DE3402683A1

DE3402683A1 - Fluessigkeitsspritz-aufzeichnungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE3402683A1
Application number: DE19843402683
Authority: DE
Inventors: Toshitami Tokio/Tokyo Hara; Masahiro Funabashi Chiba Haruta; Yasuhiro Kawasaki Kanagawa Yano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1984-08-02
Anticipated expiration: 2004-01-27
Also published as: FR2548961B1; US4675693A; GB8518482D0; HK72291A; GB2134853A; FR2547534A1; FR2547534B1; GB2161426B; HK72191A; DE3402683C2; GB8402368D0; FR2548961A1; GB2161426A; GB2134853B

Description

"" IXINNE_-" \3RUPE. .; - - Vertreter beim EPA r% rv O -~ ^;""- - - ^: "" " "Dipl.-Ing. H.Tiedtke

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Q / Π O C Q Q Dipl.-Ing. R. Kinne -³~ O^UZDOO Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Canon Kabushiki Kaisha Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

_ , , Bavariaring 4, Postfach 20

^Toky0' ^Japan 8000 München 2

Tel.: 0 89-53 96 53 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent Münchei 2 6. Januar 1984 DE 3638 Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren und -vorrichtung

Vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren und eine zugehörige -vorrichtung, genauer gesagt ein Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren und eine zugehörige Aufzeichnungsvorrichtung, mit dem bzw. der selbst bei einer kontinuierlichen Aufzeichnung eine beständige Tröpfchenabgabe erreicht werden kann.

Aufschlagfreie Aufzeichnungsverfahren haben· in neuerer Zeit größeres Interesse gewonnen, da die während der Auf-

IQ zeichnung entstehenden Geräusche vernachlässigbar gering sind. Zu diesen Aufzeichnungsverfahren gehört das sogenannte Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren (ilüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren), mit dem einerseits eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann und da^s andererseits eine Aufzeichnung bewirkt, ohne daß hierzu ein spezieller Vorgang erforderlich ist, beispielsweise eine !fixierung auf ebenem Aufzeichnungspapier. Das Verfahren ist daher äußerst wirksam. In der Vergangenheit sind verschiedene Varianten hierfür vorgeschlagen worden. Einige dieser Varianten sind bereits in die Praxis umgesetzt worden, während andere noch in bezug auf ihre praktische Nutzung geprüft werden.

Das Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren funktioniert so, daß Tröpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte)

zum Fliegen und Anhaften auf einem Aufzeichnungsmedium gebracht werden, wodurch eine Aufzeichnung bewirkt wird. Ein derartiges Verfahren wird in verschiedene Typen eingeteilt, je nach dem Verfahren, mit dem die Tropfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit erzeugt werden, und dem Verfahren, mit der die Richtung gesteuert wird, in der die erzeugten Tröpfchen fliegen. '

Insbesondere wird heutzutage dem Tröpfchenabgabeverfahren auf Anforderung besondere Aufmerksamkeit geschenkt, bei dem es sich um ein Aufzeichnungsverfahren handelt, bei dem Tröpfchen in Abhängigkeit von einem Aufzeichnungssignal aus Abgabeöffnungen (Flüssigkeitsabgabe-Öffnungen) abgegeben werden und austreten und bei dem die Tröpfchen zum Anhaften auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums gebracht werden, um dadurch nur die für den Aufzeichnungsvorgang erforderlichen Tröpfchen abzugeben. Dieses Verfahren verdient insofern spezielle Beachtung, als daß spezielle Einrichtungen zum Sammeln oder Behandeln der abgegebenen Flüssigkeit für den Aufzeichnungsvorgang nicht erforderlich sind, was wiederum zu einer Vereinfachung und einer größeren Kompaktheit der Vorrichtung führt. Ferner trägt die Tatsache dazu . bei, daß die Richtung, in der die Tröpfchen von den Abgabeöffnungen austreten, nicht gesteuert werden muß und daß in einfacher Weise eine Mehrfarbenaufzeichnung durchgeführt werden kann.

In neuerer Zeit wurde die Entwicklung von Aufzeichnungsköpfen (Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsköpfen) mit einer Vielzahl von Abgabeöffnungen, die mit einer hohen Dichte angeordnet sind, vorangetrieben, bei denen das vorstehend erwähnte Tröpfchenabgabeverfahren auf Anforderung Anwendung findet. Ferner sind zahlreiche i'lüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvorrichtungen ent-

wickelt worden, mit denen Bilder einer hohen Auflösung und hohen Qualität mit hohen Geschwindigkeiten erzeugt werden können.

