DE3717294A1

DE3717294A1 - Tintenstrahlaufzeichnungsgeraet

Info

Publication number: DE3717294A1
Application number: DE19873717294
Authority: DE
Inventors: Nobumasa Abe; Kyoji Momose; Yasuji Watanabe; Yuichi Nakamura; Tsuneo Handa; Mitsuki Nishikawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1987-12-17
Anticipated expiration: 2007-05-23
Also published as: US5367324A; US4914562A; DE3717294C2; US5650807A; US5148185A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahlauf zeichnungsgeräte und insbesondere auf ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, bei dem Tinte durch Erhitzen ausgestoßen wird. Dieses Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren soll nachfolgend als thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bezeichnet werden.

Bekannte Konstruktionen und Steuerverfahren thermischer Tintenstrahlaufzeichnungsgeräte sind nachstehenden Druck schriften zu entnehmen: Journal of U. S. Hewlett-Packard Company, Ausgabe Mai 1985, US-PS′en 43 59 079, 44 63 359, 45 28 577, 45 68 593 und 45 87 534. Das thermische Tinten strahlaufzeichnungsverfahren ist ein nützliches Verfahren für schnellen Tintenstrahldruck mit hoher Dichte mit Hilfe relativ einfach aufgebauter Geräte.

Die Aufzeichnungsköpfe bekannter thermischer Tintenstrahl aufzeichnungsgeräte sind in den Fig. 28 und 29 dargestellt. Bei dem in Fig. 28 dargestellten Kopf handelt es sich um einen von der Firma Canon Kabushiki Kaisha herge stellten, während Fig. 29 einen Aufzeichnungskopf der Firma Hewlett-Packard Company zeigt.

Wenn das Ziel ist, mit einem einfachen Aufbau eine schnelle Aufzeichnung mit hoher Dichte zu erreichen, dann ergeben sich beim Stand der Technik die nachfolgend erläuterten Probleme. Auf einer Düsen aufweisenden Düsenplatte oder auf einem Träger (Substrat) mit Heizelementen ist eine Sperre 90 zur Verhinderung einer Druckinterferenz zwischen benach barten Düsen vorgesehen. Diese Sperre muß mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Sie beschränkt den möglichen Abstand zwischen den Düsen nach unten. (In den Fig. 28 und 29 bezeichnen die Bezugszahlen folgendes: 1 einen Tinten speiseschlauch, 5 Heizelemente, 7 Elektroden zur Speisung der Heizelemente, 13 einen Tintenspeicher, 90 die erwähnte Sperre, 92 eine Schutzschicht zum Verhindern der Korrosion von lichtempfindlichem Harz, 93 eine Kavitationsabsorbierschicht, 94 eine Antioxidationsschicht, 96 eine Schutz schicht aus anorganischem Material und 97 eine Schutz schicht aus lichtempfindlichem Harz.)

Zum Schutz der Oberflächen von Dünnfilmschaltungen der Heizelemente und Elektroden auf dem Träger vor elektrischer, chemischer, thermischer und akustischer Beschädigung wird eine Schutzschicht aus einem dünnen Film aus einem harten, isolierenden anorganischen Material oder ähnlichem verwendet. Zwar vermag diese Schutzschicht die genannten Beschädigungen zu verhindern, führt aber ihrerseits zu Nachteilen. Die Wärmeleitung von den Heizelementen zur Tinte wird durch die Regenerierwirkung der Schutzschicht verringert. Es bedarf deshalb einer größeren Wärmemenge zum Erhitzen der Tinte, und die Aufzeichnungsgeschwindigkeit wird verkleinert. Wenn die Schutzschicht auch nur kleine Strukturdefekte aufweist, kann dies zur Beschädigung der Dünnfilmschaltung führen, das heißt die Ausbeute und die Zuverlässigkeit des Geräts werden schlechter. Die Einstellung der Filmdicke bei der Herstellung der Schutzschicht ist aus den genannten Gründen außerordentlich kritisch. Wenn das Gerät mit einer hohen Steuerfrequenz betrieben wird, folgt die Temperatur der Schutzschicht nicht den Temperatur änderungen der Heizelemente. Die Eigenschaften der Tinte werden dadurch verändert, die Tintenbestandteile haften aufgrund der Hitze an der Oberfläche der Schutzschicht, so daß die Wärmeleitung von den Heizelementen zur Tinte weiter verschlechtert wird und schließlich keine Tinte mehr ausgestoßen werden kann.

Zu den beiden vorerwähnten Problemen stößt ein weiteres. Wenn als Aufzeichnungspapier für das in der erwähnten Druckschrift Journal of U. S. Hewlett-Packard Company beschriebene Tintenstrahlaufzeichnungsgerät das in großem Umfang eingesetzte Aufzeichnungspapier, wie holzfreies Papier, verwendet wird, treten Tintenflecken auf, so daß das Aufzeichnungsergebnis keine gute Qualität aufweist. Dies beruht darauf, daß das in weitem Umfang eingesetzte Auf zeichnungspapier abhängig von der Pulpe, dem Füllstoff, dem Aufbau des Papiersiebs oder der Kalibrierpresse einer Papier maschine oder dem Herstellungsverfahren unterschiedlich ist. Das Ergebnis einer Tintenstrahlaufzeichnung kann daher abhängig nicht nur vom Papierhersteller und der Fertigungmarge, sondern auch davon völlig verschieden sein, ob Vorder- oder Rückseite des Papiers beschrieben wird. Aufgrund der bei den bekannten Geräten verwendeten Tinte ist, wenn man Druckergebnisse hoher Qualität erzielen will, die Auswahl unter den verwendbaren Papiersorten stark eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät zu schaffen, das unter Vermeidung der vorerwähnten Probleme in der Lage ist, eine schnelle Tintenstrahlaufzeichnung hoher Dichte mit hoher Zuverlässigkeit zu erreichen, und zwar mit einem einfach aufgebauten Aufzeichnungs kopf ohne Schutzschicht zur Bedeckung der Heizelemente und ohne Sperre zur Verhinderung von Übersprechen. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine für dieses Tintenstrahlaufzeichnungsgerät geeignete Tinte zu schaffen, mit der eine Tintenstrahlaufzeichnung hoher Qualität erzielbar ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe weist das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß der Erfindung mehrere Träger (Substrate) mit einer Vielzahl von Heizelementen auf, die in Reihen auf dem Träger angeordnet sind, wobei die Träger mit Abständen zwischen ihnen so angeordnet sind, daß ihre Heiz elementreihen parallel liegen. An der Vorderseite der Träger ist wenigstens eine Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsen vorgesehen. Die Tinte wird zwischen den Trägern und der Düsenplatte von der Rückseite der Träger durch die genannten Abstände als Tintenkanäle zugeführt. Die Heizelemente auf den benachbarten Trägern sind vertikal gegeneinander versetzt.

Bei dem Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß der Erfindung setzt sich die Düsenplatte aus einem Düsenteil gleichförmiger Dicke und einem von dem Düsenteil durch eine Stufe getrennten Stufenteil zusammen. Zwischen den Trägern mit den Heizelementen und dem Düsenteil wird durch die Stufe ein Zwischenraum gebildet. An den Ecken von Düsenplatte und Trägern sind Ausrichtungsmarkierungen vorgesehen.

Damit auf eine Schutzschicht bei einem thermischen Tintenstrahl aufzeichnungsgerät verzichtet werden kann, werden die zum Erhitzen der Tinte vorgesehenen Heizelemente aus Ta-N- SiO₂ oder Ta-SiO₂ hergestellt, die oberste Schicht einer zur Speisung der Heizelemente mit elektrischer Energie vor gesehenen Dünnfilmschaltung aus den Materialien der Heiz elemente, Ta-N-SiO₂ oder Ta-SiO₂, oder aus Ti hergestellt und ein Teil oder die gesamte Oberfläche der Heizelemente direkt mit der Tinte in Berührung gebracht.

Zum Schutz der Heizelemente vor akustischer Beschädigung ist es günstig, bei einem thermischen Tintenstrahlaufzeichnungsgerät eines der folgenden Konstruktionsmerkmale oder eine Kombination von zwei oder mehr dieser Konstruktions merkmale vorzusehen:
eine Konstruktion, bei der Luftblasen nicht an den Heizelementen zusammenfallen,
wenigstens ein Teil der einer Düse entsprechenden Heizelemente parallel geschaltet sind,
ein Dünnfilm mit einer Dicke von 5 µm oder mehr an der Stelle vorgesehen wird, wo die Luftblasen zusammen fallen,
eine Temperaturregelschaltung vorgesehen wird, die die Temperatur der Tinte im Bereich der Düsen auf 70°C oder mehr hält.

Eine erste Möglichkeit zur Erzielung eines Druckes vor Qualität liegt in der Verwendung einer Zeitmultiplexsteuer schaltung, die einen Abstand von 40 µs und mehr zwischen der Zufuhr elektrischer Energie zu benachbarten Heizelementen einhält, wobei der durch die Zeitmulitplexansteuerung bedingte Fehler der Aufzeichnungsposition der Tintentröpfchen durch eine entsprechende relative Lage der Düsen ausgeglichen wird.

