DE4317944C2

DE4317944C2 - Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf

Info

Publication number: DE4317944C2
Application number: DE4317944A
Authority: DE
Inventors: Masao Mitani
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2013-05-29
Also published as: US5710583A; JP3320825B2; JPH0671888A; DE4317944A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, wie er beispielsweise aus der DE 37 17 294 A1 bekannt ist. Der bekannte Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf weist eine Kammer zur Aufnahme von Tinte auf, wobei die Kammer einen Vorratsbehälter, eine Öffnung zum Ausstoßen eines Tintentropfens und einen von dem Vorratsbehälter zu der Öffnung führenden Kanal aufweist. Der bekannte Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf ist mit einem Dünnfilmwiderstand versehen, der im Inneren des Kanals angeordnet ist, wobei eine Heizoberfläche des Dünnfilmwiderstands im Betrieb der Tinte ausgesetzt ist. Als Material für den Dünnfilmwiderstand wird Ta-N-SiO₂ oder Ta-SiO₂ vorgeschlagen. Weiterhin sind bei dem bekannten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zwei elektrisch mit dem Dünnfilmwiderstand verbundene Elektroden vorgesehen, durch welche dem Dünnfilmwiderstand elektrische Stromimpulse zuführbar sind, wobei die Elektroden voneinander beabstandet so auf dem Dünnfilmwiderstand angeordnet sind, daß zwischen ihnen die Heizoberfläche freiliegt. Als Material für die Elektrode wird Gold, Platin, Palladium, Aluminium, Kupfer oder ein ähnliches Material vorgeschlagen. Die Elektroden werden durch eine Hilfselektrode aus Titan abgedeckt, zum Schutz der Elektrode gegen elektrochemische Einwirkungen und zur Verringerung des spezifischen Leitungswiderstands der Elektroden.

Aus der US-PS 4 517 444 ist ein gattungsfremder Aufzeichnungskopf bekannt, nämlich ein sog. Thermodruckkopf, bei welchem als Material für den Dünnfilmwiderstand Cr-Si-SiO vorgeschlagen wird; dieses Material muß durch eine Schutzschicht geschützt werden, nämlich durch eine SiO₂-Schicht zum Schutz gegen oxidierende Einwirkungen, und durch eine zusätzliche Schicht aus Ta₂O₅ zur Verbesserung der Abriebfestigkeit.

Ein weiterer Thermodruckkopf ist aus der US-PS 4 772 520 bekannt, und bei diesem Thermodruckkopf besteht der Dünnfilmwiderstand aus einem Ta-Si-O-Dünnfilm, der mehr als 45 Mol% und höchstens 75 Mol% Siliciumoxid, ausgedrückt durch SiO₂ enthält. Bezüglich der Dünnfilmwiderstandsschicht wird darauf hingewiesen, daß diese aus einer Mischung von Tantal, Silicium und deren Zwischenprodukten bestehen kann. Auf der Dünnfilmwiderstandsschicht ist, abgesehen von deren Heizoberfläche, ein Haftmetall, wie beispielsweise Chrom oder Titan aufgebracht, hierauf Leiterschichten aus beispielsweise Gold und hierauf eine Schutzschicht aus Ta₂O₅.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zur Verfügung zu stellen, welcher zur Erzielung von Aufzeichnungsvorgängen mit hoher Geschwindigkeit Tinte mit hoher Frequenz ausspritzen kann.

Die Aufgabe wird durch einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit den im Patentanspruch 1 bzw. im Patentanspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Zum besseren Verhältnis der Erfindung wird deren Hintergrund nachstehend kurz erläutert.

Weiterhin wurde in den japanischen Patentanmeldungen Kokai Nr. SHO-48-9622 und 52-51837 ein Bildaufzeichnungsgerät mit einem thermisch gepulsten Tintenstrahl vorgeschlagen. Bei einem Druckkopf für ein derartiges Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät verdampft ein Wärmeimpuls schnell eine kleine Tintenmenge. Die durch die Ausdehnung der sich ergebenden Dampfblase hervorgerufene Kraft stößt einen Tintentropfen aus einer Öffnung aus. Dann bricht die Dampfblase zusammen und verschwindet. Das Anlegen eines weiteren thermischen Impulses wiederholt den Ausspritzvorgang.

Der Druckkopf für ein derartiges Tintenstrahl-Bildaufzeichnungsgerät ist mit einem Heizwiderstand zur Erzeugung einer derartigen gepulsten Wärme versehen. In der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 54-59936, bei einer Präsentation, bei der am 26. Februar 1992 stattfindenden Tagung für Hochtechnologie für dauerhafte Kopien, unterstützt von der japanischen Gesellschaft für Technologie Transfer, und in der Ausgabe des Hewlett-Packard-Journals vom August 1988 wurden ein Heizwiderstand vorgeschlagen, der als Dünnfilmwiderstand ausgebildet ist, an welchen ein elektrischer Impuls angelegt wird, und welcher einen Wärmeimpuls erzeugt. Fig. 1 zeigt den Aufbau des konventionellen Heizwiderstands 200, der eine thermische Kondensatorschicht 211 aufweist, die auf einem (nicht gezeigten) Substrat vorgesehen ist, einen Dünnfilmwiderstand 213, der oberhalb der thermischen Kondensatorschicht 211 vorgesehen ist, einen Dünnfilmleiter 214, der sich über ein Teil der Oberfläche des Dünnfilmwiderstands 213 erstreckt, sowie eine Anti-Oxidationsschicht 215, die sowohl über dem Dünnfilmwiderstand 213 als auch über dem Dünnfilmleiter 214 vorgesehen ist. Weiterhin ist über der Anti-Oxidationsschicht 215 eine Anti-Kavitationsschicht 216 ausgebildet. Auf der Anti-Kavitationsschicht 216 kann eine zusätzliche Anti-Kavitationsschicht 217 vorgesehen sein.

Ein derartig komplizierter Aufbau ist hauptsächlich deswegen erforderlich, da konventionelle Dünnfilmwiderstände 213 die nachstehend angegebenen Schwierigkeiten aufweisen: Im Stand der Technik sind zahlreiche Materialien bekannt, beispielsweise TaAl und HfB₂, die üblicherweise als Dünnfilmwiderstand 213 verwendet werden. Diese Materialien weisen einen ausreichend hohen spezifischen Widerstand, eine hervorragende Wärmewiderstandsfähigkeit, und eine Impulswiderstandsfähigkeit auf. Allerdings ist es bekannt, daß alle diese Materialien sehr leicht ausbrennen, wenn sie in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt werden. Wenn diese Materialien erhitzt werden, während sie in die Tinte eingetaucht sind, werden sie daher einfach durch in der Tinte gelösten Sauerstoff oxidiert. Um den Dünnfilmwiderstand 213 gegen derartige chemische Angriffe zu schützen, ist die Anti-Oxidationsschicht 215, die beispielsweise aus SiO₂ oder Si₃N₄ besteht, in einer Schicht mit einer Dicke von mehreren Mikrometern über dem Dünnfilmwiderstand 213 vorgesehen.

Weiterhin ist bekannt, daß eine Schockwelle erzeugt wird, wenn eine von dem Heizwiderstand 200 erzeugte Dampfblase zusammenbricht. Die Schockwelle beaufschlagt daher die Anti-Oxidationsschicht 215, und in der Anti-Oxidationsschicht 215 erfolgt eine Erosion infolge der Kavitation, wodurch sich beispielsweise Spalte ergeben. Auf diese Weise erzeugte Spalte führen zu einem Kurzschluß des Dünnfilmwiderstands 213. Aus diesem Grunde sind die Anti-Kavitationsschichten 216 und 217 vorgesehen, um die Anti-Oxidationsschicht 215 gegenüber den erheblichen Hydraulikkräften zu schützen, die erzeugt werden, wenn die Dampfblase auf derartige Weise zusammenbricht. Die Anti-Kavitationsschicht 216 besteht im allgemeinen aus einer etwa 0,4 µm dicken Dünnfilmschicht aus Tantal.

Die voranstehend beschriebene Anti-Oxidationsschicht 215 und die Anti-Kavitationsschichten 216 und 217 bilden allerdings Quellen zahlreicher, nachstehend angegebener Probleme: Der Dünnfilmwiderstand 213 muß die Tinte durch diese Schutzschichten 215 und 217 hindurch aufheizen. Da die Schutzschichten eine hohe Gesamtwärmekapazität aufweisen, die um das 50- bis 100fache höher sein kann als die des Dünnfilmwiderstands 213 selbst, bilden sie zwischen dem Dünnfilmwiderstand 213 und der Tinte einen thermischen Puffer. Der thermische Puffer erhöht die Energie und Zeit, die zur Erhitzung der Tinte erforderlich sind, und daher muß der Heizwiderstand 200 mit einem gepulsten elektrischen Strom versorgt werden, der eine große Impulsbreite von etwa 5 bis 10 µs aufweist. Weiterhin erhöht der thermische Puffer die zum Abkühlen des Dünnfilmwiderstands 213 nach der Blasenausbildung erforderliche Zeit, und daher führt an der Oberfläche des Heizwiderstands 200 verbleibende Wärme zu einer ungewünschten, sekundären Erzeugung schwacher Blasen, welche eine stabile Tintenausspritzung stören sowie eine Erhöhung der Ausspritzfrequenz verhindern.

Der komplizierte Aufbau des konventionellen Heizwiderstands 200 führt daher zu einer Begrenzung der Tintenausspritzfrequenz eines Bildaufzeichnungsgerätes mit einem thermisch gepulsten Tintenstrahl.

Der Druckkopf für das thermisch gepulste Tintenstrahl-Bildaufzeichnungsgerät weist mehrere Tintentropfengeneratoren auf, von denen jeder mit einem Tintenkanal versehen ist, der an seinem einen Ende mit einem gemeinsamen Tintenvorrat in Verbindung steht, und der an seinem anderen Ende mit einer Öffnung versehen ist, um einen Tintentropfen herauszuspritzen. Der voranstehend geschilderte Heizwiderstand 200 ist in dem Tintenkanal angeordnet. Im Betrieb sind der Tintenkanal und der Tintenvorrat mit Tinte gefüllt. Der Heizwiderstand 200 erzeugt einen Wärmeimpuls, der eine kleine Menge der Tinte verdampft, die auf dem Heizwiderstand 200 angeordnet ist, so daß eine Dampfblase entsteht. Die durch die Ausdehnung der sich ergebenden Dampfblase erzeugte Kraft stößt einen Tintentropfen durch die Öffnung hinaus. Dann bricht die Dampfblase zusammen und verschwindet. Nachdem der Tintentropfen auf diese Weise abgeschossen wurde, zieht sich innerhalb der Öffnung der Tintenmeniskus tief zurück infolge der mit dem abgeschossenen Tropfen verlorengegangenen Tinte. Der auf diese Weise verformte Meniskus erreicht dann wieder seinen Gleichgewichtszustand infolge der Oberflächenspannung der Tinte in Bezug auf die Wände des Tintenkanals, worauf der Tropfengenerator erneut mit der Tinte gefüllt wird. Dann erzeugt der Heizwiderstand 200 wiederum Hitze für das nächste Ausspritzen der Tinte.

Bevor der Tropfengenerator das nächste Mal "gezündet" wird, muß daher der Meniskus in seine Ruhelage zurückgeführt werden, um den Impulsgenerator mit Tinte erneut zu füllen. Da allerdings bei dem konventionellen Tropfengenerator die Rückfüllung allein mit Hilfe der Oberflächenspannung der Tinte erfolgt, ist zur Rückfüllung des Tropfengenerators ein langer Zeitraum erforderlich. Diese lange Wartezeit stellt eine weitere Begrenzung für die Tintenausspritzfrequenz des thermisch gepulsten Tintenstrahl-Bildaufzeichnungsgerätes dar.

