DE4141203A1

DE4141203A1 - Tintenstrahl-schreibkopf und verfahren zu dessen herstellung sowie verfahren zum ausstossen eines tintentroepfchens durch einen tintenstrahl-schreibkopf

Info

Publication number: DE4141203A1
Application number: DE4141203A
Authority: DE
Inventors: Takuro Sekiya; Mitsuru Shingyouchi; Takashi Kimura; Takayuki Yamaguchi; Yoshio Watanabe; Shuji Motomura; Eiko Suzuki; Masami Kadonaga
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1992-06-17
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: DE4141203C2; US5389962A; JPH0564889A

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Schreibkopf und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein Verfahren zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens durch einen Tintenstrahl- Schreibkopf, und sie betrifft insbesondere einen Tinten strahl-Schreibkopf und ein Verfahren zum Ausstoßen von Tinte aus demselben, wobei die Tinte genau aus dem Tintenstrahl kopf ausgestoßen und ein feines Punktbild auf einem Aufzeich nungsblatt erzeugt werden kann, sowie ein Verfahren zum Er zeugen eines Tintenstrahlkopfes, gemäß welchem der Tinten strahlschreibkopf mit niedrigen Kosten genau und leicht her gestellt werden kann.

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Einrichtungen zum Erzeugen eines Bildes auf einem Aufzeichnungsblatt durch Aus stoßen von Tintentröpfchen vorgeschlagen worden.

In den US-Patenten 30 60 429, 35 96 275 und 34 16 153 sind Verfahren zum Erzeugen eines Punktbildes beschrieben, bei welchen Tintenpunkte mittels einer elektrostatischen Kraft ausgestoßen werden. Das in dem US-Patent 30 60 429 beschrie bene Verfahren wird oft auch als ein Fernschreibverfahren be zeichnet; das in dem US-Patent 35 96 257 bezeichnete Verfah ren wird oft als "Sweet-Verfahren" bezeichnet, und das in dem US-Patent 34 16 153 bezeichnete Verfahren wird oft als ein Hertz-Verfahren bezeichnet.

In dem US-Patent 37 47 120 ist ein oft als Stemme-Methode bezeichnetes Verfahren beschrieben, bei welchem die Tinten tröpfchen aus Öffnungen mit Hilfe eines Schwingungen erzeu genden Mechanismus, wie einer piezoelektrischen Vorrichtung, ausgestoßen werden. Es sind auch andere Verfahren zum Aussto ßen von Tintentröpfchen mit Hilfe von in der Tinte erzeugten Blasen vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist in dem US- Patent 45 80 148 ein Verfahren zum Ausstoßen von Tintentröpf chen beschrieben, bei welchem, nachdem eine Blase ihre maxi male Ausdehnung erreicht hat, das Tintentröpfchen von der Ober fläche der Tintenschicht aufgrund einer Kraft ausgestoßen wird, welche erzeugt wird, wenn die Blase schnell zusammen fällt bzw. zusammengedrückt wird. Bei diesem Verfahren können, wenn die Blase schnell zusammenfällt, kleine Tintentröpfchen (Nebel) und nicht das ursprüngliche Tintentröpfchen leicht er zeugt werden. Folglich verschlechtert sich leicht die Güte eines auf dem Aufzeichnungsblatt erzeugten Bildpunktes.

In den US-Patenten 45 58 333, 46 83 481, 47 94 410 und 48 82 595 sind Ausführungen eines Tintenstrahl-Schreibkopfes beschrieben, in welchen Tintentröpfchen mit Hilfe von Blasen ausgestoßen werden. Bei dieser Art des Tintenstrahl-Schreib kopfes ist ein Heizelement von Wandungen umgeben, und die Blase wird in der Tinte auf dem Heizelement durch die von diesem ausgehende Hitze erzeugt. Das Tintentröpfchen wird in einer zu dem Heizelement senkrechten Richtung durch die Aus dehnungskraft der Blase ausgestoßen. In dem in den vorstehen den Druckschriften beschriebenen Tintenstrahl-Schreibkopf ist jedoch eine Platte mit Öffnungen an den Wandungen ange bracht, so daß jede der Öffnungen dem Heizelement gegenüber liegt. Jede dieser Öffnungen kann durch die Tinte, deren Viskosität zunimmt, verstopft werden. Außerdem wird die Tinte von der Innenseite der Wandungen über Strömungsschlitze zu geführt, welche zwischen den Wandungen ausgebildet sind. Wenn die Blase wächst, fließt ein Teil der Tinte an dem Heizele ment durch die Vortriebskraft der Blase in Richtung der Außen seite der Wandungen durch die Strömungsschlitze. Das heißt, es ist schwierig, Tröpfchen wirksam auszustoßen.

Gemäß der Erfindung soll daher ein Tintenstrahlschreibkopf, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein Verfahren zum Ausstoßen von Tintentröpfchen durch einen solchen Schreib kopf geschaffen werden, bei welchen die Nachteile der bis herigen Verfahren und Einrichtungen beseitigt sind. Ferner sollen ein Tintenstrahl-Schreibkopf sowie ein Verfahren zum Ausstoßen von Tintentröpfchen geschaffen werden, bei welchem die Tintentröpfchen von dem Tintenstrahl-Schreibkopf wirksam ausgestoßen werden können. Darüber hinaus soll ein Tinten strahl-Schreibkopf geschaffen werden, bei welchem die Dicke einer Tintenschicht leicht und genau auf einem konstanten Wert gesteuert werden kann. Darüber hinaus soll gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Tintenstrahl-Schreibkopfes geschaffen werden, bei welchem der Tintenstrahl-Schreibkopf gemäß einem Photolithographie-Verfahren bequem erzeugt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Tintenstrahl-Schreib kopf durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Unteransprüche 2 bis 11. Ferner ist gemäß der Erfindung dies auch bei einem Verfahren zum Ausstoßen eines Tintenstrahl tröpfchens aus einem Tintenstrahl-Schreibkopf durch die Merk male im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 12 erreicht.

Gemäß der Erfindung wird, wenn eine Blase jeweils in Einfas sungen erzeugt wird, in welchen keine Tinte von deren Seite her fließt, die durch das Wachsen der Blase erzeugte Vor triebskraft wirksam in Richtung der Öffnung jeder der Ein fassungen übertragen. Folglich kann das Tintentröpfchen ständig aus dem Tintenstrahl-Schreibkopf ausgestoßen werden.

Ferner ist gemäß der Erfindung dies bei einem Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Schreibkopfes durch die Merk male im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 15 erreicht. Wenn gemäß der Erfindung eine Metallschicht zwischen ersten und zweiten Photolackschichten erzeugt wird, können eine erste Platte, auf welcher die Heizelemente gebildet sind, und eine zweite Platte, auf welcher ein Kanal ausgebildet ist, durch das Photolithographieverfahren aus den Photolackschichten hergestellt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnun gen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Schreib kopfchips gemäß einer Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 2A und 2B Schnittansichten entlang einer Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3A und 3B Diagramme, in welchen Prozesse zum Herstellen des Schreibkopfchips wiedergegeben sind;

Fig. 4A eine in Einzelheiten aufgelöste perspektivische Darstellung einer Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit einschließlich des in Fig. 1 dargestellten Schreib kopfchips;

Fig. 4B eine perspektivische Darstellung eines Beispiels der Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit;

Fig. 5 ein Diagramm, in welchem ein Ablauf zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens von dem Schreibkopfchip dargestellt ist;

Fig. 6 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform des Aufbaus des Schreibkopfchips;

Fig. 7A ein Diagramm, in welchem die Dicke der Tinte in einem Heizteil in einem stabilen Zustand darge stellt ist;

Fig. 7B ein Diagramm, in welchem die Dicke der Tinte in dem Heizteil in einem Zustand dargestellt ist, in welchem die größte Blase erhalten wird;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels des Aufbaus des Schreibkopfchips;

Fig. 9 ein Diagramm, in welchem ein Ablauf zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens von dem in Fig. 8 darge stellten Schreibkopfchip wiedergegeben ist;

Fig. 10 ein Diagramm, in welchem eine Beziehung zwischen der Dicke der Tintenschicht auf dem Heizelement und der Höhe der Tintensäule wiedergegeben ist, welche von der Oberfläche der Tintenschicht vor steht;

Fig. 11 eine in Einzelheiten aufgelöste perspektivische Darstellung eines weiteren Beispiels der Tinten strahl-Schreibkopfeinheit;

Fig. 12 ein Diagramm des Prinzips eines Mechanismus, um die Dicke der Tintenschicht auf dem Schreibkopf chip auf einem konstanten Wert zu halten;

Fig. 13 ein Diagramm, in welchem Beziehungen jeweils zwischen Vertiefungen und einem entsprechenden Heizelement wiedergegeben sind;

Fig. 14A und 14B Diagramme des Ablaufs zum Erzeugen des Schreibkopfchips;

Fig. 15A und 15B Schnittansichten, in welchen der Aufbau des Schreibkopfchips wiedergegeben ist, welches ent sprechend einem anderen Prozeß erzeugt wird;

Fig. 16A und 16B Diagramme, in welchen der Aufbau eines an deren Schreibkopfchips gemäß der Erfindung dar gestellt ist, und

Fig. 17 eine perspektivische Darstellung eines Tinten strahldruckers mit einem Tintenstrahl-Schreibkopf gemäß der Erfindung.

Nunmehr werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Fig. 1 bis 6 beschrieben. Zuerst wird ein Grundaufbau einer Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit beschrieben. In Fig. 1 ist ein wesentlicher Teil eines Tintenstrahl-Schreibkopfs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 ist der Einfachheit halber ein Tintenstrahl dargestellt, welcher nur drei Heizelemente (Energiesteuerteile) aufweist; eine Tintenzuführeinheit, eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Heizelemente usw. sind weggelassen. In Fig. 2A und 2B sind Schnittansichten entlang einer Linie A-A in Fig. 1 dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 2A einen stabilen, stationären Zustand, bei welchem die Heizelemente nicht angesteuert sind, während in Fig. 2B ein Zustand dargestellt ist, bei welchem die Heizele mente angesteuert sind. In Fig. 3A und 3B sind Verfahrensab läufe zum Herstellen eines Schreibkopfchips dargestellt, das in dem Tintenstrahl-Schreibkopf vorgesehen ist.