Eine zweite Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Tinte mit folgenden Bestandteilen:
3-10 Gewichtsprozent Färbungsmittel,
0,5-3 Gewichtsprozent eines ionischen oberflächen aktiven Mittels oder 5-30 Gewichtsprozent eines nicht ionischen oberflächenaktiven Mittels,
in der drei- bis siebenfachen Menge des Färbungsmittels Polyalkohole als Benetzungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Glyzerin, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Polyäthylenglykol #200, #300, #400 und Mischungen daraus, und
Rest Wasser mit einer sehr kleinen Menge eines Anti septikums, eines Schimmelverhinderungsmittels, eines pH- Wert-Einstellers und eines Chelatbildners;
oder folgender Zusammensetzung:
0,5 bis 10 Gewichtsprozent eines Färbungsmittels,
5 bis 20 Gewichtsprozent Polyalkohole als Benetzungsmittel ausgewählt aus der Gruppe umfassend Glyzerin, Diäthylen glykol, Triäthylenglykol, Polyäthylenglykol #200, #300 und #400, Thiodiglykol, Diäthylenglykol, Diäthylenglykol monomethyläther und Diäthylenglykoldimethyläther, und
Rest Wasser mit einer sehr geringen Menge eines Antiseptikums, eines Schimmelverhinderungsmittels, eines pH- Wert-Einstellers und eines Chelatbildners;
oder mit der Zusammensetzung:
0,5 bis 10 Gewichtsprozent eines Färbungsmittels,
5 bis 20 Gewichtsprozent Polyalkohole als Benetzungs mittel ausgewählt aus der Gruppe umfassend Glyzerin, Diäthylen glykol, Triäthylenglykol, Polyäthylenglykol #200, #300 und #400, Thiodiglykol, Diäthylenglykol, Diäthylenglykol monomethyläther und Diäthylenglykoldimethyläther, und
Rest Wasser mit einer sehr geringen Menge eines Antiseptikums, eines Schimmelverhinderungsmittels, eines pH-Wert- Einstellers, eines Chelatbildners und Alkoholen ausgewählt aus der Gruppe umfassend Methylalkohol, Äthylalkohol, Isopropanol und Mischungen davon, anstelle von 3 bis 30 Gewichtsprozent Wasser.

Insbesondere kommen von den vorstehenden Tintenzusammensetzungen solche in Betracht, bei denen die Oberflächenspannung der Mischung aus Lösungsmittel und Färbungsmittel, die bei Erhitzung auf 100°C im flüssigen Zustand bleibt, 35 mN/m und mehr beträgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungsgerät wird die Tinte von den Heizelementen direkt erhitzt und das Druckübersprechen zwischen benachbarten Düsen durch den Zeitmultiplexbetrieb verhindert. Durch Auswahl geeigneter Materialien, eines geeigneten Aufbaus und eines Steuerver fahrens für die Dünnfilmschaltung kann auf die herkömmliche Schutzschicht verzichtet werden.

Mit Hilfe der beschriebenen Tintenzusammensetzungen kann ein Tintenstrahldruck hoher Qualität auf üblichem Auf zeichnungspapier wie holzfreiem Papier erreicht werden. Insbesondere eignen sich folgende Papiersorten als holzfreies Papier:

Japanische Industrienorm - Druck A
Japanische Industrienorm - Zeichenpapier (Dokument papier, Kent Papier)
Japanische Industrienorm - Beschichtetes Papier

Das erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungsgerät eignet sich aber auch für Papier geringerer Qualität als die vorgenannten Papiersorten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Aufzeichnungskopfes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Seitenaufriß des Aufzeichnungskopfes von Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahl aufzeichnungsgerätes gemäß einer ersten Ausführungs form der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Schaltungsaufbaus für das Gerät von Fig. 3,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Beispiels für die Zeitmulti plexsteuerschaltung von Fig. 4,

Fig. 6 Signalverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise der Zeitmultiplexsteuerschaltung von Fig. 5,

Fig. 7 und 8 perspektivische Ansichten des Aufbaus der Heizelemente in einem Aufzeichnungskopf eines Gerätes gemäß der Erfindung,

Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht eines Heizelements, das eine auf Kavitation beruhende Beschädigung aufweist,

Fig. 10 Teilquerschnittsansichten eines Aufzeichnungs kopfes zur Darstellung der Bildung und des Zusammen fallens von durch das Erhitzen der Tinte herrührenden Blasen sowie des Ausstoßens von Tintentröpfchen,

Fig. 11, 12 und 13 vergrößerte Ansichten eines Heizelement teiles zur Darstellung einer ersten, einer zweiten bzw. einer dritten Methode zur Verringerung einer Kavitationsbeschädigung der Heizelemente,

Fig. 14 eine Querschnittsansicht eines Aufzeichnungs kopfes zur Verdeutlichung einer vierten Methode zur Verringerung einer Beschädigung der Heizelemente,

Fig. 15 eine Querschnittsansicht eines Teiles von Fig. 1,

Fig. 16 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Steuer verfahrens der Heizelemente von Fig. 15,

Fig. 17 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Tintenausstoßgeschwindigkeit und eines anliegenden Impulses für den Aufbau von Fig. 15 und das Steuerverfahren von Fig. 16,

Fig. 18(a) eine Vorderansicht von zwei Düsen des in Fig. 1 gezeigten Aufzeichnungskopfes,

Fig. 18(b) ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Steuer verfahrens für die Heizelemente entsprechend den Düsen von Fig. 18(a),

Fig. 19, 20, 21 und 22 perspektivische Ansichten zur Darstellung des Herstellungsverfahrens eines Aufzeichnungskopfes für das erfindungsgemäße Gerät,

Fig. 23 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungs form eines Farbaufzeichnungskopfes mit Aufbau und Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 24 und 25 perspektivische Ansichten eines Aufzeichnungs kopfes einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 26 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahl aufzeichnungsgeräts einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 27 einen Seitenaufriß von Fig. 26, und

Fig. 28 und 29 perspektivische Ansichten herkömmlicher thermischer Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe.

Fig. 3 zeigt den Gesamtaufbau eines Tintenstrahlaufzeichnungsgerätes gemäß der Erfindung. Ein Aufzeichnungskopf 21, der über einen Tintenspeiseschlauch 1 mit Tinte versorgt wird, ist in Richtung des Pfeiles B beweglich und wird von einer Schlittenführung 23 geführt. Durch diesen Aufzeichnungs kopf 21 erfolgt die Aufzeichnung auf Aufzeichnungspapier 30, das synchron mit der Bewegung des Aufzeichnungskopfes 21 jeweils zum Beginn einer neuen Zeile intermittierend durch Schreibwalze 29 und eine Führungswalze 31 transportiert wird. 20 bezeichnet in Fig. 3 einen Tintenbehälter, 22 einen die einzelnen Teile tragenden Rahmen, 24 einen Antriebsriemen für den Aufzeichnungskopf 21 und 25 einen Antriebsmotor für den Aufzeichnungskopf bzw. den ihn tragenden Schlitten. 27 und 28 sind ein Antriebsmotor bzw. ein Getriebe für den Papiertransport.

Zur Beschreibung des Aufzeichnungskopfes, des Hauptteiles des erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungsgerätes, wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Aufbaus des Aufzeichnungskopfes 21, und Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht davon.

Gemäß Darstellung in Fig. 1 sind Träger oder Substrate 2 a und 2 b so an einem Grundteil 3 angebracht, daß in der Mitte zwischen ihnen und parallel zu Reihen von Heizelementen 5 eine Tintenspeisenut 9 gebildet wird. Dabei sind die Heiz elemente auf den beiden Trägern 2 a und 2 b vertikal gegen einander versetzt. Eine Düsenplatte 4 ist auf den Trägern 2 a und 2 b befestigt. Gemäß Darstellung in Fig. 2 wird die Tinte vom Tintenspeiseschlauch 1 nach Filterung durch ein Filter 11 in einen Tintenspeicher 13 geleitet, der von Grundteil 3, einer Grundplatte 10 und den Trägern 2 a und 2 b gebildet wird, und dann durch die Tintenspeisenut 9 in einen Zwischenraum G zwischen den Trägern 2 a und 2 b und der Düsenplatte 4 geleitet. Luft aus dem Zwischenraum G wird durch Düsen 6 und ein Entlüftungsloch 32 abgeführt, so daß die Tinte störungsfrei ausgestoßen werden kann.

Eine günstige Größe der in den Fig. 1 und 2 mit der Länge L und der Breite W bemaßten Öffnungsfläche L×W der Tinten speisenut 9 beträgt mehr als das Doppelte der Fläche G×L, wobei die Höhe des Zwischenraums zwischen den Trägern 2 a, 2 b und der Düsenplatte 4 ist. Außerdem sollte diese Öffnungs fläche über der Eintrittfläche des Tintenspeiseschlauchs 1 liegen. Eine günstige Breite W beträgt etwa 100- 500 µm. Der Abstand H von der Mitte der Tintenspeisenut 9 zur Mittellinie der Düsen 6 und zu der der Heizelemente 5 beträgt vorzugsweise etwa 100-800 µm. Der Abstand I von der Mittellinie der Düsen 6 und der Heizelemente 5 zur Mitte des Entlüftungslochs 32 beträgt vorzugsweise etwa 100- 700 µm. Der Mittenabstand der Düsen 6 und der Heizelemente 5 beträgt vorzugsweise 100 µm und mehr. Mit dem Aufbau von Fig. 1 läßt sich beispielsweise ein Aufzeichnungskopf von 240 dpi mit 32 Düsen oder ein Aufzeichnungskopf von 180 dpi und 24 Düsen realisieren. Die Höhe G des genannten Zwischenraums beträgt vorzugsweise etwa 15-80 µm, noch besser 25-40 µm. Der Durchmesser einer Düse 6 liegt vorzugsweise bei etwa 10-100 µm, noch besser bei 30-60 µm und wird abhängig von der Aufzeichnungsdichte und den Eigenschaften der Tinte (Viskosität, Oberflächenspannung, Mischungsverhältnis der Färbungsmittel) festgelegt. Die bevor zugte Heizfläche eines Heizelements 5 reicht von dem drei- bis zwanzigfachen der Öffnungsfläche einer Düse 6.

Beim Aufbau von Fig. 1 wird elektrische Energie den einzelnen Heizelementen intermittierend über jeweilige Elektroden 7 mittels Schalterelementen SW zur Erzeugung joulescher Wärme zugeführt. Durch eine Druckänderung aufgrund eines plötzlichen Filmsiedens der der Oberfläche eines Heizelements 5 benachbarten Tinte wird Tinte aus der zugeordneten Düse 6 ausgestoßen. Die herkömmliche Sperre, die eine gegen seitige Druckbeeinflussung zwischen benachbarten Düsen (hier als Übersprechen bezeichnet) verhindern soll, ist weder in der Düsenplatte 4 noch in den Trägern 2 a und 2 b angrenzend an die Heizelemente 5 vorgesehen.

