen vorgesehen ist, mit dem Ergebnis einer Volumenänderung, durch die die Aufzeichnungsflüssigkeit bewegt und ausgetragen wird.
Mit Blick auf die oben beschriebene Erfindung haben die jetzigen Erfinder festgestellt, dass anstelle der Ausbildung einer Phasentrennungs-Struktur, zur substantiellen Trennung der Bewegungszone des bewegbaren Elementes von der Blasen-Erzeugungszone eine Selektion der zu benutzenden Flüssigkeiten das Problem des instabilen Phasenzustandes infolge der strukturellen Variation lösen oder die Randbedingungen des Struktur-Entwurfes weniger streng machen kann.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis dieser Erkenntnisse gemacht. Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung sind die folgenden:
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Kopf den separierten Zustand der der Blasenbildungszone zugeführten Flüssigkeit und der nicht durch die Blasenbildungszone fließenden Flüssigkeit unter Nutzung von Eigenschaftsdifferenzen zwischen diesen Flüssigkeiten zu gewährleisten und hierdurch den funktionellen Unterschied dieser Flüssigkeiten zu betonen, wodurch der durch die Benutzung dieser beiden Flüssigkeiten erzielte Vorteil verstärkt wird.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kombination der oben erwähnten beiden Flüssigkeiten geeignet zu wählen und hierdurch eine Technik darzustellen, durch die eine brilliante und qualitativ hochwertige Aufzeichnung erzielt werden kann.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technik bereitzustellen, durch die dem erhaltenen aufgezeichneten Bild ein hoher Glanz verliehen werden kann.
Die erwähnten Aufgaben können durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und den Kopf gemäß Anspruch 14 gelöst werden. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß dem Aufbau der vorliegenden Erfindung mit besonderer Verbesserung der Nachfülleigenschaften können ein gutes Ansprechverhalten, ein stabiles Blasenwachstum und eine Stabilisierung der Tröpfchen bei kontinuierlichem Austrag erzielt werden, wodurch eine Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung oder qualitativ hochwertige Aufzeichnung mit einem Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsaustrag praktiziert werden können.
Die oben genannten weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den anhängenden Ansprüchen, zu sehen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, deutlich.
Im übrigen stehen die hier verwendeten Begriffe „stromaufwärts" und „stromabwärts" für die Flussrichtung einer Flüssigkeit von der Zufuhr-Quelle zur Austragöffnung über die Blasenerzeugungszone oder das bewegbare Element oder die Aufbau-Richtungen.
Daneben bedeutet der Begriff „stromabwärtige Seite" bezüglich einer Blase den Teil der Blase auf der Austragöffnungs-Seite, den man sich als direkt den Austrag eines Tröpfchens bewirkend vorstellen kann. Spezieller bedeutet es die stromabwärtige Seite vom Zentrum der Blase in die oben erwähnte Flussrichtung oder Aufbau-Richtung, oder eine Blase, die in einer Zone auf der eher stromabwärtigen Seite, gegenüber dem Zentrum des Heizelementes, erzeugt wird.
Weiter bedeutet der Begriff „im wesentlichen geschlossen" hier einen Zustand, in dem, wenn eine Blase wächst, sie nicht durch einen Schlitz ohne das bewegbare Element hindurchgeht, bevor das bewegbare Element verschoben wird.
Weiterhin bedeutet der Begriff „Trennwand" hier in einem breiten Sinne eine Wand (die ein bewegbares Glied enthalten kann), die so eingefügt ist, dass sie die Blasenerzeugungszone von der direkt mit der Austragöffnung kommunizierenden Zone abtrennt, oder in einem engen Sinne eine Wand, die einen die Blasenerzeugungszone enthaltenden Flussweg von einem Flussweg unterscheidet bzw. separiert, der direkt mit der Austragöffnung kommuniziert, und die verhindert, dass in den jeweiligen Zonen vorliegende Flüssigkeiten sich miteinander mischen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A, 1B, 1C und 1D sind schematische Querschnittsdarstellungen, die ein Beispiel eines Flüssigkeits-Austragkopfes zeigen, der ein bewegbares Glied nutzt.
2 zeigt schematisch die Druckausbreitung von einer in einem herkömmlichen Kopf erzeugten Blase.
3 zeigt schematisch die Druckausbreitung von einer in einem Kopf, der das bewegbare Glied nutzt, erzeugten Blase.
4 ist eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Beispiels eines Flüssigkeitsaustragkopfes, der das bewegbare Glied benutzt.
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Flüssigkeitsaustragkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsaustragkopfes gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A und 7B illustrieren den Betrieb des bewegbaren Gliedes.
8 stellt die Struktur des bewegbaren Gliedes und des ersten Flüssigkeitsströmungsweges dar.
Die 9A, 9B und 9C stellen die Strukturen des bewegbaren Gliedes und des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges dar.
Die 10A, 10B und 10C stellen weitere Formen des bewegbaren Gliedes dar.
11 zeigt diagrammartig eine Beziehung zwischen der Fläche des Heizelementes und der Menge der ausgetragenen Tinte.
Die 12A und 12B stellen eine Anordnungs-Beziehung zwischen einem bewegbaren Glied und einem Heizelement dar.
13 zeigt diagrammartig die Beziehung zwischen dem Abstand von einer Kante eines Heizelementes zum Unterstützungspunkt eines bewegbaren Gliedes, sowie eine Verschiebung des bewegbaren Gliedes.
14 zeigt eine Anordnungs-Beziehung zwischen einem bewegbaren Glied und einem Heizelement.
Die 15A und 15B sind Längsschnittdarstellungen von Flüssigkeitsaustragköpfen gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt schematisch die Form eines Ansteuerimpulses.
17 ist eine Querschnittsdarstellung, die beispielhafte Zufuhr- oder Versorgungswege eines Flüssigkeitsaustragkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine perspektivische Explosions-Darstellung eines beispielhaften Kopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine perspektivische Explosions-Darstellung einer Flüssigkeitsaustragkopf-Kartouche.
20 zeigt schematisch den Aufbau einer Flüssigkeitsaustrag-Vorrichtung.
21 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung.
22 stellt ein Flüssigkeitsaustrag-Aufzeichnungssystem dar.
23A und 23B stellen den Aufbau eines Flüssigkeitsströmungsweges eines herkömmlichen Flüssigkeitsaustragkopfes dar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Funktionen des bei der vorliegenden Erfindung genutzten bewegbaren Gliedes werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, spezieller auf ein Beispiel beschrieben, bei dem die Flüssigkeitsaustrag-Kraft und Effizienz zum Austragen einer Flüssigkeit durch Steuerung der Auspeilungsrichtung des Druckes von einer Blase und der Wachstumsrichtung der Blase verbessert werden. Im übrigen sind die folgenden Beispiele unter der Prämisse zu sehen, dass Flüssigkeitsströmungswege, die sich zur Verschiebungszone eines bewegbaren Gliedes oder zu einer Datenerzeugungszone von einem Flüssigkeits-Zufuhrtank aus erstrecken, voneinander getrennt sind.
Die 1A bis 1D sind schematische Querschnittsdarstellungen in Richtung der Flüssigkeitsströmungswege eines Flüssigkeitsaustragkopfes, der ein bewegbares Glied enthält.
Im Flüssigkeitsaustragkopf ist ein Heizelement 2 (in diesem Beispiel ein Heizwiderstand mit den Abmessungen 40 μm × 105 μm), der als die Austragenergie erzeugendes Element zum Austragen einer Flüssigkeit durch Einspeisung von thermischer Energie in die Flüssigkeit dient, auf einem Element-Substrat 1 vorgesehen, und ein Flüssigkeitsströmungsweg 10 ist über dem Element-Substrat 1, dem Heizelement 2 zugewandt, angeordnet. Der Flüssigkeitsströmungsweg 10 verbindet auch eine Austragöffnung 18 und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 13 zum Speisen mehrerer Flüssigkeitsströmungswege 10 mit der Flüssigkeit, wodurch diese eine Flüssigkeitszufuhr aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 in einer Menge erhalten, die der aus der Austragöffnung ausgetragenen Flüssigkeit entspricht.
Ein bewegbares Glied 31 in Form einer Platte mit einem flachen bzw. ebenen Teil, die aus einem Material mit Elastizität, etwa einem Metall, gebildet ist, ist als Ausleger dem Flüssigkeitsströmungsweg 10 über dem Element-Substrat 1 derart angeordnet, dass sie dem Heizelement 2 gegenüber liegt. Ein Ende dieses bewegbaren Gliedes ist an einer Basis (einem Lagerelement) 34 o. ä. fixiert, die/das an der Wand des Flüssigkeitsströmungsweges 10 oder dem Element-Substrat durch Strukturierung mit einem Lichtempfindlichen Harz o. ä. gebildet ist, wodurch das bewegbare Glied gehalten wird und ein Lagerpunkt (Lagerteil) 33 konstruktiv gebildet ist.
Das bewegbare Glied 31 ist etwa 15 μm entfernt vom Heizelement 2 in einem Zustand positioniert, dass es das Heizelement 2 überdeckt oder diesem derart zugewandt ist, dass ein freies Ende, (ein freier Endabschnitt) 32 auf der stromabwärtigen Seite des Lagerpunktes 33 im Flüssigkeitsstrom liegt, der von der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 zur Austragöffnung 18 über das bewegbare Glied 31 beim Austrag der Flüssigkeit fließt. Eine Blasenerzeugungszone ist zwischen dem Heizelement 2 und dem bewegbaren Glied 31 definiert. Im übrigen sind die Arten, Formen und Anordnung des Heizelementes und des bewegbaren Gliedes nicht auf die oben beschriebenen beschränkt. Es können beliebige Formen und Anordnungen benutzt werden, sofern diese das Wachsen einer Blase und die Ausbreitung des Drucks in der oben beschriebenen Weise steuern können. Unter Betrachtung des Flüssigkeitsstromes, wie sie nachfolgend angestellt wird, ist der beschriebene Flüssigkeitsströmungsweg 10 in zwei Bereiche eines ersten Flüssigkeitsströmungsweges 14, der direkt mit der Austragöffnung 18 kommuniziert, und eines zweiten Flüssigkeitsströmungsweges 16 unterteilt, der die Blasenerzeugungszone 11 und einen Flüssigkeits-Zufuhrweg 12 einschließt.
Die Flüssigkeit in der Blasenerzeugungszone 11, die zwischen dem bewegbaren Glied 31 und dem Heizelement 2 definiert ist, wird durch das Heizelement 2 erhitzt, um eine Blase in der Flüssigkeit aufgrund des Schichtsiede-Phänomens zu bilden, wie in US 4,723,129 beschrieben. Der Druck von der Blasenbildung und die Blase selbst wirken bevorzugt auf das bewegbare Glied, und das bewegbare Glied wird derart verschoben, dass es sich zur Austragöffnungs-Seite weit öffnet, mit dem Lagepunkt 33, als Zentrum, wie in den 1B und 1C dargestellt. In Abhängigkeit von der Verschiebung des bewegbaren Gliedes 31 oder seinem verschobenen Zustand pflanzt sich der Druck von der Blasenbildung zur Austragsöffnungs-Seite fort, und das Wachsen der Blase selbst wird dorthin gelenkt.
Ein fundamentales Austragprinzip bei Nutzung des oben beschriebenen bewegbaren Gliedes wird nachfolgend beschrieben. Eines der wichtigsten Prinzipien bei diesem Austragverfahren ist es, dass das bewegbare Glied, welches so angeordnet ist, dass es der Blase zugewandt ist, von einer ersten Position als stationärer Zustand in eine zweite Position nach der Verschiebung durch den durch die Blase erzeugten Druck oder die Blase selbst verschoben wird, während der Druck und die Blase selbst durch das verschobene bewegbare Glied zur stromabwärtigen Seite gelenkt werden, wo die Austragöffnung angeordnet ist.
Dieses Prinzip wird detaillierter im Vergleich von 2, welche schematisch den Aufbau eines herkömmlichen Flüssigkeitsströmungsweges ohne bewegbares Glied zeigt, und 3, mit bewegbaren Glied, beschrieben. Hier sind die Ausbreitungsrichtungen des Drucks zur Austragöffnung und zur stromaufwärtigen Seite mit V_A bzw. V_B bezeichnet.
Bei einem solchen herkömmlichen Kopf, wie in 2 dargestellt, gibt es keine Konstruktion, die zur Regelung der Fortpflanzungsrichtung des Drucks aus der Blase 40 geeignet wäre. Daher sind die Ausbreitungsrichtungen der Blase 40 senkrecht zur Blasenoberfläche, wie mit V₁ bis V₈ dargestellt, und daher unterschiedlich. Die Druckausbreitungsrichtungen, das heißt, V₁ bis V₄, die eine Komponente in VA-Richtung haben, sind beim Flüssigkeitsaustrag am effektivsten, das heißt, die Druckausbreitungsrichtungen einer Hälfte der Blase, vom Blasenzentrum zur Austragöffnung hin. Sie sind wichtig, weil sie direkt zur Effizienz des Flüssigkeitsaustrages, zur Flüssigkeitsaustrag-Kraft, zur Austragrate o. ä. beitragen. Weiterhin ist V₁ am nächsten zur Austragrichtung V_A und daher am wirksamsten. Im Gegensatz dazu ist die VA-Richtungskomponente V₄ relativ klein.
Wenn andererseits ein bewegbares Element – wie in 3 dargestellt, benutzt wird, leitet das bewegbare Glied 31 die Druckausbreitungsrichtungen V₁ bis V₄ einer Blase, die gemäß 2 in verschiedene Richtungen weisen, nach stromabwärts (zur Austragöffnungs-Seite) und wandelt sie zur Druckausbreitungsrichtung V_A hin um, womit der Druck aus der Blase 40 direkt und wirksam zum Austrag beiträgt. Die Wachstumsrichtung der Blase selbst wird auch, ebenso wie die Druckausbreitungsrichtungen V₁ bis V₄, in Richtung stromabwärts geleitet, so dass die Blase in stromabwärtiger Richtung größer anwächst als in stromaufwärtiger Richtung. Wie oben beschrieben, wird die Wachstumsrichtung der Blase durch das bewegbare Glied gesteuert, um die Druckausbreitungsrichtungen der Blase zu steuern, wodurch die Austragseffizienz, Austragskraft, Austragsrate o. ä. fundamental verbessert werden können.
