DE3051238C2 - Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Tintenstrahldrucken, bei der eine hier als Tinte bezeichnete Aufzeichnungsflüssigkeit in Form von Flüssigkeits- bzw. Tintentröpfchen ausgestoßen und in Richtung zu einem Aufzeichnungsträger ausgeschleudert wird.

Anschlaglose Aufzeichnungsvorrichtungen haben in jüngerer Zeit stärkere Beachtung gefunden, da die Geräuschentwicklung beim Aufzeichnen vernachlässigbar klein ist.

Eine besonders leistungsfähige, anschlaglose Aufzeichnungsvorrichtung ist der Tintenstrahldrucker, der hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit ermöglicht und mittels dem auf normalem Papier ohne Fixierung aufgezeichnet werden kann. Es sind bereits zahlreiche verschiedene Systeme und Vorrichtungen zum Tintenstrahldrucken vorgeschlagen worden.

Ein in der DE-OS 28 43 064 beschriebener Tintenstrahldrucker zeichnet sich dadurch aus, daß Wärmeenergie auf die Tinte aufgebracht wird, um die Tinte auszustoßen.

Bei der in der vorstehend genannten Vorveröffentlichung beschriebenen Tintenstrahldruckvorrichtung erfährt die Tinte durch die Zufuhr von Wärmeenergie eine Zustandsänderung, die von einer abrupten Volumenzunahme begleitet ist, wobei die durch die Zustandsänderung hervorgerufene Ausstoßkraft bewirkt, daß Tintentröpfchen aus einer Ausstoßöffnung an der Spitze eines Schreibkopfes ausgestoßen werden und daß diese Tintentröpfchen zu einem Aufzeichnungsträger geschleudert werden. Der Schreibkopf umfaßt einen Ausstoßabschnitt mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen eines Tintentropfens. Ferner weist der Ausstoßabschnitt einen Wärmeeinleitabschnitt auf, der in Verbindung mit der Ausstoßöffnung steht und an eine Heizoberfläche grenzt, durch die Wärmeenergie zur Tinte übertragbar ist. Der Schreibkopf umfaßt ferner einen elektrothermischen Wandler zur Erzeugung von Wärmeenergie, der mit dem Wärmeeinleitabschnitt verbunden ist.

Der gattungsbildende Tintenstrahldrucker gemäß der DE-OS 28 43 064 eignet sich zum Betrieb in der Weise, daß Tröpfchen nur bei Bedarf ausgestoßen werden. Der zugehörige Schreibkopf kann verhältnismäßig einfach derart aufgebaut werden, daß zahlreiche Ausstoßöffnungen in hoher Dichte vorhanden sind und eine vollständige Zeile gedruckt werden kann. Dies hat zur Folge, daß Abbildungen mit hoher Auflösung und hoher Qualität mit hoher Geschwindigkeit erzeugt werden können.

Insofern hat der vorstehend kurz erläuterte Tintenstrahldrucker hervorragende Eigenschaften; um solche Abbildungen mit hoher Auflösung und hoher Qualität mit höherer Geschwindigkeit erzeugen zu können, ist es jedoch notwendig, die Anzahl N_o der je Zeiteinheit aus einer Ausstoßöffnung ausgestoßenen Tröpfchen, d. h. die Tropfen-Ausstoßleistung, zu erhöhen.

Um die Anzahl N_o erhöhen zu können, muß somit die Zeit verkürzt werden, die verstreicht, bis erneut eine Volumenvergrößerung und Volumenabnahme bewirkt werden kann, d. h. es muß die erzielbare Tropfen-Ausstoßleistung erhöht werden. Es wird vorgeschlagen, die Abklinggeschwindigkeit, mit der das Blasenvolumen abnimmt, zu vergrößern.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Schreibkopf mit einer Kühleinrichtung, beispielsweise einem Peltier-Element oder dergleichen, versehen wird, um den elektrothermischen Wandler und die Tinte zwangsweise zu kühlen und dadurch die Abklingkurve des Blasenvolumens steiler zu machen, was zu einer Erhöhung von N_o führt.

