DE4141203C2

DE4141203C2 - Tintentröpfchen-Schreibkopf

Info

Publication number: DE4141203C2
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: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: JPH0564889A; DE4141203A1; US5389962A

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintentröpfchen-Schreibkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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

Aus der JP-OS 2-155 652 ist ein Tintenstrahl-Schreibkopf mit einem Tintenzuführ kanal und einer durch eine Wand ausgebildeten Tintenkammer bekannt. An dem Boden der Tintenkammer ist ein Heizelement vorgesehen. Eine Tintenflüssigkeit, die über den Tintenkanal in die Tintenkammer läuft, wird über einen Düsenschlitz als Tropfen ausgestoßen. Durch die Wärmeeinwirkung können hier Tintenpartikel aus der zugeführten flüssigen Tinte auskristallisieren und den Düsenschlitz ganz oder teilweise verschließen. Der gattungsgemäße Tintentröpfchen-Schreibkopf, wie er aus der JP-OS 2-155 652 hervorgeht, ist ferner auch insoweit mit Nachteilen behaftet, als auch der Zwischenraum zwischen der umgebenden Wand, also der Rand der Tintenkammer, ganz oder teilweise durch auskristallisierende Tinte verschlossen werden kann. Hierdurch können bereits kleinere Verunreinigungen zu Richtungs änderungen eines Tintentröpfchens beim Ausstoß durch den Düsenschlitz führen, wodurch das Druckbild ganz erheblich verzerrt werden kann.

Aus den Patent Abstracts of Japan M-576 mit der JP-OS 61-249 768 ist ein Tintentröpfchen-Schreibkopf bekannt, der eine mit Öffnungen versehene Platte aufweist, unter der eine Spalte vorgesehen ist. Eine Platte, die mit kleinen Löchern versehen ist, ist direkt beim Spalt vorgesehen. An den unteren Enden der Löcher in der Platte sind Heizelemente vorgesehen, die Tintentropfen aus den Öffnungen der Platte herausschleudern, wenn den Heizelementen Energie zugeführt wird. Die Spalte ist nach oben und nach unten abgeschlossen. In Abhängigkeit von der Viskosität der zugeführten Tinte können diese Gänge in nachteiliger Weise leicht verstopft werden.

Aus der EP 0 389 738 A2 ist eine Anordnung bekannt, die unterschiedliche Öffnungen mit verschiedenen Durchmessern aufweist, die in zwei aufeinanderliegen den Platten eines Tintentröpfchen-Schreibkopfes angeordnet sind. Hier wird zur Vermeidung von Tintenkristallen und damit von Verschmutzungen und Blockierun gen der Ausstoßöffnungen vorgeschlagen, der Tinte Verdünnungsmittel zuzusetzen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tintentröpfchen-Schreibkopf vorzuschlagen, der kaum noch verstopft, wobei die Druckqualität unbeeinträchtigt bleibt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Tintentröpfchen-Schreibkopf mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Tintentröpfchen-Schreibkopfes werden durch die in den Unteransprüchen aufgeführ ten Merkmale definiert.

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

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 Tintentröpfchen-Schreibkopfeinheit einschließlich des in Fig. 1 dargestellten Schreib kopfchips;

Fig. 4B eine perspektivische Darstellung eines Beispiels der Tintentröpfchen-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; und

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

Nunmehr werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Fig. 1 bis 6 beschrieben. Zuerst wird ein Grundaufbau eines Tintentröpfchenstrahl- bzw. -Schreibkopfes beschrieben.

In Fig. 1 weist ein Schreibkopfchip eine Heizunterlage 1, eine Photolackschicht 2 und eine Tintenzuführplatte 3 auf, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Der 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 die Photolackschicht 2 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 2 mit einer Dicke im Bereich von 10 bis 40 µm auf dem Substrat unter Bedingungen ausgebildet werden, wenn die Viskosität des flüssigen Photolackmaterials in einem Bereich von 1000 bis 2000 cp liegt und eine Umdrehungsgeschwindigkeit bei dem Schleuderbeschichtungsprozeß in einem Bereich von 500 bis 1000 U/min liegt. Als Photolackmaterial kann vorzugs weise BMRS1000 verwendet werden.

Die Vertiefungen 2a können auch durch andere Prozesse in der Photolackschicht 2 erzeugt werden. Beispielsweise werden, nachdem eine trockene Photolackschicht 2 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.