Der Austragvorgang des Flüssigkeitsaustragkopfes, der das bewegbare Glied nutzt, wird unter Bezugnahme auf die 1A bis 1D detailliert beschrieben.
1A zeigt einen Zustand, bevor Energie – etwa elektrische Energie – an das Heizelement 2 angelegt wird, das heißt, einen Zustand, bevor das Heizelement 2 Wärme erzeugt. Hierbei ist wichtig, dass das bewegbare Glied 31 in einer Position vorgesehen ist, so dass das bewegbare Glied 31 mindestens einer stromabwärtigen Hälfte einer Blase zugewandt ist, die durch die Heizwirkung des Heizelementes 2 erzeugt wird. Vom Blickwinkel des Aufbaus eines Flüssigkeitsströmungsweges erstreckt sich nämlich das bewegbare Glied 31 mehr stromabwärts als mindestens der Flächenmittelpunkt 3 des Heizelementes (als eine Linie, die durch den Flächenmittelpunkt 3 des Heizelementes hindurchgeht und senkrecht zur Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungsweges ist) auf solche Weise, dass die stromabwärtige Hälfte der Blase auf das bewegbare Glied setzen würde.
1B stellt einen Zustand dar, bei dem Energie – etwa elektrische Energie – an das Heizelement 2 angelegt wird, um Wärme zu erzeugen, ein Teil der Flüssigkeit in der Blasenerzeugungszone 11 erwärmt wurde und eine Blase durch Schichtsieden erzeugt wurde.
An diesem Punkt ist das bewegbare Glied 31 durch eine Druckwirkung, basierend auf der Erzeugung der Blase 40, aus der ersten Position in eine zweite Position verschoben derart, dass die Druckausbreitungsrichtungen der Blase in Richtung der Austragöffnung gelenkt werden. Hierbei ist wichtig, das freie Ende 32 des bewegbaren Gliedes 31 stromabwärts (zur Austragöffnungsseite) zu positionieren und seinen Lager- bzw. Abstützpunkt 33 stromaufwärts (zur Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer hin), wie oben beschrieben, so dass mindestens ein Teil des bewegbaren Gliedes den stromabwärtigen Abschnitt des Heizelementes, das heißt, den stromabwärtigen Abschnitt der Blase, gegenüber liegt.
1C stellt einen Zustand dar, in dem die Blase 40 angewachsen ist und das bewegbare Glied 31 aufgrund des Drucks der Blase 40 noch weiter verschoben ist. Die erzeugte Blase wächst in stromabwärtiger Richtung mehr als in stromaufwärtiger Richtung, und sie wächst über den ersten Abschnitt (dessen Position mit gestrichelter Linie dargestellt ist) des bewegbaren Gliedes hinaus. Es wird davon ausgegangen, dass die Austragseffizienz durch die graduelle Verschiebung des bewegbaren Gliedes 31 gemäß dem Anwachsen der Blase 40 verbessert werden kann, weil die verschobenen Druckausbreitungsrichtungen und das verschobene Volumen der Blase 40, nämlich das Blasenwachstum zum freien Ende hin, gleichermaßen zur Austragöffnung hin gelenkt werden können. Das bewegbare Glied verhindert die Ausbreitungsform, während die Blase aufgrund der durch die Blase erzeugten Druck in Richtung der Austragöffnung gelenkt werden, so dass die Richtung der Druckausbreitung und des Blasenwachstums entsprechend der Intensität des sich ausbreitenden Drucks effizient gesteuert werden können.
1D stellt einen Zustand dar, in dem die Blase 40 infolge des Abklingens des Drucks innerhalb der Blase nach Abklingen des oben erwähnten Schichtsiedens entleert und verschwunden ist.
Das in die zweite Richtung verschobene bewegbare Glied ist in die Anfangsposition (erste Position) gemäß 1A durch den negativen Druck infolge der Entleerung der Blase und die Rückstellkraft des Federvermögens des bewegbaren Gliedes selbst zurückgeführt. Beim Verschwinden der Blase fließt, um das Volumen der entleerten Blase in der Blasenerzeugungszone 11 und das Volumen der ausgetragenen Flüssigkeit aufzufüllen, die Flüssigkeit von der stromaufwärtigen Seite B, das heißt, den jeweiligen gemeinsamen Flüssigkeitskammern mit Strömen V_D1 und V_D2 und von der Austragöffnungsseite mit dem Strom V_C in die jeweiligen Bereiche.
Nach dem Betrieb des bewegbaren Gliedes und dem Austragsvorgang der Flüssigkeit bei der Blasenbildung, wie oben beschrieben, wird jetzt detailliert das Wiederauffüllen einer Flüssigkeit in Flüssigkeitsaustragkopf und damit des bewegbaren Gliedes beschrieben.
Der Mechanismus der Flüssigkeitszufuhr, wo das bewegbare Glied vorhanden ist, wird detaillierter unter Bezugnahme auf die 1A bis 1D beschrieben.
Wenn die Blase 40 über den Zustand maximalen Volumens nach dem in 1C dargestellten Vorgang in die Deflationsphase übergeht, fließt die Flüssigkeit in einer diesem Volumen der verschwindenden Blase entsprechenden Menge aus dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 auf der Austragöffnungsseite und aus der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13 über den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg 16 in die Blasenerzeugungszone. Bei der Struktur des herkömmlichen Flussweges ohne bewegbares Glied 31 hängen die Flüssigkeitsmengen, die in die Verschwindend-Position der Blase von der Austragsöffnungsseite und von der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer her einströmen, vom Strömungswiderstand im Gebiet vom Blasenerzeugungsgebiet zur Austragöffnung und dem Gebiet von der Blasenerzeugungszone zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer (basierend auf dem Flussweg-Widerstand und der Trägheit der Flüssigkeit) ab.
Daher fließt, wenn der Strömungswiderstand auf der Austragsöffnungsseite niedrig ist, eine große Flüssigkeitsmenge von der Austragöffnungsseite an die Stelle der verschwundenen Blase, so dass das Zurückziehen des Meniskus groß wird. Insbesondere wird, wenn die Austragseffizienz durch Reduzieren des Strömungswiderstandes nahe der Austragöffnung verbessert wird, das Zurückziehen des Meniskus beim Verschwinden der Blase größer, so dass die Wiederauffüllzeit lang wird, was einen Hochgeschwindigkeitsdruck verhindert.
Andererseits ist bei dieser Ausführungsform das bewegbare Glied 31 vorgesehen, und das Zurückziehen des Meniskus wird an dem Punkt gestoppt, an dem das bewegbare Glied ein Verschwinden der Blase in die Ausgangsposition zurückkehrt, und die dem Volumen (W2) des verbleibenden unteren Abschnitts der Blase entsprechende Flüssigkeit wird hauptsächlich aus dem Strom V_D2 im zweiten Flüssigkeitsströmungsweg 16 geliefert. Hier ist W das Volumen der gesamten Blase, W1 ist das Volumen der Blase wie bei der ersten Position des bewegbaren Gliedes 31, und W2 ist das Volumen des verbleibenden Abschnitts auf der Seite der Blasenerzeugungszone 11. Daher entspricht der Grad des Zurückziehens des Meniskus im herkömmlichen Kopf etwa dem halben Volumen W, während der Grad des Zurückziehens des Meniskus bei dieser Ausführungsform auf etwa die Hälfte des Volumens W1, und somit einen kleineren Wert, reduziert werden kann.
Die dem Volumen W2 entsprechende Flüssigkeitslieferung kann, forciert hauptsächlich von der stromaufwärtigen Seite (V_D2) dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg längs der Oberfläche des bewegbaren Gliedes 31 auf der Heizelementseite, gelenkt werden, wobei der beim Verschwinden der Blase erzeugte Unterdruck (Negativdruck) mitwirkt, so dass ein schnelleres Wiederauffüllen realisiert werden kann.
Beim herkömmlichen Kopf wird die Schwingung des Meniskus größer, wenn das Wiederauffüllen unter Nutzung des Unterdrucks beim Verschwinden der Blase bewirkt wird, was in einer Verschlechterung der Bildqualität resultiert. Auf der anderen Seite wird bei dieser Ausführungsform das Schwingen des Meniskus beim Hochgeschwindigkeits-Wiederauffüllen signifikant verringerbar, weil das bewegbare Glied die Kommunikation zwischen der Flüssigkeit auf der Austragöffnungsweite des ersten Flüssigkeitsströmungsweges 14 und der Flüssigkeit in der Blasenerzeugungszone 11 dividiert.
Mit einem solchen bewegbaren Glied können ein stabiler Austrag, ein wiederholter Austrag mit hoher Geschwindigkeit und – bei Nutzung bei einer Aufzeichnung – Verbesserungen in der Bildqualität und in der Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung durch das Hochgeschwindigkeits-Wiederauffüllen realisiert werden, infolge des erzwungenen Wiederauffüllens in der Blasenerzeugungszone über den Flüssigkeits-Zufuhrweg 12 in den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg 16 und die oben erwähnte Steuerung des Zurückziehens und des Schwingens des Meniskus.
Der Aufbau mit dem bewegbaren Glied kombiniert desweiteren die nachfolgende effektive Funktion, nämlich eine Verhinderung der Druckausbreitung zur stromaufwärtigen Seite (Rückwärts-Welle) bei der Blasenbildung. Von den Druckkomponenten von der Blase, die durch das Heizelement 21 erzeugt wird, wirken die meisten Komponenten im stromaufwärtigen Bereich der Blase (dem Bereich auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 13) als eine Kraft, die die Flüssigkeit der stromaufwärtigen Seite zurückdrückt (Rückwärts-Welle). Diese Rückwärts-Welle drückt die Flüssigkeit nach stromaufwärts, was eine Flüssigkeitsbewegung und eine Trägheitskraft mit der Flüssigkeitsbewegung bewirkt. Diese Vorgänge reduzieren das Wiederauffüllen der Flüssigkeit in den Flüssigkeitsströmungsweg und verhindern eine Hochgeschwindigkeits-Ansteuerung. Wenn das bewegbare Glied verwendet wird, können diese Vorgänge auf der stromaufwärtigen Seite durch das bewegbare Glied 31 verhindert werden, wodurch das Wiederauffüllvermögen weiter verbessert wird.
Als nächstes werden weitere Merkmale des Aufbaus und der Effekte des bewegbaren Gliedes beschrieben.
Der zweite Flüssigkeitsströmungsweg 16 hat den Flüssigkeits-Zufuhrweg 12 mit einer inneren Wandung, die mit dem Heizelement 2 auf im wesentlichen dem gleichen Niveau verbunden ist (die Oberfläche des Heizelementes ist nicht viel eingehöhlt). In einem solchen Fall ist die Zufuhr der Flüssigkeit zur Blasenerzeugungszone 11 und die Oberfläche des Heizelementes 2 wie V_D2 längs der Oberfläche des bewegbaren Gliedes 31 auf der Seite nahe der Blasenerzeugungszone 11 ausgeführt. Damit wird verhindert, dass Flüssigkeit an der Oberfläche des Heizelementes 2 verweilt, so dass es leicht ist, die Ablagerung von in der Flüssigkeit gelöstem Gas zu verhindern, und es auch leicht ist, sogenannte übrig bleibende Blasen, die nicht verschwinden, zu entfernen, sowie die Ansammlung überschüssiger Wärme in der Flüssigkeit zu verhindern. Daher kann eine stabilere Blasenbildung wiederholt bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform wurde die Beschreibung mit dem Flüssigkeitsaustragkopf gegeben, bei dem der Flüssigkeits-Zufuhrweg 12 eine Inwandung auf im wesentlichen dem gleichen Niveau mit der Oberfläche des Heizelementes 2 hat. Jedoch ist der Flüssigkeits-Zufuhrweg nicht auf diese Gruppe beschränkt und es kann jeder Flüssigkeits-Zufuhrweg benutzt werden, so lange er mit dem Heizelement glatt verbunden ist, eine glatte Innenwandung hat und eine Form aufweist, die kein Stehenbleiben der Flüssigkeit am Heizelement oder größere turbulente Strömungen in der Flüssigkeitszufuhr bewirkt.
Die Zufuhr der Flüssigkeit zur Blasenerzeugungszone kann auch über eine Seite (einen Schlitz 35) des bewegbaren Gliedes aus dem Strom V_D1 ausgeführt werden. Wenn jedoch ein großes bewegbares Glied, welches die gesamte Blasenerzeugungszone abdeckt (über der Oberfläche des Heizelementes) eingesetzt wird, wie in den 1A bis 1D dargestellt, um wirksamer den Druck bei der Blasenbildung zur Austragöffnung zu geleiten, wird der Strömungswiderstand der Flüssigkeit in der Blasenerzeugungszone 11 und dem Gebiet nahe der Austragöffnung im ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 bei Rückführung des bewegbaren Gliedes 31 in die erste Stellung höher. Somit wird die Strömung der Flüssigkeit aus dem Strom V_D1 in die Blasenerzeugungszone 11 behindert bzw. versperrt. Bei dem ein solches Glied nutzenden Kopfaufbau gibt es einen Strom V_D2 zum Zuführen der Flüssigkeit zur Blasenerzeugungszone mit hoher Effizienz, so dass die Leistung bezüglich der Flüssigkeitszufuhr nicht durch Einsatz des Aufbaus verringert wird, bei dem die Blasenerzeugungszone 11 mit dem bewegbaren Gliedes 31 bedeckt ist, um eine hohe Austragseffizienz zu erreichen.
Bezüglich der Positionen des freien Endes 32 und des Lagerpunktes 33 des bewegbaren Gliedes 31 ist das freie Ende weiter stromabwärts als die Lagerungsstelle angeordnet. Dieser Aufbau kann wirkungsfrei Funktionen und Effekte wie den realisieren, dass die Druckausbreitungsrichtungen und Wachstumsrichtungen der Blase bei der Blasenbildung zur Seite der Austragöffnung hin gelenkt werden, wie oben beschrieben. Weiterhin ist diese Positionsbeziehung nicht nur bezüglich der Austragfunktionen und -effekte wirksam, sondern sie ist auch bei der Reduzierung des Strömungswiderstandes beim Flüssigkeitsstrom durch den Flüssigkeitsströmungsweg 10 beim Wiederauffüllen mit hoher Geschwindigkeit effektiv. Dies liegt an der Tatsache, dass das freie Ende 32 und die Lagerungsstelle 33 so angeordnet sind, dass sie nicht den Strömen V_D1 und V_D2, die durch den Flüssigkeitsströmungsweg 10 (unter Anschluss des ersten Flüssigkeitsströmungsweges 14 und des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges 16) entgegen stehen, wenn der zurückgezogene Meniskus beim Austrag durch Kapillarkraft in die Austragöffnung 18 zurückkehrt oder wenn die Flüssigkeit beim Verschwinden der Blase nachgeliefert wird.
