DE69922085T2 - Flüssigkeitsausstosskopf und Flüssigkeitsausstossapparat - Google Patents

Flüssigkeitsausstosskopf und Flüssigkeitsausstossapparat Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf und auf ein Flüssigkeitsausstoßgerät zum Ausstoßen einer Flüssigkeit durch eine Blasenbildung zum Beispiel durch Wärmeenergie, und insbesondere auf einen Flüssigkeitsausstoßkopf und ein Flüssigkeitsauslassgerät, die eine bewegbare Trennmembran verwenden, die durch die Blase bewegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf einen Drucker zum Aufzeichnen auf verschiedenen Aufzeichnungsmedien wie zum Beispiel Papier, Garn, Fasern, Gewebe, Leder, Metall, Kunststoffe, Glas, Holz, Keramiken etc., einen Kopierer, ein Faxgerät mit einem Kommunikationssystem, einen Arbeitsprozessor mit einer Druckereinheit und ein gewerbliches Aufzeichnungsgerät anwendbar, das zusammen mit verschiedenen Verarbeitungsgeräten kombiniert ist. Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "Aufzeichnen" nicht nur das Ausbilden eines Bildes mit einer Bedeutung wie zum Beispiel ein Zeichen oder eine Graphik auf dem Aufzeichnungsmedium, sondern auch das Ausbilden eines Bildes ohne Bedeutung wie zum Beispiel ein Muster.
  • ZUGEHÖRIGER STAND DER TECHNIK
  • Es ist bereits ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bekannt, nämlich ein so genanntes Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren, um eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Tinte mit einer Energie wie zum Beispiel Wärme zu beaufschlagen, um eine Zustandsänderung zu bewirken, die eine plötzliche Volumenänderung (Blasenbildung) mit sich bringt, wodurch die Tinte durch eine Ausstoßöffnung durch die Kraft auf der Grundlage einer derartigen Zustandsänderung ausgestoßen wird und die Flüssigkeit auf das Aufzeichnungsmedium abgelagert wird, um ein Bild zu erzeugen. Der Aufzeichnungskopf, der ein derartiges Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren verwendet, ist im Allgemeinen so vorgesehen, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-61-59911 bzw. JP-61-59914 offenbart ist (entsprechend dem US-Patent US-4 723 129), und zwar mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen einer Flüssigkeit, einem Flüssigkeitspfad, der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung ist, und einem Wärmerzeugungselement (elektrothermisches Wandlerelement), das entsprechend dem Flüssigkeitspfad positioniert ist und als eine Energieerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Energie zum Ausstoßen der Flüssigkeit dient.
  • Ein derartiges Aufzeichnungsverfahren ist in mannigfaltiger Weise dahingehend vorteilhaft, dass es ein Bild mit hoher Qualität bei hoher Geschwindigkeit und geringem Lärmniveau drucken kann, ein Bild mit einer hohen Auflösung mit einem kompakten Gerät drucken kann, da die Ausstoßöffnungen mit einer hohen Dichte angeordnet werden können, und ein Farbbild in einer einfachen Art und Weise erhalten kann. Aus diesem Grund wird das Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren unlängst in verschiedenen Büroeinrichtungen wie zum Beispiel Drucker, Kopierer, Faxgerät etc. und selbst in bestimmten industriellen Anwendungen wie zum Beispiel bei einem Gewebedruckgerät verwendet.
  • Andererseits kann bei dem herkömmlichen Blasenstrahlaufzeichnungsverfahren an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes eine Ablagerung ausgebildet werden, die aus einem Anbrennen der Flüssigkeit resultiert, da das Wärmeerzeugungselement das Erwärmen in direktem oder indirektem Kontakt mit der Flüssigkeit wiederholt. Auch falls die auszustoßende Flüssigkeit in einfacher Weise durch Wärme verschlechtert wird oder keine ausreichende Blasenbildung bewirken kann, dann kann kein zufrieden stellender Flüssigkeitsausstoß durch die Blasenbildung bei dem vorstehend erwähnten Wärmeerzeugungselement erreicht werden.
  • Andererseits schlägt die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-55-81172 ein Verfahren zum Trennen einer Blasenerzeugungsflüssigkeit und einer Ausstoßflüssigkeit durch eine flexible Membran und zum Trennen einer Blase in der Blasenerzeugungsflüssigkeit durch Wärmenergie vor, um dadurch die Ausstoßflüssigkeit auszustoßen. Bei dem Aufbau des vorgeschlagenen Verfahrens sind die flexible Membran und die Blasenerzeugungsflüssigkeit so positioniert, dass die flexible Membran in einem Teil der Düse vorgesehen ist, aber die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-59-26270 offenbart einen Aufbau, der eine große Membran verwendet, die den gesamten Kopf in einen oberen Teil und einen unteren Teil trennt. Eine derart große Membran, die zwischen zwei Plattenelementen gestützt ist, welche den Flüssigkeitspfad bilden, ist so vorgesehen, dass die Flüssigkeiten in den beiden Flüssigkeitspfaden nicht miteinander gemischt werden. Außerdem sind Aufbauten mit einem bestimmten Merkmal hinsichtlich der Blasenerzeugungsflüssigkeit selbst angesichts der Blasenerzeugungscharakteristika bekannt, wie diese zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-5-229122 offenbart sind, die eine Flüssigkeit mit einem niedrigerem Siedepunkt als die Ausstoßflüssigkeit verwendet, oder wie dies in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-4-329148 offenbart ist, die eine elektrisch leitende Flüssigkeit als die Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet.
  • Ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit den Merkmalen, die im Oberbegriff von Anspruch 1 zusammengefasst sind, ist aus der Druckschrift EP-A-0 811 492 bekannt. Bei diesem Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß dem Stand der Technik werden Ablenkungsabschnitte unmittelbar neben den Eckenabschnitten des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran so angeordnet, dass die größten Verformungen des ausgesparten Abschnittes bei der maximalen Versetzung seines mittleren Abschnittes unmittelbar neben den Eckenabschnitten sind, und dass die Eckenabschnitte in der Nähe der Eckenabschnitte beträchtlich versetzt werden.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine neue Eigenschaft herausgefunden, die in dem Stand der Technik nicht bekannt ist, und zwar hinsichtlich des Versetzungsbereiches der bewegbaren Trennmembran. Falls die Trennmembran in dem Flüssigkeitsausstoßkopf zwischen einer ersten Flüssigkeitspfadwand und einer zweiten Flüssigkeitspfadwand gestützt wird, dann wird der bewegbare Bereich des entsprechenden Flüssigkeitspfades durch die Flüssigkeitspfadwände begrenzt. Es wird somit bestätigt, dass die erste und die zweite Flüssigkeitspfadwand die Versetzung der Membran, definieren und einen gewichtigen Einfluss auf die Charakteristika des Kopfes haben. Daraus haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung geschlossen, dass es wichtig ist, die Versetzung der Membran durch die Membran selbst anstatt durch die Flüssigkeitspfadwand zu definieren, um eine sanfte Membranversetzung zu erreichen, wodurch Flüssigkeitsausstoßcharakteristika mit hoher Zuverlässigkeit aufrecht erhalten werden.
  • Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung intensive Forschungen durchgeführt, um einen Flüssigkeitsausstoßkopf vorzusehen, der eine ausgezeichnete Haltbarkeit und eine ausgezeichnete Stabilität des Flüssigkeitsausstoßens ungeachtet der Art der zugeführten Flüssigkeit zeigt, während die Wirkung der Trennfunktion der Trennmembran genutzt wird. Infolgedessen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Membran getestet, die im Wesentlichen dehnungsfrei ist und einen ausgesparten Abschnitt aufweist, und sie fanden heraus, dass der Versetzungsbetrag des ausgesparten Abschnittes der Ausstoßmenge der Flüssigkeit entspricht. Somit haben sie herausgefunden, dass das stabile Ausstoßen ungeachtet der Art der zugeführten Flüssigkeit dadurch erreicht wird, dass der Versetzungsbetrag des ausgesparten Abschnittes definiert wird, da die Ausstoßmenge dem Versetzungsbetrag des ausgesparten Abschnittes der Trennmembran entspricht. Außerdem wurde herausgefunden, dass die Haltbarkeit der Trennmembran dadurch verbessert werden kann, dass der Versetzungsbetrag des ausgesparten Abschnittes der Trennmembran derart definiert wird, dass ein derart ausgesparter Abschnitt bei der maximalen Versetzung nicht gedehnt oder geschrumpft wird. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass das Nachfüllen der Ausstoßflüssigkeit dadurch verbessert werden kann, dass die Eigenrückstellkraft der Membran genutzt wird, wenn der ausgesparte Abschnitt nicht mit Energie zur Versetzung beaufschlagt wird.
  • Unter einem anderen Standpunkt, falls verschiedene Flüssigkeiten als die Ausstoßflüssigkeit verwendet werden, schwankt die aus der Ausstoßöffnung zum Beispiel durch die Wärmeenergie ausgestoßene Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Art der Flüssigkeit. Derartige Schwankungen könnten beim Erhöhen der Viskosität der Flüssigkeit erhöht werden. Jedoch ist ein Verfahren zum Stabilisieren der Ausstoßmenge mit einem vorgegebenen Flüssigkeitsausstoßkopf durch Ändern der Ausstoßenergie gemäß der Art der zugeführten Flüssigkeit kompliziert und schwierig in der Praxis umzusetzen. Folglich ist es wichtig, einen Aufzeichnungskopf vorzusehen, der einen stabilen Flüssigkeitsausstoß mit einem einfachen Aufbau ungeachtet der Art der zugeführten Flüssigkeit verwirklichen kann.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ausstoßwirkung, die Ausstoßstabilität und die Haltbarkeit des Flüssigkeitsausstoßkopfes zu verbessern, der jene Merkmale aufweist, die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 zusammengefasst sind.
  • Es gehört auch zu Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkeitsausstoßgerät mit dem Flüssigkeitsausstoßkopf mit dem vorstehend erwähnten Aufbau zuzusehen.
  • Es gehört auch zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit dem vorstehend erwähnten Aufbau vorzusehen, der die Ablagerungsmenge reduzieren kann, die an dem Wärmeerzeugungselement ausgebildet wird, und der die Flüssigkeit effizient ausstößt, ohne dass er sie thermisch beeinflusst.
  • Es gehört auch zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem breiteren Freiheitsgrad beim Auswählen der Ausstoßflüssigkeit ungeachtet der Viskosität, der Materialbestandteile oder der Zusammensetzung davon aufweist.
  • Es gehört auch zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsausstoßkopf vorzusehen, bei dem der ausgesparte Abschnitt der bewegbaren Trennmembran noch einfacher verformbar ist, wodurch es möglich ist, eine hohe Dichte der Flüssigkeitspfadwende zu erreichen.
  • Gemäß der Erfindung wird die zuerst genannte Aufgabe durch den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen des Flüssigkeitsausstoßkopfes gemäß der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die bewegbare Trennmembran zum Trennen des ersten Flüssigkeitspfades, dem die Ausstoßflüssigkeit zugeführt wird, und des zweiten Flüssigkeitspfades, dem die Nicht-Ausstoß-Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt wird, mit einem ausgesparten Abschnitt derart vorgesehen, dass er dem Blasenerzeugungsbereich und den Eckenabschnitten in der Nähe der Eckenabschnitte des ausgesparten Abschnittes zugewandt ist und im Wesentlichen nicht versetzt wird, so dass der Anfangszustand des ausgesparten Abschnittes und der Form davon bei der maximalen Versetzung konstant stabilisiert werden, wodurch ein stabiler Flüssigkeitsausstoß erreicht wird.
  • Indem die Beziehung gemäß Anspruch 2 gilt, wirkt der Druck durch die Blasenwirkung ausschließlich auf die Versetzung des ausgesparten Abschnittes, ohne dass eine wesentliche Dehnung oder Schrumpfung der bewegbaren Trennmembran selbst bei der maximalen Versetzung verursacht wird, wodurch ein stabiler Ausstoß und eine verbesserte Haltbarkeit verwirklicht werden. Daneben kehrt der ausgesparte Abschnitt der bewegbaren Trennmembran durch die Schrumpfung der Blase schnell zu dem Anfangszustand durch die eigene Rückstellkraft zurück, die durch die nicht versetzten Eckenabschnitte vorgesehen wird, wodurch das Nachfüllen der Ausstoßflüssigkeit verbessert wird.
  • Durch das Merkmal in dem Anspruch 5 ist der ausgesparte Abschnitt noch einfacher verformbar und der Druck durch die Blasenbildung wird noch einfacher zu dem ersten Flüssigkeitspfad an der Seite der Ausstoßöffnung davon übertragen. Somit kann die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad effektiv aus der Ausstoßöffnung durch die Blasenbildung ausgestoßen werden.
  • Darüber hinaus kann durch einen derartigen noch einfacheren verformbaren ausgesparten Abschnitt ein Flüssigkeitsausstoßkopf vorgesehen werden, der das Erhöhen der Dichte der Flüssigkeitspfade ausreichend ermöglicht.
  • Darüber hinaus wird durch das Merkmal in dem Anspruch 8 der Druck durch die Blasenbildung zu der bewegbaren Trennmembran übertragen, bevor er zu der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des zweiten Flüssigkeitspfades entweicht. Folglich kann der Druck durch die Blasenbildung effektiv zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, wodurch die Ausstoßwirkung verbessert wird.
  • Darüber hinaus kann der Druck durch die Blasenbildung ausreichend und effizient zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes übertragen werden, indem die Beziehung gemäß Anspruch 8 gilt.
  • Darüber hinaus ist es möglich, den Druck durch die Blasenbildung zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes zu übertragen, indem die Beziehung gemäß Anspruch 9 gilt.
  • Darüber hinaus kann der Druck durch die Blasenbildung zufrieden stellend und effizient zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes übertragen werden, indem die Beziehung gemäß Anspruch 11 gilt.
  • Darüber hinaus ist es möglich, den Druck durch die Blasenbildung zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes noch effizienter zu übertragen, indem die Beziehung gemäß Anspruch 12 gilt.