Es soll nun der Schaltungsaufbau des Geräts beschrieben werden. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild dieses Schaltungs aufbaus. Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Zeitmultiplexsteuer schaltung. Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale im Zusammenhang mit der Zeitmultiplexsteuerschaltung von Fig. 5. In den Fig. 5 und 6 wird von einem Aufzeich nungskopf mit vierundzwanzig Düsen und Heizelementen ausgegangen.

Wenn die nachfolgend als CPU bezeichnete Zentraleinheit 51 von einem an das Gerät angeschlossenen Hostrechner 50 einen Aufzeichnungsbefehl bekommt, werden Aufzeichnungsdaten entsprechend der Anforderung vom Hostrechner 50 nacheinander von einem Zeichengenerator 52 abgerufen und diese Aufzeichnungs daten entsprechend Heizelementtreibern 59 von der CPU 51 in eine Latch-Schaltung 55 eingegeben. Wenn die der Anzahl von Heizelementtreibern entsprechenden Aufzeichnungsdaten in die Latch-Schaltung 55 eingegeben wurden, liefert die CPU ein Triggersignal TRG an ein Flipflop 54 und an die Latch-Schaltung 55, die dann diese Aufzeichnungsdaten zwischen speichert. Das Flipflop 54 veranlaßt aufgrund des Triggersignals TRG, das ein Oszillator 57 zu schwingen beginnt. Ein Einzelimpulsgenerator 56 gibt aufgrund des Schwingungssignals vom Oszillator 57 und des Triggersignals TRG einen Impuls in ein Schieberegister 58. Das Schiebe register 58 betreibt die Heizelementtreiber 59 nacheinander im Zeitmultiplexbetrieb auf der Basis eines Impulses vom Einzelimpulsgenerator 56 als Schiebewert und des Schwin gungssignals vom Oszillator 57 als Takt. Die Heizelement treiber 59 speisen die Heizelemente 5 des Aufzeichnungs kopfes 21 selektiv aufgrund der Aufzeichnungsdaten von der Latch-Schaltung 55 und der Zeitmultiplexsignale vom Schiebe register 58, so daß Tinte ausgestoßen wird.

Mit 53 ist in Fig. 4 die Zeitmultiplexsteuerschaltung bezeichnet. Die CPU 51 steuert außerdem den Papierantriebsmotor 27 und den Schlitten- oder Aufzeichnungskopfantriebsmotor 25. Ein Signal von einem Temperaturfühler 71 wird mittels eines Vergleichers 72 mit einem Bezugswert verglichen und treibt über einen Buffer Buf und einen Transistor Tr eine Heizvorrichtung 70. Bezüglich der Einzelheiten wird auf die Fig. 4-6 verwiesen.

Es sollen nun die Träger und der Dünnfilmaufbau beschrieben werden. Die Träger und der Dünnfilmaufbau des in Fig. 1 mit A bezeichneten Teiles sind in den Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) dargestellt.

Unter Berücksichtigung der chemischen Beständigkeit, der thermischen Beständigkeit, der geeigneten Wärmeregenerier fähigkeit und Wärmeableitung ist es günstig, SiO₂ als Wärmeregenerierschicht 15 durch ein Zerstäubungsverfahren auf die Oberfläche eines Grundmaterials 14, etwa einer Siliziumplatte, einer Aluminiumoxidplatte oder einer Glasplatte aufzutragen. Für die Heizelemente 5 eignet sich Ta- SiO₂ oder Ta-N-SiO₂. Obwohl Ta und Ta-N und ähnliches wärme beständig sind, fehlt es ihnen an chemischer Beständigkeit und Widerstand gegen Oxidation. Durch den Zusatz von SiO₂ werden die Eigenschaften der Heizelemente 5 verbessert.

Die Heizelemente 5 kann man auf folgende Weise herstellen. Mit SiO₂ beschichtete Ta-Partikel werden druckkalziniert und dann in Ar oder in Ar-N₂ zum Erhalt eines Dünnfilms zerstäubt. Das Verhältnis der Zusammensetzung zwischen Ta und SiO₂ wird durch Menge von SiO₂, die zum Beschichten der Ta-Partikel verwendet wird, eingestellt, und das Verhältnis der N-Zusammensetzung wird durch das Mischungsverhältnis von N₂ zu Ar eingestellt. Auf diese Weise kann ein Dünnfilm mit einer stabileren Zusammensetzung erhalten werden.

Dann werden durch Zerstäuben ein Film 16 zur Haftungs verbesserung wie Ti, Cr, Ni-Cr oder ähnliches und eine Elektrode 7 aus Au, Pt, Pd, Al, Cu oder ähnlichem ausgebildet und dann durch selektives Ätzen in eine vorgegebene Form gebracht. Das selektive Ätzen erfolgt durch übliche Fotolitho graphie, wobei sowohl Trockenätzen als auch Naßätzen in Frage kommt. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde trockengeätzt. Der Film 16 ist vorgesehen, um die Haftung zwischen der Elektrode 7 und dem Heizelement 5 zu verbessern. Deshalb ist dieser Film nicht erforderlich, wenn Al oder ähnliches verwendet wird. Ferner wird durch Zerstäubung und Fotolithographie eine Hilfselektrode 17 aus Ti aufgebracht, die die Elektrode 7 bedeckt. Dadurch werden die Elektrode 7 und der Film 16 vor elektrochemischer Elution geschützt und der spezifische Leitungswiderstand gesenkt. Dann wird mittels CF₄-Gas ein Plasmaätzen ausgeführt.

Andere Ausführungsformen eines Trägers und eines Dünnfilm aufbaus entsprechend dem Teil A in Fig. 1 sind in den Fig. 7(b) und 7(c) dargestellt. Sie können nahezu auf die gleiche Weise, wie in Verbindung mit Fig. 7(a) beschrieben, hergestellt werden. Die Elektrode braucht keine Doppel struktur aufzuweisen, und das Heizelement 5 befindet sich an der Oberseite. Gemäß Fig. 7(c) ist das Grundmaterial 14 fotolithographisch (Trockenätzung im Ausführungsbeispiel) mit Nuten versehen, in denen die Elektroden 7 ausgebildet sind, weshalb eine Deckschicht über den Stufen der Elektroden 7, die im Fall der Fig. 7(a) und 7(b) vorgesehen ist, nicht erforderlich ist.

Wenn die Düsenplatte 4 aus einem metallischen Material besteht, kann ein Kurzschluß der Dünnfilmschaltung, in welcher elektrische Ströme fließen, durch die Düsenplatte 4 dadurch vermieden werden, daß die Oberfläche mit Ausnahme des Teiles der Heizelemente 5, wo die Tinte erhitzt wird, mit einer Isolierschicht 19 aus einem lichtempfindlichen Harz oder ähnlichem bedeckt wird (Fig. 8(a) und 8(b)). Die Dicke dieser Isolierschicht 19 ist relativ unkritisch.

Günstige Dicken der einzelnen Filme sind wie folgt. Wärme regenerierschicht 2-5 µm, Film 16 0,05-0,5 µm, Elektrode 7 0,4-2 µm und Hilfselektrode 17 0,05-1 µm.

Beispiele umfassen einen Film 16 aus Cr mit einer Dicke von 0,4 µm, Elektroden 7 aus Au mit einer Dicke von 1,5 µm, Hilfselektroden 17 aus Ti mit einer Dicke von 0,5 µm und Heizelemente 5 mit Zusammensetzungen und Zerstäubungsbedingungen, wie in Tabelle 1 aufgeführt. Allen Proben gemeinsam war die Hochfrequenzmagnetzerstäubungsvorrichtung mit zwei Polaritäten, die Drehzahl von 10 Upm des Grundmaterials 14, die Temperatur von 250°C des Grundmaterials 14 und eine Hochfrequenzleistung von 2 W/cm². Durch Steuerung der Zerstäubungszeit war der Schichtwiderstand aller Proben gleich, und die Heizelemente 5 waren 86 µm breit und 172 µm lang.

Tabelle 1

Die Heizelemente 5 eines Musters eines mit dem Aufbau von Fig. 1 hergestellten Aufzeichnungskopfes mit 24 Düsen und einer Aufzeichnungsdichte von 180 dpi wurden einem Haltbarkeits test unterzogen, bei dem die Treiberleistung der Heizelemente 4,0×10⁸ W/m², die Treiberimpulsbreite für die Heizelemente 6 µs und die Treiberfrequenz 2 kHz betrugen. Bei dem Test wurde eine Tinte der nachfolgenden Zusammen setzung (Tinte a) verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tinte a
Lösungsmittel - Diäthylenglykol55 Gewichtsprozent Wasser40 Gewichtsprozent Farbstoff - C. I. Direktschwarz 154 5 Gewichtsprozent

Tabelle 2

Tabelle 2 liegt ein Widerstand der Heizelemente 5 von etwa 50 Ohm zugrunde. Unter Lebensdauer ist die Häufigkeit der Ansteuerung zu verstehen, bis sich der Widerstand des Heiz elements um 20% oder mehr geändert hat.

Wie aus dem Ergebnis folgt, kann eine Lebensdauer von 5×10⁸ Punkten oder mehr gewährleistet werden, wenn der prozentuale Molgewichtsanteil von Ta in Ta-SiO₂ 58-65% beträgt. Wenn dieser Molgewichtsanteil 60-80% beträgt, ergibt sich eine Lebensdauer von 7×10⁸ Punkten und mehr. Damit ist eine Dicke von 0,5 bis 1,8 µm der Heizelemente 5 angemessen.

Nach dem Test wurde die Düsenplatte 4 entfernt und die Oberfläche der Heizelemente 5 untersucht. Durch eine Analyse der Zusammensetzung wurde festgestellt, daß Bestandteile der Tinte an der Oberfläche anhafteten. Durch optische Untersuchung konnte dies jedoch nicht klar bestätigt werden. Es folgt, daß ein Anbrennen von Tintenbestandteilen ohne Schutzschicht verhindert werden konnte. Weder konnte eine Erusion noch eine Elution der Elektroden 7 festgestellt werden, und die Lebensdauer wich bei den Filmaufbauten der Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) nicht sehr voreinander ab. Da in dieser Dünnfilmschaltung die herkömmliche Schutz schicht nicht verwendet wurde, konnte die zum Tintenausstoß erforderliche Energie um 30% verringert werden.

