DE19505465A1 - Thermischer Tintenstrahldrucker - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermischen Tintenstrahldrucker, bei dem thermische Energie zum Ausspritzen von Tintentröpfchen von einem Druckkopf verwendet wird, so daß die Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium auftreffen und ein Bild herstellen.

Zwei Arten von Tintenstrahlköpfen sind zur Verwendung für thermische Tintenstrahldrucker hergestellt worden. Der erste Typ ist beispielsweise in den japanischen Patentanmeldungen Kokai Nr. SHO-54-161935, SHO-55-27281 und SHO-55-27282 beschrieben. Bei dem ersten Typ werden die Erwärmer auf dem Boden (Substratseite) von Tintenkanälen so gebildet, daß die Oberfläche jedes Erwärmers parallel zu der Richtung ausgerichtet ist, in der Tinte ausgespritzt wird. Der zweite Typ ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. SHO-54-51837 beschrieben. Bei dem zweiten Typ ist die Oberfläche jedes Erwärmers senkrecht zu der Ausspritzrichtung ausgerichtet. Gemäß der August 1988 Ausgabe des Hewlett Packard Journal und der 28. Dezember 1992 Ausgabe von Nikkei Mechanical (sh. Seite 58) spritzen beiden Typen von Tintenstrahlköpfen Tintentröpfchen aus, indem Tinte mit einem Wärmeimpuls schnell verdampft wird, um eine Blase zu erzeugen, die sich schnell ausdehnt und zusammenzieht. Die Ausdehnung der Blase drückt ein Tintentröpfchen von einer Düse in dem Druckkopf heraus. Erwärmer, die in beiden Typen von Druckköpfen verwendet werden, sind aus einem Dünnfilmwiderstand gebildet, der mit mehreren Schutzschichten überzogen ist.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben die Bildung eines Erwärmers ohne Schutzschicht aus einem Dünnfilmwiderstand und Leitermaterialien vorgeschlagen. Das Fehlen von Schutzschichten an dem Erwärmer verbessert den Wirkungsgrad einer Wärmeübertragung von dem Erwärmer zu der Tinte beträchtlich. Dies erlaubt ein beträchtliches Anwachsen der Druckgeschwindigkeit, das heißt der Frequenz, mit der Tintentröpfchen ausgespritzt werden können. Ein Tintenkopf, bei dem derartige Erwärmer verwendet werden, kann einfacher hergestellt werden.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auch die maximal effektiven Ansteuerbedingungen zum Ansteuern der Erwärmer ohne Schutzschicht vorgeschlagen, die in der gleichzeitig anhängigen deutschen Patentanmeldung Nr. P 44 38 936, angemeldet am 31. Oktober 1994, offenbart ist. Die hervorragenden Erzeugungs- und Kontraktionscharakteristika von unter diesen Ansteuerbedingungen erzeugten Blasen verbessern die Stabilität einer Tintenausspritzung und einer Tintenausspritzfrequenz.

Die Dichte von mit jeden von diesen Druckköpfen gedruckten Bildern verändert sich mit der Temperatur des Kopfes. Wie in Fig. 1 gezeigt, die ein im Vol. 28, Nr. 4 des Electro­ photographic Journal (Seite 82), 1989, veröffentlichtes Diagramm ist, steigt eine Bilddichte proportional zum Temperaturanstieg in dem Druckkopf während eines Druckens an. Diese Änderung der Bilddichte ist das Ergebnis von Viskositätsänderungen (sh. Fig. 2), die von der Temperatur verursacht werden. Eine Einrichtung, beispielsweise ein Kühlventilator ist bei Druckern vorgesehen, um die Temperatur des Druckkopfes zu regulieren und dadurch Änderungen in der Bilddichte zu vermeiden. Die Einrichtung hält den Druckkopf auf einer stabilen Temperatur durch Erwärmen und Kühlen des Druckkopfes.

Allerdings eignet sich ein Kühlventilator nicht zur Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur bei Druckköpfen von Vollfarbendruckern. Vollfarbendrucker sind mit Mehrfachköpfen versehen, die einen getrennten Druckkopf für jede der Primärfarben enthalten. Die Temperatur jedes Farbdruckkopfes steigt bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten an, da das Tastverhältnis (das heißt die Anzahl von Ausspritzungen pro Einheitszeit) jedes unterschiedlichen Farbdruckkopfes unterschiedlich ist. Ein Kühlventilator, der alle Druckköpfe bei einer gleichen Rate kühlt, kann Unterschiede des Wärmeanstiegs zwischen verschiedenen Farbköpfen nicht beseitigen. Ferner ist es schwierig, vollständig die Veränderung eines Betrags einer Viskositätsänderung zwischen Tinten mit unterschiedlicher Farbe, die durch die Temperatur verursacht wird, zu vermeiden. Gegenwärtig werden Köpfe mit niedrigem Tastverhältnis übermäßig erwärmt, um sich an Temperaturen von Köpfen mit hohem Tastverhältnis anzugleichen. Nur in dieser Weise kann eine Bilddichte und Farbbalance stabil gehalten werden.

Eine Aufwärmungsperiode zum Anheben der Temperatur des Druckkopfes, so daß eine Bilddichte von dem Beginn eines Druckens stabil ist, wird bei herkömmlichen thermischen Tintenstrahldruckern benötigt.

Ein anderes Problem bei herkömmlichen thermischen Tintenstrahldruckern war längst bekannt, nämlich daß während einer Ausspritzung von Tintentröpfchen Nebentröpfchen erzeugt werden. Die Nebentröpfchen treffen auf das Druckmedium in der Nähe der Punkte auf, die durch die ausgespritzten Tröpfchen gebildet werden, wodurch die Qualität von gedruckten Bildern verringert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,

• - eine Tintenspritzaufzeichnungseinrichtung bereitzustellen, die Bilder mit hoher Qualität ohne Erzeugung von Nebentröpfchen aufzeichnen kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,

• - eine Tintenspritzaufzeichnungseinrichtung bereitzustellen, die Bilder mit stabiler Intensität und Farbbalance ohne die Notwendigkeit einer Temperatursteuerung aufzeichnen kann und einen leicht zu handhabenden thermischen Tintenstrahldrucker bereitzustellen.

Um die voranstehenden und anderen Aufgaben zu lösen, wird eine Tintenspritzaufzeichnungseinrichtung bereitgestellt, die einen Boden und Wände umfaßt, die einen mit Tinte gefüllten Tintenkanal bilden. Die den Tintenkanal bildenden Wände werden in einer Höhe von weniger als 30 µm gebildet und ein Erwärmer wird auf dem Boden jedes Tintenkanals so gebildet, daß Kanten des Erwärmers von den Wänden in einem Abstand von weniger als 5 µm liegen.

