DE3402680C2

DE3402680C2 -

Info

Publication number: DE3402680C2
Application number: DE3402680A
Authority: DE
Inventors: Akio Zama Kanagawa Jp Saito; Seiichi Machida Tokio/Tokyo Jp Aoki; Tadayoshi Hiratsuka Kanagawa Jp Inamoto; Katsuyuki Sagamihara Kanagawa Jp Yokoi; Masami Machida Tokio/Tokyo Jp Ikeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1991-10-31
Also published as: HK68691A; HK68591A; GB2134852B; GB8402367D0; DE3402680A1; HK68791A; GB2166086B; GB8525894D0; GB2166087A; GB2166087B; GB2134852A; GB8525895D0; US4587534A; GB2166086A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein Aufzeichnungskopf einer Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung ist normalerweise mit kleinen Ausstoßöffnungen, einem oder mehreren Flüssigkeitsströmungskanälen und einer entsprechenden Anzahl von Energiewandlereinrichtung versehen, deren Energieeinwirkungsflächen mindestens ein Teil des Flüssigkeitsströmungskanales bilden und die die zur Flüssigkeitsabgabe erforderliche Energie der Flüssigkeit zuführen.

Als derartige Energiewandlereinrichtung wird beispielsweise bei den in den US-PS 36 83 212 und 39 46 398 beschriebenen Verfahren ein Element zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie, beispielsweise ein Piezo- Element, verwendet. Bei einem der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59 936/1979 (entsprechend der DE-OS 28 43 064 und der amerikanischen Patentanmeldung 9 48 236) beschriebenen Aufzeichnungsverfahren findet als Energiewandlereinrichtung ein Element zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie Verwendung. Bei einem anderen Aufzeichnungsverfahren, das in dieser offengelegten japanischen Patentanmeldung beschrieben ist, ist keine spezielle Einrichtung vorgesehen, sondern der entsprechende Abschnitt des Kanales wird mit elektromagnetischen Wellen, beispielsweise einem Laserstrahl, beaufschlagt, wobei man die in diesem Abschnitt befindliche Flüssigkeit dazu bringt, die elektromagnetischen Wellen zu absorbieren und dadurch Wärme zu erzeugen. Der Aufzeichnungsvorgang wird dadurch bewerkstelligt, daß man die erzeugten Tröpfchen durch die erzeugte Wärme austreten und sich in Richtung auf einen Aufzeichnungsbogen bewegen läßt. Hierbei stellt somit die mit den elektromagnetischen Wellen beaufschlagte Flüssigkeit die Energiewandlereinrichtung dar.

Die vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsspritz- Aufzeichnungsverfahren funktionieren daher so, daß man mechanischen Druck oder Wärmeenergie oder elektromagnetische Energie auf die Flüssigkeit einwirken läßt, um auf diese Weise die für die Abgabe der Flüssigkeit erforderliche Bewegungskraft zu erhalten. Um jedoch die Qualität der aufgezeichneten Bilder bei derartigen Verfahren zu verbessern und eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen, ist es erforderlich, daß Tröpfchenabgabe vom Aufzeichnungskopf beständig, kontinuierlich und wiederholt durchgeführt wird und daß Verbesserungen der Tröpfchenbildungsfrequenz (Anzahl der pro Zeiteinheit gebildeten Tröpfchen=Tröpfchenbildungsfrequenz pro Zeiteinheit) sowie eine Stabilisierung der Tröpfchenbildung erreicht werden.

In der Vergangenheit konnten jedoch alle diese Forderungen nicht in ausreichender Weise erfüllt werden.

In neuerer Zeit ist des weiteren in bezug auf Flüssigkeitsspritz- Aufzeichnungsverfahren dem sogenannten Tröpfchenabgabeverfahren auf Anforderung spezielle Aufmerksamkeit zugewendet worden.

Als Beispiel für ein derartiges System mit Tröpfchenabgabe auf Anforderung ist ein System bekannt, bei dem beim Aufzeichnungsverfahren ein wärmeerzeugendes Widerstandselement, d. h. ein Element zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie, eingesetzt wird. Beispielsweise ist ein derartiges Element in der vorstehend erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59 936/1979 beschrieben und dient dazu, die im Druckerzeugungsabschnitt vorhandene Flüssigkeit zu erhitzen und die Flüssigkeit mit dem Druck zu beaufschlagen, der bei der plötzlichen Vergasung der Flüssigkeit erzeugt wird, um auf diese Weise eine Tröpfchenabgabe zu erreichen. Dieses System weist den großen Vorteil auf, daß aufgrund der Tatsache, daß von den Ausstoßöffnungen nur dann Tröpfchen abgegeben werden können, wenn dies zum Drucken erforderlich ist, Einrichtungen zum Sammeln von überflüssiger Flüssigkeit sowie Einrichtungen zur Ablenkung, beispielsweise eine Hochspannungsquelle, überflüssig sind. Dieses bekannte System bedarf jedoch noch einer Verbesserung im nachfolgenden Punkt. Wenn der Druck, der eine Abgabe der Tröpfchen von den Öffnungen bewirkt, niedrig ist und die Flüssigkeitsabgabe durch von außen hervorgerufene Vibrationen des Aufzeichnungskopfes oder durch eine überflüssige Wärmeleitung von dem elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelnden Element oder durch eine Vermischung mit Staubpartikeln oder Blasen geringfügigen Schwankungen ausgesetzt ist, ist es manchmal schwierig, eine beständige Tröpfchenabgabe aufrechtzuerhalten.