Die optische Untersuchung nach dem Haltbarkeitstest ergab die in Fig. 9 gezeigten schadhaften Stellen 60 auf der Oberfläche von Heizelementen. Fig. 9(a) zeigt den Anfangs zustand einer solchen Beschädigung, Fig. 9(b) den fortge schrittenen Zustand, bei dem ein Bruch des Heizelements 5 aufgetreten ist. Unter Bezug auf Fig. 10 soll nachfolgend beschrieben werden, wie es zu den schadhaften Stellen 60 kommt.

Wenn ein Heizelement 5 erregt wird, wird an seiner Oberfläche gemäß Fig. 10(a) eine Luftblase 62 gebildet, die nach Ablauf von 10 µs vom Beginn der Erregung wächst und gemäß Fig. 10(b) zum Tintenausstoß führt. Wenn das Heizelement 5 abgeschaltet wird, beginnt sich die Luftblase 62 zusammen zuziehen, woraufhin aufgrund der Oberflächenspannung der Tinte gemäß Darstellung in Fig. 10(c) Tinte von der Umgebung der Düse nachfließt. Wie in den Fig. 10(c) und 10(d) dargestellt, zieht sich die Luftblase 62 rasch zusammen und fällt nach Ablauf von 10-20 µs seit dem Beginn der Kontraktion zusammen. Dabei werden konzentrierte Stoßwellen erzeugt, die das Heizelement 5 in Richtung des Pfeiles E in Fig. 10(e) angreifen. Dies führt zu einer Beschädigung 60, wie sie in Fig. 9(a) gezeigt ist. Bei fortgesetzter Ansteuerung des Heizelements 5 wächst die schadhafte Stelle 60, bis schließlich gemäß Fig. 9(b) ein Bruch des Heizelements 5 auftritt. Diese Beschädigung wird hier als Kavita tionsbeschädigung bezeichnet.

Wie erwähnt kann, wenn eine solche Beschädigung auftritt, eine Haltbarkeit von 7×10⁸ Punkten oder mehr erreicht werden, wenn Ta-SiO₂ oder Ta-N-SiO₂ als Material für die Heizelemente 5 verwendet wird. Es gibt vier Methoden zur Vermeidung der Kavitationsbeschädigung.

Die erste Methode besteht darin, daß man dafür sorgt, daß die Luftblase 62 an anderer Stelle als am Heizelement 5 zusammenfällt. Es sei auf die Fig. 11(a) bis (d) Bezug genommen, in denen verschiedene Ausführungsformen des Heizelements 5 dargestellt sind, bei denen die Stelle des Zusammenfallens der Luftblase 62, anders als in Fig. 9, von der Mitte des Heizelements ferngehalten wird.

Es wurden Träger mit Heizelementen entsprechend Nr. 4 in Tabelle 2 mit den in den Fig. 11(a) bis (d) gezeigten Formen ausgebildet. Diese Träger wurden in Wasser gesetzt und die Heizelemente angesteuert, so daß sich durch Erhitzen des Wassers Luftblasen bildeten. Durch Beobachtung mittels Stroboskop, Oszilloskop und Mikroskop wurde festgestellt, daß die Luftblasen zusammenwuchsen und in der Nähe des Heizelements als eine Blase zusammenfielen.

Dann wurde der obige Haltbarkeitstest mit mehreren gemäß Fig. 1 aufgebauten Aufzeichnungsköpfen durchgeführt und jeweils die Haltbarkeit und der Zustand aufgezeichnet. Dabei trat ein Bruch in der Mitte der in Fig. 11 gezeigten Heiz elemente infolge von Abblättern des Heizelements aufgrund elektrochemischen Schockeinflusses auf. Die Haltbarkeit betrug 1×10⁹ Punkte und mehr.

Der gleiche Haltbarkeitstest wurde unter Verwendung eines Gerätes durchgeführt, bei dem die Tintenausstoßrichtung gegenüber der Horizontalrichtung als Basis um einen Winkel von ±30° variiert wurde. Die Ergebnisse stimmten mit dem des vorbeschriebenen Falles nahezu überein.

Da die Haltbarkeit des Heizelements der Proben-Nr. 4 in Tabelle 2 7×10⁸ Punkte betrug, erweisen die vorstehenden Tests, daß die Haltbarkeit mit dieser Methode verbessert werden kann, bei der dafür gesorgt wird, daß die Luftblasen nicht auf den Heizelementen 5 zusammenfallen.

Eine zweite Methode besteht darin, einer Düse mehrere Heiz elemente 5 zuzuordnen und wenigstens einen Teil davon in einer Parallelschaltung zu verbinden. Hierzu wird auf Fig. 12(a) bis (c) Bezug genommen.

Auf gleiche Weise, wie für die erste Methode beschrieben, wurden Träger gemäß Darstellung in den Fig. 12(a) bis 12(c) hergestellt. Durch Beobachtung konnte festgestellt werden, daß die Verhältnisse der Luftblasenerzeugung gleich denen im vorigen Fall waren. Der Haltbarkeitstest mit diesen Trägern führte zu einer Haltbarkeit von 1×10⁹ Punkten. Hinsichtlich der Ausführungsform von Fig. 12(a) beispiels weise, bei der das Heizelement in fünf Teile unterteilt ist, konnte eine Kavitationsbeschädigung an einem der drei in der Mitte gelegenen Heizelementteile festgestellt werden. Selbst wenn an zwei Heizelementen Schäden auftraten, führte dies nicht zu einer Beeinträchtigung der Tinten strahlaufzeichnung. Ein Haltbarkeitstest, bei dem die Tintenausstoßrichtung variiert wurde, führte zu denselben Ergebnissen.

Wenn also wenigstens der einer Düse entsprechende Teil eines Heizelements 5 als Parallelschaltung ausgebildet wird, ist die Kavitationsbeschädigung auf einen Teil des gesamten Heizelements 5 beschränkt, so daß eine zuverlässigere und dauerhaftere Aufzeichnungsfunktion erreicht wird.

Die dritte Methode besteht darin, einen Film mit einer Dicke von 5 µm oder mehr an der Stelle aufzubringen, wo die durch Erhitzen der Tinte gebildeten Luftblasen zusammenfallen. Die Vorderansicht eines Heizelements 5 und der Aufbau des Films sind in den Fig. 13(a) bis (e) gezeigt. Fig. 13(f) zeigt das Heizelement 5 und den Aufbau des Films im Querschnitt, wobei D die Dicke oder Höhe des Films 63 über der Oberfläche des Heizelements 5 ist.

Als Material für den Film 63 sind elektrisch leitende Materialien wie Ta, Ti, Au, Pt, Cr und ähnliche oder Isoliermaterialien wie SiO₂, Ta₂O₅, lichtempfindliche Harze und ähnliches geeignet. Im Hinblick auf die Haltbarkeit sind Ti, Au oder SiO₂ zu bevorzugen. Der Film 63 kann durch Plattieren oder durch Fotolithographie beim Dünnfilmprozeß zur Herstellung der Elektroden oder der Heizelemente hergestellt werden.

Auf gleiche Weise wie für die erste Methode wurden Träger zu Testzwecken mit verschiedenen Dicken des Films 63 her gestellt und in Wasser beobachtet, wie die Blasen erzeugt wurden und dann zusammenfielen. Wenn die Dicke des Films 63 weniger als 5 µm beträgt, fallen die Blasen am Heizelement 5 zusammen, wie in Fig. 13(g) dargestellt. Wenn die Dicke des Films 5 µm oder mehr beträgt, fallen die Blasen auf dem Film 63 oder nahe seiner Oberseite zusammen. Die Durchführung des gleichen Haltbarkeitstests, der auch bei der ersten Methode angewandt wurde ergab, daß bei einer Filmdicke von unter 5 µm die Haltbarkeit 7×10⁸ und mehr Punkte betrug und Kavitationsschäden auftraten. Bei einer Dicke von 5 µm und mehr betrug die Haltbarkeit 1×10⁹ Punkte, und am Heizelement 5 traten keine Kavitationsschäden auf. Auch der Film 63 wurde nicht wesentlich beschädigt. Die Durchführung des Haltbarkeitstests mit variierender Tintenausstoßrichtung ergab keine anderen Ergebnisse.

Daraus ist zu schließen, daß das Vorsehen eines Films mit einer Dicke von 5 µm oder mehr an der Stelle, wo durch das Erhitzen der Tinte erzeugte Blasen zusammenfallen, die Haltbarkeit wirkungsvoll erhöht.

Die vierte Methode besteht darin, eine Temperaturregel schaltung vorzusehen, die die Tintentemperatur im Bereich der Düsen auf 70°C oder mehr hält.

Auf gleiche Weise wie in Verbindung mit der ersten Methode erläutert, wurden Träger hergestellt und unter Wasser beobachtet, wie Blasen erzeugt wurden und dann zusammenfielen. Es zeigte sich, daß bei einer Wassertemperatur von 50°C die Zeit bis zum Zusammenfallen der Luftblasen gegenüber Raum temperatur das 1,2-fache betrug. Bei einer Wassertemperatur von 70°C ergab sich gar der zweifache Wert verglichen mit Raumtemperatur. Durch die erhöhte Temperatur wurde also die Geschwindigkeit des Zusammenfallens der Blasen verringert, wodurch Kavitationsbeschädigungen weiter reduziert werden können.