Wenn die Abklingkurve des Blasenvolumens steiler gemacht wird, kann das vorstehend genannte Problem in gewissem Ausmaß gelöst werden. Wenn die Abklingkurve jedoch steiler als ein bestimmter Wert wird, wird der Meniskus der Tinte, der sich an der Ausstoßöffnung ausbildet, zu stark eingezogen, und es besteht die Gefahr, daß Luft in die Tinte eingesaugt wird, und daß die Zuleitung von Tinte zum Wärmeeinleitabschnitt instabil wird, was zu unzureichender Tintenversorgung führt. Dies wiederum hat zur Folge, daß die folgenden Nachteile auftreten: Ungleichförmige Menge der ausgestoßenen Tintentröpfchen, unregelmäßige Ausstoßrichtung, ungleichmäßige Tropfenausstoßgeschwindigkeit, sinkende Genauigkeit des Ansprechens auf die Eingangs- bzw. Steuersignale und reduzierte Ansprechzuverlässigkeit sowie Abnahme der Aufzeichnungsqualität.

Wenn eine solche spezielle Kühleinrichtung am Schreibkopf angeordnet wird, wird der Schreibkopf kompliziert und teuer, wobei sich diese Nachteile insbesondere dann auswirken, wenn der Schreibkopf zahlreiche Ausstoßöffnungen hat. Ferner ist bei einem Schreibkopf mit zahlreichen, sehr dicht angeordneten Ausstoßöffnungen der Nutzen wesentlich geringer, da die Herstellung eines solchen Schreibkopfes ausgefeilte Präzisionstechnik erfordert. Konstruktion, Bearbeitung und Fabrikation sind daher erschwert, was zu hohem Ausschuß, hohen Kosten und schwieriger Wartung führt.

Ferner ist zu berücksichtigen, daß der Kühlwirkungsgrad der Kühleinrichtung niedrig ist, da die Kühlung der Blasen indirekt dadurch ausgeführt wird, daß die die jeweilige Blase umgebende Tinte gekühlt wird. Die Kühleinrichtung spricht so langsam an, daß die erreichbare Verbesserung der Tropfen-Ausstoßleistung begrenzt ist. Wenn die Kühlgeschwindigkeit erhöht werden soll, muß die die Blase umgebende Flüssigkeit übermäßig gekühlt werden. Dies führt jedoch zu einer Verminderung der erzielbaren Tropfen-Ausstoßleistung. Weitere Nachteile bestehen in instabiler Zufuhr von Tinte zum Wärmeeinleitabschnitt im Schreibkopf, ungleichförmigem Volumen der ausgestoßenen Tintentröpfchen, ungleichförmiger Tropfenausstoßgeschwindigkeit, verringerter Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Ansprechens auf Steuer- bzw. Eingangssignale und dergleichen, Verringerung der Aufzeichnungsqualität und Unterbrechungen beim Aufzeichnen.

Um die Tropfen-Ausstoßleistung zu erhöhen, ist es notwendig, die vom elektrothermischen Wandler erzeugte Wärmeenergie derart aufzubringen, daß die Wärmeenergie effektiv zum Ausstoßen von Tintentropfen verbraucht wird.

Beim kontinuierlichen Aufzeichnen ist es notwendig, daß die Wärmeenergie in Abhängigkeit von Eingangs- bzw. Steuersignalen mit hoher Ansprechempfindlichkeit und -genauigkeit sowie Zuverlässigkeit immer wieder erzeugt wird und daß die erzeugte Wärmeenergie schnell auf die Tinte im Wärmeeinleitabschnitt einwirkt. Insbesondere beim Aufzeichnen mit hoher Geschwindigkeit muß gewährleistet sein, daß die wiederholte Einwirkung genau den an den elektrothermischen Wandler angelegten Eingangs- bzw. Steuersignalen folgt. Dies heißt mit anderen Worten, daß zur Verbesserung der Qualität von Aufzeichnungen und zum schnellen Aufzeichnen die Stabilisierung der Ausstoßrichtung der Tintentropfen, die Verhinderung der Erzeugung von Satellitentropfen, ein stabiler, kontinuierlicher, langdauernder wiederholter Ausstoß der Tintentropfen sowie hohe Ausstoßleistung und hohe Ausstoßgeschwindigkeit der Tintentropfen notwendig sind.