Bei einer Flüssigkeitsspritz-AufZeichnungsvorrichtung, die von dem vorstehend erwähnten Tröpfchenabgabeverfahren auf Anforderung Gebrauch macht, läßt man Druckenergie (mechanische Energie) oder Wärmeenergie auf die im Energieeinwirkungsabschnitt vorhandene Flüssigkeit einwirken, um auf diese Weise die zur Abgabe der Tröpfchen erforderliche Bewegungskomponente zu erzeugen. Es ist daher erforderlich, daß diese Energie so auf die Flüssigkeit einwirkt, daß sie in wirksamer Weise für die Tröpfchenabgabe nutzbar ge~

15 macht wird.

Es ist ferner bei der kontinuierlichen Durchführung eines Aufzeichnungsvorganges erforderlich, daß diese Energie in exact wiederkehrender Weise in Abhängigkeit von einem Aufzeichnungssignal erzeugt wird. Insbesondere bei einer Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit ist es erforderlich, daß diese Wiederholung in zuverlässiger Weise in Abhängigkeit von dem Aufzeichnungssignal durchgeführt wird, mit dem der Energieeinwirkungsabschnitt beaufschlagt wird.

Um die Qualität der aufgezeichneten Bilder zu verbessern und eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Abgaberichtung der Tröpfchen zu stabilisieren, das Auftreten von Trabantentröpfchen zu verhindern, eine beständige Tröpfchenabgabe in kontinuierlicher und wiederholter Weise über eine langen Zeitraum durchzuführen und die Tröpfchenbildungsfrequenz (die Anzahl der pro

Zeiteinheit gebildeten Tröpfchen) zu verbessern.

In Verbindung mit dem Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren, das von dem Tropfchenabgabeverfahren auf Anforderung Gebrauch macht, eixstiert jedoch das Problem, daß dann, wenn das Tröpfchenvolumen relativ zur Größe der Flüssigkeitsabgabeöffnungen sehr groß ist, eine große Flüssigkeitsmenge durch die Tröpfchenabgabe austritt, so daß daher Luft von den Tröpfchenabgabeöffnungen eingeführt wird, wenn sich die Flüssigkeitskuppe zurückzieht. Wenn die Luft in den Aufzeichnungskopf eingezogen wird, insbesondere in den Energieeinwirkungsabschnitt des Kopfes oder in die Wachbarschaft desselben, und in der Form von Blasen in der Flüssigkeit innerhalb des Aufzeichnungskopfes vorliegt, wird die Energie zur Abgabe der Tröpfchen verbraucht (absorbiert), indem die Blasen komprimiert werden. In einigen Fällen kann daher auf die Flüssigkeit keine ausreichende Energie aufgebracht werden, um ein Austreten der Flüssigkeit aus den Tröpfchenabgabeöffnungen zu bewirken. Mit anderen Worten, infolge der Blasen können manchmal keine Tröpfchen abge-

2S
^y geben werden. Selbst wenn Tröpfchen abgegeben

werden können, wird jedoch ein Teil der Abgabeenergie von den Blasen absorbiert, so daß daher in Verbindung mit dem genauen Auftreffen der Tröpfchen auf einem Aufzeichnungsmedium Schwierigkeiten entstehen. Um daher eine beständige Tröpfchenabgabe zu erreichen, ist es von größter Bedeutung, die Einführung von Luft (die Anwesenheit von Blasen) zu verhindern.

Um ein Eindringen von Luft in den Energieeinwirkungs-

_. 7 —

abschnitt o.a. durch Zurückziehen der Flüssigkeitskuppe zu verhindern, wenn Tröpfchen abgegeben werden, könnte man an ein Verfahren zum Unterdrucksetzen der Flüssigkeit denken, um damit die Rückziehkraft der Flüssigkeitskuppe zu überwinden. Wenn eine solche Methode Anwendung findet, entstehend ,jedoch dadurch Probleme, daß die Flüssigkeit durch ihren Druck aus den Tröpfchenabgabeöffnungen herausgepreßt wird, wodurch der Vorteil des Tropfchenabgabeverfahrens auf Anforderung, der darin besteht, daß keine Flüssigkeitssammelvorrichtung erforderlich ist, zunichte gemacht wird.