Anhand der Fig. 4 und 14 sollen eine Temperaturregelschaltung und ein Temperaturregelverfahren erläutert werden. Wie in Fig. 14 dargestellt, sind im Aufzeichnungskopf ein Tem peraturfühler 71 und eine Heizvorrichtung 70 angeordnet. Die Lagen von Temperaturfühler 71 und Heizvorrichtung 70 sind nicht auf die Darstellung in Fig. 14 beschränkt. Temperatur fühler 71 und Heizvorrichtung 70 können in dem Aufzeichnungs kopf oder um ihn herum angeordnet sein. Gemäß Fig. 4 wird ein Signal vom Temperaturfühler 71 mittels des Vergleichers 72 mit einer von Widerständen Vr und r festgelegten Bezugsspannung verglichen. Das Ausgangssignal des Vergleichers 72, das dem Ergebnis des Spannungsvergleichs entspricht, steuert über einen Buffer Buf einen Transistor Tr ein bzw. aus. Auf diese Weise wird die Tintentemperatur auf einen gleichbleibenden Wert geregelt. Diese Temperatur kann über die Höhe der Bezugsspannung (also mittels des veränderbaren Widerstandes Vr) eingestellt werden. Ein üblicher Thermistor eignet sich als Temperaturfühler 71. Als Heizvorrichtung 70 sind ein ummantelter Heizkörper und ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizient (nachfolgend als PTC-Thermistor bezeichnet) geeignet. Insbesondere, wenn die Heiztemperatur auf einen fest vorgegebenen Wert geregelt werden soll, kann die Regelfunktion eines PTC-Thermistors ausgenutzt werden, so daß die übrigen Teile der Temperatur regelschaltung in Fig. 4 mit Ausnahme der Heizvorrichtung 70 entfallen können.

Es wurde der gleiche Aufzeichnungskopf wie bei der ersten Methode hergestellt und dann mit einem Thermistor als Temperatur fühler 71 und einem PTC-Thermistor, der einen Widerstand von 80 Ω bei Raumtemperatur und eine Curietemperatur von 100°C aufwies, als Heizvorrichtung 70 versehen. Dann wurde der gleiche Haltbarkeitstest wie bei der ersten Methode mit verschiedenen Tintentemperaturen ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.

Tabelle 3

Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, wurde bei einer Tintentemperatur von 70°C oder mehr eine Haltbarkeit (Lebensdauer) von 1×10⁹ Punkten und mehr erreicht. Nach Durchführung des Tests wurde die Düsenplatte entfernt, und es konnten keine Kavitationsschäden an den Heizelementen des Aufzeichnungskopfes festgestellt werden, wenn die Tintentemperatur 80°C oder mehr betragen hatte. Kleine Schäden wurden an den Heizelementen beobachtet, wenn die Tintentemperatur 70°C betragen hatte. Im Fall von 60°C und weniger zeigten sich erhebliche Schäden an den Heizelementen.

Daraus läßt sich folgern, daß die Regelung der Tintentemperatur im Bereich der Düsen auf 70°C oder mehr ein wirkungsvoller Weg ist, die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Aufzeichnungskopfes zu erhöhen.

Die vier voranstehend vorgestellten Methoden werden vorzugsweise in Kombination zur Erhöhung von Haltbarkeit und Zuverlässigkeit eingesetzt. Diese Methoden können auch bei den in den Fig. 28 und 29 gezeigten bekannten thermischen Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen zur Erhöhung von Haltbarkeit und Zuverlässigkeit eingesetzt werden, sind also nicht auf einen Aufbau des Aufzeichnungskopfes gemäß Fig. 1 beschränkt.

Wie vorher erwähnt, ist der Aufzeichnungskopf 21 des erfindungs gemäßen Gerätes nicht mit einer Sperre zum Verhindern von Übersprechen versehen. Es soll nun erläutert werden, wie ohne eine solche Sperre ein zufriedenstellender Tinten ausstoß und ein Druck hoher Qualität erreicht werden können.

Fig. 15 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufzeichnungs kopfes längs der Linie C-C′ in Fig. 1. Fig. 16 ist ein Zeitdiagramm, aus der die Ansteuerung der Heizelemente 5 a, 5 b und 5 c, die in Fig. 15 gezeigt sind, hervorgeht. Ein Rechteckimpuls einer Spannung V₁ und einer Breite T₁ wird an das Heizelement 5 a angelegt. Um die Zeit Tint verzögert, wird ein Rechteckimpuls der Spannung V₁ und der Breite T₁ an das Heizelement 5 b angelegt. Demgegenüber wiederum um die Zeit Tint verzögert, wird ein Rechteckimpuls der Spannung V₁ und der Breite T₁ an das Heizelement 5 c angelegt.

Drei Aufzeichnungsköpfe, bei denen die Materialzusammensetzung der Heizelemente 5 der Nummer 9 in Tabelle 1 entsprach und der Mittenabstand P der Heizelemente 5 106 µm, 202 µm bzw. 317 µm betrug, wurden hergestellt. Die Heizfläche der Heizelemente 5 hatte eine Breite von 80 µm und eine Länge von 160 µm. Der Aufzeichnungskopf wurde mit 4,0×10⁸ W/m², einer Impulsbreite T₁ von 6 µs und einer Steuerfrequenz für jedes einzelne Heizelement von 2 kHz betrieben. So wurde die Tinte a von den Druckköpfen ausgestoßen, wobei die Zeit Tint variiert wurde. Der Ausstoßzustand und die Geschwindigkeit wurden mittels eines Stroboskops, eines Oszilloskops und eines Mikroskops beobachtet. Die Ergebnisse sind in Fig. 17 dargestellt. Die Tintentropfen ausstoßgeschwindigkeit wurde nur von der Zeit Tint, nicht aber von dem Mittenabstand P der Heizelemente 5 beeinflußt.

Wurde die Zeit Tint kleiner als Tab gewählt (Bereich S in Fig. 17), dann wurden Tintentröpfchen stabil und mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, an den Nachbardüsen schwollen aber auch Tröpfchen an, mit anderen Worten, es trat ein Übersprechen auf, und der Tröpfchenausstoß erfolgte nicht störungsfrei. Wurde die Zeit Tint auf Tab oder mehr, aber weniger als Tbc eingestellt (Bereich M in Fig. 17) ergab sich kein stabiler Ausstoß der Tintentröpfchen, und die Ausstoßgeschwindigkeit war gering. Wenn jedoch die Zeit Tint Tbc oder mehr betrug (Bereich L in Fig. 17), dann wurden die Tintentröpfchen stabil und mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, und ein Übersprechen trat nicht auf. Die Zeit Tbc betrug unabhängig vom Mittenabstand P annähernd 40 µs. Dabei ergab sich eine Ausstoßgeschwindigkeit der Tintentröpfchen von annähernd 10 m/s.

Eine ähnliche Maßnahme zur Verhinderung des Übersprechens wird bereits in der Druckschrift JP-A-59-71 869 beschrieben, wo jedoch die Zeit Tint von 3 µs, 15 µs und 27 µs bei einem Mittenabstand P der Heizelemente von 130 µm als wirkungsvoll angegeben wird (entsprechend Bereich S in Fig. 17). Erfindungsgemäß liegt dagegen die Zeit Tint bei 40 µs oder mehr, was sich zur Tintenstrahlaufzeichnung hoher Dichte und hoher Bildqualität als sehr viel besser erwiesen hat.

Durch den Zeitversatz der Ansteuerung der benachbarten Heizelemente stellt sich ein Fehler bei der Aufzeichnungs position der Tintentröpfchen ein. Dies ist ein großes Problem bezüglich der Druckqualität, insbesondere bei einem Druck mit hoher Dichte.

Zur Vermeidung dieser Verschiebung sind die Reihen von Düsen 6 und Heizelementen 5 geneigt. Hierzu wird im einzelnen auf Fig. 18 Bezug genommen.

Fig. 18(a) ist eine Vorderansicht zweier benachbarter Düsen des in den Fig. 1 und 3 dargestellten Aufzeichnungskopfes. Fig. 18(b) ist ein Zeitdiagramm, das die Ansteuerungszeiten der Heizelemente 5, die den Düsen 6 a bzw. 6 b entsprechen, für den Fall zeigt, daß sich der Aufzeichnungskopf 21 in Richtung des Pfeiles B bewegt.

Die benachbarten Düsen 6 a und 6 b sind so geneigt, daß sich gemäß Darstellung in Fig. 18(a) in Richtung des Pfeiles B der Abstand Xab einstellt. Die diesen Düsen 6 a und 6 b entsprechenden Heizelemente 5 werden im Zeitmultiplexbetrieb mit der Periode T, der Impulsbreite T₁ und einem Zeit versatz von Tint betrieben.

Mit diesem Aufbau kann die Verschiebung der Aufzeichnungs position aufgrund der Bewegung des Aufzeichnungskopfes 21 und der Zeitmultiplexansteuerung der Heizelemente 5 dadurch völlig vermieden werden, daß die vom Aufzeichnungskopf 21 zur Bewegung über die Entfernung Xab benötigte Zeit gleich der Zeit Tint oder der Summe eines ganzzahligen Vielfachen der Periode T und der Zeit Tint gemacht wird. Diese Voraus setzung ist in der nachstehenden Gleichung ausgedrückt, in der DP die Entfernung ist, um die sich der Aufzeichnungskopf während einer minimalen Periode T, nämlich dem minimalen Mittenabstand der Düsen des Aufzeichnungskopfes 21 in Richtung des Pfeiles B bewegt. J ist eine ganze Zahl:

XAB = DP (Tint/T + J)

Der Fehler dieses Zusammenhangs zwischen Xab und Tint soll zur Verhinderung der Verschiebung gegenüber der richtigen Aufzeichnungsposition so klein wie möglich sein. Ein Fünftel von DP oder weniger als Fehler ist wünschenswert. Wenn der Fehler ein Zehntel von DP oder weniger beträgt, läßt sich die Verschiebung optisch nicht mehr feststellen.

Als nächstes wird der Aufbau der Düsenplatte 4 des Auf zeichnungskopfes 21 des erfindungsgemäßen Gerätes beschrieben.

Die Düsenplatte des in der eingangs erwähnten Druckschrift Journal of Hewlett-Packard Company beschriebenen Aufzeichnungs kopfes ist durch Elektroformung von Ni hergestellt. Zahlreiche kleine Vorsprünge sind um die Düsenplatte herum an der dem Träger zugewandten Fläche ausgebildet, und die Höhe des Zwischenraums zwischen den Heizelementen und den Düsen als Tintenspeicher ist durch die Höhe dieser Vorsprünge festgelegt. Träger und Düsenplatte sind verklebt. Bei der Herstellung der Düsenplatte muß darauf geachtet werden, daß die Höhe der kleinen Vorsprünge gleich ist, damit ein stabiler Tintenausstoß von den verschiedenen Düsen gewährleistet ist. Die Herstellung der Düsenplatten erweist sich deshalb als schwierig. Die Tinte kommt direkt mit dem Klebstoff in Verbindung und reagiert mit ihm, so daß die Verklebung beschädigt werden kann und die Düsen von Ausfällungen verstopft werden.

Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß die Düsenplatte 4 einen Düsenteil 33 mit den Düsen 6 und einen Stufenteil 34 umfaßt, der vom Düsenteil 33 gemäß Darstellung in den Fig. 1 und 2 durch eine gleichmäßige Stufe getrennt ist. Der Stufenteil 34 sorgt für einen Zwischen raum zwischen den Trägern 2 a, 2 b und dem Düsenteil 33. Der Düsenteil 33 ist nicht mit den herkömmlichen Sperren versehen.

An der Düsenplatte 4 und den Trägern 2 a und 2 b sind gemäß Darstellung in Fig. 1 Ausrichtungsmarkierungen 12 a und 12 b vorgesehen. Die Ausrichtungsmarkierung 12 a an der Düsen platte 4 wird bei der durch Elektroformung und Druckätzen oder ähnliches erfolgenden Herstellung der Düsenplatte 4 angebracht. Die Positionsgenauigkeit der Ausrichtungs markierung 12 a in bezug auf die Düsen 6 liegt im Bereich von einigen µm. Die Ausrichtungsmarkierung 12 b auf den Trägern 2 a und 2 b wird bei der Herstellung der Dünnfilmschaltungen für die Heizelemente 5 und die Elektroden 7 angebracht, und die Positionsgenauigkeit in bezug auf die Heizelemente 5 liegt ebenfalls bei einigen µm. Die Düsen 6 der Düsenplatte 4 und die Heizelemente 5 der Träger 2 a und 2 b können also mit Hilfe der Ausrichtungsmarkierungen 12 a und 12 b mit einer Genauigkeit von einigen µm auf einander ausgerichtet werden.

Die Ausrichtungsmarkierung 12 a ist vorzugsweise am Stufenteil 34, nicht am Düsenteil 33 angebracht, so daß ein durch Parallaxe bedingter Fehler bei der Ausrichtung vermieden wird. Die Lage der Ausrichtungsmarkierungen 12 a und 12 b ist nicht auf die Ecken der Düsenplatte 4, wie in Fig. 1 gezeigt, beschränkt.

Die Düsenplatte 4 und die Träger 2 a und 2 b sind durch eine Verklebung 18 miteinander verbunden, wobei die Befestigung so erfolgt, daß der Klebstoff und die Tinte nicht in direkte Berührung kommen.

Ein Herstellungsverfahren für den Aufzeichnungskopf 21 soll nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 19, 20, 21 und 22 beschrieben werden.

Zunächst wird gemäß Darstellung in Fig. 19 ein Träger 2, auf dem die Dünnfilmschaltung ausgebildet ist, mit einem Grundteil 3 aus Harz oder Metall, das mit dem Tintenspeicher 13 versehen ist, verklebt. Dann wird gemäß Fig. 20 die Tintenspeisenut 9 mit Hilfe eines Werkzeugs 36, etwa einer Zerteilungssäge, eingebracht und dabei der Träger in die beiden Träger 2 a und 2 b unterteilt.

Nach Entfernen der beim Schneiden erzeugten Späne durch Ultra schallreinigung werden die Düsenplatte 4 und die Träger 2 a und 2 b aneinander befestigt, wobei die relative Lage von Heizelementen 5 und Düsen 6 mit Hilfe der Ausrichtungsmarkierungen 12 a und 12 b festgelegt wird. An dieser Anordnung wird die Grundplatte 10 mit dem Tintenspeiseschlauch 1 und dem Filter 11 befestigt (Fig. 21 und 22). Schließlich wird ein Dichtungsabschnitt 8 mit einer unter Wärme aushärtbaren Dichtungsverbindung gefüllt, damit keine Tinte auslecken kann. Auf diese Weise erhält man den Aufzeichnungskopf 21.

Nach dem vorbeschriebenen Verfahren kann erfindungsgemäß der Aufzeichnungskopf 21 auf sehr viel einfachere Weise als herkömmliche Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe mit Tintenkanälen hergestellt werden. Der Tintenspeiseteil des Trägers des Aufzeichnungskopfes 21 kann ohne Maßnahmen wie eine Ultra schallbearbeitung, deren Ausbeute und Herstellungsgeschwindigkeit gering sind, und von der bei dem im Journal of Hewlett-Packard Company beschriebenen Aufzeichnungskopf Gebrauch gemacht wird, hergestellt werden.

Nachfolgend werden andere Möglichkeiten des Aufbaus eines für das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß der Erfindung geeigneten Aufzeichnungskopfes beschrieben.

Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform eines Farbtintenstrahl aufzeichnungskopfes, der nach dem obigen Herstellungs verfahren hergestellt wurde. Mit Hilfe eines einzigen Trägers (Substrats) sind Aufzeichnungsköpfe für die Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz ausgebildet. Die Genauigkeit zwischen den einzelnen Tintenstrahlteilen ist durch die der Dünnfilmschaltung auf dem Träger bzw. den Träger teilen festgelegt. Beim Stand der Technik müssen die einzelnen Tintenstrahlteile als Voraussetzung zur Erzielung genauer Mischfarbzustände aufeinander ausgerichtet werden, was bei herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungsgeräten schwierig zu bewerkstelligen ist. Der Aufzeichnungskopf des erfindungsgemäßen Geräts bedarf keiner solchen Ausrichtung. Die in Fig. 23 gezeigte einstückige Düsenplatte kann auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein.

Ausführungsformen eines Aufzeichnungskopfes, der für Drucke hoher Dichte und hoher Qualität geeignet ist, sind in den Fig. 24 und 25 gezeigt. In beiden Fällen sind zwei Reihen von Tintenausstoßteilen auf einer Seite parallel zur Tintenspeisenut 9 vorgesehen, insgesamt ergeben sich also vier Reihen auf beiden Seiten. Wenn eine Reihe beispielsweise 90 dpi entspricht, kann so ein Aufzeichnungskopf mit 360 dpi geschaffen werden.

Bei dem in Fig. 25 gezeigten Aufzeichnungskopf wird die Düsen platte 4 mechanisch mit Hilfe einer Andruckplatte 37 auf den Trägern 2 a und 2 b gehalten, wodurch sich ein Aufzeichnungs kopf mit einer größeren Zuverlässigkeit und längeren Lebensdauer verglichen mit dem Fall ergibt, daß Düsenplatte 4 und Träger verklebt sind. Eine Dichtung 38 verhindert ein Ausströmen von Tinte aus dem Zwischenraum zwischen der Düsenplatte 4 und den Trägern 2 a und 2 b.

Es sollen nun noch Tinten zur Verwendung für das erfindungs gemäße Tintenstrahlaufzeichnungsgerät erläutert werden. Eine erste Methode zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Tintenstrahlaufzeichnung auf üblicherweise verwendetem Aufzeichnungspapier wie holzfreiem Papier besteht darin, die Permeabilität der Tinte im Aufzeichnungs papier durch Zusatz eines ionischen oberflächenaktiven Mittels oder eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels zur Tinte zu erhöhen. Typische oberflächenaktive Mittel sind in Tabelle 4 angegeben.
oberflächenaktives MittelDioctylsulfosuccinatnatriumsalz
Natriumoleat
Dodecylbenzolsulfonsäure Nichtionisches
oberflächenaktives MittelDiäthylenglykolmono-n-butyläther
Triäthylenglykolmono-n-butyläther

Wenn der Tinte ein ionisches oberflächenaktives Mittel in einer Konzentration über die Mizellenbildung hinaus zugesetzt wird, erhält man eine ausreichende Permeabilität. Wenn jedoch zuviel von diesem Mittel zugesetzt wird, werden die Tinteneigenschaften instabil, und es tritt ein Verstopfen der Düsen mit Tinte aufgrund der Ausfällung des oberflächen aktiven Mittels auf. Eine günstige Menge reicht von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent. Insbesondere ist als ionisches oberflächenaktives Mittel Dioctylsulfosuccinatnatriumsalz geeignet, dessen Kraftpunkt (wo die Mizellenbildung auftritt) niedrig ist, und dessen Ausfällung nicht leicht zu erreichen ist, geeignet.

Wenn bei nichtionischen oberflächenaktiven Mitteln das Molekular gewicht des hydrophoben Radikals hoch ist, erweist sich die Wasserlöslichkeit als gering und die Tintenviskosität als erhöht. Ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel mit niedrigem Molekulargewicht verdampft aufgrund seines hohen Dampfdruckes aus der Tinte, was zu einem üblen Geruch führt und ferner dazu, daß sich die Tintenkomponente ändert und ein Verstopfen der Düsen durch Tinte hervorruft.

Die beiden in Tabelle 4 aufgeführten nichtionischen oberflächen aktiven Mittel sind geeignet. Eine günstige Menge liegt bei 5 bis 60 Gewichtsprozent zur Erzielung einer ausreichenden Permeabilität. Optimal ist eine Menge von 10 bis 30 Gewichtsprozent.

Herkömmliche Farbstoffe und Pigmente werden als Färbungs mittel verwendet. Allgemein kommen alle Arten von Azofarben, Indigofarben und Phthalocyaninfarben in Betracht. Konkreter können folgende Farbstoffe verwendet werden.

C. I. Direktschwarz 19
C. I. Direktschwarz 22
C. I. Direktschwarz 38
C. I. Direktschwarz 154
C. I. Direktgelb 12
C. I. Direktgelb 26
C. I. Direktrot 13
C. I. Direktrot 17
C. I. Direktblau 78
C. I. Direktblau 90
C. I. Säureschwarz 52
C. I. Säuregelb 25
C. I. Säurerot 37
C. I. Säurerot 52
C. I. Säurerot 254
C. I. Säureblau 9

Es kann ferner ein anorganisches Pigment oder ein organisches Pigment mit einem Partikeldurchmesser von 0,01 bis 3 µm verwendet werden, wobei es dann vorzugsweise in einem Dispersionsmittel dispergiert wird. Zwei oder mehr dieser Farbstoffe können zur Erzielung einer gewünschten Farb schattierung zugesetzt werden.

