DE3224061A1

DE3224061A1 - Fluessigkeitsstrahl-aufzeichnungsverfahren

Info

Publication number: DE3224061A1
Application number: DE19823224061
Authority: DE
Inventors: Seiichi Kawasaki Kanagawa Aoki; Masami Machida Tokyo Ikeda; Hiroto Yokohama Kanagawa Matsuda; Haruyuki Tokyo Matsumoto; Tokio Tokyo Matsumoto; Asao Yokohama Kanagawa Saito
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-06-29
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1983-01-05
Also published as: DE3224061C2; US4646105A; GB2106040B; GB2106040A

Description

Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aufschlagfreies Aufzeichnungsverfahren, genauer gesagt ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren, das für Digitalkopiermaschinen, Faksimileschreiber und Dr-ukker geeignet ist.

10

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren eines Typs, bei dem die Aufzeichnungsflüssigkeit in Form von Tröpfchen mittels thermischer Energie als Strahl von einer öffnung abgegeben wird, wobei die Tröpfchen auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials abgelagert werden.

Dieses aufschlagfreie Aufzeichnungsverfahren weist den speziellen Vorteil auf, daß der während der Aufzeichnung erzeugte Lärm vernachlässigbar gering ist. Unter den verschiedenen bekannten aufschlagfreien Aufzeichnungsverfahren besitzt das Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren (Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren) die meisten Möglichkeiten. Mit diesem Verfahren kann mit einer höheren Geschwindigkeit auf beliebigem glatten Papier aufgezeichnet werden, ohne daß irgendeine spezielle Behandlung zur Fixierung erforderlich ist.

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Aufgrund dieses Vorteils sind bisher viele Versuche angestellt worden, um eine Vorrichtung zur Durchführung eines Flüssigkeitsstrahl-AufZeichnungsverfahrens zu entwickeln. Einige dieser Versuche haben bereits zur praktischen Verwertung geführt, während andere Entwicklungen sich noch im Verbesserungsstadium befinden.

U.a. hat das in der DE-OS 28 43 064 beschriebene Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren große Aufmerksamkeit erregt. Das in dieser Veröffentlichung beschriebene Aufzeichnungsverfahren zeichnet sich gegenüber ähnlichen Aufzeichnungsverfahren dadurch aus, daß die Bewegungskraft zum Ausstoßen der Flüssigkeitströpfchen durch Aufbringung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit erhalten wird, die als Tröpfchenbildungsenergie dient.

Bei dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Aufzeichnungsverfahren wird die Flüssigkeit der Einwirkung von thermischer Energie ausgesetzt, um eine Zustandsänderung zu erzielen (wie beispielsweise die Erzeugung von Luftblasen), die mit einem abrupten Volumenanstieg verbunden ist. Aus dieser Zustandsänderung wird eine Kraft erzeugt, durch die die Flüssigkeit in der Form von Flüssigkeitströpfchen aus der Öffnung ausgestoßen wird, die sich in Richtung auf das Aufzeichnungsmaterial bewegen, auf dem die Tröpfchen anhaften und eine Aufzeichnung bilden.

Ein Vorteil des in der DE-OS 28 43 064 beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß das Verfahren mit besonderer Wirksamkeit bei einem sogenannten drop-on demand-Aufzeichnungsverfahren Anwendung finden kann.

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Ein anderer Vorteil besteht darin, daß ein Mehrfach-Aufzeichnungskopf mit einer Vielzahl von öffnungen realisiert werden kann, die sehr eng benachbart über die gesamte Leitungsbreite des Aufzeichnungskopfteiles angeordnet sind. Mit einem derartigen, mit mehreren öffnungen versehenen Aufzeichnungskopf lassen sich Aufzeichnungen hoher Bildschärfe und hoher Qualität mit hohen Geschwindigkeiten herstellen.

Obwohl das vorstehend beschriebene Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren viele Vorteile gegenüber anderen Aufzeichnungsverfahren aufweist, existieren Probleme bezüglich der Haltbarkeit des Aufzeichnungskopfes. Wenn Bilder einer hohen Schärfe und einer guten Qualität über eine lange Zeitdauer mit einer höheren Geschwindigkeit aufgezeichnet werden sollen, als dies gegenwärtig möglich ist, oder wenn man die nutzbare Lebensdauer des Aufzeichnungskopfes in signifikanter Weise verlängern will, ist eine weitere Verbesserung des Aufzeichnungskopfes in bezug auf die Haltbarkeit (nutzbare Lebensdauer) desselben erforderlich.

Die Haltbarkeit des Aufzeichnungskopfes, der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsverfahrens verwendet wird, wird durch verschiedene Faktoren bestimmt. Bei einem dieser Faktoren handelt es sich naturgemäß um die Lebensdauer des im Aufzeichnungskopf verwendeten elektro-thermischen Wandlers. Ein anderer Faktor ist die Ablagerung von Feststoffen auf der Oberfläche des Wandlers.

Eine typische Baueinheit eines Aufzeichnungskopfes, ■der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsverfahrens verwendet wird, umfaßt öff-

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nungen, die zum Ausstoßen eines Flüssigkeitsstrahles geeignet sind, einen Flüssigkeitsstrahlteil, der in Verbindung mit den öffnungen steht, und einen elektrothermischen Wandler. Der Flüssigkeitsstrahlteil weist ■ einen Wärmeeinwirkungsabschnitt auf, in dem thermische Energie auf die Flüssigkeit einwirkt, um Flüssigkeitstropfen zu bilden. Der elektro-Thermische Wandler dient als Einrichtung zur Erzeugung der thermischen Energie, die auf die Flüssigkeiteinwirkt, mit der der Wärmeeinwirkungsabschnitt gefüllt ist. Der elektrothermische Wandler ist so angeordnet, daß er einen Teil des Flüssigkeitskanales bildet und mit der Flüssigkeit in Kontakt steht, die über einen Einlaß am Wärmeeinwirkungsabschnitt über eine Wärrneeinwirkungs-

15 fläche eingeführt wird.

Die die Tröpfen bildende Energie entfaltet sich am Wärmeeinwirkungsabschnitt. Die Wärmeeinwirkungsfläche, über die sich der elektro-thermische Wandler mit der eingeführten Flüssigkeit in Kontakt befindet, ist eine Fläche, über die die Energie auf die Flüssigkeit einwirkt .

Der elektro-thermische Wandler umfaßt ein wärmeerzeugendes Teil, das eine Heizwiderstandsschicht und zwei Elektroden zum Aufdrücken eines elektrischen Signales auf die Heizwiderstandsschicht aufweist.

Die vorstehend beschriebene Ausfuhrungsform des Aufzeichnungskopfes wird verwendet, um die erzeugte thermische Energie in besonders wirksamer Weise als Tröpfchenbildungsenergie auf die im Wärmeeinwirkungsbereich zur Verfügung stehende Aufzeichnungsflüssigkeit einwirken zu lassen.

35 ".

Wenn es die Zusammensetzung der Aufzeichnungsflüssigkeit erforderlich macht, d.h. wenn beispielsweise Wasser als

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das flüssige Medium für die Aufzeichnungsflüssigkeit verwendet wird, kann auf der Heizwiderstandsschicht am Wärmeerzeugungsteil eine obere Schicht vorgesehen werden, um eine elektrische Leckage zwischen den beiden Elektroden durch die Aufzeichnungsflüssigkeit zu verhindern und um die Heizwiderstandsschicht gegen die Einwirkung der Aufzeichnungsflüssigkeit oder gegen thermische Oxydation zu schützen.