  • Darüber hinaus ist es möglich, die Blasenerzeugungsflüssigkeit von einem Führungspfad bei der Erzeugung oder der Auslöschung der Blase zuzuführen, indem ein Aufbau übernommen wird, bei dem die Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitspfad in dem Führungspfad strömt, der in dem Substrat vorgesehen ist. Es ist darüber hinaus möglich, ein gleichmäßiges Druckgleichgewicht in dem zweiten Flüssigkeitspfad dadurch zu erhalten, dass der Querschnittsbereich des Führungspfades eingestellt wird, wodurch eine parallele Versetzung der bewegbaren Trennmembran noch sicherer und noch stabiler möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht ein Aufbau mit einem Führungspfad, der die gesamten Flüssigkeitspfade in mehrere Blöcke teilt, eine einheitliche Flüssigkeitsströmung in den zweiten Flüssigkeitspfaden. Außerdem ermöglicht ein Aufbau mit einem Blasenreservoir in einem Abschnitt des zweiten Flüssigkeitspfades eine Beseitigung der Blasen aus der Flüssigkeit, die durch den Führungspfad zugeführt wird, und das Nutzen der Flüssigkeit mit einem reduzierten Blaseninhalt, wodurch die gewünschten Blasenausstoßcharakteristika noch einfacher erreicht werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A, 1B, 1C, 1D, 1E und 1F zeigen Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades eines Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 2A, 2B, 2C, 2D, 2E und 2F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran, die in den 1A bis 1F gezeigt ist;
  • 3 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in den 1A bis 1F und 2A bis 2F gezeigt ist;
  • 4A und 4B zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen den ausgesparten Abschnitt der bewegbaren Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung jeweils in einem Anfangszustand und in einem Zustand bei der maximalen Versetzung;
  • 5A und 5B zeigen ähnliche Ansichten eines Referenzbeispiels, das nicht mit dem Eckenabschnitt versehen ist, der im Wesentlichen nicht versetzt wird, und zwar bei dem Gelenkpunkt des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran jeweils in einem Anfangszustand und in einem Zustand bei der maximalen Versetzung des ausgesparten Abschnittes;
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht parallel zu dem Wärmeerzeugungselement des Flüssigkeitspfades des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 7A und 7B zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen das Volumen des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung jeweils in einem Anfangszustand und in einem Zustand bei der maximalen Versetzung;
  • 8A und 8B zeigen Querschnittsansichten eines Aufbaus des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung jeweils mit einem Schutzfilm, der später beschrieben wird, und ohne derartigen Schutzfilm;
  • 9 zeigt eine Wellenformdarstellung einer elektrischen Spannung, die auf die elektrische Widerstandslage aufzubringen ist, die in den 8A und 8B gezeigt ist;
  • 10A und 10B zeigen Ansichten eines Prozesses zum Vorbereiten der bewegbaren Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 11A und 11B zeigen Ansichten eines anderen Prozesses zum Vorbereiten der bewegbaren Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 12A, 12B, 12C, 12D, 12E und 12F zeigen Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 13A, 13B, 13C, 13D, 13E und 13F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran, die in den 12A bis 12F gezeigt ist;
  • 14 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in den 12A bis 12F und 13A bis 13F gezeigt ist;
  • 15A und 15B zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen den ausgesparten Abschnitt der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung jeweils in einem Anfangszustand und einem Zustand bei der maximalen Versetzung;
  • 16 zeigt eine Querschnittsansicht parallel zu dem Wärmeerzeugungselement des Flüssigkeitspfades bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 17A und 17B zeigen einen Prozess zum Vorbereiten der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 18A, 18B, 18C, 18D und 18E zeigen Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades von einem anderen Ausführungsbeispiel der bewegbaren Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 19A und 19B zeigen Querschnittsansichten senkrecht zu dem Flüssigkeitspfad, und sie zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der bewegbaren Trennmembran des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 20A, 20B, 20C, 20D 20E und 20F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 21A, 21B, 21C, 21D, 21E und 21F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 22A, 22B, 22C, 22D, 22E und 22F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang einer Linie 22A bis 22F – 22A bis 22F in der 1A in der Nähe der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 23A, 23B, 23C, 23D, 23E und 23F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe der bewegbaren Trennmembran, die bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, welche in den 12A bis 12F gezeigt ist;
  • 24A, 24B, 24C, 24D, 24E und 24F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe der bewegbaren Trennmembran bei Betrachtung von der Seite der Ausstoßöffnung bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche in den 12A bis 12F gezeigt ist;
  • 25A, 25B, 25C und 25D zeigen Ansichten einer Positionsbeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 26A, 26B, 26C und 26D zeigen Ansichten einer Positionsbeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der bewegbaren Trennmembran bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 27A, 27B, 27C, 27D, 27E und 27F zeigen Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades von einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 28A, 28B, 28C und 28D zeigen Draufsichten und eine Querschnittsansicht eines Beispieles des zweiten Flüssigkeitspfades bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 29 zeigt eine Querschnittsansicht der hauptsächlichen Bestandteile von einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 30 zeigt eine Querschnittsansicht des Gesamtaufbaus des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in der 29 gezeigt ist;
  • 31 zeigt eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 32A zeigt eine Draufsicht einer Elemententafel bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung;
  • 32B zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht der in der 32A gezeigten Tafel; und 32C zeigt eine vergrößerte ausschnittartige Draufsicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 33 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der hauptsächlichen Bestandteile eines Tintenstrahlaufzeichnungsgerätes, das das Flüssigkeitsausstoßgerät bildet, bei dem der Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung angebracht ist; und
  • 34 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der hauptsächlichen Bestandteile des Flüssigkeitsausstoßgerätes, das ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nun wird die vorliegende Erfindung durch deren bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erklärt.
  • Die 1A bis 1F zeigen Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades eines Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung, während die 2A bis 2F vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran zeigen, die in den 1A bis 1F gezeigt ist, und die 3 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in den 1A bis 1F und 2A bis 2F gezeigt ist.
  • Wie dies in den 1A bis 1F gezeigt ist, ist bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ein erster Flüssigkeitspfad 3, der mit einer Ausstoßöffnung 1 in Verbindung ist, mit einer ersten Flüssigkeit gefüllt, die von einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 143 zugeführt wird, während ein zweiter Flüssigkeitspfad 4, der einen Blasenerzeugungsbereich 7 aufweist, mit einer Blasenerzeugungsflüssigkeit gefüllt ist, die eine Blase beim Aufnehmen von Wärmeenergie durch ein Wärmeerzeugungselement 2 bildet. Zwischen dem ersten Flüssigkeitspfad 3 und dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 ist eine bewegbare Trennmembran 5 vorgesehen, um den ersten von dem zweiten Flüssigkeitspfad zu trennen. Die bewegbare Trennmembran 5 ist an einem Abschnitt davon gegenüber dem Blasenerzeugungsbereich 7 mit einem ausgesparten Abschnitt 8 versehen, der Eckenabschnitte 8a an den Gelenkpunkten davon aufweist, wodurch eine Expansion des ersten Flüssigkeitspfades 3 bewirkt wird. Die bewegbare Trennmembran 5 ist an einer Öffnungsplatte 9 befestigt, um das Mischen von zwei Flüssigkeiten zu verhindern. In dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 wird der Blasenerzeugungsbereich 7 durch die Nähe des vorstehenden Bereiches des Wärmeerzeugungselementes 2 gebildet.
  • Wie dies in der 3 gezeigt ist, ist das Wärmeerzeugungselement 2 mit einer Aufreihung von mehreren Einheiten an einer Elemententafel 10 vorgesehen, an der mehrere zweite Flüssigkeitspfade 4 jeweils entsprechend den Wärmeerzeugungselementen 2 vorgesehen sind. Ein Stützelement 11, das die bewegbare Trennmembran 5 stützt, dient außerdem als eine Wand zum Definieren und Bilden der zweiten Flüssigkeitspfade 4. Die bewegbare Trennmembran 5 ist mit mehreren ausgesparten Abschnitten 8 jeweils entsprechend den Blasenerzeugungsbereichen 7 vorgesehen, die in der Nähe der Blasenerzeugungsbereiche 7 positioniert sind, welche in der Nähe der vorstehenden Bereiche der Wärmeerzeugungselemente 2 sind. Der erste Flüssigkeitspfad 3 ist mit mehreren Einheiten versehen, um so die jeweiligen ausgesparten Abschnitte 8 aufzunehmen. In der 3 sind jedoch die Positionen der Wände 28 zum Definieren der ersten Flüssigkeitspfade durch gestrichelte Linien dargestellt.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf die Bewegung der bewegbaren Trennmembran 5, und die bewegbare Trennmembran 5 selbst ist mit dem ausgesparten Abschnitt 8 versehen, der zu dem ersten Flüssigkeitspfad 3 durch das Anwachsen einer Blase versetzt wird, die an der Oberfläche des Wärmerzeugungselementes 2 gebildet wird.
  • Bei dem in den 1A und 2A gezeigten Anfangszustand wird die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 zu der Nähe der Ausstoßöffnung 1 durch die Kapillarkraft zurückgezogen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Ausstoßöffnung 1 an der stromabwärtigen Position in der Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 hinsichtlich des vorstehenden Bereiches des Wärmeerzeugungselementes 2 an dem ersten Flüssigkeitspfad 3 vorgesehen.
  • Wenn Wärmeenergie auf das Wärmeerzeugungselement 2 aufgebracht wird (das aus einem wärmeerzeugenden Widerstandselement von 40 × 105 μm bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht), dann wird das Wärmeerzeugungselement 2 in diesem Zustand schnell erwärmt, wodurch dessen Oberfläche, die mit der zweiten Flüssigkeit in dem Blasenbildungsbereich in Kontakt ist, die Flüssigkeit erwärmt und darin eine Blase bildet (1B und 2B). Eine so gebildete Blase 6 beruht auf dem Filmsidephänomen, wie dies in dem US-Patent US-4 723 129 beschrieben ist, und sie wird mit einem äußerst hohen Druck über den gesamten Beriech des Wärmeerzeugungselementes gebildet. Der erzeugte Druck wird als eine Druckwelle zu der zweiten Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 übertragen und wirkt auf die bewegbare Trennmembran 5, wodurch deren ausgesparter Abschnitt 8 verformt wird, damit das Ausstoßen der ersten Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 beginnt. Jedoch werden die Eckenabschnitte 8a, die an den Gelenkpunkten des ausgesparten Abschnittes 8 ausgebildet sind, nicht bei einer derartigen Verformung miteinbezogen.
  • Die an der gesamten Fläche des Wärmeerzeugungselementes 2 gebildete Blase wächst stark an, so dass sie eine Filmform annimmt (1C und 2C). Die Expansion der Blase 6 mit eine äußert hohen Druck in der Anfangsstufe der Blasenbildung bewirkt eine weitere Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5, wodurch die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad aus der Ausstoßöffnung 1 weiter ausgestoßen wird.
  • Durch das weitere Anwachsen der Blase 6 danach schreitet die Verformung auf ein derartiges Niveau voran, dass der mittlere Abschnitt des ausgesparten Abschnittes 8 außer den Eckenabschnitten 8a der Membran 5 in den ersten Flüssigkeitspfad 3 eindringt (1D und 2D).
  • Wenn danach das Zusammenfallen der Blase 6 startet, dann startet eine Rückkehr des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 zu der Position vor der Verformung (1E und 2E).
  • Nachfolgend kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 schnell zu dem Anfangszustand zurück, der in den 1F und 2F gezeigt ist, und zwar durch die eigene Rückstellkraft, die durch die nicht verformten Eckenabschnitte 8a ausgeübt wird, wodurch das Nachfüllen der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 beschleunigt wird. Durch die Auslöschung der Blase wird außerdem der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in den zweiten Flüssigkeitspfad 4 versetzt, wodurch sich dessen Volumen reduziert und sich außerdem die Nachfüllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit reduziert, wodurch der Nachfüllvorgang schnell abgeschlossen wird. Da außerdem die Eckenabschnitte 8a des ausgesparten Abschnittes 8 eine Funktion zum Unterdrücken der Abprallbewegung unmittelbar nach der Versetzung durch die Blasenbildung haben, kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 unmittelbar nach der Versetzung zu dem Anfangszustand zurück, wodurch ein Antrieb mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
  • Die 4A und 4B zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen den ausgesparten Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung jeweils in dem Anfangszustand und in einem Zustand bei der maximalen Versetzung, während die 5A und 5B ähnliche Ansichten eines Referenzbeispieles zeigen, das nicht mit spezifischen Eckenabschnitten 8a an den Gelenkpunkten des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 versehen ist, und zwar jeweils in dem Anfangszustand und in dem Zustand bei der maximalen Versetzung des ausgesparten Abschnittes, und die 6 zeigt eine Querschnittsansicht parallel zu dem Wärmeerzeugungselement, und sie zeigt den Flüssigkeitspfad des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung.
  • Falls die Gelenkpunkte 26 des ausgesparten Abschnittes keine spezifischen Eckenabschnitte 8a aufweisen, wie dies in den 5A und 5B gezeigt ist, und der Bodenabschnitt 27 des ausgesparten Abschnittes eine umgekehrte Form bei der maximalen Versetzung annimmt, wie dies in der 5B gezeigt ist, dann verformt sich der ausgesparte Abschnitt, wobei die Gelenkpunkte 26 die Ablenkungspunkte sind.
  • Falls andererseits die Gelenkpunkte des ausgesparten Abschnittes die Eckenabschnitte 8a aufweisen, dann haben derartige Eckeabschnitte 8a bei dem in der 4a gezeigten Anfangszustand eine Wirkung zum Definieren der Anfangsform, die stets eine konstante Form ist. Außerdem ist bei der in der 4B gezeigten maximalen Versetzung die Form stets konstant, da die Verformung nicht örtlich konzentriert wird, sondern über einen breiten Bereich in der Nähe der Eckenabschnitte verteilt wird. Somit definieren die Eckenabschnitte 8a die Form bei dem Anfangszustand und bei der maximalen Versetzung, wodurch ein sehr stabiler Flüssigkeitsausstoß erreicht wird und die Haltbarkeit verbessert wird. Der Versetzungsführungsbereich der Eckenabschnitte 8a wird aus der 6 ebenfalls ersichtlich.