Da bei dem Tröpfchenabgabeverfahren auf Anforderung Wärmeenergie eingesetzt wird, verwendet man zur Erzeugung der von den Abgabeöffnungen abzugebenden Tröpfchen ein wärmeerzeugendes Widerstandselement o.a., bei dem es sich um ein elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelndes Element handelt, um die Flüssigkeit mit Wärmeenergie zu beaufschlagen und dadurch eine Zustandsänderung herbeizuführen, durch die die Flüssigkeit einen steilen Volumenanstieg (Gasbildung) erhält und durch die auf der Zu-Standsänderung basierenden Kraft abgegeben wird. In diesem Fall hängt die Tröpfchenabgabe von der Volumenveränderung der Blasen ab, wenn die Flüssigkeit durch die Wärmeenergie in Blasen überführt wird. Die Volumenveränderung der Blasen wird durch den Bereich des Energieeinwirkungsabschnittes, beispielsweise des wärmeerzeugenden Widerstandselementes, bestimmt. Um jedoch eine beständige Tj»öpfchenabgabe zu erreichen, ist eine geeignete Volumenveränderung der Blasen relativ zum minimalen Querschnittsbereich So der Abgabeöffnungen erforderlich, da bei einer zu großen Volumenveränderung solche Phänomene wie Spritzen und Einführung von

Luft auftreten, die die Tröpfchenabgabe unbeständig machen oder die Abgabe ganz stoppen. Wenn dagegen die Volumenveränderung zu klein ist, wird der Umfang der Abgabeöffnungen feucht, wodurch die Flüssigkeitsabgabe gestoppt oder unbeständig gemacht wird. Wenn die Volumenveränderung zu klein ist, wird ferner feine Blase erzeugt, so daß keine Volumenveränderung der Blasen auftritt und somit kein Tröpfchen abgegeben wird.

10-

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der die vorstehend genannten Probleme vermieden werden können und das bzw. die in der Lage ist, eine kontinuierliche Aufzeichnung durch eine beständige Tröpfchenabgabe zu bewirken.

Die Erfindung bezweckt des weiteren die Schaffung eines Plüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahrens und einer zugehörigen Vorrichtung, bei dem bzw. der keine Luft aus den Flüssigkeitsabgabeöffnangen eintritt und das bzw. die ein ausgezeichnetes kontinuierliches und beständiges Tröpfchenabgabevermögen besitzt.

Schließlich soll durch die Erfindung ein Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren zur Verfugung gestellt werden, bei dem die Aufzeichnung derart durchgeführt wird, daß die Beziehung zwischen dem minimalen Querschnittsbereich So der Tröpfchenabgabeöffnungen zur Ausbildung von austretenden Tröpfchen und dem Volumen V der von den Abgabeöffnungen austretenden Tröpfchen die nachfolgende

- 9 - ■

_ 9 _ Bedingung erfüllt.

100 Z V/So ²£ 0,1 ...(1).

Ferner soll eine Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, bei der der numerische Wert des minimalen Querschnittsbereiches So eine? Abgabeöffnung zur Ausbildung der austretenden Tröpfchen und der numerische Wert des Bereiches Sjj eines elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelnden Elementes, das die zur Abgabe der Flüssigkeit aus den Abgabeöffnungen erforderliche Energie zur Verfügung stellt, die folgende Bedingung erfüllen.

15 §

o,i s_H £ so 4 loo

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 4 gelöst. Weiterbildungen des Erfindungsgegenständes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitsspritz-Auf- ■XQ Zeichnungsvorrichtung;

Figur 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung der Figur 1;

Figur 3 einen Schnitt entlang der strichpunktierten Linie X-X" in Figur 2; 35

- 10 -

die Figuren 4-A schematische Schnittansichten,

bis 4-C . , .

m denen verschiedene Formen

von Abgabeöffnungen dargestellt sind.

In den Figuren 1 bis 3 sind folgende Elemente dargestellt: Tröpfchenabgabeöffnungen 101, Flüssigkeitszuführlöcher 102, Seitenwände 10J, eine Abgabeöffnungsplatte 104, die die Tröpfchenabgabeöffnungen aufweist, eine zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 105, eine Schutzschicht 106, eine Elektrodenschicht 107, eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 108, eine Basisplatte 109 und eine gemeinsame Außenverdrahtung 110.

Wie man den Figuren entnehmen kann, wird bei der dargestellten Aufzeichnungsvorrichtung Flüssigkeit, die in die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer 105 eingeführt wird, durch die Flüssigkeitszuführlöcher 102 in eine gemeinsame Flüssigkeitskammer geführt, wobei

20 durch die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 108

Wärmeenergie auf die in Flüssigkeitsströmungskanälen, die durch die Seitenwände 103voneinander getrennt sind, befindliche Flüssigkeit aufgebracht wird. Dadurch tritt die Flüssigkeitin Form von Tröpfchen

25 aus den Tröpfchenabgabeöffnungen aus.