Mit dem vorstehend beschriebenen Aufzeichnungskopf werden die Flüssigkeitströpfchen nach dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren gebildet, das in der folgenden Weise abläuft:

Wenn ein elektrisches Signal an den elektro-thermischen Wandler angelegt wird, wird als Tröpfchenbildungsenergie eine bestimmte Menge an thermischer Energie erzeugt, die auf die am Wärmeeinwirkungsbereich vorhandene Aufzeichnungsflüssigkeit einwirkt. Durch die Einwirkung dieser Energie wird eine Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit erreicht, die von einem abrupten Volumenanstieg der Flüssigkeit begleitet wird. Die Aufzeichnungsflüssigkeit am Wärmeeinwirkungsbereich erreicht innerhalb einer sehr kurzen Zeit im Bereich von μβεο den Verdampfungszustand. Es werden Blasen gebildet, die sehr rasch anwachsen. Auf diese Weise wird die im Flüssigkeitskanal zwischen dem Wärmeeinwirkungsabschnitt und der öffnung vorhandene Aufzeichnungsflüssigkeit aus der öffnung in der Form eines Strahles aus ^lffliegenden" Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen.

Während des vorstehend beschriebenen Vorganges der wiederholten Bildung und Auflösung der Blasen wird die Aufzeichnungsflüssigkeit einer großen Hitze ausgesetzt,

die in der Lage ist, eine chemische Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit zu bewirken, und zwar insbesondere dann, wenn eine thermisch unbeständige Aufzeichnungsflüssigkeit verwendet wird. Diese chemische Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit führt oft zur Bildung und Ablagerung von unlöslichen Bestandteilen im Wärmeeinwirkungsbereich. Im schlimmsten Fall gelangt der Aufzeichnungskopf in einen Zustand, in dem er nicht mehr in der Lage ist, einen Flüssigkeitsstrahl abzugeben. Um unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungskopfes über eine lange Zeitdauer Aufzeichnungen mit einer hohen Geschwindigkeit herstellen zu können, ist es von wesentlicher Bedeutung, die optimalen Betriebsbedingungen für den Aufzeichnungskopf einzustellen und gleichzeitig die Beständigkeit der Aufzeichnungsflüssigkeit zu verbessern.

Bei dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem thermische Energie Verwendung findet, existiert als weiteres Problem, daß während der Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit oder während der Aufzeichnung über eine lange Zeitdauer das Betriebsverhalten des vom Aufzeichnungskopf abgegebenen Flüssigkeitsstrahles des öfteren in bezug auf das Ansprechverhalten des Strahles, dessen Wirksamkeit, dessen Beständigkeit etc. abfällt. Dieses Problem ist auf eine unerwünschte Blasenbildung in der Aufzeichnungsflüssigkeit zurückzuführen, die im Flüssigkeitskanal vorhanden ist.

Während der Benutzung des Aufzeichnungskopfes werden oft innerhalb der Kanäle unerwünschte Blasen erzeugt, die die Strömung der Aufzeichnungsflüssigkeit im Bereich in der Nähe der kleinen Strahlöffnung behindern können. Diese unerwünschten Blasen absorbieren auch einen Teil der Bewegungskraft für den Flüssigkeits-

4{f

strahl, die von der entsprechenden Energiererzeugungseinrichtung, wie beispielsweise dem Heizwiderstand, zur Verfügung gestellt wird. Daraus folgt, daß das Ansprechverhalten der Aufzeichnungsflüssigkeit in bezug auf das Signal reduziert wird. Der Aufzeichnungskopf kann in Ansprache auf das angelegte Signal nicht länger Flüssigkeit in beständiger Weise abstrahlen.

Eine derartige unerwünschte Blasenbildung ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Bewegungskraft zum Abstrahlen der Flüssigkeitströpfchen aus der Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten wird (insbesondere durch die aufgrund der Einwirkung von thermischer Energie erzeugte Blasenbildung). Aufgrund dieser Tatsache ist es natürlich, daß bei dem Aufzeichnungsverfahren unerwünschte Blasen sehr leicht erzeugt werden und daß das Betriebsverhalten der Vorrichtung hinsichtlich des Ansprechverhaltens des Strahles, der Wirksamkeit des Strahles und dessen Beständigkeit durch solche unerwünschten Blasen sehr leicht und in hohem Ausmaß beeinflußt wird.

Wenn diese unerwünschten Blasen einmal im Wärmeeinwirkungsbereich entstanden sind, können sie innerhalb kurzer Zeit nicht wieder verschwinden. Vielmehr kann 0, die Erzeugung von derartigen unerwünschten Blasen ■·;' durch in der Aufzeichnungsflüssigkeit gelöstes Gas noch beschleunigt werden.

30 Um das Problem der Erzeugung von unerwünschten

Blasen in der Aufzeichnungsflüssigkeit zu beseitigen, sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen und angewendet worden. Beispielsweise ist es bekannt, ein luftdichtes Plüssigkeitsreservoir zu verwenden und dadurch die Menge an in der Flüssigkeit gelöstem Gas herabzusetzen.

Es ist auch bekannt, zur Reduzierung des gelösten Gases der Aufzeichnungsflüssigkeit einen Sauerstoffabsorber zuzusetzen. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, eine spezielle Blasenabführbahn über dem Wärmeeinwirkungsabschnitt des Aufzeichnungskopfes vorzusehen. Diese Abführbahn steht mit dem Wärmeeinwirkungsbereich in Verbindung, so daß die unerwünschten Blasen aufgrund ihres eigenen Auftriebes zu der Bahn hin strömen und dort über dem Wärmeeinwirkungsbereich eingefangen werden können.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit Hilfe der vorstehend erwähnten bekannten Verfahren nur schwerlich zufriedenstellende Ergebnisse erreicht werden können.

So kann beispielsweise auch dann, wenn das Flüssigkeitsreservoir aus luftdichtem Material hergestellt ist, Gas (Luft) durch das Material in das Reservoir eindringen, so daß die Menge an in der Aufzeichnungsflüssigkeit gelöstem Gas nach einer bestimmten Zeit- dauer im Speicher die Sättigungsgrenze erreicht.

Die Zugabe eines Sauerstoffabsorbers zur Aufzeichnungsflüssigkeit kann nachteilige Auswirkungen auf die Eigenschaften der Aufzeichnungsflüssigkeit haben.

Bei der Verwendung eines Aufzeichnungskopfes, der mit Hilfe von thermischer Energie Flüssigkeitströpfchen abstrahlt, ist die Erzeugung einer schnellen Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit wünschenswert, um das Ansprechverhalten und die Wirksamkeit des Flüssigkeitsstrahles zu verbessern. Um dies zu erreichen, wird manchmal ein Gas in der Aufzeichnungsflüssigkeit gelöst, welches für die beabsichtigte schnelle Zustandsänderung nutzbar gemacht wird. Folglich ist ein Verfahren zur Herabsetzung der Menge an gelöstem Gas nicht immer geeignet, ein gutes Betriebsverhalten des Aufzeichnungskopfes aufrecht zu erhalten.

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Mit der Anordnung einer speziellen Blaseneinfangbahn über dem Wärmeeinwirkungsbereich des Aufzeichnungskopfes ist immer die Schwierigkeit einer glatten Entfernung der unerwünschten Blasen verbunden.. Die Aufwärtsbewegung der Blasen in die Einfangbahn hinein wird hierbei nämlich allein durch den Auftrieb der Blasen bewirkt. Da die Auffangbahn jedoch sehr eng ist, können die Blasen nicht immer glatt aus der Bahn entfernt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren zu schaffen, bei dem die Aufzeichnung kontinuierlich über eine lange Zeitdauer mit hoher Geschwindigkeit und in bestän-

15 diger Weise durchgeführt werden kann.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahrens, das ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf das Ansprechverhalten des Strahles und dessen Wirksamkeit und Beständigkeit besitzt.