In Fig. 1 weist ein Schreibkopfchip eine Heizunterlage 1, eine Photolackschicht 2 und eine Tintenzuführplatte 3 auf, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Das Schreibkopfchip wird beispielsweise gemäß einer in Fig. 3A dargestellten Prozedur hergestellt. Eine bekannte Schicht erzeugungstechnik, wie beispielsweise ein Farblithographie verfahren, eine Ätztechnik u. ä., wird bei einem Substrat angewendet, das beispielsweise aus einem Si-Wafer, aus Glas, aus Aluminiumoxid u.ä. hergestellt ist, so daß die Heizunter lage 1 erzeugt wird. Das heißt, die Heizunterlage 1 wird mit einer Waferverarbeitungstechnologie hergestellt. Heiz elemente 6 werden auf der Heizunterlage 1 so hergestellt, wie in Fig. 3A (a) dargestellt ist. Die Photolackschicht 2 wird auf die Heizunterlage 1 aufgetragen. Vertiefungen 2a werden durch das Photolithographieverfahren in der Photolack schicht 2 ausgebildet, so daß jede der Vertiefungen 2a einem der Heizelemente 6 entspricht. Jedes der Heizelemente 6 liegt frei unter einer entsprechenden Vertiefung 2a. Jede der Ver tiefungen 2a hat eine Tiefe in einem Bereich zwischen einigen Mikrometern (µm) und mehreren zehn Mikrometern. Folglich kann eine Photolackschicht mit einer Dicke von etwa 1 µm, welche normalerweise zum Herstellen einer integrierten Schaltung (IC) verwendet wird, hier nicht verwendet werden. Wenn ein flüssiges Photolackmaterial auf das Substrat durch einen Schleuderbeschichtungsprozeß aufgebracht ist, kann die Photo lackschicht mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 40 µm auf dem Substrat unter Bedingungen ausgebildet werden, wenn eine Viskosität des flüssigen Photolackmaterials in einem Bereich von 1000 bis 2000 cp liegt und eine Umdrehungsgeschwindigkeit bei dem Schleuderbeschichtungsprozeß in einem Bereich von 3500 bis 1000 U/min liegt. Als Photolackmaterial kann vorzugs weise BMRS1000 verwendet werden, das von TOKYO OHKA Industrial Co., LTD hergestellt ist.

Die Vertiefungen 2a können auch durch andere Prozesse in der Photolackschicht 2 erzeugt werden. Beispielsweise werden, nachdem eine trockene Photolackschicht auf dem Substrat als Schicht aufgebracht ist, Belichtungs- und Entwicklungspro zesse durchgeführt, so daß die Vertiefungen 2a in der Photo lackschicht 2 erzeugt werden. In diesem Fall kann als Photo lackmaterial Ordyl SY 250 verwendet werden, das ebenfalls von TOKYO OHKA Industrial CO., LTD hergestellt ist.

Nachdem die Photolackschicht 2 mit den Vertiefungen 2a auf der Heizunterlage 1 (dem Substrat) ausgebildet ist, wird die Tintenzuführplatte 3 mit einem Tintenkanal 3a (einer Nut), wie in Fig. 3A(b) dargestellt ist, auf die Oberfläche der Pho tolackschicht 2 geklebt. Die Platte 3 mit dem Tintenkanal 3a ist beispielsweise durch Ätzen eines photoempfindlichen Glases erzeugt. Jede Stelle, an welcher sich Tintenkanal segmente (welche den Tintenkanal 3a bilden) auf der Tintenzu führplatte 3 kreuzen, entspricht einer der Vertiefungen 2a. Die Platte 3 wird auf die Oberfläche der Photolackschicht 2 geklebt, indem ein Epoxid-Klebemittel durch Kapillarwirkung zwischen die Tintenzuführplatte 3 und die Photolackschicht 2 eindringt.

Nachdem das Klebemittel ausgehärtet ist, werden Schlitze 4 mittels einer Serie in der Tintenzuführplatte 3 ausgebildet, welche mit dem Tintenkanal 3a zu verbinden sind, wie in Fig. 3A(c) dargestellt ist. Tinte, welche dem Tintenstrahlkopf zu geführt wird, läuft durch die Schlitze 4 und füllt den Kanal 3a.

Ein Prozeß zum Herstellen des Schreibkopfchips ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Prozeß beschränkt. Das Schreib kopfchip kann entsprechend einer in Fig. 3B dargestellten Pro zedur hergestellt werden. In diesem Fall werden Schlitze 4, die zum Zuführen der Tinte verwendet werden, auf der Photo lackschicht 3 durch Photolithographie-Verfahren ausgebildet, wenn die Vertiefungen 2 ausgebildet werden, wie in Fig. 3B(b) dargestellt ist. Danach wird die Platte 3 mit dem Kanal 3a auf die Oberfläche der Photolackschicht 2 geklebt, so daß die Schlitze 4 in der Photolackschicht 2 und der Kanal 3a der Tintenzuführplatte 3 miteinander verbunden sind, wie in Fig. 3B(c) dargestellt ist.

Bei einer anderen Methode wird, nachdem die Vertiefungen an der Heizunterlage 1 ausgebildet sind, das Photolithographie Verfahren wieder durchgeführt, so daß der in Fig. 3A(c) dar gestellte Kanal 3a erzeugt wird. In diesem Beispiel ist der Kanal, welcher bei dem Photolithographie-Verfahren verwendet worden ist, welches wieder durchgeführt wird, tief, d. h. die Dicke der Photolackschicht, die bei dem Photolithographie Verfahren verwendet wird, ist groß. Folglich wird ein flüs siges Photolackmaterial mit einer hohen Konkavität oder die trockene Photolackschicht verwendet.

Eine Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit 20 weist, wie in Fig. 4A dargestellt, das Schreibkopfchip 10 auf, das entsprechend dem vorstehend beschriebenen Prozeß hergestellt worden ist.

In Fig. 4A hat die Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit 20 als ein Grundteil einen trapezförmigen Verteiler 22, in welchem eine Tintenzuführkammer 22a ausgebildet ist. Ein Tintenzuführrohr 21 ist mit der Kammer 22a des Verteilers 22 verbunden. Das Schreibkopfchip 10 ist oben auf dem Verteiler 22 angebracht. Die durch das Rohr zugeführte Tinte wird über die Kammer 22a zu der Oberseite des Verteilers 22 geleitet, so daß die Tinte über beide Seiten des Schreibkopfchips und Zwischenräume a, welche an der Oberseite des Verteilers 22 ausgebildet sind, den Schlitzen 4 des Schreibkopfchips 10 zugeführt wird. Dann werden der Kanal 3a und die Vertiefungen 2a aufgrund der Kapillarwirkung mit Tinte gefüllt.

Eine leitende Leiterplatte 24, die eine Dünnschichtform auf weist, ist mit Hilfe eines Rahmens 23 an dem Verteiler 22 angebracht, wodurch das Schreibkopfchip 10 abgedeckt ist. Die Leiterplatte 24 weist linienförmige Leiter auf, die je weils mit einem entsprechenden Heizelement 6 des Schreibkopf chips 10 verbunden sind. Das heißt, ein (flächiges) Verbin dungsteil, das mit jedem der Leiter der Leiterplatte 24 ver bunden ist, und ein Verbindungsteil, das mit einem der ent sprechenden Heizelemente 6 verbunden ist, sind miteinander durch eine Drahtverbindung verbunden. Die vorerwähnten Ver bindungsteile, die Verbindungsdrähte, welche die Verbindungs teile miteinander verbinden, u. a. sind von Kunstharz umschlos sen, wodurch verhindert ist, daß sie mit der Tinte in Kontakt kommen. Die Leiter der Leiterplatte 24 sind auch mit einer (nicht dargestellten) Ansteuereinheit verbunden, um das Schreibkopfchip 10 entsprechend einer Bildinformation anzu steuern.

In Fig. 4B ist eine andere Ausführungsform einer vollständig montierten Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit dargestellt. In Fig. 4B wird die Tinte von dem Zuführrohr 21 über beide Seiten des Schreibkopfchips 10 und die Schlitze 4 den Vertiefungen 2a zugeführt. Das Schreibkopfchip 10 und eine gedruckte Schal tungsplatte (PCD) 25 sind durch die Verbindungsdrähte mitein ander verbunden.

Als nächstes wird das Prinzip des Ausstoßens von Tintentröpf chen beschrieben. Die Tinte, welche von dem Rohr 21 der Kammer 22a zugeführt worden ist, fließt durch die Schlitze 4, und dann wird der Kanal 3a des Schreibkopfchips 10 mit der Tinte gefüllt. In diesem Fall wird ein Unterschied zwischen einer Wassersäule eines Tintensammelbehälters, welcher mit dem Tintenzuführrohr 21 verbunden ist, und derjenigen des Schreibkopfchips 10 so gesteuert, daß der Tintenkanal 3a des Schreibkopfchips 10 ohne weiteres mit der Tinte gefüllt wer den kann. Die Höhe der Tinte an jedem der Heizelemente 10 hängt von der Tiefe einer entsprechenden Vertiefung 2a und der Tiefe des Tintenkanals 3a ab. In diesem Fall kann die Höhe der Tinte an jedem der Heizelemente 6 dadurch fein ver ändert werden, daß ein Meniskus des Tintenkanals 3 ent sprechend dem Prinzip gesteuert wird, bei welchem der Unter schied zwischen den Wassersäulen eines U-förmigen Rohrs be rücksichtigt wird.

In dem stationären, stabilen Zustand, bei welchem der Tinten kanal 3a mit Tinte gefüllt ist und die Höhe der Tinte an je dem der Heizelemente 3 so gesteuert wird, wie in Fig. 2A dar gestellt, wird, wenn jedem der Heizelemente 6 entsprechend der Bildinformation elektrische Energie zugeführt wird, eine Blase in der Tinte an jedem der Heizelemente 3 erzeugt, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Die Tinte wird dann aus deren Oberfläche durch eine Art Vortriebskraft der Blase heraus geschleudert, und dann wird ein Tintentröpfchen 5a von der Oberfläche der Tinte in einen Teil des Kanals 3a, welcher jeweils den Vertiefungen 2a entspricht, in einer im wesent lichen senkrechten Richtung ausgestoßen.