Das Verfahren zur Herstellung der gezeigten Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvorrichtung wird nunmehr anhand einer ersten Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wurde zur Herstellung der Basisplatte 109 Si verwendet. Die Oberfläche der Basisplatte 109 wurde zuerst unter Wärmeeinwirkung oxidiert, um eine SiOo- Schicht e'iner Dicke von 3 /um

- 11 -

auszubilden. Daraufhin wurde eine Schicht aus Ta als wärmeerzeugende Widerstandsschicht 108 mit einer Dicke von 2.000 Ä und eine Schicht aus Al als Elektrodenschicht 107 mit einer Dicke von 1 /um ausgebildet, wonach ein wärmeerzeugender Abschnitt (der den Spalt zwischen den Elektroden der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht betrifft und hiernach als Heizeinrichtung bezeichnet wird) in einer Form von 60 ,um χ 100 -um mit einem Abstand von 125 „-Um durch ein fotolithographisches Verfahren hergestellt wurde. Ferner wurde ein Film,der die Oxydation der Ta-Schicht und das Eindringen der Flüssigkeit verhindert und mechanischen Stoßen entgegenwirkt, die von den Blasen erzeugt werden, wenn die Flüssigkeit der Wärmeenergie ausgesetzt wird, erzeugt sowie eine Schicht aus SiOp mit einer Dicke von 0,5.um und eine Schicht aus SiC mit einer Dicke von 1 um, v/obei diese Schichten durch Sprühen hintereinander aufgebracht wurden, um auf diese Weise eine Schutzschicht 106 auszubilden.

Hiernach wurden Elemente zur Ausbildung der Flüssigkeitsströmungskanäle und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer hergestellt. Die Flüssigkeitsabgabeöffnungen 101 wurden unmittelbar über dem Wärmeeinwirkungsabschnitt angeordnet, v/obei diese Tröpfchenabgabeöffnungen 101 durch Ätzen einer ^Q Platte aus NiCr mit einer Dicke von 30 yum erzeugt wurden. Des weiteren wurden die Flüssigkeitszufuhrlöcher 102 in der Basisplatte 109 ausgebildet. Die Elemente für die zweite gemeinsame Flüssigkeitskammer, die Abgabeöffnungsplatte 104- etc.

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wurden zusammengebaut, wodurch der Aufzeichnungskopiabschnitt der Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvorrichtung fertiggestellt wurde.

Bei der ersten Ausführungsform betrug die Breite der Flüssigkeitsströmungskanäle 70 -um, die Höhe dieser Kanäle 50 /um und der durchschnittliche Durchmesser (hiernach nur als Durchmesser bezeichnet) des Abschnittes So des minimalen Querschnittsbereiches IQ einer Jeden Tröpfchenabgabeöffnung 101 50 um.

Bei der ersten Ausführungsform wurde eine Tinte verwendet, die hauptsächlich aus einem wasserlöslichen schwarzen Farbstoff, Wasser, Diäthylenglykol und

]c l-3-Dimethylen-2-Imidazolizinon bestand. Die xvärmeerzeugende Widerstandsschicht wurde mit einer Rechteckspannung von 5 /U see. mit einer Frequenz von 1 KHz beaufschlagt, und die Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvorrichtung wurde in Betrieb genommen.

Zu diesem Zeitpunkt betrug das Volumen des abgegebenen Tröpfchens 8,71 χ 10 "^ mm^ und A betrug 1,00.

Bei dieser ersten Ausführungsform wurde in Abhängigkeit von der Eingabe eines Abgabesignales eine zuverlässige und beständige Tröpfchenabgabe erreicht. Die Vorrichtung wurde kontinuierlich betrieben, bis eine

Anzahl von 1 χ 10 Tröpfchen aus jeder Tröpfchenabgabeöffnung abgegeben worden war. Es wurden nicht nur sämtliche Tröpfchen abgegeben, sondern es fand auch bis

^O zum letzten Tröpfchen eine beständige Abgabe statt.

S_elbst bei einer Frequenz von 5 KHz oder mehr des Eingangssignales (Tröpfchenabgabesignal) wurden die Tröpfchen in einer ausreichend zuverlässigen Weise abgegeben, wobei eine beständige Abgabe erreicht wurde.

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Mit anderen Worten, die Grenze der Tröpfchenbildungsfrequenz lag bei 5 KHz oder mehr.

Als zweite Ausführungsform wurde ein Aufzeichnung^- kopfabschnitt hergestellt, der die gleichen Abmessungen wie die erste Ausführungsform aufwies, mit der Ausnahme, daß der wärmeerzeugende Abschnitt eine Abmessung von 55 ,um χ 55 /um besaß und der Durchmesser der Tröpfchenabgabeöffnungen M-O /um betrug.

Es wuro? in Verbindung mit diesem Aufzeichnungskopf eine entsprechende Tintewie bei der ersten Ausführungsform verwendet. Der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht wurde eine Rechteckspannung von 5,<u sec. mit einer Frequenz von 2 KHz aufgeprägt, und der Aufzeichnungskopf wurde in Betrieb genommen. Zu diesem Zeitpunkt betrug das Volumen des abgegebenen Tröpfchens 5,30 χ 10 ^ mm , und A betrug 0,74-.