In der DE-OS 29 43 164 ist eine Vorrichtung zur Aufzeichnung durch Ausstoß eines flüssigen Aufzeichnungsmittels mit Wärmeenergie gezeigt; die Vorrichtung weist einen Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßdüsenöffnung für den Ausstoß des flüssigen Aufzeichnungsmittels in Form von Tröpfchen, einem Einlaß für das Einführen des flüssigen Aufzeichnungsmittels, einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme des flüssigen Aufzeichnungsmittels und einem Heizelement für die Zufuhr von Wärmeenergie zu dem flüssigen Aufzeichnungsmittel in der Flüssigkeitskammer sowie eine Vorrichtung für das Anlegen von Spannungsimpulsen für die Steuerung der Erwärmung mittels des Heizelements auf, wobei der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und dem flüssigen Aufzeichnungsmittel nicht mehr als 100 µm beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Tintenstrahldrucken zu schaffen, die eine stabile und kontinuierliche Aufzeichnung von Abbildungen mit hoher Auflösung und hoher Qualität während langer Zeit und mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine ausschnittsweise Vorderansicht der mit Ausstoßöffnungen versehenen Seite einer Ausführungsform eines Aufzeichnungskopfes;

Fig. 1B eine Schnittdarstellung gemäß X-Y in Fig. 1A;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Verlauf eines an einen Aufzeichnungskopf angelegten elektrischen Signals, der Oberflächentemperatur einer Heizoberfläche und des Volumens einer Blase in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt;

Fig. 3 ein Diagramm, das den Verlauf des elektrischen Signales P, das an den Aufzeichnungskopf angelegt ist, und der Oberflächentemperatur einer Heizoberfläche in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt.

Fig. 1A zeigt ausschnittsweise eine Vorderansicht des ausstoßseitigen Endes eines Aufzeichnungs- bzw. Schreibkopfes für einen Tintenstrahldrucker, bei dem die Erfindung anwendbar ist. Fig. 1B zeigt eine Schnittdarstellung gemäß X-Y in Fig. 1A.

Der in den Fig. 1A und 1B dargestellte Schreibkopf 1 ist in folgender Weise ausgebildet. Auf der Oberfläche eines Substrates 3 befindet sich ein elektrothermischer Wandler 2. Eine genutete Platte 4 ist auf der Oberfläche des Substrates 3 angebracht, so daß dadurch Ausstoßöffnungen 5-1, 5-2 und 5-3 sowie Ausstoßabschnitte 6 definiert sind. Die Platte 4 weist eine bestimmte Anzahl von Nuten mit bestimmter Breite und Tiefe sowie mit bestimmter Zeilendichte auf. Der dargestellte Schreibkopf ist mit mehreren Ausstoßöffnungen 5-1, 5-2 und 5-3 versehen; die Erfindung ist jedoch nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann auch angewendet werden bei einem Schreibkopf mit einer einzigen Ausstoßöffnung.

Der Ausstoßabschnitt 6 umfaßt die an seinem einen Endabschnitt ausgebildete Ausstoßöffnung 5, durch die Tintentropfen ausgestoßen werden, sowie einen Wärmeeinleitabschnitt 7, in dem vom elektrothermischen Wandler 2 erzeugte Wärmeenergie unter Bildung einer Blase auf die Tinte einwirkt, so daß eine abrupte Zustandsänderung durch Ausdehnung und Zusammenziehung des Tintenvolumens hervorgerufen wird.