Vorzugsweise werden der Erwärmer, der Boden und die Wände des Tintenkanals, die auf eine Höhe von weniger als 30 µm gebildet sind und eine Düsenplatte so gebildet, daß eine Oberfläche des Erwärmers im wesentlichen senkrecht zu einer Richtung ist, in der das Tintentröpfchen ausgespritzt wird und so, daß ein innerer Umfang des Düsenbodens, wenn er auf den Erwärmer projiziert wird, innerhalb von 5 µm der Kante des Erwärmers ist. Der Erwärmer erwärmt die Tinte schnell, wenn an ihn eine Impulsspannung angelegt wird, so daß ein Abschnitt der Tinte in dem Tintenkanal schnell verdampft wird, um eine Blase zu erzeugen, die einen Teil der auszuspritzenden Tinte von einem Teil der in dem Tintenkanal zurückzubleibenden Tinte trennt. Eine Ausdehnung der Blase spritzt den Teil der von der Düse auszuspritzenden Tinte als ein Tintentröpfchen aus. Der Erwärmer kühlt ausreichend, bevor der Teil der Tinte, der in dem Tintenkanal zurückbleiben soll, über den Erwärmer zurückfließt, so daß weitere Blasen nicht erzeugt werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Boden ein Silikonsubstrat ist, der Erwärmer aus einem auf eine Dicke von 2 µm oder weniger auf dem Boden aufgebrachten thermischen SiO₂ Oxidationsfilm und einem auf dem thermischen SiO₂ Oxidationsfilm aufgebrachten Erwärmer ohne Schutzschicht gebildet wird, die den Tintenkanal füllende Tinte eine Tinte auf Wasserbasis mit einer Viskosität von 0,7 C.P. bis 6,0 C.P. ist und der Erwärmer die den Tintenkanal füllende Tinte erwärmt, wenn an ihn eine Impulsspannung mit einer Dauer von 3 µs oder weniger angelegt wird, wodurch in dem auszuspritzenden Teil der Tinte ein Fluktuations- Keimsiedevorgang (fluctuation uncleation boiling) verursacht wird.

Während die Verwendung eines schutzschichtlosen Erwärmers vorteilhaft ist, kann auch ein Erwärmer mit einer Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der schutzschichtlose Erwärmer besitzt Vorteile dahingehend, daß sein thermischer Wirkungsgrad um einen Faktor 10 höher ist als der thermische Wirkungsgrad des Erwärmers mit Schutzschicht.

Die voranstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich weiter aus dem Studium der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung, die Änderungen der Bilddichte und der Kopftemperatur zeigt, wenn eine serielle Abtastaufzeichnung durchgeführt wird;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die einen Zusammenhang zwischen einer Temperatur gegenüber der Viskosität in Bezug auf reines Wasser und mehrere Arten von Tinten auf Wasserbasis darstellt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die einen in dem Experiment der Erfindung verwendeten Erwärmer zeigt;

Fig. 4 schematisch zeitliche Änderungen von der Erzeugung bis zum Verschwinden einer Blase, die durch Impulserwärmung durch den in Fig. 3 gezeigten Erwärmer in Wasser erzeugt wird;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem Energieniveau und einer Impulsdauer zeigt, die an den in Fig. 3 gezeigten Erwärmer angelegt werden, um einen Fluktuations-Keimsiedebereich (durchgezogene Linie) und einen Einzelblasen- Erzeugungsbereich (gestrichelte Linie) zu bewirken;

Fig. 6(A) und 6(B) Querschnittsansichten, die Köpfe zeigen, die in den Experimenten der Erfindung verwendet werden;

Fig. 7(A) und 7(B) Querschnittsansichten, die von links nach rechts chronologisch Vorgänge zeigen, die in den in Fig. 6(A) und 6(B) gezeigten Köpfen auftreten;

Fig. 8 Änderungen in der Gestalt eines Tintentröpfchens, wenn es von einem herkömmlichen Kopf ausgespritzt wird;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht, die einen integrierten Kopf zeigt, der in den Experimenten der Erfindung verwendet wird;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht, die einen anderen integrierten Kopf zeigt, der in den Experimenten der Erfindung verwendet wird;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht (A-A′-Querschnitt), die einen thermischen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 12 eine andere Querschnittsansicht (B-B′- Querschnitt), die den in Fig. 11 gezeigten thermischen Tintenstrahldruckkopf zeigt; und

Fig. 13 eine graphische Darstellung, die eine von einer Kopftemperatur abhängigen Kennlinie einer Bilddichte zeigt, wenn mit dem Kopf der Erfindung gedruckt wird.

Ein thermischer Tintenstrahldruckkopf entsprechend der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben, während auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Teile und Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, um eine doppelte Beschreibung zu vermeiden.

Fig. 3 zeigt eine Erwärmer 14, der keine Schutzschicht benötigt. Wie in Fig. 3 gezeigt umfaßt der Erwärmer 14 ein ungefähr 400 µm dickes Siliziumsubstrat 1; eine 2 µm dicke thermisch isolierende SiO₂-Schicht 2; einen Dünnfilmwiderstand 3 aus einer Cr-Si-SiO-Legierung mit einer Dicke von 0,1 µm; und einen 1 µm dicken Nickelleiter 5. Dieser Erwärmer 14 besitzt eine ausreichende Lebensdauer, wenn an ihn Spannungsimpulse angelegt werden und er veranlaßt wird, in Wasser oder Tinte auf Wasserbasis eine Erwärmung vorzunehmen.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Erzeugung und eines Zusammenbrechens einer Blase, die durch pulsierendes Erwärmen des Erwärmers 14 in Wasser gebildet wird, so wie dies unter Verwendung einer Stroboskopphotographie beobachtet werden kann. Um die in Fig. 4 gezeigte Blase zu erzeugen, wurde eine Energie von 2,5 W/Punkt in 1 µm Impulsen an den Erwärmer 14 bei einer Frequenz von 1 KHz angelegt. Das Stroboskoplicht wurde in ungefähr 1 µm langen Impulsen aufgestrahlt. Das zu auszuspritzende Wasser 6 (vor einer Ausspritzung) war ungefähr 25°C. Unter diesen Bedingungen wurde die Blase durch Fluktuations-Keimsieden erzeugt, wie in der ebenfalls anhängigen deutschen Patentanmeldung Nr. P 44 38 936 beschrieben ist.