  • Die 7A und 7B zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen das Volumen des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in dem Flüssigkeitsausstoßkopf der vorliegenden Erfindung, und zwar jeweils in einem Anfangszustand und in einem Zustand bei der maximalen Versetzung.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Antriebsbedingungen so ausgewählt, dass eine Bedingung V2 < V1 gilt, wobei V1 das Volumen des ausgesparten Abschnittes bei dem Anfangszustand ist, der in der 7A gezeigt ist, und wobei V2 das Volumen bei der maximalen Versetzung ist, die in der 7B gezeigt ist.
  • Unter der Bedingung V2 < V1 zeigt das bewegbare Trennelement in dem ausgesparten Abschnitt 8 keine Dehnung oder Schrumpfung sogar bei der maximalen Versetzung. Folglich verbleiben V1 und V2 stets konstant, wodurch der Flüssigkeitsausstoß stabilisiert wird. Das Volumen V1 des ausgesparten Abschnittes meint ein Volumen, das zwischen der Seite der bewegbaren Trennmembran 5 an der Seite des ersten Flüssigkeitspfades und dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes 8 in dem Anfangszustand definiert ist, und das Volumen V2 meint ein Volumen, das durch jene Seiten umschlossen ist, die mit den Ablenkungsabschnitten 8c des ausgesparten Abschnittes 8 und dem Bodenabschnitt 8b davon bei der maximalen Versetzung in Kontakt sind. Außerdem meint der Begriff "Ablenkungsabschnitt", der bei der gegenwärtigen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, bei dem ausgesparte Abschnitt der bewegbaren Trennmembran einen Abschnitt, der die größte Verformung bei der maximalen Versetzung zeigt.
  • Der Aufbau der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwendung von unterschiedlichen Flüssigkeiten für den Flüssigkeitsausstoß und der Blasenerzeugungsflüssigkeit, sowie zum Ausstoßen ausschließlich der Ausstoßflüssigkeit. Folglich ist es möglich, eine hoch viskose Flüssigkeit wie zum Beispiel Polyethylenglycol zufrieden stellend auszustoßen, bei der eine ausreichende Ausstoßkraft mit dem herkömmlichen Aufbau auf Grund einer unzureichenden Blasenbildung bei der Aufbringung von Wärme nicht erhalten werden kann, indem eine derartige Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitspfad 103 zugeführt wird und indem in den zweiten Flüssigkeitspfad 104 eine Flüssigkeit zugeführt wird, die eine zufrieden stellende Blasenbildung bewirken kann (zum Beispiel ein Gemisch aus Ethanol : Wasser = 4 : 6 mit einer Viskosität von 1 – 2 cp).
  • Als die Blasenerzeugungsflüssigkeit kann außerdem jene ausgewählt werden, die keine Ablagerung wie zum Beispiel eine Anbrennung an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes unter dem Einfluss von Wärme erzeugt, um die Blasenbildung zu stabilisieren und einen zufrieden stellende Flüssigkeitsausstoß zu gewährleisten.
  • Darüber hinaus kann der Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung verschiedene Flüssigkeiten wie zum Beispiel eine hoch viskose Flüssigkeit bei einer noch höheren Ausstoßwirkung und einer noch höheren Ausstoßkraft ausstoßen, da die Wirkungen bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
  • Darüber hinaus kann eine wärmeempfindliche Flüssigkeit ohne thermische Schäden mit einer hoher Ausstoßeffizienz und einer hohen Ausstoßkraft ausgestoßen werden, wie dies vorstehend beschrieben ist, indem eine derartige Flüssigkeit als die Ausstoßflüssigkeit in den ersten Flüssigkeitspfad 103 zugeführt wird und in den zweiten Flüssigkeitspfad 104 eine Flüssigkeit als die Blasenerzeugungsflüssigkeit zugeführt wird, die stabiler gegenüber Wärme ist und zufrieden stellend Blasen bilden kann.
  • Im Folgenden wird der Aufbau einer Elemententafel 110 beschrieben, die mit den Wärmeerzeugungselementen 102 zum Aufbringen von Wärme auf die Flüssigkeit versehen ist.
  • Die 8A und 8B zeigen Querschnittsansichten in Längsrichtung eines Aufbaus des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung, und zwar mit einem später beschriebenen Schutzfilm bzw. ohne einen derartigen Schutzfilm.
  • Wie dies in den 8A und 8B gezeigt ist, sind an einer Elemententafel 110 ein zweiter Flüssigkeitspfad 104, eine bewegbare Trennmembran 105, die eine Trennwand bildet, ein erster Flüssigkeitspfad 103 und ein Nutenelement 132 vorgesehen, das mit einer Nut versehen ist, die den ersten Flüssigkeitspfad 103 bildet.
  • Die Elemententafel 110 wird dadurch gebildet, dass auf einem Substrat 110f wie zum Beispiel aus Silizium ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumnitiridfilm 110e zum Zwecke einer elektrischen Isolierung und einer Wärmesammlung ausgebildet wird, auf dem eine elektrische Widerstandslage 110d zum Beispiel aus Hafniumborid (HtB2), Tantalnitrid (TaN) oder Tantalalumnium (TaAl) als Muster ausgebildet wird, die das Wärmeerzeugungselement mit einer Dicke 0,01 – 0,2 μm bildet, und eine Verdrahtungselektrode 110c zum Beispiel aus Aluminium mit einer Dicke von 0,1 – 1,0 μm. Eine elektrische Spannung wird auf die elektrische Widerstandslage 110d von den beiden Verdrahtungselektroden 110c aufgebracht, um Wärme durch den Strom in der elektrischen Widerstandslage 110d zu erzeugen. An der elektrischen Widerstandslage 110d zwischen den Verdrahtungselektroden 110c sind eine Schutzlage 110b zum Beispiel aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid mit einer Dicke von 0,1 – 0,2 μm und eine Antihohlraumlage 110a zum Beispiel aus Pantal mit einer Dicke von 0,1 – 0,6 μm ausgebildet, um die elektrische Widerstandslage 110d vor verschieden Flüssigkeiten wie zum Beispiel der Tinte zu schützen.
  • Wenn der Druck oder die Stoßwelle, die bei der Erzeugung oder dem Auslöschen der Blase erzeugt wird, sehr stark ist und die Betriebslebenszeit des Kopfes und des brüchigen Oxidfilmes stark verschlechtert, dann ist die Antihohlraumlage 110a aus einem Metall wie zum Beispiel Tantal (Ta) ausgebildet.
  • Es kann außerdem ein Aufbau übernommen werden, bei dem die vorstehend beschriebene Schutzlage durch die Kombination der Flüssigkeit, den Aufbau der Flüssigkeitspfaden und des Widerstandsmaterials möglich ist, wie dies anhand eines Beispiels in der 8B gezeigt ist. Ein Beispiel des Materials für die Widerstandslage, die keine derartige Schutzlage erfordert, ist eine Irridium-Tantal-Aluminium-Legierung. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere vorteilhaft für den Aufbau ohne Schutzlage, da die Flüssigkeit für die Blasenbildung für diesen Zweck getrennt von der Ausstoßflüssigkeit ausgewählt werden kann.
  • Daher kann das Wärmeerzeugungselement 102 bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer elektrischen Widerstandslage (Wärmeerzeugungsabschnitt) 110d ausschließlich zwischen den Verdrahtungselektroden 110c oder mit einer Schutzlage zum Schützen der elektrischen Widerstandslage 110d aufgebaut sein.
  • Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist das Wärmeerzeugungselement 102 mit einem Wärmeerzeugungsabschnitt versehen, der durch eine Widerstandslage gebildet ist, die eine Wärmeerzeugung als Reaktion auf ein elektrisches Signal bewirken kann, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine derartige Konfiguration beschränkt, und es kann irgendein Wärmeerzeugungsabschnitt verwendet werden, der in der Blasenerzeugungsflüssigkeit eine Blase bilden kann, die zum Ausstoßen der Ausstoßflüssigkeit ausreicht. Zum Beispiel kann ein photothermisches Wandlerelement zum Erzeugen von Wärme durch Aufnahme von Licht wie zum Beispiel von einem Laser oder ein Wärmeerzeugungsabschnitt zum Erzeugen von Wärme durch Aufnehmen einer elektromagnetischen Welle mit hoher Frequenz verwendet werden.
  • Die vorstehend erwähnte Elemententafel 110 kann zusätzlich zu den elektrothermischen Wandlerelementen, die aus der elektrischen Widerstandslage 110d besteht, die die Wärmeerzeugungsabschnitte bilden, und den Verdrahtungselektroden 110c zum Zuführen der elektrischen Signale zu der Widerstandslage 110d einstückig mit Funktionselementen versehen sein, wie zum Beispiel Transistoren, Dioden, Zwischenspeicher, Schaltregister etc., um derartige elektrothermische Wandlerelemente wahlweise anzutreiben, und zwar durch einen Halbleiterprozess.
  • Zum Ausstoßen der Flüssigkeit durch Antreiben des Wärmeerzeugungsabschnittes des elektrothermischen Wandlerelementes, das an der vorstehend erwähnten Elemententafel 110 vorgesehen ist, wird ein rechteckiger Puls auf die elektrische Widerstandslage 110d durch die Verdrahtungselektroden 110d aufgebracht, wodurch eine schnelle Wärmeerzeugung in der elektrischen Widerstandslage 110d hervorgerufen wird.
  • Die 9 zeigt eine Wellenformdarstellung der elektrischen Spannung, die auf die elektrische Widerstandslage 110d aufzubringen ist, welche in den 8A und 8B gezeigt ist. In dem Flüssigkeitsausstoßkopf des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles wird das Wärmeerzeugungselement durch Aufbringen eines elektrischen Signals mit einer elektrischen Spannung von 24V, einer Pulsdauer von 7 μsek und einer Stromstärke von 150 mA mit einer Frequenz von 6 kHz angetrieben, um flüssige Tinte aus der Ausstoßöffnung durch die vorstehend beschriebenen Funktionen auszustoßen. Jedoch sind die Zustände des Antriebssignals der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Zustände beschränkt, sondern es kann irgendein Antriebssignal verwendet werden, das eine angemessene Blasenbildung in der Blasenerzeugungsflüssigkeit wirken kann.
  • Bei der vorliegenden Erfindung gemäß der vorstehenden Beschreibung kann die Flüssigkeit mit einer Ausstoßleistung und einer Ausstoßwirkung ausgestoßen werden, die höher als bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf sind. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit kann eine Flüssigkeit mit den vorstehend genannten Eigenschaften wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, N-Propanol, Isopropanol, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Tuluen, Xylen, Methylendichlorid, Trichlen, Fleon TF, Fleon BF, Ethylether, Dioxan, Cyclohexan, Cyclohexan, Methylacetat, Ethylacetat, Aceton, Methylethyleton, Wasser und deren Gemische sein.
  • Die Ausstoßflüssigkeit kann aus verschiedenen Flüssigkeiten ungeachtet der Blasenerzeugungseigenschaft oder der thermischen Eigenschaften sein. Außerdem kann eine Flüssigkeit mit geringer Blasenerzeugungseigenschaft verwendet werden, die bei dem herkömmlichen Aufbau nicht einfach ausgestoßen werden kann, eine Flüssigkeit, die durch Wärme verschlechtert wird, oder eine hoch viskose Flüssigkeit. Jedoch behindert die Ausstoßflüssigkeit in wünschenswerter Weise nicht den Flüssigkeitsausstoßbetrieb, den Blasenerzeugungsbetrieb oder die Funktion der bewegbaren Trennmembran durch die Ausstoßflüssigkeit selbst oder durch eine Reaktion mit der Blasenerzeugungsflüssigkeit.
  • Die Ausstoßflüssigkeit zum Aufzeichnen kann außerdem aus einer hoch viskosen Tinte bestehen. Andere Beispiele der Ausstoßflüssigkeit beinhalten pharmazeutische Produkte oder Parfüm, die wärmeempfindlich sind.
  • Der Aufzeichnungsbetrieb wurde durch die Kombinationen der Blasenerzeugungsflüssigkeit und der Ausstoßflüssigkeit mit den folgenden Zusammensetzungen durchgeführt. Infolgedessen kann das Aufzeichnen mit hoher Qualität dadurch erhalten werden, dass nicht nur die Flüssigkeit mit einer Viskosität von mehr als 10 cp zufrieden stellend ausgestoßen wurde, die bei dem herkömmlichen Flüssigkeitsausstoßkopf nicht zufrieden stellen ausgestoßen werden konnte, sondern auch mit der Flüssigkeit mit einer Viskosität in der Höhe von 150 cp.
    Figure 00280001
    Ausstoßflüssigkeit 1
    Kohlenschwarz (Pigmenttinte; ca. 15 cp) 5 Gewichts%
    Styrene-acrylic-acid-ethyl-actylate-Kopolymer (Oxidationsgrad 140; Durchschnittliches Molekulargewicht 8000) 1 Gewichts%
    Monoethanolamin 0,25 Gewichts%
    Glyzerin 6,9 Gewichts%
    Thioglykol 5 Gewichts%
    Ethanol 3 Gewichts%
    Wasser 16,75 Gewichts%
    Ausstoßflüssigkeit 2
    Polyethylenglycol 200 100 Gewichts%
    Ausstoßflüssigkeit 3
    Polyethylenglycol 600 100 Gewichts%
  • Bei der vorstehend beschriebenen Flüssigkeit, bei der das Ausstoßen üblicherweise als schwierig betrachtet wurde, erhöht die niedrige Ausstoßgeschwindigkeit einer derartigen Flüssigkeit die Schwankung in der Richtung des Ausstoßens, wodurch sich die Zielgenauigkeit des Punktes auf dem Aufzeichnungsblatt verschlechtert. Außerdem schwankt die Ausstoßenge auf Grund des instabilen Ausstoßens, und auf Grund dieser Tatsachen war es schwierig, ein Bild mit hoher Qualität zu erhalten. Bei dem Aufbau des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles kann die Blasenbildung hinreichend und stabil unter Verwendung der Blasenerzeugungsflüssigkeit erreicht werden. Daher kann eine Verbesserung der Zielgenauigkeit des Flüssigkeitstropfens und eine Stabilisierung der Tintenausstoßmenge erreicht werden, was somit zu einer bedeutenden Verbesserung der Qualität des aufgezeichneten Bildes resultiert.