Nunmehr wird anhand von Fig. 5 im einzelnen das Prinzip eines Tintenausstoßes beschrieben. In Fig. 5 sind ein Heizele ment und dessen Umgebungsbereich vergrößert dargestellt. In Fig. 5 sind Elektroden u. a. der Einfachheit halber weggelassen.

In Fig. 5(a) ist ein stationärer, stabiler Zustand dargestellt, bei welchem der Kanal 3a und die Vertiefung 2a mit Tinte 5 gefüllt sind, welche durch den Kanal 3a fließt. Wenn in diesem Zustand die elektrische Energie an das Heizelement 6 angelegt wird, wird dessen Oberflächentemperatur durch die Wärme des Heizelements schnell erhöht. Dann wird die Tinte bis zum Sieden erhitzt, so daß ein Zustand erhalten wird, in welchem die Tinte des Heizelements 6 kleine Blasen aufweist, welche in ihr verteilt sind, wie in Fig. 5(b) dargestellt ist. Die Tinte an dem Heizelement 6 wird schnell erhitzt und verdampft, so daß eine dünne siedende Schicht, welche eine Dampfschicht ist, an der Oberfläche des Heizelements 6 erzeugt wird, wie in Fig. 5(c) dargestellt ist. Wenn eine Blase 7 heranwächst, wie vorstehend beschrieben ist, liegt die Oberflächentem peratur des Heizelements 6 in einem Bereich von 300 bis 350°C.

In der Tinte, welche auf dem Heizelement 7 vorhanden ist, wird deren Oberfläche durch die Vortriebskraft angehoben, was auf dem Wachsen der Blase 1 beruht, wie in Fig. 5(c) darge stellt ist. In Fig. 5(d) bis (f) sind Zustände dargestellt, während welcher die Blase 7 in der Tinte auf dem Heizelement weiter wächst. In dem in Fig. 5(d) dargestellten Fall wird die Oberfläche der Tinte durch das Wachsen der Blase 7 weiter an gehoben. In dem in Fig. 5(e) dargestellten Fall wächst die Blase 7 weiter, und zwar wächst sie höher als die Oberfläche der Tinte, so daß eine Tintensäule 5b von der Oberfläche der Tinte vorsteht. In dem in Fig. 5(f) dargestellten Fall wird die größte Blase 7 erhalten. Die Zeit, welche erforderlich ist, um die größte Blase zu erhalten, hängt von dem Aufbau der Tin tenstrahl-Schreibkopfeinheit 20 (der Heizelementunterlage) von Bedingungen, unter welcher das pulsförmige Signal (die elektrische Energie) dem Heizelement 6 zugeführt wird, u. a. ab. Im allgemeinen wird eine Zeit im Bereich von 5 bis 30 µs für erforderlich angesehen, um die größte Blase zu erhalten. Wenn die größte Blase erhalten wird, wird dem Heizelement 6 keine weitere elektrische Energie zugeführt.

Zu diesem Zeitpunkt nimmt dann die Oberflächentemperatur des Heizelements 6 ab. Eine Zeit, während welcher die größte Blase 7 erhalten wird, wird bis etwa nach einer Zeit verzö gert, an welcher der elektrische Impuls an das Heizelement 6 angelegt wird. Fig. 5(g) zeigt einen Zustand, bei welchem die Blase 7 durch die Tinte abgekühlt wird und die Tinte und folglich die Blase 7 beginnt, sich zusammenzuziehen. In die sem Fall wird das vordere Ende der Tintensäule 5a mit einer Geschwindigkeit ausgestoßen, welche anfangs erhalten wird, und das hintere Ende der Tintensäule 5b wird in Richtung der Tinte gezogen, die noch auf dem Heizelement 6 vorhanden ist. Folglich hat die Tintensäule 5b an ihrem hinteren Endteil einen schmalen Teil.

Wenn sich die Blase 7 weiter zusammenzieht, dann wächst der schmale Teil der Tintensäule 5b weiter, wie in Fig. 5(h) dar gestellt ist. Danach wird die Tintensäule 5b von der Tinte getrennt, die auf dem Heizelement 6 vorhanden ist, wie in Fig. 5(i) dargestellt ist, so daß ein Tintentröpfchen 5a in Richtung eines (nicht dargestellten) Aufzeichnungsmediums mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit beispielsweise im Be reich von 2 bis 20 m/s ausgestoßen wird. Die Geschwindigkeit, mit welcher das Tintentröpfchen 5a ausgestoßen wird, hängt von dem Aufbau der Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit 20 (der Heiz elementunterlage), von Eigenschaften der Tinte, von Bedingun gen, unter welchen der elektrische Impuls (die elektrische Energie) dem Heizelement zugeführt wird, u.ä. ab.

Wenn das Tintentröpfchen mit einer niedrigen Geschwindigkeit (z. B. von 2 bis 3m/s) ausgestoßen wird, ist das Tintentröpf chen 5a kurz. Je höher die Geschwindigkeit ist, mit welcher das Tinten tröpfchen 5a ausgestoßen wird, umso länger ist das Tin tentröpfchen 5a (beispielsweise 6 bis 8 m/s). Wenn das Tinten tröpfchen 5a mit einer extrem hohen Geschwindigkeit (von bei spielsweise 15 bis 20 m/s) ausgestoßen wird, werden ein schlan kes Tintentröpfchen und viele kleine Tintentröpfchen gleichzeitig ausgestoßen. Vorzugsweise sollte das Tintentröpfchen mit ei ner Geschwindigkeit ausgestoßen werden, welche gleich oder größer als 5 m/s ist.

Nachdem das Tintentröpfchen von dem Schreibkopfchip ausgestoßen ist, kehrt die auf dem Heizelement 6 vorhandene Tinte in den Fig. 5(j) dargestellten, stationären Zustand zurück. Das heißt, die Vertiefung 2a ist mit Tinte gefüllt und die Blase verschwindet vollständig.

Nunmehr wird der Unterschied zwischen dem Vorgang eines Tin tenausstoßes gemäß der Erfindung und dem Vorgang eines Tinten ausstoßes bei einem herkömmlichen Schreibkopf beschrieben. Im her kömmlichen Schreibkopf, wie er in den offengelegten japani schen Patentanmeldungen Nr. 51-1 32 036 und 61- 89 950 be schrieben ist, wird, wenn die Oberfläche der Tinte geplatzt ist, das Tintentröpfchen, welches durch das Platzen der Tin tenoberfläche erzeugt worden ist, von dem Schreibkopf ausge stoßen. In dem herkömmlichen Schreibkopf wird durch das Platzen der Tintenoberfläche leicht ein Tintennebel erzeugt. Folglich wird die Güte eines Bildes, welches durch Tinten punkte erzeugt wird, durch den Tintennebel verschlechtert. In einem anderen herkömmlichen Schreibkopf, welcher in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 1-1 01 157 be schrieben ist, wird die Tinte (das Aufzeichnungsmittel) schnell zum Sieden gebracht, so daß nebelartige Tinte aus dem Schreibkopf ausgestoßen wird. In einem anderen herkömmlichen Schreibkopf wird die Güte des Bildes, welches durch die Tinte gebildet ist, durch den Tintennebel verschlechtert.

Dagegen kann bei dem erfindungsgemäßen Prozeß zum Ausstoßen des Tintentröpfchens ein Entstehen von Tintennebel verhindert werden, welcher durch das Platzen der Tintenoberfläche hervorgerufen worden ist, wenn das Tintentröpfchen entspre chend einem Prozeß mit den nachstehend aufgeführten Schritten erzeugt wird, nämlich Erzeugen der Blase in der Tinte, Wachsen der Blase, Zusammenziehen der Blase und Verschwinden der Blase. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung der Güte des aus Tintentröpfchen erzeugten Bildes verhindert werden. Die Tinten punkte, welche statt nebelartiger Tintengebilde erzeugt werden, haften an der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums, so daß das Bild auf dem Aufzeichnungsmedium erzeugt wird. Folglich kann ein klares Bild auf dem Aufzeichnungsmedium erhalten werden.

Ferner wird in dem Tintenstrahl-Schreibkopf gemäß der Erfindung, da jedes der Heizelemente in einer der Vertiefun gen vorgesehen ist, die Richtung, in welcher die Blase erzeugt wird, festgelegt werden, und die durch die Blase her vorgerufende Vortriebskraft wird wirksam an die Tinte über tragen. Folglich wird das Tintentröpfchen eindeutig erzeugt und wird genau in der vertikalen Richtung ausgestoßen. Außer dem hängt, wenn die Tinte über den Kanal jeder der Vertiefun gen zugeführt wird, die Tintenhöhe auf jedem der Heizelemente von der Tiefe des Kanals und der Tiefe jeder der Vertiefungen ab. Folglich kann die Tintenhöhe auf dem Heizelement, welche das Ausstoßen des Tintentröpfchens beeinflußt, dadurch ge nau gesteuert werden, daß der Kanal und jede der Vertiefungen mit Tinte gefüllt wird.

Nunmehr wird im einzelnen der Aufbau der Heizelementunterla gen und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Die Heizelementunterlage ist einer der wichtigsten Teile des Schreibkopfchips 10. In Fig. 6 weist die Heizelementunterlage 1 ein Substrat 1′, eine Wärmevorratsschicht 11, eine Heiz schicht 6 (das Heizelement), eine Steuerelektrode 12, eine Erdungselektrode 3, eine erste und eine zweite Schutzschicht 14 bzw. 15 auf. Die Wärmevorratsschicht 11, die Heizschicht 6, die Steuer- und Erdungselektroden 12 und 13 sowie die ersten und zweiten Schutzschichten 14 und 15 bilden einen Heizteil 16 der Heizunterlage 1. Das Substrat 1′ ist beispielsweise aus Glas, Aluminiumoxid (Al₂OI₃), Silizium u.ä. hergestellt. Die Wärmevorratsschicht 11 ist beispielsweise aus SiO₂ her gestellt. Wenn das Substrat 1′ aus Glas oder Aluminiumoxid hergestellt ist, wird die Wärmevorratsschicht 11 auf der Oberfläche des Substrats 1′ durch Bedampfen ausgebildet. Wenn das Substrat 1′ aus Silizium hergestellt ist, wird die Wärme vorratsschicht 11 auf der Oberfläche des Substrats 1′ durch einen Wärmeoxidationsprozeß ausgebildet. Vorzugsweise liegt die Dicke der Wärmevorratsschicht 11 in einem Bereich von 1 bis 5 µm.