Zusätzlich sei beschrieben, dass in den 1A bis 1D das freie Ende 32 des bewegbaren Gliedes 31 sich über das Heizelement 2 hinaus erstreckt, so dass es diesem in einer Position weiter stromabwärts gegenüber dem Flächenmittelpunkt 3 gegenüber liegt, der das Heizelement 2 in einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Bereich teilt (eine Linie, die durch den Flächenmittelpunkt 3 – das Zentrum – des Heizelementes hindurch geht und senkrecht zur Längsrichtung des Flüssigkeitsströmungsweges ist), wodurch das bewegbare Glied 31 den Druck oder die Blase auffangen kann, welche auf der weiter stromabwärtigen Seite gegenüber dem Flächenmittelpunkt 3 des Heizelementes liegt und erheblich zum Austrag der Flüssigkeit beiträgt, um den Druck und die Blase zur Austragöffnung zu lenken, und so können die Austrageffizienz und die Austragkraft fundamental erhöht werden.
Außerdem wird der stromaufwärtige Abschnitt der Blase zur Erzielung weiterer Effekte benutzt. Es wird in Betracht gezogen, dass der Umstand, dass das freie Ende des bewegbaren Gliedes 31 einer momentanen mechanischen Verschiebung unterliegt, wirksam zum Austrag der Flüssigkeit beiträgt.
Ein Beispiel, bei dem die Kraft zum Austragen der Flüssigkeit durch die erwähnte mechanische Verschiebung weiter erhöht wird, ist in 4 dargestellt. 4 ist eine transversale Querschnittsdarstellung des Aufbaus eines solchen Kopfes. 4 stellt einen Fall dar, in dem das bewegbare Glied 31 sich auf solche Weise erstreckt, dass die Position des freien Endes des bewegbaren Gliedes 31 gegenüber dem Heizelement 2 weiter stromabwärts ist. Diese Anordnung erhöht die Verschiebungsgeschwindigkeit des bewegbaren Gliedes am freien Ende und verstärkt weiter die Erzeugung der Austragkraft infolge der Verschiebung des bewegbaren Gliedes.
Daneben kann, bei einem Vergleich zum vorherigen Fall das freie Ende nahe zur Austragöffnungsseite liegen, das Wachsen der Blase auf stabilere Richtungskomponenten konzentriert werden, und es kann ein noch besserer Austrag bewerkstelligt werden.
Obgleich das bewegbare Glied 31 mit einer Verschiebungsrate R1 im Verhältnis zur Blasenwachstumsrate im Druckzentrum der Blase verschoben wird, wird das freie Ende 32, welches weiter als dieser Punkt von einem Lagerungsstelle 33 entfernt ist, mit einer höheren Rate R2 verschoben, wodurch das freie Ende 32 mechanisch auf die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit einwirken kann, um eine Flüssigkeitsbewegung zu erzeugen und dadurch die Austrageffizienz zu steigern.
Wenn die Gestalt des freien Endes senkrecht zum Flüssigkeitsstrom gewählt wird, können der Druck durch die Blase und die mechanische Wirkung des bewegbaren Gliedes dazu führen, dass sie effizienter zum Austrag der Flüssigkeit beitragen.
Die vorliegende Erfindung kann durch Anwendung des Austragsystems unter Einsatz des oben erwähnten bewegbaren Gliedes ausgeführt werden. Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Kopf hat den Aufbau, die Merkmale und das Austragprinzip des Kopfes unter Einsatz des oben beschriebenen bewegbaren Gliedes und zusätzlich zu diesem fundamentalen Merkmal hat die vorliegende Erfindung das Merkmal, dass der Flüssigkeitsströmungsweg in einen ersten Flüssigkeitsströmungsweg und einen zweiten Flüssigkeitsströmungsweg unterteilt ist, wobei eine dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg zugeführte Flüssigkeit für die Blasenbildung beim Aufheizen von einer dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg zugeführten zweiten Flüssigkeit separiert wird.
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung längs der Flüssigkeitsströmungsrichtung eines Flüssigkeitsaustragkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsaustragkopfes.
Bei dem Flüssigkeitsaustragkopf gemäß dieser Ausführungsform ist ein zweiter Flüssigkeitsströmungsweg 16 zur Blasenbildung über einem Elementsubstrat 1 angeordnet, welches mit einem Heizelement 2 versehen ist, das thermische Energie zur Blasenbildung in die Flüssigkeit einbringt, und ein erster Flüssigkeitsströmungsweg 14 in direkter Kommunikation mit einer Austragöffnung 18 ist hierauf angeordnet.
Die stromaufwärtige Seite des ersten Flüssigkeitsströmungsweges 14 kommuniziert mit einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 zur Bereitstellung mehrerer erster Flüssigkeitsströmungswege mit einer ersten Flüssigkeit, und die stromaufwärtige Seite des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges 16 kommuniziert mit einer zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 zur Bereitstellung mehrerer zweiter Flüssigkeitsströmungswege mit einer zweiten Flüssigkeit.
Eine Trennwand 30 als ein Material mit Elastizität, etwa einem Metall, ist zwischen den ersten und zweiten Flüssigkeitsströmungswegen vorgesehen und teilt Flüssigkeit, die im ersten Flüssigkeitsströmungsweg enthaltene erste Flüssigkeit von der im zweiten Flüssigkeitsströmungsweg enthaltenen zweiten Flüssigkeit ab, so dass diese sich nicht miteinander mischen.
Ein Abschnitt der Trennwand, der in einem nach oben gerichteten Ausbreitungsraum von der Oberfläche des Heizelementes gelegen ist (hier bezeichnet als „Austragdruck-Erzeugungsgebiet"; Gebiet A und eine Blasenerzeugungszone 11; Gebiet B in 5), ist als bewegbares Glied 31 in Form eines Auslegers gebildet. Hierbei ist das freie Ende auf der Seite der Austragöffnung (der stromabwärtigen Seite des Flüssigkeitsstromes) mit einem Schlitz 35 gebildet, und einer Lagerungsstelle 33 befindet sich auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammern (15, 17). Da das bewegbare Glied 31 der Blasenerzeugungszone 11 (B) gegenüber liegt, bewegt es sich derart, dass es sich bei Blasenbildung der Blasenbildungsflüssigkeit zur Austragöffnungsseite und in den ersten Flüssigkeitsströmungsweg hinein öffnet (in Richtung des in 5 gezeigten Teils). In 6 ist weiterhin die Trennwand 30 über dem Element- Substrat 1 angeordnet und dringt in einen, den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg bildenden Raum ein, wo das Element-Substrat mit einem Heizwiderstand das Heizelement 2 und einer Verdrahtungselektrode 5 zum Anlegen eines elektrischen Signals an den Heizwiderstand versehen ist. Um das Mischen der beiden Flüssigkeiten am Schlitz am freien Ende des bewegbaren Gliedes zu verhindern, kann die Schlitzbreite so gemacht werden, dass ein Meniskus zwischen den beiden Flüssigkeiten gebildet wird, wie weiter unten beschrieben. Bei der vorliegenden Erfindung kann dies jedoch auch durch die Eigenschaften der ersten und zweiten Flüssigkeit erreicht werden. Die Flüssigkeitsmischung an den beiden Seiten des bewegbaren Gliedes kann durch Auswahl eines solchen Aufbaues verhindert werden, dass die Breite des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges in Korrespondenz mit dem bewegbaren Glied geringer als die Breite des bewegbaren Gliedes gemacht wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies jedoch auch durch die Eigenschaften der ersten und zweiten Flüssigkeit erreicht.
Die räumliche Beziehung zwischen der Anordnung der Lagerungsstelle 33 und des freien Endes 32 des bewegbaren Gliedes 31 und des Heizelementes 2 ist die gleiche, wie oben unter Bezugnahme auf die 1A bis 1D separat beschrieben.
Die räumliche Beziehung zwischen dem Flüssigkeitsströmungsweg 12 und dem Heizelement 2 wurde weiter oben beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist auch die räumliche Beziehung zwischen dem Flüssigkeitsströmungsweg 16 und dem Heizelement 2 die gleiche.
Der Betrieb des Flüssigkeitsaustragkopfes in der Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben. Bei Einstellung des Kopfes werden eine dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg zuzuführende erste Flüssigkeit und eine dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg 16 zuzuführende zweite Flüssigkeit als Blasenbildungsflüssigkeit verwendet. Die durch das Heizelement 2 erzeugte Wärme wird auf die Blasenbildungsflüssigkeit innerhalb der Blasenerzeugungszone des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges, wodurch sich eine Blase in der Blasenbildungsflüssigkeit aufgrund des Schichtsiedephänomens erzeugt wird, wie in US-Patent 4,723,129 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform kann der Blasenbildungsdruck sich nicht in die drei anderen Richtungen als die stromaufwärtige Richtung der Blasenerzeugungszone ausbreiten, so dass der bei dieser Blasenbildung erzeugte Druck intensiv zum bewegbaren Glied 31 fortgepflanzt wird. Hierdurch wird das bewegbare Glied 31 aus einem in 7A gezeigten Zustand zum Gebiet des ersten Flüssigkeitsströmungsweges hin verschoben, wenn die Blase wächst, wie in 7B dargestellt. Durch diese Betätigung des bewegbaren Gliedes kommuniziert der erste Flüssigkeitsströmungsweg weit mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg 16, so dass der Druck der Blasenbildung hauptsächlich in Richtung der Austragöffnung (in Richtung A) des ersten Flüssigkeitsströmungsweges sich ausbreitet. Die erste Flüssigkeit wird durch diese Druckausbreitung und die oben beschriebene mechanische Verschiebung des bewegbaren Gliedes aus der Austragöffnung ausgetragen.
Zu diesem Zeitpunkt sind ein Teil der ersten Flüssigkeit, welche auf der Austragöffnungsseite innerhalb des ersten Flüssigkeitsströmungsweges 14 sich befindet, um aus der Austragöffnung ausgetragen zu werden, und ein Teil der zweiten Flüssigkeit, der vom zweiten Flüssigkeitsströmungsweg 16 auf die Seite des ersten Flüssigkeitsströmungsweges 14 übertragen wird, nicht miteinander gemischt, aber beide werden als ein Tröpfchen aus der Austragöffnung ausgetragen.
Die Kombination der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit kann aus Kombinationen von Flüssigkeiten mit Eigenschaften, dass diese sich – gemäß dem gewünschten Zweck – nicht miteinander mischen, geeignet gewählt werden; beispielsweise aus Kombinationen, bei denen einer der ersten und zweiten Flüssigkeit hydrophob und die andere hydrophil ist.
Spezielle Beispiele der Kombination dieser Flüssigkeiten können die folgenden Kombinationen einschließen:

(1) Eine Kombination dahingehend, dass eine wasserbasierte Tinte als erste Flüssigkeit und ein nicht-polares Lösungsmittel (beispielsweise Cyclohexan oder Xylen) oder eine Mischung aus einem wasserabstoßenden (Silikon o. ä.) und einem nicht-polaren Lösungsmittel als zweite Flüssigkeit verwendet wird;
(2) eine Kombination dahingehend, dass eine ölbasierte Tinte als erste Flüssigkeit und eine wässrige Flüssigkeit als die zweite Flüssigkeit verwendet wird.

Als die wässrige Flüssigkeit können Wasser oder eine Mischung aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel eingesetzt werden. Als das wasserlösliche organische Lösungsmittel kann beispielsweise ein solches eingesetzt werden, welches bei der Herstellung gewöhnlicher Tinten für die Tintenstrahlaufzeichnung üblicherweise benutzt wird. Spezielle Beispiele hierfür sind Amide, wie etwa Dimethylformamid und Dimethylacetamid; Ketone, wie etwa Aceton, Ether, wie etwa Tetrahydrofuran und Dioxan; Polyalkylenglykole, wie etwa Polyethylenglykol und Polypropylenglykol; Alkylenglykole, wie etwa Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triethylenglykol, Thiodiglykol, Hexylenglykol und Diethylenglykol; niederer Alkylether mehrwertiger Alkohole, wie etwa Ethylenglykol-Monomethylether, Diethylenglykol-Monomethylether und Triethylenglykol-Monomethylether; einwertige Alkohole, wie etwa Ethanol und Isopropylalkohol; 1,2,6-Hexantriol; Glycerol; N-methyl-2-pyrrolidon; 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon; Triethanolamin; Sulfolan; Dimethylsulfoxid und Cyclohexanol. Diese Lösungsmittel können einzeln oder in beliebiger Kombination eingesetzt werden. Der Gehalt an wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln in der Flüssigkeit kann entsprechend den Eigenschaften etc., die die Flüssigkeit haben soll, geeignet gewählt werden. Sie können in einem Gehalt von beispielsweise 1 bis 80 Gew.-% enthalten sein.
Die wässrige Lösung kann verschiedene Zusatzstoffe, wie etwa ein oberflächenaktives Mittel, ein pH-Einstellmittel, ein Antiseptikum, ein Antioxidans, ein Auflösungs-Hilfsmittel oder ein Dispergierungsmittel, entweder einzeln oder in beliebiger Kombination, enthalten. Von diesen kann das oberflächenaktive Mittel, welches auch als Oberflächenspannungs-Einstellmittel wirken kann, bevorzugt verwendet werden. Beispiele des oberflächenaktiven Mittels sind anionische oberflächenaktive Mittel, wie etwa Säuresalze, Salze höherer Alkoholsulfate, Alkylbenzinsulfonate und Salze höherer Alkoholphosphate, kationische oberflächenaktive Mittel, wie etwa aliphatische Amine und quarternäre Ammoniumsalze; nicht-ionische oberflächenaktive Mittel, wie etwa Ethylenoxid-Addukte höherer Alkohole, Ethylenoxid-Addukte von Alkylphenolen, Ethylenoxid-Addukte von Säuren, Ethylenoxid-Addukte von Fettsäureestern mehrwertiger Alkohole, Ethylenoxid-Addukte höherer Alkylamine, Ethylenoxid-Addukte von Fettsäureamiden, Ethylenoxid-Addukte von Polypropylenglykol, Fettsäureester mehrwertiger Alkohole und Fettsäureamide von Alkanolaminen; und amphotere oberflächenaktive Mittel, wie etwa solche vom Amino-Typ oder Betain-Typ.