Der Wärmeeinleitabschnitt 7 befindet sich auf einem Wärmeerzeuger 8 des elektrothermischen Wandlers 2, wobei eine Heizoberfläche 9 des Wärmeerzeugers 8 den Boden des Wärmeeinleitabschnittes 7 bildet und in Berührung mit der Tinte steht.

Der Wärmeerzeuger 8 umfaßt eine untere Schicht 10, die auf dem Substrat 3 angebracht ist, eine Widerstandsheizschicht 11, die auf der unteren Schicht 10 angeordnet ist, sowie eine obere Schicht 12, die auf der Widerstandsheizschicht 11 angebracht ist. Auf der Widerstandsheizschicht 11 sind ferner Elektroden 13 und 14 zum Zuführen von elektrischem Strom zur Widerstandsheizschicht 11 angeordnet. Die Elektrode 13 ist eine gemeinsame Elektrode für die Wärmeeinleitabschnitte mehrerer oder aller Ausstoßabschnitte, wogegen die Elektrode 14 eine Einzelelektrode zur wahlweisen Speisung eines Wärmeeinleitabschnittes eines bestimmten Ausstoßabschnittes und zur dementsprechenden wahlweisen Wärmeerzeugung ist. Die Elektrode 14 verläuft in Richtung des Strömungsweges des Ausstoßabschnittes.

Die obere Schicht 12 dient dazu, die Widerstandsheizschicht 11 chemisch und physikalisch vor der Tinte im Ausstoßabschnitt 6 zu schützen, indem sie die Widerstandsheizschicht 11 von der Tinte trennt. Ferner verhindert die obere Schicht 12 Kurzschlüsse zwischen den Elektroden 13 und 14 durch die Tinte.

Die untere Schicht 10 hat hauptsächlich die Funktion, den Wärmestrom zu steuern. Dies heißt mit anderen Worten, daß die stofflichen Eigenschaften und die Dicke dieser Schicht derart gewählt sind, daß dann, wenn ein Tintentropfen ausgestoßen wird, derjenige Anteil der in der Widerstandsheizschicht 11 erzeugten Wärme, der zum Substrat 3 übertragen wird, im Verhältnis zu demjenigen Anteil der Wärme, der zum Wärmeeinleitabschnitt 7 übertragen wird, so klein wie möglich ist, und daß nach dem Ausstoßen eines Tintentropfens, d. h. nach dem Abschalten des der Widerstandsheizschicht 11 zugeführten elektrischen Stromes, die im Wärmeeinleitabschnitt 7 und im Wärmeerzeuger gespeicherte Wärme schnell zum Substrat 3 übertragen wird, damit die Tinte im Wärmeeinleitabschnitt möglichst schnell abkühlt.

Damit diese Funktionen erfüllt werden und dadurch der Wirkungsgrad der Tintentropfen-Ausstoßenergie erhöht wird, die Wärme- Ansprechempfindlichkeit sowie die im Dauerbetrieb erzielbare Ausstoßfrequenz der Tintentropfen erhöht wird, ist es zweckmäßig, die Verhältnisse der Dicken der oberen Schicht 12, der Widerstandsheizschicht 11 und der unteren Schicht 10 in geeigneter Weise zu wählen, wobei diese Schichten auf dem Substrat 3 übereinander angeordnet sind und den Wärmeerzeuger 8 bilden.

In Fig. 2 sind in Abhängigkeit von der Zeit die Verläufe der Oberflächentemperatur T der Heizoberfläche 9 und des Volumens V einer Blase wiedergegeben, die durch Anlegen des elektrischen Signales P an den elektrothermischen Wandler 2 des Schreibkopfes erzeugt wird. Das elektrische Signal P hat die mit ausgezogenen Linien in Fig. 2 dargestellte Impulsform. Der Temperaturverlauf ist durch die strichpunktierte Kurve dargestellt, und der Volumenverlauf ist durch die gestrichelte Kurve dargestellt.