Wie man aus Fig. 4 erkennt, wächst die Blase auf eine Höhe von 5 bis 10 ums ungefähr 1 µs nach dem Start des thermischen Impulses. Dies bedeutet, daß der Siedevorgang schnell beginnt, in ungefähr 1/2 bis 1 µm Unabhängig von der Gestalt des Erwärmers 14 dehnt sich die Blase nach oben aus, ohne mehr als 5 bis 10 µm über die Kanten des Erwärmers 14 hinauszuwachsen und die Höhe der Blase ist bei der maximalen Wachstumsstufe ungefähr 30 um.

Die Pfeile in Fig. 4 zeigen den Wasserfluß, auf den von der Beobachtung der Ausdehnung und Kontraktion der Blase geschlossen wird. Die sich ausdehnende Blase drückt in das Wasser in der vertikalen Richtung bei einer hohen Geschwindigkeit von 12 bis 15 m/s (das heißt 30 µms/2 bis 2,5 µs). Die durchschnittliche Ausdehnungsrate (dv/dt)/v der Blase ist ein extrem großer Wert von 4 bis 5 × 10⁵/s (das heißt 1/2 bis 2,5 µs). Dies ist stellvertretend für Blasen, die durch einen Fluktuations-Keimsiedevorgang erzeugt werden.

Während sich die Blase ausdehnt, wird der Dampf innerhalb der Blase schnell abgekühlt, nämlich durch fast auf ein Vakuum bei der Ausdehnung der Blase und durch die umgebende Tinte. Wenn die Blase ihre maximale Größe erreicht, beginnt sie an dem Boden zusammenzufallen. Die Trägheit des schnellen Wasserflusses verhindert eine Kontraktion der Blase in der vertikalen Richtung.

Eine zurückspringende Erzeugung von sekundären Blasen, die durch eine unzureichende Kühlung des Erwärmers bewirkt wird, tritt immer auf, wenn Tintentröpfchen mit einem Tintenstrahldruckkopf ausgespritzt werden, der unter Verwendung von herkömmlicher Technologie hergestellt ist.

Jedoch erkennt man aus Fig. 4, daß kein derartiges unerwünschtes Phänomen auftritt. Der Grund hierfür liegt darin, daß schutzschichtlose Erwärmer unter Verwendung eines kurzen Impulses angesteuert werden können, um so schnell zu kühlen. Wie in Fig. 5 gezeigt, ändern sich diese Charakteristika kaum, selbst wenn die Anregungsimpulsbreite oder die Impulsenergie um einen Faktor 2 oder 3 erhöht wird.

Druckköpfe vom Obenschießer-Typ (top shooter type), das heißt, Druckköpfe, bei denen die Erwärmer senkrecht zu der Ausspritzungsrichtung ausgerichtet sind, eignen sich zum Ausspritzen von Tinte am besten. Bei dem in Fig. 6(A) gezeigten Beispiel ist eine Tintenspritzdüse 8 mit einem Durchmesser r von ungefähr 40 µs in einer Lochplatte 7 mit einer Dicke T von ungefähr 50 µm gebildet. Die Lochplatte 7 ist so angeordnet, daß die Tintenspritzdüse 8 dem Erwärmer 14 in einem Abstand t von ungefähr 25 µm von dem Erwärmer 14 gegenüberliegt. Ein Tintenzuführungsraum wird durch den Platz zwischen der Tintenspritzdüse 8 und dem Erwärmer 14 gebildet. Der in Fig. 6(B) gezeigte Druckkopf ist ähnlich wie der in Fig. 6(A) gezeigte, mit der Ausnahme, daß die in der Lochplatte 7 geöffnete Tintenspritzdüse so gebildet ist, daß sie an dem Ende, welches auf den Erwärmer 14 zugekehrt ist, auf einen Durchmesser von ungefähr 80 µms auseinandergeht.

Unter Verwendung der in den Fig. 6(A) und 6(B) gezeigten Köpfe wurden Experimente durchgeführt. Die Köpfe wurden mit Wasser gefüllt und von diesen Köpfen wurden Wassertröpfchen durch Anlegung von 1 µs langen Impulsen mit einer Energie von 1,6 W an die Erwärmer 14 bei einer Frequenz von 1 KHz ausgespritzt. Unter Verwendung von Stroboskopphotographie wurden von den Düsen ausgespritzte Wassertröpfchen beobachtet. Die Fig. 7(A) und 7(B) zeigen von links nach rechts chronologisch Ereignisse, die in den in den Fig. 6(A) bzw. 6(B) gezeigten Köpfen jeweils 3, 6, 9 und 12 µs nach Start der Spannungsanlegung an den Erwärmer 14 auftreten. Die Fig. 7(A) und 7(B) basieren auf den Ergebnissen der Beobachtungen und Schlußfolgerungen über den Wasserfluß in dem Tröpfchenerzeugungsgebiet.

Wie in Fig. 7(A) durch den 3 µs Punkt gezeigt, trennt die in dem Kopf der Fig. 6(A) erzeugte Blase vollständig das Wasser in der Tintenspritzdüse 8 von dem Wasser in dem Tintenversorgungskanal 9. Zu diesem Zeitpunkt ist die Blase praktisch in einem vollständigen Vakuum. Deshalb wird die Flüssigkeit in der Tintenspritzdüse 8 mit einer Kraft von ungefähr einer Atmosphäre gedrückt. Das Wasser in dem Tintenversorgungskanal 9 wird durch eine ähnliche Kraft in Richtung auf die Tintenspritzdüse 8 gezogen. Das dem Substrat des Tintenversorgungskanals 9 am nächsten liegende Wasser hat bereits begonnen, von der Tintenspritzdüse 8 wegzufließen. Allerdings hat die Flüssigkeit in der Tintenspritzdüse 8 eine Geschwindigkeit von ungefähr 12 bis 15 m/s erreicht. Diese Geschwindigkeit wird gleich bleiben, selbst bei einem Druck von einer Atmosphäre und wenn die Düse ungefähr 50 µm lang ist. Bei dem Zeitpunkt von 8 bis 9 µs ist das Wassertröpfchen von der Tintenspritzdüse 8 mit der gleichen Geschwindigkeit von 12 bis 15 ms ausgespritzt worden.

Die Tinte in dem Tintenversorgungskanal 9 fließt herein, um die Blase durch einen Druck von einer Atmosphäre zu verkleinern. Allerdings verschwindet diese Druckdifferenz, wenn bei dem 8 µs Punkt das Tintentröpfchen von der Düse austritt. Die Geschwindigkeit, mit der Tinte in dem Tintenversorgungskanal 9 fließt, fällt danach rapide ab.