Der in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Aufzeichnungskopf für eine Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung ist bekannt. In Fig. 1 sind folgende Bezugsziffern verwendet: Tröpfchen 101, Ausstoßöffnungen 102, Ausstoßöffnungsplatte 103, Basisplatte 104, Energiewandlereinrichtungen 105 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie, Flüssigkeitsströmungskanäle 106, Strömungsmittelversorgungskanal 107 und Wärmeeinwirkungsabschnitte 108. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf wird Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsversorgungskanal 107 den Flüssigkeitsströmungskanälen 106 zugeführt und von diesen Flüssigkeitsströmungskanälen 106 in der Form von Tröpfchen 101 durch die Ausstoßöffnungen 102 abgegeben, indem die Einrichtungen 105 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie der Wärmeeinwirkungsabschnitte 108 in den Flüssigkeitsströmungskanälen 106 auf die Flüssigkeit einwirken.

Bezüglich der Ausrichtung der Ausstoßöffnung relativ zum Flüssigkeitsströmungskanal bestehen mehrere Möglichkeiten. So beschreiben die DE-OS 30 12 720 und 29 15 886 Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe, bei denen die Ausstoßöffnungen stirnseitig am Flüssigkeitsströmungskanal vorgesehen sind, so daß der Flüssigkeitsströmungskanal unmittelbar in die Ausstoßöffnungen mündet.

Ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der JP-OS 56-172 bekannt. Hierbei ist die Ausstoßöffnung relativ zu dem Flüssigkeitsströmungskanal rechtwinklig angeordnet, so daß die ausgestoßene Flüssigkeit entsprechend umgelenkt wird, wobei ein derartiger Aufzeichnungskopf auch allgemein als L-Typ bezeichnet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf der angegebenen Art so auszugestalten, daß eine beständige Flüssigkeitsabgabe über einen möglichst breiten Betriebsspannungsbereich erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird somit ein Aufzeichnungskopf vorgeschlagen, der die folgenden geometrischen Bedingungen erfüllt:

a) a/b≦50
b) S_N/S_H≦250
c) 0,025≦r/R<1,0 und
d) 0,1≦r/d≦10.

Hierbei bedeuten bei den vorstehend wiedergegebenen Bedingungen

"a" die kürzeste Länge von der Mittellinie der Ausstoßöffnung bis zum Mittelpunkt der zugehörigen Energiewirkungsfläche;
"b" der Abstand zwischen der Außenfläche der Ausstoßöffnung und der Bodenöffnung des Flüssigkeitsströmungskanals;
"S_N" der Bereich, der parallel zur Fläche des energieerzeugenden Bereichs verläuft und durch die Flächen der Wände des Flüssigkeitsströmungskanals einerseits und durch die durch den Mittelpunkt der Ausstoßöffnung und davon durch eine Strecke AB beabstandet durch den Mittelpunkt der Energiewandlereinrichtungen verlaufenden gedachten Ebenen andererseits so begrenzt wird, daß alle Flächen und Ebenen im wesentlichen senkrecht zueinander stehen;
"s_H" der Bereich des energieerzeugenden Bereichs der Energiewandlereinrichtungen;
"r" der minimale Durchmesser der Ausstoßöffnung;
"R" der Durchmesser der Ausstoßöffnung auf der der Energieeinwirkungsfläche zugewandten Seite der Ausstoßöffnungsplatte und
"d" die Dicke der Ausstoßöffnungsplatte.

Überraschend wurde festgestellt, daß Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsköpfe des L-Typs, die die vorstehend genannten geometrischen Bedingungen erfüllen, über einen weiten Betriebsspannungsbereich Aufzeichnungen ermöglichen, die sich durch eine besonders hohe Aufzeichnungsqualität auszeichnen. Des weiteren wird bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf verhindert, daß sich Blasen in der Flüssigkeit ausbilden, so daß stets eine beständige und äußerst zuverlässige Aufzeichnung sichergestellt ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfes erfüllt die geometrische Bedingung

0,2≦r/d≦3.