Darüber hinaus soll ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren zur Verfügung gestellt werden, das eine Verlängerung der nutzbaren Lebensdauer des stark benutzten Aufzeichnungskopfes und eine signifikante Verbesserung von dessen Beständigkeit ermöglicht sowie Problemquellen beseitigt und immer einen beständigen Flüssigkeitsstrahl bereithält.

Diese Aufgabe wird in erfindungsgemäßer Weise durch ein Flüssigkeitstrahl-Aufzeichnungsverfahren gelöst, bei dem ein mit einem Flüssigkeitstrahlteil versehener Aufzeichnungskopf Verwendung findet, der eine öffnung umfaßt, durch die die Flüssigkeit in der Form von Flüssigkeitströpfchen abgestrahlt wird, sowie einen

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Wärmeeinwirkungsabschnitt, der mit der öffnung in Verbindung steht und in dem die zur Strahlbildung der Flüssigkeit dienende thermische Energie auf die Flüssigkeit einwirkt, sowie einen elektro-thermischen Wandler, der als Einrichtung zur Erzeugung der thermischen Energie dient. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Energie so auf die den Wärmeeinwirkungsabschnitt füllende Flüssigkeit einwirken läßt, daß von der öffnung eine solche Flüssigkeitsmenge abgestrahlt wird, die groß genug ist, um im Flüssigkeitsstrahlteil erzeugte unerwünschte Blasen einzusehließen,und daß von der abgestrahlten Flüssigkeit Flüssigkeitströpfchen gebildet werden, wobei unerwünschte Blasen von dem Flüssigkeitsstrahlteil vermieden werden, während die Flüssigkeitströpfchenbildung wiederholt wird, um mit den Tröpfchen eine Aufzeichnung zu erreichen.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren gelöst, bei dem ein mit einem Flüssigkeitsstrahlteil versehener Aufzeichnungskopf Verwendung findet, welcher eine Öffnung zum Abstrahlen von Flüssigkeit, einen mit der öffnung in Verbindung stehenden Wärmeeinwirkungsabschnitt, in dem die thermische Energie zur Ausbildung von Flüssigkeitströpfchen auf die Flüssigkeit einwirkt_/ und einen elektro-thermischen Wandler umfaßt, der als Einrichtung zur Erzeugung der thermischen Energie dient, die auf die den Wärmeeinwirkungsabschnitt füllende Flüssigkeit einwirkt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß an den elektro-thermischen Wandler ein Antriebssignal mit einer Spannung angelegt wird, die 1,02 bis l,3mal so groß ist wie die Schwellenspannung für die B.lasenerzeugung in dem mit der Flüssigkeit gefüllten Wärmeeinwirkungsabschnitt.

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Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Sämtliche Teile können dabei von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigen:

Die

Figuren IA und IB

den Aufbau eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopfes, wobei Figur IA eine Teilvorderansicht und Figur IB einen Teilschnitt entlang der strichpunktierten Linie X-Y in Figur IA darstellen;

Figur

eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Figur

Figuren 4 und

eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung; und die

Diagramme, in denen die von den Ausführungsbeispielen erhaltenen Ergebnisse dargestellt sind.

In Figur 1 ist ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf dargestellt, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Figur 1 A zeigt eine Teilvorderansicht des Aufzeichnungskopfes in der Richtung von der Öffnungsseite her, während Figur IB einen Teilschnitt entlang Linie X-Y in Figur IA zeigt.

Der Aufzeichnungskopf 101 besteht aus einer Basis-platte 103 und einer Schlitzplatte 104, die in überlappender Lage miteinander verbunden sind. Auf der Basisplatte 103 ist ein elektro-thermischer Wandler 102 vorgesehen.

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Die Schlitzplatte 104 besitzt eine vorgegebene Anzahl von Schlitzen, die auf der Oberfläche der Platte ausgebildet sind. Die Schlitze weisen eine vorgegebene Breite und Tiefe auf und sind mit einer vorgegebenen linearen Dichte auf der Oberfläche angeordnet. Wenn die Basisplatte mit der Schlitzplatte abgedeckt und beide Platten miteinander verbunden sind, entstehet zwischen den Platten eine vorgegebene Anzahl von öffnungen 105 und Flüssigkeitsstrahlteilen 106.

Obwohl der hier dargestellte Aufzeichnungskopf eine Vielzahl von öffnungen 105 aufweist, ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf eine Einheit mit mehreren öffnungen begrenzt, sondern kann ebenfalls bei einem Aufzeichnungskopf mit nur einer einzigen öffnung Anwendung finden.

Jeder Flüssigkeitsstrahlteil 106 ist an seinem Ende mit einer öffnung -105 versehen, durch die Flüssigkeit ströpfchen abgestrahlt werden. Der Flüssigkeitsstrahlteil 106 besitzt darüber hinaus einen Wärmeeinwirkungsabschnitt 107, in dem die von dem elektrothermischen Wandler 102 erzeugte thermische Energie auf die Aufzeichnungsflüssigkeit einwirkt, um in dieser Blasen zu erzeugen und dadurch eine abrupte Zustandsänderung (Phasenänderung) der Flüssigkeit in Verbindung mit einer Volumenexpansion und Volumenschrumpfung zu bewirken.

Der elektro-thermische Wandler 102 umfaßt einen Wärmeerzeugungsabschnitt 108 mit einer Wärmeeinwirkungsfläche 109, die sich mit der Aufzeichnungsflüssigkeit in Kontakt befindet. Der Wärmeeinwirkungsabschnitt liegt auf dem Wärmeerzeugungsabschnitt 108. Die Wärmeeinwirkungsfläche 109 bildet die Bodenfläche des Wärmeeinwirkungsabschnittes 107·

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Der Wärmeerzeugungsabschnitt 108 umfaßt eine untere Schicht 110, die auf der Basisplatte 103 vorgesehen ist, eine Heizwiderstandsschicht 111, die auf der unteren Schicht ausgebildet ist und eine Deckschicht 112 auf der Heizwiderstandsschicht. Die Heizwiderstandsschicht 111 ist mit Elektroden 113 und 114 versehen, die auf der Oberfläche angeordnet sind, um einen elektrischen Strom an die Schicht 111 anzulegen. Die Elektrode 113 ist allen Wärmeerzeugungsabschnitten der entsprechenden Flüssigkeitsstrahlteile gemeinsam. Die Elektrode 114 ist eine Selektivelektrode zur Erzeugung von Wärme aus irgendeinem ausgewählten Wärmeerzeugungsabschnitt des Flüssigkeitsstrahlteiles. Die Selektivelektrode ist entlang dem Strömungskanal eines jeden Flüssigkeitsstrahlteiles 106 angeordnet.

Die Deckschicht 112 wirkt als Schutzschicht, um die Heizwiderstandsschicht 111 vor chemikalischen und physikalischen Angriffen der verwendeten Aufzeichnungsflüssigkeit zu schützen, über die Deckschicht 112 ist die Heizwiderstandsschicht 111 gegenüber der im Flüssigkeitsstrahlteil 106 vorhandenen Flüssigkeit isoliert. Die Deckschicht 112 verhindert darüber hinaus ein Kurzschließen der Elektroden 113 und 114 durch die

25 Flüssigkeit.

Wenn die Heizwiderstandsschicht 111 gegenüber Angriffen der verwendeten Aufzeichnungsflüssigkeit widerstandsfähig ist und man kein Kurzschließen der Elektroden 113 und 114 durch die Flüssigkeit befürchten muß, kann man die Deckschicht 112 vollständig weglassen. In diesem Fall kann der elektro-thermische Wandler so ausgebildet sein, daß er eine Heizwiderstandsschicht 111 umfaßt, deren Oberfläche sich in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit

35 .befindet.