Auch bei der zweiten Ausführungsform wurde in Abhängigkeit von Eingabe eines Abgabesignales eine zuverlässige und beständige Tröpfchenabgabe erreicht. Selbst bei

9 einer kontinuierlichen Abgabe von 1 χ 10 Tröpfchen aus jeder Tröpfchenabgabeöffnung wurde bis zur Abgabe des letzten Tröpfchens ohne Unterbrechung eine beständige Tröpfchenabgabe erreicht. Selbst bei einer Frequenz des Eingangssignales 5 KHz oder mehr wurde diese beständige Tröpfchenabgabe in Abhängigkeit vom Eingangssignal zuverlässig verwirklicht, 30

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Aufzeichnungskopf wurden die Abmessungen von verschiedenen Abschnitten verändert. Als Ergebnis hiervon führten alle diejenigen Aufzeichnungsköpfe, die in

der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt sind und der Formel (1) genügen, zu sehr guten Ergebnissen, die mit denen der ersten und zweiten Ausführungsform vergleichbar waren.

Tabelle 1

Probe Größe der
Nr. Heizeinrichtung
(jxm) χ (/im)

Flüssigkeitsströmungskanäle Breite Höhe C/im) (um)

Tröpfchenabgabeöffnungen Durch- Dicke

Tröpfchenvolumen
(mm⁵)

messer Cum)

GO ■P-CD NO

1	20	χ	40	40	I 50	25	20	1,64 χ 10~⁶	0,15
2	40	χ	40	60	40	40	50	2,24 χ 1ο~5
5	L ⁴⁰	χ	100	60	40	40	50	4,77 χ ΙΟ"⁵	0,50 !
4	50	X	150	40	50	50	40	1,15 χ ίο"⁴	1,06_
5	40	X	200	80	75	50	50	1,44 χ 10~⁴	1,56 .
6	40	X	200	60	75	50	50	7,00 χ ΙΟ"⁵	1,75
7	50	X	50	55	25	20	20	1,00 χ 10"^	5,72 \
δ	50	X	50	55	20	20	20	2,24 χ 10"^	1,OLU
	40	X	200	50	50 j	50	50	8,71 χ 10~⁵	4,07·'
ip.	50	X	200	80	80 1	40		6,75'X ΙΟ"⁴	4,65-
11 12	100 100	X X	150 250	110 110	55 ' j 500 .;	30 60		5^64 χ ΙΟ"⁴ 1,64 χ 10""	^; 15,0ο"·
15	80	X	.500	90	200 I	40		7,55 χ 10"-	50,00, .
	1', „ty





50
20 ■ 50 ί
55

Als nächstes wurde als Vergleichsbeispiel ein Aufzeichnungskopf einer Konstruktion hergestellt, die der der anderen Ausführungsformen entsprach . Die Größe des wärmeerzeugenden Abschnittes betrug 80,-um χ 200 um, die Breite der Flüssigkeitsströmungskanäle 100/um, die Höhe der Flüssigkeitskanäle 125 ,um, der Durchmesser der Tröpfchenabgabeöffnungen 30 /um und die Dicke der Tröpfchenabgabeöffnungen 20/um.

Als diese Ausführungsform in der gleichen Weise wie die erste Ausführungsform betrieben wurde, wurden Tröpfchen mit einem Volumen von 2,0 χ 10 ^y nmr abgegeben; die Abgabe war Jedoch sehr unbeständig und kam sofort zu einem Ende. Zu diesem Zeitpunkt betrug

15 A 106,95.

Als weiteres Vergleichsbeispiel wurde ein Aufzeichnungskopf hergestellt, der den anderen Ausführungsformen entsprach. Hierbei betrug die Größe des wärmeerzeugenden

20 Abschnittes 30,Um χ 150/um, die Breite der Flüssig-

keitsströmungskanäle 80/um, die Höhe der Flüssigkeitsströmungskanäle 125,um, der Durchmesser der Tröpfchenabgabeöffnungen JO /um und die Dicke der Tröpfchenabgabeöffnungen 20/um. Als diese Ausführungsform in der gleichen V/eise wie die erste Ausführungsform betrieben wurde, wurden Tröpfchen mit einem Volumen von 6,95 x 10" mm abgegeben. In diesem Fall war jedoch wiederum die Tröpfchenabgabe äußerst unbeständig und für die Bildaufzeichnung nicht geeignet. Zu diesem

30 Zeitpunkt betrug A 0,08.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Tröpfchenabgabe mit Hilfe von Wärmeenergie bewerkstelligt. Die Tröpfchenabgabe kann jedoch auch durch

- 17 -

- 17 mechanische Energie bewirkt werden.