Weitere 60 bis 70 µs werden benötigt, bevor die Kuppe ihren Zustand vor einer Ausspritzung erreicht. Während eines Druckvorgangs mit diesem Kopf wurden keine Nebentröpfchen beobachtet.

Wie in Fig. 7(B) gezeigt, zeigt die Flüssigkeit ein sehr unterschiedliches Verhalten während einer Ausspritzung von dem Druckkopf aus Fig. 6(B). An dem 3 µs Punkt, wenn die Blase ihre größte Größe annimmt, ist das Wasser in der Tintenspritzdüse 8 noch mit dem Wasser in dem Tintenversorgungskanal 9 verbunden. Das ausgespritzte Tröpfchen wird mit einem langen Schwanz gebildet, der aus dem in Richtung auf die Tintenspritzdüse 8 von dem Tintenversorgungskanal gezogenem Wasser gebildet ist. Die Länge des Schwanzes hängt von der Gestalt der Düse ab und kann eine maximale Länge von 500 µm erreichen. Der lange Schwanz hat viele Nebentröpfchen zur Folge.

Wie in den Fig. 7(A) und 7(B) gezeigt, ist es zur Vermeidung von Nebentröpfchen unerläßlich, daß der auszuspritzende Teil der Flüssigkeit und die übrige Flüssigkeit in dem Ausspritzprozeß an einer frühen Stufe getrennt sind. Ferner können unter Umständen technische Begrenzungen einen Fehler in der Ausrichtung zwischen der Mitte der Düsen und der Mitte ihrer jeweiligen Erwärmer erzeugt haben. Man erkennt, daß, wenn die Mitte von Düsen und die Mitte von ihren jeweiligen Erwärmern um 10 und 15 µm fehlausgerichtet sind, die von der Düse austretende Flüssigkeit mit sich einen Schwanz zieht, so daß Nebentröpfchen erzeugt werden.

Wenn demzufolge die Düse so gebildet ist, daß sie im wesentlichen auf die Oberfläche des Erwärmers gerichtet ist, wie in den Fig. 6(A) und 6(B) gezeigt, werden Nebentröpfchen nicht erzeugt, wenn der Tintenversorgungskanal 9 auf eine Höhe von weniger als die maximale Höhe der Blase gebildet ist, das heißt kleiner als 30 µm und wenn die Düse 8 und der Erwärmer 14 so ausgeformt und ausgerichtet sind, daß der innere Umfang der Düse 8 an seinem dem Erwärmer 14 nächstliegenden Ende, wenn er auf den Erwärmer projiziert wird, nicht um mehr als 5 µm über den Durchmesser des Erwärmers 14 vorsteht. Tröpfchen, die unter Verwendung dieses Aufbaus ausgespritzt werden, besitzen eine anfängliche Ausspritzgeschwindigkeit von ungefähr 12 bis 15 m/s und ferner werden sie, während sie in der Düse sind, von der übrigen Flüssigkeit in dem Tintenversorgungskanal getrennt, so daß Nebentröpfchen nicht gebildet werden.

Die Verhinderung einer Erzeugung von Nebentröpfchen ist in Druckköpfen einfacher, die Tröpfchen in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Erwärmers ausspritzen. Wenn der Teil des Tintenkanals, in dem der Erwärmer gebildet ist, auf eine Höhe von 30 µm oder kleiner gebildet wird und wenn ferner die den Tintenkanal bildende Wand von der Kante des Erwärmers in einem Abstand von 5 µm oder weniger liegt, dann wird die Tinte in dem Tintenkanal von der auszuspritzenden Tinte getrennt, während sie sich noch in der Düse befindet. Die Geschwindigkeit, mit der Tinte ausgespritzt wird, hängt von dem Verhältnis zwischen der Oberfläche des Erwärmers und dem Volumen des Tintenkanals an dem Erwärmer ab. Je höher allerdings die Geschwindigkeit ist, mit der die Tröpfchen ausgespritzt werden, desto mehr Zeit benötigt der Mechanismus, um in seinen Urzustand zurückzugehen.

Die japanische Patentanmeldung Kokai Nr. HEI-4-10940 beschreibt ein Verfahren zum Ausspritzen von Tröpfchen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Blase mit der Atmosphäre verbunden ist, wenn der innere Druck der Blase gleich oder kleiner wie der atmosphärische Druck ist. Obwohl dies ähnlich wie bei der vorliegenden Erfindung ist, ist die in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. HEI-4-10940 beschriebene Erfindung so aufgebaut, daß, wenn die Blase mit der Atmosphäre verbunden ist, die Flüssigkeit in dem Tintenkanal 9 und die Flüssigkeit an der Ausspritzdüse in einem Teil des Tintenkanals verbunden sind. Wie voranstehend erwähnt, hat dies ein Tintentröpfchen mit einem langen Schwanz zur Folge. Deshalb unterscheidet sich die in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. HEI-4-10940 beschriebene Erfindung grundlegend von dem Nebentröpfchen- Verhinderungsverfahren der vorliegenden Erfindung. Ferner ist dieses Verbindungsverfahren im wesentlichen in der Vergangenheit realisiert worden. Die japanische Patentanmeldung Kokai Nr. SHO-54-161935 beschreibt die Verdampfung von Tinte in einer Flüssigkeitskammer unter Verwendung eines Erwärmers und das Ausspritzen des sich ergebenden Dampfes von der Tintenspritzdüse zusammen mit einem Tintentröpfchen. Ein im wesentlichen zylindrischer Erwärmer, beispielsweise ein Erwärmer, ist getrennt von der Düsenöffnung in einem Abstand vorgesehen, der dem Volumen des auszuspritzenden Tintentröpfchens entspricht. Ein Tintentröpfchen wird von der Düse ausgespritzt, indem ein thermischer Impuls durch das thermische Element erzeugt wird. Wie voranstehend beschrieben befindet sich die Blase zu dem Zeitpunkt, zu dem das Tintentröpfchen die Düsenöffnung verläßt, faktisch in einem Vakuumzustand. Allerdings haben die Erfinder der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. SHO-54-161935 die Beobachtungen fehlinterpretiert, die zu dem Zeitpunkt aufgenommen werden, zu dem das Tröpfchen die Düsenöffnung verläßt. Es kann angenommen werden, daß die Tatsachen, die in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. SHO-54-161935 beschrieben sind, die gleichen sind, die in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. HEI-4-10940 und anderswo beschrieben werden, nämlich, daß die Blase mit der Atmosphäre in Verbindung steht, wenn der interne Druck der Blase gleich oder kleiner wie der atmosphärische Druck ist.