Insbesondere dann, wenn die geometrischen Bedingungen 0,2≦r/R<1 und vorzugsweise dann, wenn die geometrische Bedingung 0,2≦r/R<0,1 bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfes erfüllt ist, lassen sich mit diesem Aufzeichnungskopf besonderes hochwertige Aufzeichnungen erstellen.

Bezüglich der beim erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf vorgesehenen Energiewandlereinrichtungen ist festzuhalten, daß hier vorzugsweise elektrische oder elektromagnetische Wandlereinrichtungen verwendet werden.

Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfes, bei denen eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen sowie eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen vorgesehen sind, werden unter r und R die Durchschnittswerte der Ausstoßöffnungsdurchmesser verstanden.

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

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes;

Fig. 2 eine schematische Teilschnittansicht einer Ausstoßöffnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Größe r/R und dem Betriebsspannungsbereich verdeutlicht;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Größe r/d und dem Betriebsspannungsbereich verdeutlicht;

Fig. 5 und 6 schematische Teilschnittansichten von Ausstoßöffnungen gemäß weiterer Ausführungsformen;

Fig. 7A und 7B Darstellungen eines Aufzeichnungskopfes wobei Fig. 10A eine schematische Teildraufsicht und Fig. 10B eine schematische perspektivische Ansicht ist;

Fig. 8 eine schematische perspektivische Teilansicht (teilweise im Schnitt) einer weiteren Ausführungsform eines Aufzeichnungskopfes; und

Fig. 9 eine schematische perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform.

Von einer Flüssigkeitsspritz-Aufzeichnungsvorrichtung mit einem Aufzeichnungskopf der Fig. 1 wurden zahlreiche Ausführungsformen hergestellt, wobei die Beziehung zwischen den Durchschnittswerten der Ausstoßöffnungsdurchmesser R und den Durchschnittswerten der minimalen Durchmesser r, d. h. r/R, und die Beziehung zwischen den Durchschnittswerten der minimalen Durchmesser r und der Dicke d der Ausstoßöffnungsplatte (die Strecke von der Seite der Öffnung, die zur Atmosphäre benachbart ist, bis zu der dem Wärmeeinwirkungsabschnitt zugewandten Seite der Öffnung), d. h. r/d, variiert wurde. Hierbei wurde eine optimale Beziehung in bezug auf die Öffnungsabmessungen gefunden.

In bezug auf die Größe r/R wurde festgestellt, daß eine Öffnung, die der Bedingung 0,025≦r/R<1,0, vorzugsweise der Bedingung 0,2≦r/R<1,0, genügt, zur Erzielung einer beständigen Tröpfchenabgabe wünschenswert ist. Des weiteren wurde in bezug auf die Größe r/d festgestellt, daß die Erfüllung der Bedingung 0,1≦r/d≦10,0, vorzugsweise 0,2≦r/d≦3,0, wünschenswert ist.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform im einzelnen beschrieben.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wurden bei einer Flüssigkeitstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit einem Aufzeichnungskopf der Fig. 1 die Form einer Ausstoßöffnung 102 und die Dicke einer Ausstoßöffnungsplatte 103 verändert, und es wurde eine Spannungsgrenze gemessen, bei der eine beständige Tröpfchenabgabe durchgeführt werden konnte.

Als erstes wurde die Spannungsgrenze in bezug auf den Wert r/R gemessen, bei der Tröpfchen in beständiger Weise abgegeben wurden. Hierbei wurden die Dicke d der Ausstoßöffnungsplatte und der minimale Durchmesser r konstant gehalten und der Öffnungsdurchmesser R variiert.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Spannungsgrenze in Abhängigkeit von der Größe r/R zeigt, wobei sowohl die Dicke d der Ausstoßöffnungsplatte als auch der minimale Durchmesser r eine Größe von 65 µm besaßen (d. h. r/d=1,0). In Fig. 3 zeigt die Kurve Vth die Spannungsgrenze, bei der die beständige Tröpfchenabgabe beginnt, während die Kurve Vs eine Spannungsgrenze zeigt, bei der die beständige Tröpfchenabgabe aufhört. Der Bereich zwischen der Kurve Vth und der Kurve Vs stellt daher einen beständigen Tröpfchenspritzbereich dar. Wenn r/d=1,0 und r=d=65 µm betragen, wird ein guter Betriebsspannungsbereich, d. h. ein guter Bereich einer beständigen Tröpfchenabgabe innerhalb des vorstehend erwähnten Bereiches von 0,025≦r/R<1,0, vorzugsweise 0,2≦r/R<1,0, erzielt. Als Ausstoßöffnungsform wurde die in Fig. 5 dargestellte konische Öffnung 502 gewählt.