Die Heizschicht 6 kann aus einem Gemisch aus Tantal-SiO₂, aus Tantal-Nitrid, aus einer Nickel-Chrom-Legierung, einer Silber-Palladium-Legierung, aus Silizium-Halbleitermaterial oder aus einem Borid eines Metalls, wie Hafnium, Lanthan, Zirkon, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob, Chrom oder Vanadium, hergestellt werden. Das Metall Borid eignet sich am besten als Material zum Herstellen der Heizschicht 6. Aus den vorstehend angeführten Materialien eignet sich Hafnium-Borid am besten als das Material zum Herstellen der Heizschicht 6. In der angegebenen Reihenfolge eignen sich ferner Zirkon-, Lanthan-, Tantal-, Vanadium- und Niob-Borid als Material zum Herstellen der Heizschicht 6.

Die Heizschicht 6 wird auf der Oberfläche der Wärmevorrats schicht 11 durch eine Elektronenbestrahlung, durch einen Be dampfungsprozeß, einen Sputterprozeß u.ä. hergestellt. Die Dicke der Heizschicht 6 wird entsprechend ihrer Fläche, dem Material, aus welchem die Heizschicht 6 hergestellt ist, und der Form und Größe der Schicht sowie der Energie bestimmt, welche von der Heizschicht 6 tatsächlich verbraucht wird, so daß die von der Heizschicht 6 erzeugte Wärmemenge einen vor herbestimmten Wert hat. Die Dicke der Heizschicht 6 liegt normalerweise in einem Bereich von 0,01 bis 5 µm und vorzugs weise in einem Bereich von 0,01 bis 1 µm. Die Steuerelektrode 12 und die Erdungselektrode 13 sind aus einem Material herge stellt, das üblicherweise für eine Elektrode verwendet wird, nämlich aus Al, Ag, Au, Pt, Cu, u.ä. Die Elektroden 12, 13 sind aus der Wärmevorratsschicht 11 mittels eines entsprechenden Prozesses, wie z. B. Bedampfung, dadurch ausgebildet, daß sie mit ihren Enden mit der Heizschicht 6 verbunden sind.

Die erste Schutzschicht 14 ist auf der Heizschicht 6 ausge bildet, um diese (6) unter der Voraussetzung zu schützen, daß wirksam verhindert ist, daß von der Heizschicht 6 erzeugte Wärme an die Tinte übertragen wird, welche auf der ersten Schutzschicht 14 vorhanden ist. Die erste Schutz schicht kann aus Silizium-Dioxid (SiO₂) Silizium-Nitrid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Zirkonoxid u.ä. hergestellt werden. Die erste Schutzschicht 14 wird auf der Heizschicht 6 durch einen entsprechenden Prozeß, wie Elektronenbestrahlung, Bedampfung oder Sputtern ausgebildet. Die Dicke der ersten Schutzschicht 14 liegt normalerweise im Bereich von 0,01 bis 10 µm, vorteilhafterweise in einem Bereich von 0,1 bis 5 µm und vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 3 µm. Die erste Schutzschicht 14 hat eine oder eine Anzahl Schich ten. Um den Heizteil 16 vor einer Kavitation zu schützen, welche erzeugt wird, wenn die Blase gebildet wird und dann in der Tinte verschwindet, wird eine Metallschicht beispiels weise aus Tantal (Ta), vorzugsweise auf der ersten Schutz schicht 14 ausgebildet. Die Dicke der Metallschicht (Ta) liegt im Bereich von 0,05 bis 1 µm.

Die zweite Schutzschicht 15 ist aus einem Material herge stellt, wie Polyimid-Isoindroquinazolonedion (PIQ, das von HITACHI KASEI CO., LTD. hergestellt wird), Polyimid-Harz (PYRALIN, das von DUPONT CO., LTD hergestellt wird), zykli sches Polybutadien (ISR-CBR, das von NIPPON GOSEI GOMU CO., LTD hergestellt wird), Photoneece, (das von TORAY CO., LTD hergestellt wird) oder anderen photoempfindlichen Polyimid- Harzen.

Nunmehr werden Modifikationen des Schreibkopfchips beschrie ben. Ein gepulster Laserstrahl oder eine elektrische Entla dung kann statt der Heizschicht 6, welche Joule′sche Wärme an die Tinte liefert, zum Heizen der Tinte verwendet werden.

In einem System, das in der offengelegten japanischen Patent anmeldung Nr. 1-1 84 184 (Fig. 8 und 9) dargestellt und be schrieben ist, wird die Tinte mittels eines Laserstrahls erhitzt. In diesem System wird eine Lasereinheit entspre chen der Bildinformation moduliert, so daß ein gepulster, modulierter Laserstrahl, der von der Lasereinheit abgegeben wird, erhalten wird. Der gepulste, modulierte Laserstrahl von der Lasereinheit wird durch ein optisches System an einer Außenwandung des Schreibkopfes fokussiert, so daß die Tinte, welche mit der Innenseite der Außenwandung in Kontakt kommt, erwärmt wird. Folglich wird eine Blase in der Tinte erzeugt, welche mit der Außenwandung in Kontakt kommt. Wenn die Außenwandung aus einem Material hergestellt wird, durch welches der Laserstrahl hindurchgeht, wird der Laserstrahl über die Außenwandung an einer vorherbestimmten Stelle in der Tinte im Innern der Außenwandung fokussiert, so daß die Tinte durch den gepulsten, modulierten Laserstrahl unmittelbar er hitzt wird.

Ein System, in welchem die Tinte mit Hilfe einer elektrischen Entladung erhitzt wird, ist ebenfalls in der japanischen Pa tentanmeldung Nr. 11 84 184 (Fig. 10) beschrieben. In diesem System ist ein Elektrodenpaar an der Innenseite der Wandung vorgesehen, so daß die elektrische Entladung zwischen den Elektroden in der Tinte erzeugt wird, wenn eine hohe Spannung an das Elektrodenpaar angelegt wird. Die Blase wächst infolge der durch die elektrische Entladung erzeugten Hitze schnell in der Tinte. Die Elektroden können verschiedene Formen haben, wie in Fig. 11 bis 18 der vorstehend erwähnten japanischen Pa tentanmeldung dargestellt und beschrieben ist.

Komponenten der Tinte, welche in dem Schreibkopf verwendet wird, werden so festgelegt, daß die Tinte vorherbestimmte Ei genschaften hat, welche zum Drucken erforderlich sind. Das heißt, die Tinte ist so aufbereitet, daß die folgenden Ei genschaften erhalten werden. Die Tinte ist chemisch und physikalisch stabil. Die Tinte hat eine höhere Ansprech schwelle und setzt sich in einer Fließbahn nicht ab. Die Tinte kann mit einer Geschwindigkeit fließen, welche derjeni gen entspricht, mit welcher das Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Die Tinte kann unmittelbar auf dem Aufzeichnungsblatt fixiert werden, so daß ein aufgezeichnetes Bild mit einer ausreichenden Dichte erhalten werden kann. Obendrein hat die Tinte eine lange Haltbarkeit. Tinte mit diesen Eigenschaften welche in der vorerwähnten japanischen Patentanmeldung Nr. 11 84 184 beschrieben ist, eignet sich beispielsweise für den Tintenstrahl-Schreibkopf gemäß der Erfindung.

Beispiel 1

Im Beispiel 1 wurde ein Punktbild auf einem Aufzeichnungsblatt unter den folgenden Bedingungen aufgezeichnet.

Größe einer Heizschicht 6
80 µm×80 µm
Anordnungsrate von Heizelementen 6	200d dpi
Anzahl der Heizelemente 6	128
Widerstand eines Heizelements	121 Ohm
Tiefe einer Vertiefung 2a (durch Photolithographie aus BMRS 1000 hergestellt)	30 µm
Tinten-Zuführkanal 3a (aus photoempfindlichem Glas)	Breite 40 µm
	Tiefe 30 µm
Ansteuerspannung	30V
Pulsbreite	6 µs
ständige Ansteuerfrequenz	3 kHz
Tinte	Tinte, die in BJ130 verwendet ist (Canon Co., Ltd.)

"Anordnungsrate von Heizelementen" ist als die Anzahl von Heizelementen definiert, welche in einer vorherbestimmten Fläche angeordnet sind.

Ein Punktbild wurde auf mattem, beschichtetem Papier NM (das von MITSUBISHI SEISHI CO., LTD hergestellt ist) erzeugt, so daß ein feines Punktbild erhalten wurde. Der durchschnitt liche Durchmesser der Tintenpunkte, die auf dem Blatt hafteten, betrug 115 µm. Bei einer Ansteuerung mit 3 kHz be trug die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Tintentröpfchen 8 m/s. Das heißt, das Punktbild konnte auf dem Blatt mit einer hohen Geschwindigkeit erzeugt werden.

Beispiel 2

Bei Beispiel 2 wurde ein Punktbild auf einem Aufzeichnungsblatt unter den folgenden Bedingungen erzeugt:

Größe einer Heizschicht 6
40 µm×40 µm
Anordnungsrate von Heizelementen 6	400d dpi
Anzahl an Heizelementen 6	128
Widerstand eines Heizelements 6	122 Ohm
Tiefe einer Vertiefung 2a (hergestellt durch Photolithographie aus BMRS1000)	25 µm
Tintenzuführkanal 3a (hergestellt durch Photolithographie aus BMRS1000)	Breite 30 µm
	Tiefe 18 µm
Ansteuerspannung	23V
Pulsbreite	7,2 µs
ständige Ansteuerfrequenz	4,5 kHz
Tinte	Tinte, die in BJ130 verwendet ist (Canon Co., Ltd.).