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Die Hauptaufgabe der unteren Schicht 110 besteht darin, den Wärmefluß zu steuern. Diese Steuerung wird in der folgenden Weise durchgeführt:

Während der Dauer des Flüssigkeitsstrahles wird die von der Heizwiderstandsschicht 111 erzeugte Wärmeenergie in einem möglichst großen Umfang auf den Wärmeeinwirkungsabschnitt 107 übertragen, während die zur Seite der Basisplatte 103 abfließende Wärmeenergie möglichst gering gehalten wird. Nach dem Flüssigkeitsstrahl^,h. nach Unterbrechung der Stromzufuhr zur Heizwiderstandsschicht 111, wird die in dem Wärmeeinwirkungsabschnitt 107 und dem Wärmeerzeugungsabschnitt 108 verbleibende Wärmeenergie sobald wie möglich zur Seite der Basisplatte 103 abgeführt, um die Flüssigkeit und die im Wärmeeinwirkungsabschnitt 107 erzeugten Blasen möglichst schnell abzukühlen.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfes wird die Eingabe eines elektrischen Signales in den elektrothermischen Wandler 102 durch L,in- und Ausschalten durchgeführt. Wenn das elektrische Signal an den Wandler 103 angelegt wird, verdampft die Aufzeichnungsflüssigkeit an der Wärmeeinwirkungsfläche 109, und es werden in wirksamer Weise Blasen für den Flüssigkeitsstrahl gebildet. Zur gleichen Zeit werden jedoch unerwünschte kleine Blasen erzeugt, die auf das in der Flüssigkeit vorhandene gelöste Gas zurückzuführen sind. Diese unerwünschten kleinen Blasen verbreiten sich in die Flüssigkeitskanäle des entsprechenden Flüssigkeitsstrahlteiles und verbleiben in diesen, wodurch die erwähnten Probleme eines unbeständigen Flüssigkeitsstrahles entstehen können.

im schlimmsten Fall kann der Flüssigkeitsstrahl voll-

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ständig blockiert werden.

In Figur 2 ist in schematischer Weise ein von der Öffnung 105 ausge-stoßenes Flüssigkeitströpfchen dargestellt.

In Figur 2 ist mit Vb das Flüssigkeitsvolumen bezeichnet, über das sich die pro Impulseinheit des an den Wandler 102 angelegten Eingangssignals erzeugten kleinen Blasen verbreiten können. Vb ist das Flüssigkeitsvolumen, das von der Öffnung 105 ausgestoßen wird. Wie man Figur 2 entnehmen kann, können keine unerwünschten Blasen im Flüssigkeitskanal aufstromseitig der Öffnung 105 verbleiben, wenn Vd größer ist als Vb. Das bedeutet, daß bei richtiger Auswahl der Antriebsbedingungen sowie der Form des Aufzeichnungskopfes zur Aufrechterhaltung der vorstehenden Menge an abgegebener Flüssigkeit ein beständiger und kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl ohne Probleme sichergestellt werden kann. Auf diese Weise kann die Aufzeichnungsqualität über eine lange Zeitdauer einer kontinuierlichen Aufzeichnung immer gleich gut gehalten werden.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Ergebnisse werden nachfolgend in Verbindung mit Figur 3 beschrieben.

Figur 3 ist ein Diagramm, in dem die Änderung der Oberflächentemperatur an der Wärmeeinwirkungsfläche 109 und die Änderung des Volumens der erzeugten Blase in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt sind, wenn ein Spannungsignal P an einen elektro-thermischen Wandler 102 eines Aufzeichnungskopf'es 101, der in den Figuren IA und IB dargestellt ist, angelegt wird.

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Zum Zeitpunkt t_Q wird das elektrische Impulssignal P angelegt und zum Zeitpunkt t_f unterbrochen. Wenn das Signal P an den Wandler 102 angelegt wird, beginnt die Oberflächentemperatur T der Wärmeeinwirkungsfläche 109 bei t~ von der Ausgangstemperatur T. an anzusteigen und erreicht ihren Höhepunkt T zum Zeitpunkt t „. Der Wärmeeinwirkungsabschnitt 107 ist mit • einer Aufzeichnungsflüssigkeit gefüllt, die einen Siedepunkt von Tj, aufweist. Solange wie die Spitzentemperatur T größer ist als der Siedepunkt T_ß der sich mit der Wärmeeinwirkungsfläche 109 in Kontakt befindenden Flüssigkeit, werden im Wärmeeinwirkungsabschnitt 107 zum Zeitpunkt t_R(~. an dem T - T_R ist, Blasen erzeugt. Das Volumen der erzeugten Blasen steigt mit der Zeit an und erreicht seinen Höhepunkt V bei t . Bei t_f wird das elektrische Signal P abgeschaltet und die Oberflächentemperatur T beginnt wieder abzufallen. Zur gleichen Zeit nimmt das Voumen V der Blase ab. Blasen verschwinden bei t_R-, . Wenn jedoch die Oberflächentemperatur T an der Wärmeeinwirkungsfläche 109 selbst zum Zeitpunkt t_R-, noch größer ist als der Siedepunkt T, des Aufzeichnungskopfes, findet eine zweite Blasenerzeugung VpStatt. Wenn die zweite Blase V„ ausreichend Energie besitzt, um ein herausfließendes Plüssigkeitströpfchen zu bilden, kann die Beziehung:ein Tröpfchen pro Signal in unerwünschter Weise gestört werden. Selbst dann, wenn die zweite Blase V~ nur so viel Energie besitzt, die zur Bildung eines ausfließenden Flüssigkeitströpfchens nicht ausreicht, können einige Probleme entstehen. Beispielsweise kann eine geringe Menge der Aufzeichnungsflüssigkeit aus der öffnung 105 gedrückt werden, oder die in der Nachbarschaft der öffnung 105 ausgebildete Flüssigkeitssichel kann in Schwingungen versetzt werden. Auf diese Weise kann die Qualität des

35 aufgezeichneten Bildes verschlechtert werden.

Die vorliegende Erfindung basiert -auf der Entdeckung, daß die vorstehend erwähnten, mit der Bildung einer zweiten Blase verbundenen Probleme in einfacher Weise gelöst und Aufzeichnungen mit hoher Qualität leichter und beständiger hergestellt werden können, wenn der elektro-thermische Wandler mit einer Spannung betrieben wird, die 1,02 - l,3mal so hoch ist wie die erforderliche Minimalspannung (Schwellenspannung) für die Erzeugung einer Blase. Kurz gesagt, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Antriebsspannung

V für den elektro-thermischen Wandler des Aufzeichapp

nungskopfes auf einen Wert eingestellt, der 1,02 bis l,3mal so hoch ist . wie die Schwellenspannung V₊, für die Blasenerzeugung.
15

Wenn die Antriebsspannung V nicht l,02mal so groß

app

ist wie die Schwellenspannung V₊,, verbleiben die er-

Xi η

zeugten Blasen in dem den Wärmeeinwirkungsabschnitt umfassenden Kanal, und es entstehen beträchtliche Probleme.

Beispielsweise verhindern die im Kanal verbleibenden Blasen die Zuführung von Aufzeichnungsflüssigkeit und stören den glatten Flüssigkeitsstrom zur Abgabe von Tröpfchen. Die an der Wärmeeinwirkungsfläche 10 9 verbleibenden Blasen führen zu einer übermäßig hohen Temperatur am Wärmeerzeugungsabschnitt 108. Eine derartige erhöhte Temperatur verkürzt die nutzbare Lebensdauer des Wandlers. Im schlimmsten Fall kann dadurch ein Ausfall des Wandlers verursacht werden.