Der Schreibkopf hat somit beim Ausstoßen eines Tintentropfens hohen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zur Tinte und nach dem Abschalten des Stromes hohen Wirkungsgrad der Wärmeableitung zum Substrat 3, so daß sich hervorragendes Tintentropfen-Ausstoßverhalten ergibt.

Als Substrat beim Schreibkopf sind Glas, keramische Stoffe, Kunststoffe oder diese Materialien mit wärmeleitfähig gemachten Oberflächen oder Metalle, lichtempfindliche Gläser, lichtempfindliche keramische Stoffe und dergleichen geeignet.

Wenn die Schichtstruktur des elektrothermischen Wandlers 2 des Schreibkopfes in vorstehend beschriebener Weise ausgebildet ist, wirkt die durch ein an den elektrothermischen Wandler 2 angelegtes elektrisches Signal P erzeugte Wärmeenergie auf die Tinte im Wärmeeinleitabschnitt 7 mit hohem Wirkungsgrad. Die resultierende, auf die Tinte wirkende Kraft wird wirkungsvoll in Ausstoßenergie umgesetzt. Da die Wärme-Ansprechempfindlichkeit sehr gut ist, kann die Ausstoßfrequenz erheblich erhöht werden. Selbst bei lang andauerndem und wiederholtem Tropfenausstoßbetrieb zeigt sich sehr hohe Stabilität. Darüberhinaus ist die Ausstoßgeschwindigkeit erstaunlich hoch. Der Schreibkopf hat somit hervorragende Eigenschaften, aufgrund derer die verschiedensten Anforderungen erfüllt sind, die sich bei schnellen Aufzeichnungen stellen.

Die Gründe dafür, daß der Schreibkopf die vorstehend angegebenen hervorragenden Eigenschaften und hervorragendes Betriebsverhalten zeigt, werden im folgenden weiter erläutert. Aufgrund der vorstehend angegebenen Ausbildung des Schreibkopfes wird beim Ausstoßen eines Tintentropfens die in der Widerstandsschicht 11 erzeugte Wärme schnell zur Tinte im Wärmeeinleitabschnitt 7 übertragen, so daß eine Blase entsteht. Die schnelle Volumenzunahme dieser Blase bewirkt eine schnelle Zustandsänderung, und die daraus resultierende Treibkraft bewirkt das Ausstoßen eines Tintentropfens. Nachdem der Tintentropfen ausgestoßen worden ist, wird das an den elektrothermischen Wandler 2 angelegte elektrische Signal P abgeschaltet bzw. beendet, was zur Folge hat, daß die im Wärmeeinleitabschnitt 7 und im Wärmeerzeuger 8 gespeicherte bzw. zurückgehaltene Wärme schnell zum Substrat 2 abfließt, so daß die Temperaturen des Wärmeeinleitabschnittes und des Wärmeerzeugers schnell sinken und dadurch das Volumen der erzeugten Blase schnell abnimmt. Dieses Schrumpfen des Blasenvolumens bewirkt, daß Tinte in den Wärmeeinleitabschnitt 7 eingeleitet wird, damit schnell und stoßfrei eine Tintenmenge nachgefüllt wird, die der ausgestoßenen Tintenmenge entspricht, so daß der Schreibkopf innerhalb äußerst kurzer Zeit bereit für den nächsten Ausstoß ist.

Erfindungsgemäß wird der Schreibkopf in der Weise betrieben, daß gilt:

y_o ≦ y_1/2 ≦ 4 y_o bei 0 < y_o ≦ 10 µs,

wobei y_1/2 die Zeitdauer ist, die verstreicht, bis die Temperatur von T_p auf gesunken ist, wenn ein Signal P im Ein-Aus-Betrieb an den elektrothermischen Wandler angelegt wird, wobei T_p und T_i die maximale Temperatur und die Anfangstemperatur der Heizoberfläche sind und wobei y_o die Anlegezeit des elektrischen Signales ist.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Temperatur T der Heizoberfläche in Abhängigkeit von der Zeit t, wenn ein elektrisches Signal P in Form eines Rechteckimpulses als Eingangssignal an den elektrothermischen Wandler des Schreibkopfes angelegt wird.