Ein Punktbild wurde auf mattem, beschichtetem Papier NM (das von MITSUBISHI SEISHI CO., LTD. hergestellt worden ist) erzeugt, so daß ein feines Punktbild erhalten wurde. Der durchschnittliche Durchmesserwert der Tintenpunkt auf dem Blatt betrug 86 µm. Bei Ansteuern mit 4,5 kHz betrug die Ge schwindigkeit der ausgestoßenen Tintentröpfchen 9,3 m/s, das heißt, das Punktbild konnte auf dem Blatt mit einer hohen Geschwindigkeit erzeugt werden.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde dieselbe Heizelementunterlage wie im Beispiel 1 verwendet. Die Vertiefung wurde mittels Photo lithographie aus BMRS1000 hergestellt. An dem Schreibkopf chip war kein Tintenzuführkanal ausgebildet. Die Heizelement unterlage mit den Vertiefungen war direkt an der Tinten strahl-Schreibkopfeinheit angebracht. Die Tinte wurde zu der Oberfläche der Heizunterlage so zugeführt, daß eine Tin tenschicht auf der Heizelementunterlage gebildet wurde.

In dem vorerwähnten Zustand wurde dann ein Ansteuersignal an jedes der Heizelemente angelegt. In diesem Fall betrug die Dicke der Tintenschicht 30 µm. Wenn die Tiefe jeder der Ver tiefungen 30 µm betrug, war die Höhe der Tinte auf jedem der Heizelemente 60 µm. Der Tintenstrahl-Schreibkopf wurde unter denselben Bedingungen, wie sie beim Beispiel 1 beschrieben sind, angesteuert. Im Ergebnis betrug der mittlere Durchmes ser von Tintenpunkten auf dem mattierten, beschichteten Blatt NM 110 µm. Bei einem Ansteuern mit 3 kHz betrug die Geschwin digkeit der ausgestoßenen Tintentröpfchen 7,7 m/s.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wurde eine optimale Beziehung zwischen einer Tiefe/Dicke der Tintenschicht, die auf jedem der Heiz elemente vorhanden war, und der Höhe der Blase gefunden.

In Fig. 7A ist ein wesentlicher Teil des Tintenstrahlschreib kopfs in einem stationären Zustand wiedergegeben, während er in Fig. 7B in einem Ansteuerzustand dargestellt ist, in wel chem der Tintenstrahlschreibkopf angesteuert wird. In dem Schreibkopf wurden die Tintentröpfchen unter Bedingungen ei ner unterschiedlichen Höhe h₁ der Tintenschicht ausgestoßen. Die Tiefe h₁ ist annähernd als die Summe der Tiefe h_p der Vertiefung 2a und der Tiefe h_c des Kanals 3a festgelegt; (eine geringfügige Konkavität, die auf dem Meniskus des Tin tenzuführkanals 3a beruht, ist hierbei nicht berücksichtigt).

Jedes der Heizelemente wurde unter denselben Bedingungen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, in einem Zustand an geordnet, bei welchem die Heizelementunterlage unter Tinte gesetzt war. (Die Tiefe/Dicke der Tinte war gleich oder größer als 1 mm). In diesem Fall wurde der Tintenpunkt nicht erzeugt, sondern die Tiefe h₂ der größten Blase hatte annähernd den selben Wert wie der, welcher in dem in Fig. 5 dargestellten Fall erhalten worden ist.

Der Versuch, die Tintentröpfchen auszustoßen, wurde mit Hilfe der in Beispiel 1 verwendeten Heizelementunterlage unter un terschiedlichen Bedingungen bezüglich der Tiefe der Vertie fung und des Tintenzuführkanals durchgeführt. Die geringfü gige Konkavität (annäherend 3 µm), welche auf dem Meniskus des Tintenzuführkanals beruhte, wurde nicht berücksichtigt. Das Tintenbild wurde unter denselben Ansteuerbedingungen erzeugt, wie sie im Beispiel 1 beschrieben sind.

Größe eines Heizelements 6
80 µm×80 µm
Anordnungsrate von Heizelementen 6	200d dpi
Anzahl an Heizelementen 6	128
Widerstand eines Heizelements 6	121 Ohm
Ansteuerspannung	30V
Pulsbreite	6 µs
ständige Ansteuerfrequenz	3 kHz
Tinte	Tinte, die in BJ130 verwendet ist (Canon Co., Ltd.)

Die Tiefe der Vertiefung und des Zuführkanals wurden so ge ändert, daß die Tiefe h der Tinte sich in einem Bereich von 10 bis 75 µm änderte, wie in Tabelle 1 angezeigt ist. Der Zu führkanal wurde durch Photolithographie aus BMRS1000 außer in den Fällen gebildet, welche in Tabelle 1 mit * gekenn zeichnet sind. Die Vertiefung wurde durch Photolithographie aus BMRS1000 hergestellt.

Wenn die Dicke h₁ der Tintenschicht 42, 40, 48, 60 oder 75 µm betrug, wurde ein klares Bild aus Punkten mit jeweils einer annähernd runden Form auf dem Aufzeichnungsblatt erhalten. Wenn dagegen die Dicke h₁ der Tintenschicht 10, 20 oder 26 µm betrug, wurde ein Bild mit kleinen Punkten, welche in allen Richtungen verteilt waren, auf dem Aufzeichnungsblatt erzeugt, so daß sich die Güte des Bildes verschlechterte.

Im Beispiel 4 wurde ein Träger, welcher eine transparente Flüssigkeit ist, welche durch Entfernen einer Trockenkompo nente aus der Tinte erhalten wurde, gegen die Tinte ausge tauscht. Der Träger hat im wesentlichen dieselben Eigen schaften wie die Tinte. Dann wurde die Form des ausgestoßenen Trägers und der Zustand der Blase, die in dem Träger erzeugt wurde, mit Hilfe eines Stroboskopes beobachtet, das synchron mit dem Ansteuersignal für den Tintenstrahl-Schreibkopf an gesteuert wurde. Als Ergebnis wurde die Höhe h₂ der größten Blase, welche unter einer Bedingung erzeugt wurde, bei wel cher die Heizelementunterlage unter den Träger gesetzt wurde (wobei die Tiefe/Dicke des Trägers gleich oder größer als 1 µm war) 40 µm. Wenn die Tiefe/Dicke h₁ der Trägerschicht 10, 10 oder 26 µm war, platzte die Blase, so daß der Träger in Form von Nebel verteilt wurde. Die Ergebnisse im Bei spiel 5 sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Wenn, wie in Tabelle 1 aufgeführt, h₁/h₂ 0,8 ist, hatte die ausgestoßene Tinte entweder eine Säulen- oder eine Tröpfchen form. Wenn dagegen h₁/h₂ 0,8 war, wurde die Tinte in Form eines Nebels verteilt. Folglich wurde die Tiefe/Dicke h₁ der Tintenschicht vorzugsweise so eingestellt, daß sie h₁ 0,8h₂ genügte, wobei h₂ die Höhe der größten Blase ist, die in einem Zustand erzeugt worden ist, bei welchem die Heizelementunterlage unter Tinte gesetzt ist. Ferner ist vor zugsweise die Höhe h₁ so einzustellen, daß h₁ h₂ genügt ist.

Wenn die ausgestoßene Tinte entweder die Säulen- oder die Tröpfchenform hat, wurde das Anwachsen der Blase, deren Kontraktion und deren Verschwinden nacheinander in der Tinte durchgeführt, wie in Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Fall platzte die Oberfläche der Tinte nicht, wodurch verhin dert wurde, daß sich durch das feine Verteilen der Tinte ein Nebel bildete.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wurde eine optimale Bedingung für einen Zyklus des Ansteuersignals gefunden, um ein Bild mit einer hohen Geschwindigkeit zu erzeugen. In Fig. 8 und 9 sind Schnittansichten entlang einer Linie A-A in Fig. 1 darge stellt. In Fig. 8 sind Seitenwandungen 17 auf der Heizelement unterlage 1 vorgesehen. Die Tinte wurde unter den folgenden Bedingungen ausgestoßen.

Es wurden drei Arten von impulsförmigen Ansteuersignalen an die Heizelementunterlage angelegt. Das erste impulsförmige Signal hatte eine solche erste Breite, daß die halbe Breite des Energieimpulses, welcher von dem Heizelement erzeugt wurde, 6 µs betrug; das zweite impulsförmige Signal hatte eine solche zweite Breite, daß eine halbe Breite des von dem Heiz element erzeugten Energieimpulses 10 µs betrug, und das dritte impulsförmige Signal hatte eine solche dritte Breite, daß die halbe Breite des von dem Heizelement erzeugten Energieim pulses 20 µs betrug. Der Zyklus jedes Ansteuerimpulses wurde auf verschiedene Werte eingestellt, nämlich 20 µs, 30 µs, 40 µs, 60 µs, 100 µs, 500 µs und 1ms. Das heißt, die Frequenz jedes impulsförmigen Ansteuersignals wurde auf verschiedene Werte eingestellt, nämlich 50 kHz, 33,3 kHz, 25 kHz, 16,7 kHz, 10 kHz, 2 kHz und 1 kHz.

Größe einer Heizschicht (eines Heizelements) 6
80 µm×80 µm
Widerstand eines Heizelements 6	200 Ohm
Tinte	Tinte, die in BJ130 verwendet worden ist (Canon Co., Ltd.)

Wenn das Bild auf das Aufzeichnungsblatt gedruckt wurde, wurden die in Fig. 2 aufgeführten Ergebnisse erhalten.

Tabelle 2

Beispiel 6

Im Beispiel 6 wurde das Bild mit Hilfe des in Fig. 8 dargestellten Schreibkopfes unter denselben Bedingungen erzeugt, wie sie im Beispiel 2 beschrieben sind.

Größe einer Heizschicht 6
40 µm×40 µm
Widerstand eines Heizelements 6	122 Ohm
Tinte	Tinte, die in BJ130 verwendet ist (Canon Co., Ltd.)
Aufzeichnungsblatt	Mattiertes beschichtetes Blatt NM

Es wurden drei Arten von impulsförmigen Ansteuersignalen zum Ansteuern des Aufzeichnungskopfes verwendet: das erste im pulsförmige Signal hatte eine solche Breite, daß die halbe Breite der durch das Heizelement erzeugten Energie 3 µs be trug; das zweite impulsförmige Signal hatte eine solche zweite Breite, daß die halbe Breite der von dem Heizelement erzeug ten Energie 8 µs betrug, und das dritte impulsförmige Signal hatte eine solche dritte Breite, daß die halbe Breite der von dem Heizelement erzeugten Energie auf verschiedene Werte,z. B. 20 µs eingestellt wurde. Ein Zyklus jedes impulsförmigen An steuersignals wurde geändert in 10 µs, 30 µs, 40 µs, 50 µs, 100 µs, 500 µs und 1ms. Das heißt, die Frequenz jedes impulsförmigen Ansteuersignals wurde auf verschiedene Werte eingestellt, näm lich 100 kHz, 33,3 kHz, 20 kHz, 10 kHz, 2 kHz und 1 kHz.