Ferner waren bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Tröpfchenabgabeöffnungen vom sogenannten L-Typ, bei der Flüssigkeit durch Umlenkung von den Flüssigkeitsströmungskanälen abgegeben wird. Die TröpfchenabgabeÖffnungen können jedoch auch von einer Ausführungeform sein, bei der Öffnungen an den Enden der Flüssigkeits-Strömungskanäle vorgesehen sind.

Es wird ferner bevorzugt, den Wert A = V/So in den Bereich 50 2. A Zl 0,1 zu legen, um eine wirksamere Betriebsweise zu ermöglichen,

Im nachfolgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wurde Si für die Basisplatte 109 verwendet. Die Oberfläche der Basisplatte 109 wurde zuerst durch Einwirkung von Wärme oxidiert, um eine SiOp-Schicht einer Dicke von 3 ,um auszubilden. Danach wurde als wärmeerzeugende Widerstandsschicht 108 eine Ta-Schicht mit einer Dicke von 2000 Ä hergestellt, und es wurde eine Al-Schicht einer Dicke von 1,um als

25 Elektrodenschicht 107 vorgesehen, wonach ein

wärmeerzeugender Abschnitt (Heizeinrichtung) einer Größe von 30 /um χ 100 am mit einem Abstand von 125 /Um durch ein fotolithographisches Verfahren hergestellt wurde. Als Film zum Verhindern der Oxydation der Ta-Schicht und zum Verhindern des Eindringens von Flüssigkeit sowie als Widerstand gegen mechanische Erschütterungen, die durch Blasen erzeugt werden, wenn die Flüssigkeit der

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— Io —

Wärmeenergie ausgesetzt wird, wurde eine SiCU-Schicht mit einer Dicke von 0,5 um und eine SiC-Schicht mit einer Dicke von 1 jam nacheinander durch Sprühen hergestellt, um die Schutzschicht 106 vorzusehen.

Danach wurden die Elemente zur Herstellung der Flüssigkeitsströmungskanäle und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer geformt. Die Tropfchenabgabeöffnungen 101 wurden gerade über dem Wärmeeinwirkungsabschnitt angeordnet, v/obei diese Abgabeöffnungen 101 durch Ätzen einer Platte aus NiCr mit einer Dicke von 30 Aim hergestellt wurden. Des weiteren wurden die Flüssigkeitszuführlöcher 102 in der Basisplatte 109 ausgebildet, wonach

die Elemente zur Herstellung der zweiten gemeinsamen Flüssigkeitskammer, der Abgabeöffnungsplatte 104-etc. montiert wurden. Der Aufzeichnungskopfabschnitt der Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvor-

richtung war somit fertiggestellt.

Diese dritte Ausführungsform besaß einen Aufzeichnungskopf, wie er in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, wobei die Breite der Flüssigkeits-

25 Strömungskanäle 4-0 /um und die Höhe der Kanäle 60 /im betrug. Der Durchschnittsdurchmesser (hiernach nur als Durchmesser bezeichnet) des minimalen Querschnittsbereiches einer jeden Abgabeöffnung betrug JO jam (So = 706,5 yurn ), und die

Abgabeöffnungen wurden durch Ätzen einer Platte aus NiCr erzeugt, die eine Dicke von 30 yum aufwies. Die Abgabeöffnungen wurden gerade oberhalb der Heizeinrichtung vorgesehen.

19 -

Es wurde eine Tinte verwendet, die hauptsächlich aus einem wasserlöslichen schwarzen Farbstoff, Wasser, Diäthylenglycol und l,3-Dimethyl-2-Imidazolizinon bestand- Die Vorrichtung wurde mit einer Rechteckspannung von 5/u see. betrieben, die der warmeerzeugenden V/iderstandsschicht mit einer Frequenz von 1 KHz aufgeprägt wurde. In Abhängigkeit von dem Eingangssignal (Tröpfehenabgabesignal) wurden die Tröpfchen in zuverlässiger und beständiger Weise abgegeben. Auch bei der kontinuierlichen Abgabe von 1 χ 10 Tröpfchen fand vor dem letzten Tröpfchen keine Unterbrechung der Abgabe statt, und es wurde eine beständige Abgabe erzielt.

Bei dieser dritten Ausführungsform betrug So =

706,5 /um² und somit So^ = 18778,8. Auch bei dieser-Ausführungsform betrug Sg = 3000_;und somit lag So

zwischen 0,1 S_H = 300 bis 100 S_H = 300000. Mit

anderen Worten, auch diese Ausführungsform erfüllte

die vorstehend genannte Bedingung.