Tinte, die ein oberflächenaktives Mittel enthält, dringt schnell in das Aufzeichnungspapier ein und dispergiert rasch, sobald sie anhaftet. Die günstige Menge des Färbungs mittels ist deshalb 3 bis 10 Gewichtsprozent, noch besser 5 bis 7 Gewichtsprozent.

Die folgenden Benetzungsmittel können allein oder gemischt verwendet werden, um ein Verstopfen der Düsen mit Tinte zu verhindern.

Glyzerin
Diäthylenglykol
Triäthylenglykol
Polyäthylenglykol #200, #300, #400

Zur Erzielung einer ausreichenden Benetzungswirkung wird das Benetzungsmittel in einer Menge vom drei- bis siebenfachen der Menge des Färbungsmittels mit der Tinte vermischt.

Zusätzlich zu den obigen Komponenten kann eine geeignete Menge eines Antiseptikums, eines Schimmelbildungsverhinderers, eines pH-Einstellers und eines Chelatbildners zugesetzt werden. Der Rest ist Wasser.

Konkrete Zusammensetzungen sind wie folgt:

Tinte b
Lösungsmittel -
Glyzerin15 Gew.-% Polyäthylenglykol #30015 Gew.-% Dioctylsulfosuccinatnatriumsalz 1 Gew.-% Wasser61,8 Gew.-% Proxel (ein Schimmelbildungsverhinderer von der
ICI Corporation in England) 0,2 Gew.-% Farbstoff - C. I. Direktschwarz 154 7 Gew.-%

Tinte c
Lösungsmittel -
Triäthylenglykol20 Gew.-% Diäthylenglykolmono-n-butyläther40 Gew.-% Triäthanolamin 0,01-0,05 Gew.-% Wasserder Rest Proxel 0,2 Gew.-% Farbstoff - C- I. Direktschwarz 154 5 Gew.-%

Tinte d
Lösungsmittel -
Triäthylenglykol20 Gew.-% Diäthylenglykolmono-n-butyläther30 Gew.-% Triäthanolamin 0,01-0,05 Gew.-% Wasserder Rest Proxel 0,2 Gew.-% Farbstoff - C. I. Direktschwarz 22 5 Gew.-%

Jede dieser Mischungen wurde in einen Behälter gefüllt und unter ausreichendem Rühren auf 60-80°C erwärmt und dann unter Druck durch ein Membranfilter mit einem Öffnungs durchmesser von 1 µm gefiltert. Auf diese Weise wurden die einzelnen Tinten erhalten. Tintenstrahldruck wurde auf holzfreiem Papier gemäß Tabelle 5 unter Verwendung dieser Tinten mittels eines erfindungsgemäßen Tintenstrahlauf zeichnungsgeräts ausgeführt. Dabei betrug die Aufzeichnungs dichte 360 dpi mit 48 Düsen und einer Steuerfrequenz von 4 kHz.
HerstellerProdukt

Oji-SeishiHolzfreies Papier (Riesgewicht 70 kg) Kishu-SeishiFine PPC Daishowa-SeishiBM Papier Jujo-SeishiHakuba (holzfreies Papier) Fuji-ZeroxP Xerox (USA)10 series Smooth 3R54 Xerox (USA)4024 Supply net 3R721 Kimberley Clark (USA)Neenah Bond Papier

Jede der Tinten c, d und e haftete gut an allen Papieren, und man erhielt eine hervorragende Druckqualität.

Die zweite Methode zur Erzielung einer Tintenstrahlaufzeichnung hoher Qualität auf allgemein üblichem Aufzeichnungspapier besteht darin, das Aufzeichnungspapier vor- und nachzuheizen und die Tintentröpfchen in geschwollenem Zustand aufzubringen, so daß die Tinte rasch trocknet und auf dem Aufzeichnungspapier fixiert wird.

Als nächstes wird auf die Fig. 26 und 27 Bezug genommen, die eine Ausführungsform des Tintenstrahlaufzeichnungsgerätes zeigen, bei dem von diesem Aufzeichnungsverfahren Gebrauch gemacht wird. Fig. 26 ist eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus des Geräts, und Fig. 27 ist ein Seitenaufriß davon.

Der Grundaufbau ist der gleiche wie beim Gerät von Fig. 3. Es ist jedoch ein Heizelement 43 zum Erhitzen des Aufzeichnungs papiers an der Rückseite der Schreibwalze 29 angeordnet, und das Aufzeichnungspapier 30 wird während der Ausführung des Drucks vorgeheizt und nachgeheizt. Die bevorzugte Heiztemperatur liegt bei 100 bis 140°C. Ferner ist eine Richtwalze 42 dazu vorgesehen, eine durch das Vorheizen und Nachheizen des Aufzeichnungspapiers 30 bewirkte Kräuselung des Papiers wieder zu beseitigen. Die von den Düsen ausgestoßenen Tintentröpfchen haften an dem vorgeheizten Aufzeichnungspapier 30 an. Dann verdampft zunächst das Wasser mit hohem Dampfdruck, während die übrigen Komponenten wie Lösungsmittel, die ein Trocknen verhindern, und Färbungsmittel am Aufzeichnungspapier 30 fixiert werden.

PTC-Thermistoren oder ummantelte Heizkörper sind als Heizelement 43 geeignet. Das Heizelement 43 von Fig. 27 umfaßt 5 PTC-Thermistoren, je mit einem Durchmesser von 17 mm, einer Dicke von 2,5 mm, einem mittleren Widerstand von 20 Ω bei Raumtemperatur und eine Curietemperatur von 150°C. Diese PTC-Thermistoren sind parallelgeschaltet und gleichmäßig auf der Oberfläche der aus Aluminium mit einer durchschnittlichen Dicke von 2 mm hergestellten Schreibwalze 29 verteilt. Diese Oberfläche kommt nicht mit dem Aufzeichnungspapier 30 in Berührung. Aufgrund der Curietemperatur der PTC-Widerstände besitzt die Schreibwalze 29 eine Tempe raturselbstregelung. Unter Berücksichtigung der Wärmeableitung der Schreibwalze 29 selbst und des Wärmeübergangswiderstands vom Heizelement 43 auf die Schreibwalze 29 sollte die Curietemperatur höher als die Vorheiz- und die Nachheiz temperatur des Aufzeichnungspapiers 30 sein. Die Grenzen für den Vorheizbereich und den Nachheizbereich ändern sich je nach Tintenzusammensetzung, Anzahl von Tintentröpfchen, Aufzeichnungsgeschwindigkeit und Aufzeichnungsdichte. In einem Ausführungsbeispiel entsprach der Vorheizbereich vier Zeilen und der Nachheizbereich acht Zeilen.

Bei dieser Methode können dieselben Färbungsmittel wie bei der ersten Methode verwendet werden. Die normale Menge des Färbungsmittels beträgt 0,5 bis 10 Gewichtsprozent, ein bevorzugter Bereich liegt bei 0,5 bis 5 Gewichtsprozent und optimal sind 1 bis 3 Gewichtsprozent.

Die folgenden Benetzungsmittel können allein oder in Mischung verwendet werden:

Glyzerin
Diäthylenglykol
Triäthylenglykol
Polyäthylenglykol #200, #300, #400
Thiodiglykol
Diäthylenglykolmonomethyläther
Diäthylenglykoldiäthyläther

Wenn zuwenig Benetzungsmittel zugesetzt wird, tritt ein Verstopfen der Düsen durch Tinte auf. Wenn zuviel zugesetzt wird, trocknen die Tintentröpfchen schlecht. Die bevorzugte Menge liegt bei 5 bis 20 Gewichtsprozent.

Ferner wird eine geeignete Menge eines Antiseptikums, eines Schimmelbildungsverhinderers, eines pH-Einstellers und eines Chelatbildners zugesetzt. Der Rest ist Wasser.

Zur Verbesserung des Trocknens der Tintentröpfchen können folgende Lösungsmittel allein oder in Mischung zugesetzt werden. Die Menge reicht von 3 bis 30 Gewichtsprozent und ersetzt den entsprechenden Anteil Wasser:

Methylalkohol
Äthylalkohol
Isopropanol

Was die im Rahmen der Erfindung verwendbare Tinte betrifft, erwies sich bei ausführlichen Tests, daß die Oberflächen spannungen des Lösungsmittels und des Färbungsmittels, die in der Tinte enthalten sind und beim Druck auf dem Auf zeichnungspapier bleiben, die Druckqualität stark beeinflussen. Eine Tinte, bei der die Mischung aus Lösungsmittel und Färbungsmittel, die auf dem Aufzeichnungspapier zurück blieb, eine Oberflächenspannung von 35 mN/m und mehr bei 100°C hat, erwies sich als geeignet zur Erzielung eines Tintenstrahldrucks hoher Qualität.

Auf dieser Basis wurden folgende Tinten hergestellt:

Tinte e
Lösungsmittel -
Glyzerin10 Gew.-% Wasser88,4 Gew.-% Proxel 0,1 Gew.-% Farbstoff - C. I. Direktschwarz 154 1,5 Gew.-%

Tinte f
Lösungsmittel -
Thiodiglykol10 Gew.-% Wasser88,9 Gew.-% Proxel 0,1 Gew.-% Farbstoff - C. I. Säurerot 37 1 Gew.-%

Tinte g
Lösungsmittel -
Glyzerin 5 Gew.-% Diäthylenglykol 3 Gew.-% Thiodiglykol 2 Gew.-% Wasser87,8 Gew.-% Proxel 0,2 Gew.-% Farbstoff - C. I. Direktschwarz 22 2 Gew.-%

Tinte h
Lösungsmittel -
Thiodiglykol 5 Gew.-% Methylalkohol10 Gew.-% Äthylalkohol10 Gew.-% Isopropanol10 Gew.-% Wasser63,8 Gew.-% Proxel 0,2 Gew.-% Farbstoff - C. I. Säuregelb 25 1 Gew.-%

Zu Vergleichszwecken wurden folgende Tinten hergestellt:

Tinte i
Lösungsmittel -
Propylenglykol10 Gew.-% Wasser88,4 Gew.-% Proxel 0,1 Gew.-% Farbstoff - C. I. Direktschwarz 154 1,5 Gew.-%

Tinte j
Lösungsmittel -
Dimethylsulfoxid10 Gew.-% Wasser88,4 Gew.-% Proxel 0,1 Gew.-% Farbstoff - C. I. Direktschwarz 154 1,5 Gew.-%

Jeder dieser Mischungen wurde in einem Behälter gegeben und unter ausreichendem Rühren auf 60 bis 80°C erwärmt und dann unter Druck durch ein Membranfilter mit einem Öffnungs durchmesser von 1 µm gefiltert. Auf diese Weise wurden die Tinten erhalten.