In der japanischen Patentanmeldung Nr. SHO-62-240558 wurde das voranstehend geschilderte Problem bemerkt, welches den Meniskus betrifft, und es wurde ein Verfahren zur Erhöhung der Ausspritzfrequenz vorgeschlagen. Allerdings bestehen bei jenem Verfahren Probleme bezüglich einer Wechselwirkung ("Übersprechen") zwischen benachbarten Öffnungen.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, daß ein gegenüber Oxidation beständiges Material wie beispielsweise eine Cr-Si-SiO-Legierung und eine Ta-Si-SiO-Legierung auch Kavitationswiderstandseigenschaften und Widerstandseigenschaften gegenüber einer galvanischen Korrosion aufweist, und daher besonders für den Dünnfilmwiderstand geeignet ist, welcher der Aufzeichnungsflüssigkeit ausgesetzt ist, beispielsweise wäßriger Tinte. Weiterhin hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß ein leitfähiges Material wie beispielsweise Nickel Widerstandseigenschaften gegen galvanische Korrosion aufweist, und daher besonders für den Dünnfilmleiter geeignet ist, der ebenfalls der Aufzeichnungsflüssigkeit ausgesetzt ist, etwa der wäßrigen Tinte.

Da bei der vorliegenden Erfindung die Schutzschichten bei dem Dünnfilmwiderstand weggefallen sind, und der Dünnfilmwiderstand direkt die Aufzeichnungsflüssigkeit, nämlich Tinte, erhitzen kann, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Dünnfilmwiderstand die Temperatur der Tinte innerhalb eines kurzen Zeitraums steuern. Der keine Schutzschicht aufweisende Dünnfilmwiderstand gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher eine hohe Tintenausspritzfrequenz erreichen.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung hat der Erfinder herausgefunden, daß sich die Art und Weise, wie sich eine durch den Dünnfilmwiderstand erzeugte Dampfblase ausdehnt und zusammenbricht, abhängig von der Struktur des Tintenkanals variiert, welcher einen die Dampfblase umgebenden Raum festlegt. Weiterhin hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß in einem Tintenkanal, der einen asymmetrischen Raum aufweist, eine Dampfblase eine Tintenpumpwirkung erzeugt, so daß Tinte in einer einzigen Richtung vorgestoßen wird.

Im einzelnen veranlaßt die Dampfblase Tinte dazu, von einem größeren Raum in Richtung auf einen kleineren Raum in dem Kanal zu fließen. Daher stellt die vorliegende Erfindung einen verbesserten Aufbau eines Tintenkanals zur Verfügung, so daß ein dynamischer Tintenfluß von dem Tintenvorrat in Richtung auf die Öffnung erzeugt wird, und hierdurch die Tintenausspritzfrequenz erhöht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine weitere Erhöhung der Tintenausspritzfrequenz des thermisch gepulsten Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes erreicht werden. Bei dieser Ausführungsform ist der Aufzeichnungskopf nicht nur mit dem Dünnfilmwiderstand versehen (einem Ausspritz-Heizwiderstand), der zum Ausspritzen eines Tintentropfens durch die Öffnung verwendet wird, sondern auch mit einem zusätzlichen Dünnfilmwiderstand (Zufuhr-Heizwiderstand), der für die Zufuhr von Tinte von dem Vorratsbehälter zum Kanal verwendet wird, um auf diese Weise schnell den Kanal erneut zu füllen, nachdem ein Tintentropfen durch die Öffnung ausgespritzt wurde. Der zusätzliche Dünnfilmwiderstand ist in dem Kanal angeordnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines konventionellen Dünnfilmwiderstands;

Fig. 2A eine Aufsicht auf einen Heizwiderstand gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2B eine seitliche Schnittansicht des Dünnfilmwiderstands von Fig. 2A entlang einer Linie IIB-IIB;

Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht einer Abänderung des in den Fig. 2A und 2B gezeigten Dünnfilmwiderstands;

Fig. 4 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfes des sogenannten senkrechten Typs, welcher mit dem in den Fig. 2A und 2B gezeigten Dünnfilmwiderstand versehen ist;

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht des Aufzeichnungskopfes des senkrechten Typs gemäß Fig. 4, entlang einer Linie V-V;

Fig. 6 eine Perspektivansicht einer Versuchsplatte, die bei der Bewertung der Eigenschaften bezüglich der galvanischen Korrosionsfestigkeit von Dünnfilm-Leitermaterialien verwendet wird;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Eigenschaften bezüglich galvanischer Korrosionsfestigkeit verschiedener Metallfilme;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Eigenschaften bezüglich einer galvanischen Korrosionsfestigkeit eines Nickel-Dünnfilmleiters;

Fig. 9 eine graphische Darstellung von Ergebnissen abgestufter Belastungsversuche zur Bewertung des Dünnfilmwiderstandes, der in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist;

Fig. 10 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfes des sogenannten Paralleltyps, welcher mit dem in den Fig. 2A und 2B gezeigten Dünnfilmwiderstand versehen ist;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht des in Fig. 10 gezeigten Aufzeichnungskopfes entlang einer Linie XI-XI;

Fig. 12 eine seitliche Schnittansicht einer weiteren geänderten Ausführungsform des in den Fig. 2A und 2B gezeigten Dünnfilmwiderstands;

Fig. 13 eine Aufsicht einer Ausführungsform des Dünnfilmwiderstands der Fig. 2A und 2B, um zu verdeutlichen, daß dieser eine asymmetrisch geformte Heizoberfläche aufweist;

Fig. 14 eine Aufsicht einer weiteren geänderten Ausführungsform eines Dünnfilmwiderstands, welcher eine andere, asymmetrisch geformte Heizoberfläche aufweist;

Fig. 15 eine Aufsicht des in Fig. 13 gezeigten Dünnfilmwiderstands, der durch Hinzufügung von Anti-Korrosionsfilmen abgeändert wurde;

Fig. 16A eine Aufsicht auf den in Fig. 13 gezeigten, asymmetrisch geformten Dünnfilmwiderstand, der durch Hinzufügung organischer Dünnfilme des Polyimidtyps modifiziert wurde;

Fig. 16B eine seitliche Querschnittsansicht des Dünnfilmwiderstands von Fig. 16A entlang einer Linie XVIB-XVIB;

Fig. 17A bis 17D die Ausdehnung und das Zusammenfallen thermisch erzeugter Blasen in unterschiedlichen Umgebungen, wobei jede Figur einen oberen Abschnitt aufweist, der eine Aufsicht der Blase zeigt, und einen unteren Abschnitt, der eine Seitenansicht der Blase zeigt, wobei:

Fig. 17A die Art und Weise zeigt, in welcher die Blase expandiert, wenn der Expansion kein Hindernis entgegensteht,

Fig. 17B die Art und Weise zeigt, wie sich die Blase ausdehnt, wenn eine Decke vorgesehen ist, welche die Ausbreitung behindert,

Fig. 17C die Art und Weise zeigt, wie sich die Blase ausdehnt, und wie sie zusammenbricht, so daß sie verschwindet, wenn eine Decke und zwei Querseitenwände vorgesehen sind, welche die Expansion behindern, und

Fig. 17D die Art und Weise zeigt, in welcher die Blase expandiert und zusammenbricht, so daß sie verschwindet, in einem asymmetrisch geformten Raum;

Fig. 18 eine seitliche Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfes des Paralleltyps gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 eine Querschnittsansicht des in Fig. 18 gezeigten Aufzeichnungskopfes entlang einer Linie XIX-XIX;

Fig. 20A bis 20D eine schematische Darstellung der Art und Weise, wie eine Blase expandiert und zusammenfällt, und ein Tintentropfen ausgestoßen wird, in einem Tropfengenerator;

Fig. 21 eine seitliche Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfes des Paralleltyps entlang einer Linie XXI-XXI, gemäß einem Beispiel für eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 22 eine Querschnittsansicht des in Fig. 21 gezeigten Aufzeichnungskopfes entlang einer Linie XXII-XXII;

Fig. 23A bis 23D eine schematische Darstellung der Art und Weise, wie Blasen, expandieren und zusammenbrechen und ein Tintentropfen ausgestoßen wird, bei dem in den Fig. 21 und 22 gezeigten Aufzeichnungskopf;

Fig. 24 eine seitliche Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfes des Paralleltyps gemäß einem weiteren Beispiel;

Fig. 25 eine Querschnittsansicht des in Fig. 24 gezeigten Aufzeichnungskopfes entlang einer Linie XXV-XXV;

Fig. 26 eine seitliche Schnittansicht eines Druckkopfes des Paralleltyps gemäß einem weiteren Beispiel;

Fig. 27 eine Querschnittsansicht des in Fig. 26 gezeigten Aufzeichnungskopfes entlang einer Linie XXVII-XXVII;

Fig. 28 eine Querschnittsansicht einer Abänderung des Aufzeichnungskopfes der Fig. 26 und 27;

Fig. 29 eine seitliche Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfes des senkrechten Typs gemäß einem weiteren Beispiel und

Fig. 30 eine Querschnittsansicht des in Fig. 29 gezeigten Aufzeichnungskopfes entlang einer Linie XXX-XXX.

In den Zeichnungen werden gleiche oder ähnliche Teile oder Bauteile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Nachstehend wird ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 16 beschrieben.

Hierbei geht es um einen Dünnfilmwiderstand 100, der keine Schutzschicht aufweist, für den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf.

Wie in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist, weist der Dünnfilmwiderstand 100 auf: eine Dünnfilmwiderstandsschicht 3 in rechteckiger Form, die aus einer Cr-Si-SiO-Legierung besteht; und ein Paar von Leitern oder Elektroden 4 und 4′, die jeweils als Dünnfilm in rechteckiger Form ausgebildet sind, und über der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 so angeordnet sind, daß dazwischen eine Lücke vorliegt, so daß die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 in einem Bereich 103, der Heizoberfläche, mit annähernd quadratischer Form freiliegt. Bei einem derartigen Aufbau sind die Elektroden 4 und 4′ über der rechteckförmigen Heizoberfläche 103 des Dünnfilmwiderstands verbunden. Die Elektroden 4 und 4′ sind an eine elektrische Energiequelle (nicht gezeigt) angeschlossen, so daß eine Reihenschaltung gebildet wird. Bei einem derartigen Aufbau versorgt die Energiequelle die quadratische Heizoberfläche 103 des Dünnfilmwiderstands mit einem gepulsten elektrischen Strom über die Elektroden 4 und 4′, so daß die quadratische Heizoberfläche 103 impulsförmig Wärme erzeugt.

Der Erfinder stellte den Dünnfilmwiderstand 100 auf folgende Weise her: Eine Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus einer Cr-Si-SiO-Legierung mit einer Dicke von annähernd 70 nm (700 Å) wurde zuerst über einem Glassubstrat 1 ausgebildet, welches aus Borsilikatglas besteht (Pyrex, Warenzeichen). Dann wurde eine etwa 200 nm (2000 Å) starke Nickel-Dünnfilmschicht über der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus der Cr-Si-SiO-Legierung abgelagert. Dann wurde ein Photoätzvorgang zum Ätzen der Ni-Schicht zur Ausbildung der Elektroden 4 und 4′ durchgeführt, so daß die Dünnfilmwiderstandsschicht in einem quadratischen Bereich in einer Fläche von 40×40 µm freigelegt wurde. Ein weiterer Photoätzvorgang erfolgte, um die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus der Cr-Si-SiO-Legierung in eine rechteckige Form zu bringen, unter Verwendung einer Ätzlösung aus Salpetersäure, gemischt mit Flußsäure.