In Fig. 2 ist mit 503 eine Ausstoßöffnungsplatte, mit 504 eine Basisplatte, mit 505 ein Element zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie und mit 508 ein Wärmeeinwirkungsabschnitt bezeichnet.

Als nächstes wurde die Spannungsgrenze variiert, bei der eine beständige Tröpfchenabgabe erreicht wird, indem die Dicke d der Ausstoßöffnungsplatte variiert wurde, wobei die Ausstoßöffnung die in Fig. 2 gezeigte Form aufwies. Hierbei wurde insbesondere der minimale Durchmesser r auf 65 µm und der Öffnungsdurchmesser R auf 130 µm (r/R=0,5) festgesetzt.

Fig. 4 zeigt die Spannungsgrenze in Abhängigkeit von der Größe r/d, wenn r/R=0,5 ist. Die Kurven Vth und Vs in Fig. 4 entsprechen den Kurven Vth und Vs der Fig. 3.

Wenn r/R=0,5, r=65 µm und R=130 µm betragen, wird ein breiter Betriebsspannungsbereich, d. h. ein guter beständiger Tröpfchenabgabebereich, innerhalb des vorstehend erwähnten Bereiches 0,1≧r/d≦10,0 erhalten.

Wie vorstehend erläutert, kann man durch richtige Auswahl des Wertes r/R innerhalb des vorstehend erwähnten Bereiches einen breiten Betriebsspannungsbereich sicherstellen, in dem die Tröpfchenabgabe beständig ist. Es ist ferner äußerst wünschenswert, daß auch der Wert r/d in dem vorstehend erwähnten Bereich liegt.

Wenn jedoch der Wert r, d. h. der minimale Durchmesser, zu gering ist, wird die Ausstoßöffnung zu schwach gegenüber Hindernissen, wie beispielsweise Staubpartikeln, so daß sie durch die Hindernisse verschlossen wird und keine Tröpfchen mehr abgegeben werden können. Wenn der Wert r zu groß ist, wird die Tröpfchenabgabe unbeständig. Es sollte daher mindestens die Größe r so festgesetzt werden, daß die vorstehend erläuterten Probleme überhaupt nicht oder kaum auftreten.

Die Ausstoßöffnung muß nicht unbedingt eine einfache konische Form aufweisen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, sondern sie kann auch eine Form besitzen, wie in Fig. 5 gezeigt, bei der sich der minimale Durchmesser r in der Hälfte der Ausstoßöffnung befindet. Altenativ dazu kann die Ausstoßöffnung so ausgebildet sein, daß sich der minimale Durchmesser r über den halben Abschnitt der Ausstoßöffnung erstreckt, wie in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 6 ist der Verbindungsabschnitt zwischen dem Öffnungsdurchmesser R und dem minimalen Durchmesser r in Form einer Stufe gezeigt. Dieser Verbindungsabschnitt kann jedoch auch glatt ausgebildet sein.

Die relative Lage zwischen der Fläche zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie und der Ausstoßöffnung muß nicht immer so sein, wie dies in den verschiedenen Figuren dargestellt ist. Die entsprechenden Flächen können auch irgendeine andere Relativlage einnehmen, wenn nur Tröpfchen in gesteuerter Weise von der Ausstoßöffnung abgegeben werden können.

Die Fig. 7A und 7B dienen zur Darstellung der Größen S_N und S_H, wobei Fig. 7A eine schematische Draufsicht und Fig. 7B eine schematische perspektivische Ansicht ist. In diesen Figuren ist mit 1002 ein energieerzeugendes Element, mit 1004 ein Flüssigkeitsströmungskanal, mit 1006 eine Ausstoßöffnung und mit 1007 ein Energieeinwirkungsabschnitt bezeichnet. In Fig. 7B erstreckt sich die Gerade A durch den Mittelpunkt der Ausstoßöffnung 1006 und verläuft senkrecht zur Fläche dieser Ausstoßöffnung (zur Fläche der Ausstoßöffnung, die zur Atmosphäre hinweist).

Die Gerade B verläuft parallel zur Geraden A und erstreckt sich durch den Mittelpunkt des energieerzeugenden Elementes 1002. Die Ebene, die diese beiden Geraden A und B enthält, wird als Ebene H1 bezeichnet. Die Ebene H2 verläuft senkrecht zur Ebene H1 und enthält die Gerade A. Eine Ebene H3 erstreckt sich senkrecht zur Ebene H1 und enthält die Gerade B.