Allerdings gibt es viele Gelegenheiten, bei denen die alleinige Verbindung der Blase mit der Atmosphäre, wenn der interne Druck der Blase gleich oder kleiner als der atmosphärische Druck ist, die auszuspritzende Tinte von der übrigen Tinte in dem Tintenkanal nicht trennen wird. Wenn beispielsweise der Tintenkanal 16 auf eine Höhe von 40 bis 50 µm gebildet ist, wie in Fig. 8 gezeigt, werden Tintentröpfchen mit einem langen Schwanz ausgespritzt, was die Erzeugung von Nebentröpfchen zur Folge hat, selbst wenn die Breite des Erwärmers 15 fast gleich zu der Breite des Tintenversorgungskanals 16 ist. Die in Fig. 8 gezeigte Blase befindet sich 3 µm oder weniger nach der Anlegung des thermischen Impulses im wesentlichen in einem Vakuumzustand. In Druckköpfen vom Oberschießer-Typ (ausgeführt wie in Fig. 6(A) gezeigt) oder in Druckköpfen vom Seitenschießer-Typ (ausgeführt wie in Fig. 9 gezeigt) können sekundäre Blasen in der Tinte erzeugt werden, die über den Erwärmer zurückfließt, was die Bildung von Nebentröpfchen oder ein Herumspritzen bewirkt, selbst wenn der Tintenkanal auf eine Höhe von 30 µm oder weniger gebildet wird. Dies bedeutet, daß der Erwärmer schnell auf eine Temperatur abgekühlt werden muß, bei der sekundäre Blasen nicht erzeugt werden, wenn eine Erzeugung von Nebentröpfchen vollständig vermieden werden soll.

Selbst wenn die in Fig. 6(A) gezeigten Druckköpfe mit Tintenkanälen einer Breite von 50 µm gebildet werden, würde sich das Verhalten der ausgespritzten Tintentröpfchen nicht grundlegend von dem in Fig. 7 (A) gezeigtem Verhalten ändern, nämlich wegen den Gründen, die nachstehend in der folgenden Ausführungsform beschrieben werden.

Erste Ausführungsform

Mehrere Druckköpfe vom Top-Shooter-Typ wurden hergestellt, wobei die freigelegte Oberfläche von Erwärmern senkrecht zu der Ausspritzrichtung ausgerichtet waren, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Erwärmer 14 von allen Druckköpfen wurden mit dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau gebildet. Die allen Druckköpfen gemeinsamen Dimensionen umfassen eine Breite h von 40 µm für die quadratischen Erwärmer, eine Breite H von 50 µm für die Tintenversorgungskanäle 9, eine Dicke T von 50 µm für die Lochplatte und einen Durchmesser r von 40 µm für die Düsen. Jedoch waren bei jedem Kopf der Durchmesser R der Düsenbasis und die Höhe (der Teilungswand) t der Tintenversorgungskanäle 9 unterschiedlich. Die Druckköpfe wurden mit einer Tinte auf Wasserbasis gefüllt und Tests wurden durchgeführt, um die Ursache der Nebentröpfchenerzeugung auszuwerten. Während dieser Tests wurden 1 µm lange Impulse mit einer Energie von 1,5 Watt an den Erwärmer 14 bei einem Zyklus von 1 KHz angelegt. Auswertungen wurden für ein von einer Düse ausgespritztes Tintentröpfchen durchgeführt. Blasen wurden durch Fluktuations-Keimsiedevorgänge erzeugt. Ein Aufzeichnungsblatt wurde in 1 mm Abstand vor der Düse bei einer Geschwindigkeit von 300 mm/s angeordnet. Die Mitte jeder bei den Tests verwendeten Düse war zu der Mitte des entsprechenden Erwärmers mit einer Genauigkeit von +/- 3 µm oder weniger ausgerichtet.

Es wurde ausgewertet, ob die aufgedruckten Punkte von Nebentröpfchen begleitet werden oder nicht. Die Ergebnisse einer Reihe von Tests sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Eine gute Bewertung bedeutet, daß keine Nebentröpfchen beobachtet wurden. Eine mäßige Beurteilung bedeutet, daß wenige Nebentröpfchen beobachtet wurden. Eine schlechte Beurteilung bedeutet, daß Nebentröpfchen regelmäßig beobachtet wurden. Die Ergebnisse dieser Tests stimmen mit den voranstehend beschriebenen Ergebnissen überein. Diese Tests zeigen, daß es zur Verhinderung einer Bildung von Nebentröpfchen unerläßlich ist, daß die auszuspritzende Flüssigkeit von der in dem Flüssigkeitskanal zurückbleibenden Flüssigkeit getrennt wird.

Blasen wurden auch durch Fluktuations-Keimsiedevorgänge erzeugt, wenn ein längerer Impuls (das heißt 5 µs) mit niedrigerer Energie (das heißt 0,6 Watt) an den Erwärmer angelegt wurde. Allerdings konnten unter diesen Erregungsbedingungen einige Nebentröpfchen in dem Gebiet um aufgedruckte Zeichen beobachtet werden, selbst bei Druckköpfen, die keine Nebentröpfchen mit dem kürzeren Impuls und der höheren Energie erzeugen. Dies wird einer Erzeugung von sekundären Blasen zugeordnet. Dies wird eine Quelle eines unsauberen Erscheinungsbilds um Zeichen, die mit einem gewöhnlichen Druckvorgang gedruckt werden.

Zweite Ausführungsform

In der gleichen Weise wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform wurden Druckköpfe hergestellt, aber mit der Mitte der Düsen um 5 µm von der Mitte der Erwärmer verschoben. Tests wurden unter den gleichen Bedingungen wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt. Es wurde ausgewertet, ob Nebentröpfchen erzeugt wurden oder nicht und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Die Ergebnisse der in den ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen durchgeführten Tests zeigen, daß die Höhe des Tintenkanals 30 µm oder weniger sein sollte und ferner, daß die Basis der auf die Oberfläche des Erwärmers gerichtete Düse über die Kante der Tintenversorgungsseite des Erwärmers nicht mehr als 10 µm oder größer, vorzugsweise 5 µm oder mehr vorstehen sollte. Natürlich sind die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Bedingungen zum Verhindern einer Erzeugung von sekundären Blasen ebenfalls wichtig.