  • Im Folgenden wird das Verfahren zum Herstellen des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Der Kopf wird hauptsächlich durch Ausbilden einer Wand des zweiten Flüssigkeitspfades an der Elemententafel vorbereitet, und dann wird daran die bewegbare Trennmembran angebracht, und es wird daran an Nutenelement angebracht, das mit einer Nut versehen ist, welche den ersten Flüssigkeitspfad bildet. Andernfalls wird er vorbereitet, nachdem die Wand des zweiten Flüssigkeitspfades dadurch ausgebildet wird, dass das Nutenelement daran geklebt wird, an dem die bewegbare Trennmembran im Voraus angebracht wurde.
  • Das Verfahren zum Vorbereiten des zweiten Flüssigkeitspfades wird außerdem im Einzelnen beschrieben.
  • Zunächst wurde an einem Elementsubstrat (Siliziumwafer) ein elektrothermisches Wandlerelement einschließlich des Wärmeerzeugungselementes ausgebildet, das zum Beispiel aus Hafniumborid oder Tantalnitrid besteht, und zwar mit einem Gerät ähnlich wie jenes, das bei der Halbleiterherstellung verwendet wird, und die Oberfläche des Elementsubstrates wurde dann gewaschen, um die Haftung mit dem lichtempfindlichen Kunstharz bei dem nächsten Schritt zu verbessern. Eine weitere Verbesserung der Haftung kann durch eine Oberflächenabwandlung des Elementsubstrates zum Beispiel durch Ultraviolett-Ozon erreicht werden, was durch eine Spinn-Beschichtung zum Beispiel aus einem Silan-Klebemittel (A189, hergestellt durch Japan Unicar Co.) gefolgt wird, das auf ein Gewichtsprozent mit Methylalkohol verdünnt ist.
  • Dann wurde die Substratoberfläche mit der so verbesserten Haftung gewaschen und mit einem ultraviolettempfindlichen Kunstharzfilm laminiert (Trockenfilm Ordil SY-318, hergestellt durch Tokyo Ohka Co.).
  • Dann wurde eine Photomaske auf den Trockenfilm angeordnet, und die als die zweiten Flüssigkeitswände auszulassenden Abschnitte wurden mit dem ultravioletten Licht durch die Photomaske bestrahlt. Die Belichtung wurde mit einem Gerät MPA-600 ausgeführt, das durch Canon Inc. hergestellt ist, und zwar mit einer Belichtungsmenge von ca. 600 mJ/cm2.
  • Dann wurde der Trockenfilm mit einem Entwickler entwickelt (BMRC-3, hergestellt durch Tokyo Ohka Co.), der aus einem Gemisch aus Xylen und Butylcelluloseaetat besteht, um die unbelichteten Abschnitte aufzulösen, wodurch jene Abschnitte belassen werden, die durch die Belichtung als die zweiten Flüssigkeitspfadwände gehärtet wurden. Des Weiteren wurden die verbleibenden Reste an der Substratoberfläche durch eine Verarbeitung mit einem Sauerstoffplasma-Brenngerät verarbeitet (MAS-800 hergestellt durch Alcantec Co.), und zwar für ungefähr 90 Sekunden, und die belichteten Abschnitte wurden durch eine ultraviolette Bestrahlung von 100 mJ/cm2 für 2 Stunden bei 150°C vollständig gehärtet.
  • Durch den vorstehend beschriebenen Prozess konnten die zweiten Flüssigkeitspfadwände einheitlich mit ausreichender Genauigkeit an den vielen Heiztafeln (Elemententafeln) ausgebildet werden, die durch Teilen des vorstehend erwähnten Siliziumsubstrats vorbereitet wurden. Insbesondere wurde das Siliziumsubstrat in verschiedene Heiztafeln 1 mit einer Würfelmaschine geschnitten (AWD-4000, hergestellt durch Tokyo Seimitsu Co.) die mit einer Diamantklinge mit einer Dicke von 0,05 mm ausgestattet ist. Die getrennte Heiztafel wurde auf einer Aluminiumbasisplatte mit einem Klebemittel (SE4400, hergestellt durch Toray Co.) befestigt.
  • Die gedruckte Schalttafel, die im Voraus an die Aluminiumbasisplatte geklebt wurde, und die Heiztafel wurden mit Aluminiumdrähten mit einem Durchmesser von 0,05 mm verbunden.
  • Dann wurde an der so erhaltenen Heiztafel ein Fügeelement des Nutenelementes und der bewegbaren Trennmembran durch den vorstehend beschriebenen Prozess positioniert und geklebt. Insbesondere wurden das Nutenelement, das mit der bewegbaren Trennmembran versehen ist, und die Heiztafel zueinander positioniert und durch eine Druckfeder fixiert, dann wurde das Zuführungselement der Tinten/Blasenerzeugungsflüssigkeit an die Aluminiumbasisplatte geklebt, und die Spalte zwischen den Aluminiumdrähten und dem Nutenelement, der Heiztafel und dem Zuführungselement der Tinten/Blasenerzeugungsflüssigkeit wurden durch ein Silikondichtmittel abgedichtet (TSE399, hergestellt durch Toshiba Silicone Co.).
  • Der vorstehend beschriebene Prozess ermöglicht die Vorbereitung der zweiten Flüssigkeitspfade mit ausreichender Genauigkeit, ohne dass eine Positionsabweichung hinsichtlich den Heizvorrichtungen der Heiztafel auftritt. Insbesondere kann die Positionsgenauigkeit zwischen dem ersten Flüssigkeitspfad und dem bewegbaren Element dadurch verbessert werden, dass das Nutenelement und die bewegbare Trennmembran im Voraus geklebt werden. Eine derart hochgenaue Herstellungstechnik stabilisiert das Ausstoßen, wodurch die Druckqualität verbessert wird, und es wird eine gemeinsame Herstellung des Wafers ermöglicht, wodurch eine Massenproduktion unter geringen Kosten möglich ist.
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die zweiten Flüssigkeitspfade durch den Trockenfilm ausgebildet, der sich durch ultraviolettes Licht festigt, aber sie können auch dadurch erhalten werden, dass ein Kunstharz mit einem Absorptionsband in dem ultravioletten Bereich insbesondere in der Nähe von 248 nm laminiert wird, dass dann das Kunstharz gehärtet wird und dass dann das Kunstharz entsprechend den zweiten Flüssigkeitspfaden mit einem Excimer-Laser direkt beseitigt wird.
  • Außerdem wurden die ersten Flüssigkeitspfade etc. dadurch vorbereitet, dass eine mit Nuten versehene Oberplatte mit einer Öffnungsplatte, die die Ausstoßöffnungen aufweist, Nuten, die die ersten Flüssigkeitspfade bilden und einer Aussparung, die eine erste gemeinsame Flüssigkeitskammer bildet, die mit den vielen ersten Flüssigkeitspfaden gemeinsam in Verbindung ist und zum Zuführen der ersten Flüssigkeit zu derartigen Flüssigkeitspfaden dient, an das Fügeelement des vorstehend erwähnten Substrats und die bewegbare Trennmembran gefügt wird. Die bewegbare Trennmembran wird dadurch befestigt, dass sie zwischen der mit Nuten versehenen Oberplatte und den zweiten Flüssigkeitspfadwänden eingeklemmt wird. Die bewegbare Trennmembran ist nicht notwendigerweise an dem Substrat zu befestigen, sondern sie kann an die mit Nuten versehene Oberplatte und dann an das Substrat befestigt werden.
  • Die bewegbare Trennmembran 105 besteht vorzugsweise aus einem Kunstharzmaterial mit ausreichendem Wärmewiderstand, Lösungswiderstand und Gusseigenschaften, und es kann einen Dünnfilm bilden, das durch neuere technische Kunststoffe wie zum Beispiel Polyimid, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Melaminharz, Phenolharz, Polybutadien, Polyurethan, Polyethyletherketon, Polyethersulfon, Polyallylat, Silikongummi, Polysulfon, Fluorharze, Zusammensetzungen davon oder einem Metall mit ausreichender Haltbarkeit, Wärmewiderstand und Lösungswiderstand wie zum Beispiel Silber, Nickel, Gold, Eisen, Titan, Aluminium, Platin, Tantal, Edelstahl, Phosphorbronze oder Zusammensetzunge davon oder Silizium oder Zusammensetzungen davon repräsentiert ist.
  • Die 10A und 10B zeigen den Prozess zum Vorbereiten der bewegbaren Trennmembran, und die 11A und 11B zeigen einen anderen Prozess der Vorbereitung.
  • Wie dies in der 10A gezeigt ist, wurde zunächst eine Gussform 22 entsprechend dem ausgesparten Abschnitt der bewegbaren Trennmembran aus einem Metall oder einem Kunstharzmaterial an einem Silizium-Spiegelwafer 21 ausgebildet. Dann wurde ein Lösungsmittel auf die Gussform 22 beschichtet, und flüssiges Polyimid-Kunstharz wurde daran spin-beschichtet um einen Film 23 auszubilden, wie dies in der 10B gezeigt ist.
  • Dann wurde der Film 23 von dem Spiegel-Wafer 11 abgeschält und an dem Substrat positioniert und befestigt, an dem die vorstehend erwähnten zweiten Flüssigkeitspfade ausgebildet wurden, wodurch die bewegbare Trennmembran erhalten wird.
  • Jedoch kann die bewegbare Trennmembran auch durch andere Verfahren vorbereitet werden. Zum Beispiel kann die bewegbare Trennmembran dadurch ausgebildet werden, dass ein kommerziell erwerbbarer Dünnfilm 24 und Grußformen 25 zum Ausbilden des ausgesparten Abschnittes vorbereitet werden, wie dies in der 11A gezeigt ist, und dass dann der Dünnfilm 24 zwischen den Gussformen 25 gepresst wird, wie dies in der 11B gezeigt ist, und dass eine plastische Verformung durch Wärme hervorgerufen wird.
  • Die 12A bis 12F zeigen Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung, während die 13A bis 13F vergrößerte Querschnittsansichten in der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran zeigen, welche in den 12A bis 12F gezeigt ist, und die 14 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der in den 12A bis 12F und 13A bis 13F gezeigt ist.
  • Wie dies in den 12A bis 12F gezeigt ist, wird bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ein erster Flüssigkeitspfad 3, der mit einer Ausstoßöffnung 1 in Verbindung ist, mit einer ersten Flüssigkeit gefüllt, die von einer ersten gemeinsamen Flüssigkeitskammer 143 zugeführt wird, während ein zweiter Flüssigkeitspfad 4, der einen Blasenerzeugungsbereich 7 aufweist, mit einer Blasenerzeugungsflüssigkeit gefüllt wird, die eine Blase bei Aufnahme einer thermischen Energie durch ein Wärmeerzeugungselement 2 bildet. Zwischen dem ersten Flüssigkeitspfad 3 und dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 ist eine bewegbare Trennmembran 5 vorgesehen, um den ersten von dem zweiten Flüssigkeitspfad zu trennen. Die bewegbare Trennmembran 5 ist in einem Abschnitt davon gegenüber dem Blasenerzeugungsbereich 7 mit einem ausgesparten Abschnitt 8 versehen, der Eckenabschnitte 8a an deren Gelenkpunkten aufweist, wodurch eine Expansion in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 bewirkt wird. Die bewegbare Trennmembran 5 ist an einer Öffnungsplatte 9 befestigt, um das Vermischen von zwei Flüssigkeiten zu verhindern. In dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 wird der Blasenerzeugungsbereich 7 durch die Nähe des vorstehenden Bereiches des Wärmeerzeugungselementes 2 gebildet.
  • Wie dies in den 13A bis 13F gezeigt ist, ist der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 mit Ablenkungsabschnitten 8c zwischen den Eckenabschnitten 8a und dem Bodenabschnitt 8b versehen, und die Dicke (W8c), der Ablenkungsabschnitte 8c ist kleiner als die Dicke (W8b) des Bodenabschnittes 8b. Der Begriff "Ablenkungsabschnitt", der bei der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, meint einen Abschnitt, der die größte Verformung in dem ausgesparten Abschnitt der bewegbaren Trennmembran bei deren maximaler Versetzung zeigt.
  • Wie dies in der 14 gezeigt ist, ist das Wärmeerzeugungselement 2 in einer Aufreihung von mehreren Einheiten an einer Elemententafel 10 vorgesehen, an der mehrere zweite Flüssigkeitspfade 4 jeweils entsprechend den Wärmeerzeugungselementen 2 vorgesehen sind. Ein Stützelement 11, das die bewegbare Trennmembran 5 stützt, Dient außerdem als eine Wand zum Definieren und Ausbilden der zweiten Flüssigkeitspfade 4. Die bewegbare Trennmembran 5 ist mit mehreren ausgesparten Abschnitten 8 jeweils entsprechend den Blasenerzeugungsbereichen 7 versehen, die in der Nähe der Blasenerzeugungsbereiche 7 positioniert sind, welche in der Nähe der vorstehenden Bereiche der Wärmeerzeugungselemente 2 sind. Der erste Flüssigkeitspfad 3 ist in mehreren Einheiten vorgesehen, so dass sie jeweils die ausgesparten Abschnitte 8 enthalten. In der 14 sind jedoch die Positionen der Wände 28 zum Definieren der ersten Flüssigkeitspfade durch gestrichelte Linien dargestellt.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf die Bewegung der bewegbaren Trennmembran 5, und die bewegbare Trennmembran 5 selbst ist mit dem ausgesparten Abschnitt 8 versehen, der zu dem ersten Flüssigkeitspfad 3 durch das Anwachsen einer Blase versetzt wird, die an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes 2 gebildet wird.
  • Bei einem Anfangszustand, der in den 12A und 13A gezeigt ist, wird die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 zu der Nähe der Ausstoßöffnung 1 durch die Kapillarkraft zurückgezogen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Ausstoßöffnung 1 an der stromabwärtigen Position der Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 hinsichtlich des vorstehenden Bereiches des Wärmeerzeugungselementes 2 an dem ersten Flüssigkeitspfad 3 vorgesehen.