Wenn andererseits die Antriebsspannung V über dem

app

Wert l,3mal so hoch wie die Schwellenspannung V₊. liegt, wird eine überschüssige Menge an thermischer Energie erzeugt, die ebenfalls die nutzbare Lebensdauer des WAndlers verkürzt. Darüber hinaus bewirkt diese überschüssige thermische Energie, daß zwei oder mehr Blasen zur gleichen Zeit erzeugt werden, während ein Eingangs-

signal an den elektro-thermischen Wandler angelegt wird. In einem solchen Fall ist eine stetige Tröpfchenbildung nicht länger möglich.

Aus diesen Gründen wird somit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an den elektro-thermischen Wandler

eine Spannung V in dem vorstehend definierten Beapp

reich angelegt. Um die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wirksamer zu lösen, wird die Antriebsspannung V „ vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der app

1,025 bis l,2mal so hoch ist wie die Schwellenspannung V,, . Es wurde darüber hinaus festgestellt, daß ein besseres Ergebnis durch eine geeignete Auswahl der Impulsbreite P, des Antriebsspannungssignales erreicht werden kann. Der bevorzugte Bereich der Impulsbreite P beträgt 1 bis 100 μΞθο, insbesondere 2 bis 20

Desweiteren kann eine beständigere Tröpfchenbildung durch geeignete Auswahl der Temperaturanstiegsges'hwindigkeit der Wärmeeinwirkungsfläche 109 während der Wärmeerzeugung durch den elektro-thermischen Wandler 102 erreicht werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der der Erfindung werden die Antriebsspannung V und die Impulsdauer P so ausgewählt, daß sich die Oberflächentemperatur um einen Betrag

ft ft

von 5 χ 10 hin ¹^ χ 10 ⁰O/nor. ändert. Als Temperaturanstiegsgeschwindigkeit wird der durchschnittliche Temperatur-Zeit-Änderungswert über eine Zeitdauer von der Anfangstemperatur T. bis zur Spitzentemperatür T des elektro-thermischen Wandlers 102 definiert. P

Die erfindungsgemäß eingesetzte Aufzeichnungsflüssigkeit besteht in erster Linie aus einem Farbmittel zur Färbung des aufgezeichneten Bildes und einem flüssigen Medium, das als Lösungsmittel dient, in dem das Farbmittel gelöst oder dispergiert ist.

Es ist empfehlenswert, solche Farbmittel einzusetzen, die bei den in der Vorrichtung verwendeten Temperaturbereichen thermisch beständig sind.

Beispiele von geeigneten Farbmitteln sind Farbstoffe, organische Pigmente und anorganische Pigmente. Als Farbstoffe werden diejenigen bevorzugt, die in dem flüssigen Medium löslich sind. Typische Beispiele sind Direktfarbstoffe, saure und basische Farbstoffe.

Als Pigmente können nahezu alle bekannten Pigmente eingesetzt werden, wenn sie eine geringe Partikelgröße und eine so gering wie mögliche Unregelmäßigkeit in der Partikelform besitzen. Die Pigmente sollten eine gute Dispersionsfähigkeit und Beständigkeit im flüssigen Medium aufweisen.

Der Anteil des Farbmittels in der Aufzeichnungsflüssigkeit hängt von der Art des verwendeten flüssigen Mediums und den für die Aufzeichnungsflüssigkeit geforderten Eigenschaft etc. ab. Normalerweise liegt der Anteil des Farbmittels in einem Bereich von 0,5 bis 20 Gewichts-%, vorzugsweise von 0,5 bis 15 Gewichts-% und insbesondere 1 bis 10 Gewichts-% des Gesamtgewichtes der Aufzeichnungsflüssigkeit.

Bei der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise eingesetzten Aufzeichnungsflüssigkeit bildet Wasser die Hauptkomponente des flüssigen Mediums. Obwohl Wasser alleine eingesetzt werden kann, ist es wünschenswert, ein Gemisch aus Wasser und wasserlöslichem organischen Lösungsmittel zu verwenden.

Als wasserlösliche organische Lösungsmittel können beispielsweise die nachfolgenden Substanzen eingesetzt werden:

322A061_23- L»E 2263

C₁ - CI₁-AIlCyIa₁IkOhOIe,wie Methyl-, Äthyl-,n-Propyl-, Isopropyl-, η-Butyl-, sec-Butyl-, tert-Butyl und Isobutylalkohole; Amide, wie Dimethylformamid und Dimethylacetoamid; Ketone und Ketoalkohple, wie Azeton und Diazetonalkohol; Äther, wie Tetrahydro furan und Dioxane; Polyalkylenglykol, wie Polyäthylenglykol und Polypropylenglykol; Alkylenglykole mit 2-C-Atomen im Alkylen-Anteil, wie Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triäthylenglykol, 1,2,6-Hexantriol, Thiodiglykßl, Hexylenglykol und Diäthlenglykol, Glycerol; niedrigere Alkylather von Polyalkoholen, wie Äthylenglykolmethyläther, Diäthylenglykolmethyl (oder Äthyl)äther, Triäthylenglykolmonomethyl (oder Äthyl) äther usw.

Bevorzugte wasserlösliche organische Lösungsmittel sind Glykole, die 2 bis 8 C-Atome enthalten, insbe— sondere Polyalkohole, wie Diäthylenglykol und niedrigere Alkyläther von Polyalkoholen, wie Diäthylenglykolmono-

20 methyl (oder Äthyl)äther.

Der Anteil des wasserlöslichen organischen Lösungsmittels in der Aufzeichnungsflüssigkeit beträgt normalerweise 5 bis 95 Gewichts-%, vorzugsweise 1 bis 80 Gewichts-

insbesondere 20 bis 50 Gewichts-% vom Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit. Der Wasseranteil ist je nach der Art und Zusammensetzung des verwendeten Lösungsmittels sowie den geforderten Eigenschaften der Aufzeichnungsflüssigkeit über einen breiten Bereich variierbar. Der Wasseranteil liegt jedoch normalerweise in einem Bereich von 10 bis 90 Gewichts-%, vorzugsweise 10 bis 70 Gewichts-%, insbesondere 20 bis 70 Gewichts-% vom Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit.

Die die obigen Bestandteile aufweisende Aufzeichnungsflüssigkeit besitzt gute und gut ausgewogene Aufzeich-

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nungseigenschaften (Signal-Ansprechverhalten, Beständigkeit der Tröpfchen- und Strahlbildung, Eignung für lange und kontinuierliche Aufzeichnungen und Beständigkeit der Strahlbildung nach langen Ruhepausen) und weist eine ausgezeichnete Lagerbeständigkeit, Fixierfähigkeit auf dem Aufzeichnungsmaterial, Lichtfestigkeit der aufgezeichneten Bilder, Verwitterungsfestigkeit und Wasserfestigkeit der aufgezeichneten Bilder auf. Um die Eigenschaften der Aufzeichnungsflüssigkeit weiter zu verbessern, können beliebige Zusätze hinzugefügt werden. Als geeignete Zusätze kommen die nachfolgend aufgeführten bekannten Zusätze in Frage:

Viskositätsregler, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Cellulose und wasserlösliches Harz; kationische, anionische und nicht ionische oberflächenaktive Stoffe und Oberflächenspannungsregler, wie beispielsweise Diäthanolamin und Triäthanolamin_y-und pH-Regler, wobei verschiedene Pufferlösungen Verwendung finden können. 20

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, weist das erfindungsgemäße Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren beträchtliche Vorteile gegenüber dem Stande der Technik auf.
25

Sogar dann, wenn die Aufzeichnung kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit über eine lange Zeitdauer durchgeführt wird, ist es möglich, die ausfließenden Tröpfchen immer in stetiger Weise zu bilden. Die Richtung der ausfließenden Tröpfchen und der Durchmesser derselben werden dabei konstant gehalten. Erfindungsgemäß können somit Aufzeichnungen mit hoher Qualität erzielt werden. Es besteht keine Möglichkeit, daß die Aufzeichnungsflüssigkeit aufgrund der vom elektro-thermischen Wandler erzeugten Wärmeenergie einer chemischen Zustandsänderung unterworfen wird,.