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. Der 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 2, 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 2 zugeführte Tinte 5 wird über die Kammer 22a zu der Oberseite des Verteilers 22 geleitet, so daß die Tinte 5 über beide Seiten des Schreibkopfchips 10 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 5 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 5, 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 5 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 5 gefüllt wer den kann. Die Höhe der Tinte 5 an jedem der Heizelemente 6 hängt von der Tiefe einer entsprechenden Vertiefung 2a und der Tiefe des Tintenkanals 3a ab. In diesem Fall kann die Höhe der Tinte 5 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 5 gefüllt ist und die Höhe der Tinte 5 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 5 an jedem der Heizelemente 3 erzeugt, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Die Tinte 5 wird dann aus deren Oberfläche durch eine Art Vortriebskraft der Blase heraus geschleudert, und dann wird ein Tintentröpfchen 5a von der Oberfläche der Tinte 5 in einem 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 6 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 5 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 5, welche auf dem Heizelement 6 vorhanden ist, wird deren Oberfläche durch die Vortriebskraft angehoben, was auf dem Wachsen der Blase 7 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 5 auf dem Heizelement 6 weiter wächst. In dem in Fig. 5(d) dargestellten Fall wird die Oberfläche der Tinte 5 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 5, so daß eine Tintensäule 5b von der Oberfläche der Tinte 5 vorsteht. In dem in Fig. 5(f) dargestellten Fall wird die größte Blase 7 erhalten. Die Zeit, welche erforderlich ist, um die größte Blase 7 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 7 zu erhalten. Wenn die größte Blase 7 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 5 abgekühlt wird und die Tinte 5 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 5 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 5 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 5, von Bedingun gen, unter welchen der elektrische Impuls (die elektrische Energie) dem Heizelement 6 zugeführt wird, u. ä. ab.

Wenn das Tintentröpfchen 5a 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 5a und viele kleine Tintentröpfchen 5a gleichzeitig ausgestoßen. Vorzugsweise sollte das Tintentröpfchen 5a mit ei ner Geschwindigkeit ausgestoßen werden, welche gleich oder größer als 5 m/s ist.

Nachdem das Tintentröpfchen 5a von dem Schreibkopfchip 10 ausgestoßen ist, kehrt die auf dem Heizelement 6 vorhandene Tinte 5 in den Fig. 5(j) dargestellten, stationären Zustand zurück. Das heißt, die Vertiefung 2a ist mit Tinte 5 gefüllt und die Blase 7 verschwindet vollständig.

Bei dem erfindungsgemäßen Prozeß zum Ausstoßen des Tintentröpfchens 5a kann ein Entstehen von Tintennebel verhindert werden, welcher durch das Platzen der Tintenoberfläche hervorgerufen worden ist, wenn das Tintentröpfchen 5a entspre chend einem Prozeß mit den nachstehend aufgeführten Schritten erzeugt wird, nämlich Erzeugen der Blase 7 in der Tinte 5, Wachsen der Blase 7, Zusammenziehen der Blase 7 und Verschwinden der Blase 7. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung der Güte des aus Tintentröpfchen 5a 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 6 in einer der Vertiefun gen 2a vorgesehen ist, die Richtung, in welcher die Blase 7 erzeugt wird, festgelegt werden, und die durch die Blase 7 her vorgerufende Vortriebskraft wird wirksam an die Tinte 5 über tragen. Folglich wird das Tintentröpfchen 5a eindeutig erzeugt und wird genau in der vertikalen Richtung ausgestoßen. Außer dem hängt, wenn die Tinte 5 über den Kanal 3a jeder der Vertiefun gen 2a zugeführt wird, die Tintenhöhe auf jedem der Heizelemente 6 von der Tiefe des Kanals 3a und der Tiefe jeder der Vertiefungen ab. Folglich kann die Tintenhöhe auf dem Heizelement 6, welche das Ausstoßen des Tintentröpfchens 5a beeinflußt, dadurch ge nau gesteuert werden, daß der Kanal 3a und jede der Vertiefungen 2a mit Tinte 5 gefüllt wird.

Nunmehr wird im einzelnen der Aufbau der Heizelementunterla gen beschrieben. Die Heizelementunterlage 1 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 14 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 7 gebildet wird und dann in der Tinte 5 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), Polyimid-Harz (PYRALIN), zyklisches Polybutadien (ISR-CBR), Photoneece oder anderen photoempfindlichen Polyimid-Harzen.