Als nächstes wurden zehn Modifikationen eines Aufzeichnungskopfes hergestellt, die die gleiche

^5 Konstruktion wie die dritte Ausführungsform besaßen, jedoch in den Abmessungen von verschiedenen Teilen Abweichungen aufwiesen. Diese Modifikationen werden hiernach als vierte Ausführungsform, fünfte Ausführungsform, ... 13. Ausführungsform bezeichnet. Die Abmessungen der einzelnen Teile der

4. bis 13· Ausführungsform sind in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Diese geänderten Ausführungsformen lagen alle innerhalb des Bereiches 0,1 S^ ^ SoZ" έ lOO χ S„.

- 20 -

Die Figuren 4A bis 4C zeigen in schematischen Schnittansichten die Formen der Abgabeöffnungen der Aufzeichnungsköpfe der 3. bis 13. Ausführ ungs form. Figur 4-A zeigt eine Abgabeöffnung mit einem konstanten Durchmesser, Figur 4B zeigt die Abgabeöffnung, deren Durchmesser in Richtung auf den Wärmeeinwirkungsabschnitt zunimmt, d.h. eine konisch ausgebildete Abgabeöffnung, und Figur 4 C zeigt eine Abgabeöffnung, deren Durchmesser in Richtung auf den Wärmeeinwirkungsabschnitt abnimmt, d.h. eine Abgabeöffnungen Form eines umgekehrten Konus.

Wenn man die Formen der in den Figuren 4A bis 4-C dargestellten Abgabeöffnungen mit ^, Q) und Q) bezeichnet, dann wurden bei der dritten Ausführungsform Abgabeöffnungen mit der Form @ verwendet.

Tabelle 2

Ausführungs
form

Größe der Heizeinrichtung (um) χ (um)

Flüssigkeitsströmungsbahnen

Höhe

(pm) (pm)

Abgabeöffnungen

0 max. 0 Dicke Form (pm)

50 χ 80 40 _ x_200 10 χ 50

χ 50

.50 50

15

80_ 90

20

15

20

30

15

20

40 χ 40

50

20

30 χ 30

30

15

20 χ 100

25

30

100 χ 100 180 χ 300 30 χ 30~

125

35

200 ~~35~

20
~5Ö~

15

20

10 ~2Ö

- 21 -

Wenn bei den vorstehend beschriebenen 10 Ausführungsformen eine entsprechende Tinte wie bei der ersten Ausführungsform verwendet wurde und diese Ausführungsformen mit einer Rechteckspannung von 5 /u. see. betrieben wurden, die mit einer Frequenz von 1 KIIz an die wärmeerzeugende Widerstandsschicht angelegt wurde, wurde bei allen 10 Ausführungsformen eine beständige Tröpfchenabgabe erreicht. Diese Ausführungsformen konnten ebenfalls wie die 3· Ausführungsform bis zur

Abgabe von 1 χ ΙΟ⁷ Tröpfchen kontinuierlich betrieben werden, und es wurde wiederum in Abhängigkeit von dem Eingangssignal bei jeder Ausführungs-form bis zum letzten Tröpfchen eine beständige Abgabe erzielt.

A3 s nächstes wurde für ein erstes Vergleichsbeispiel ein Aufzeichnungskopf hergestellt, der eine entsprechende Konstruktion wie die dritte Ausführungsform besaß, wobei die Größe der Heizeinrichtung U-O /um χ 150 /um, die Breite der Flüssigkeitsströmungskanäle 80 jum, die Höhe der Flüssigkeitsströmungskanäle 150/um, der Durchmesser der Abgabeöffnungen 100 /um (So = 7850 /um ) und die Dicke der Abgabeöffnungen 80 _;um betrug, wobei die Abgabeöffnungen die Form φ aufwiesen.

Bei Betrieb dieser Ausführungsform in der gleichen Weise wie die 3· Ausführungsform war die Nachbarschaft der Abgabeöffnungen mit Flüssigkeit benetzt, und es wurden keine Tröpfchen abgegeben.

Als zweites Vergleichsbeispiel wurde ein Aufzeichnungskopf mit einer entsprechenden Konstruktion wie die

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vorstehend beschriebenen anderen Ausführungsformen hergestellt, der eine Größe der Heizeinrichtung von 80 um χ 160 /im, eine Breite der Flüssigkeitsströmungskanäle von 100 yum, eine Höhe der Flüssig-•5 keitsströmungskanäle von 120 yum, einen Durchmesser

der Abgabeöffnung von 12 yum (So = 113 /im ), einen

maximalen Durchmesser der Abgabeöffnungen von 160 /um

(Fläche 20.100yum ) und eine Dicke der Abgabeöffnungen von 15 yum aufwies, wobei die Abgabeöffnungen die Form (2) besaßen.