- 25 - DE 2263

die sich nachteilig auf den Zustand des Flüssigkeitsstrahles auswirken könnte.

Darüber hinaus können mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren die Flüssigkeitströpfchen in sicherer Ansprache auf das dem elektro-thermischen Wandler zugeführte Eingangssignal geformt werden. Dadurch wird die Erzeugung eines Tröpfchens 'pro Signal und die Gleichmäßigkeit der Ausflußgeschwindigkeit der Tröpfchen sichergestellt.

Erfindungsgemäß wird die Spannung des an den elektrothermischen Wandler angelegten Signales (Antriebsspannung V ) auf einen Wert eingestellt, der 1,02 bis l,3mal so hoch ist wie der erforderliche Minimalwert des zur Blasenerzeugung in dem mit Aufzeichnungsflüssigkeit gefüllten Wärmeeinwirkungsabschnitt erforderlichen Spannungssignales (Schwellenspannung) V.j. Dadurch wird die Erzeugung einer unnötig großen Menge an thermischer Energie durch den Wandler vermieden. Folglich wird die erzeugte thermische Energie äußerst wirksam zur Erzeugung einer Blase für ein gewünschtes Tröpfchen eingesetzt. Hinzu kommt, daß die Erzeugung, das Wachstum und die Schrumpfung der Blase sorgfältig auf das dem elektro-thermischen Wandler zugeführte Eingangssignal ansprechen. Wenn an den elektro-thermischen Wandler ein Signal mit einer Spannung angelegt wird, die 1,02 bis l,3mal so groß ist wie die Schwellenspannung, kann eine Menge an Flüssigkeit, die groß genug ist, um in dem Flüssigkeitsstrahlteil erzeugte überflüssige Blasen einzuschließen, als "fliegendes" Flüssigkeitströpfchen von der öffnung abgegeben werden.

Zur Verdeutlichung der Erfindung dienen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele:

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Beispiel 1

Ein Aufzeichnungskopf wurde in der nachfolgend beschriebenen Weise unter Verwendung eines Silikonsubstrates als Basisplatte des Kopfes hergestellt:

Zuerst wurde eine SiO„-Schicht (untere Schicht) einer Dicke von 3 um durch Aufsprühen auf dem Silikonsubstrat hergestellt. Danach wurde eine

Schicht aus HfB„ einer Dicke von 1000 A als Heizwiderstandsschicht aufgebracht, wonach eine Schicht aus Aluminium einer Dicke von 3000 A als Elektrode aufgebracht wurde. Nach der Beschichtung wurde ein Heizwiderstandsmuster durch Ätzen geformt. Als Schutzschicht (Deckschicht) wurde eine SiO„-Schicht einer Dicke von 0,5 pm durch Sprühen aufgebracht. Nachdem in der vorstehend beschriebenen Weise ein elekl.ro-therrniseher Wandler auf dem Substrat ausgebildet worden war, wurde eine mit Schlitzen versehene Glasplatte mit der Basisplatte verbunden, wobei der Heizwiderstand zu einem Schlitz ausgerichtet wurde. Der Schlitz besaß eine Breite von 80 Mm und eine Tiefe von 80 um. Nach dem Verbinden der beiden Plattenelemente wurde die Öffnungsendfläche geschliffen, um die Entfernung zwischen dem Ende des Heizwiderstandes und der öffnung auf 300 um einzustellen. Auf diese Weise wurde ein Aufzeichnungskopf hergestellt.

Unter Verwendung dieses Aufzeichnungskopfes wurden Aufzeichnungsversuche durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde eine schwarze Tinte, die in erster Linie aus einem schwarzen Farbstoff und Äthanol bestand, dem Wärmeeinwirkungsabschnitt des Kopfes mit einem Druck von 0,01 atm zugeführt. An den elektro-thermischen Wandler wurde ein Spannungssignal in der Form eines rechteckigen Impulses angelegt.

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Die Bedingungen (Spannung und Frequenz), durch die die Menge der abgestrahlten Tinte festgelegt wurde, wurden variiert, um die Beziehung zwischen der Mange der abgestrahlten Tinte und der Bildung von unerwünschten, im Kanal verbleibenden Blasen kennenzulernen. In Figur 4 ist die Abhängigkeit zwischen der Spannung und der Menge an abgestrahlter Tinte dargestellt. Figur 5 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Frequenz und der Menge an abgestrahlter Tinte.

Durch die vorstehend beschriebenen Versuche wurde festgestellt, daß dann, wenn die Menge der abgestrahlten Tinte geringer ist als o,21 μg/Impuls (wb),unerwünschte Blasen im Tintenkanal verbleiben und der Tintenstrahl unabhängig von den Antriebsbedingungen unbeständig wird. Eine ausreichend hohe Strahlkraft, um die unerwünschten Blasen zu eliminieren, wurde erhalten, als die angelegte Spannung den Wert V erreichte, der l,02mal so hoch ist (oder mehr) wie die Schwellenspannung V., .

Unter diesen Bedingungen verblieben keine unerwünschten Blasen im Tintenkanal, und der Tintenstrahl wurde in einer sehr beständigen Weise ohne irgendwelche Probleme über eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten.

Wenn die Antriebsfrequenz höher als f, war (Figur 5), konnte nicht mehr Tinte zugeführt werden, als verbraucht wurde. Daher wurden unerwünschte Blasen erzeugt, die im Tintenkanal verblieben^und der Tintenstrahl wurde unbeständig.

Aus dem vorstehend beschriebenen Versuchen wurde festgestellt, daß bei einer Frequenz fr (Hz) > 1000 (Hz) die folgende Beziehung zwischen f, und f existiert:

f_b ~ (f_r) ²/680

322A061 ■'.· ' ' ■" ' -■■ ■

- 28 - DE 2263

wobei f. und f keine Dimensionen aufweisen und D r

hierfür in Hz angegebene Werte eingesetzt werden.

Als f. geringer war als f , wurde die abgestrahlte Tintenmenge konstant gehalten, und als sich die ange-■·■' legte Spannung auf einem richtigen Wert befand, wie vorstehend beschrieben, wurden keine verbleibenden Blasen im Tintenkanal festgestellt. Es wurde daher immer ein qualitativ guter und beständiger Tinten-' strahl erreicht,und die Qualität der erhaltenen Aufzeichnungen war ausgezeichnet.

Es wurde ferner festgestellt, daß bei einem Anstieg der angelegten Spannung über die zum Erhalt von w, erforderliche Schwellenspannung V , hinaus_;die Menge der abgestrahlten Tinte ebenfalls anstieg und ihren Sättigungswert etwa dann erreichte, als die angelegte Spannung einen Wert erreichte, der l,3mal so groß war, wie ]L, . In Figur H ist ein derartiger Wert der ange-

20 legten Spannung mit V bezeichnet.

Bei dieser Spannung V_o waren sowohl der Zustand des Tintenstrahles als auch die Qualität der Aufzeichnungen sehr gut.

Unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten Basisanordnung wurden viele Proben von Aufzeichnungsköpfen mit unterschiedlichen Größen hergestellt, wie in Tabelle 1 aufgeführt, und es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, um das Betriebsverhalten der Aufzeichnungsköpfe in Abhängigkeit vom Vorhanden sein oder der Abwesenheit von unerwünschten Blasen im Tintenkanal sowie die Qualität der aufgezeichneten Bilder zu untersuchen. Die entsprechenden Ergebnisse

35 -sind in den Tabellen 2 und 3 angegeben.

- 29 - DE 2263

Diese Ergebnisse zeigen, daß unerwünschte Blasen aus dem Tintenkanal eliminiert und Aufzeichnungen mit hoher Qualität erhalten werden können ,wenn der Aufzeichnungskopf unter Bedingungen betrieben wird, bei denen die Frequenz f, (Hz) geringer ist als

2
(f ) /680 und die angelegte Spannung V einen

Wert besitzt, der 1,02 bis 1.3mal so groß ist wie die Schwellenspannung V,, , unabhängig davon, welche Form und Größe der Aufzeichnungskopf besitzt. 10

DE 2263

Tabelle 1

	A)	200	pm	X	40	pm
Heizungsgröße	B)	150	μΐη	X	40	μπι
	C)	100	lain	X	40	U^m
. Kanalform	a)	200	μΐη	X	80	μπι
	b)	150	pm	X	80	_(Jm
Kanallänge	c)	80	pm	X	80	pm
	α)	2	mm
ß)	4	mm
γ)	8	mm

Tabelle 2

Heizung größe	Öffnungs breite	Kanal länge ,	Vth (V)	.6	(	Vb V)	(	Vs V)	fr (KHz	.6	fb (KHz)	.7	wb (pg/pulse)	.13	Probe Nr.
	a	α	27	.7	29	.0	33	.0	1	.8	3	.0	0	.13	1- 1
	b	β	27	.7	29	.0	33	.2	0	.4	1	.42	0	.13	1- 2
	C	Ύ	27	.5	29	.0	33	.1	0	.5	0	.2	0	.17	1- 3
		α	27	.5	28	.9	33	.0	1	.8	3	.0	0	.17	1- 4
A	a	β	27	.4	28	.9	33	.1	0	.4	1	.42	0	.17	1- 5
		γ	27	.2	28	.9	33	.0	0	.3	0	.5	0	.21	1- 6
	b	α	27	.3	28	.5	32	.6	1	.7	2	.8	0	.21	1- 7
	C	β	27	.2	28	.6	32	.8	0	.4	0	.42	0	.21	1- 8
	Ύ	27	.4	28	.5	32	.7	0	.9	0	.3	0	.12	1- 9
B	α	23	.4	24	.6	28	.1	1	.0	5	.5	0	11	1-10
β	23	.4	24	.6	28	.1	1	.5	1	.55	0	12	1-11
Y	23	.2	24	.6	28	.2	0	.7	0	.2	0	15	1-12
α	23	.3	24	.4	27	.9	1	.9	4	.2	0	15	1-13
β	23	.3	24	.4	27	.9	0	.5	1	.55	0	15	1-14
Ύ	23	.1	24	.4	27	.9	0	.5	0	.3	0.	18	1-15
α	23	.1	24	.2	27	7	1	.8	3	.0	0.	18	1-16
β	23	.1	24	.2	27	7	0	.4	1	.43	0.	19	1-17
Y	23	24	.3	27	8	0	0	0.	1-18

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	Offnungs breite	Kanal länge .	Tabelle	(V)	3	Vs (V)	fr (KHz)	fb (KHz)	wb (yg/pulse)	Probe Nr-
fclei zunge große	a	α	Vth (V)	19.2	21.9	2.1	6.3	0.10	1-19
C		3	18.3	19.1	21.9	1.2	2.1	0.10	1-20
	b	γ	18.2	19.2	21.0	0.6	0.7	0.10	1-21
	α	18.3	19.1	21.8	1.9	5.3	0.13	1-22
C	3	18.2	19.1	21.7	1.0	1.5	0.13	1-23
	γ	18.1	19.1	21.7	0.5	0.55	0.13	1-24
α	18.1	18.9	21.6	1.7	4.2	0.16	1-25
3	18.0	19.0	21.7	0.9	1.2	0.16	1-26
γ	18.1	18.9	21.6	0.5	0.55	0.16	1-27
18.0

Beispiel 2

Unter Verwendung der in Figur 1 gezeigten Basisanordnung wurden Proben von Aufzeichnungsköpfen (Proben A bis E) hergestellt, die einen unterschiedlichen Aufbau aufwiesen, wie in Tabelle H gezeigt.

Unter Verwendung von unterschiedlichen Tintenarten a bis e, die in Tabelle 5 gezeigt sind, wurde mit diesen Aufzeichnungsköpfen eine Reihe von Aufzeichnungsversuchen durchgeführt. Der Zustand des Tintenstrahles bei verschiedenen Antriebsspannungen

V wurde durch die Qualität des Druckes in der app

15 nachfolgend beschriebenen Weise bestimmt.

In Tabelle 6 sind diejenigen Ergebnisse aufgeführt, die bei Verwendung der Aufzeichnungsköpfe der Proben A bis E mit der Tinte a erhalten wurden, während die Antriebsspannung V über die 1,0 bis 1,5-fache

app

Schwellenspannung V₊, variiert wurde. Die für die j t η

Proben A bis E aufgefundenen Werte V, , sind ebenfalls in Tabelle 6 aufgeführt.

In Tabelle 7 sind diejenigen Ergebnisse aufgeführt, die bei Verwendung von unterschiedlichen Tinten b, c d und e für den gleichen Aufzeichnungskopf, Probe A erhalten wurden. Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse bei Variation der Impulsbreite des Antriebssignales im Bereich von 0,1 bis 500 /isec, während die Antriebsspannung auf den gleichen Wert eingestellt wurde,

nämlich 1,15 x V .

t η

In Tabelle 9 sind die Ergebnisse für die gleiche Kombination des Aufzeichnungskopfes A und der Tinte a bei Variation der Antriebsspannung V und die Im-

- 33 - DE 2263

pulsbreite P aufgeführt.

In den Tabellen 6 und 7 betrug die Impulsbreite 10

Die Auswertung wurde durchgeführt, indem die Qualität des erhaltenen Drucks geprüft und in der folgenden Weise bewertet wurde:

(Q) . . . sehr gut

£± ... akzeptabel für praktische Zwecke

^t- ^ ... nicht akzeptabel für

praktische Zwecke

Die Tabellen 6 bis 9 zeigen, daß gute Ergebnisse erhalten werden, wenn V des Spannungssignales auf

app

einen Wert eingestellt wird, der 1,02 χ V . bis

1,3 χ V,, beträgt,und daß bessere Ergebnisse erhalten werden können, wenn die Impulsbreite des Spannungssignales auf einen Wert im Bereich von 1 bis eingestellt wird.