Eine ein Färbematerial enthaltende wasserbasierte Tinte kann durch Auflösen oder Dispergieren eines Farbstoffs, Pigments, dispersen Tonus o. ä. in der oben erwähnten wässrigen Flüssigkeit erhalten werden. Der Anteil des Färbematerials kann entsprechend der gewünschten Bilddichte und des Reaktionsvermögens, wenn das Färbematerial als Reaktionselement eingesetzt wird, o. ä. gewählt werden. Es kann jedoch in einem Gehalt von beispielsweise 0,1 bis 20 Gew.-% eingesetzt werden. Als Färbematerial kann auch ein beliebiges Färbematerial eingesetzt werden, welches in der wässrigen Flüssigkeit unter Einsatz eines wasserlöslichen Harzes o. ä. dispergiert werden kann.
Die physikalischen Eigenschaften, beispielsweise die Viskosität und Oberflächenspannung, der wässrigen Flüssigkeit oder der wasserbasierten Tinte können durch Auswahl ihrer Zusammensetzung eingestellt werden.
Bezüglich der ölbasierten Tinte besteht keine besondere Beschränkung, sofern es eine in verschiedenen Druckverfahren verwendete Tinte ist, beispielsweise die durch Auflösen von zum Beispiel einem öllöslichen Farbstoff in einem öllöslichen Lösungsmittel, etwa Xylen oder Cellosolve, enthaltene Tinte, welche die für die erste Flüssigkeit erforderlichen Eigenschaften hat.
Dann kehrt das bewegbare Glied in die in 7A gezeigte Position zurück, wenn die Blase sich entleert und im ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 wird die Austragflüssigkeit in einer der Menge der ausgetragenen Flüssigkeit von der stromaufwärtigen Seite zugeliefert. Bei dieser Ausführungsform wird auch die Zufuhr der Austragflüssigkeit – wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform – in Schließrichtung des bewegbaren Gliedes hin ausgeführt, so dass das Wiederauffüllen bzw. Nachfüllen der Austragflüssigkeit nicht durch das bewegbare Glied behindert wird.
Die Hauptvorgänge und -effekte betreffend die Ausbreitungsrichtung des Drucks bei der Blasenbildung und die Wachstumsrichtung der Blase, die die Verschiebung des bewegbaren Gliedes begleiten, und die Verhinderung der Rückwärts-Welle sind die gleichen, wie oben im Hinblick auf die 1A bis 1D etc. beschrieben. Jedoch hat diese Ausführungsform, die die Struktur der beiden Strömungswege nutzt, die folgenden weiteren Vorzüge.
Es werden von der ersten Flüssigkeit keine für die Blasenbildung erforderlichen thermischen Eigenschaften verlangt, so dass die „Entwurfsbedingungen" für die erste Flüssigkeit erheblich gelockert werden können, da verschiedene Flüssigkeiten als die erste Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit eingesetzt werden und ein Tröpfchen dieser Flüssigkeiten in einem nicht miteinander gemischten Zustand durch den infolge der Blasenbildung der zweiten Flüssigkeit erzeugten Druck ausgetragen wird. Wenn beispielsweise eine hochviskose Flüssigkeit, die durch Einwirkung von Wärme schwer zu einer hinreichenden Blasenbildung zu bringen ist und eine ungenügende Austragfähigkeit hat, durch Zufuhr dieser Flüssigkeit zum ersten Flüssigkeitsströmungsweg und Zufuhr einer leicht Blasenbildenden Flüssigkeit als zweite Flüssigkeit [(beispielsweise eine auf einer 4 : 6-Mischung von Ethanol und Wasser basierter Flüssigkeit mit einer Viskosität von etwa 1 bis 2 cP)] oder eine niedrig siedende Flüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg erfolgreich ausgetragen werden.
Weiter kann als die zweite Flüssigkeit eine Flüssigkeit gewählt werden, die keine Ablagerungen, wie etwa „Verkohlungen" auf der Oberfläche des Heizelementes bildet, auch wenn dieses starker Erwärmung ausgesetzt wird, wodurch eine stabile Blasenbildung und ein guter Austrag ermöglicht werden.
Desweiteren kann, da die oben beschriebenen Effekte auch beim Kopfaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, eine Flüssigkeit, wie etwa eine hochviskose Flüssigkeit, mit noch höherer Austrageffizienz und Austragkraft ausgetragen werden.
Weiterhin kann auch eine leicht durch Hitze zu beeinflussende Flüssigkeit mit hoher Austrageffizienz und Austragkraft, wie oben beschrieben, ausgetragen werden, ohne dass diese Flüssigkeit eine thermische Degradation erfährt, indem nur diese Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg zugeführt wird und eine wärmebeständige und leicht Blasenbildende Flüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg zugeführt wird.
Die Beispiele der Hauptteile des Flüssigkeitsaustragkopfes und des Flüssigkeitsaustrag-Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wurden oben beschrieben. Bevorzugt auf diese Beispiele anwendbare Konstruktionsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
8 ist eine Querschnittsdarstellung längs der Richtung eines Strömungsweges eines Flüssigkeitsaustragkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein gerilltes oder genutetes Element 50, das mit einer Nut zur Festlegung des ersten Flüssigkeitsströmungsweges 14 (oder des Flüssigkeitsströmungsweges 10 in die 1A bis 1D) versehen ist, ist auf einer Trennwand 30 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Oberseite des Flüssigkeitsströmungsweges in der Nähe eines freien Endes 32 eines bewegbaren Gliedes erhaben, so dass der Betriebswinkel θ des bewegbaren Gliedes größer gemacht werden kann. Der Betriebs- bzw. Betätigungsbereich des bewegbaren Gliedes kann im Hinblick auf die Struktur des Flüssigkeitsströmungsweges, die Lebensdauer des bewegbaren Gliedes, die Blasenbildungsfähigkeit o. ä. festgelegt werden. Es ist jedoch wünschenswert, dass das bewegbare Glied sich zu einem Winkel bewegt, der einen Winkel der Austragöffnung in axialer Richtung einschließt.
Die Verschiebungs-Höhe des bewegbaren Gliedes wird größer als der Durchmesser der Austragöffnung gemacht, wie in 8 dargestellt, wodurch eine ausreichendere Übertragung der Austragkraft erreicht werden kann. Desweiteren kann, da die Höhe der Oberseite des Flüssigkeitsströmungsweges in einer Position entsprechend einer Lagerungsstelle 33 des bewegbaren Gliedes, geringer als diejenige der Oberseite des Flüssigkeitsströmungsweges in einer Position entsprechend dem freien Ende 32 des bewegbaren Gliedes – wie in 8 dargestellt –, kann ein Ausweichen der Druckwelle auf die stromaufwärtige Seite durch die Verschiebung des bewegbaren Gliedes effizienter unterdrückt werden.
Die 9A bis 9C stellen Modifikationen der Anordnungs-Beziehungen zwischen dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg und dem bewegbaren Glied 31 dar. 8 ist eine Draufsicht der Umgebung des bewegbaren Gliedes 31, 9B ist eine Draufsicht des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges 16, wobei das bewegbare Glied 31 entfernt ist, und 9C zeigt schematisch eine Anordnungs-Beziehung zwischen dem bewegbaren Glied 31 und dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg 16 durch Überlagerung des ersteren auf den letzteren. In all diesen Zeichnungen ist der Boden jener Zeichnung eine Vorderseite, auf der die Austragöffnung angeordnet ist. Der zweite Flüssigkeitsströmungsweg 16 dieser Ausführungsform hat einen Flaschenhalsabschnitt 19 auf der stromaufwärtigen Seite des Heizelementes 2 (hier bedeutet die stromaufwärtige Seite die Seite stromaufwärts in einem großen Flüssigkeitsstrom der zweiten Flüssigkeit, die aus der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer über die Position des Heizelementes, das bewegbare Glied 31 und den ersten Flüssigkeitsströmungsweg zur Austragöffnung fließt), wodurch eine solche Kammer (Blasenbildungskammer) gebildet wird, bei der der Druck infolge der Blasenbildung von einem leichten Ausgleich zur stromaufwärtigen Seite des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges 16 gehindert wird.
In einem herkömmlichen Kopf, in dem ein Strömungsweg zur Führung der Blasenbildung und ein Strömungsweg zum Austrag einer Flüssigkeit der gleiche sind und ein Flaschenhalsabschnitt auf der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer gebildet ist, um zu verhindern, dass sich der in die Flüssigkeitskammer erzeugte Druck zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer hin ausgleicht, ist es erforderlich, die Konstruktion daran anzupassen, dass die Querschnittsfläche des Strömungsweges im Flaschenhalsabschnitt nicht zu klein ist, wobei das Wiederauffüllen der Flüssigkeit voll in Betracht zu ziehen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der größte Teil der auszutragenden Flüssigkeit als erste Flüssigkeit über den ersten Flüssigkeitsströmungsweg geliefert, so dass der Verbrauch an zweiter Flüssigkeit (Blasenbildungsflüssigkeit) im zweiten Flüssigkeitsströmungsweg, wo das Heizelement vorgesehen ist, gegenüber der ersten Flüssigkeit stark reduziert ist und Nachfüllmenge der Blasenbildungsflüssigkeit in die Blasenerzeugungszone im zweiten Flüssigkeitsströmungsweg gespart werden kann. Daher kann der Raum bzw. Abstand des Flaschenhalsabschnittes 19 bis auf einige μm bis auf mehrere 10 μm verringert werden, so dass der bei der Blasenbildung im zweiten Flüssigkeitsströmungsweg erzeugte Druck besser am Abbau in die Umgebung gehindert und daher intensiv zum bewegbaren Glied geführt werden kann, und dieser Druck kann zur Erreichung einer höheren Austrageffizienz als Austragkraft durch das bewegbare Glied 31 benutzt werden. Jedoch ist die Form des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges 16 nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt, und es kann jedwede Form benutzt werden, sofern es sich um eine Form handelt, die den Druck bei der Blasenbildung effizient zur Seite des bewegbaren Gliedes hin tragen kann.
Wie in 9C dargestellt, bedecken die beiden Kanten des bewegbaren Gliedes 31 einen Teil der den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg bildenden Wandung, wodurch verhindert wird, dass das bewegbare Glied 31 in den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg fällt. Dies kann gewährleisten, dass die erste Flüssigkeit im ersten Flüssigkeitsströmungsweg von der zweiten Flüssigkeit im zweiten Flüssigkeitsströmungsweg getrennt wird, wenn kein Austrag auszuführen ist. Bei diesem Aufbau kann das Entweichen der Blase durch einen Schlitz verhindert werden, so dass der Austragdruck und die Austrageffizienz weiter verbessert werden können. Weiter kann er den Effekt des Wiederauffüllens von der stromaufwärtigen Seite, basierend auf dem durch das Verschwinden der Blase erzeugten Unterdruck, wie oben beschrieben, verbessern.
In 7B und 8 ist ein Teil der in der Blasenerzeugungszone des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges 16 erzeugten Drucks in den ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 ausgebreitet, wenn das bewegbare Glied 31 sich zum ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 hin verschiebt. Wenn die Höhe des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges derart gewählt wird, dass die Blase sich in den ersten Flüssigkeitsströmungsweg erstrecken kann, kann die Austragkraft im Vergleich zu dem Fall, wo die Blase sich nicht ausbreiten kann, weiter gedehnt werden. Damit sich die Blase in den ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 erstrecken kann, ist es wünschenswert, dass die Höhe des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges geringer als die Höhe der größten Blase gewählt wird, welche in einem Bereich von einigen μm bis 30 μm liegt. Bei dieser Ausführungsform ist die Höhe 15 μm.
Die 10A bis 10C stellen andere Formen des bewegbaren Gliedes 31 dar. Ziffer 35 bezeichnet einen in der Trennwand vorgesehenen Schlitz. Dieser Schlitz definiert das bewegbare Glied. 10A stellt eine rechteckige Form dar, 10B zeigt eine Form, bei der zur leichten Betätigung des bewegbaren Gliedes auf der Seite der Lagerungsstelle eine Verschmälerung bzw. ein Nacken vorgesehen ist, und 10C stellt eine Form mit einem breiteren Abschnitt auf der Seite der Lagerungsstelle dar, um die Langlebigkeit zu verbessern. Für leichte Betätigung und hohe Lebensdauer ist eine Form mit einem Nacken wünschenswert, der durch zwei Bögen auf der Seite der Lagerungsstelle gebildet ist, wie in 9A dargestellt. Jedoch kann jede Form des bewegbaren Gliedes verwendet werden, so lange das bewegbare Glied nicht in den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg fällt, leicht zu betätigen ist und eine ausgezeichnete Lebensdauer hat.
Bei der vorangehenden Ausführungsform sind das plattenartige bewegbare Glied 31 und die Trennwand 5, die dieses bewegbare Glied aufweist, aus einer Nickelplatte mit einer Dicke von 5 μm hergestellt, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Material für das bewegbare Glied und die Trennwand kann ein beliebiges sein, so lange es eine hohe Lösungsmittelbeständigkeit gegenüber Flüssigkeiten, mit denen es in Kontakt kommt, und die erforderliche Elastizität für einen erfolgreichen Betrieb des bewegbaren Gliedes hat und ein Schlitz darin gebildet werden kann.
Bevorzugte Beispiele des Materials für das bewegbare Glied sind, unter dem Blickwinkel hoher Lebensdauer, Metalle, wie etwa Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl oder Phosphorbronze, und deren Legierungen, Harze mit einer Nitrilgruppe, unter Einschluß von Acrylnitril, Butadien, Styren o. ä., Harze mit einer Amidgruppe, wie etwa Polyamid, Harze mit einer Carboxylgruppe, wie etwa Polycarbonat, Harze mit einer Aldehydgruppe, wie etwa Polyacetal, Harze mit einer Sulfongruppe, wie etwa Polysulfon, oder Harze wie flüssigkristalline Polymere und deren Verbindungen. Unter dem Blickwinkel hoher Beständigkeit gegenüber Tinten gehören dazu Metalle, wie etwa Gold, Wolfram, Tantal, Nickel, Edelstahl oder Titan, deren Legierungen, und mit diesen Metallen beschichtete Aufbauten, Harze mit einer Amidgruppe, wie etwa Polyamid, Harze mit einer Aldehydgruppe, wie etwa Polyacetal, Harze mit einer Ketongruppe, wie etwa Poly(ether-etherketon), Harze mit einer Imidgruppe, wie etwa Polyimid, Harze mit einer Hydroxylgruppe, wie etwa Phenolharze, Harze mit einer Ethylgruppe, wie etwa Polyethylen, Harze mit einer Alkylgruppe, wie etwa Polypropylen, Harze mit einer Epoxygruppe, wie etwa Epoxyharze, Harze mit einer Aminogruppe, wie etwa Melaninharze, Harze mit einer Methylolgruppe, wie etwa Xylenharze, und deren Verbindungen, sowie Keramiken, wie etwa Siliciumdioxid, und Verbindungen dieser.