Es wird darauf hingewiesen, daß zum Schutz des Glassubstrats 1 gegenüber der Ätzlösung aus einer Mischung von Salpetersäure und Flußsäure während des Ätzvorganges für die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 eine thermische Oxidationsschicht 2 aus Ta₂O₅ mit einer Dicke von annähernd 150 nm (1500 A) auf dem Glassubstrat 1 vor der Ätzung ausgebildet werden kann, wie in Fig. 3 gezeigt.

Wenn der Dünnfilmwiderstand 100 mit dem voranstehend beschriebenen Aufbau in dem Aufzeichnungskopf vorgesehen ist, so ist er auf dem Glassubstrat 1 ausgebildet, welches als Bodenwand eines Kanals (für Tinte) jeweils eines Tropfengenerators dient. Wenn der Kanal mit Tinte gefüllt ist, sind daher die Heizoberfläche 103 der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 sowie die Elektroden 4 und 4′ der Tinte ausgesetzt. Die Elektrode 4 dient als einzelne Elektrode, die so betätigt wird, daß selektiv der gepulste elektrische Strom an die entsprechende Dünnfilmwiderstandsschicht 3 angelegt wird, um hierdurch selektiv durch die Heizoberfläche 103 impulsförmig Wärme zu erzeugen. Andererseits dient die andere Elektrode 4′ als gemeinsame Elektrode für die Dünnfilmwiderstände sämtlicher Tropfengeneratoren, die in dem Aufzeichnungskopf vorgesehen sind.

Ein Beispiel für einen Aufzeichnungskopf, der mit dem voranstehend beschriebenen Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. Der Aufzeichnungskopf ist mit einem gemeinsamen Tintenvorratsbehälter 9 und mehreren Tropfengeneratoren 101 versehen, die auf die in Fig. 5 gezeigte Weise ausgerichtet sind. Jeder Tropfengenerator 101 weist einen Kanal 8 auf, der an seinem einen Ende mit dem Vorratsbehälter 9 in Verbindung steht, und der an seinem anderen Ende eine Öffnung 7 aufweist zum Ausstoßen eines Tintentropfens. Der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel der Erfindung ist so ausgebildet, daß sich die Öffnung 7 senkrecht zum Kanal 8 erstreckt (dies wird nachstehend als Aufzeichnungskopf des "senkrechten Typs" bezeichnet). Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der Dünnfilmwiderstand 100 auf einem Glassubstrat 1 in einer solchen Position vorgesehen, daß hierdurch eine Bodenwand des Kanals 8 jedes Tropfengenerators 101 zur Verfügung gestellt wird. Der Dünnfilmwiderstand 100 ist in dem Kanal 8 an einem derartigen Ort angeordnet, daß die Heizoberfläche 103 des Dünnfilmwiderstands 100 der Öffnung 7 gegenüberliegt. Daher erstreckt sich die Öffnung 7 senkrecht zur Oberfläche der Heizoberfläche 103. Die in den jeweiligen Tropfengeneratoren 101 vorgesehenen Elektroden 4′ sind miteinander verbunden, um eine gemeinsame Elektrode auszubilden, wie in Fig. 5 gezeigt.

Im Betrieb wird der Kanal 8 mit Tinte gefüllt, die von dem Tinten-Vorratsbehälter 9 geliefert wird, so daß auch die Öffnung 7 mit Tinte gefüllt ist. Wird ein elektrischer Impuls an die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 angelegt, so erhitzt sich die Heizoberfläche 103 impulsförmig. Eine kleine Menge an Tinte, die sich an der Heizoberfläche 103 befindet, wird durch den thermischen Impuls zu einer Dampfblase verdampft. Die Dampfblase dehnt sich aus, und die Kraft der sich ausdehnenden Dampfblase in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Heizoberfläche 103 spritzt Tinte durch die Öffnung in Richtung auf ein Bildaufzeichnungsmedium (nicht gezeigt) aus, welches vor der Öffnung angeordnet ist.

Nachstehend werden im einzelnen die Gründe dafür beschrieben, warum die vorliegende Erfindung die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus einer Cr-Si-SiO-Legierung sowie die Ni-Dünnfilmleiter als Elektroden 4 und 4′ dazu verwendet, den Dünnfilmwiderstand 100 auszubilden, der keine Schutzschicht aufweist.

Die hervorragenden Anti-Oxidationseigenschaften eines Dünnfilmwiderstands aus einer Cr-Si-SiO-Legierung wurden bei der "Electronics Components Conference", 1982, San Diego beschrieben sowie in der japanischen Patentanmeldung Kokai, Nr. SHO-58-84401. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung bemerkte diese Eigenschaften des Dünnfilmwiderstands aus der Cr-Si-SiO-Legierung und fand heraus, daß der Dünnfilmwiderstand aus der Cr-Si-SiO-Legierung gute Eigenschaften in bezug auf eine Widerstandsfähigkeit gegen galvanische Korrosion und Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation aufweist, wenn er so betrieben wird, daß er in eine Tinte auf Wassergrundlage eingetaucht ist, und daher als Dünnfilmwiderstand ohne eine Schutzschicht für ein thermisch gepulstes Tintenstrahl-Bildaufzeichnungsgerät geeignet ist.

Um den Dünnfilmwiderstand, der keine Schutzschicht aufweist, auszubilden, mußte daher der Erfinder der vorliegenden Erfindung darüber hinaus einen Dünnfilmleiter entwickeln, der ausreichende Eigenschaften bezüglich einer Widerstandsfähigkeit gegen galvanische Korrosion und Kavitation aufweist, wenn er so betrieben wird, daß er in eine Tinte auf Wassergrundlage eingetaucht ist, und daher mit der Cr-Si-SiO-Legierung kombiniert werden kann, um auf diese Weise den Dünnfilmwiderstand herzustellen, der keine Schutzschicht aufweist.

Zur Entwicklung eines derartigen Leiters führte der Erfinder der vorliegenden Erfindung die nachstehend angegebene Versuchsreihe durch, um die Empfindlichkeit bezüglich galvanischer Korrosion für verschiedene leitfähige Materialien zu vergleichen, nämlich Nickel, Tantal, Wolfram, Molybdän, Aluminium und Chrom. Es wurde daher zuerst eine Versuchsplatte, die in Fig. 6 dargestellt ist, für jedes Metall so hergestellt, daß ein entsprechender metallischer Dünnfilm einer Dicke von annähernd 100 nm (1000 A) auf einer Glasplatte hergestellt wurde. Der Metall-Dünnfilm wurde mit einer Nut oder Ausnehmung versehen, so daß zwei Abschnitte ausgebildet wurden, und zwischen den beiden Abschnitten ein Isolierabstand von annähernd 10 µm hergestellt wurde. Um die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Ausmaß der galvanischen Korrosion für jedes Metall zu untersuchen, wurde jede Versuchsplatte getrennt in Wasser eingetaucht, und es wurden unterschiedliche Werte einer Gleichspannung zwischen den beiden Abschnitten jeder Metallplatte durch die Isolationsentfernungsnut angelegt. Jeder der verschiedenen Werte der Gleichspannung wurde eine Minute lang angelegt. Da sowohl Wasser als auch übliche Tinten auf Wasserbasis einen neutralen pH-Wert von 7,0 aufweisen, würden sich dieselben Ergebnisse bei diesen Versuchen ergeben, wenn diese mit Tinte auf Wasserbasis durchgeführt würden.

Die Versuchsergebnisse von Fig. 7 zeigen, daß Nickel und Tantal die größte Widerstandsfähigkeit gegenüber galvanischer Korrosion zeigten. Als nächstes kamen Wolfram, Molybdän, Aluminium und Chrom, und zwar in dieser Reihenfolge. Hierbei ist zu beachten, daß Tantal nicht durch einen Naßätzvorgang auf einem Dünnfilmwiderstand aus einer Cr-Si-SiO-Legierung abgelagert werden kann, wogegen dies für Nickel möglich ist. Darüber hinaus ist das Aufbringen von Nickel technisch einfach. Daher ist Nickel gegenüber Tantal als Dünnfilmleiter für den Dünnfilmwiderstand vorzuziehen. Daher hat sich Nickel als das am besten geeignete Material für den Dünnfilmleiter des Dünnfilmwiderstands herausgestellt.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung führte dann Versuche durch, um die Widerstandseigenschaften gegenüber einer galvanischen Korrosion eines Nickel-Dünnfilmleiters zu bestätigen. Der Erfinder tauchte die Versuchsplatte aus Nickel, die in Fig. 6 gezeigt ist, in Wasser ein und legte unterschiedliche Versuchsspannungen an die Versuchsplatte an. Die Versuchsergebnisse von Fig. 8 zeigen, daß der Nickel-Dünnfilmleiter praktisch keine galvanische Korrosion zeigte, selbst nach einer dauernden Anlegung von 20 Volt/10 µm über 20 bis 30 Minuten.

Dann stellte der Erfinder der vorliegenden Erfindung den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Aufzeichnungskopf unter Verwendung des voranstehend beschriebenen Dünnfilmwiderstands 100 von Fig. 2 her. Daraufhin untersuchte der Erfinder die Bildaufzeichnungsfähigkeiten des Aufzeichnungskopfes. Wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird, stellte der Aufzeichnungskopf eine Aufzeichnung klarer Bilder zur Verfügung, unter Einsatz des Verfahrens "Tropfen auf Anforderung" ("Drop on Demand"), wenn ein elektrischer Impuls mit einer Impulsbreite von 1 µs und einer Leistung von 0,5-1 W/Punkt an den Dünnfilmwiderstand 100 angelegt wurde. Mit anderen Worten wurden die optimalen Impulstreiberbedingungen für den Dünnfilmwiderstand 100 so bestimmt, daß der elektrische Impuls mit einer Impulsbreite von 1 µs und einer Leistung von 0,5-1 W/Punkt an den Dünnfilmwiderstand angelegt wurde. Da der Widerstandswert der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus der Cr-Si-SiO-Legierung annähernd 2000 Ohm betrug, läßt sich die Spannung, die bei jedem Impuls zwischen die Nickel-Dünnfilmleiter, die Elektroden 4 und 4′ angelegt werden muß, zu 32 bis 45 Volt berechnen. Da die Länge der Heizoberfläche 103 der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus der Cr-Si-SiO-Legierung, welche die Entfernung zwischen den Elektroden 4 und 4′ bestimmt, annähernd 40 µm betrug, läßt sich die Impulsspannung, die zwischen die Nickel-Dünnfilmleiter pro 10 µm angelegt werden muß, zu 8 bis 12 Volt/10 µm berechnen. Wenn eine Milliarde Impulse an den Dünnfilmwiderstand 100 angelegt wurden, so läßt sich die Gesamtzeitdauer, während derer die elektrische Spannung zwischen den Eletroden 4 und 4′ angelegt ist, zu 17 Minuten berechnen (1 µs mal eine Milliarde Impulse = 17 Minuten). Unter Berücksichtigung der voranstehend genannten Erwägungen zeigen die Versuchsergebnisse von Fig. 8, daß der Nickel-Dünnfilmleiter einer galvanischen Korrosion widerstehen kann, die beinahe drei mal höher ist bei der angelegten Spannung (also beinahe 10 mal höher ist bei der angelegten Energie), als unter den optimalen Bedingungen für thermische Impulse erforderlich ist.