  • Wenn die Wärmeenergie auf das Wärmeerzeugungselement 2 (das aus einem Wärmeerzeugungswiderstandselement mit 40 × 105 μm bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht) in diesem Zustand aufgebracht wird, dann wird das Wärmeerzeugungselement 2 schnell erwärmt, wodurch dessen Oberfläche in Kontakt mit der zweiten Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich di Flüssigkeit erwärmt und darin eine Blase bildet (12B und 13B). Eine so gebildete Blase 6 beruht auf einem Filmsidephänomen, wie dies in dem US-Patent US-4 723 129 beschrieben ist, und sie wird mit einem äußerst hohen Druck über die gesamten Fläche des Wärmeerzeugungselementes gebildet. Der erzeugte Druck wird als eine Druckwelle in der zweiten Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 übertragen und wirkt auf die bewegbare Trennmembran 5, wodurch deren ausgesparter Abschnitt 8 verformt wird, was von den dünneren Ablenkungsabschnitten 8c startet, so dass der Ausstoß der ersten Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitspfad 3 begonnen wird. Jedoch sind die Eckenabschnitte 8a, die an den Gelenkpunkte des ausgesparten Abschnittes 8 ausgebildet sind, nicht an einer derartigen Verformung beteiligt.
  • Die an der gesamten Fläche des Wärmeerzeugungselementes 2 gebildete Blase wächst schnell an, so dass sie eine Filmform annimmt (12C und 13C). Die Expansion der Blase 6 mit einem äußerst hohen Druck in der Anfangsstufe der Blasenbildung bewirkt eine weitere Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5, wodurch die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 weiter aus der Ausstoßöffnung 1 ausgestoßen wird.
  • Durch das weitere Anwachsen der Blase 6 danach schreitet die Verformung auf ein derartiges Niveau voran, dass der gesamte ausgesparte Abschnitt 8 ausschließlich der Nähe der Eckenabschnitte 8a der Membran 5 in den ersten Flüssigkeitspfad 3 eindringt (12D und 13D). Da die vorstehend beschriebene Versetzung des ausgesparten Abschnittes 8 von der Anfangsstufe zu der maximalen Versetzung durch die Ablenkungsabschnitte 8c erleichtert wird, die dünner als die anderen Abschnitte des ausgesparten Abschnittes 8 sind, kann der durch der Blasenbildung erzeugte Druck effizient zu der Ausstoßöffnung geführt werden, wodurch die Ausstoßwirkung verbessert wird.
  • Wenn danach eine Schrumpfung der Blase 6 startet, dann startet eine Rückkehr des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 zu jener Position vor der Verformung (12E und 13E).
  • Nachfolgend kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 schnell zu dem Anfangszustand zurück, wie er in den 12F und 13F gezeigt ist, und zwar durch die eigene Rückstellkraft, die durch die nicht verformten Eckenabschnitte 8a ausgeübt wird, wodurch das Nachfüllen der Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitspfad 3 beschleunigt wird. Durch die Auslöschung der Blase wird außerdem der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in den zweiten Flüssigkeitspfad 4 versetzt, wodurch sich dessen Volumen reduziert und außerdem die Nachfüllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit reduziert wird, wodurch der Nachfüllvorgang schnell abgeschlossen wird. Da die Eckenabschnitte 8a des ausgesparten Abschnittes 8 eine Funktion zum Unterdrücken der Abprallbewegung unmittelbar nach der Versetzung durch die Blasenbildung aufweist, kehrt der ausgesparte Abschnitt außerdem sofort zu der Anfangsstufe nach der Versetzung zurück, wodurch ein Antrieb mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
  • Die 15A und 15B zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang des Flüssigkeitspfades, und sie zeigen den ausgesparten Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in dem Flüssigkeitsausstoßkopf des anderen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung jeweils in dem Anfangszustand und in einem Zustand bei der maximalen Versetzung, während die 16 eine Querschnittsansicht parallel zu dem Wärmeerzeugungselement des Flüssigkeitsausstoßkopfes des anderen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Falls die Gelenkpunkte 26 des ausgesparten Abschnittes keine spezifischen Eckenabschnitte 8a aufweisen, wie diese in den 5A und 5B gezeigt ist, und der Bodenabschnitt 27 des ausgesparten Abschnittes eine umgekehrte Form bei der maximalen Versetzung annimmt, wie dies in der 5B gezeigt ist, dann verformen sich die ausgesparten Abschnitte mit den Gelenkpunkten 26 als die Ablenkungspunkte.
  • Falls die Gelenkpunkte des ausgesparten Abschnittes andererseits die Eckenabschnitte 8a aufweisen, dann haben derartige Eckenabschnitte 8a eine Wirkung in dem Anfangszustand, wie dies in der 15A gezeigt ist, nämlich zum Definieren der Anfangsform, die stets eine konstante Form aufweist. Außerdem ist die Form bei der maximalen Versetzung, die in der 15B gezeigt ist, stets konstant, da die Verformung nicht örtlich konzentriert wird, sondern über einen breiten Bereich in der Nähe der Eckenabschnitte verteilt wird. Somit definieren die Eckenabschnitte 8a die Form in dem Anfangzustand und bei der maximalen Versetzung, wodurch ein sehr stabiler Flüssigkeitsausstoß erreicht wird und die Haltbarkeit verbessert wird. Der Versetzungsführungsbereich der Eckenabschnitte 8a wird außerdem aus der 16 ersichtlich.
  • Daneben erleichtert das Vorhandensein der dünneren Ablenkungsabschnitte 8c zwischen dem Eckenabschnitt 8a und dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes die Verformung des ausgesparten Abschnittes, wodurch eine wirksame Führung des Druckes durch die Blasenbildung zu der Ausstoßöffnung ermöglicht wird und die Ausstoßwirkung verbessert wird. Bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf und der Verwendung der Trennmembran ist eine derartige Membran zwischen den Flüssigkeitspfadwänden zum Ausbilden der ersten bzw. zweiten Flüssigkeitspfade jeweils über und unter der Trennmembran eingeklemmt, und sie ist weniger verformbar bei einer höheren Dichte der Düsen, da die bewegbare Trennmembran enger wird, die zwischen den Flüssigkeitspfadwänden vorhanden ist. Jedoch ermöglicht der noch leichter verformbare ausgesparte Abschnitt das Bereitstellen eines Flüssigkeitsausstoßkopfes, der ausreichend an die Düsen angepasst werden kann, die bei einer hohen Dichte angeordnet sind.
  • Darüber hinaus ermöglicht der Aufbau des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles die Verwendung von unterschiedlichen Flüssigkeiten für die Ausstoßflüssigkeit und für die Blasenerzeugungsflüssigkeit, sowie das Ausstoßen ausschließlich der Ausstoßflüssigkeit. Folglich ist es möglich, eine hoch viskose Flüssigkeit wie zum Beispiel Polyethylenglycol zufriedenstellend auszustoßen, bei der eine ausreichende Ausstoßkraft bei dem herkömmlichen Aufbau auf Grund einer unzureichenden Blasenbildung bei Aufbringung von Wärme nicht erhalten werden kann, indem eine derartige Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitspfad 103 zugeführt wird und indem dem zweiten Flüssigkeitspfad 104 eine Flüssigkeit zugeführt wird, die zufriedenstellend Blasen bilden kann (zum Beispiel ein Gemisch aus Ethanol : Wasser = 4 : 6 mit einer Viskosität von 1 – 2 cp).
  • Als die Blasenerzeugungsflüssigkeit kann außerdem eine Flüssigkeit ausgewählt werden, die keine Ablagerung wie zum Beispiel eine Kogation an der Oberfläche des Wärmeerzeugungselementes unter dem Einfluss von Wärme erzeugt, um die Blasenbildung zu stabilisieren und einen zufrieden stellenden Flüssigkeitsausstoß zu gewährleisten. Darüber hinaus kann der Aufbau des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung verschiedene Flüssigkeiten wie zum Beispiel eine hoch viskose Flüssigkeit mit einer sogar noch größeren Ausstoßwirkung und einer sogar noch höheren Ausstoßleistung ausstoßen und war auf Grund der Wirkungen, die bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
  • Darüber hinaus kann eine wärmeempfindliche Flüssigkeit ohne thermische Schäden mit einer hohen Ausstoßwirkung und einer hohen Ausstoßleistung gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgestoßen werden, indem eine derartige Flüssigkeit als die Ausstoßflüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 103 zugeführt wird, und dass dem zweiten Flüssigkeitspfad 104 eine Flüssigkeit zugeführt wird, die stabiler gegenüber Wärme ist und als die Blasenerzeugungsflüssigkeit eine zufrieden stellende Blasebildung bewirken kann.
  • Die 17A und 17B zeigen ein anderes Beispiel des Prozesses zum Herstellen der bewegbaren Trennmembran. Wie dies in der 17A gezeigt ist, wurde zunächst ein kommerziell erhältlicher Dünnfilm 24 zum Ausbilden der bewegbaren Trennmembran sowie eine männliche Grußform 25 und eine weibliche Gussform 26 zum Ausbilden des ausgesparten Abschnittes vorbereitet, und dann wurde der Film 24 auf die weiblich Gussform 26 gepresst, wie dies in der 17B gezeigt ist, und er wurde einer plastischen Verformung durch Wärme ausgesetzt, so dass die bewegbare Trennmembran mit dem ausgesparten Abschnitt erhalten wird.
  • Die 18A bis 18E zeigen Querschnittsansichten quer zu dem Flüssigkeitspfad, und sie zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der bewegbaren Trennmembran der vorliegenden Erfindung. Die 18A zeigt eine Trennmembran mit einem halbovalen ausgesparten Abschnitt, während die 18B eine Trennmembran mit einem V-förmigen ausgesparten Abschnitt zeigt, wobei ein dünnerer Ablenkungsabschnitt 8c zwischen dem jeweiligen Eckenabschnitt 8a und dem Bodenabschnitt 8b vorgesehen ist. Die 18C bis 18E zeigen Trennmembranen mit einem trapezförmigen ausgesparten Abschnitt. In der 18C ist ein dünnerer Abschnitt durch eine gekrümmte Kerbe ausgebildet. In der 18D ist ein gesamter aufsteigender Abschnitt dünner als die anderen Abschnitte gestaltet, und in der 18E sind der gesamte aufsteigende Abschnitt und ein Abschnitt des Bodens dünner als andere Abschnitte gestaltet. Außerdem erleichtern diese Konfigurationen eine Verformung des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran, wodurch der Druck durch die Blasenbildung wirksam zu der Ausstoßöffnung geführt wird und die Ausstoßwirkung verbessert wird.
  • Die 19A und 19B zeigen Querschnittsansichten senkrecht zu dem Flüssigkeitspfad, und sie zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der bewegbaren Trennmembran der vorliegenden Erfindung. Bei dem dargestellten Querschnitt senkrecht zu dem Flüssigkeitspfad sind dünnere Ablenkungsabschnitte 8c zwischen den Eckenabschnitten 8a und dem Bodenabschnitt 8b vorgesehen, um ähnliche Wirkungen wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu erhalten.
  • Die 20A bis 20F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wie dies in der 20A gezeigt ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der ausgesparte Abschnitt der bewegbaren Trennmembran 5 so ausgebildet, dass eine Bedingung h2 ≥ h1 erfüllt ist, wobei h1 die Höhe von dem Wärmeerzeugungselement 2 zu dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes in dem Ruhezustand ist, und wobei H2 die Höhe von dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes zu dem Ablenkungsabschnitt 8c davon in dem Ruhezustand ist. Falls zum Beispiel h2 gleich 20 μm beträgt, dann ist h1 vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 5 – 10 μm. Der Begriff "Ablenkungsabschnitt", der in der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, meint bei den ausgesparten Abschnitten der bewegbaren Trennmembran einen Abschnitt, der die größte Verformung bei der maximalen Versetzung zeigt.
  • Bei einem in der 20A gezeigten Anfangszustand wird die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 zu der Nähe der Ausstoßöffnung 1 durch die Kapillarkraft zurückgezogen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Ausstoßöffnung 1 an der stromabwärtigen Position in der Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 hinsichtlich des vorstehenden Bereiches des Wärmeerzeugungselementes 2 an dem ersten Flüssigkeitspfad 3 vorgesehen.
  • Wenn Wärmeenergie auf das Wärmeerzeugungselement 2 aufgebracht wird (das auf einem Wärmeerzeugungswiderstandselement von 40 × 105 μm bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht), dann wird das Wärmeerzeugungselement 2 in diesem Zustand schnell erwärmt, wodurch dessen Oberfläche, die mit der zweiten Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich in Kontakt ist, die Flüssigkeit erwärmt und darin eine Blase bildet (10B).
  • Eine so gebildete Blase 6 beruht auf einem Filmsidephänomen, wie dies in dem US-Patent US-4 723 129 beschrieben ist, und sie wird mit einem äußerst hohen Druck über den gesamten Bereich des Wärmeerzeugungselementes gebildet. Der erzeugte Druck wird als eine Druckwelle in der zweiten Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 übertragen und wirkt auf die bewegbare Trennmembran 5. Wenn die Höhe h2 von dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes 8 zu dem Ablenkungsabschnitt 8c davon gleich oder größer als die Höhe h1 von dem Wärmeerzeugungselement 2 zu dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes 8 ausgewählt ist, dann wird der Druck durch die Blasenbildung zu der bewegbaren Trennmembran 5 übertragen, bevor er zu der stromaufwärtigen und der stromabwärtige Seite des zweiten Flüssigkeitspfades 4 entweichen kann, so dass der Druck in wirksamer Weise zu der bewegbaren Trennmembran 5 übertragen werden kann. Die Übertragung des Druckes durch die Blasenbildung zu der bewegbaren Trennmembran verursacht eine Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 davon, wodurch der Ausstoß der ersten Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 beginnt. Jedoch sind die Eckenabschnitte 8a, die an den Gelenkpunkten des ausgesparten Abschnittes 8 ausgebildet sind, nicht bei einer derartigen Verformung beteiligt.
  • Die an der gesamten Fläche des Wärmeerzeugungselementes zwei gebildete Blase wächst schnell an, so dass sie eine Filmform annimmt (20C). Die Expansion der Blase 6 mit einem äußerst hohen Druck in der Anfangsstufe der Blasenbildung bewirkt eine weitere Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5, wodurch die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 aus der Ausstoßöffnung 1 weiter ausgestoßen wird.
  • Durch das nachfolgende weitere Anwachsen der Blase 6 schreitet die Verformung auf ein derartiges Niveau voran, dass der gesamte ausgesparte Abschnitt 8 außer der Nähe der Eckenabschnitte 8a der Membran 5 in den ersten Flüssigkeitspfad 3 eindringt (20D).