Bevorzugte Beispiele des Materials für die Trennwand sind Harze mit guter Wärmebeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und Formbarkeit, typischerweise in den letzten Jahren Konstruktions-Kunststoffe, wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat, Melaminharze, Phenolharze, Epoxyharze, Polybutadien, Polyurethan, Poly(ether-ether)keton, Poly(ether-sulfon), Polyarylate, Polyimide, Polysulfon und flüssigkristalline Polymere (LCP), und deren Verbindungen, Siliciumdioxid, Siliciumnitrit, Metalle und Legierungen, wie etwa Nickel, Gold und Edelstahl und Verbindungen dieser, sowie Beschichtungen mit Titan oder Gold.
Die Dicke der Trennwand kann, unter Beachtung des Materials und der Form, zur Erzielung hoher Stabilität als Trennwand und eines guten Betriebes des bewegbaren Gliedes bestimmt werden. Es liegt jedoch in wünschenswerter Weise in einem Bereich zwischen etwa 5 und etwa 10 μm.
Bei dieser Ausführungsform war die Breite des das bewegbare Glied 31 definierenden Schlitzes 35 2 μm. Jedoch kann diese Breite in geeigneter Weise geändert werden, so lange der Effekt des Vorsehens des bewegbaren Gliedes nicht zunichte gemacht wird. Beispielsweise ist die Breite günstigerweise so gesteuert, dass sie bevorzugt 5 μm oder weniger, noch spezieller 3 μm oder weniger, beträgt. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Trennung zwischen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit, die über den ersten Flüssigkeitsströmungsweg bzw. den zweiten Flüssigkeitsströmungsweg, getrennt durch das bewegbare Glied und die Trennwand, zugeführt werden, durch Auswahl dieser Flüssigkeiten mit ihren Eigenschaften gewährleistet. Die Schlitzbreite kann so eingestellt werden, dass ein Meniskus mit dieser Flüssigkeit gebildet wird, wodurch eine zuverlässigere Trennung gewährleistet werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es beabsichtigt, ein bewegbares Glied mit einer Dicke (t μm) in der Größenordnung von μm und nicht in der Größenordnung von cm einzusetzen. Wenn eine Schlitzbreite (W μm) in der Größenordnung von μm für das bewegbare Glied mit einer Dicke in der Größenordnung von μm vorgesehen ist, ist es wünschenswert, in einem gewissen Grad Produktionstoleranzen zu berücksichtigen.
Wenn die Dicke eines dem freien Ende und/oder den Kanten des bewegbaren Gliedes gegenüber liegenden Wandungselementes, um das der Schlitz gebildet ist, gleich derjenigen des bewegbaren Gliedes ist (7A und 7B, und 8), kann ein Mischen der beiden Flüssigkeiten in einem stationären Zustand (keinem Austragvorgang) stabiler durch Einstellen der Beziehung zwischen der Schlitzbreite und der Dicke des bewegbaren Gliedes innerhalb des nachfolgend angegebenen Bereiches verhindert werden, unter „in Rechnung-Stellung" der Produktionstoleranzen. Ein Mischen der beiden Flüssigkeiten kann über eine lange Zeitspanne verhindert werden, wenn die Beziehung W/t ≤ 1 erfüllt ist, wenn eine hochviskose Tinte (mit 5 cP, 10 cP, etc.) zusammen mit einer zweiten Flüssigkeit mit einer Viskosität von 3 cP oder darunter, verwendet wird – als Grenzbedingung für den Kopfaufbau.
Als ein Schlitz, welcher einen „im wesentlichen geschlossener Zustand" gemäß der vorliegenden Erfindung nur durch den Aufbau des Kopfes erreicht, kann ein Schlitz in der Größenordnung von einigen μm zur Gewährleistung dieses Zustandes angesehen werden. Diese Bedingung kann jedoch durch Ausnutzung einer Differenz in den Eigenschaften der Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung „gelockert" werden.
Wie oben beschrieben, funktioniert das bewegbare Glied auch als ein Teil der Trennwand zwischen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit. Wenn dieses bewegbare Glied bewegt wird, sobald die Blase erzeugt wird, tritt ein Teil der zweiten Flüssigkeit im zweiten Flüssigkeitsströmungsweg in den ersten Flüssigkeitsströmungsweg ein, wodurch ein aus der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit in einem nicht miteinander gemischten Zustand bestehendes Austragtröpfchen gebildet wird. Die Anteile dieser Flüssigkeiten in allen Austragtröpfchen, welches zur Bilderzeugung beiträgt, können, je nach Aufbau des Kopfes o. ä., geeignet gewählt werden. Um wirksam den Vorteil zu erreichen, dass die thermischen Anforderungen für die Blasenbildung wesentlich reduziert werden können, ist es jedoch von Vorteil, wenn der Anteil der ersten Flüssigkeit innerhalb der Grenzen, die die Erreichung der Ziele der vorliegenden Erfindung gewährleisten, so groß wie möglich ist. Es ist von Vorteil, eine Voreinstellung in solcher Weise vorzunehmen, dass das Verhältnis der ersten Flüssigkeit zur zweiten Flüssigkeit in einem Bereich von Beispiel 50 : 50 bis 95 : 5 liegt. Es ist von Vorteil, die Dichte des Färbematerials aus dem Anteil der ersten Flüssigkeit zur zweiten Flüssigkeit herzuleiten.
Das eingesetzte Verhältnis der ersten Flüssigkeit zur zweiten Flüssigkeit kann beispielsweise auch durch Änderung der Ansteuerbedingungen des in der Blasenerzeugungszone angeordneten Heizelementes gesteuert werden. Dieses Steuerverfahren wird für den Fall beschrieben, dass die erste Flüssigkeit als wässrige Flüssigkeit mit der auszutragenden zweiten Flüssigkeit gemischt wird. Dieses Verfahren kann auch auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandt werden, wo zwei Flüssigkeiten beim Austrag miteinander gemeinsam vorliegen, um beispielsweise bevorzugt eine Tonabstufung auszudrücken.
Die Anordnungs- bzw. Lagerbeziehung zwischen dem Heizelement und dem bewegbaren Glied in diesem Kopf wird jetzt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Formen, Abmessungen und Anzahl der bewegbaren Glieder und Heizelemente sind jedoch nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt. Der Druck bei Blasenbildung durch das Heizelement kann wirksam als Austragdruck durch die optimale Anordnung des Heizelementes und des bewegbaren Gliedes genutzt werden.
Beim Tintenaustrag-Aufzeichnungsverfahren nach dem Stand der Technik, dem sogenannten Bubble-Jet-Aufzeichnungsverfahren, bei dem das Einbringen von Energie, wie etwa Wärme, in die Tinte eine Zustandsänderung bewirkt, die durch eine schnelle Volumenänderung (Blasenerzeugung) in der Tinte begleitet ist und die Tinte aus der Austragöffnung durch die mit dieser Zustandsänderung erzeugte Arbeitskraft bewirkt wird und die Tinte auf ein Aufzeichnungsmedium aufgebracht wird, wodurch ein Bild erzeugt wird – wie in 11 dargestellt –, gibt es ein proportionales Verhältnis zwischen der Fläche des Heizelementes und der Austragmenge der Tinte. Es wurde jedoch festgestellt, dass es einen ineffizienten Bereich S für die Blasenbildung gibt, welcher nicht zum Tintenaustrag beiträgt. Es wird auch aus dem Zustand einer Befagsbildung auf dem Heizelement festgestellt, dass der ineffiziente Bereich S für die Blasenbildung am Rande des Heizelementes vorliegt. Aus diesen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass der Randbereich des Heizelementes um etwa 4 μm breiter nicht zur Blasenbildung beiträgt.
Daher kann man sagen, dass zur effizienten Nutzung des bei der Blasenbildung erzeugten Druckes es wirkungsvoll ist, das bewegbare Glied auf solche Weise anzuordnen, dass das bewegbare Gebiet einen Raum direkt über der wirksamen Fläche des Heizelementes für die Blasenbildung bedeckt, welches ein Gebiet um mindestens etwa 4 μm vom Rand nach innen ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist die wirksame Fläche für die Blasenbildung als ein Gebiet definiert, welches mindestens etwa 4 μm vom Rand nach innen liegt – worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist –, abhängend von der Art und dem Herstellungsverfahren des Heizelementes.
Die 12A und 12B sind schematische Draufsichten von Heizelementen auf 58 × 150 μm und bewegbaren Gliedern 301 (12A) und 302 (12B), die über diesen angeordnet sind. 301 und 302 unterscheiden sich hinsichtlich der Fläche des bewegbaren Gebiets voneinander.
Das bewegbare Glied 301 hat Abmessungen von 53 × 145 μm und ist kleiner als die Fläche des Heizelementes 2, seine Abmessungen sind aber im wesentlichen gleich denen des effektiven Gebietes für die Blasenbildung des Heizelementes 2. Das bewegbare Element 301 ist so angeordnet, dass es die effektive Fläche für die Blasenbildung überdeckt. Andererseits hat das bewegbare Glied 302 Abmessungen von 53 × 220 μm und ist größer als die Fläche des Heizelementes 2 (es hat die gleiche Breite, die Länge vom Lagerpunkt bis zu einem bewegbaren Ende ist aber größer als diejenige des Heizelementes). Das bewegbare Glied 302 ist auch so angeordnet, dass es die effektive Fläche für die Blasenbildung überdeckt. Die bewegbaren Glieder 301 und 302 wurden hinsichtlich der Lebensdauer und Austragseffizienz getestet. Im Ergebnis – im Hinblick auf die Lebensdauer der bewegbaren Glieder – wurde der Lagerpunktabschnitt des bewegbaren Gliedes 301 beschädigt, wenn 1 × 10⁷ Impulse angelegt wurden. Auf der anderen Seite wurde der Lagerpunktabschnitt des bewegbaren Gliedes 302 auch dann nicht beschädigt, wenn 3 × 10⁸ Impulse angelegt wurden. Außerdem wurde festgestellt, dass die aus der Austragmenge und der Austragkrater in Beziehung zur eingebrachten Energie gerechnete kinetische Energie mit dem bewegbaren Glied 302 auch um das 1,5–2,5-fache erhöht wurde.
Aus den obigen Ergebnissen kann man ersehen, dass es besser ist, wenn das bewegbare Glied derart angeordnet ist, dass es die Fläche unmittelbar über der effektiven Fläche für die Blasenbildung überdeckt und die Fläche des bewegbaren Gliedes größer als die jenige des Heizelementes ist, unter dem Blickwinkel der Langlebigkeit und Austragseffizienz.
13 stellt diagrammartig eine Beziehung zwischen der Verschiebung eines bewegbaren Gliedes und dem Abstand l von der Lagerstelle eines bewegbaren Gliedes zur Kante des Heizelementes dar. 14 ist eine blockdiagramm-artige Querschnittsdarstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen dem bewegbaren Glied 31 und dem Heizelement 2, gesehen aus seitlicher Richtung, darstellt. Das benutzte Heizelement hatte die Abmessungen 40 × 105 μm. Man kann sehen, dass die Verschiebung größer wird, wenn der Abstand l zwischen einer Kante des Heizelementes 2 und einer Lagerstelle des bewegbaren Gliedes 31 größer ist. Es ist daher wünschenswert, dass der Ort des Lagerpunktes des bewegbaren Gliedes aus der optimalen Verschiebung ermittelt wird, die auf der Grundlage der erforderlichen Tintenaustragmenge, des Strömungswegaufbaus für die Austragflüssigkeit und der Form des Heizelementes bestimmt wird.
Wenn der Lagerpunkt des bewegbaren Gliedes unmittelbar über der effektiven Fläche für die Blasenbildung des Heizelementes liegt, wirkt der Druck infolge der Blasenbildung zusätzlich zur Spannung durch die Verschiebung des bewegbaren Gliedes direkt auf die Lagerstelle, also das die Lebensdauer des bewegbaren Gliedes verringert wird. Die Experimente der Erfinder haben ergeben, dass in einem Kopf, in dem die Lagerstelle direkt über der effektiven Fläche für die Blasenbildung liegt, die sich bewegende Wand durch Anwendung von etwa 1 × 10⁶ Impulsen bestätigt wird, so dass ihre Lebensdauer verringert ist. Daher kann, wenn die Lagerstelle des bewegbaren Gliedes nicht direkt über der effektiven Fläche für die Blasenbildung liegt, auch ein bewegbares Glied mit nicht sehr langlebiger Form und Material praktisch eingesetzt werden. Andererseits kann auch dann, wenn der Lagerpunkt direkt über der effektiven Fläche für die Blasenbildung liegt, ein hinsichtlich seiner Form und seines Materials geeignet ausgewähltes bewegbares Glied erfolgreich eingesetzt werden. Bei einem solchen Aufbau kann ein Flüssigkeitsaustrag mit hoher Austragseffizienz und ausgezeichneter Lebensdauer bereit gestellt werden.
Nachfolgend wird der Aufbau eines Elementsubstrates beschrieben, der mit einem Heizelement zum Einbringen von Wärme in eine Flüssigkeit versehen ist.
Die 15A und 15B sind Längsschnittdarstellungen, die Flüssigkeitsaustragsköpfe zeigen, und zwar einen mit einer Schutzschicht, die nachfolgend beschrieben wird, und einen ohne Schutzschicht.
Auf einem Element-Substrat 1 sind ein zweiter Flüssigkeitsströmungsweg 16, eine Trennwand 30, ein erster Flüssigkeitsströmungsweg 14 und ein gerilltes Element 50 mit einer Nut zur Definierung des ersten Flüssigkeitsströmungsweges in dieser Reihenfolge vorgesehen.