Wenn das elektrische Signal P in Form eines Rechteckimpulses, der zum Zeitpunkt x_o eingeschaltet und zum Zeitpunkt x_p ausgeschaltet wird, als Eingangssignal auf den elektrothermischen Wandler gegeben wird, beginnt die Temperatur T der Heizoberfläche von der Temperatur T_i zum Zeitpunkt x_o an zu steigen und erreicht die Temperatur T den maximalen Wert T_p zum Zeitpunkt x_p. Wenn das elektrische Signal P zum Zeitpunkt x_p ausgeschaltet wird bzw. endet, beginnt die Oberflächentemperatur T zu sinken.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Verlauf der sinkenden Temperatur T in Abhängigkeit von der Zeit so gewählt, daß die Abklingkurve der Oberflächentemperatur T in den oben genannten Bereich der Beziehung zwischen y_1/2 und y_o fällt, wobei y_1/2 die Zeitdauer ist, die verstreicht, bis die Temperatur von T_p auf gesunken ist. Wenn die Beziehung zwischen der Anstiegskurve und der Abklingkurve des Verlaufes der Temperatur T der Heizoberfläche die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt, kann die Abklingkurve so steil wie technisch möglich gemacht werden.

Im folgenden werden weitere Beispiele erläutert, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Beispiel 1

Auf einem Substrat aus Aluminiumoxid wurde durch Aufsprühen als untere Schicht eine SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 5 µm erzeugt. Danach wurden nacheinander eine HfB₂-Schicht mit einer Dicke von 1000 Å als Widerstandsheizschicht sowie eine Al-Schicht mit einer Dicke von 3000 Å als Elektrodenschicht durch Aufsprühen aufgebracht. Durch örtliches Ätzen wurde die Widerstandsheizschicht mit den Abmessungen 50 µm × 200 µm freigelegt. Schließlich wurde eine SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 3500 Å als obere Schicht bzw. Schutzschicht durch Aufsprühen auf das Zwischenprodukt aufgebracht, wodurch der elektrothermische Wandler fertiggestellt war.

Eine genutete Glasplatte mit einer Nut mit einer Breite von 50 µm und einer Tiefe von 50 µm wurde auf den elektrothermischen Wandler so aufgesetzt und mit diesem verbunden, daß die Nut über dem Wärmeerzeuger angeordnet war. Danach wurde die mit der Ausstoßöffnung versehene Fläche so geschliffen, daß der Abstand zwischen dem Rand der Heizoberfläche und der Ausstoßöffnung 250 µm betrug. Auf diese Weise wurde der Schreibkopf fertiggestellt.

Der Wärmeeinleitabschnitt des Schreibkopfes wurde mit einer Tinte, die hauptsächlich aus schwarzer Farbe und Ethanol bestand, mit einem Überdruck von 0,015 atm gespeist. Während dessen wurde an den elektrothermischen Wandler während einer Dauer von 10 Stunden ein Steuer- bzw. Eingangssignal mit Rechteckimpulsen von 20 µs und 45 V kontinuierlich mit einer Periodendauer von 200 µs angelegt. Dabei wurden die Tintentropfen aus dem Schreibkopf mit hoher Ansprechempfindlichkeit und Zuverlässigkeit in Abhängigkeit vom Eingangssignal ausgestoßen.

Es wurde der bei einem Signal des Impulses auftretende Temperaturverlauf der Heizoberfläche für die ersten 1000 Impulse gemessen. Der Temperaturverlauf hatte bei allen Impulsen die gleiche Wellenform, und der Wert von y_1/2 betrug 30 µs.