  • Wenn die Schrumpfung der Blase 6 danach startet, dann startet eine Rückkehr des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 zu der Position vor der Verformung (20E).
  • Nachfolgend kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 schnell zu dem Anfangszustand zurück, wie dies in der 20F gezeigt ist, und zwar durch die eigene Rückstellkraft, die durch die nicht verformten Eckenabschnitte 8a ausgeübt wird, wodurch das Nachfüllen der Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitspfad beschleunigt wird.
  • Außerdem wird durch die Auslöschung der Blase der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in den zweiten Flüssigkeitspfad 4 versetzt, wodurch sich dessen Volumen reduziert und wodurch außerdem die Nachfüllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit reduziert wird, wodurch der Nachfüllvorgang schnell abgeschlossen wird. Da außerdem die Eckenabschnitte 8a des ausgesparten Abschnittes 8 eine Funktion zum Unterdrücken der Abprallbewegung unmittelbar nach der Versetzung durch die Blasenbildung aufweist, kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 unmittelbar zu dem Anfangszustand nach der Versetzung zurück, wodurch ein Antrieb mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
  • Die 21A bis 21F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wie dies in der 21A gezeigt ist, hat der ausgesparte Abschnitt der bewegbaren Trennmembran 5 bei diesem Ausführungsbeispiel einen Ablenkungsabschnitt 8C zwischen dem Eckenabschnitt 8a und dem Bodenabschnitt 8b, wobei eine Dicke bei dem Ablenkungsabschnitt 8c kleiner ist als bei dem Bodenabschnitt 8b. Wie dies außerdem in der 20A gezeigt ist, ist der ausgesparte Abschnitt der bewegbaren Trennmembran 5 so ausgebildet, dass eine Bedingung h2 ≥ h1 erfüllt ist, wobei h1 die Höhe von dem Wärmeerzeugungselement 2 zu dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes in dem Ruhezustand ist, und wobei h2 die Höhe von dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes zu dem Ablenkungsabschnitt 8c davon in dem Ruhezustand ist. Falls zum Beispiel h2 gleich 20 μm beträgt, dann ist h1 vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 5 – 10 μm. Andere Konfigurationen sind gleich wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel.
  • Bei einem in der 21A gezeigten Anfangszustand wird die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 zu der Nähe der Ausstoßöffnung 1 durch die Kapillarkraft zurückgezogen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Ausstoßöffnung 1 an der stromabwärtigen Position in der Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 hinsichtlich des vorstehenden Bereiches des Wärmeerzeugungselementes 2 an dem ersten Flüssigkeitspfad 3 vorgesehen.
  • Wenn Wärmeenergie auf das Wärmeerzeugungselement 2 (das auf einem Wärmeerzeugungswiderstandselement mit 40 × 105 μm bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht) in diesem Zustand aufgebracht wird, dann wird das Wärmeerzeugungselement 2 schnell erwärmt, wodurch dessen Fläche, die mit der zweiten Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich in Kontakt ist, die Flüssigkeit erwärmt und darin eine Blase bildet (21B). Eine so gebildete Blase 6 beruht auf einem Filmsidephänomen, wie dies in dem US-Patent US-4 723 129 beschrieben ist, und sie wird mit einem äußerst hohen Druck über den gesamten Bereich des Wärmeerzeugungselementes gebildet. Der erzeugte Druck wird als eine Druckwelle in der zweiten Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 übertragen und wirkt auf die bewegbare Trennmembran 5. Wenn die Höhe h2 des Bodenabschnittes 8b des ausgesparten Abschnittes 8 zu dem Ablenkungsabschnitt 8c davon gleich oder größer als die Höhe h1 von dem Wärmeerzeugungselement 2 zu dem Bodenabschnitt 8b des ausgesparten Abschnittes ausgewählt wird, dann wird der Druck durch die Blasenbildung zu der bewegbaren Trennmembran 5 übertragen, bevor er zu der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des zweiten Flüssigkeitspfades 4 entweichen kann, so dass der Druck wirksam zu der bewegbaren Trennmembran 5 übertragen werden kann. Die Übertragung des Druckes durch die Blasenbildung zu der bewegbaren Trennmembran verursacht eine Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 davon, wodurch das Ausstoßen der ersten Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 begonnen wird. Jedoch sind die Eckenabschnitte 8a, die an den Gelenkpunkten des ausgesparten Abschnittes 8 ausgebildet sind, nicht bei einer derartigen Verformung beteiligt.
  • Die an der gesamten Fläche des Wärmeerzeugungselementes 2 gebildete Blase 6 wächst schnell an, so dass sie eine Filmform annimmt (21C). Die Expansion der Blase 6 mit einem äußerst hohen Druck in der Anfangsstufe der Blasenbildung bewirkt eine weitere Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5, wodurch die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 weiter aus der Ausstoßöffnung 1 ausgestoßen wird.
  • Durch das weitere Anwachsen der Blase 6 danach schreitet die Verformung zu einem derartigen Niveau voran, dass der gesamte ausgesparte Abschnitt 8 ausschließlich der Nähe der Eckenabschnitte 8a der Membran 5 in den ersten Flüssigkeitspfad 3 eindringt (21D).
  • Wenn danach eine Schrumpfung der Blase 6 startet, dann startet eine Rückkehr des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 zu der Position vor der Verformung (21E).
  • Nachfolgend kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 schnell zu dem Anfangszustand zurück, der in der 21F gezeigt ist, und zwar durch die eigene Rückstellkraft, die durch die nicht verformten Eckenabschnitte 8a ausgeübt wird, wodurch das Nachfüllen der Flüssigkeit in den ersten Flüssigkeitspfad 3 beschleunigt wird. Außerdem wird durch die Auslöschung der Blase der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in den zweiten Flüssigkeitspfad 4 versetzt, wodurch sich dessen Volumen reduziert und wodurch sich außerdem die Nachfüllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit reduziert, wodurch der Nachfüllvorgang schnell abgeschlossen wird. Da die Eckenabschnitte 8a des ausgesparten Abschnittes 8 außerdem eine Funktion zum Unterdrücken der Abprallbewegung unmittelbar nach der Versetzung durch die Blasenbildung aufweist, kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 sofort zu dem Anfangszustand nach der Versetzung zurück, wodurch ein Antrieb mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
  • Die 22A bis 22F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang einer Linie 22A bis 22F – 22A bis 22F in der 1A des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel, und sie zeigen jeweils die Zustände entsprechend den 1A bis 1F.
  • Wie dies in der 22A gezeigt ist, ist der Abstand zwischen den Eckenabschnitten durch W1 dargestellt, deren Abstand zwischen den Ablenkungsabschnitten ist durch W3 dargestellt und die Breite des Bodenabschnittes ist durch W2 dargestellt und die Breite des Wärmeerzeugungselementes ist durch WH dargestellt. Falls WH größer als W1 ist, dann kann der Druck durch die Blasenbildung nicht wirksam zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, so dass ein unnötig großer Druck zum Verformen des ausgesparten Abschnittes erforderlich ist. Falls WH andererseits kleiner als W2 ist, dann kann der Druck durch die Blasenbildung nicht ausreichend zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes übertragen werden. Folglich ist der ausgesparte Abschnitt in wünschenswerter Weise so gestaltet, dass eine Beziehung W1 ≥ WH ≥ W2 gilt, damit die Ausstoßwirkung verbessert wird.
  • Der Druck durch die Blasenbildung kann noch wirksamer auf die bewegbare Trennmembran dadurch übertragen werden, indem eine Beziehung W1 ≥ W3 ≥ WH gilt, und vorzugsweise W1 ≥ W3 ≥ WH ≥ W2. Der Begriff "Ablenkungsabschnitt", der in der vorliegenden Beschreibung oder in den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, meint einen Abschnitt in dem ausgesparten Abschnitt der bewegbaren Trennmembran, der die größte Verformung bei der maximalen Versetzung zeigt.
  • Die 23A bis 23F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten der Nähe des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung. Wie dies in der 23A gezeigt ist, hat der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 bei diesem Ausführungsbeispiel einen Ablenkungsabschnitt 8c zwischen dem Eckenabschnitt 8a und dem Bodenabschnitt 8b, wobei eine Dicke bei dem Ablenkungsabschnitt 8c kleiner ist als bei dem Bodenabschnitt 8b. Andere Konfigurationen sind gleich wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel.
  • Bei einem in der 23A gezeigten Anfangszustand wird die Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 zu der Nähe der Ausstoßöffnung 1 durch die Kapillarkraft zurückgezogen. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Ausstoßöffnung 1 an der stromabwärtigen Position in der Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 hinsichtlich des vorstehenden Bereiches des Wärmeerzeugungselementes 2 an dem ersten Flüssigkeitspfad 3 vorgesehen.
  • Wenn Wärmeenergie auf das Wärmeerzeugungselement 2 (das aus einem Wärmeerzeugungswiderstandselement mit 40 × 105 μm bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besteht) in diesem Zustand aufgebracht wird, dann wird das Wärmeerzeugungselement 2 schnell erwärmt, wodurch dessen Oberfläche, die mit der zweiten Flüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich in Kontakt ist, die Flüssigkeit erwärmt und darin eine Blase bildet (23B). Eine so gebildete Blase beruht auf einem Filmsidephänomen, wie dies in dem US-Patent US-4 723 129 beschrieben ist, und sie wird mit einem äußerst hohen Druck über den gesamten Bereich des Wärmeerzeugungselementes gebildet. Der erzeugte Druck wird als eine Druckwelle in der zweiten Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 übertragen und wird auf die bewegbare Trennmembran 5, wodurch eine Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 von den dünneren Ablenkungsabschnitten 8c startet, so dass das Ausstoßen der ersten Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 begonnen wird. Jedoch sind die Eckenabschnitte 8a, die an den Gelenkpunkten des ausgesparten Abschnittes 8 ausgebildet sind, nicht bei einer derartigen Verformung beteiligt.
  • Die an der gesamten Fläche des Wärmeerzeugungselementes 2 erzeugte Blase 6 wächst schnell an, so dass sie eine Filmform annimmt (23C). Die Expansion der Blase 6 mit einem äußerst hohen Druck bei der Anfangsstufe der Blasenbildung bewirkt eine weitere Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5, wodurch die erste Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 weiter aus der Ausstoßöffnung 1 ausgestoßen wird.
  • Durch das weitere Anwachsen der Blase 5 danach schreitet die Verformung auf ein derartiges Niveau voran, dass der gesamte ausgesparte Abschnitt 8 ausschließlich der Nähe der Eckenabschnitte 8a der Membran 5 in den ersten Flüssigkeitspfad 3 eindringt (23D). Da die Versetzung des ausgesparten Abschnittes 8 von dem Anfangszustand zu der maximalen Versetzung, die vorstehend beschrieben ist, durch die dünneren Ablenkungsabschnitte 8c des ausgesparten Abschnittes 8 erleichtert wird, kann der Druck durch die Blasenbildung wirksam zu der Ausstoßöffnung übertragen werden, wodurch die Ausstoßwirkung verbessert wird.
  • Wenn danach eine Schrumpfung der Blase 6 startet, dann startet eine Rückkehr des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 zu der Position vor der Verformung (23E).
  • Nachfolgend kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 schnell zu dem Anfangszustand zurück, der in der 23F gezeigt ist, und zwar durch die eigene Rückstellkraft, die durch die nicht verformten Eckenabschnitte 8a ausgeübt wird, wodurch das Nachfüllen der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 beschleunigt wird. Außerdem wird durch die Auslöschung der Blase der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in den zweiten Flüssigkeitspfad 4 versetzt, wodurch dessen Volumen reduziert und außerdem die Nachfüllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit reduziert wird, wodurch der Nachfüllvorgang schnell abgeschlossen wird. Da außerdem die Eckenabschnitte 8A des ausgesparten Abschnittes 8 eine Funktion zum Unterdrücken der Abprallbewegung unmittelbar nach der Versetzung durch die Blasenbildung aufweist, kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 sofort zu dem Anfangszustand nach der Versetzung zurück, wodurch ein Antrieb mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
  • Die 24A bis 24F zeigen vergrößerte Querschnittsansichten bei Betrachtung von der Seite der Ausstoßöffnung beiden 12A bis 12F des ausgesparten Abschnittes der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel, und sie zeigen jeweils Zustände entsprechend den 12A bis 12F. Wie dies in der 24A gezeigt ist, ist der Abstand zwischen den Eckenabschnitten durch B1 dargestellt, der Abstand zwischen den Ablenkungsabschnitten ist durch W3 dargestellt, die Breite des Bodenabschnittes ist durch W2 dargestellt und die Breite des Wärmeerzeugungselementes ist durch WH dargestellt. Falls WH größer als W3 ist, dann kann der Druck durch die Blasenbildung nicht wirksam zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, so dass ein unnötig großer Druck zum Verformen des ausgesparten Abschnittes erforderlich ist. Falls WH andererseits kleiner als W2 ist, dann kann der Druck durch die Blasenbildung nicht ausreichend zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes übertragen werden. Folglich ist der ausgesparte Abschnitt in wünschenswerter Weise so gestaltet, dass eine Beziehung W1 ≥ WH ≥ W2 gilt, damit die Ausstoßwirkung verbessert wird, und zwar zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Wirkung der Ausbildung von dünneren Ablenkungsabschnitten. Der Druck durch die Blasenbildung kann noch wirksamer zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, wenn eine Beziehung W1 ≥ W3 ≥ WH gilt, und vorzugsweise W1 ≥ W3 ≥ WH ≥ W2.