Bei Betrieb dieser Ausführungsform unter den gleichen Bedingungen wie die dritte Ausführungsform war ein intensives Spritzen festzustellen, und die Tropfchenabgabe hörte sofort auf.

Um die Erfindung noch besser zu verwirklichen, sollte vorzugsweise eine Flüssigkeit (Tinte) verwendet werden, deren Oberflächenspannung vorzugsweise 25 - 65 Dyn /cm, insbesondere 30 - 60 Dyn /cm, beträgt und die eine Viskosität besitzt, die vorzugsweise 1 - 20 cp, insbesondere 1 -10 cp, beträgt=

Wie vorstehend beschrieben, wird somit erfindungsgemäß ein Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren zur Verfügung gestellt, das in beständiger Weise für eine kontinuierliche Tröpfchenabgabe sorgt und dessen Grenze der Tropfchenbildungsfrequenz. hoch ist. Erfindungsgemäß wird somit ein Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren und eine zugehörige Vorrichtung geschaffen, mit dem bzw. der eine ausgezeichnete Bildqualität erhalten werden kann.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 35

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wurden Abgabeöffnungen des vorgenannten L-Typs verwendet, bei dem Flüssigkeit aus den Flüssigkeitsströmungskanälen durch Umlenkung abgegeben wird. Die Abgabeöffnungen können jedoch auch an den Enden der Flüssigkeitsströmungskanäle vorgesehen sein.

Die Erfindung läßt sich jedoch wirksamer bei der L-förmigen Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvorrichtung verwenden, die in der DE-OS 294-4-005 beschrieben ist.

Erfindungsgemäß wird somit ein Flüssigkeitssprit z-Auf zeichnungsverfahren zur Verfügung ge- stellt, bei dem der Aufzeichnungsvorgang so abläuft, daß die Beziehung zwischen dem minimalen Querschnittsbereich So der Tröpfenabgabeöffnungen zur Ausbildung von austretenden Tröpfchen und dem Volumen V der von den Tröpfchenabgabeöffnungen abgegebenen Tröpfchen der Bedingung 100 .£ V/S02 2l 0,1 genügt. Bei einer entsprechenden Flüssigkeitsspritz-AufZeichnungsvorrichtung genügen der numerische Wert des minimalen Querschnittsbereiches So der Abgabeöffnungen

25 zur Ausbildung der austretenden Tröpfchen

und der numerische Wert des Heizbereiches S^, eines Elementes zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie, das die Energie zur Abgabe der Flüssigkeit aus den Abgabeöffnungen zur, Verfügung stellt, der Bedingung g l χ S <C So ^ 100 χ

Claims

Tel.: 0 89-539653 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Müncher 26. Januar 1984

Patentansprüche: de 363 8

l.J Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnung derart durchgeführt wird, daß die Beziehung zwischen dem minimalen Querschnittsbereich So der Tröpfchenabgabeöffnungen zur Ausbildung von austretenden Tröpfchen und dem Volumen V der aus den Tröpfchenabgabeöffnungen abgegebenen Tröpfchen der Bedingung

100·^ V/So ² ^ 0,1 genügt. 10

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächenspannung der die austretenden Tröpfchen bildenden Flüssigkeit 25 - 60 Dyne/cm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Viskosität der die austretenden Tröpfchen bildenden Flüssigkeit 1 - 20 cp beträgt.

/}.. Flüssigkeitsspritz-AufZeichnungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der numerische Wert des minimalen Querschnittsbereiches So einer Abgabeöffnung (101) zur Ausbildung von austretenden Tröpfchen und der numerische Wert eines Heizbereiches Su eines Elementes (108) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie, das die zur Abgabe der Flüssigkeit aus der Abgabeöffnung (101) erforderliche Energie

zur Verfügung stellt,der Beziehung 0,1 χ SH — So £ 100 χ SH genügen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d'adurch g e kennzeichnet, daß das Element (108) zur

Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie auf einer Basisplatte (109) angeordnet ist, die der Öffnungsfläche der Abgabeöffnung (101) gegenüberliegt.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der Basisplatte (109), die der S_eite der Basisplatte gegenüberliegt, auf der das Element (108) zur Umwandlung

15 ' von elektrischer Energie in Wärmeenergie angeordnet ist, ein Flüssigkeitsspeicher vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Abgabeöffnungen (101) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Elementen (108) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie in einer Reihe angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (108)

JO zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie entlang S-f-römungsmittelkanälen angeordnet sind, die durch Trennwände (IO3) voneinander getrennt sind.