Derselbe Versuch, wie er vorstehend beschrieben wurde, wurde wiederholt, wobei allerdings der Unterschied bestand, daß ein Kühlmittel in Berührung mit der Rückseite des Aluminiumoxidsubstrates gebracht wurde, um die Temperatur der Rückseite des Aluminiumoxidsubstrates auf ungefähr -30°C zu senken. Diese erzwungene Kühlung wurde mit dem Eingangs- bzw. Steuersignal synchronisiert. Als Ergebnis zeigten sich bei erzwungener Kühlung, die plötzlich durchgeführt wurde und mit dem Eingangssignal synchronisiert war, Ungleichmäßigkeiten der Menge der ausgestoßenen Tröpfchen, Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Richtung der ausgestoßenen Tröpfchen und ungleichmäßige Ausstoßgeschwindigkeit. Diese Unregelmäßigkeiten sind unerwünscht, und es wurden keine Abbildungen mit hoher Qualität erreicht. Außerdem konnte die Aufzeichnungsgeschwindigkeit nicht entsprechend dem Eingangssignal erhöht werden, und es kam zu intermittierendem Ausstoß von Tröpfchen. Auch für diesen Fall wurde der Temperaturverlauf der Heizoberfläche gemessen. Ergebnis war, daß die Temperaturverlaufskurven unterschiedliche Formen bei den einzelnen Impulsen des Eingangssignales hatten. Für 1000 Impulse betrug der Mittelwert von y_1/2 8 µs.

Im Anschluß daran wurde ein Versuch mit demselben Schreibkopf durchgeführt, wobei die Impulsbreite y_o des Steuersignales auf 10 µs, 50 µs und 3 µs geändert wurde. Für jeden dieser Fälle wurde die Aufzeichnung ohne erzwungene Kühlung, mit kontinuierlich durchgeführter erzwungener Kühlung, durch die die Temperatur der Rückseite des Substrates auf -30°C gesenkt wurde, sowie mit erzwungener Kühlung durchgeführt, die mit dem Eingangssignal synchronisiert war. Für diese Versuche wurden die Werte von y_1/2 gemessen und die erzielten Abbildungen bewertet. Die Ergebnisse sind in der anliegenden Tabelle 1 wiedergegeben.

Beispiel 2

Auf ein Substrat aus Silizium wurde durch Aufsprühen eine SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 3 µm als untere Schicht aufgebracht. Darauf wurden nacheinander eine HfB₂-Schicht mit einer Dicke von 1000 Å als Widerstandsheizschicht sowie eine Al-Schicht mit einer Dicke von 3000 Å als Elektrodenschicht aufgebracht. Es wurde örtlich geätzt, um die Widerstandsheizschicht mit den Abmessungen 80 µm × 200 µm freizulegen. Eine SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 0,5 µm wurde dann durch Aufsprühen als Schutzschicht bzw. obere Schicht aufgebracht, um den elektrothermischen Wandler auf dem Substrat auszubilden. Eine genutete Glasplatte mit einer Nut mit einer Breite von 80 µm und einer Tiefe von 80 µm wurde mit diesem Zwischenprodukt so verbunden, daß die Nut über dem Wärmeerzeuger angeordnet war. Die mit der Ausstoßöffnung versehene Oberfläche wurde so poliert bzw. geschliffen, daß der Abstand zwischen dem oberen Rand der Heizoberfläche und der Ausstoßöffnung 300 µm betrug. Damit war der Schreibkopf fertiggestellt.

Es wurde eine Tinte, die hauptsächlich aus schwarzer Farbe und Ethanol bestand, mit einem Überdruck von 0,01 atm in den Wärmeeinleitabschnitt eingeleitet. An den elektrothermischen Wandler wurde für die Dauer von 10 Stunden ein Eingangs- bzw. Steuersignal aus Rechteckimpulsen mit 20 µs und 40 V kontinuierlich mit einer Periodendauer von 200 µs angelegt. Dadurch wurden Tintentröpfchen aus dem Schreibkopf mit sehr hoher Ansprechempfindlichkeit und Zuverlässigkeit in Abhängigkeit vom Steuersignal ausgestoßen.