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

"Anordnungsrate von Heizelementen" ist als die Anzahl von Heizelementen 6 definiert, welche in einer vorherbestimmten Fläche angeordnet sind.

Ein Punktbild wurde auf mattem, beschichtetem Papier NM 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 5a 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

Ein Punktbild wurde auf mattem, beschichtetem Papier NM 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 5a 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 1 wie im Beispiel 1 verwendet. Die Vertiefung 2a wurde mittels Photo lithographie aus BMRS1000 hergestellt. An dem Schreibkopf chip 10 war kein Tintenzuführkanal ausgebildet. Die Heizelement unterlage 1 mit den Vertiefungen 2a war direkt an der Tinten strahl-Schreibkopfeinheit angebracht. Die Tinte 5 wurde zu der Oberfläche der Heizunterlage 1 so zugeführt, daß eine Tin tenschicht auf der Heizelementunterlage 1 gebildet wurde.

In dem vorerwähnten Zustand wurde dann ein Ansteuersignal an jedes der Heizelemente 6 angelegt. In diesem Fall betrug die Dicke der Tintenschicht 30 µm. Wenn die Tiefe jeder der Ver tiefungen 2a 30 µm betrug, war die Höhe der Tinte 5 auf jedem der Heizelemente 6 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 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 6 vorhanden war, und der Höhe der Blase 7 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 5a 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 6 wurde unter denselben Bedingungen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, in einem Zustand an geordnet, bei welchem die Heizelementunterlage 1 unter Tinte 5 gesetzt war. (Die Tiefe/Dicke der Tinte 5 war gleich oder größer als 1 mm). In diesem Fall wurde der Tintenpunkt nicht erzeugt, sondern die Höhe h₂ der größten Blase 7 hatte annähernd den selben Wert wie der, welcher in dem in Fig. 5 dargestellten Fall erhalten worden ist.

Der Versuch, die Tintentröpfchen 5a auszustoßen, wurde mit Hilfe der in Beispiel 1 verwendeten Heizelementunterlage 1 unter un terschiedlichen Bedingungen bezüglich der Tiefe der Vertie fung 2a und des Tintenzuführkanals 3a durchgeführt. Die geringfü gige Konkavität (annäherend 3 µm), welche auf dem Meniskus des Tintenzuführkanals 3a 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

Die Tiefe der Vertiefung 2a und des Tintenkanals 3a wurden so ge ändert, daß die Dicke h der Tinte 5 sich in einem Bereich von 10 bis 75 µm änderte, wie in Tabelle 1 angezeigt ist. Der Tintenkanal 3a wurde durch Photolithographie aus BMRS1000 außer in den Fällen gebildet, welche in Tabelle 1 mit * gekenn zeichnet sind. Die Vertiefung 2a wurde durch Photolithographie aus BMRS1000 hergestellt.

Wenn die Dicke h₁ der Tintenschicht 32, 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 5 erhalten wurde, gegen die Tinte 5 ausge tauscht. Der Träger hat im wesentlichen dieselben Eigen schaften wie die Tinte 5. Dann wurde die Form des ausgestoßenen Trägers und der Zustand der Blase 7, 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 7, welche unter einer Bedingung erzeugt wurde, bei wel cher die Heizelementunterlage 1 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 7, 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 5 entweder eine Säulen- oder eine Tröpfchen form. Wenn dagegen h₁/h₂ 0,8 war, wurde die Tinte 5 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 7 ist, die in einem Zustand erzeugt worden ist, bei welchem die Heizelementunterlage 1 unter Tinte 5 gesetzt ist. Ferner ist vor zugsweise die Höhe h₁ so einzustellen, daß h₁ h₂ genügt ist.

Wenn die ausgestoßene Tinte 5 entweder die Säulen- oder die Tröpfchenform hat, wurde das Anwachsen der Blase 7, deren Kontraktion und deren Verschwinden nacheinander in der Tinte 5 durchgeführt, wie in Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Fall platzte die Oberfläche der Tinte 5 nicht, wodurch verhin dert wurde, daß sich durch das feine Verteilen der Tinte 5 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 5 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgestoßen.