Dann stellte der Erfinder der vorliegenden Erfindung zwei Dünnfilmwiderstände 100 her, von denen jeder die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus der Cr-Si-SiO-Legierung und die annähernd 200 nm (2000 A) dicken Nickel-Dünnfilmleiter, die Elektroden 4 und 4′ aufwies. Der Erfinder führte mit den beiden Dünnfilmwiderständen 100 zwei Reihen von abgestuften Belastungsversuchen (SST) durch. Im einzelnen tauchte der Erfinder einen Dünnfilmwiderstand 100 in Wasser ein und versorgte ihn mit zunehmender Leistung, bis er versagte. Entsprechend ordnete der Erfinder den anderen Dünnfilmwiderstand 100 in Luft an und versorgte ihn mit zunehmender Leistung, bis er versagte. Die Versuchsergebnisse von Fig. 9 zeigen, daß der Dünnfilmwiderstand 100 bei erheblich geringeren Energien versagte, wenn er sich in Wasser befand, als wenn er sich in Luft befand (also bei einem Verhältnis von 1 : 2,5). Dies zeigt, daß beim Eintauchen in Wasser der Dünnfilmwiderstand 100 hauptsächlich infolge von Kavitation versagt. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß Kavitation den Dünnfilmwiderstand bei etwa 10 W/Punkt zerstört, und dies ist 10 bis 20mal höher als die voranstehend angegebene, tatsächliche Antriebsleistung von 0,5 bis 1 W/Punkt für den erforderlichen Treiberimpuls. Dies zeigt deutlich, daß wie vorhergesagt der Dünnfilmwiderstand 100, der aus der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus der Cr-Si-SiO-Legierung sowie aus den Nickel-Dünnfilmleitern für die Eletroden 4, 4′ besteht, ausreichende Kavitationswiderstandseigenschaften aufweist.

Der Erfinder tauchte den Dünnfilmwiderstand 100 in Wasser ein und führte ihm eine Milliarde mal elektrische Impulse einer Impulsbreite von 1 µs mit einer hohen Leistung von 2 W/Punkt zu. Es ließ sich keine Änderung des Widerstandswertes des Dünnfilmwiderstands feststellen. Daher wird erwartet, daß der Dünnfilmwiderstand 100 eine ausreichend lange Lebensdauer aufweist. Mit anderen Worten weist der Dünnfilmwiderstand 100, der aus der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus der Cr-Si-SiO-Legierung und den Nickel-Dünnfilmleitern für die Elektroden 4, 4′ aufgebaut ist, wie vorausgesagt eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen galvanische Korrosion auf, so daß er eine lange Lebensdauer erreicht.

Wie bereits erwähnt, untersuchte der Erfinder die Bildaufzeichnungsleistung des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Aufzeichnungskopfes, der mit dem Dünnfilmwiderstand 100 versehen ist. Als Vergleichsbeispiele untersuchte der Erfinder die Bildaufzeichnungsleistungen zweier Arten konventioneller Aufzeichnungsköpfe A und B, die beide jeweils mit konventionellen Dünnfilmwiderständen 200 versehen sind. Im einzelnen war der Aufzeichnungskopf A mit einem derartigen konventionellen Dünnfilmwiderstand 200 versehen, der die drei in Fig. 1 gezeigten Schutzschichten 215, 216, 217 aufwies. Der Aufzeichnungskopf B war mit einem derartigen konventionellen Dünnfilmwiderstand 200 versehen, der die zwei Schutzschichten 215 und 216 aufwies. Der Aufzeichnungskopf B war vom senkrechten Typ, bei welchem sich die Öffnung senkrecht zum Kanal erstreckt. Der Aufzeichnungskopf A war ein solcher Typ, bei welchem die Öffnung und der Kanal axial ausgerichtet sind (und der nachstehend als Aufzeichnungskopf des "Paralleltyps" bezeichnet wird). Wie aus den in der nachstehend gezeigten Tabelle 1 angegebenen Versuchsergebnissen hervorgeht, zeigte der Aufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bildaufzeichnungsleistung, die erheblich besser war als die der beiden konventionellen Aufzeichnungsköpfe A und B.

Tabelle 1

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, erreicht der keine Schutzschicht aufweisende Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ausstoßfrequenz, die 25% bis 60% höher ist als bei den konventionellen Dünnfilmwiderständen 200, und zwar aus den nachstehend angegebenen Gründen: Bei dem Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist der durch die Schutzschichten hervorgerufene thermische Puffer ausgeschaltet. Bei einem derartigen Aufbau reicht nur ein extrem kurzer thermischer Impuls von 1 µs aus, um die Tinte zu verdampfen. Darüber hinaus erreicht der Meniskus der Tinte seinen Gleichgewichtszustand schneller, da die Oberfläche des Dünnfilmwiderstandes 100 bis auf eine ausreichend niedrige Temperatur abkühlen kann, bis die Blase zusammengebrochen ist, und daher eine unerwünschte, sekundäre Blasenerzeugung vermieden wird.

Nachstehend erfolgt eine Erläuterung des Mechanismus, auf welche Weise der keine Schutzschicht aufweisende Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung tatsächlich schnell den zurückgezogenen Meniskus in seinen Gleichgewichtszustand zurückbringen kann, im Vergleich zum konventionellen Dünnfilmwiderstand 200 mit Schutzschichten:

Bei dem konventionellen Aufzeichnungskopf, der den Dünnfilmwiderstand 200 mit Schutzschichten verwendet, ist annähernd 30 µs nach Anlegen eines elektrischen Impulses an den Dünnfilmwiderstand das Ausspritzen der Tinte beendet, und der Meniskus maximal zurückgezogen. Allerdings ist etwa das 10fache dieses Zeitraums, also 200 bis 300 µs, dafür erforderlich, daß der Meniskus in seine Gleichgewichtsform zurückkehrt. Dies beruht darauf, daß der Meniskus nur aufgrund der Oberflächenspannung seinen Gleichgewichtszustand erreicht. Genauer gesagt, steigt die Temperatur an der Oberfläche der dicken Schutzschichten des konventionellen Dünnfilmwiderstandes 200 einige µs später an, nachdem die Dünnfilmwiderstandsschicht 213 einen thermischen Impuls erzeugt hat. Nachdem die Blase erzeugt wurde, steigt die Temperatur an der Oberfläche der Schutzschichten weiterhin über einige wenige µs an. Dies erfolgt deswegen, da die Blase die Oberfläche der Schutzschichten thermisch isoliert, so daß Hitze nicht in die Tinte in dem Kanal entweichen kann.

Nach Beendigung des thermischen Impulses kühlt dann der Dünnfilmwiderstand durch Wärmeübergang an das Substrat ab. Allerdings läßt sich durch Feststellung der Zeitkonstante der thermischen Kondensatorschicht 211 und der Schutzschichten 215 bis 217, nämlich 30 µs nach der ersten Blasenerzeugung, also wenn die Blase zusammenfällt, die Oberflächentemperatur der obersten Schutzschicht ermitteln, und diese befindet sich immer noch auf einer Temperatur von etwa 100 bis 200°C. Diese hohe Temperatur heizt die Tinte erneut auf, und führt zu einer unerwünschten, sekundären Erzeugung schwacher Blasen. Diese schwachen Blasen verlangsamen die Erholung des Meniskus.

Im Gegensatz hierzu kann der keine Schutzschichten aufweisende Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem kurzen Treiberimpuls von 1 µs betrieben werden, und kann eine wirksame Übertragung der Wärme an die Tinte zur Verfügung stellen, verglichen mit den konventionellen Dünnfilmwiderständen, welche die dicken Schutzschichten aufweisen. Daher ist beim Dünnfilmwiderstand 100 nicht eine thermische Kondensatorschicht 211 erforderlich. Selbst wenn die thermische Kondensatorschicht 211 zwischen der Dünnfilmwiderstandsschicht 3 und dem Substrat 1 vorgesehen ist, so läßt sie sich erheblich dünner ausbilden, beispielsweise mit einer Dicke von 1 bis 2 µm, wenn die thermische Kondensatorschicht aus SiO₂ besteht. Wenn daher die Blase zusammenbricht, ist der Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung bereits ausreichend abgekühlt, annähernd auf Umgebungstemperatur. Aus diesem Grunde werden keine schwachen Blasen erzeugt, und der Meniskus kann schnell seinen Gleichgewichtszustand wieder erreichen. Daher kann der Tropfengenerator erneut in Gang gesetzt werden, und die Ausspritzfrequenz erhöht werden.

Die Versuchsergebnisse der Tabelle 1 zeigen darüber hinaus, daß der Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung 1/30 bis 1/60 der Energie erfordert, um Tinte in eine Dampfblase zu verdampfen, verglichen mit den konventionellen Dünnfilmwiderständen 200. Mit anderen Worten führt das Weglassen der Schutzschichten, welche dazu führen, daß die konventionellen Dünnfilmwiderstände 50 bis 100mal dicker sind als die dort vorgesehene Dünnfilmwiderstandsschicht, dazu, daß die Energieanforderungen auf etwa 1/30 bis 1/60 pro Tropfen verringert werden. Dies zeigt, daß 98% bis 99% der bei dem konventionellen Dünnfilmwiderstand eingesetzten Energie nicht zur Blasenerzeugung dient, sondern verlorengeht, beispielsweise bei der Erhitzung des Substrats und der Tinte. Durch diese zusätzliche Hitze wird daher Tinte leicht verbrannt, was dazu führt, daß bei konventionellen Aufzeichnungsköpfen eine strenge Temperaturregelung erforderlich ist.

Nachstehend wird unter Bezug auf die Fig. 10 und 11 ein weiteres Beispiel eines Aufzeichnungskopfes beschrieben, der mit dem keine Schutzschicht aufweisenden Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel ist vom Paralleltyp, wie in Fig. 10 gezeigt, bei welchem die Öffnung 7 und der Kanal 8 axial zueinander ausgerichtet sind. Bei diesem Beispiel verwendete Bezugszeichen beziehen sich auf dieselben Teile wie bei dem Beispiel, welches unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben wurde.

Auch der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel weist mehrere Tropfengeneratoren 101 auf, die auf die in Fig. 11 gezeigte Weise ausgerichtet sind, sowie einen gemeinsamen Tinten-Vorratsbehälter 9, der mit jedem Tropfengenerator 101 verbunden ist. Jeder Tropfengenerator 101 ist mit einem Kanal 8 versehen, der an seinem einen Ende mit dem gemeinsamen Tinten-Vorratsbehälter 9 in Verbindung steht, und an seinem anderen Ende eine Öffnung 7 zum Ausspritzen eines Tintentropfens aufweist. Die Öffnung 7 erstreckt sich von dem einen Ende des Kanals 8 in eine Richtung parallel zum Kanal 8, so daß die Öffnung 7 axial zum Kanal 8 ausgerichtet ist. Der Dünnfilmwiderstand 100 ist auf einem Substrat 1 vorgesehen, welches eine Bodenwand des Kanals 8 an einem solchen Ort ausbildet, daß die Heizoberfläche 103 in der Nähe der Öffnung 7 angeordnet sein kann. Bei einem derartigen Aufbau erstreckt sich die Öffnung 7 in eine Richtung parallel zur Heizoberfläche 103.