Das Element-Substrat 1 weist ein Substrat 107 aus Silicium etc. auf, auf dem eine Schicht 106 aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrit zum Zwecke der Isolierung und Wärmesammlung, eine Heizwiderstandsschicht 105 (mit einer Dicke von 0,01 bis 0,2 μm), aus Hafniumborid (HfB₂), Tantalnitrit (TaN) oder Tantal-Alumium (TaAl), die ein Heizelement bildet, und Verdrahtungselektroden 104 (Dicke: 0,2 bis 1,0 μm) aus Aluminium o. ä. und strukturiert wie in 6 dargestellt, in dieser Reihenfolge – vom Substrat aus gerechnet – vorgesehen sind. Eine Spannung wird an die Widerstandsschicht 105 über die beiden Verdrahtungselektroden 104 angelegt, um einen Stromfluss durch die Widerstandsschicht zu erzeugen, wodurch Wärme entwickelt wird. Auf der Widerstandsschicht zwischen den Verdrahtungselektroden ist weiter eine aus Siliciumoxid, Siliciumnitrit o. ä. gebildete Schutzschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 2,0 μm gebildet, auf der weiterhin eine Kavitations-Widerstandsschicht (Dicke 0,1 bis 0,6 μm) mit Tantal o. ä. gebildet ist, um die Widerstandsschicht 105 gegenüber verschiedenen Flüssigkeiten, etwa Tinten, zu schützen.
Insbesondere können der Druck und die Schockwelle, die bei der Blasenbildung oder dem Verschwinden der Blase auftreten, sehr intensiv sein, was die Lebensdauer der harten und spröden Oxidschicht signifikant verringert. Daher wird Tantal (Ta) o. ä., welches ein metallisches Material ist, als Kavitations-Widerstandsschicht verwendet.
Der Kopf kann einen solchen Aufbau haben, dass die oben erwähnte Schutzschicht entsprechend der Kombination der Flüssigkeiten, dem Aufbau der Flüssigkeitsströmungswege und dem Widerstandsmaterial nicht erforderlich ist. Ein solcher Aufbau ist in 15B dargestellt. Beispiele eines Materials für eine solche Widerstandsschicht, die keine Schutzschicht benötigt, sind Irridium-Tantal-Aluminium-Legierungen o. ä.
Wie oben beschrieben, können die Heizelemente in den oben erwähnten jeweiligen Ausführungsformen entweder nur durch die Widerstandsschicht (den Heizabschnitt) zwischen den Elektroden oder durch die Widerstandsschicht und die Schutzschicht zu deren Schutz gebildet sein.
Bei dieser Ausführungsform wird das Heizelement mit dem durch eine Widerstandsschicht gebildeten Abschnitt, der im Ansprechen auf elektrische Signale Wärme erzeugt, als das Heizelement verwendet – die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Es kann jedes Heizelement eingesetzt werden, sofern dieses eine Blasenbildung in der zweiten Flüssigkeit als Blasenbildungsflüssigkeit bewirken kann, die zum Austrag einer Austragflüssigkeit hinreichend ist. Beispiele sind ein Heizelement mit einen Heizabschnitt, der aus einem fotothermischen Wandler, der Wärme mit Licht, etwa Laserstrahlung, erzeugt, oder ein Heizabschnitt, der Wärme mit HF erzeugt.
Neben dem elektrothermischen Wandler, der durch die Widerstandsschicht 105, die den oben erwähnten Heizabschnitt darstellt, gebildet ist, und den Verdrahtungselektroden 104 zur Übertragung elektrischer Signale an die Widerstandsschicht kann ein Funktionselement zur selektiven Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers, wie etwa ein Transistor, eine Diode, ein Latch oder ein Schieberegister, integral mit dem oben erwähnten Element-Substrat 1 durch ein Herstellungsverfahren der Halbleitertechnologie gefertigt sein.
Um den Heizabschnitt des elektrothermischen Wandlers, der auf einem solchen Element-Substrat gemäß obiger Beschreibung vorgesehen ist, um eine Flüssigkeit auszutragen, anzusteuern, wird ein Rechteckimpuls, wie in 16 gezeigt, an die erwähnte Widerstandsschicht 105 über die Verdrahtungselektroden 104 angelegt, um zu bewirken, dass die Widerstandsschicht 105 zwischen den Verdrahtungselektroden schnell Wärme erzeugt. In jedem der Köpfe bei den oben beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen wurde das Heizelement durch Anlegen eines elektrischen Signals mit einer Spannung von 24 V, einer Impulsbreite von 7 μsec und einem Strom von 150 mA bei einer Frequenz von 6 kHz angesteuert, um eine flüssige Tinte aus der Austragöffnung gemäß der oben beschriebenen Betriebsweise auszutragen. Jedoch sind die Ansteuerbedingungen hierauf nicht beschränkt, und es kann jedes Signal verwendet werden, sofern dieses eine adäquate Blasenbildung in einer Blasenbildungsflüssigkeit ermöglicht.
Ein beispielhafter Aufbau eines Flüssigkeitsaustragkopfes, welcher erfolgreich Flüssigkeiten verschiedener Arten in eine erste und zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer ohne Mischen einführen kann und bei dem die Anzahl der Teile und die Produktionskosten reduziert sind, wird nachfolgend beschrieben.
17 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die den Aufbau eines Flüssigkeitsaustragkopfes zeigt.
Bei dieser Ausführungsform besteht ein gerilltes Element 50 im wesentlichen aus einer Öffnungsplatte 51 mit Austragöffnungen 18, mehreren Nuten oder Rillen zum Festlegen mehrerer erster Flüssigkeitsströmungswege 14 und einem gerillten Teil zur Festlegung einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15, die mit den ersten Flüssigkeitsströmungswegen 14 in Verbindung steht und jeden ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 mit einer ersten Flüssigkeit versorgt.
Die mehreren ersten Flüssigkeitsströmungswege 14 können durch Aufbinden einer Trennwand 30 auf einen Bodenabschnitt des gerillten Elementes 50 definiert werden. Ein solches gerilltes Element 50 hat einen ersten Flüssigkeits-Zufuhrweg 20, der sich von seiner Oberseite zur ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 erstreckt. Außerdem hat das gerillte Element 50 einen zweiten Flüssigkeits-Zufuhrweg 21, der sich von seiner Oberseite durch die Trennwand 30 zu einer zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 erstreckt.
Die erste Flüssigkeit wird zur ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 und dann dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg 14 über den ersten Flüssigkeits-Zufuhrweg 20 zugeführt, wie mit dem Pfeil C bezeichnet, während die zweite Flüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 und dann den zweiten Flüssigkeitsströmungswegen 16 über den zweiten Flüssigkeits-Zufuhrweg 21 zugeführt wird, wie mit dem Pfeil D bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform ist der zweite Flüssigkeits-Zufuhrweg 21 parallel zum ersten Flüssigkeits-Zufuhrweg 20 angeordnet – worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Er kann in beliebiger Weise angeordnet sein, so lange er so definiert ist, dass durch die außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 angeordnete Trennwand 30 hindurch verläuft und mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 in Verbindung steht.
Die Dicke (Durchmesser) des zweiten Flüssigkeits-Zufuhrweges 21 wird im Hinblick auf die Zufuhrgeschwindigkeit der zweiten Flüssigkeit festgelegt. Die Form des zweiten Flüssigkeits-Zufuhrweges 21 muß nicht rund sein, sondern kann rechteckig sein.
Die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 kann durch Unterteilen des gerillten Elementes 50 mit der Trennwand 30 gebildet werden. Dem Herstellungsprozess wird – wie in der Explosionsdarstellung dieser Ausführungsform gemäß 18 gezeigt – ein Rahmen der gemeinsamen Flüssigkeitskammer und eine Wandung des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges durch eine Trockenschicht auf dem Element-Substrat gebildet, und eine Anordnung bzw. Baugruppe des gerillten Elementes 50 und der hierauf fixierten Trennwand 30 wird mit dem Element-Substrat 1 verbunden, wodurch die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 17 und die zweiten Flüssigkeitsströmungswege 16 gebildet werden können.
Bei dieser Ausführungsform ist das Element-Substrat 1, auf dem eine Mehrzahl von elektrothermischen Wandlern als Heizelemente vorgesehen worden ist, die Wärme zur Bewirkung der Blasenbildung zur Erzeugung einer Blase durch Schichtsieden (wie oben beschrieben) erzeugen, auf einem Träger 70 aus einem Metall, wie etwa Aluminium, angeordnet.
Auf dem Element-Substrat 1 sind mehrere Rillen zur Festlegung der Flüssigkeitsströmungswege 16, gebildet durch die Wandung des zweiten Flüssigkeitsströmungsweges, als zurückgesetzter Abschnitt zur Festlegung der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer (gemeinsame Blasenbildungsflüssigkeits-Kammer 17) zur Versorgung jedes Blasenbildungs-Flüssigkeitsströmungsweges mit der Flüssigkeit für die Blasenbildung und die mit den bewegbaren Wandungen 31 versehene Trennwand 30 angeordnet.
Ziffer 50 bezeichnet das gerillte Element. Das gerillte Element 50 hat Nuten bzw. Rillen zum Festlegen von Austragflüssigkeits-Strömungswegen (ersten Flüssigkeitsströmungswegen) 14, in dem es mit der Trennwand 30 verbunden ist, einen zurückspringenden Abschnitt zum Festlegen der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer (gemeinsamen Austragflüssigkeits-Kammer) 15 zur Versorgung jedes Austragflüssigkeits-Strömungsweges mit der Austragflüssigkeit, den ersten Zufuhrweg (Austragflüssigkeits-Zufuhrweg) 20 zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zur ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer und den zweiten Zufuhrweg (Blasenbildungsflüssigkeits-Zufuhrweg) 21 zum Zuführen der zweiten Flüssigkeit (Blasenbildungsflüssigkeit) zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17. Der zweite Zufuhrweg 21 verläuft durch die Trennwand 30, die außerhalb der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 15 vorgesehen ist, und ist mit einem mit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 in Verbindung stehenden Verbindungsweg verknüpft. Dieser Verbindungsweg ermöglicht die Zufuhr der zweiten Flüssigkeit zur zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 17 ohne Mischen mit der ersten Flüssigkeit.
Bezüglich der Lagebeziehung zwischen dem Element-Substrat 1, der Trennwand 30 und der gerillten Deckplatte 50, ist jedes bewegbare Glied 31 gegenüber dem Heizelement auf dem Element-Substrat 1 angeordnet, und der Flüssigkeitsströmungsweg 14 ist gegenüber dem bewegbaren Glied 31 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem der zweite Flüssigkeits-Zufuhrweg im gerillten Element angeordnet ist. Es kann jedoch eine Mehrzahl von zweiten Flüssigkeits-Zufuhrwegen in Abhängigkeit von der Zufuhrrate der zweiten Flüssigkeit vorgesehen sein. Die Flüssigkeitsweg-Querschnittsflächen des ersten Flüssigkeits-Zufuhrweges 20 und des Blasenbildungsflüssigkeits-Zufuhrweges 21 können im Verhältnis zu den jeweiligen Zufuhrraten bestimmt sein. Die Teile zum Aufbau des gerillten Elementes 50 u. ä. können durch Optimierung dieser Zufuhrweg-Querschnittsflächen miniaturisiert sein.
Bei dieser Ausführungsform sind – wie oben beschrieben – der zweite Zufuhrweg zum Zuführen der zweiten Flüssigkeit zum zweiten Flüssigkeitsströmungsweg und der erste Zufuhrweg zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zum ersten Flüssigkeitsströmungsweg in einer gerillten Deckplatte als gerilltes Element gebildet, wodurch die Anzahl der Teile verringert werden kann und einer Verkürzung des Produktionsverfahrens und einer Verringerung der Produktionskosten möglich werden.
Außerdem wird die Zufuhr der zweiten Flüssigkeit in die mit dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg in Verbindung stehende zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer durch den zweiten Zufuhrweg in Richtung durch die Trennwand hindurch, die die erste Flüssigkeit von der zweiten Flüssigkeit trennt, ausgeführt, so dass die Schritte des Verbindens der Trennwand, des gerillten Elementes und des das Heizelement bildenden Substrates gleichzeitig ausgeführt werden können. Hierdurch wird die Produktion leichter und es kann darüber hinaus die Genauigkeit der Verbindung verbessert werden, wodurch die Austragflüssigkeit leicht ausgetragen werden kann.
Weiterhin kann, da die zweite Flüssigkeit der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer durch die Trennwand hindurch zugeführt wird, die zweite Flüssigkeit zuverlässig dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg zugeführt werden, und es kann eine ausreichende Zufuhrrate gesichert werden, wodurch ein stabiler Austrag erreichbar wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ermöglicht – wie oben bei der vorangehenden Ausführungsform beschrieben – der Aufbau mit den oben beschriebenen bewegbaren Gliedern einen Austrag einer Flüssigkeit mit höherer Austragkraft und bei höherer Geschwindigkeit als mit dem herkömmlichen Flüssigkeitsaustragkopf.
Eine Flüssigkeitsaustragkopf-Patrone, bei der der Flüssigkeitsaustragkopf gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform montiert ist, wird nachfolgend grob beschrieben.
19 ist eine schematische Explosionsdarstellung einer Flüssigkeitsaustragkopf-Patrone, die den oben beschriebenen Flüssigkeitsaustragkopf aufweist. Die Flüssigkeitsaustragkopf-Patrone umfasst hauptsächlich einen Flüssigkeitsaustragkopf 200 und einen Flüssigkeitsbehälter 90.
Der Flüssigkeitsaustragkopf-Teil 200 besteht aus einem Element-Substrat 1, einer Trennwand 30, einem gerillten Element 50, einer Druckstangen-Feder 78, einem Flüssigkeitzufuhrelement 80, einem Träger 70 o. ä. Auf dem Element-Substrat 1 ist eine Mehrzahl von Heizwiderständen zum Einbringen von Wärme in eine Blasenbildungsflüssigkeit in Reihen – wie oben beschrieben – vorgesehen, und eine Mehrzahl von Funktionselementen zur selektiven Ansteuerung der Heizwiderstände. Blasenbildungsflüssigkeits-Strömungswege sind zwischen dem Element-Substrat 1 und der oben beschriebenen Trennwand 30 mit bewegbaren Wänden vorgesehen, durch die die Blasenbildungsflüssigkeit strömt. Austragflüssigkeits-Strömungswege (nicht dargestellt), durch die eine Austragflüssigkeit strömt, werden durch Verbinden der Trennwand 30 mit der gerillten Deckplatte 50 festgelegt.