Wenn das Bild auf das Aufzeichnungsblatt gedruckt wurde, wur den die in Tabelle 3 wiedergegebenen Ergebnisse erhalten.

Tabelle 3

Wenn entsprechend den in Tabelle 1 und 2 aufgeführten Ergeb nisse der Zyklus T des impulsförmigen Ansteuersignals gleich oder größer als (t + 30) µs, vorzugsweise mehr als (t + 50) µs war, wobei t die halbe Breite des von dem Heizelement erzeug ten Energieimpulses ist, kann das Bild dauerhaft auf dem Aufzeichnungsblatt erzeugt werden.

In einem Zustand, bei welchem der Träger, welcher transparent war und annähernd dieselben Eigenschaften wie die Tinte hatte, gegen die Tinte ausgetauscht wurde, welche für BJ130 (CANON CO., LTD) verwendet wurde, wurde der ausgestoßene Trä ger mit Hilfe eines Stroboskops beobachtet. Die Zustände, bei welchen der Träger ausgestoßen wird, sind in Fig. 9 darge stellt. In Fig. 9(a) ist ein Zustand gezeigt, bei welchem die größte erhaltene Blase 7 so ist, daß die Tintensäule 5b über die Oberfläche der Flüssigkeit vorsteht. In Fig. 9(b) ist ein Zustand gezeigt, bei welchem sich die Blase zusammenge zogen hat. In Fig. 9(c) ist ein Zustand gezeigt, bei welchem die Blase 7 vollständig verschwunden ist. Wenn die Blase voll ständig verschwunden ist, wie in Fig. 9(c) dargestellt, wurde eine Welle 18 an der Oberfläche der Flüssigkeit in dem Zu führkanal um den Heizelementteil 16 herum erzeugt, so daß die Tiefe/Dicke h der Flüssigkeit an dem Heizelementteil 16 niedriger wird als diejenige der Flüssigkeit in dem statio nären Zustand. Die Welle 18 breitet sich, wie durch Pfeile in Fig. 9(c) dargestellt ist, in verschiedenen Richtungen aus. In Fig. 9(d) ist ein Zustand dargestellt, bei welchem sich die Welle weiter ausgebreitet hat. Danach wird die Oberflä che der Flüssigkeit an dem Heizelementteil 16 hochgehoben, so daß die Oberfläche der Flüssigkeit (der Tinte) in den stationären Zustand zurückkehrt, wie in Fig. 9(e) dargestellt ist. Beruhend auf der vorstehend beschriebenen Bewegung der Oberfläche der Flüssigkeit wurden optimale Ansteuerbedingun gen erhalten; d. h. es wurde folgendes herausgefunden.

Die Dicke der Flüssigkeit an dem Heizelementteil 16 konnte auf einen Wert im Bereich von 20 bis 80% der Dicke/Tiefe h der Flüssigkeit in dem stationären Zustand verringert wer den. Die Blase 7, die 10 µs nach dem Ansteuerimpuls vollstän dig verschwunden ist, war "abgestellt". In einem Zustand, bei welchem der Zyklus des Ansteuerimpulses gleich oder grö ßer als (t + 30) µs war, breitete sich die Welle 18 weit weg von dem Heizelementteil 16 aus, so daß die Oberfläche der Flüssigkeit in den stationären Zustand zurückkehrte (h₁ 0,8), der existierte, bevor der Heizelementteil 18 aktiviert wurde. Wenn die Prozesse, durch welche die Blase erzeugt wird, wächst, sich zusammenzieht und verschwindet, ausgeführt wur den, wurde die Tinte entsprechend dem impulsförmigen Ansteuer signal beständig ausgestoßen, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Wenn dagegen der Zyklus des Ansteuerimpulses kleiner als (t + 30) µs war, wurde der Heizelementteil 16 aktiviert, bevor die Oberfläche der Flüssigkeit in den stationären Zustand zurückgekehrt war. Wenn in diesem Fall das impulsförmige An steuersignal in einem Zustand eingeschaltet wurde, bei wel chem die Dicke der Flüssigkeit an dem Heizelementteil 16 weniger als die Dicke der Flüssigkeit in dem stationären Zustand betrug, wurde die Tinte schnell zum Sieden gebracht und fein verteilt, wodurch ein Nebel gebildet wurde.

Bei dem herkömmlichen Schreibkopf gab es die vorstehend be schriebenen Schwierigkeiten nicht, da die Güte des auf dem Aufzeichnungsblatt erzeugten Bildes sich aufgrund der Welle verschlechterte, welche an der Oberfläche der Tinte in dem Schreibkopf erzeugt wurde, wenn dieser angesteuert wird. Es wurde ein Beispiel 6 durchgeführt, um die optimale Bedingung für das impulsförmige Ansteuersignal zu erhalten.

Beispiel 7

Im Beispiel 7 wurde eine optimale Bedingung für eine Bezie hung zwischen der Tiefe/Dicke der Tintenschicht an dem Heiz elementteil 16 und der Länge der Tintensäule 5b gefunden.

In Fig. 10 ist ein Zustand dargestellt, bei welchem die Tinten säule 5b von der Oberfläche der Tinte an dem Heizteil 16 in dem Schreibkopf vorsteht. In Fig. 10 ist mit h₁ die Tiefe/Dicke der Tintenschicht an dem Heizteil 16 bezeichnet (siehe Fig. 78a)), und mit h₃ ist die Länge der Tintensäule bezeich net, welche von der Oberfläche der Tinte vorsteht, wenn der Heizteil 16 entsprechend den vorherbestimmten Bedingungen an gesteuert wird.

Der Versuch, Tinte auszustoßen, wurde durchgeführt, wobei die Dicke h₁ der Tintenschicht an dem Heizteil 16 durch Ändern der Tiefe h_p der Vertiefung und der Tiefe h_c des Tintenzu führkanals geändert wurde. In dem Beispiel 7 wurden dieselben Bedingungen eingestellt, wie sie in dem Beispiel 4 beschrie ben sind. Der Träger wurde gegen die Tinte ausgetauscht, wel che für BJ130(CANNON) verwendet worden ist. Die Ergebnisse, welche bei dem Beispiel 7 erhalten wurden, sind in Tabelle 4 wiedergegeben.

Tabelle 4

Wie aus den in Fig. 4 wiedergegebenen Ergebnissen zu ersehen ist, kann die Tinte dann sicher und zuverlässig ausgestoßen werden, wenn die Tiefe/Dicke h₁ der Tintenschicht an dem Heizteil 10 kleiner als die Länge h₃ der Tintensäule ist, welche von der Oberfläche der Tintenschicht vorsteht. Wenn h₃< 5h₁ gilt, kann die Tinte sicher mit einer hohen Ge schwindigkeit ausgestoßen werden.

Beispiel 8

Im Beispiel 8 wurde der Versuch, Tinte auszustoßen, mit einem Aufzeichnungs- bzw. Schreibkopf durchgeführt, welcher keinen Tintenkanal aufwies. In diesem Fall sind nur die Ver tiefungen an der Heizelementunterlage ausgebildet, und die Tinte wird der Oberfläche der Heizelementunterlage zugeführt, indem ein Unterschied zwischen dem Wasserkopf eines Tinten reservebehälters und demjenigen der Heizelementunterlage benutzt wird. Die bei dem Beispiel 8 erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 5 wiedergegeben.

Tabelle 5

Bei dem Beispiel 8 wurden annähernd dieselben Ergebnisse wie beim Beispiel 7 erhalten. Das heißt, die Tinte kann dann si cher und zuverlässig ausgestoßen werden, wenn die Dicke/Tiefe h₁ der Tintenschicht an dem Heizteil 16 geringer als die Länge h₃ der Tintensäule ist, welche von der Oberfläche der Tintenschicht vorsteht. Wenn h₃< 5h₁ ist, kann die Tinte mit einer hohen Geschwindigkeit sicher und zuverlässig ausgesto ßen werden.

Beispiel 9

Anhand von Fig. 11 wird nunmehr Beispiel 9 beschrieben. In Fig. 11, welche einen Aufbau des Tintenstrahl-Schreibkopfes dargestellt ist, weist die Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit 20 den Verteiler 22, das Schreibkopfchip 10, die leitende Leiterplatte 24 und den Rahmen 23 in der gleichen Weise auf, wie es in Fig. 4A dargestellt ist. Ein U-förmiges Rohr 30 verbindet eine Tintenzuführeinheit 31 mit der Schreibkopfein heit 20, so daß die Tinte in der Zuführeinheit 31 an die Schreibkopfeinheit 20 übertragen wird. Das U-förmige Rohr 30 fungiert als Einrichtung zum Einstellen der Tiefe/Dicke der Tinte auf jedem der Heizelemente in der Tintenstrahl- Schreibkopfeinheit 20. Das heißt, ein Oberflächenpegel der Tinte in der Zuführeinheit 31 und ein Oberflächenpegel der Tinte in dem Schreibkopf sind immer gleich, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 11 angezeigt ist. Folglich kann die Tiefe/Dicke der Tinte an dem Heizteil 16 dadurch ge steuert werden, daß die Tintenzuführeinheit 31 auf- und ab wärts bewegt wird. In dieser Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit 20 wird die Zuführeinheit 31 aufwärts und/oder abwärts be wegt, so daß die Dicke/Tiefe h₁ der Tintenschicht an dem Heiz teil 16 gleich oder größer als 0,8h₂ wird, wobei h₂ die Höhe der größten Blase ist, welche in einem Zustand erzeugt wird, in welchem die Heizelementgrundlage unter Tinte gesetzt ist (z. B. 1 mm), wie anhand von Beispiel 4 beschrieben ist. Außer dem wird die Tintenzuführeinheit 31 so bewegt, daß die Dicke h₁ der Tintenschicht in dem Heizteil 16 ebenfalls geringer wird als die Höhe h₃ der Tintensäule 5b, welche, wie bei den Beispielen 7 und 8 von der Tintenoberfläche vorsteht. Die Zuführeinheit 31 wird entsprechend der verbrauchten Tinten menge bewegt, um so ein Bild auf dem Aufzeichnungsblatt zu erzeugen.