Eine Ebene H4 verläuft senkrecht zur Ebene H2 und zur Ebene H3 in dem Raumbereich, der von der Ebene H2 umgeben wird, wobei die Ebene H3 und die Flüssigkeitsströmungskanalwände den Flüssigkeitsströmungskanal 1004 bilden (die Ebene H4 verläuft daher ebenfalls senkrecht zur Ebene H1).

Der Bereich S_N bezieht sich auf eine der Ebenen H4, die die größte Fläche aufweist. Bei dem Mittelpunkt des energieerzeugenden Elementes handelt es sich um den Mittelpunkt dieses Elementes in Längsrichtung relativ zur Richtung einer Geraden, die senkrecht zur Geraden A und parallel zur Ebene H1 verläuft, und um den Mittelpunkt in bezug auf die Richtung einer Geraden, die senkrecht zur Ebene H1 verläuft.

Der Bereich S_H des energieerzeugenden Elementes betrifft den Bereich des Abschnittes zwischen den Elektroden, die an das energieerzeugende Element, beispielsweise ein wärmeerzeugendes Widerstandselement, angeschlossen sind, bei dem es sich um ein elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelndes Element handelt, d. h. den Spaltabschnitt zwischen den Elektroden. Selbst dort, wo eine Schutzschicht o. ä. auf dem energieerzeugenden Element vorhanden ist, bezieht sich der Bereich S_H des energieerzeugenden Elementes auf den Bereich des Spaltabschnittes zwischen den Elektroden, die an das energieerzeugende Element angeschlossen sind. In dem Fall, in dem es sich um elektromagnetische Energie handelt, wobei diese unmittelbar auf die Flüssigkeit aufgebracht wird, stellt der Bereich S_H den maximalen Bereich dar, wenn die im Flüssigkeitsströmungskanal befindliche Flüssigkeit, die diese Energie absorbiert, entlang einer Ebene parallel zur Ebene H4 geschnitten wird.

Fig. 8 ist eine schematische perspektivische Teilansicht (teilweise im Schnitt) zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 8 ist mit 1001 eine Basisplatte, mit 1003 eine Strömungsbahnwand und mit 1005 eine Ausstoßöffnungsplatte bezeichnet, die eine Ausstoßöffnung 1006 aufweist. Die Bezugsziffern 1002, 1004 und 1007 in Fig. 8 betreffen Elemente, die in den Fig. 7A und 7B mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das energieerzeugende Element 1002 als Element zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie bezeichnet.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform wird von dem Element 1002 im Flüssigkeitsströmungskanal 1004 Wärmeenergie auf die Flüssigkeit aufgebracht, wodurch aus der Ausstoßöffnung 1006 Flüssigkeitströpfchen abgegeben werden. Die Flüssigkeit wird dabei auf ihrem Wege von dem Energieeinwirkungsabschnitt 1007 des Flüssigkeitsströmungskanales 1004 bis zur Ausstoßöffnung 1006 umgelenkt.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung handelt es sich somit bei dem Aufzeichnungskopf um einen sogenannten L-Typ (mit seitlicher Flüssigkeitsabgabe).

Nachfolgend wird nunmehr das einfache Verfahren zur Herstellung der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wurde zuerst das Element 1002 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie, das den beschriebenen Aufbau besitzt und beispielsweise in der DE-OS 28 43 064 beschrieben ist, als energieerzeugendes Element auf der Basisplatte 1001 vorgesehen, wonach die Basisplatte 1001 und das Element 1002 durch Verwendung eines lichtempfindlichen Harzfilmes (Trockenfilmphotoresist, Dicke des Filmes 25-100 µm) laminiert wurden, um die Strömungskanalwand 1003 auszubilden. Danach wurde der lichtempfindliche Harzfilm belichtet und entwickelt, wodurch der Flüssigkeitsströmungskanal 1004 hergestellt wurde. Daraufhin wurde ein anderer lichtempfindlicher Harzfilm, der die Ausstoßöffnungsplatte 1004 bildet, laminiert, belichtet und entwickelt, wodurch die Ausstoßöffnung 1006 ausgebildet wurde. Schließlich wurde der Aufzeichnungskopf fertiggestellt, indem eine Elektrode auf dem Element 1002 vorgesehen und eine Verdrahtung an diese angeschlossen wurde.

Bei der in dieser Weise hergestellten Ausführungsform wurde der Wert S_N auf 125 000 µm festgesetzt und der Wert S_H variiert. Die Spannung, bei der in beständiger Weise Tröpfchen von der Ausstoßöffnung abgegeben wurden (untere Grenze der Spannung V1 und obere Grenze der Spannung V2) und die Gesamtzahl der abgegebenen Tröpfchen (ausgedrückt als Dauerimpulszahl) wurden gemessen.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, besaß der Betriebsspannungsbereich (V2-V1) einen großen Wert und die Dauerimpulszahl war ausreichend groß bei den Proben 1-4, wenn der Wert S_N/S_H 250 oder weniger betrug.