Es wurden drei Arten von impulsförmigen Ansteuersignalen an die Heizelementunterlage 1 angelegt. Das erste impulsförmige Signal hatte eine solche erste Breite, daß die halbe Breite des Energieimpulses, welcher von dem Heizelement 6 erzeugt wurde, 6 µs betrug; das zweite impulsförmige Signal hatte eine solche zweite Breite, daß eine halbe Breite des von dem Heiz element 6 erzeugten Energieimpulses 10 µs betrug, und das dritte impulsförmige Signal hatte eine solche dritte Breite, daß die halbe Breite des von dem Heizelement 6 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

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 darge stellten 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
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 6 erzeugten Energie 3 µs be trug; das zweite impulsförmige Signal hatte eine solche zweite Breite, daß die halbe Breite der von dem Heizelement 6 erzeug ten Energie 8 µs betrug, und das dritte impulsförmige Signal hatte eine solche dritte Breite, daß die halbe Breite der von dem Heizelement 6 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 2 und 3 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 6 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 5 hatte, gegen die Tinte 5 ausgetauscht wurde, welche für BJ130 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 5 vorsteht. In Fig. 9(b) ist ein Zustand gezeigt, bei welchem sich die Blase 7 zusammenge zogen hat. In Fig. 9(c) ist ein Zustand gezeigt, bei welchem die Blase 7 vollständig verschwunden ist. Wenn die Blase 7 voll ständig verschwunden ist, wie in Fig. 9(c) dargestellt, wurde eine Welle 18 an der Oberfläche der Flüssigkeit in dem Tintenkanal 3a um den Heizelementteil 16 herum erzeugt, so daß die Tiefe/Dicke h₁ der Flüssigkeit 5 an dem Heizelementteil 16 niedriger wird als diejenige der Flüssigkeit 5 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 10 weiter ausgebreitet hat. Danach wird die Oberflä che der Flüssigkeit 5 an dem Heizelementteil 16 hochgehoben, so daß die Oberfläche der Flüssigkeit 5 (der Tinte) in den stationären Zustand zurückkehrt, wie in Fig. 9(e) dargestellt ist. Beruhend auf der vorstehend beschriebenen Bewegung der Oberfläche der Flüssigkeit 5 wurden optimale Ansteuerbedingun gen erhalten; d. h. es wurde folgendes herausgefunden.

Die Dicke h₁ der Flüssigkeit 5 an dem Heizelementteil 16 konnte auf einen Wert im Bereich von 20 bis 80% der Dicke/Tiefe h₁ der Flüssigkeit 5 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 5 in den stationären Zustand zurückkehrte (h₁ 0,8), der existierte, bevor der Heizelementteil 16 aktiviert wurde. Wenn die Prozesse, durch welche die Blase 7 erzeugt wird, wächst, sich zusammenzieht und verschwindet, ausgeführt wur den, wurde die Tinte 5 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 5 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 5 an dem Heizelementteil 16 weniger als die Dicke der Flüssigkeit 5 in dem stationären Zustand betrug, wurde die Tinte 5 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 5 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 h₁ 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 5 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 5b bezeich net, welche von der Oberfläche der Tinte 5 vorsteht, wenn der Heizteil 16 entsprechend den vorherbestimmten Bedingungen an gesteuert wird.

Der Versuch, Tinte 5 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 3a 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 5 ausgetauscht, wel che für BJ130 verwendet worden ist. Die Ergebnisse, welche bei dem Beispiel 7 erhalten wurden, sind in Tabelle 4 wiedergegeben.