Die Druckstangen-Feder 78 ist ein Teil zum Anlegen einer Vorspannkraft in Richtung des Element-Substrates 1 an das gerillte Element 50. Das Element-Substrat 1, die Trennwand 30 und das gerillte Element 50 werden durch diese Vorspannkraft – wie nachfolgend beschrieben wird – erfolgreich mit einem Träger 70 vereinigt.
Der Träger bzw. die Basis 70 wird zum Halten des Element-Substrates 1 o. ä. benutzt. Weiter ist auf dem Träger 70 eine Kletterplatte 71 angeordnet, die mit dem Element-Substrat 1 verbunden ist, um elektrische Signale zuzuführen, sowie Anschlusszeichen, die mit einer Vorrichtung verbunden sind, um elektrische Signale an die Vorrichtung zu senden und von dieser zu empfangen.
Der Flüssigkeitsbehälter 90 enthält separat zwei Flüssigkeiten, die dem Flüssigkeitsaustragkopf zuzuführen sind. Außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 90 sind Positionierungsabschnitte 94 zum Anbringen eines Verbindungselementes zum Verbinden des Behälters mit dem Flüssigkeitsaustragkopf und Fixierungsschäfte bzw. -wellen 95 zum Fixieren des Verbindungselementes vorgesehen. Die dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg zuzuführende erste Flüssigkeit wird aus einem Zufuhrweg 92 des Flüssigkeitsbehälters 90 einem Zufuhrweg 84 des Verbindungselementes einen Zufuhrweg 81 des Flüssigkeitzufuhrelementes 80 zugeführt wird, und sie wird der ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer durch die Zufuhrwege 83, 71, 21 der einzelnen Teile zugeführt. Die zweite Flüssigkeit (Blasenbildungsflüssigkeit) wird ebenfalls aus einem Zufuhrweg 93 des Flüssigkeitsbehälters 90 durch einen Zufuhrweg des Verbindungselementes in einen Zufuhrweg 82 des Flüssigkeitzufuhrelementes 80 zugeführt, und sie wird der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer durch die Zuführwege 84, 71, 22 der einzelnen Teile zugeführt.
Der Flüssigkeitsbehälter kann durch Nachfüllen der entsprechenden Flüssigkeiten nach Verbrauch der Flüssigkeiten wieder verwendet werden. Es ist daher wünschenswert, im Flüssigkeitsbehälter Flüssigkeitseinfüllöffnungen vorzusehen. Weiterhin können der Flüssigkeitsaustragkopf und der Flüssigkeitsbehälter entweder integral miteinander oder separat voneinander geformt sein.
20 zeigt schematisch den Aufbau einer Flüssigkeitsaustrag-Vorrichtung, bei der der oben beschriebene Flüssigkeitsaustragkopf montiert ist. Ein Wagen HC ist mit einer Kopfpatrone montiert, die separat mit einem Flüssigkeitstankabschnitt 90 und einem Flüssigkeitsaustragkopf 200 versehen ist, und bewegt sich hin und her in der Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums 150, wie etwa Aufzeichnungspapier, welches durch eine Aufzeichnungsmedium-Fördereinrichtung zubefördert wird.
Wenn ein Ansteuersignal an die Flüssigkeitsaustrageinrichtung auf dem Wagen von einer Ansteuersignal-Zuführeinrichtung (nicht dargestellt) angelegt wird, werden die erste Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit in kombiniertem Zustand aus dem Flüssigkeitsaustragkopf in Ansprechen auf dieses Signal ausgetragen.
Die Flüssigkeitsaustrag-Vorrichtung gemäß der Ausführungsform hat einen Motor 111 als Antriebsquelle zum Antrieb der Aufzeichnungsmedium-Zuführeinrichtung und des Wagens, Zahnräder 112, 113 und eine Wagenwelle 115 zur Übertragung der Antriebskraft von der Antriebswelle auf den Wagen o. ä. Durch diese Aufzeichnungsvorrichtung und das durch diese Aufzeichnungsvorrichtung ausgeführte Tintenaustragverfahren wurden Flüssigkeiten auf verschiedene Aufzeichnungsmedien ausgetragen, wodurch Drucker mit guten Bildern erfolgreich bereitgestellt wurden.
21 ist ein Blockschaltbild, welches den Betrieb der gesamten Vorrichtung zur Ausführung einer Tintenaustrag-Aufzeichnung darstellt, bei der das Flüssigkeitsaustrag-Verfahren und der Flüssigkeitsaustragkopf gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wurden.
Die Aufzeichnungsvorrichtung erhält Druckinformation als Steuersignal von einem Steuercomputer 300. Die Druckinformation wird zeitweilig in einer Eingangs-Schnittstelle 301 innerhalb der Druck-(Aufzeichnungs-)vorrichtung gespeichert und gleichzeitig in ein Datenformat gewandelt, welches in der Aufzeichnungsvorrichtung verarbeitbar ist, um es in eine CPU 302 einzugeben, die mit einer Einrichtung zum Zuführen eines Kopf-Ansteuersignals verbunden ist. Die CPU 302 verarbeitet die Eingangsdaten unter Einsatz peripherer Einheiten, etwa eines RAM 304, auf Basis des in einem ROM 303 gespeicherten Steuerprogramms zur Wandlung der Daten in Druckdaten (Bilddaten).
Um die Bilddaten auf geeigneten Positionen des Aufzeichnungspapiers zum Ausdruck zu bringen, erzeugt die CPU 302 auch Ansteuerdaten zur Ansteuerung eines Antriebsmotors, der das Aufzeichnungspapier und den Aufzeichnungskopf synchron zu den Bilddaten bewegt. Die Bilddaten und die Motorsteuerdaten werden einem Kopf 200 bzw. einem Antriebsmotor 306, über eine Kopf-Ansteuerung 307 und eine Motor-Ansteuerung 305 zugeführt, um den Kopf und den Antriebsmotor mit einem gesteuerten Timing anzusteuern, wodurch ein Bild erzeugt wird.
Beispiele der Aufzeichnungsmedien, die in einer solchen, oben beschriebenen Aufzeichnungsvorrichtung eingesetzt werden können, sind verschiedene Arten von Papier, OHP-Folien in CD's und Dekorationsplatten verwendete Kunststoffmaterialien, Gewebe, metallische Materialien, wie etwa Aluminium oder Kupfer, Ledermaterial, wie etwa Rind-, Schweine- oder Kunstleder, Holz-Materialien, wie etwa Holz oder Sperrholz, Bambus, keramische Materialien, wie etwa Fließen bzw. Dachziegel, oder dreidimensionale Strukturen, wie etwa Schwamm.
Die oben erwähnte Aufzeichnungsvorrichtung umfasst Drucker zum Ausführen einer Aufzeichnung auf verschiedene Arten von Papier oder OHP-Folien, Aufzeichnungsvorrichtungen für Kunststoffe zur Ausführung einer Aufzeichnung auf Kunststoffmaterialien, wie etwa CD's, Aufzeichnungsvorrichtungen für Metalle zur Ausführung einer Aufzeichnung auf Metallplatten oder -folien, Aufzeichnungsvorrichtungen für Leder zum Ausführen einer Aufzeichnung auf Leder, Aufzeichnungsvorrichtungen für Holz zur Ausführung einer Aufzeichnung auf Holz, Aufzeichnungsvorrichtungen für Keramik zur Ausführung einer Aufzeichnung auf keramischen Materialien, Aufzeichnungsvorrichtungen zur Ausführung einer Aufzeichnung auf drei-dimensionalen Strukturen, wie etwa Schwamm sowie Textil-Druckapparate zur Ausführung einer Aufzeichnung auf Gewebe.
Als die bei diesen Flüssigkeitsaustrag-Vorrichtungen eingesetzte Austragflüssigkeiten können Flüssigkeiten eingesetzt werden, welche mindestens die Merkmale der vorliegenden Erfindung haben und an die jeweiligen Aufzeichnungsmedien und Aufzeichnungsbedingungen angepaßt sind.
Ein beispielhaftes Tintenaustrag-Aufzeichnungssystem, bei dem der Flüssigkeitsaustragkopf gemäß der vorliegenden Erfindung als Aufzeichnungskopf zur Ausführung einer Aufzeichnung auf Aufzeichnungsmedien verwendet wird, werden nachfolgend beschrieben.
22 zeigt schematisch den Aufbau eines Tintenaustrag-Aufzeichnungssystems unter Einsatz eines Flüssigkeitsaustragkopfes 201 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Flüssigkeitsaustragköpfe bei dieser Ausführungsform sind Köpfe vom Zeilen-Typ, die jeweils mit einer Mehrzahl an Austragöffnungen in Abständen von 360 dpi in Längenrichtung gemäß der Aufzeichnungsbreite eines Aufzeichnungsmediums 150 versehen sind. Vier Köpfe der 4 Farben Gelb (Y), Magenta (M), Cyan (C) und Schwarz (Bk) sind fest auf einem Halter 202 parallel miteinander in vorbestimmten Intervallen in X-Richtung gehaltert.
Signale werden separat diesen Köpfen von einer Kopf-Ansteuerung 307 zugeführt, die eine Ansteuersignal-Zufuhreinrichtung zur Ansteuerung der entsprechenden Köpfe in Reaktion auf diese Signale bildet.
Die Köpfe werden aus Tintenbehältern 204a bis 204d mit vier Tinten der Farben Y, M, C und Bk versorgt. Im übrigen bezeichnet Bezugsziffer 204e einen Blasenbildungsflüssigkeits-Behälter, der eine zweite Flüssigkeit (Blasenbildungsflüssigkeit) enthält, und der so aufgebaut ist, dass die Blasenbildungsflüssigkeit den entsprechenden Köpfen aus diesem Behälter zugeführt wird.
Unter den jeweiligen Köpfen sind Kopfabdeckungen 203a bis 203d vorgesehen, in denen Tintenaufnahmematerial angeordnet ist. Die Abdeckungen bzw. Kappen bedecken die Austragöffnungen der jeweiligen Köpfe, wenn keine Aufzeichnung ausgeführt wird, wodurch der Kopf betriebsbereit gehalten werden kann.
Ziffer 206 bezeichnet einen Antriebsriemen, der eine Fördereinrichtung zum Fördern verschiedener Arten von Aufzeichnungsmedien bildet, wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben. Der Antriebsriemen 206 wird durch verschiedene Rollen gemäß einem vorbestimmten Verlauf geführt und durch Antriebsrollen angetrieben, die mit einem Motor-Antrieb 305 verbunden sind. Beim Tintenaustrag-Aufzeichnungssystem gemäß dieser Ausführungsform sind eine Vorbehandlungs-Vorrichtung 251 und eine Nachbehandlungs-Vorrichtung 252 zur Ausführung verschiedener Behandlungen vor und nach der Aufzeichnung auf der stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Seite des Förderweges des Aufzeichnungsmediums vorgesehen.
Die Inhalte der Vorbehandlung und Nachbehandlung variieren entsprechend der Art des Aufzeichnungsmediums, auf das eine Aufzeichnung ausgeführt wird, und den Typen der eingesetzten Tinten. Beispielsweise werden Aufzeichnungsmedien wie Metalle, Kunststoffe und Keramik UV-Licht und Ozon als Vorbehandlung ausgesetzt, um ihre Oberflächen zu aktivieren, wodurch ihr Tintenaufnahmevermögen verbessert werden kann. Leicht mit statischer Elektrizität aufzuladende Aufzeichnungsmedien wie etwa Kunststoffe, ziehen infolge der statischen Elektrizität ihrer Oberflächen leicht Staub an. In einigen Fällen kann eine gute Aufzeichnung durch den Staub verhindert werden. Daher ist es von Vorteil, die statische Elektrizität auf den Aufzeichnungsmedien durch eine Ionisierungs-Vorrichtung als Vorbehandlung zu entfernen, wodurch der Staub von den Aufzeichnungsmedien entfernt wird. Wenn Gewebe als Druckmedium eingesetzt wird, ist es erforderlich, eine aus alkalischen Substanzen, wasserlöslichen Substanzen, synthetischen Polymeren, wasserlöslichen Metallsalzen, Harnstoff und Thioharnstoff ausgewählte Substanz auf das Gewebe als Vorbehandlung aufzubringen, um eine Verhinderung von Vorschmieren oder eine Verbesserung der Fixierung zu erreichen. Die Vorbehandlungen sind aber nicht auf diese Behandlungen beschränkt. Als Vorbehandlung kann die Temperatur des Aufzeichnungsmediums auf eine für die Aufzeichnung geeignete Temperatur gesteuert werden.
Andererseits schließt die Nachbehandlung eine Fixierungs-Behandlung zur Erleichterung der Fixierung der Tinten auf einem Aufzeichnungsmedium, auf das die Tinten aufgebracht wurden, wie etwa eine Wärmebehandlung oder das Einwirken von UV-Licht, oder eine Wasch-Behandlung zur Entfernung eines bei der Vorbehandlung aufgebrachten Behandlungshilfsmittels, welches dort unreagiert verbliebe, ein.
Bei dieser Ausführungsform wurde die Beschreibung hinsichtlich eines Zeilen-Kopfes gegeben, auf den die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Vorrichtung kann auch so konstruiert sein, dass kleine Köpfe – wie oben beschrieben – in Breitenrichtung eines Aufzeichnungsmediums zur Durchführung einer Aufzeichnung bewegt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend spezieller durch die nachfolgenden Beispiele erläutert. Hierbei sind alle Bezeichnungen von „Teil" oder „Teilen" in den nachfolgenden Beispielen als Gewichtsteil oder -teile zu verstehen, so lange nichts anderes vermerkt ist.
Beispiel 1
Drei Teile Dimethylsilikonöl, die eine durch die allgemeine Formel
repräsentierte Verbindung enthalten, wurde mit 97 Teilen Cyclohexan vermischt, welches ein nicht polares Lösungsmittel ist, um eine einem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg als Blasenbildungsflüssigkeit zuzuführende zweite Flüssigkeit zu präparieren. Dann wurde eine wasserbasierte Tinte mit den nachfolgenden Bestandteilen gemäß einem an sich bekannten Verfahren präpariert, um eine dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg zuzuführende erste Flüssigkeit zu präparieren. Zusammensetzung der wasserbasierten Tinte

C. I. Food Black 2 5 Teile

Glycerol 10 Teile

Diethylenglykol 10 Teile

Wasser 75 Teile
Eine Kombinationen der ersten und zweiten Flüssigkeit wurde zur Ausführung einer Flüssigkeitsaustrag-Aufzeichnung mittels einer Vorrichtung benutzt, die mit einem Kopf gemäß dem in 5 dargestellten Aufbau versehen war, wobei das Volumenverhältnis der ersten Flüssigkeit zur zweiten Flüssigkeit in einem gleichzeitig ausgetragenen Tröpfchen 90 : 10 betrug, um Druckproben mit vielen zusammenhängenden Druckflächen von 1 × 1 cm Abmessungen auf Normalpapier zu bilden.