Als nächstes wurde die Größe S_H auf 1000 µ,² festgesetzt, und die Größe S_N wurde variiert, wobei V1, V2 und die Dauerimpulszahl in entsprechender Weise gemessen wurden.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, war bei den Proben, bei denen der Wert S_N/S_H 250 oder weniger betrug (S_N=250 000 oder weniger), der Betriebsspannungsbereich groß, und die Dauerimpulszahl war ebenfalls ausreichend groß. Bei der Probe Nr. 9, bei dem der Wert S_N/S_H 250 überstieg (S_N=500 000), war der Betriebsspannungsbereich noch relativ gut, jedoch besaß die Dauerimpulszahl einen für die Praxis nicht geeigneten geringen Wert.

Bei der Probe Nr. 9, bei der die Größe S_N/S_H 250 überstieg, waren sowohl der Betriebsspannungsbereich als auch die Dauerimpulszahl kleiner als bei den Proben Nr. 5 bis Nr. 8. Es wird angenommen, daß dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß der Energieverlust zur Abgabe der Tröpfchen größer wird, da der Wert S_N relativ zum Wert S_H größer ist. Bei der Probe Nr. 9 war daher die Spannung V1, bei der die beständige Tröpfchenabgabe beginnt, größer als bei den anderen Proben.

Um noch bessere Ergebnisse zu erzielen, wird vorgezogen, den Wert S_N/S_H auf 50 oder weniger zu setzen.

In der vorstehenden Beschreibung wurde ein Fall erläutert, bei dem eine Energiewandlereinrichtung einer Abgabeöffnung zugeordnet ist. Die vorstehenden Erläuterungen in bezug auf die Größe S_N/S_H treffen jedoch auch auf einen Fall zu, bei dem eine Vielzahl von Energiewandlereinrichtungen für eine Abgabeöffnung vorhanden ist.

Wenn beispielsweise zwei oder mehr Energiewandlereinrichtungen vorhanden sind, kann der Wert S_N/S_H im Hinblick auf diejenige Energiewandlereinrichtung eingestellt werden, die die Tröpfchenabgabe bewirkt. Auch in dem Fall, in dem zwei oder mehrere Energiewandlereinrichtungen in gleicher Weise eine Tröpfchenabgabe durchführen und es Schwierigkeiten bereitet, festzustellen, welches von den Einrichtungen als Haupteinrichtung oder als Hilfseinrichtung wirkt, kann der Wert S_N/S_H im Hinblick auf diejenige Einrichtung eingestellt werden, die der Ausstoßöffnung am nächsten liegt.

Bei der Energiewandlereinrichtung kann ferner auch elektromagnetische Energie Verwendung finden. Die Form der Energiewandlereinrichtung ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Eine derartige Rechteckform ist nicht unbedingt erforderlich, sondern kann modifiziert werden, wenn dadurch die Tröpfchenabgabe möglich ist. Auch in diesem Falle wird der Mittelpunkt der Fläche der Wandlereinrichtung in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt.

Selbst dann, wenn eine Schutzschicht o. ä. auf der Fläche der Wandlereinrichtung vorgesehen ist und sich die Elektroden nicht in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit befinden, können der entsprechende Bereich und die Mittellinie relativ zu dem Spalt zwischen den Elektroden der Energiewandlereinrichtung ermittelt werden. Mit anderen Worten, in diesem Fall nimmt man an, daß die Schutzschicht nicht vorhanden ist.

Bei dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit L-förmiger Flüssigkeitsabgabe, wie sie beispielsweise der zweiten Ausführungsform entspricht und in der schematischen Teilschnittansicht der Fig. 12 dargestellt ist, ist es weiter erforderlich, daß die Länge a vom Mittelpunkt (durch die Mittellinie YY′ angedeutet) der Energiewandlereinrichtung 1002 bis zur Mittellinie XX′ der Ausstoßöffnung 1006 und die Länge b von der zur Atmosphäre hinweisenden Fläche der Ausstoßöffnung 1006 zur Bodenfläche des Flüssigkeitsströmungskanales 1004 unmittelbar unterhalb des Mittelpunktes der Abgabeöffnung in der nachfolgenden Beziehung stehen.