Dritte Ausführungsform

Nachstehend werden die Ergebnisse von Auswertungstests erläutert, die mit Druckköpfen vom Seitenschießer-Typ (aufgebaut wie in Fig. 9 gezeigt) durchgeführt wurden. Alle Köpfe wurden mit Tintenversorgungskanälen 9 mit einer Breite H von 50 µm gebildet, wobei die Erwärmer 14 den in Fig. 3 gezeigten Aufbau aufweisen und mit einer Länge l von 120 µm gebildet waren und wobei die Länge L von der Kante auf der Düsenseite des Erwärmers 14 zu der Düsenöffnung auf eine Länge L von 80 µm gebildet war. Die Höhe von Tintenversorgungskanälen 9 und die Breite h der Erwärmer wurden für jeden Kopf unterschiedlich hergestellt. Auswertungstests wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, wie für die erste bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Die Erwärmer 14 wurden mit 1 µs langen Impulsen von 0,12 × h (µm) W/Punkt erregt, was die Bedingungen zur Erzeugung eines Fluktuations-Keimsiedens wie in Fig. 5 gezeigt erfüllt, wie in der deutschen Patentanmeldung Nr. P 44 38 936 beschrieben ist.

Tabelle 3

Die Köpfe wurden in der gleichen Weise wie voranstehend beschrieben erzeugt, aber mit dem Erwärmer 14 um 5 µm in Richtung auf einer der Seitenwände verschoben. Die Ergebnisse von Auswertungstests, die mit diesen Köpfen durchgeführt wurden, sind in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4

Die Ergebnisse zeigen deutlich, daß das fast vollständige Auffüllen des Tintenversorgungskanals 9 mit der Blase eine wesentliche Bedingung zur Verhinderung von Nebentröpfchen ist. Wenn die Seitenwände auf eine sehr kurze Länge von 20 µm oder weniger ausgebildet werden, wird die Ausdehnung der Blase den Tintenkanal ausfüllen, wenn der Erwärmer 14 ausreichend breit ausgebildet ist, selbst wenn der Erwärmer 14 von der Seitenwand in einem Abstand von 5 µm oder mehr liegt. Allerdings hat ein derartiger Tintenkanal mit niedriger Dicke eine dünne Öffnung zur folge, was wiederum ungünstig die Gestalt von ausgespritzten Tröpfchen beeinflußt. Eine andere Art von Gegenmaßnahme, beispielsweise eine Verjüngung der Breite der Öffnung wird benötigt, um dieses Problem zu umgehen. Das gleiche Problem von sekundären Blasen, welches in den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben wurde, tritt bei diesem Kopftyp auf.

Die gleichen Tendenzen zur Erzeugung von Nebentröpfchen wurden beobachtet, wenn die in den ersten und zweiten Ausführungsformen beschriebene Lochplatte mit einer Dicke von 80 µm gebildet wurde. Ein Kopf gemäß der dritten Ausführungsform, aber mit einer auf 120 µm vergrößerten Länge L druckte Zeichen mit nur wenigen erzeugten Nebentröpfchen.

Vierte Ausführungsform

Die Erzeugung von Nebentröpfchen kann unter Verwendung von Druckbedingungen vermieden werden, die einen Fluktuations- Keimsiedevorgang nicht unterstützen, vorausgesetzt, daß die erzeugte Blase die auszuspritzende Tinte (während sie sich noch in der Düse befindet) von der in dem Tintenkanal zurückbleibenden Tinte trennt. Obwohl eine Erzeugung von Blasen mit einem Fluktuations-Keimsiedevorgang eine stabile Ausspritzung der Tröpfchen bereitstellt, ist der Unterschied nicht so groß, wenn die Druckköpfe vom Top-Shooter-Typ verwendet werden (bei denen die Oberfläche von Erwärmern senkrecht zu der Richtung ist, in der Tröpfchen ausgespritzt werden), die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind. Allerdings ist der Unterschied zwischen einer Ausspritzung von Tröpfchen durch einen Fluktuations- Keimsiedevorgang und anderen Typen von Siedevorgängen groß, wenn die Druckköpfe vom Seitenschießer-Typ verwendet werden (bei denen die Oberfläche von Erwärmern parallel zu der Richtung ist, in der Tröpfchen ausgespritzt werden), die in der dritten bevorzugten Ausführungsform beschrieben sind. Der Grund hierfür ist, daß bei einem Fluktuations- Keimsiedevorgang Mikroblasen über der gesamten Oberfläche des Erwärmerelements Keimsiedekerne bilden, wohingegen während einem nicht homogenen und homogenen Keimsiedevorgang Mikroblasen zunächst nicht homogen auf der Oberfläche des Erwärmerelements Keimsiedekerne bilden und die Blase dann richtungsmäßig anwächst. Dies beeinflußt beträchtlich die Richtung einer Kraft, mit der die Tröpfchen ausgespritzt werden. Allerdings wird nur ein sehr kleiner Unterschied bei dem Wachsen und Zusammenfallen der Blasen beobachtet.

Es wurden Tests durch Anlegen eines 5 µm Impulses mit einer Elektrizität von 0,45 W an Erwärmer des in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Druckkopfs von Top- Shooter-Typ durchgeführt. Diese Impulsbedingungen erzeugten Blasen durch einen nicht homogenen und homogenen Keimsiedevorgang, nicht durch einen Fluktuations- Keimsiedevorgang. Obwohl die Zeit von Ausspritzungen langsamer war, zeigten die Ergebnisse dieser Tests, daß andere Ergebnisse fast die gleichen wie die in Tabelle 1 gezeigten waren. Die Dauer des Impulses wurde auf 5 µs erhöht, da die Erzeugung von Blasen durch einen nicht homogenen oder durch einen homogenen Keimsiedevorgang und nicht durch einen Fluktuations-Keimsiedevorgang tatsächlich unterschiedlich ist, wenn an einen schutzschichtlosen Erwärmer ein kurzer Spannungsimpuls angelegt wird.

Obwohl Blasen unter Verwendung eines Fluktuations- Keimsiedevorgangs in der vorliegenden Erfindung nicht erzeugt werden, trennt die erzeugte Blase die auszuspritzende Tinte (während sie sich noch in der Düse befindet) von der in dem Tintenkanal zurückbleibenden Tinte, wodurch verhindert wird, daß ausgespritzte Tröpfchen Schwänze bilden.