Die Analyse der aufgezeichneten Bilder ergab, dass jeder Punkt einen solchen Aufbau hat, dass ein Tröpfchen der zweiten Flüssigkeit derart ausgetragen wird, dass es das Tröpfchen der ersten Flüssigkeit bedeckt, das heißt, einen Aufbau, bei dem das Tröpfchen der ersten Flüssigkeit mit der zweiten Flüssigkeit bedeckt war.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde nur die in Beispiel 1 benutzte wasser-basierte Tinte benutzt, das heißt, die wasser-basierte Tinte wurde sowohl dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg als auch dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg zugeführt, um die gleiche Flüssigkeitsaustrag-Aufzeichnung wie beim Beispiel 1 auszuführen und hierdurch Druckproben zu gewinnen.
Bewertung Testbeispiel 1
Die aufgezeichneten Bilder auf den Druckproben, die beim Beispiel 1 und Vergleichbeispiel 1 erhalten wurden, wurden nach den nachfolgenden Punkten bewertet.
1) Wasserfestigkeit
Jede Druckprobe wurde unter einem Winkel von 45° mit der Bildseite nach oben geneigt, und es wurde 1 ml Wasser darauf auf solche Weise getropft, dass die Wassertröpfchen über die Bildseite liefen, wodurch beobachtbar war, ob ein Auslaufen des Färbematerials auftrat oder nicht. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass bei der Druckprobe des Beispiels 1 kaum ein Auslaufen des Färbematerials zu beobachten war. Es wurde daher eine gute Wasserfestigkeit erhalten, andererseits wurde bei der Druckprobe des Vergleichsbeispiels 1 ein Auslaufen von Färbematerial beobachtet.
2) Glanz des Bildes
Es wurde der Glanz jeder Druckprobe visuell bewertet. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass die Druckprobe des Beispiels 1 gegenüber der Druckprobe des Vergleichsbeispiels 1 einen verbesserten Glanz aufwies.
3) Abriebfestigkeit
Es wurde eine Druckprobe auf die gleiche Weise wie beim Beispiel 1 präpariert, mit der Ausnahme, dass ein Pigment als Färbematerial anstelle des C. I. Food Black 2 verwendet wurde, um eine verbesserte Abriebfestigkeit zu erreichen. Die bedruckte Oberfläche dieser Druckprobe wurde fünf Mal mit einem Radiergummi radiert, um den Grad des Abreibens des Bildes zu bewerten. Im Ergebnis zeigte sich kein Problem bei dieser Druckprobe. Andererseits bleichte die Druckprobe des Vergleichsbeispiels 1 im bedruckten Bereich aus.
Beispiel 2
Eine erste Flüssigkeit (wasser-basierte Tinte), die einem ersten Flüssigkeitsströmungsweg zuzuführen war, wurde mit den folgenden Komponenten präpariert: Zusammensetzung der ersten Flüssigkeit

Disperser Toner 50 Teile

Diethylenglykol 10 Teile

Glycerol 10 Teile

Wasser 30 Teile
Unter Nutzung der wasser-basierten Tinte als erste Flüssigkeit und von Cyclohexan als zweite Flüssigkeit wurde eine Flüssigkeitsaustrag-Aufzeichnung mittels der gleichen Vorrichtung wie beim Beispiel 1 durchgeführt. Hierbei wurden die Bedingungen bezüglich der elektrischen Impulssignale, die an das Heizelement in Reaktion auf Aufzeichnungsinformation angelegt wurden, verschiedenartig variiert, um das Volumen eines zu einem Zeitpunkt ausgetragenen Tröpfchens zu bestimmen. Als Steuerung wurde nur die erste Flüssigkeit benützt, es wurde nämlich die wasser-basierte Tinte sowohl dem ersten Flüssigkeitsströmungsweg als auch dem zweiten Flüssigkeitsströmungsweg zugeführt, um die gleiche Flüssigkeitsaustrag-Aufzeichnung auszuführen, wie oben beschrieben. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass bei Verwendung der wasser-basierten Tinte und des Cyclohexans das Volumen des zugleich ausgetragenen Tröpfchens unter gleichen Impulsbedingungen um etwa 10%, verglichen mit dem Fall, wo nur die wasser-basierte Tinte benutzt wurde, vergrößert war.
Es wurden die Impulssignale verglichen, bei denen in diesen Fällen das gleiche Austragvolumen erreicht wurde. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass die Verwendung der wasser-basierten Tinte und des Cyclohexans die Intensität der Impulssignale geringer als in dem Fall war, wo nur die wasser-basierte Tinte eingesetzt wurde.
Ein Flüssigkeitsaustrag-Verfahren und ein Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die erste Flüssigkeit als Austragflüssigkeit und die zweite Flüssigkeit als Blasenbildungsflüssigkeit verwendet wird, können drastisch den Verbrauch der zweiten Flüssigkeit verringern, eine Änderung der Charakteristika der Austragflüssigkeit verhindern und somit einen attraktiven Flüssigkeitsaustrag für eine lange Zeitspanne sichern. Weiterhin kann mit der vorliegenden Erfindung ein nicht nur die erste Flüssigkeit, sondern auch die zweite Flüssigkeit enthaltendes Tröpfchen gebildet werden, und es können die jeweiligen Effekte der ersten und zweiten Flüssigkeit auf einem Aufzeichnungsmedium, wie etwa Papier und einer Flüssigkeitsaufnahmeschicht zur Geltung gebracht werden.
Wie oben beschrieben, wird durch einen Unterschied in den Eigenschaften dieser Flüssigkeiten der Trennungs-Zustand der der Blasenbildungszone zuzuführenden Flüssigkeit und der die Blasenbildungszone nicht passierenden Flüssigkeit oder im Verschiebungsgebiet eines bewegbaren Gliedes im Kopf nicht vorliegenden Flüssigkeit sichergestellt. Somit wird die funktionale Trennung dieser Flüssigkeiten noch signifikanter gemacht, und die durch die Verwendung beider Flüssigkeiten erreichbaren Vorteile können besser zur Geltung gebracht werden.
Weiterhin können, wenn die Kombination der oben erwähnten beiden Flüssigkeiten geeignet ausgewählt wird, helle, qualitativ hochwertige und wasserbeständige Aufzeichnungen erzielt werden. Daneben können ein Verdicken und eine Krustenbildung an der Austragöffnung eines Kopfes effizienter verhindert werden. Zusätzlich kann dem erhaltenen aufgezeichneten Bild ein schöner Glanz verliehen werden.

Claims

Flüssigkeitsaustragverfahren mit den Schritten – Bereitstellen eines Flüssigkeitsaustragkopfes, umfassend – – eine Flüssigkeitsaustragöffnung (18); – – eine erste Zone, die eine erste Flüssigkeit enthält; – – eine Blasenerzeugungszone (11) mit einem Heizelement (2), wo sich eine zweite Flüssigkeit befindet und Blasen in dieser erzeugt werden; und – – ein bewegbares Glied (31) mit einem freien Ende (32) und einem stromaufwärts davon befindlichen Lagerteil (33), wobei das bewegbare Glied aus einer der Blasenerzeugungszone (11) gegenüberliegenden ersten Position in eine von der Blasenerzeugungszone abliegenden zweiten Position verlagerbar ist, wenn Blasen in der zweiten Flüssigkeit in der Blasenerzeugungszone erzeugt werden, und das in die zweite Position verlagerte bewegbare Glied die Blasen in der zweiten Zone zur Flüssigkeitsaustragöffnung hin leitet; und – Austragen wenigstens der ersten Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsaustragöffnung (18), wobei – eine von der ersten und zweiten Flüssigkeit eine hydrophile Flüssigkeit ist, und die andere eine hydrophobe Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – das freie Ende (32) in der Flüssigkeitsströmung weiter stromabwärts gelegen ist als das Mittelgebiet des Heizelementes (2).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem – sich ein Teil der erzeugten Blase zum Strömungsweg der ersten Flüssigkeit erstreckt, wenn das bewegbare Glied (31) einer Verlagerung unterliegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die erzeugte Blase in Kontakt steht mit dem bewegbaren Teil (31) und verlagert wird während der Verlagerung des bewegbaren Gliedes.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die Blase eine Blase ist, die erzeugt wird durch ein Filmsiede-Phänomen, das durch vom Heizelement (2) auf die Flüssigkeit übertragene Wärme verursacht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die zweite Flüssigkeit zugeführt wird längs einer im wesentlichen flachen oder glatten Innenwandung, die sich weiter stromaufwärts als das Heizelement (2) befindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – das ganze effektive Blasenbildungsgebiet des Heizelementes (2) einer bewegbaren Zone des bewegbaren Gliedes (31) gegenüber liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem – die ganze Fläche des Heizelementes (2) einer bewegbaren Zone des bewegbaren Gliedes (31) gegenüber steht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die Lagerungsstelle (33) des bewegbaren Gliedes (31) nicht direkt über dem Heizelement (2) gelegen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – das freie Ende (32) des bewegbaren Gliedes (31) näher bei der Austragöffnung (18) als direkt über dem Heizelement (2) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die dem Strömungsweg der zweiten Flüssigkeit zugeführte Flüssigkeit ausgezeichnet ist in wenigstens einer aus niedriger Viskosität, Blasenbildungsvermögen und Wärmebeständigkeit ausgewählten Eigenschaft verglichen mit der ersten Flüssigkeit, die deren Strömungsweg zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die erste und die zweite Zone im wesentlichen gegeneinander abgeschlossen sind, wenn sich das bewegbare Glied (31) in der ersten Position befindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – eine von der ersten und zweiten Flüssigkeit eine hydrophile Tinte ist, und die andere eine hydrophobe Tinte.
Flüssigkeitsaustragkopf, umfassend – eine Flüssigkeitsaustragöffnung (18); – eine erste Zone, die eine erste Flüssigkeit enthält; – eine Blasenerzeugungszone (11) mit einem Heizelement (2), wo sich eine zweite Flüssigkeit befindet und Blasen darin erzeugt werden; – ein bewegbares Glied (31) mit einem freien Ende (32) und einem stromaufwärts davon gelegenen Lagerungsteil (33), wobei das bewegbare Glied (31) aus einer der Blasenerzeugungszone (11) gegenüberliegenden ersten Position bewegbar ist in eine zweite Position, die von der Blasenerzeugungszone (11) in der ersten Zone ab liegt, wenn Blasen in der zweiten Flüssigkeit bei der Blasenerzeugungszone (11) erzeugt werden, und wobei das in die zweite Position verlagerte bewegbare Glied (31) die Blasen in der zweiten Zone zur Flüssigkeitsaustragöffnung (18) hinleitet, wobei – eine von der ersten und zweiten Flüssigkeit eine hydrophile Flüssigkeit ist, und die andere eine hydrophobe Flüssigkeit.
Kopf nach Anspruch 14, bei dem – eine von der ersten und zweiten Flüssigkeit eine hydrophile Tinte ist, und die andere eine hydrophobe Tinte.
Kopf nach Anspruch 14 oder 15, bei dem – das freie Ende (32) des bewegbaren Gliedes (31) weiter stromabwärts als das Mittelgebiet des Heizelementes (2) gelegen ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem – ein weiter stromaufwärts als das Heizelement (2) gelegener Zufuhrweg vorgesehen ist zur Zufuhr der zweiten Flüssigkeit zum Heizelement (2).
Kopf nach Anspruch 17, bei dem – der Zufuhrweg versehen ist mit einer im wesentlichen flachen oder glatten Innenwandung weiter stromaufwärts als das Heizelement (2), um diesem die zweite Flüssigkeit längs der Innenwandung zuzuführen.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem – die Blase eine durch Filmsieden, das durch vom Heizelement (2) gelieferte Wärme verursacht wird, erzeugte Blase ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem – das bewegbare Glied (31) in Form einer Platte vorliegt.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem – das ganze effektive Blasenbildungsgebiet des Heizelementes (2) einer bewegbaren Zone des bewegbaren Gliedes (31) gegenüberliegt.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem – die gesamte Fläche des Heizelementes (2) einer bewegbaren Zone des bewegbaren Glieds (31) gegenüber liegt.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei dem – das gesamte Gebiet einer bewegbaren Zone des bewegbaren Gliedes (31) größer ist als das Gesamtgebiet des Heizelementes (2).
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei dem – die Lagerungsstelle (33) des bewegbaren Gliedes (31) gerade oberhalb des Heizelementes (2) gelegen ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 24, bei dem – das freie Ende (32) des bewegbaren Gliedes (31) eine Form besitzt, die im wesentlichen senkrecht verläuft zum Flüssigkeitsströmungsweg, in dem das Heizelement (2) angeordnet worden ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 25, bei dem – das freie Ende (32) des bewegbaren Gliedes (31) bei der Austragöffnung (18) näher als gerade oberhalb des Heizelementes (2) angeordnet ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 26, bei dem – das bewegbare Glied (31) konstruiert ist als ein Teil einer Trennwand, die zwischen dem Strömungsweg der ersten Flüssigkeit und dem Strömungsweg der zweiten Flüssigkeit angeordnet ist.
Kopf nach Anspruch 27, bei dem – die Trennwand aufgebaut ist aus einem metallischem Material, einem Harz oder einer Keramik.
Kopf nach Anspruch 28, bei dem – das metallische Material Nickel oder Gold ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 29, bei dem – eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zu einer Mehrzahl Strömungswege für die erste Flüssigkeit und eine zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer zum Zuführen der zweiten Tinte zu einer Mehrzahl Strömungswege für die zweite Flüssigkeit im Kopf getrennt voneinander angeordnet sind.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 30, bei dem – die erste Zone und die zweite Zone gegeneinander im wesentlichen abgeschlossen sind, wenn sich das bewegbare Glied (31) in der ersten Position befindet.
Kopf nach einem der Ansprüche 14 bis 31, bei dem – die erste Flüssigkeit eine Färbungsmaterial enthaltende Tinte ist.