Im Betrieb wird der Kanal 8 mit Tinte gefüllt, die von dem Vorratsbehälter 9 zugeführt wird, so daß auch die Öffnung 7 sich mit Tinte füllen kann. Wenn ein elektrischer Impuls an den Dünnfilmwiderstand 100 angelegt wird, erhitzt sich die Heizoberfläche 103 impulsartig, so daß eine kleine Menge der Tinte, die sich auf der Heizoberfläche 103 befindet, in eine Dampfblase verdampft wird. Die Kraft der sich ausdehnenden Dampfblase in einer Richtung parallel zur Heizoberfläche 103 spritzt Tinte durch die Öffnung 7 aus, in Richtung auf ein (nicht gezeigtes) Bildaufzeichnungsmedium, welches vor der Öffnung 7 angeordnet ist.

Der Erfinder stellte einen entsprechenden Aufzeichnungskopf her. Der Kanal 8 jedes Tropfengenerators 100 wies eine Querschnittsfläche von 50 µm mal 30 µm auf, sowie eine Länge von etwa 400 µm. Der in Fig. 2 gezeigte Dünnfilmwiderstand 100 war in dem Tropfengenerator 101 an der Bodenwand 1 des Kanals 8 vorgesehen. Die Entfernung zwischen der Heizoberfläche 103 und der Öffnung 7 betrug etwa 100 µm. Mit anderen Worten betrug die Entfernung zwischen der Heizoberfläche 103 und dem Vorratsbehälter 9 etwa 300 µm. Die Heizoberfläche 103 wies eine Breite von etwa 10 µm und eine Länge von etwa 50 µm auf. Daher ist die Heizoberfläche 103 annähernd rechteckförmig, mit einer Fläche von 30 µm mal 50 µm. Die Dünnfilmwiderstandsschicht 3, welche die Heizoberfläche 103 bildete, wies eine Dicke von etwa 70 nm (700 A) sowie einen Widerstand von etwa 2 kOhm auf.

Der Erfinder untersuchte die Bilderzeugungsfähigkeiten des Aufzeichnungskopfes. Der Erfinder füllte sowohl den Vorratsbehälter 9 als auch die Kanäle 8 mit Tinte, und legte über die Elektrode 4 und gemeinsame Elektrode 4′ einen Spannungsimpuls mit einer Impulsbreite von 10 µs und einer Spannung von 10 Volt an den Dünnfilmwiderstand 100 an, mit einer Frequenz von 5 KHz. Ein (nicht gezeigtes) Aufzeichnungsmedium wurde schrittweise in einer Position 1,2 mm entfernt von der Öffnung 7 vorgeschoben. Der Aufzeichnungskopf stellte eine klare Bildaufzeichnung zur Verfügung, unter Verwendung des Verfahrens "Tropfen auf Anforderung".

Bei diesem Druckvorgang läßt sich die an den Dünnfilmwiderstand 100 pro Punkt angelegte Wärmeenergie durch folgende Gleichung ausdrücken:

50 mW × 10 µS = 0,5 µJ.

Diese Gleichung zeigt, daß der Dünnfilmwiderstand 100 ohne Schutzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung nur ein 30stel bis ein 60stel der Energie erfordert, die für die konventionellen Dünnfilmwiderstände 200 erforderlich ist, wobei durch den erfindungsgemäßen Dünnfilmwiderstand Bilder mit gleicher oder besserer Qualität hergestellt werden, wie bereits erläutert. Da nur ein 30stel bis ein 60stel der Energie benötigt wird, um den Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zu betreiben, verglichen mit den bei konventionellen Aufzeichnungsköpfen eingesetzten Dünnfilmwiderständen, führt auch der nachfolgende Betrieb nicht zu einer Temperaturerhöhung in dem Aufzeichnungskopf auf nennenswerte Beträge. Dies erleichtert die Temperaturregelung in dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf, und gestattet eine stabile Ausspritzung der Tinte.

Dann änderte der Erfinder die Impulsbreite (10 µs) und Leistung (50 mW) des Spannungsimpulses, der an den Dünnfilmwiderstand 100 angelegt wurde, ohne die thermische Energie pro Punkt zu ändern, die angelegt wurde (0,5 µJ), und untersuchte, wie sich die Bildaufzeichungsfähigkeit des Aufzeichnungskopfes änderte. Im einzelnen änderte der Erfinder die Impulsbreite des Spannungsimpulses auf 50 µs, und dessen Leistung auf 10 mW.

(Bei diesem Druckvorgang läßt sich daher die pro Punkt an den Dünnfilmwiderstand 100 angelegte thermische Energie durch folgende Gleichung ausdrücken:

10 mW×50 µS = 0,5 µJ).

Es ließen sich praktisch keine Unterschiede bei den aufgezeichneten Bildern feststellen. Daher zeigt dieses Versuchsergebnis, daß die für den elektrischen Impuls erforderliche Leistung dadurch verringert werden kann, daß dessen Impulsbreite erhöht wird, ohne daß sich die Tintenausspritzleistung verschlechtert. Durch Verbreiterung der Impulsbreite kann selbst die maximale Leistung, die zum gleichzeitigen Auslösen der Öffnungen sämtlicher Tropfengeneratoren erforderlich ist, auf einen niedrigen Pegel gedrückt werden.

Dann untersuchte der Erfinder die Lebensdauer des Aufzeichungskopfes bei diesem Beispiel im Dauerbetrieb. Der Dünnfilmwiderstand 100 wurde für mehr als drei Milliarden Punkte (Impulse) in Betrieb gesetzt. Dieses Ergebnis zeigt, daß der Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung eine lange Lebensdauer aufweist, verglichen mit den konventionellen Dünnfilmwiderständen 200, und zeigt daher, daß der Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung hervorragende Qualitäten bezüglich der Oxidationsfestigkeit und der Kavitationsfestigkeit aufweist, verglichen mit den konventionellen Dünnfilmwiderständen 200.

Es wird darauf hingewiesen, daß Aufzeichnungsköpfe des senkrechten Typs wirksamer die Expansionskraft expandierender Blasen zum Ausstoßen von Tinte benutzen können als jene des Paralleltyps. Dies liegt daran, daß sich Blasen schneller in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Dünnfilmwiderstands ausdehnen als in der Richtung parallel zur Oberfläche. Daher erreicht der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel eine Tropfengeschwindigkeit von etwa 7 m/s, also etwa die Hälfte der Geschwindigkeit des Aufzeichnungskopfes des senkrechten Typs, der in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Dünnfilmwiderstand 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, der in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, so geändert werden, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Bei dem Dünnfilmwiderstand 100 bei diesem Beispiel ist die Dicke der Elektroden 4 und 4′ gering ausgebildet, verglichen mit der Dicke gemäß Fig. 2 und 3, und beträgt beispielsweise nur etwa 100 nm (1000 A). Eine Elektrode 80 und eine gemeinsame Elektrode 80′, die elektrisch an die Energieversorgung (nicht gezeigt) angeschlossen werden sollen, sind zusätzlich über den Elektroden 4 und 4′ an solchen Orten angeordnet, die von der Heizoberfläche 103 entfernt sind. Mit anderen Worten sind die Elektroden 80 und 80′ dort angeordnet, wo die Wirkungen der Kavitation gering sind, also weit entfernt von dem Ort, an welchem die durch die kollabierende Blase erzeugte Schockwelle die größte Wirkung zeigt. Die Elektroden 80 und 80′ können daher aus einem Material mit geringen Kavitationswiderstandseigenschaften bestehen, beispielsweise Aluminium.

Der Erfinder erzeugte einen Aufzeichnungskopf, der mit dem Dünnfilmwiderstand 100 in Fig. 12 versehen war, und untersuchte die Bildaufzeichnungsleistung dieses Aufzeichnungskopfes. Der Aufzeichnungskopf erzielte die gleichen Vorteile wie jener, der mit dem Dünnfilmwiderstand 100 von Fig. 2 versehen war.

Obwohl bei der voranstehenden Beschreibung die Heizoberfläche 103 zur Vereinfachung symmetrisch (quadratisch oder rechteckig) dargestellt wurde, wie in den Fig. 2A, 5 und 11 gezeigt, ist sie tatsächlich asymmetrisch, nämlich in bezug auf eine quer zur Längsachse des Kanals (8) verlaufende Symmetrieachse (A). Beispielsweise kann die Heizoberfläche 103 eine solche Form aufweisen, wie sie in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist. (Es wird darauf hingewiesen, daß die asymmetrische Form, die für den Heizbereich 103 verwendet werden kann, nicht auf die in den Fig. 13 und 14 gezeigte Form beschränkt ist, sondern daß unterschiedliche asymmetrische Formen verwendet werden können). Die Heizoberfläche 103 hat eine Symmetrieachse A, in bezug auf welche die Heizoberfläche 103 eine asymmetrische Form aufweist. Der Dünnfilmwiderstand 100 mit dieser Symmetrieachse A ist in dem Kanal so angeordnet, daß sich die Symmetrieachse A der Heizoberfläche 103 senkrecht zur Richtung B erstreckt, in welcher sich der Kanal 8 erstreckt, und in welcher daher ein Tintenfluß von dem Vorratsbehälter zur Öffnung stattfindet. Eine derartige, asymmetrisch geformte Heizoberfläche 103 ist auch bei dem Aufzeichnungskopf des Paralleltyps vorgesehen, welcher in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist.

Der Dünnfilmwiderstand 100 mit der asymmetrisch geformten Heizoberfläche 103 stellt die folgenden Vorteile zur Verfügung:

Wenn der Dünnfilmwiderstand 100 mit Energie versorgt wird, erzeugt die Heizoberfläche 103 mit asymmetrischer Form eine asymmetrische Wärmeverteilung auf der Oberfläche des Dünnfilm-Widerstands. Daher entsteht eine Dampfblase, die sich asymmetrisch ausbreitet. Mit anderen Worten breitet sich die Dampfblase schneller in Richtung auf die Öffnung 7 hin aus als in Richtung auf den Vorratsbehälter 9. Der sich ergebende Druck, der auf die Tinte ausgeübt wird, wird ebenfalls asymmetrisch und zwar stärker an der Öffnungsseite der Blase als auf der Vorratsbehälterseite. Die Verringerung des Rückflusses zum Vorratsbehälter 9 führt daher zu einer Erhöhung der Rückfüllgeschwindigkeit des Tropfengenerators. Die schnelle Rückfüllung der Tinte in die Nähe der Öffnung für darauffolgende Ausspritzvorgänge gestattet eine erhöhte Ausspritzfrequenz. Es wird darauf hingewiesen, daß die japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 54-39529 einen Dünnfilmwiderstand mit Trapezform vorgeschlagen hat. Allerdings ist eine dicke Schutzschicht oberhalb des Dünnfilmwiderstands vorgesehen. Obwohl der Dünnfilmwiderstand eine trapezförmige Wärmeverteilung erzeugt, überträgt die Schutzschicht die Wärme gleichmäßig an die Tinte, wodurch die potentiellen Vorteile eines Dünnfilmwiderstands 100 mit einer Trapezform verringert werden. Dagegen ist der Dünnfilmwiderstand gemäß der vorliegenden Erfindung nicht mit einer Schutzschicht versehen, und daher ist die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 in der Heizoberfläche 103 der Tinte ausgesetzt, so daß die Tinte direkt erhitzt wird. Daher führt der Einsatz der asymmetrischen Form für die Heizoberfläche 103 zu einer wirksamen Erzielung der voranstehend beschriebenen, außerordentlichen Vorteile.