Mit anderen Worten, die Relativlage zwischen der Ausstoßöffnung und der Energieeinwirkungsfläche so zu bemessen, daß der Wert a/b vorzugsweise 50 oder weniger, am besten 10 oder weniger, beträgt. Genauer gesagt, betrug bei einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf der gleichen Konstruktion wie der Ausführungsform der Fig. 8, bei der der Wert a/b 50 betrug, der Betriebsspannungsbereich 17 V und die Dauerimpulszahl etwa 5×10⁷. Bei einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, bei dem der Wert a/b 10 betrug, lag der Spannungsbereich bei 10 V oder mehr, und die Dauerimpulszahl betrug etwa 6×10⁷.

Um in diesem Fall a zu bestimmen, muß der Mittelpunkt der Energieeinwirkungsfläche bestimmt werden. Dies kann in der gleichen Weise geschehen wie die Mittellinie, wie dies vorstehend bei der Bestimmung von S_N beschrieben ist. Der Mittelpunkt der Fläche kann daher selbst bei der Anwendung von elektromagnetischer Energie in der gleichen Weise ermittelt werden.

Es wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Konstruktion hergestellt wurde, wobei der Wert a/b geändert und die Dauerimpulszahl sowie die entsprechende Spannungsgrenze gemessen wurden. Das grundlegende Herstellungsverfahren für den Aufzeichnungskopf entsprach dabei dem vorstehend beschriebenen Verfahren.

Bei diesem Aufzeichungskopf wurde a auf 750 µm festgesetzt, während b variiert wurde. Bei jedem Ausführungsbeispiel wurde die angelegte Spannung (untere Betriebsspannung) V1 gemessen, bei der eine beständige Tröpfchenabgabe begann. Ferner wurde die Spannung (obere Betriebsspannung) V2 gemessen, bei der die beständige Tröpfchenabgabe aufhörte. Schließlich wurde die Dauerimpulszahl gemessen, d. h. die Anzahl der in beständiger Weise von der Ausstoßöffnung abgegebenen Tröpfchen.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3

Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, war bei denjenigen Proben, bei denen a/b 50 oder weniger betrug, der Betriebsspannungsbereich (V2-V1) groß, und die Dauerimpulszahl war ausreichend groß für die Praxis.

Ferner wurden Ausführungsbeispiele hergestellt, bei denen b auf 30 µm festgesetzt und a variiert wurde. V1, V2 und die Dauerimpulszahl wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 4 ausgeführt.

Tabelle 4

Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, waren bei denjenigen Proben, bei denen a bis 1500 µm groß war, d. h. a/b 50 oder weniger betrug, sowohl der Betriebsspannungsbereich als auch die Dauerimpulszahl ausreichend groß. Bei derjenigen Probe, bei der a/b 50 überstieg, d. h. a=3000 µm war, war jedoch der Betriebsspannungsbereich relativ gering, und die Dauerimpulszahl besaß keine ausreichende Größe.

Im vorhergehenden wurden Aufzeichnungsköpfe beschrieben, bei denen die Anzahl der Energiewandlereinrichtungen pro Ausstoßöffnung 1 betrug. Die vorstehenden Ausführungen treffen jedoch auch auf Fälle zu, bei denen die Anzahl der Einrichtungen pro Ausstoßöffnung größer als 1 ist.

Wenn beispielsweise eine Vielzahl von Einrichtungen symmetrische Positionen relativ zu einer Ausstoßöffnung einnimmt, kann der Wert a/b im Hinblick auf eines der Einrichtungen festgesetzt werden, das eine Tröpfchenabgabe bewirkt. Auch wenn die Einrichtungen nicht symmetrisch angeordnet sind, kann der Wert a/b in erster Linie im Hinblick auf eine der Einrichtungen festgesetzt werden, die sich in Tätigkeit befindet. Wenn eine Vielzahl von Energiewandlereinrichtungen verwendet wird, die gleichermaßen eine Tröpfchenabgabe bewirken (wo es Schwierigkeiten bereitet, die Haupteinrichtung von der Hilfseinrichtung zu unterscheiden), kann der Wert a/b auf diejenige Einrichtung ausgerichtet werden, das der Ausstoßöffnung am nächsten liegt.

Die vorstehend erläuterte Bedingung in bezug auf den Wert a/b kann auch für einen Aufzeichnungskopf herangezogen werden, bei dem keine Energiewandlereinrichtung in der Form eines räumlichen Teiles im Energieeinwirkungsabschnitt vorhanden ist, um auf die Flüssigkeit einwirkende Energie zu erzeugen, sondern nur ein Abschnitt zur Aufbringung von magnetischer Energie o. ä. Wenn man in diesem Fall den Mittelpunkt des Bereiches, auf den die elektromagnetische Energie aufgebracht wird, als Mittelpunkt der Energiewirkungsfläche ansieht, wie bei dem zuletzt erwähnten Fall, können die Werte a und b in ähnlicher Weise bestimmt werden.