In Fig. 12 ist eine Abwandlung der in Fig. 11 dargestellten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfeinheit wiedergegeben. Selbst wenn eine große Tintenmenge verbraucht ist, um ein Bild auf dem Aufzeichnungsblatt zu erzeugen, kann die Dicke/Tiefe h₁ der Tintenschicht an dem Heizteil 16 auf einem vorherbe stimmten Wert (h₁/h₂0,8 und/oder h₁< h₃) in der in Fig. 12 dargestellten Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit erhalten werden. Das heißt, ein Tinten-Vorratsbehälter 33, eine Pumpe 34 bzw. ein Zuführrohr 35 sind in einer Bahn angeordnet, durch welche die Tinte umgewälzt wird. Ein Oberflächenniveau von Tinte, welche über die Tintenzuführeinheit 31 fließt, ist immer gleich einem Oberflächenniveau der Tinte in dem Schreib kopf. Die Tinte, welche über die Tintenzuführeinheit 31 fließt, wird in dem Tintenvorratsbehälter 33 gesammelt und durch die Pumpe 34 über das Zuführrohr 35 in die Tintenzu führeinheit 31 gepumpt. Die Tinte läuft immer über die Zu führeinheit 31. Das Oberflächenniveau der Tintenschicht an dem Heizteil ist immer auf ein Niveau begrenzt, das einer Posi tion entspricht, in welcher die Tinte über den Vorratsbe hälter 33 überläuft. Selbst wenn eine große Tintenmenge ver braucht wird, um ein Bild auf dem Aufzeichnungsblatt zu er zeugen, kann das Oberflächenniveau der Tintenschicht an dem Heizteil immer auf einem konstanten Wert gehalten werden.

In der in Fig. 11 und 12 dargestellten Tintenstrahl-Schreib kopfeinheit 20 kann die Dicke/Tiefe h₁ der Tintenschicht an dem Heizteil 16 auf einem Wert gehalten werden, welcher den Bedingungen h₁/h₂ 0,8 und/oder h₁< h₃ genügt.

Beispiel 10

In dem Beispiel 10 wird eine Fläche jeder Vertiefung ge prüft. In Fig. 13(a) ist ein Aufbau dargestellt, in welchem eine Fläche jeder Vertiefung 2a so klein ist, daß Ränder jedes Heizelements 6 nahe Innenwandungen jeder Vertiefung 2a liegen. In Fig. 13(b) ist ein Aufbau dargestellt, bei wel chem eine Fläche jeder Vertiefung 2a so groß ist, daß die Kanten jedes Heizelements 6 einen gewissen Abstand von den Innenwandungen jeder Vertiefung 2a haben. Der Wirkungsgrad, mit welchem die in der Tintenschicht erzeugte Blase ein Aus stoßen der Tinte in dem in Fig. 13(a) dargestellten Aufbau beeinflußt, unterscheidet sich von dem Wirkungsgrad, welcher bei dem in Fig. 13(b) dargestellten Aufbau erhalten wird. Ein zulässiger Wirkungsgrad bei einer tatsächlichen Benutzung des Schreibkopfes kann experimentell geprüft werden.

Der Versuch bezüglich des Tintenausstoßes wurde durchgeführt, weil die Größe der Vertiefung auf verschiedene Werte einge stellt wurde. Das Heizelement 6, das in der Vertiefung 2a vor gesehen ist, hat eine konstante Fläche von 80 µm×80 µm (s_h = 6400 µm²). Eine Vertiefungsfläche S_p wurde als eine Fläche mit horizontalen Linien definiert, wie in Fig. 13(c) dargestellt ist. Eine Heizfläche S_h wurde als eine Fläche mit vertikalen Linien definiert, wie in Fig. 13(c) darge stellt ist. In Fig. 13(c) ist der Einfachheit halber der Tin tenzuführkanal weggelassen.

Die Vertiefung 2a und der Tintenzuführkanal wurden mittels Photolithographie bei dem flüssigen Photolack BMRS1000 gebil det. Sowohl die Vertiefung 2a als auch der Tintenzuführkanal sind 30 µm tief. Die Tinte wurde durch den Träger ersetzt. Eine Anordnungsrate von Heizelementen betrug normalerweise 200 dpi (Punkte pro inch). Wenn die Vertiefungsfläche S_p groß war, wurde die Anordnungsrate von Heizelementen in 100dpi geändert. Die im Beispiel 10 erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt.

Tabelle 6

Entsprechend den Ergebnissen in Tabelle 6 ist bekannt, daß die Tinte ständig ausgestoßen werden kann, wenn der Bedin gung S_h S_p < 2,5S_h genügt ist.

Beispiel 11

In Fig. 14A und 14B ist ein Beispiel eines Prozesses zum Her stellen eines Schreibkopfchips dargestellt. In Fig. 14A sind verschiedene Querschnitte entlang der in Fig. 1 dargestellten Linie A-A des Schreibkopfchips wiedergegeben. In Fig. 14B sind verschiedene Querschnitte entlang der in Fig. 1 darge stellten Linie B-B des Schreibkopfchips dargestellt. In die sem Beispiel ist die Tintenzuführplatte 3, welche auf der Photolackschicht 2 zusammen mit den Vertiefungen ausgebildet ist, aus einem Photolackmaterial hergestellt.

Die Heizelementunterlage 1 wird vor einem Schritt her gestellt. Die Heizelementschicht 4, die aus einem Metall- Borid hergestellt ist, ist auf der Oberfläche eines Substra tes ausgebildet, das aus Glas, Aluminiumoxid, Silizium, u. ä. hergestellt ist; dann werden eine erste Schutzschicht aus Tantal- oder Zirkon-Oxid u.ä. und eine zweite Schutzschicht aus Metall, wie Ta übereinander auf der Oberfläche des Sub strats angeordnet, so daß dadurch die Heizelementunterlage 1 geschaffen ist.

Beim Schritt wird die Photolackschicht 2 auf der Ober fläche der Heizelementunterlage 1 aufgebracht, und eine Photomaske 8 wird auf der Photolackschicht 2 an einer Stelle angeordnet, welche der Heizschicht 6 der Heizelementunterlage 1 entspricht. Dann wird die Photolackschicht 2 belichtet. Als Photolackschicht 2 wird BMRS1000 verwendet, das von TOKYO OHKA CO., LTD hergestellt ist. Die Photolackschicht 2 mit einer Dicke von 30 µm wird auf der Oberfläche der Heiz elementunterlage 1 entsprechend einem Schleuderbeschichtungs prozeß mit einer Drehzahl von 500 U/min bei 20°C über eine Zeit von 30s ausgebildet.

Nachdem die beim Schritt erhaltene, geschichtete Struktur gebildet ist, wird Au auf die Oberfläche der geschichteten Struktur durch Sputtern in einer Dicke von 500 Å aufgebracht, so daß eine Metallschicht 9 auf der geschichteten Struktur ausgebildet ist.

Beim Schritt wird eine 30 µm dicke Photolackschicht (die Tintenzuführplatte 3) auf die Metallschicht 9 geschich tet, und die Photomaske 8 wird auf die Photolackschicht 3 gelegt, so daß die Photomaske Flächen bedeckt, welche den Vertiefungen, Schlitzen und einem Tintenzuführkanal entspre chen. Dann wird der Photolack 3 freigelegt. Der Photolack 3 ist aus demselben Material wie die Photolackschicht 2 her gestellt und wird durch den Schleuderbeschichtungsprozeß auf der Metallschicht 9 aufgebracht.

Beim Schritt wird der Photolack 3 belichtet. Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Prozeß mit den Schritten bis kann das Schreibkopfchip mit der Photolackschicht, auf welcher der Tintenzuführkanal gebildet wird, geschaffen wer den. Der vorstehend beschriebene Prozeß zum Erzeugen des Schreibkopfchips, das zwei übereinander angeordnete Photo lackschichten hat, kann auch zum Herstellen anderer Struktu ren verwendet werden, wie beispielsweise eines logischen Fluidelements, einer Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers, und einer Druck- oder Prägeplatte für verschiedene dreidi mensionale Strukturen, welche durch Ausscheiden von Ni u.ä. gebildet werden können, was mittels eines Galvano-Formungs prozesses durchgeführt worden ist.

In Fig. 15A und 15B ist ein Querschnitt eines Schreibkopf chips in einem Zustand dargestellt, bei welchem keine Me tallschicht zwischen den Photolackschichten 2 und 3 vorge sehen ist. Fig. 15A ist eine Schnittansicht entlang der in Fig. 1 dargestellten Linie A-A, während Fig. 15B eine Schnittansicht entlang der in Fig. 1 dargestellten Linie B-B ist. Wenn die Photolackschicht 3 entwickelt wird, wird in diesem Fall ein Teil der Photolackschicht 3, welche einem konkaven Teil der Photolackschicht 2 entspricht, durch den Entwicklungsprozeß entfernt. Dagegen wird, selbst wenn eine Photomaske auf die Photolackschicht 3 gelegt ist, ein Teil der Photolackschicht 3 auf der Photolackschicht 2 nur in einem Bereich von 1 bis 5 µm konkav ausgebildet. Der Grund hierfür ist folgender. Wenn die Photolackschicht 3 belichtet wird, dann wird zuerst die Oberfläche, auf welche die Maske gelegt ist, durch Streuen von Licht an dem Photolackschicht 2 bestrahlt. Zweitens werden, wenn die Photolackschichten 2 und 3 unmittelbar in Kontakt miteinander sind, Eigenschaf ten der Photolackschicht chemisch geändert, so daß die Schicht durch den Entwicklungsprozeß kaum entfernt wird.

Das heißt, aufgrund der Metallschicht 9 zwischen den Photo lackschichten 2 und 3 werden beide Photolackschichten 2 und 3 entwickelt, so daß eine vorherbestimmte Form erhalten wer den kann. Entsprechend dem in Fig. 14A und 14B wiedergegebenen Prozeß kann durch ein Photolithographie-Verfahren bezüglich der Mehrfach-Photolackschichten mit geringen Kosten eine dreidimensionale Struktur genau und bequem erzeugt werden.