Der Erfinder stellte einen Aufzeichnungskopf des Paralleltyps her, der mit dem Dünnfilmwiderstand 100 versehen war, der die in Fig. 13 gezeigte Heizoberfläche 103 aufwies. In Fig. 11 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet, wie die Heizoberfläche 103 in dem Aufzeichnungskopf angebracht war. Der Erfinder führte einen Versuch durch, um die Tintenausstoßgeschwindigkeit des Aufzeichnungskopfes unter denselben Bedingungen zu ermitteln wie bei dem Versuch, welcher für den Aufzeichnungskopf des Paralleltyps von Fig. 10 und 11 durchgeführt wurde, der mit dem Dünnfilmwiderstand 100 von Fig. 2 versehen war, und bereits beschrieben wurde. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die für den Dünnfilmwiderstand benötigte Energie weiter um etwa 30% verringert werden konnte, und daß auch die Ausspritzfrequenz weiter auf das 1,2- bis 1,3fache erhöht werden konnte.

Diese hohe Ausstoßfrequenz gestattet nicht nur eine Bildaufzeichnungsgeschwindigkeit, die schneller ist als bei konventionellen Bildaufzeichnungsgeräten mit einem thermisch gepulsten Tintenstrahl, sondern auch Herstellungskosten und die Energieanforderungen verringert.

Wie bereits erläutert, ist das Substrat des Dünnfilmwiderstands 100, auf welchem die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 ausgebildet ist, nur ein Glassubstrat 1 (Fig. 2), oder weist einen auf dem Substrat angeordneten thermisch oxidierten Film aus Ta₂O₅ auf (Fig. 3). Obwohl diese Substratmaterialien gute Kavitationswiderstandseigenschaften aufweisen, führt die Hinzufügung von Kavitationsschutzfilmen 22 und 23 über dem Substrat 1, wie in Fig. 15 gezeigt, zu einer erhöhten Sicherheit gegen eine Beschädigung des Substrats 1 infolge von Kavitation. Der Anti-Kavitationsschutz, der durch die Schutzfilme 22 und 23 zur Verfügung gestellt wird, erlaubt auch den Einsatz eines anderen Materials, nämlich mit einem geringen Kavitationswiderstand, als Substratmaterial 1 zur Ausbildung des Dünnfilmwiderstands 100.

Das Material zur Herstellung der Kavitationsschutzfilme 22 und 23 sollte dasselbe sein wie das der Dünnfilmwiderstandsschicht 3. Daher sollten die Filme 22 und 23 aus einer Cr-Si-SiO-Legierung hergestellt werden. Daher können nur durch Modifizieren der Photomaske, um eine entsprechende Anordnung zu erreichen, die Kavitationsschutzfilme 22 und 23 einfach zum selben Zeitpunkt hergestellt werden, wenn die Dünnfilmwiderstandsschicht 3 durch den Photoätzvorgang hergestellt wird. Daher ist es nicht erforderlich, die Anzahl der Herstellungsschritte zu erhöhen. Der Spalt oder Zwischenraum, der zwischen der Heizoberfläche 103 und den Kavitationsschutzfilmen 22 und 23 gebildet wird, sollte so eng wie möglich sein. Konventionelle Photoätzverfahren können einfach einen Spalt oder Zwischenraum von 1 bis 2 µm zur Verfügung stellen. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung stellte einen mit den Schutzfilmen 22 und 23 versehenen Dünnfilmwiderstand 100 her, und untersuchte dessen Lebensdauer. Es stellte sich heraus, daß die Lebensdauer des Dünnfilmwiderstands um weitere 40 bis 50% erhöht wurde. Dieses Versuchsergebnis zeigt, daß trotz der Tatsache, daß der Abschnitt des Substrats 1 (oder 2), der durch den engen Raum zwischen der Heizoberfläche 103 und den Filmen 22 und 23 freigelegt wird, bezüglich Kavitation empfindlich ist, durch den Schutz, der durch die umgebenden harten Cr-Si-SiO-Legierungsschichten der Heizoberfläche 103 und die Schutzschichten 22 und 23 zur Verfügung gestellt wird, die Lebensdauer des Substrats um 40% bis 50% erhöht. Zwar wird dieses Verfahren in bezug auf die Heizoberfläche 103 beschrieben, welche die in Fig. 13 gezeigte Form aufweist, jedoch wird darauf hingewiesen, daß dieses Verfahren auch für eine Heizoberfläche 103 eingesetzt werden kann, welche die in Fig. 14 gezeigte Form aufweist.

Wie aus den Fig. 16a und 16b hervorgeht, führt eine Ausbildung organischer Dünnfilmschichten 24 und 25 aus Polyimid mit einer Dicke von mehreren µm auf dem Substrat 1 (oder 2), um die Kanten der Heizoberfläche 103 abzudecken, zu einem direkteren Schutz gegen Kavitation. Die organischen Dünnfilme 24, 25 sind wärmebeständig und absorbieren Stoßenergie sanft, wodurch Kavitation verhindert wird. Obwohl dieses Verfahren die Anzahl der Herstellungsschritte erhöht, verglichen mit der Anzahl der Herstellungsschritte, die zur Herstellung des in Fig. 13 gezeigten Dünnfilmwiderstands 100 erforderlich sind, läßt sich erwarten, daß die Lebensdauer des Substrats 1 weiter erhöht ist. Zwar wird dieses Verfahren in bezug auf die Heizoberfläche 103 mit der in Fig. 13 gezeigten Form beschrieben, jedoch läßt sich dieses Verfahren auch bei der Heizoberfläche 103 mit der in Fig. 14 gezeigten Form einsetzen.

Nachstehend wird ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Fig. 17, 18 und 19 beschrieben.

Dieser Aspekt betrifft den Aufbau des Kanals, wodurch die Tintenausspritzfrequenz vergrößert werden kann.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat festgestellt, daß die Art und Weise, auf welche eine von dem Dünnfilmwiderstand 100 erzeugte Dampfblase expandiert und kollabiert, sich abhängig vom Aufbau des Kanals ändert. Unter Bezug auf Fig. 17 wird nachstehend die Art und Weise erläutert, auf welche Weise eine Dampfblase in dem Kanal expandiert und kollabiert. Zur Vereinfachung wird nunmehr angenommen, daß die Heizoberfläche 103 des Dünnfilmwiderstands 100 kreisförmig ist. Eine auf der kreisförmigen Heizoberfläche 103 erzeugte Blase expandiert symmetrisch, wenn sie nicht gestört wird, wie in Fig. 17A gezeigt, oder durch eine symmetrische Decke gestört wird (eine Störung in der Richtung entgegengesetzt dem Dünnfilmwiderstand 100), wie in Fig. 17B gezeigt, oder durch die symmetrische Decke und zwei symmetrische Querwände gestört wird, wie in Fig. 17C gezeigt. Wenn die Ausdehnung einer Blase durch die symmetrische Decke und die beiden symmetrischen Querwände gestört wird, so verschwindet die Blase an demselben Punkt, an welchem sie entsteht, wie in Fig. 17C gezeigt. Der Tropfengenerator bei konventionellen Aufzeichnungsköpfen weist einen Kanal auf, der durch die symmetrische Decke und zwei symmetrische Querwände festgelegt ist, ähnlich wie in Fig. 17C gezeigt. Bei einem Kanal mit einem derartig symmetrischen Aufbau tritt der Fluß der Tinte auf, wenn sich die Blase ausdehnt, und tritt der Rückfluß der Tinte auf, wenn die Blase kollabiert, und zwar zentralsymmetrisch auf dem Dünnfilmwiderstand.

Wenn im Gegensatz hierzu eine Blase in einem asymmetrischen Raum erzeugt wird, so wird ihre Expansion anisotrop, wie in Fig. 17D gezeigt. Daher expandiert die Blase schneller in der Richtung zum kleineren Raum hin als in der Richtung zum größeren Raum hin. Daher wird die Druckkraft auf die Tinte, die durch die expandierende Oberfläche der Blase hervorgerufen wird, in Richtung auf den kleineren Raum größer als in Richtung auf den größeren Raum hin. Daher veranlaßt die expandierende Blase die Tinte dazu, in einer Richtung von dem größeren Raum zum kleineren Raum zu fließen. Wenn die auf diese Weise expandierte Blase kollabiert, so wird auch ihr Zusammenbruch anisotrop. Daher wird die Tintensaugkraft, die durch die kollabierende Oberfläche der Blase hervorgerufen wird, größer an der Seite des größeren Raumes als an der Seite des kleineren Raumes. Daher veranlaßt die kollabierende Blase darüber hinaus die Tinte dazu, von dem größeren Raum in Richtung zum kleineren Raum zu fließen. Wie aus der voranstehenden Erläuterung deutlich wird, wird in dem asymmetrisch ausgebildeten Kanal eine anisotrope Tinten-Pumpkraft durch die Expansion und den Zusammenbruch der Blase erzeugt, so daß ein Tintenfluß von dem größeren Raum in Richtung zum kleineren Raum hervorgerufen wird. Dies führt dazu, daß die Blase an einem Ort kollabiert, der von dem Punkt entfernt ist, an welchem die Blase entsteht, und zwar in Richtung auf den kleineren Raum hin, wie in Fig. 17D gezeigt ist.

Die Fig. 18 und 19 zeigen einen Aufzeichnungskopf des Paralleltyps, bei welchem der asymmetrische Kanal gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Mit anderen Worten weist der Kanal 8 bei diesem Aufzeichnungskopf einen asymmetrischen Raumabschnitt 30 auf, in welchem sich der Heizbereich 103 des Dünnfilmwiderstands 100 befindet. Da bei diesem Beispiel der Kanal 8 eine geringe Länge aufweist, ist die Heizoberfläche 103 des Dünnfilmwiderstands 100, der nahe der Öffnung 7 angeordnet ist, auch nahe an dem Ende des Kanals 8 angeordnet, an welchem dieser mit dem Vorratsbehälter 9 verbunden ist. Daher wird der asymmetrische Raumabschnitt 30 in dem Kanal 8 an dessen einem Ende gebildet, an welchem der Kanal 8 mit dem Vorratsbehälter 9 in Verbindung steht. In dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 ist der Kanal 8 breiter an der Seite des Vorratsbehälters 9 als an der Seite der Öffnung 7. Die Pumpwirkung, die durch den asymmetrischen Raumabschnitt 30 hervorgerufen wird, drückt daher die Tinte in einer Richtung zur Öffnung 7 hin. Wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird bei diesem Beispiel der asymmetrische Raumabschnitt 30 durch geneigte Oberflächen der Querwände oder Barrieren 5 gebildet, welche den jeweiligen Kanal 8 gegenüber benachbarten Kanälen 8 abtrennen. Es wird darauf hingewiesen, daß der asymmetrische Raumabschnitt 30 auch durch eine schräge Ausbildung (Anstieg) der Decke 6 gebildet werden kann, oder durch Ausbildung eines Grabens in dem Substrat 1, in dem Abschnitt, in welchem sich die Heizoberfläche 103 befindet, zur Erzielung derselben Wirkungen. Eine Kombination dieser Maßnahmen kann ebenfalls eine wirksame Tinten-Pumpwirkung zur Verfügung stellen.