Wenn bei der Verwendung von elektromagnetischer Energie die Anzahl der Flächen, auf die Energie aufgebracht wird, pro Ausstoßöffnung nicht 1 beträgt, kann der Wert a/b in der gleichen Weise eingestellt werden, wie bei den Energiewandlereinrichtungen mit der Haupteinrichtung als Bezugsgröße oder der der Ausstoßöffnung nächstgelegenen Einrichtung als Bezugsgröße, wenn es Schwierigkeiten bereitet, zu unterscheiden, welcher dieser Einrichtungen die Haupteinrichtung oder die Hilfseinrichtung darstellen.

Wie vorstehend erläutert, lassen sich mit der Erfindung wesentliche Vorteil erreichen, beispielsweise durch einen erhöhten Betriebsspannungsbereich und eine verbesserte Zuverlässigkeit in bezug auf die Tröpfchenabgabe. Ferner läßt sich die Herstellung der Energieeinwirkungsfläche oder der Betriebsschaltung für die Energiewandlereinrichtung vereinfachen, und der Kopf wird insgesamt kompakter.

Erfindungsgemäß wird somit ein Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf geschaffen, mit dem über eine lange Zeitdauer eine beständige Tröpfchenabgabe erreicht werden kann.

Auch in den Fällen, in denen der Aufzeichnungskopf in der in Fig. 8 dargestellten Art und Weise ausgebildet ist, ist es möglich, eine hohe Dichte im Bereich von 20 Zeilen/mm vorzusehen, wenn es gewünscht wird, eine Anzahl von Ausstoßöffnungen im gleichen Kopf und den Kopf als Mehrfachkopf auszubilden. Die verbesserte Zuverlässigkeit der Tröpfchenabgabe ermöglicht eine wesentlich verbesserte Bildqualität.

Claims

1. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit zumindest einer Ausstoßöffnung zur Abgabe von Flüssigkeit, mit mindestens einem Flüssigkeitsströmungskanal, der mit der Ausstoßöffnung in Verbindung steht, wobei die Ausstoßöffnung zu dem Flüssigkeitsströmungskanal rechtwinklig angeordnet ist, mit mindestens einer Energiewandlereinrichtung, deren Energieeinwirkungsfläche mindestens einen Teil des Flüssigkeitsströmungskanales bildet und die die zur Flüssigkeitsabgabe aus der Ausstoßöffnung erforderliche Energie über die Energieeinwirkungsfläche der Flüssigkeit zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf folgende geometrische Bedingungen erfüllt:

a) a/b≦50
b) S_N/S_H≦250
c) 0,025≦r/R<1,0
d) 0,1≦r/d≦10,

wobei bedeuten
"a" die kürzeste Länge von der Mittellinie der Ausstoßöffnung (502, 802, 902, 1006) bis zum Mittelpunkt der zugehörigen Energieeinwirkungsfläche
"b" der Abstand zwischen der Außenfläche der Ausstoßöffnung (502, 802, 902, 1006) und der Bodenfläche des Flüssigkeitsströmungskanales (1004);
"S_N" der Bereich, der parallel zur Fläche des energieerzeugenden Bereichs verläuft und durch die Flächen der Wände des Flüssigkeitsströmungskanales (1004) einerseits und durch die durch den Mittelpunkt der Ausstoßöffnung (502, 802, 902, 1006) und davon durch eine Strecke AB beabstandet durch den Mittelpunkt der Energiewandlereinrichtung (1002) verlaufenden gedachten Ebenen andererseits so begrenzt wird, daß alle Flächen und Ebenen im wesentlichen senkrecht zueinander stehen;
"S_H" der Bereich des energieerzeugenden Bereichs der Energiewandlereinrichtung (1002);
"r" der minimale Durchmesser der Ausstoßöffnung (502, 802, 902, 1006);
"R" der Durchmesser der Ausstoßöffnung (502, 802, 902, 1006) auf der der Energieeinwirkungsfläche (1007) zugewandten Seite der Ausstoßöffnungsplatte (503, 803, 903, 1005) und
"d" die Dicke der Ausstoßöffnungsplatte (503, 803, 903, 1005).

2. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf die geometrische Bedingung 0,2≦r/d≦3erfüllt.

3. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf die geometrische Bedingung 0,2≦r/R<1 erfüllt.

4. Aufzeichnungskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf die geometrische Bedingung 0,2≦r/R<0,1erfüllt.

5. Aufzeichnungskopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiewandlereinrichtung (105, 205, 305, 405, 505, 805, 905, 1002) eine elektrische oder elektromagnetische Wandlereinrichtung ist.

6. Aufzeichnungskopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen (102) sowie eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmungskanälen (106) aufweist und daß r und R Durchschnittswerte der Ausstoßöffnungsdurchmesser sind.