Fünfte Ausführungsform

Die Fig. 11 und 12 zeigen den Aufbau eines gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform aufgebauten thermischen Tintenstrahldruckkopf. Die thermische Basis dieses Druckkopfs ist aus einem (in den Fig. 11 oder 12 nicht gezeigtem) 1 bis 2 µm dickem thermischen SiO₂ Oxidationsfilm und einem Erwärmer 14 gebildet, die in dieser Reihenfolge auf einem Siliziumsubstrat 1 aufgebracht sind. Der Erwärmer 14 ist ein schutzschichtloser Erwärmer, so wie derjenige, der in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. HEI-6-71888 beschrieben ist. Der in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. HEI-6-71888 beschrieben schutzschichtlose Erwärmer ist aus einem Dünnfilmwiderstand aus einer Cr-Si-SiO-Legierung und aus Nickel-Dünnfilmleitern gebildet. Tinte kann durch einen derartigen schutzschichtlosen Erwärmer effizient durch Anwendung einer Energie von nur 1/10 oder weniger der für Erwärmer mit Schutzschichten benötigten Energie ausgespritzt werden. Deshalb erwärmen sich Druckköpfe, die mit derartigen Erwärmern ausgerüstet sind, während eines Druckvorgangs nur geringfügig.

Obwohl in den Fig. 11 und 12 nur der Erwärmerabschnitt des Druckkopfs gezeigt ist, ist auf dem Siliziumsubstrat auch eine Ansteuerschaltung gebildet, um den monolithischen Druckkopf herzustellen.

Die Flüssigkeitskanäle sind in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, indem zunächst eine photoempfindliche Harzteilungswand 11 auf eine Höhe (Dicke) von 30 µm oder weniger gebildet wird. In diesem Beispiel ist die Teilungswand 11 auf eine Höhe von 20 µm vorgesehen. Die Tintenkanäle (Flüssigkeitskanäle) sind auf eine individuelle Breite von 50 µm und bei einem Zwischenkanalabstand von 62,5 µms (das heißt 400 Punkte/Inch) gebildet. Die Erwärmer 14 werden dann in eine rechteckförmige Gestalt mit einer Länge von 40 µm gebildet. An dieser Stufe wird auf dem Siliziumsubstrat 1 der Tintenkanal 10 gebildet. Eine Lochplatte 7 wird dann auf der Teilungswand 11 festgeklebt. Die in diesem Beispiel verwendete Lochplatte 7 ist ein 60 µm dicker Polyimidfilm mit einer Epoxydharzschicht. Düsen 8 mit einem Durchmesser R von 40 µm wurden in der Lochplatte 7 unter Verwendung von Photoätztechniken gebildet. Köpfe, die auf 5 oder 6 Inch Siliziumwafern gebildet werden und die relativ zu einander genau ausgerichtet sind, können unter Verwendung dieses Prozesses mit hohen Ausbeuten Massen produziert werden.

Obwohl der Druckkopf der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird, daß er auf einen 400 dpi Abstand gebildet ist, kann der voranstehend beschriebene Prozeß verwendet werden, um Druckköpfe mit einer Teilung von 800 dpi zu erzeugen, wobei Öffnungen linear ausgerichtet sind, oder sogar 1600 dpi, wobei Öffnungen auf beiden Seiten jedes Tintenkanals 10 angeordnet sind. Ferner kann durch Herstellen von vier Sätzen von 1600 dpi Druckköpfen auf dem gleichen Siliziumsubstrat ein 1600 dpi Vollfarbenlinien-Druckkopf hergestellt werden.

Jedes unter Verwendung des voranstehenden Aufbaus aufgespritzte Tröpfchen enthält ungefähr die gleiche Menge von Tinte, die den Raum zwischen dem Erwärmer und der Tintenkuppe 17 an oder in der Nähe der Öffnung ausfüllt.

Ein Druckkopf, wie der in den Fig. 11 und 12 gezeigte, wurde hergestellt und Experimente wurden damit durchgeführt, indem der Druckkopf einzeln mit den drei unterschiedlichen Tinten auf Wasserbasis (a), (b) und (c) gefüllt wurde, auf die in Fig. 2 Bezug genommen wird und indem Bilder gedruckt wurden, während die Temperatur des Druckkopfs von 5°C bis 40°C erhöht wurde. Die Dichte von gedruckten Bildern wurde verglichen und die Ergebnisse wurden auf dem in Fig. 13 gezeigten Graph aufgetragen. Die Experimente wurden durchgeführt, indem bei einer ausreichend langsamen Druckfrequenz von 2 KHz gedruckt wurde, um einen Einfluß zu beseitigen, den eine lange Wiederauffüllungszeit auf eine Niedrigtemperatur-Ausspritzung ausübt. Durch stroboskopische Betrachtungen wurde bestätigt, daß reines Wasser bei 5°C und einer Ausspritzgeschwindigkeit von 15 KHz stabil ausgespritzt werden kann.

Wie aus Fig. 13 ersichtlich, fällt die Bilddichte ab, wenn die Viskosität von Tinte auf Wasserbasis 6,0 CP übersteigt. Solange die Viskosität der Tinte unter 6,0 CP liegt, ändert sich die Bilddichte nicht, selbst wenn die Temperatur des Kopfes auf 40°C erhöht wird. Durch stroboskopische Beobachtungen wurde bestätigt, daß reines Wasser (mit einer Viskosität von ungefähr 0,7 CP), wenn es ausgespritzt wird, Tröpfchen mit dem gleichen Volumen wie die Tinten auf Wasserbasis mit höherer Viskosität bildet. Solange deshalb die Viskosität der Tinte in einem Bereich von 0,7 bis 6,0 CP liegt, werden die ausgespritzten Tintentröpfchen das gleiche Volumen aufweisen. Deshalb bleibt die Bilddichte stabil. Der Grund dafür, daß die Bilddichte abfällt, wenn die Tintenviskosität 6,0 CP übersteigt, liegt möglicherweise darin, daß die Tintenmenge, die auf der inneren Wandoberfläche der Düsen zurückbleibt, ansteigt.

Solange die Viskosität der Tinte im Bereich von 0,7 bis 6,0 CP liegt, wird die Bilddichte stabil bleiben, selbst wenn sich die Temperatur des Druckkopfes ändert. Deshalb kann eine stabile Farbbalance, eine wichtige Komponente beim Vollfarbendrucken, ebenso aufrechterhalten werden. Es besteht keine Notwendigkeit, die Temperaturabhängigkeit, die durch die Viskosität von unterschiedlichen bei dem Vollfarbenkopf verwendeten Tinten aufgezeigt wird, auszugleichen.