Der Kanal 8, der mit dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, kann Tinte mit einer erheblich erhöhten (um das 2- bis 3fache) Frequenz ausstoßen, verglichen mit konventionellen Aufzeichnungsköpfen. Dies ist unabhängig davon, ob der Kanal 8 mit einem konventionellen Dünnfilmwiderstand 200 mit Schutzschichten versehen ist, oder mit dem Dünnfilmwiderstand 100 ohne Schutzschichten gemäß der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten läßt sich der große Vorteil aufgrund des asymmetrisch geformten Raumabschnitts 30 erzielen, selbst wenn der Dünnfilmwiderstand 100 durch den konventionellen Dünnfilmwiderstand 200 ersetzt wird, obwohl natürlich tatsächlich der Kanal 8 in den Fig. 18 und 19 mit dem Dünnfilmwiderstand 100 ohne Schutzschichten versehen ist. Jedoch ist zu beachten, daß die Verwendung des Dünnfilmwiderstands 100 ohne Schutzschichten den thermischen Wirkungsgrad um das 50fache erhöhen kann, wie bereits voranstehend beschrieben. Der mit dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 und dem Dünnfilm-Widerstand 100 ohne Schutzschicht versehene Aufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einer Ausspritzfrequenz von bis zu etwa 15 kHz stabil arbeiten.

Bei der vorliegenden Ausführungsform muß die Querwand oder Barriere 5 zwischen Tropfengeneratoren 101 ausreichend dick sein, um dadurch den asymmetrischen Raumabschnitt 30 auszubilden, daß die Oberfläche der Wand 5 geneigt ist. Allerdings verringert eine dicke Wand die Pumpdichte des Aufzeichnungskopfes geringfügig. Für eine Bildaufzeichnung mit hoher Dichte müssen zwei oder mehr Reihen von Öffnungen vorgesehen sein, wobei die Öffnungen unterschiedlicher Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Unter Verwendung der asymmetrisch geformten Heizoberfläche 103, die in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist, wird der Rückfluß von Tinte zum Vorratsbehälter 9 noch weiter verringert, wie bereits beschrieben. Die zusätzliche Rückflußverringerung zum Vorratsbehälter 9 kann ein Übersprechen begrenzen, das auftreten könnte, wenn der Rückfluß von Tinte zum Vorratsbehälter 9 Tinte in einem benachbarten Tropfengenerator 101 zu dessen Düse drückt, so daß irrtümlich ein Tintentropfen nach außen ausgestoßen wird. Die Kombination der asymmetrisch geformten Heizoberfläche 103 mit dem asymmetrisch geformten Raumabschnitt 30 verringert daher weiter den Abstand oder den Freiraum D zwischen der Heizoberfläche 103 und dem Vorratsbehälter 9, ohne das Übersprechen zu erhöhen.

Es wird darauf hingewiesen, daß entsprechend der voranstehend geschilderte, asymmetrische Raumabschnitt 30 auch in dem Kanal 8 des Aufzeichnungskopfes des senkrechten Typs an einem Ort ausgebildet werden kann, an welchem sich die Heizoberfläche 103 befindet.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 20 bis 30 beschrieben. Diese Ausführungsform stellt eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Tintenausspritzfrequenz zur Verfügung.

Die wichtigste Bedingung, die zum stabilen Ausspritzen von Tinte aus der Öffnung erforderlich ist, besteht darin, daß der Meniskus der Tinte stabil ist. Daher stellte der Erfinder der vorliegenden Erfindung die Art und Weise fest, auf welche der durch eine vorherige Ausspritzung zurückgezogene Meniskus seinen Gleichgewichtszustand wieder einnimmt. Wie voranstehend erläutert, verlassen sich konventionelle Aufzeichnungsköpfe auf die Oberflächenspannung der Tinte, um den Meniskus in den Gleichgewichtszustand zurückzubringen. Daher muß vor einem nächsten Ausspritzvorgang der Tinte der Meniskus auf natürliche Weise in seine Ruhelage zurückkehren.

Nachdem bei einem konventionellen Aufzeichnungskopf der Dünnfilmwiderstand mit einem in Fig. 20A gezeigten elektrischen Impuls versorgt wurde, ist ein gewisser Zeitraum erforderlich, bis die erzeugte Dampfblase schließlich den Tintentropfen aus der Öffnung 7 ausstößt, und der Meniskus maximal zurückgezogen ist, wie in Fig. 20D gezeigt. (Wenn beispielsweise der konventionelle Dünnfilmwiderstand 200 mit den Schutzschichten verwendet wird, so ist ein Zeitraum von etwa 30 µs zwischen dem Schritt 20A bis zum Schritt 20D erforderlich, wie bereits erläutert.) Allerdings ist ein Mehrfaches dieses Zeitraumes erforderlich, bis der auf diese Weise zurückgezogene Meniskus in seine Gleichgewichtslage zurückgekehrt ist, und die Öffnung erneut mit Tinte gefüllt ist. Mit anderen Worten ist der Zeitraum, der zwischen dem Schritt 20D und dem Schritt 20A erforderlich ist, ein Mehrfaches des Zeitraumes, der zwischen dem Schritt 20A und dem Schritt 20D erforderlich ist. (Wenn der konventionelle Dünnfilmwiderstand 200 verwendet wird, sind beispielsweise 200 bis 300 µs zwischen dem Schritt 20D und dem Schritt 20A erforderlich, wie bereits erläutert.) Dies liegt daran, daß - wie voranstehend erwähnt - die Rückfüllung des Tropfengenerators allein aufgrund der Oberflächenspannung erfolgt. Daher bestimmt die zum erneuten Füllen des Tropfengenerators erforderliche Zeit die Ausspritzfrequenz.

Um die Ausspritzfrequenz zu erhöhen stellt die vorliegende Ausführungsform eine Vorgehensweise zur Verbesserung der Erholungswirkung des Meniskus zur Verfügung. Diese Vorgehensweise nutzt die Pumpwirkung, die bereits voranstehend beschrieben wurde, zum dynamischen Zurückführen des Meniskus in seine Ruheposition, so daß der Tropfengenerator erneut ausgelöst werden kann. Mit anderen Worten wird der Kanal so geformt, daß er sich nahe dem Vorratsbehälter 9 verbreitert, um so den asymmetrischen Raumabschnitt 30 auszubilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind darüber hinaus zwei Dünnfilmwiderstände 100 für den Kanal 8 jedes Tropfengenerators 101 vorgesehen: einer 100a nahe der Öffnung 7, wie voranstehend bereits ausführlich erläutert, und ein zusätzlicher Dünnfilmwiderstand 100b nahe dem Vorratsbehälter 9, wie in den Fig. 21 und 22 gezeigt. Der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b ist in dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 vorgesehen, der nahe dem Vorratsbehälter 9 vorgesehen ist.

Der nahe der Öffnung 7 angeordnete Dünnfilmwiderstand 100a (der auch als ein "Ausstoßheizwiderstand" bezeichnet wird), dient zum Ausstoßen von Tinte aus der Öffnung 7 auf dieselbe Weise, wie dies voranstehend beschrieben wurde. Der nahe dem Vorratsbehälter 9 vorgesehene zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b (der auch als ein "Zufuhrheizwiderstand" bezeichnet wird), der also zusätzlich vorgesehen ist, dient zur Zufuhr von Tinte zur Rückfüllung des Kanals 8, also der Öffnung 7, nach dem Ausspritzen von Tinte. Im einzelnen drückt die Expansionskraft einer auf dem zusätzlichen Dünnfilmwiderstand 100b erzeugten Dampfblase Tinte in Richtung zur Öffnung 7. Daher wird die Tintenmenge, die durch einen vorherigen Ausspritzzugang verloren ging, schnell nachgefüllt.

Nachstehend wird der Mechanismus im einzelnen beschrieben, wie der voranstehend erläuterte Aufbau gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Tintenausstoßfrequenz erhöht:

Der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b ist in dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 angeordnet, der in dem Kanal 8 nahe dem Vorratsbehälter 9 vorgesehen ist. Wie bereits beschrieben, erzeugt daher die Blase, die von dem zusätzlichen Dünnfilmwiderstand 100b erzeugt wird und sich in dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 ausbreitet, eine anisotrope Expansionskraft. Die anisotrope Expansionskraft zwingt durch eine Druckbeaufschlagung die Tinte in Richtung zur Öffnung 7 hin. Wenn die Blase in dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 kollabiert, so erzeugt die kollabierende Blase weiterhin eine anisotrope Saugkraft, welche die Tinte dazu veranlaßt, weiterhin von dem Vorratsbehälter 9 zur Öffnung 7 hin zu fließen, so daß der Tropfengenerator 101 schnell nachgefüllt werden kann.

Da der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b, obwohl er in dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 angeordnet ist, sich in dem entsprechenden Kanal 8 befindet, führt die Ausdehnung der auf dem zusätzlichen Dünnfilmwiderstand 100b erzeugten Blase praktisch zu keiner Druckbeaufschlagung benachbarter Kanäle 8. Daher kann der Meniskus in sämtlichen Tropfengeneratoren 101, selbst in denen, die einem momentan aktiven Tropfengenerator 101 benachbart sind, den Gleichgewichtszustand erreichen, so daß auf sichere Weise weitere Ausstoßvorgänge durchgeführt werden können. Daher läßt sich im Vergleich zu konventionellen Aufzeichnungsköpfen die Ausstoßfrequenz erhöhen.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Anzahl der zusätzlichen Dünnfilmwiderstände 100b, die in dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 vorgesehen sind, nicht auf Eins begrenzt ist. In dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 können daher mehrere zusätzliche Dünnfilmwiderstände 100b vorgesehen sein.

Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Form des Dünnfilmwiderstandes 100a bzw. des zusätzlichen Dünnfilmwiderstandes 100b. Allerdings übt der Dünnfilmwiderstand 100a eine anisotrope Kraft auf die Blase aus, da er ja eine asymmetrische Form in der Tintenausstoßrichtung B aufweist, wie unter Bezug auf die Fig. 13 und 15 beschrieben. Daher nimmt die Kraft zum Herausdrücken der Tinte in Richtung auf die Öffnung 7 und zum Zuführen von Tinte in den Kanal 8 von dem Vorratsbehälter 9 in Richtung auf die Öffnung 7 weiterhin zu.