Tabelle 4

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

Beispiel 8

Im Beispiel 8 wurde der Versuch, Tinte 5 auszustoßen, mit einem Aufzeichnungs- bzw. Schreibkopf durchgeführt, welcher keinen Tintenkanal 3a aufwies. In diesem Fall sind nur die Ver tiefungen 2a an der Heizelementunterlage 1 ausgebildet, und die Tinte 5 wird der Oberfläche der Heizelementunterlage 1 zugeführt, indem ein Unterschied zwischen dem Wasserkopf eines Tinten reservebehälters und demjenigen der Heizelementunterlage 1 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 5 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 5b ist, welche von der Oberfläche der Tintenschicht vorsteht. Wenn h₃ < 5h₁ ist, kann die Tinte 5 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 darstellt 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 5 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 5 auf jedem der Heizelemente 6 in der Tintenstrahl- Schreibkopfeinheit 20. Das heißt, ein Oberflächenpegel der Tinte 5 in der Zuführeinheit 31 und ein Oberflächenpegel der Tinte 5 in dem Schreibkopf sind immer gleich, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 11 angezeigt ist. Folglich kann die Tiefe/Dicke der Tinte 5 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 0,8 h₂ wird, wobei h₂ die Höhe der größten Blase 7 ist, welche in einem Zustand erzeugt wird, in welchem die Heizelementunterlage 1 unter Tinte 5 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 5 umgewälzt wird. Ein Oberflächenniveau von Tinte 5, welche über die Tintenzuführeinheit 31 fließt, ist immer gleich einem Oberflächenniveau der Tinte 5 in dem Schreib kopf. Die Tinte 5, 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 5 läuft immer über die Zu führeinheit 31. Das Oberflächenniveau der Tintenschicht an dem Heizteil 16 ist immer auf ein Niveau begrenzt, das einer Posi tion entspricht, in welcher die Tinte 5 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 16 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 2a 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 7 ein Aus stoßen der Tinte 5 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 2a 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 3a wurden mittels Photolithographie bei dem flüssigen Photolack BMRS1000 gebil det. Sowohl die Vertiefung 2a als auch der Tintenzuführkanal 3a sind 30 µm tief. Die Tinte 5 wurde durch den Träger ersetzt. Eine Anordnungsrate von Heizelementen 6 betrug normalerweise 200 dpi (Punkte pro inch). Wenn die Vertiefungsfläche S_p groß war, wurde die Anordnungsrate von Heizelementen 6 in 100 dpi 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 5 ständig ausgestoßen werden kann, wenn der Bedin gung S_h S_p < 2,5 S_h genügt ist.

Claims

1. Tintentröpfchen-Schreibkopf,

- mit einer Heizelementunterlage (1), auf der eine Reihe von Heizelementen (6) zum Erzeugen einer einen Ausstoß eines Tröpfchens (5b) bewirkenden Blase (7) in der Tinte (5) angeordnet ist,
- mit einer auf der die Heizelemente (6) enthaltenden Seite der Heizelement unterlage (1) angeordneten Schicht (2), die die Heizelemente (6) überlagernde Vertiefungen (2a) aufweist,
- mit einer auf der Schicht (2) angeordneten Tintenzuführplatte (3) mit einem Tintenkanal (3a),

dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenkanal (3a) aus einem über die Reihe der Heizelemente (6) verlaufenden ersten Abschnitt und zweiten Abschnitten besteht, deren jeweils einer den ersten Abschnitt unter Bildung eines jeweils eine Vertiefung (2a) überlagernden Kreuzungs bereiches schneidet,

- wobei beidseits des ersten Abschnittes je ein Tintenzuführungskanal (4) angeordnet ist, in die die zweiten Abschnitte des Tintenkanales (3a) beidseits des ersten Abschnittes münden,
- und wobei der Ausstoß des Tröpfchens (5b) nach außen unmittelbar aus dem Kreuzungsbereich erfolgt.

2. Tintentröpfchen-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansteuerimpuls einen Zyklus aufweist, der gleich oder größer als (t + 30) µs ist, wobei t eine halbe Breite eines dem Heizelement (6) zugefügten Energieimpulses ist.

3. Tintentröpfchen-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis (h₁/h₂) einer ursprünglichen Tiefe (h₁) der Tinte (5) zu einer Höhe (h₂) der größtmöglichen Blase (7) gleich oder größer als 0,8 ist.

4. Tintentröpfchen-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprüngliche Tiefe (h₁) der Tinte (5) gleich oder kleiner als eine Länge (h₃) einer Säule ist, welche von der Oberfläche der Tinte 5 vorsteht, wenn die Blase (7) in der Tinte (5) in jeder der Vertiefungen (2a) wächst.

5. Tintentröpfchen-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Tinte (5) von einer ersten Tiefe (h_c) des Tintenkanals (3a) und einer zweiten Tiefe (h_p) jeder der Vertiefungen (2a) abhängt.

6. Tintentröpfchen-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beziehung zwischen den Größen der jeweiligen Ver tiefungen (2a) und dem Heizelement (6) der folgenden Formel genügt: S_h S_p < 2,5 S_hwobei S_h eine Fläche des Heizelements (6) und S_p eine Fläche eines Querschnitts jeder der Vertiefungen (2a) parallel zu dem Heizelement (6) ist.