	Tabelle 4	Probe A	Probe B	Probe. C	Probe D	Probe . E	•o Ό
		Silizium- Einkri stall- substrat	polykri stalli- nes Silizium substrat	- Keramik	Glassub strat	Silizium- Einkristall substrat	T), --Λ
Zusammensetzung des Aufζei chnungs- kopfes		SiO₂(2.5 y)	SiO₂(2.5 μ)	glass layer	none	SiO₂(0.5 y)	I L Λ-
Basisplatte		HfB₂	HfB₂	HfB₂	HfB₂	HfB₂	! I
untere Schicht		A£	A£	A£ I	i A£	A£
Heizwider- standsschicht (1500 A) '	-Aufzeichnungskopf	SiO₂	SiO₂	' ^Si02	SiO₂	SiO₂
Elektroden- ! schicht(500Ol)
obere Schicht . (1,5 /*m)

DE 2263

Tabelle 5

Bestandteil	Wasser	a 50	Tir b 20	Lte_ C 60	d 65.7 20	j	e 35 15
OEQ Diathylenglykol	30			10	20
NMP N-methyl-2-pyrrolidon	15		9
TEA Triäthanolamin		15	9
TEGMM Triäthylenglykolmono- methyläther		10	9		24
MeCe Äthylenglykolmono- methyläther		40
EtOH Äthanol		10	10	0.2
PEG -200 Polyäthylenglyko1 200				0.1	6
Dibutylnaphtalinnatrium- ■sulfonat
6-acetoxy-2,4-dimethyl- dioxan				4
Direct Past Black D	5
Supranol Fast Black VLG			3
Solar Fast Red 3G
Victoria Pure Blue BOH cone.		5

3 2 2 /ι Ο 6

DE 226 3

Kopf
Probe
Nr. '

Pint

28

29

Tabelle 6

Pw =

.Vapp(V)Λ

yxvth

Vth(V) Auswertung des Druckes

1.0

X X

1.02

Δ Δ

1.05

1.08

1.1

1.15

1.2

1.3

X Δ

Kopf
Probe

Jin-t

\Vapp(v), _Lxvth

vth jT^

Tabelle 7

Pw = 10 ys

Auswertung des Druckes

1.0

1.02 1.05

1.08

1.1

1.15

1.2

1.3

1.4

25

28

27.5

O χ Ο

O O

DE 2263

Tabelle

apP

,15 χ V

Kopf
Probe Nr.

Tinte (Nr-)

b c

Impulsbreite (Msec)

0.1

"δ"

Δ Δ

0.5

U O O

.0

25

(P

(S)

O Q O

100

Δ Δ~

Δ Δ"

O C) O

ρ.

(ο)

O Ό C C O

O Ό

Δ _Δ

"δ'

a b c d e

Δ "Z

Δ "Δ

© Δ

(P)

ο¹

(ο)

Q O O

Δ Δ Δ" Δ"

a b

"d e

"Δ

"Ä

a b c d_ e

Δ Δ Δ Δ Δ

O O O

2) S) 'ρ)

9) S) ©

Δ Δ_

"δ"

DE 2263

Tabelle 9

1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.30 1.50

Q Δ

25 ■ 50

A "Δ

χ O

V = nVth (V), Aufzeichnungskopf A ^app Tinte a

- 39 - DE 2263

Erfindungsgemäß wird somit ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung eines mit einem- Flüssigkeitsstrahlteil versehenen Aufzeichnungskopfes beschrieben. Der Flüssigkeitsstrahlteil umfaßt eine öffnung, durch die die Flüssigkeit in Form eines "fliegenden" Flüssigkeitströpfchens abgegeben wird, und einen Wärmeeinwirkungsabschnitt, der mit der öffnung in Verbindung steht und in dem die zum Abstoßen der Flüssigkeit erforderliche thermische Energie auf die Flüssigkeit einwirkt.

Ein elektro-thermischer Wandler dient zur Erzeugung der thermischen Energie. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Energie so auf die den Wärmeeinwirkungsabschnitt füllende Flüssigkeit einwirken läßt, daß eine solche Flüssigkeitsmenge von der öffnung abgestrahlt wird, die ausreichend groß ist, um in dem Flüssigkeitsstrahlteil erzeugte unerwünschte Blasen einzuschließen und daß von der abgestrahlten Flüssigkeit ein Flüssigkeitströpfchen gebildet wird, wodurch die unerwünschten Blasen auf dem Flüssigkeitstrahlteil eliminiert werden, während die Flüssigkeitströpfchenbildung zur Durchführung einer Aufzeichnung mit den Tröpfchen wiederholt wird. Das Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß an den elektro-thermischen Wandler ein Antriebssignal mit einer Spannung angelegt wird, deren Wert 1,02 bis l,3mal so hoch ist, wie die zur Erzeugung von Blasen in dem mit der Flüssigkeit gefüllten Wärmeeinwirkungsabschnitt

30 erforderliche Schwellenspannung.

Claims

Patentansprüche

10

15

20
2.

25

Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren unter
Verwendung eines Aufzeichnungskopfes, der einen Flüssigkeits&trahlteil mit einer Öffnung,
durch die die Flüssigkeit zur Ausbildung eines "fliegenden" Flüssigkeitströpfchens abgestrahlt wird, und mit
einem Wärmeeinwirkungsabschnitt, der in Verbindung mit der öffnung steht und in dem die zum Abstrahlen der Flüssigkeit erforderliche thermische Energie auf
diese einwirkt, und einen elektro-thermischen Wandler aufweist, der als Einrichtung zur Erzeugung der thermischen Energie dient, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Energie
so auf die den Wärmeeinwirkungsabschnitt füllende
Flüssigkeit einwirken läßt, daß von der öffnung
eine Flüssigkeitsmenge abgestrahlt wird, die groß genug ist, um in dem Flüssigkeitstrahlteil erzeugte unerwünschte Blasen einzuschließen, und daß von der abgestrahlten Flüssigkeit ein Flüssigkeitströpfchen gebildet wird, wodurch die unerwünschten Blasen vom .Flüssigkeitsstrahlteil entfernt werden, während die Flüssigkeitströpfchenbildung zur Durchführung einer Aufzeichnung mit den Tröpfchen wiederholt wird.

Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung eines Aufzeichnungskopfes, der einen Flüssig-

Dtiulsche Bank (München) Klo £>l'61 070

(Mj'ithem Klo 3939 fr»

Pt->M:.;-heck IMiiilcleni Klc 6Γ0-« 604

- 2 - DE 2263

keitsstrahlteil mit einer öffnung zum Abstahlen von Flüssigkeit und mit einem Wärmeeinwirkungsabschnitt, der mit der öffnung in Verbindung steht und in dem die zur Bildung eines "fliegenden" Flüssigkeitströpfchens erforderliche thermische Energie auf die Flüssigkeit einwirkt, und einen elektrothermischen Wandler aufweist, der zur Erzeugung der thermischen Energie dient, die auf die den Wärmeeinwirkungsabschnitt füllende Flüssigkeit einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß an den elektrothermischen Wandler ein Antriebssignal angelegt wird, dessen Spannung einen Wert besitzt, der 1,02 bis l,3mal so hoch ist wie die zur Blasenerzeugung in dem mit der Flüssigkeit gefüllten Wärmeeinwir-

15 kungsabschnitt erforderliche Schwellenspannung.
3. Flüssigkeit sstrahl-Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite des Antriebssignales 1 bis 100 usec beträgt.
4. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite des Antriebssignales 2 bis 20 μεβο beträgt.
5. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-thermische Wandler mechanisch an den Wärmeeinwirkungsabschnitt angeschlossen ist.
6. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wärmeeinwirkungsabschnitt füllende Flüssigkeit von einer Flüssigkeitszuführöffnung im Flüssigkeitsstrahlteil zugeleitet wird und daß die

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zugeleitete Flüssigkeit durch den Wärmeeinwirkungsabschnitt in Richtung auf die öffnung fließt.
7. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-thermische Wandler durch Anlegen eines Antriebssignales betrieben wird, das eine Spannung aufweist, deren Wert 1,02 bis l,3mal so hoch ist wie die Schwellenspannung, die zur Erzeugung von Blasen in dem mit der Flüssigkeit gefüllten Wärmeeinwirkungsabschnitt erforderlich ist.