  • Die 25A bis 25D zeigen die Positionsbeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel, wobei die 25A eine vergrößerte Querschnittsansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes entlang dessen Flüssigkeitspfad zeigt; die 25B eine Draufsicht des Wärmeerzeugungselementes zeigt; die 25C eine Draufsicht der bewegbaren Trennmembran zeigt; und die 25D eine Draufsicht des Wärmeerzeugungselementes und der bewegbaren Trennmembran zeigt, die in einem überlagerten Zustand sind. Wie dies in der 25A gezeigt ist, wird jener Bereich durch S1 eingenommen, der durch Verbinden der Eckenabschnitte 8a bei dem Vorsprung des ausgesparten Abschnittes zu dem Wärmeerzeugungselement definiert ist, der Bereich des Bodenabschnittes 8b des ausgesparten Abschnittes wird durch S2 eingenommen, jener Bereich wird durch S3 eingenommen, der durch Verbinden der Ablenkungsabschnitte des ausgesparten Abschnittes definiert ist, und der Bereich des Wärmeerzeugungselementes 2 wird durch SH eingenommen. Falls SH größer als S1 ist, dann kann der Druck durch die Blasenbildung nicht wirksam zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, so dass ein unnötig großer Druck zum Verformen des ausgesparten Abschnittes erforderlich ist. Falls SH andererseits kleiner als S2 ist, dann kann der Druck durch die Blasenbildung nicht ausreichend zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes übertragen werden. Folglich ist der ausgesparte Abschnitt in wünschenswerter Weise so gestaltet, dass eine Beziehung S1 ≥ SH ≥ S2 gilt, um die Ausstoßwirkung zu verbessern. Bei der vorstehenden Beschreibung ist SH der Bereich des gesamten Wärmeerzeugungselementes, aber vorzugsweise ist S ein Bereich, der durch das effektive Filmsiden (der so genannte effektive Blasenbildungsbereich) an der Fläche des Wärmeerzeugungselementes 2 bestimmt ist.
  • Der Druck durch die Blasenbildung kann noch wirksamer zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, indem eine Beziehung S1 ≥ S3 ≥ SH gilt, und vorzugsweise S1 ≥ S3 ≥ SH ≥ S2. Der Begriff "Ablenkungsabschnitt", der in der vorliegenden Beschreibung oder den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, meint einen Abschnitt in dem ausgesparten Abschnitt der bewegbaren Trennmembran, der die größte Verformung bei der maximalen Versetzung zeigt.
  • Die 26A bis 26D zeigen die Positionsbeziehung zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der bewegbaren Trennmembran bei einem anderen Ausführungsbeispiel, wobei die 26A eine vergrößerte Querschnittsansicht des Flüssigkeitsausstoßkopfes entlang dessen Flüssigkeitspfad zeigt; die 26B eine Draufsicht des Wärmeerzeugungselementes zeigt; die 26C eine Draufsicht der bewegbaren Trennmembran zeigt und die 26D eine Draufsicht des Wärmeerzeugungselementes und der bewegbaren Trennmembran in einem überlagerten Zustand zeigt. Wie dies in der 26A gezeigt ist, wird jener Bereich durch S1 eingenommen, der durch das Verbinden der Eckenabschnitte 8a bei dem Vorsprung des ausgesparten Abschnittes zu dem Wärmeerzeugungselement eingenommen wird, der Bereich des Bodenabschnittes 8b des ausgesparten Abschnittes wird durch S2 eingenommen, jener Bereich wird durch S3 eingenommen, der durch Verbinden der Ablenkungsabschnitte des ausgesparten Abschnittes definiert ist, und der Bereich des Wärmeerzeugungselementes 2 wird durch SH eingenommen. Falls SH größer als S1 ist, dann kann der Druck durch de Blasenbildung nicht wirksam zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, so dass ein unnötig großer Druck zum Verformen des ausgesparten Abschnittes erforderlich ist. Falls SH andererseits kleiner als S2 ist, dann kann der Druck durch die Blasenbildung nicht ausreichend zu dem gesamten Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnittes übertragen werden. Folglich ist der ausgesparte Abschnitt in wünschenswerter Weise so gestaltet, dass eine Beziehung S1 ≥ SH ≥ S2 gilt, um die Ausstoßwirkung zu verbessern, und zwar zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Wirkung beim Ausbilden der dünneren Ablenkungsabschnitte. Der Druck durch die Blasenbildung kann noch wirksamer zu der bewegbaren Trennmembran übertragen werden, indem eine Beziehung S1 ≥ S3 ≥ SH gilt, und vorzugsweise S1 ≥ S3 SH ≥ S2. In der vorherigen Beschreibung ist SH der Bereich des gesamten Wärmeerzeugungselementes, aber vorzugsweise ist es ein Bereich, der das wirksame Filmsiden (der so genannte wirksame Blasenbildungsbereich) an der Fläche des Wärmeerzeugungselementes 2 zeigt.
  • Die 27A bis 27F zeigen Querschnittsansichten eines anderen Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird das gleiche Hauptarbeitsprinzip wie bei dem Ausführungsbeispiel verwendet, das in den 1A bis 3 gezeigt ist, aber es unterscheidet sich in den Führungspfaden 9, 10 zum Ermöglichen einer Flüssigkeitsströmung, die an den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten des Blasenerzeugungsbereiches 7 vorgesehen sind.
  • Die 27A zeigt einen Zustand, bei dem die Blasenerzeugungsflüssigkeit in dem Blasenerzeugungsbereich in einen stabilen Anfangszustand versetzt ist, indem die in dem Flüssigkeitspfad verbleibende Blase, die eine Ursache der Instabilität darstellt, und die stark aufgewärmte Flüssigkeit durch eine erzwungene Strömungseinrichtung bewegt werden, wie dies später beschrieben wird, und zwar vor dem Blasenbildungsschritt durch das Wärmeerzeugungselement 2, um eine stabile Blasenbildung zu erreichen. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit, die von dem Führungspfad 9 zugeführt wird, wird aus dem Führungspfad durch den Blasenerzeugungsbereich 7 ausgestoßen, so dass der Blasenerzeugungsbereich 7 in einen stabilen Anfangszustand jederzeit versetzt werden kann. Daher kann ein stabiler Ausstoßvorgang dadurch einen derartigen Initialisierungsbetrieb nach einer längeren Pause oder nach einer Wärmeansammlung oder einer Blasenbildung durch einen Antrieb mit hohem Puls erreicht werden.
  • Die 27B bis 27F zeigen Schritte zum Bilden und zum Auslöschen der Blase 6 in dem Blasenerzeugungsbereich 7 durch das Wärmeerzeugungselement 2. Bei diesen Zuständen, wenn Energie auf das Wärmeerzeugungselement 2 aufgebracht wird, erwärmt es die zweite Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit), um darin eine Blase zu bilden (27B). Der durch die Blasenbildung erzeugte Druck wird als eine Druckwelle in der zweiten Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitspfad 4 übertragen und wirkt auf die bewegbare Trennmembran 5, wodurch sich der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 verformt, damit das Ausstoßen der ersten Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 beginnt.
  • Die Blase 6 wächst schnell an, so dass sie eine Filmform annimmt (27C) Die Expansion der Blase 6 mit einem äußerst hohen Druck in dem Anfangszustand der Blasenbildung verursacht eine weitere Verformung des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5, wodurch die erste Flüssigkeit (Ausstoßflüssigkeit) in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 weiter aus der Ausstoßöffnung 1 ausgestoßen wird. Durch das weitere Anwachsen der Blase 6 danach schreitet die Verformung auf ein derartiges Niveau voran, dass der gesamte ausgesparte Abschnitt 8 ausschließlich der Nähe der Eckenabschnitte 8a der Membran 5 in den ersten Flüssigkeitspfad 3 eindringt (27D).
  • Wenn danach eine Schrumpfung der Blase 6 startet, startet eine Rückkehr des ausgesparten Abschnittes 8 der bewegbaren Trennmembran 5 zu der Position vor der Verformung (27E). Nachfolgend kehrt der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 schnell zu dem Anfangszustand zurück, wie dies in der 27F gezeigt ist, und zwar durch die eigene Rückstellkraft, die durch die nicht verformten Eckenabschnitte 8a ausgeübt wird, wodurch das Nachfüllen der Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitspfad 3 beschleunigt wird. Durch das Auslöschen der Blase wird außerdem der ausgesparte Abschnitt 8 der bewegbaren Trennmembran 5 in den zweiten Flüssigkeitspfad 4 versetzt, wodurch sich dessen Volumen reduziert und sich außerdem die Nachfüllmenge der Blasenerzeugungsflüssigkeit reduziert, wodurch der Nachfüllvorgang schnell abgeschlossen wird.
  • Das gegenwärtige Ausführungsbeispiel kann die Ausstoßmenge stabilisieren, da die bewegbare Trennmembran 5 mit dem ausgesparten Abschnitt 8 im Wesentlichen dehnungsfrei ist. Jedoch ist es insbesondere wichtig, dass das Versetzungsvolumen der bewegbaren Trennmembran 5 hinsichtlich des maximalen Volumens der Blase 6 klein ist, so dass die Ausstoßmenge hinsichtlich der Änderung des Volumens der Blase stabilisiert wird. Bei dem in der 27D gezeigten Zustand kann die Spannung auf die Membran 5 sehr hoch werden, falls das Versetzungsvolumen der bewegbaren Trennmembran 5 von dem maximalen Volumen der Blase 6 äußerst unterschiedlich ist, und deren Lebensdauer kann nachteilig beeinträchtigt werden. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind jedoch die Führungspfade 9, 10 an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des Blasenerzeugungsbereiches 7 vorgesehen und dazu geeignet, die zweite Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit) so auszustoßen, dass das überschüssige Volumen der Blase 6 absorbiert wird, wodurch eine hohe Stabilität und hohe Haltbarkeit verwirklicht werden. Außerdem kann das Haltbarkeitsproblem der Membran, das im Falle jenes Falles auftritt, wenn die Membranversetzung der plötzlichen Volumenänderung beim Schrumpfen der Blase nicht folgen kann, durch die Druckeinstellung und die Entspannungsfunktion von diesen Führungspfaden gelöst werden, wodurch eine hohe Stabilität und hohe Haltbarkeit verwirklicht werden können. Insbesondere verwirklicht das gegenwärtige Ausführungsbeispiel einen sehr stabilen Ausstoßvorgang, da die Führungspfade an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite in Gleichgewicht sind, so dass eine gute ausgewogene Versetzung der bewegbaren Trennmembran 5 ermöglicht wird.
  • Außerdem sind bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel Flüssigkeitspfadwiderstände 11, 12 an den Kopplungen mit den Führungspfaden 9, 10 vorgesehen, um eine überflüssige Dissipation des Druckes des Blasenerzeugungsbereiches 7 in die Führungspfade 9, 10 zu verhindern.
  • Die 28A bis 28D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Flüssigkeitspfadwiderstände, die wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite voneinander unterschiedlich sind. Die 28D zeigt eine Querschnittsansicht eines Zustandes der Blasenbildung bei dem Aufbau, der in der 28A gezeigt ist.
  • In der 28A sind die Flüssigkeitspfadwiderstände 13, 14 so ausgebildet, dass die Flüssigkeitsströmung in der stromabwärtigen Richtung erleichtert ist, das sie aber in der stromaufwärtigen Richtung behindert wird. Bei der Bildung der Blase 6 durch das Wärmeerzeugungselement 2 wächst folglich die Blase 6 an der stromaufwärtigen Seite in jene Richtung an, das die bewegbare Trennmembran 5 angehoben wird, aber an der stromabwärtigen Seite zu dem stromabwärtigen Führungspfad 10, wodurch die bewegbare Trennmembran 5 eine größere Versetzung an der stromaufwärtigen Seite zeigt (28D). Infolgedessen wird eine Strömung der Ausstoßflüssigkeit (erste Flüssigkeit) von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite erzeugt, wodurch die Nachfüllwirkung für die Ausstoßflüssigkeit (erste Flüssigkeit) verbessert wird. Die in den 28B und 28C gezeigten Konfigurationen können außerdem die Ausstoßcharakteristika dadurch verbessern, dass das Gleichgewicht der Flüssigkeitsströmungspfade 15, 16, 17, 18 differenziert wird.
  • Die 29 und 30 zeigen Querschnittsansichten in Längsrichtung von anderen Ausführungsbeispielen des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung. Wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist, sind ein zweiter Flüssigkeitspfad 20 einschließlich Löchern, die in dem Elementsubstrat 19 vorgesehen sind, eine bewegbare Trennmembran 5, die eine Trennwand bildet, und ein Nutenelement 21 vorgesehen, das mit einer Nut versehen ist, welche den ersten Flüssigkeitspfad 3 bildet. Die Löcher in dem Substrat 19 können zum Beispiel durch Sandstrahlen oder Ätzen ausgebildet werden. Die Löcher in dem Substrat, die an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des Blasenerzeugungsbereiches 7 ausgebildet sind, werden als Führungspfade 22, 23 zum Ermöglichen der Strömung der Blasenerzeugungsflüssigkeit verwendet.
  • Die 29 und 30 zeigen Querschnittsansichten in Längsrichtung eines Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßkopfes, der Löcher in dem Elementsubstrat verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Führungspfade 22, 23 mit einem zweiten Flüssigkeitspfad 20 verbunden, der in einer Basisplatte 24 vorgesehen ist, an der das Elementsubstrat 19 geklebt ist. Die Blasenerzeugungsflüssigkeit kann zirkulieren, oder sie kann durch eine erzwungene Strömungseinrichtung strömen, wie zum Beispiel eine Pumpe (nicht gezeigt), die mit dem zweiten Flüssigkeitspfad 20 verbunden ist. Andererseits wird die erste Flüssigkeit dem ersten Flüssigkeitspfad 3 zugeführt, der gegenüber den Führungspfaden 22, 23 positioniert ist und durch die bewegbare Trennmembran 5 getrennt ist. Folglich ist der gesamte Aufbau einfach und kann hoch zuverlässig das gegenseitige Mischen der Flüssigkeiten verhindern. Außerdem kann der Druck von den Flüssigkeitspfaden 22, 23 aufgenommen werden, da der Querschnitt der Flüssigkeitspfade ausreichend groß ausgewählt werden kann.
  • Die 31 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Flüssigkeitspfad in dem Kopf als eine Zirkulationsstruktur einschließlich einer Pumpe 25 aufgebaut, die als eine erzwungene Strömungseinrichtung dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Blasenreservoir 27 an der stromaufwärtigen Seite des zweiten Flüssigkeitspfades 26 vorgesehen, um Blasen etc. zu beseitigen, die möglicherweise in der zweiten Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit) enthalten sind, wodurch die Blasenbildung und der Flüssigkeitsausstoß stabilisiert werden.