Anhand von Fig. 16A und 16B wird nunmehr noch eine weitere Ausführungsform der Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit beschrie ben. In Fig. 16A sind Heizelemente 61, welche in einer Reihe angeordnet sind, auf der Oberfläche eines Substrats 50 aus gebildet. Eine Tintenzuführplatte 51, die aus einem Photo lack hergestellt ist, ist auf die Oberfläche des Substrates 50 geklebt. Vertiefungen 62 sind durch das Photolithographie- Verfahren in der Platte 51 ausgebildet, wobei jede Vertie fung einem der Heizelemente 61 auf dem Substrat 50 ent spricht. Die geschichtete Struktur des Substrates 50 und der Tintenzuführplatte 51 wird in einen Tintensammelteil einer Tintenzuführeinheit 53 eingesetzt. Ein Tintenvorratsbehäl ter 54 ist über ein Zuführrohr 55 mit der Zuführeinheit 53 verbunden. Die Zuführeinheit 53 ist an einer Grundplatte 70 befestigt, wie in Fig. 16B dargestellt ist, und die Heizele mente 61 auf dem Substrat 50 sind mit einer gedruckten Schaltungsplatte 72 verbunden, welche auf der Grundplatte 70 angebracht ist. Ein Rahmen 56 ist an dem Tintensammelteil der Tintenzuführeinheit 53 vorgesehen, so daß verhindert ist, daß die Tinte in dem Sammelteil aus der Tintenzuführeinheit 53 austritt. Ein Drucklinienmuster, Steuerelektroden 75, eine Erdungselektrode u.ä. sind auf der gedruckten Schaltungs platte 72 ausgebildet. In der Tintenstrahl-Schreibkopfein heit mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Tiefe/ Dicke der Tintenschicht an jedem der Heizelemente 61 da durch gesteuert, daß der Vorratsbehälter 54 auf- und abwärts bewegt wird, wie durch einen Pfeil in Fig. 16B dargestellt ist.

Wenn bei der in Fig. 16A und 16B dargestellten Tintenstrahl- Schreibkopfeinheit die Heizelemente 61 jeweils in einer der Vertiefungen 62 vorgesehen sind, so daß jedes Heizelement 61 durch eine Wandung der entsprechenden Vertiefung 62 umgeben wird, kann eine Art Vortriebskraft, welche durch Wachsen der Blase erzeugt wird, in einer zu dem jeweiligen Heizelement 61 senkrechten Richtung genau an die Tintenschicht übertragen werden. Folglich können die Tintentröpfchen ständig sicher von der Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit ausgestoßen werden.

In Fig. 17 ist ein Beispiel eines Druckers oder Printers mit der vorstehend beschriebenen Tintenstrahl-Schreibkopfeinheit dargestellt. In Fig. 17 sind ein Schreibkopfaufbau, eine Pe gelsteuereinheit 83, ein Tintenzuführrohr 84 und eine Pumpe 85 auf einer Grundplatte 80 angebracht. Die Pegelsteuerein heit 83 hat einen Mechanismus, wie er in Fig. 12 dargestellt ist, so daß die Oberfläche der Tinte in dem Schreibkopfauf bau automatisch auf einem konstanten Niveau gesteuert wird. Der Schreibkopfaufbau hat einen Tintensammler 81 zum Sammeln der Tinte, ein Schreibkopfchip 82, das an dem Tintensammler 81 angebracht ist, und eine gedruckte Schaltungsplatte 86 mit einem Anschlußteil 87. Das Schreibkopfchip 82 und die ge druckte Schaltungsplatte 86 sind durch eine Drahtverbindung elektrisch miteinander verbunden. Ein Aufzeichnungsblatt 95, das dem Schreibkopfchip 81 gegenüberliegt, wird durch Drehen von Rollen 90 und 91 in einer Richtung zugeführt, welche parallel zu der Oberfläche des Schreibkopfchips 81 verläuft. Die Tintentröpfchen, welche von dem Schreibkopfchip 81 ausge stoßen werden, haften an der Oberfläche des Aufzeichnungs blattes 85, welches mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt wird, so daß ein Punktbild auf dem Aufzeichnungsblatt 95 er zeugt wird.

Claims

1. Tintenstrahl-Schreibkopf, gekennzeichnet durch,
ein Grundteil mit einer Anzahl Einfassungen, die an ihrer Oberseite jeweils eine Öffnung haben;
eine Einrichtung, um Tinte jeder der Einfassungen über die Öffnung zuzuführen und um die Tinte in einer vorherbe stimmten Tiefe zu halten, und
einen Energieteil, welcher in jeder der Einfassungen vorgese hen ist, um unter Tinte gesetzt zu werden, welche über die Öffnung zugeführt wird, wobei über den Energieteil Energie der Tinte in jeder der Einfassungen zugeführt wird, so daß eine Blase in der Tinte erzeugt wird,
wobei ein Tintentröpfchen bei Anwachsen der Blase von einer Oberfläche der Tinte aus ausgestoßen wird.

2. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Grundteil ein Substrat und eine erste auf dem Substrat angeordnete Schicht aufweist, wobei die erste Schicht eine Anzahl Vertiefungen als die Einfassungen aufweist.

3. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieteil ein Heiz element hat, welches erwärmt wird, wenn ein impulsförmiges Ansteuersignal angelegt wird.

4. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuerimpuls einen Zyklus hat, welcher gleich oder größer als (t + 30) µs ist, wobei t eine halbe Breite eines dem Heizelement zugefügten Energieimpulses ist.

5. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis (h₁/h₂) einer ursprünglichen Tiefe (h₁) der Tinte zu einer Höhe (h₂) der größtmöglichen Blase gleich oder größer als 0,8 ist.

6. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprüngliche Tiefe (h₁) der Tinte gleich oder kleiner als eine Länge (h₃) einer Säule ist, welche von der Oberfläche der Tinte vorsteht, wenn die Blase in der Tinte in jeder der Einfassungen wächst.

7. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, um die Tinte jeder der Einfassungen zuzuführen, eine Platte auf weist, in welcher ein Kanal ausgebildet ist, wobei die Platte auf dem Grundteil angeordnet ist, so daß die Tinte durch den Kanal fließt und jeder der Einfassungen über die Öffnung zu geführt wird.

8. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tiefe der Tinte von einer ersten Tiefe des Kanals und einer zweiten Tiefe jeder der Einfassungen abhängt.

9. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Beziehung zwischen den Größen der jeweiligen Einfassungen und dem Energieteil der folgenden Formel genügt: S_hS_p <2,5S_h,wobei S_h eine Fläche des Energieteils und S_p eine Fläche eines Querschnitts jeder der Einfassungen parallel zu dem Energieteil ist.

10. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Oberflächenniveaus der Tinte.

11. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ei nen Vorratsbehälter, in welchem Tinte vorgesehen ist, und ein Rohr aufweist, durch das die Tinte in dem Vorratsbehäl ter mit der Tinte auf dem Grundteil in Verbindung steht, so daß das Oberflächenniveau der Tinte an dem Grundteil basierend auf einer Differenz zwischen einem Wasserkopf der Tinte in dem Vorratsbehälter und demjenigen der Tinte auf dem Grundteil gesteuert wird.

12. Verfahren zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens von ei nem Tintenstrahl-Schreibkopf, welcher ein Grundteil mit einer Anzahl Einfassungen, deren oberer Teil jeweils eine Öffnung hat, eine Einrichtung, um Tinte jeder der Einfassun gen über die Öffnung zuzuführen und um Tinte in einer vorher bestimmten Tiefe zu halten, einen Energieteil aufweist, wel cher in jeder der Einfassungen vorgesehen ist, um unter Tinte gesetzt zu werden, welche über die Öffnung zugeführt wird, wobei der Energieteil Energie der Tinte in jeder der Öffnungen zuführt, so daß eine Blase in der Tinte erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Blase in der Tinte in jeder der Einfassungen er zeugt wird, welcher die Energie mittels des Energieteils entsprechend Bilddaten zugeführt wird;
b) die Blase zum Wachsen gebracht wird, bis sie eine vor herbestimmte Größe erreicht;
c) daß sich die Blase unter der Voraussetzung, daß der Energieteil abgeschaltet wird, zusammenzieht, und
d) die Blase in die Tinte verschwindet,
wobei eine Tintensäule von der Oberfläche der Tinte vorsteht,
wobei die Tintensäule von der Tintenoberfläche getrennt wird und dann ein Tintentröpfchen infolge einer Art Vortriebskraft, welche durch Wachsen der Blase erzeugt wird, von der Tinte aus ausgestoßen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schritte (a) bis (d) unter der Be dingung durchgeführt werden, daß ein Verhältnis (h₁/h₂) gleich oder größer als 0,8 ist, wobei h₁ eine ursprüngliche Tiefe der Farbe und h₂ eine Höhe der größten Blase ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schritte (a) bis (d) durchgeführt werden, unter der Voraussetzung, daß eine ursprüngliche Tiefe (h₁) der Tinte gleich oder kleiner als eine Länge (h₃) der Tintensäule ist, welche von der Oberfläche der Tinte vorsteht.

15. Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahl-Schreibkopfs, welcher eine Unterlage, auf welcher Heizelemente vorgesehen sind, eine erste Schicht mit Vertiefungen, die jeweils einem der Heizelemente der Unterlage entsprechen, und eine zweite Schicht mit einem Kanal aufweist, wobei die Unterlage, die erste und die zweite Schicht jeweils in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind, und Tinte durch den Kanal fließt und den Vertiefungen zugeführt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß

a) die Heizelemente auf einem Substrat ausgebildet werden, so daß dadurch die Heizelementunterlage hergestellt ist;
b) eine erste Photolackschicht auf der Heizelement-Unter lage aufgebracht wird;
c) die Vertiefungen in der ersten Photolackschicht durch ein photolithographisches Verfahren erzeugt werden, so daß jede der Vertiefungen einem der Heizelemente entspricht, bei welchem Prozeß die erste Schicht aus der ersten Photo lackschicht gebildet wird;
d) eine Metallschicht auf der ersten Photolackschicht ge bildet wird;
e) eine zweite Photolackschicht auf der Metallschicht ge bildet wird, und
f) ein Kanal in der zweiten Photolackschicht durch das photolithographische Verfahren gebildet wird, so daß die zweite Schicht aus der zweiten Photolackschicht gebildet ist.