Es wurde der bei jedem Impuls auftretende Temperaturverlauf der Heizoberfläche für die ersten 1000 Impulse gemessen. Diese Temperaturkurven hatten bei allen Impulsen gleiche Form, und y_1/2 betrug 27 µs.

Die vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsversuche wurden mit demselben Schreibkopf wiederholt, wobei allerdings ein Kühlmittel in Berührung mit der Rückseite des Silizium-Substrates gebracht wurde, um die Temperatur der Rückseite des Substrates auf -30°C zu senken. Diese erzwungene Kühlung war mit dem Eingangssignal synchronisiert. Bei erzwungener Kühlung, die synchron mit dem Eingangssignal plötzlich durchgeführt wurde, traten in unerwünschter Weise Ungleichförmigkeit der Menge der ausgestoßenen Tröpfchen, Unregelmäßigkeiten der Richtung der ausgestoßenen Tröpfchen und Unregelmäßigkeiten der Tropfenausstoßgeschwindigkeit auf, so daß keine Abbildungen mit hoher Qualität erzielt werden konnten. Außerdem konnte die Aufzeichnungsgeschwindigkeit nicht entsprechend dem Eingangssignal erhöht werden. Darüberhinaus kam es zu intermittierendem Ausstoß von Tintentröpfchen. Auch für diesen Fall wurde der Temperaturverlauf der Heizoberfläche auf gleiche Weise gemessen, wie dies vorstehend angegeben wurde. Dabei ergaben sich unterschiedliche Formen der Temperaturkurven für die einzelnen Impulse, und als Mittelwert für 1000 Signale ergab sich 8,5 µs für den Wert von y_1/2.

Danach wurden mit demselben Schreibkopf Versuche durchgeführt, bei denen die Impulsbreite y_o des Eingangssignales 10 µs, 50 µs und 3 µs betrug. Für jeden dieser Fälle wurden Aufzeichnungsversuche ohne erzwungene Kühlung, mit kontinuierlicher erzwungener Kühlung, durch die die Temperatur der Rückseite des Substrates auf -30°C gesenkt wurde, und mit erzwungener Kühlung durchgeführt, die mit den Impulsen des Eingangssignales synchronisiert war. Für jeden dieser Fälle wurde der Wert von y_1/2 gemessen und die aufgezeichnete Abbildung bewertet. Die Ergebnisse sind in der beigefügten Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 1

Tabelle 2

Claims (1)

1. Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zum Tintenstrahldrucken mittels eines Aufzeichnungskopfes (1), der eine Ausstoßöffnung (5) zum Ausstoßen eines Tintentropfens und einen elektrothermischen Wandler (2) zum Erzeugen von Wärmeenergie umfaßt, der eine untere Schicht (10), eine Widerstandsheizschicht (11) und eine obere Schicht (12) mit einer Heizoberfläche aufweist, über die Wärmeenergie zum Ausstoßen eines Tintentropfens zur Tinte übertragbar ist, und daß der Aufzeichnungskopf (1) angesteuert wird, indem an den elektrothermischen Wandler (2) ein Signal mit einer Anlegezeit y₀ angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlegezeit y₀ vom Beginn des Anstiegs der Temperatur T an der Heizoberfläche des elektrothermischen Wandlers (2) von einer Temperatur T_i bis zum Erreichen der maximalen Temperatur T_p im Bereich von 0 < y₀ 10 µsec gewählt wird, und daß die Dicken der oberen und unteren Schicht (10, 12) sowie der Widerstandsheizschicht (11) derart gewählt werden, daß die Abfallzeit y_1/2, die für den Abfall der Temperatur T von T_p auf (T_p-T_i)/2 benötigt wird, die Bedingung y₀ y_1/2 4 y₀ erfüllt.