  • Die 32A zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßkopfes der vorliegenden Erfindung, und die 32B zeigt eine vergrößerte Ansicht davon. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zweite Flüssigkeitspfade 28, die an einem Elementensubstrat 31 vorgesehen sind, in die Einheit von 10 Düsen eingeteilt, wodurch die zweite Flüssigkeit (Blasenerzeugungsflüssigkeit) mit einer einheitlichen Durchsatzrate an der Mitte und an den Enden des Kopfes strömen kann. Damit die Flüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitspfaden 28 eine einheitliche Durchsatzrate über die Düsen aufweist, sind der Flüssigkeitspfadwiderstand R1 von einem Zuführungseinlass (Führungspfad 29) zu dem Eingang der jeweiligen Düse und der Flüssigkeitspfadwiderstand R2 an dem Eingang so ausgewählt, dass R1 + R2 bei jeder Düse konstant ist. Die 32C zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Ausgang (Führungspfad 30) für jeweils zwei Wärmeerzeugungselemente 2 und zwei zweite Flüssigkeitspfade 32 vorgesehen ist. Somit wird ein Kopf verwirklicht, der einen einheitlichen Flüssigkeitspfadwiderstand hinsichtlich jeder Düse und eine kleine Schwankung der Charakteristika zwischen den Düsen zeigt.
  • Die 33 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der wesentlichen Bauteile eines Tintenstrahlaufzeichnungsgerätes 600, das das Flüssigkeitsausstoßgerät bildet, bei dem der Flüssigkeitsausstoßkopf angebracht ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 33 ist eine Tintenstrahlkopfkartusche 601 gezeigt, bei der der Flüssigkeitsausstoßkopf mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau und ein Tintenbehälter integriert sind, oder der Tintenbehälter ist abnehmbar. Die Kopfkartusche 601 ist an einem Schlitten 607 angebracht, der mit einer Spiralnut 606 einer Bleischraube 605 im Eingriff ist, die durch Getriebezahlenräder 603, 604 durch die Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung eines Antriebsmotors 602 gedreht wird, und die Kartusche bewegt sich zusammen mit dem Schlitten 607 in Richtungen a und b entlang eines Führungselementes 608 und durch die Drehung des Motors 602 hin und her. Ein Druckblatt P, das durch eine nicht dargestellte Vorschubvorrichtung an einer Plattenwalze 609 vorgeschoben wird, wird durch eine Druckplatte 610 entlang der Bewegungsrichtung des Schlittens dagegen gedrückt.
  • In der Nähe von einem Ende der Bleischraube 605 sind Photokoppler 611, 612 vorgesehen, die eine Ruhepositionserfassungseinrichtung bilden, die das Vorhandensein eines Hebels 607A des Schlittens 607 zum Beispiel zum Schalten der Antriebsrichtung des Motors 602 erfasst.
  • Außerdem gezeigt sind ein Stützelement 613 zum Stützen eines Kappenelementes 614 zum Abdecken der Vorderseite mit den Ausstoßöffnungen des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsausstoßkopfes; eine Tintensaugeinrichtung 615 zum Ansaugen von Tinte, die in de Kappenelement 614 verbleibt, nämlich durch einen Leerlaufausstoß von der Kopfkartusche 601, und zum Ausführen einer Saugwiederherstellung der Kopfkartusche 601 durch eine Öffnung in dem Kappenelement; eine Reinigungslamelle 617 und ein Bewegungselement 618 zum Bewegen der Lamelle 617 in einer Richtung, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schlittens 607 ist, wobei die Lamelle 617 und das Bewegungselement 618 durch ein Hauptkörperstützelement 619 gestützt sind. Die Lamelle 617 ist nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt, sondern sie kann irgendeine andere bekannte Form annehmen. Außerdem ist ein Hebel 620 zum Starten des Saugbetriebs bei der Saugwiederherstellung gezeigt. Er wird durch die Bewegung eines Nockens 621 bewegt, der mit dem Schlitten 607 im Eingriff ist, wodurch die Antriebskraft von dem Motor 602 durch eine bekannte Getriebeeinrichtung wie zum Beispiel eine Kupplung gesteuert wird.
  • Eine Steuereinheit zum Zuführen von Signalen zu den Wärmeerzeugungselementen 202 in der Kopfkartusche 601 und zum Steuern von verschiedenen Mechanismen ist in dem Hauptkörper des Gerätes vorgesehen und daher nicht dargestellt. Das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät 600 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration führt einen Aufzeichnungsvorgang auf dem Druckblatt T aus, das durch die nicht dargestellte Vorschubeinrichtung an der Platte 609 vorgeschoben wird, in dem der Kopf 601 über die gesamte Breite des Blattes P hin- und herbewegt wird.
  • Die 34 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der wesentlichen Bauteile eines anderen Ausführungsbeispieles des Flüssigkeitsausstoßgerätes, bei dem der Flüssigkeitsausstoßkopf angebracht ist. Dieses Ausführungsbeispiel wird durch ein Tintenausstoßaufzeichnungsgerät unter Verwendung von Tinte als die Ausstoßflüssigkeit beschrieben. Ein Schlitten HC des Gerätes stützt eine Kopfkartusche, in der ein Flüssigkeitsbehälter 90, der Tinte enthält, und eine Flüssigkeitsausstoßkopfeinheit 200 abnehmbar angebracht sind, und er führt eine Hin- und Herbewegung in der Querrichtung eines Aufzeichnungsmediums 150 wie zum Beispiel ein Papier durch, das durch eine Aufzeichnungsmediumstransporteinrichtung transportiert wird.
  • Eine nicht dargestellte Signalzuführungseinrichtung führt der Flüssigkeitsausstoßeinrichtung in dem Schlitten Antriebssignale zu, und zwar als Reaktion auf das Ausstoßen der Aufzeichnungsflüssigkeit zu dem Aufzeichnungsmedium durch den Flüssigkeitsausstoßkopf.
  • Das Flüssigkeitsausstoßgerät von diesem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren mit einem Motor 111 zum Antreiben der Aufzeichnungsmediumstransporteinrichtung und des Schlittens, mit Zahnrädern 112, 113 zum Übertragen der Leistung von dem Motor zu dem Schlitten, einer Schlittenwelle 85 etc. versehen. Außerdem hat es eine Zirkulationspumpe 114 zum Zirkulieren der Flüssigkeit durch Ausschicken der Flüssigkeit zu dem Kopf und durch Aufnehmen der Flüssigkeit von diesem, und sie ist durch Rohre 115 mit den vorstehend erwähnten Führungspfaden verbunden, die mit dem Flüssigkeitspfad des Kopfes verbunden sind. Ein derartiges Aufzeichnungsgerät und ein derartiger Flüssigkeitsausstoßprozess, der darin ausgeführt wird, sorgen für zufriedenstellende Bilder durch einen Flüssigkeitsausstoß auf verschiedene Aufzeichnungsmedien.

Claims (22)

  1. Flüssigkeitsauslasskopf mit: einem Auslassflüssigkeitspfad (3), der mit einer Auslassöffnung (1) zum Auslassen einer Auslassflüssigkeit in Verbindung ist und dazu geeignet ist, die Auslassflüssigkeit zu leiten; einem Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (4) einschließlich eines Blasenerzeugungsbereiches (7) zur Blasenerzeugung, der geeignet ist, eine Blasenerzeugungsflüssigkeit zu leiten; und einer bewegbaren Trennmembran (5), die geeignet ist, den Auslassflüssigkeitspfad und den Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (4) voneinander und im Wesentlichen zu trennen, und die einen ausgesparten Abschnitt (8) an einer Position aufweist, die dem Blasenerzeugungsbereich (7) entspricht, der eine derartige Ablenkung aufweist, dass der Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (4) verengt wird, wobei der ausgesparte Abschnitt (8) einen mittleren Abschnitt (8b) und Eckenabschnitte (8a) aufweist, die den mittleren Abschnitt (8b) umgeben und an den Gelenken des ausgesparten Abschnittes (8) ausgebildet sind, wobei der mittlere Abschnitt (8b) des ausgesparten Abschnittes (8) geeignet ist, zu dem Auslassflüssigkeitspfad (3) durch eine Blase versetzt zu werden, die in dem Blasenerzeugungsbereich (7) erzeugt wird, und wobei der ausgesparte Abschnitt (8) Ablenkungsabschnitte (8c) aufweist, die die größten Verformungen des ausgesparten Abschnittes (8) bei der maximalen Versetzung des mittleren Abschnittes (8b) zeigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkungsabschnitte (8c) zwischen den Eckenabschnitten (8a) und dem mittleren Abschnitt (8b) angeordnet sind, und dass Eckenabschnitte des ausgesparten Abschnittes (8), die in der Nähe der Eckenabschnitte (8a) und zwischen den Eckenabschnitten (8a) und den Ablenkungsabschnitten (8c) angeordnet sind, im Wesentlichen nicht bei einer Versetzung des mittleren Abschnittes (8b) durch die Blase versetzt werden.
  2. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1, wobei das Volumen V1 des ausgesparten Abschnittes (8) in einem Ruhezustand und das Volumen V2 des ausgesparten Abschnittes (8) bei der maximalen Versetzung eine Beziehung erfüllen: V2 < V1.
  3. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (4) entsprechend dem Blasenerzeugungsbereich (7) ein Wärmeerzeugungselement (2) zum Erzeugen von Wärme zum Erzeugen der Blase aufweist.
  4. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 3, wobei die in dem Blasenerzeugungsbereich (7) erzeugte Blase durch eine Filmsiedewirkung erzeugt wird.
  5. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die bewegbare Trennmembran (5) an den Ablenkungsabschnitten (8c) dünner ist.
  6. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 3 und 5, wobei die Höhe h1 von dem Wärmeerzeugungselement (2) zu einem Bodenabschnitt (8b) des ausgesparten Abschnittes (8) in dessen Ruhezustand und die Höhe h2 von dem Bodenabschnitt (8b) des ausgesparten Abschnittes (8) zu den Ablenkungsabschnitten (8c) in dem Ruhezustand des ausgesparten Abschnittes (8) eine Beziehung erfüllen: h2 ≥ h1.
  7. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 6, wobei h1 innerhalb eines Bereiches von 5 bis 10 μm ist.
  8. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß den Ansprüchen 3 und 5, wobei der Abstand W1 zwischen den Eckenabschnitten (8a) des ausgesparten Abschnittes (8) bei Betrachtung von der Seite der Auslassöffnung (1), eine Breite W2 eines Bodenabschnittes (8b) des ausgesparten Abschnittes (8) und eine Breite WH des Wärmeerzeugungselementes (2) eine Beziehung erfüllen: W1 ≥ WH ≥ W2.
  9. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß den Ansprüchen 3 und 5, wobei der Abstand W1 zwischen den Eckenabschnitten (8a) des ausgesparten Abschnittes (8) bei Betrachtung von der Seite der Auslassöffnung (1), ein Abstand W3 der Ablenkungsabschnitte (8c) des ausgesparten Abschnittes (8) und eine Breite WH des Wärmeerzeugungselementes (2) eine Beziehung erfüllen: W1 ≥ W3 ≥ WH.
  10. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 9, wobei die Breite W2 eines Bodenabschnittes (8b) des ausgesparten Abschnittes (8) und eine Breite WH des Wärmeerzeugungselementes (2) eine Beziehung erfüllen: WH ≥ W2.
  11. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß den Ansprüchen 3 und 5, wobei in den vorstehenden Bereichen zu dem Wärmeerzeugungselement (2) der Bereich S1, der durch Verbinden der Eckenabschnitte (8a) des ausgesparten Abschnittes (8) gebildet ist, ein Bereich S2 eines Bodenabschnittes (8b) des ausgesparten Abschnittes (8) und ein Bereich SH des Wärmeerzeugungselementes (2) eine Beziehung erfüllen: S1 ≥ SH ≥ S2.
  12. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß den Ansprüchen 3 und 5, wobei in den vorstehenden Bereichen zu dem Wärmeerzeugungselement (2) der Bereich S1, der durch Verbinden der Eckenabschnitten (8a) des ausgesparten Abschnittes (8) gebildet ist, ein Bereich S3, der durch Verbinden der Ablenkungsabschnitte (8c) des ausgesparten Abschnittes (8) gebildet ist, und ein Bereich SH des Wärmeerzeugungselementes (2) eine Beziehung erfüllen: S1 ≥ S3 ≥ SH.
  13. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 12, wobei der Bereich S2 eines Bodenabschnittes (8b) des ausgesparten Abschnittes (8) und ein Bereich SH des Wärmeerzeugungselementes (2) eine Beziehung erfüllen: SH ≥ S2.
  14. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei SH der Bereich eines wirksamen Blasenerzeugungsbereiches des Wärmeerzeugungselementes (2) ist.
  15. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Blasenerzeugungsflüssigkeit in dem Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (4; 20; 28) und in einem Führungspfad (9, 10; 22, 23; 29) strömt, der in einem Substrat (19) vorgesehen ist und mit dem Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (4; 20; 28) in Verbindung ist.
  16. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 15, wobei die Strömung der Blasenerzeugungsflüssigkeit in dem Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (20) und in dem Führungspfad durch eine Zwangsströmungseinrichtung (25) bewirkt wird.
  17. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß den Ansprüchen 3 und 15, wobei die Blasenerzeugungsflüssigkeitspfade (28) durch die Führungspfade (29, 30) in mehrere Blöcke geteilt sind, wodurch die Blasenerzeugungsflüssigkeit einheitlich an den Wärmerzeugungselementen (2) strömt.
  18. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 15, wobei der Blasenerzeugungsflüssigkeitspfad (20) einen Blasenbehälter (27) in einem Abschnitt davon aufweist.
  19. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Auslassflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit einander gleich sind.
  20. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Ansprüchen 1 bis 18, wobei die Auslassflüssigkeit und die Blasenerzeugungsflüssigkeit voneinander unterschiedlich sind.
  21. Flüssigkeitsauslasskopf gemäß Anspruch 20, wobei die Blasenerzeugungsflüssigkeit höherwertiger als die Auslassflüssigkeit zumindest bezüglich der niedrigen Viskosität, der Blasenerzeugungsfähigkeit oder der thermischen Stabilität ist.
  22. Flüssigkeitsauslassgerät mit dem Flüssigkeitsauslasskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 und einer Transporteinrichtung zum Transportieren eines Aufzeichnungsmediums (P; 150) zum Ausbilden einer Aufzeichnung durch Aufnehmen der Auslassflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslasskopf.
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