Der Tintenstrahldruck wurde auf den holzfreien Papieren von Tabelle 5 unter Verwendung dieser Tinten mittels des erfindungs gemäßen Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts ausgeführt. Dabei betrug die Aufzeichnungsdichte 360 dpi mit 48 Düsen und einer Aussteuerfrequenz von 4 kHz.

Von jeder Tinte wurden 10 g in eine Waagschale gegeben und in einer Thermostatkammer auf 80°C gehalten. Durch Gewichts messung wurde dann bestätigt, daß das Wasser verdampft war. Das Ergebnis von Tintenstrahlaufzeichnungszustand und Oberflächenspannung der zurückbleibenden Komponente bei 100°C ist in Tabelle 6 aufgeführt.

Tabelle 6

Wie Tabelle 6 zeigt, konnte mit den Tinten e, f, g und h eine gute Druckqualität erzielt werden. Weitere ausführliche Tests erwiesen, daß die Tintenzusammensetzung nicht auf die der Tinten e, f, g und h beschränkt ist. Druck hoher Qualität kann mit Tinte erreicht werden, die folgende Bestandteile enthält: Färbungsmittel 0,5-10 Gew.-%, Polyalkohol (Glyzerin, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Polyäthylenglykol #200, #300 und #400, Thiodiglykol, Diäthylenglykol monomethyläther, Diäthylenglykoldimethyläther) von 5-20 Gew.-% und einem Rest aus Wasser, einer geringen Menge eines Antiseptikums, eines Schimmelbildungsverhinderers, eines pH-Einstellers und eines Chelatbildners. Gute Ergebnisse werden auch mit einer Tinte folgender Zusammensetzung erzielt: Färbungsmittel 0,5-10 Gew.-%, Polyalkohol (Glyzerin, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Polyäthylenglykol #200, #300 und #400, Thiodiglykol, Diäthylenglykolmonome thyläther, Diäthylenglykoldimethyläther) von 5-20 Gew.-% und einem Rest, der sich aus Methylalkohol, Äthylalkohol oder Isopropanol anstelle von 3-30 Gew.-% Wasser, einer geringen Menge eines Antiseptikums, eines Schimmelbildungs verhinderers, eines pH-Einstellers und eines Chelatbildners zusammensetzt. Wenn die Tinte auf 100°C erhitzt wird, sollte die Oberflächenspannung der zurückbleibenden Mischung aus Lösungsmittel und Färbungsmittel 35 mN/m oder mehr betragen.

Die Verwendung der Tinten b, c, d, e, f, g und h ergab eine Lebensdauer des Aufzeichnungskopfes, die gleich der im Fall der Tinte a war. Diese Tinten können nicht nur für den Aufzeichnungs kopf des erfindungsgemäßen Gerätes, sondern auch für herkömmliche thermische Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe verwendet werden. Drucke hoher Qualität auf üblicherweise verwendetem Aufzeichnungspapier wie holzfreiem Papier sind mit diesen Tinten erreichbar. Insbesondere können diese Tinten schnell auf dem Aufzeichnungspapier fixiert werden, so daß man eine Tintenstrahlaufzeichnung hoher Qualität ohne Verknitterung und Befleckung des Papierblatts erhält, was für Farbmischungen bei Farbtintenstrahlaufzeichnungen Voraussetzung ist.

Bezugszeichenliste 1Tintenspeiseschlauch 2 a, 2 bTräger 3Grundteil 4Düsenplatte 5Heizelement 6Düse 7Elektrode 8Dichtungsabschnitt 9Tintenspeisenut 10Grundplatte 11Filter 12 a, 12 bAusrichtungsmarkierung 13Tintenspeicher 14Grundmaterial 15Regenerierschicht 16Film 17Hilfselektrode 18Klebeverbindung 19Isolierschicht 20Tintenbehälter 21Aufzeichnungskopf 22Rahmen 23Schlittenführung 24Antriebsriemen 25Schlittenmotor 27Papierantriebsmotor 28Papierantriebsgetriebe 29Schreibwalze 30Papier 31Führungswalze 32Entlüftungsloch 33Düsenteil 34Stufenteil 36Zerteilungssäge 37Andruckplatte 38Dichtung 39Papierandruckteil 40Papiertransportwalze 41Führungswalze 42Richtwalze 43Heizelemente 50Hostrechner 51CPU 52Zeichengenerator 53Zeitmultiplexsteuerschaltung 54Flipflop 55Latch-Schaltung 56Einzelimpulsgenerator 57Oszillator 58Schieberegister 59Heizelementtreiberschaltung 60Beschädigte Stelle 61Tinte 61 aTintentröpfchen 62Luftblase 63Film 70Heizvorrichtung 71Temperaturfühler 72Vergleicher 90Sperre 92Schutzschicht 93Kavitationsabsorbierschicht 94Antioxidationsschicht 96Schutzschicht aus anorganischem Material 97Schutzschicht aus lichtempfindlichem Harz SWSchalterelemente PMittenabstand der Heizelemente BufPuffer TrTransistor

Claims

1. Thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, bei dem Tintentröpfchen durch Erhitzen von Tinte aus Düsen zur Bildung von Punkten auf einem den Düsen gegenüberliegenden Aufzeichnungsmedium ausgestoßen werden, umfassend
mehrere Träger (2 a, 2 b) auf denen eine Vielzahl von Heizelementen (5) in Reihen angeordnet ist, und die parallel zu den Heizelementreihen mit Zwischenräumen (9) angeordnet sind, und
wenigstens eine Düsenplatte (4) mit einer Vielzahl von Düsen (6), die an der Vorderseite der Träger (2 a, 2 b) angeordnet ist, wobei
durch die Zwischenräume (9) Tinte von der Rückseite der Träger (2 a, 2 b) zwischen die Träger und die Düsenplatte (4) geleitet wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (5) auf den benachbarten Trägern (2 a, 2 b) vertikal gegeneinander versetzt sind.

3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (4) sich aus einem Düsenventil (33) mit einer gleichförmigen Dicke und einem Stufenteil (34) zusammensetzt, welcher von dem Düsenteil (33) durch eine Stufe abgesetzt ist, und daß durch die Stufe zwischen den die Heizelemente (5) tragenden Trägern (2 a, 2 b) und dem Düsenteil (33) ein Zwischenraum gebildet wird.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ecken von Düsenplatte (4) und Trägern (2 a, 2 b) je Ausrichtungs markierungen (12 a, 12 b) vorgesehen sind.

5. Thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das Erhitzen der Tinte bewirkenden Heizelemente (5) aus Ta-N-SiO₂ oder Ta-SiO₂ bestehen, eine oberste Schicht einer zur Speisung der Heizelemente dienenden Dünnfilmschaltung aus den Materialien der Heizelemente oder Ti besteht, und daß ein Teil oder die gesamte Oberfläche der Heizelemente direkt mit der Tinte in Berührung steht.

6. Thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Erhitzen der Tinte herrührende Luftblasen an anderer Stelle als an den zum Erhitzen der Tinte dienenden Heizelementen (5) zusammenfallen.

7. Thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Heizelemente (5) entsprechend einer Düse (6) in mehrere, eine Parallelschaltung bildende Teile unterteilt ist.

8. Thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dünnfilm mit einer Dicke von 5 µm oder mehr an der Stelle vorgesehen ist, wo durch das Erhitzen von Tinte erzeugte Luftblasen zusammen fallen.

9. Thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperaturregelschaltung, die die Temperatur der Tinte im Bereich der Düsen auf 70°C oder mehr hält.

10. Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale von zwei oder mehr der Patentansprüche 6 bis 9.

11. Thermisches Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer einer Zeitmultiplexsteuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmultiplexsteuerschaltung (53) 40 µs oder mehr Zeitdifferenz zwischen der Speisung benachbarter Heizelemente (5) mit elektrischer Energie bewirkt und ein Fehler der Aufzeichnungsposition der Tintentröpfchen aufgrund der Zeitmultiplexansteuerung durch eine entsprechende relative Position der Düsen (6) aufgehoben wird.

12. Wäßrige Tintenzusammensetzung zur Verwendung in einem thermischen Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere einem solchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
3-10 Gew.-% eines Färbungsmittels,
0,5-3 Gew.-% eines ionischen oberflächenaktiven Mittels oder 5-50 Gew.-% eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels,
die drei- bis siebenfache Menge des Färbungsmittels an Polyalkoholen als Benetzungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Glyzerin, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Polyäthylenglykol #200, #300, #400 und Mischungen daraus, und
Rest Wasser, eine sehr kleine Menge eines Antiseptikums, ein Schimmelbildungsverhinderer, ein pH-Einsteller und ein Chelatbildner.

13. Tintenzusammensetzung zur Verwendung bei einem thermischen Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, insbesondere einem solchen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend:
0,5-10 Gew.-% eines Färbungsmittels,
5-20 Gew.-% Polyalkohole als Benetzungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Glyzerin, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Polyäthylenglykol #200, #300, #400, Thiodiglykol, Diäthylenglykol, Diäthylenglykolmonomethyl äther und Diäthylenglykoldimethyläther, und
Rest Wasser, eine sehr geringe Menge eines Anti septikums, ein Schimmelbildungsverhinderer, ein pH-Wert- Einsteller und ein Chelatbildner.

14. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 13, bei der 3 bis 30 Gew.-% Wasser durch Methylalkohol, Äthylalkohol, Iso propanol oder Mischungen daraus ersetzt sind und die Ober flächenspannung der Mischung aus Lösungsmittel und Farbstoff, die bei Erhitzung auf 100°C in flüssigem Zustand bleibt, 35 mN/m oder mehr beträgt.