Wenn die Viskosität der Tinte zu hoch ist, steigt die zum Wiederauffüllen der Tintenkammern des Kopfs benötigte Zeit an. Infolgedessen füllen sich die Tintenkammern nicht mit der gleichen Rate wie die, die durch die Ausspritzungsgeschwindigkeit benötigt wird, wodurch ein Abfall der Bilddichte verursacht wird. Ferner verringert ein Anstieg der Tinten-Viskosität die Geschwindigkeit, mit der Tröpfchen ausgespritzt werden. Deshalb sollte die Ausspritzgeschwindigkeit entsprechend der Beziehung zwischen der Tintenviskosität und der unteren Grenze der Druckkopftemperatur eingestellt werden. Allerdings ist dies nicht notwendigerweise der Fall, wenn der Druckkopf bei einer niedrigen Geschwindigkeit während einer seriellen Abtastaufzeichnung abtastet.

Selbst wenn die Temperatur des Druckkopfes unter 5°C fällt, kann ein Drucken normal durchgeführt werden, solange die Tintenviskosität auf 6,0 CP oder niedriger bleibt. Allerdings verursachen derartige niedrige Temperaturen nicht nur einen schnellen Anstieg der Tintenviskosität, was einen instabilen Druckvorgang zur Folge hat, sondern verursacht auch Feuchtigkeit, die nach dem Drucken verdampft, um auf dem und um den Kopf herum zu kondensieren. Um dieses Problem zu verhindern, kann das Druckblatt direkt nach dem Drucken gelüftet werden. Noch wirksamer zur Verhinderung einer Kondensation ist es, wenn gleichzeitig die Temperatur des Kopfes auf oder über 5°C gehalten wird.

Da die Dichte von mit einem Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung gedruckten Bildern nicht durch die Umgebungsbedingungen und Bildbedingungen beeinträchtigt wird, besteht keine Notwendigkeit, die Temperatur des Druckkopfes zu steuern. Dies erlaubt die Herstellung eines kompakten, kostengünstigen Druckers mit hoher Qualität. Bei Anwendung auf Vollfarbendruckern ist dies sehr vorteilhaft. Die Erreichung einer stabilen Farbbalance ist einfach.

Während die Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf ihre besonderen Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für diejenigen Personen, die mit der Technik vertraut sind, offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen darin durchgeführt werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, deren Umfang durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (5)

1. Tintenspritz-Aufzeichnungseinrichtung, umfassend: einen Boden und Wände, die einen mit Tinte (6) gefüllten Tintenkanal (9) bilden; ein Düsenelement, welches mit einer Düse (8) gebildet ist, die den Tintenkanal (9) in eine Flüssigkeitsverbindung mit einer äußeren Atmosphäre bringt; und einen Erwärmer (14), der an dem Boden des Tintenkanals (9) in der Nähe der Düse (8) gebildet ist; dadurch gekennzeichnet, daß sich der Erwärmer (14) schnell erwärmt, wenn an ihn eine Impulsspannung angelegt wird, so daß ein Teil der Tinte (6) in dem Tintenkanal (9) schnell verdampft, um eine Blase zu erzeugen, die einen Teil der auszuspritzenden Tinte (6) von einem Teil der in dem Tintenkanal (9) zurückbleibenden Tinte (6) trennt, wobei eine Ausdehnung der Blase den Teil der von der Düse (8) auszuspritzenden Tinte (6) als ein Tintentröpfchen ausspritzt, und der Erwärmer (14) ausreichend kühlt, bevor der Teil der Tinte (6), die in dem Tintenkanal (9) zurückbleiben soll, über den Erwärmer (14) zurückfließt, so daß weitere Blasen nicht erzeugt werden.

2. Tintenspritz-Aufzeichnungseinrichtung, umfassend: einen Boden und Wände, die einen mit Tinte (6) gefüllten Tintenkanal (9) bilden; ein Düsenelement, welches mit einer Düse (8) gebildet ist, die den Tintenkanal (9) in eine Flüssigkeitsverbindung mit einer äußeren Atmosphäre bringt; und einen Erwärmer (14), der an dem Boden des Tintenkanals (9) in der Nähe der Düse (8) gebildet ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Erwärmer (14) sich schnell erwärmt, wenn an ihn eine Impulsspannung angelegt wird, die 3 µm oder kürzer dauert, so daß ein Teil der Tinte (6) in dem Tintenkanal (9) schnell verdampft, um eine Blase zu erzeugen, die einen Teil der auszuspritzenden Tinte (6) von einem Teil der in dem Tintenkanal (9) zurückbleibenden Tinte trennt, wobei eine Ausdehnung der Blase den Teil der von der Düse (8) auszuspritzenden Tinte als ein Tintentröpfchen ausspritzt, und daß der Erwärmer (14) ausreichend kühlt, bevor der Teil der in dem Tintenkanal (9) zurückbleibenden Tinte (6) über den Erwärmer (14) zurückfließt, so daß weitere Blasen nicht erzeugt werden.

3. Tintenspritz-Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Tintenkanal (9) bildenden Wände auf eine Höhe (t) von weniger als 30 µm gebildet sind und der Erwärmer (14) an dem Boden des Tintenkanals (9) so gebildet ist, daß Kanten des Erwärmers (14) zu den Wänden in einem Abstand von weniger als 5 µm liegen.

4. Tintenspritz-Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erwärmer (14), der Boden und die Wände des Tintenkanals (9) und eine Düsenplatte (7) so gebildet sind, daß eine Oberfläche des Erwärmens (14) im wesentlichen senkrecht zu einer Richtung ist, in der das Tintentröpfchen ausgespritzt wird und so, daß ein innerer Umfang (R) der Düse (8), wenn er ausgerichtet zu dem Erwärmer (14) auf den Erwärmer (14) projiziert wird, innerhalb von 5 µm der Kante des auf den Tintenkanal (9) gerichteten Erwärmers (14) liegt.

5. Thermischer Tintenstrahldrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden ein Siliziumsubstrat (1) ist; der Erwärmer (14) gebildet ist aus einem thermischen SiO₂ Oxidationsfilm (2), der auf eine Dicke von 2 µm oder weniger auf dem Boden aufgebracht ist, und aus einem schutzschichtlosen Erwärmer (3, 5), der auf dem thermischen SiO₂ Oxidationsfilm (2) aufgebracht ist; die den Tintenkanal (9) füllende Tinte (6) eine Tinte auf Wasserbasis mit einer Viskosität von 0,7 CP bis 6,0 CP ist; der Erwärmer (14) die den Tintenkanal (9) füllende Tinte erwärmt, wenn an ihn eine Impulsspannung mit einer Dauer von 3 µs oder weniger angelegt wird, wodurch in dem auszuspritzenden Teil der Tinte ein Fluktuations- Keimsiedevorgang verursacht wird.