Wenn der (erste) Dünnfilmwiderstand 100a und der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b gleichzeitig mit demselben elektrischen Impuls versorgt werden, kann die Entfernung zwischen den beiden Dünnfilmwiderständen 100a und 100b so ausgewählt werden, daß eine gewünschte Tintenausstoßfrequenz erzielt wird.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung stellte einen Aufzeichnungskopf des Paralleltyps gemäß einem ersten konkreten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform her, wie in den Fig. 21 und 22 gezeigt. Der erste Dünnfilmwiderstand 100a und der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b wurden auf dem Glassubstrat 1 im Kanal 8 auf die in Fig. 21 gezeigte Weise ausgebildet. Beide Dünnfilmwiderstände 100a und 100b wurden aus einer Dünnfilmwiderstandsschicht 3 aus einer Cr-Si-SiO-Legierung und Nickel-Dünnfilmleitern als Elektroden 4, 4′ gebildet, wie in Fig. 2 gezeigt. Am Ende des Kanals 8 nahe dem Vorratsbehälter 9 wurde die Decke 6, die aus Glas oder einem ähnlichen Material hergestellt wurde, von dem zusätzlichen Dünnfilmwiderstand 100b weggeneigt ausgebildet, mit fortschreitender Annäherung des Kanals 8 an den Vorratsbehälter 9. Daher wurde der asymmetrische Raumabschnitt 30 dort gebildet, an welchem sich der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b befand. Die Decke 6 wurde abgedichtet mit dem Glassubstrat 1 zu einem Aufzeichnungskopf zusammengefügt. Der Dünnfilmwiderstand 100a befand sich nahe der Öffnung 7. Beide Dünnfilmwiderstände 100a und 100b wurden in dem Kanal 8 vorgesehen, so daß sie andere Kanäle 8 nicht störten. Der Dünnfilmwiderstand 100a und der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b wiesen beide dieselbe asymmetrische Form auf. Die Dünnfilmwiderstände 100a und 100b wurden in Reihenschaltung an eine (nicht gezeigte) Energieversorgungsquelle angeschlossen, so daß eine Impulsspannung gleichzeitig an beide Dünnfilmwiderstände 100a und 100b angelegt werden konnte. Der Widerstandswert der Cr-Si-SiO-Legierung in jedem Dünnfilmwiderstand 100 wurde auf 1,5 kOhm eingestellt. Jeder Kanal 8 war so ausgebildet, daß er im Querschnitt eine Fläche von annähernd 50 µm mal 60 µm aufwies. Der Aufzeichnungskopf wurde mit 48 Tropfengeneratoren 101 versehen, so daß 48 Öffnungen (Punkte) in einer Unterteilung von 125 µm vorgesehen waren. Der Heizoberfläche 103 des Dünnfilmwiderstands 100a war in dem Kanal 8 annähernd 80 µm von der Öffnung 7 entfernt angeordnet. Die Heizoberfläche 103 des zusätzlichen Dünnfilmwiderstandes 100b war in dem Kanal 8 etwa 300 µm entfernt von der Heizoberfläche des Dünnfilmwiderstandes 100a angeordnet, und 150 µm entfernt von dem Vorratsbehälter 9. Der Vorratsbehälter 9 und der Kanal 8 des Aufzeichnungskopfes wurden mit Tinte gefüllt. Ein Bildaufzeichnungsmedium (nicht gezeigt) wurde schrittweise in einer Entfernung von etwa 1,2 mm von der Öffnung 7 vorgeschoben. Eine Impulsspannung mit einer Spannung von 10 Volt und einer Impulsbreite von 10 µs wurde wiederholt mit einer Frequenz von 10 kHz an die Dünnfilmwiderstände 100a und 100b angelegt. Die von den Öffnungen 7 ausgestoßene Tinte bildete klare Tintenbilder auf dem Bildaufzeichnungsmedium, auf der Grundlage des Prinzips "Drucken nach Anforderung".

Der Erfinder erhöhte die Impulsfrequenz, während sämtliche anderen Treiberzustände der Dünnfilmwiderstände 100a, 100b, die voranstehend erwähnt sind, aufrecht erhalten wurden. Es zeigten sich Unregelmäßigkeiten bei dem Ausstoßen von Tintentropfen bei Frequenzen von 13 bis 15 kHz. Es wird daher angenommen, daß bei diesen Frequenzen sich die Blasenexpansions- und Blasenkollabierungsperioden überlappen. Dann änderte der Erfinder die Treiberbedingungen für die Dünnfilmwiderstände 100. Hierbei änderte der Erfinder die Spannung der Impulsspannung auf 20 Volt, und die Impulsbreite von 2 µs, und legte diese neue Impulsspannung an die Dünnfilmwiderstände 100 an. Es zeigte sich, daß ein stabiler Druck erhalten wurde, wenn diese Impulsspannung an die Dünnfilmwiderstände 100 bei einer Frequenz von 15 bis 18 kHz angelegt wurde. Diese Hochgeschwindigkeits-Ausstoßfrequenz ist viermal so hoch wie die Frequenz, die bei konventionellen Bildaufzeichnungsgeräten mit thermisch gepulsten Tintenstrahlen erzielbar ist.

Der Erfinder entfernte die Seite der Aufzeichnungsköpfe, welche eine Querwand des mit 48 Punkten versehenen Kanals bildet. Der Erfinder polierte die freiliegende Oberfläche, und brachte an der Oberfläche einen Hochgeschwindigkeits-Videokassettenrekorder und eine Hochgeschwindigkeits-Kamera an, damit die Erzeugung und das Verschwinden der Blasen beobachtet werden konnten. Es zeigte sich, daß sich der Tropfengenerator 101 automatisch mit Tinte nachfüllte, wie in Fig. 23 gezeigt. Die Tinte wurde glatt in den Kanal eingebracht, so daß der Meniskus glatt seine Gleichgewichtslage einnahm. Durch diesen Nachfüllvorgang wurden benachbarte Kanäle nicht beeinträchtigt.

Die Fig. 24 und 25 zeigen ein weiteres Beispiel für die vorliegende Ausführungsform eines Aufzeichnungskopfes des Paralleltyps, mit einem Aufbau, der beinahe derselbe ist wie bei dem Aufzeichnungskopf gemäß den Fig. 21 und 22. (Beispielsweise sind der Dünnfilmwiderstand 100a und der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b durch eine Entfernung von etwa 300 µm getrennt, und der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b ist etwa 150 µm entfernt von dem Vorratsbehälter 9 angeordnet.) Der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 21 und 22 gezeigten Aufzeichnungskopf nur darin, daß der asymmetrische Raumabschnitt 30 bei diesem Beispiel durch geneigte Oberflächen der Querwände oder Barrieren 5 gebildet wird, welche benachbarte Kanäle 8 voneinander trennen. Da der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel nicht mit der geneigten Decke 6 versehen ist, wie der Aufzeichnungskopf der Fig. 21 und 22, kann beim Herstellungsverfahren für den Aufzeichnungskopf dieses Beispiels der Schritt der Photoätzung eines Glassubstrats zur Ausbildung der geneigten Decke 6 weggelassen werden. Zur Ausbildung der Querwände oder Barrieren 5 mit den geneigten Oberflächen muß allerdings die Unterteilung des Kanalfeldes weit genug sein, damit die geneigten Oberflächen auf den Wänden 5 vorgesehen werden können. Wenn daher ein Aufzeichnungskopf mit hoher Dichte vorgesehen werden soll, gestattet eine Kombination der Aufbauten der Fig. 22 und 23 und der Fig. 21 und 22 eine enge Öffnungsunterteilung.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel auf dieselbe Weise betrieben wird, wie bei dem Beispiel gemäß den Fig. 21 und 22, und daher wird hier auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet.

Die Fig. 26 und 27 zeigen ein Beispiel für einen Aufzeichnungskopf des senkrechten Typs gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die relative Anordnung der beiden Dünnfilmwiderstände 100a und 100b ist ebenso wie bei den voranstehend beschriebenen Beispielen für den Paralleltyp. Es wird darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Dünnfilmwiderstand 100a, der in dem Aufzeichnungskopf des senkrechten Typs vorgesehen ist, wirksamer die Ausdehnungskraft einer in ihm erzeugten, sich ausdehnenden Blase nutzen kann, wie bereits erwähnt wurde. Der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b ist in dem Kanal 8 nahe dem Vorratsbehälter 9 angeordnet, wo sich der Kanal 8 zum Vorratsbehälter 9 hin verbreitert, wodurch der asymmetrische Raumabschnitt 30 ausgebildet wird. Der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b, der in dem asymmetrischen Raumabschnitt 30 angeordnet ist, beschleunigt daher das Nachfüllen der Tinte. Die Grundlagen und Betriebsabläufe bei diesem Beispiel sind dieselben wie bei den Beispielen der Fig. 21 bis 25, und daher erfolgt hier keine weitere entsprechende Beschreibung. Es wird darauf hingewiesen, daß bei dem in den Fig. 26 und 27 gezeigten senkrechten Typ die Heizoberfläche 103 des zusätzlichen Dünnfilmwiderstandes 100b vorzugsweise asymmetrisch geformt ist, wie unter Bezug auf die Fig. 13 und 14 beschrieben wurde, um die Tinten-Druckkraft weiter zu erhöhen. Allerdings kann die Form der Heizoberfläche 103 des zusätzlichen Dünnfilmwiderstandes 100b auch symmetrisch sein, etwa wie in Fig. 2A gezeigt.

Um eine hohe Öffnungsdichte zu erzielen, ohne ein Übersprechen (eine Wechselwirkung) zwischen benachbarten Kanälen 8 zu erhöhen, können die Kanäle 8 versetzt angeordnet sein, wie in Fig. 28 gezeigt ist, so daß eine Reihe 40 von Öffnungen 7 gebildet wird, wobei die Öffnungen 7 ausgerichtet sind. Bei diesem Aufbau kann die Entfernung zwischen Öffnungen 7 verringert sein, ohne daß ein Übersprechen hervorgerufen wird. Es gibt in Fig. 28 eine einzige Reihe 40 von Öffnungen 7, jedoch können mehrere Reihen 40 vorgesehen sein.

Der in den Fig. 26 und 27 gezeigte Aufzeichnungskopf dieses Beispiels kann so abgeändert werden, wie dies in den Fig. 29 und 30 gezeigt ist. Obwohl der Dünnfilmwiderstand 100a und der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b bei den voranstehend beschriebenen Beispielen dieselben Widerstandswerte aufweisen, ist bei dem vorliegenden Beispiel der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b so ausgelegt, daß sein Widerstandswert die Hälfte des Widerstandswertes des Dünnfilmwiderstandes 100a beträgt. Im einzelnen ist, wie aus den Fig. 29 und 30 hervorgeht, die Länge der Heizoberfläche 103 des zusätzlichen Dünnfilmwiderstands 100b in der Tintenflußrichtung so gewählt, daß sie halb so groß ist wie die Länge der Heizoberfläche 103 des Dünnfilmwiderstands 100a. Mit einem derartigen Aufbau wird die dem zusätzlichen Dünnfilmwiderstand 100b zugeführte Energie die Hälfte der Energie, die an den Dünnfilmwiderstand 100a angelegt wird, so daß ein Übersprechen infolge des zusätzlichen Dünnfilmwiderstandes 100b noch weiter verringert werden kann.

Es ist ausreichend, wenn die Dünnfilmwiderstände 100a und 100b voneinander um eine Entfernung von 150 bis 250 µm getrennt sind, und der zusätzliche Dünnfilmwiderstand 100b kann 100 bis 150 µm entfernt von dem Vorratsbehälter 9 angeordnet werden. Durch Verjüngung der Querwände oder Barrieren 5 mit fortschreitendem Verlauf des Kanals 8 zum Vorratsbehälter 9 hin verbreitert sich der Kanal 8 zur Ausbildung des asymmetrischen Raumabschnitts 30 in der Nähe des Vorratsbehälters 9. Eine derartige Ausbildung ermöglicht eine Nachfüllung des Tropfengenerators mit hoher Geschwindigkeit, ohne daß ein Übersprechen hervorgerufen wird.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung stellte den in den Fig. 29 und 30 gezeigten Aufzeichnungskopf her, und füllte den Vorratsbehälter 9 und den Kanal 8 mit einer Tinte auf Wassergrundlage. Zur Ermittlung der Tinten-Ausstoßfähigkeiten dieses Aufzeichnungskopfes legte der Erfinder einen elektrischen Impuls mit einer Leistung pro Punkt von 0,1 bis 1 W/Punkt an und einer Impulsbreite von einer µs, zwischen der gemeinsamen Elektrode 4′ und jeweils der einzelnen Elektrode 4. Der Erfinder erhöhte die angelegte Frequenz der elektrischen Impulse und beobachtete, wie sich die Tintenaufzeichnungsleistung änderte. Es stellte sich heraus, daß ein stabiler Aufzeichnungsbetrieb bis zu einer Frequenz von 15 bis 18 kHz herauf erzielbar war. Zwar zeigte sich eine gewisse Instabilität in der Tinten-Ausstoßrichtung, wenn die Dünnfilmwiderstände mit mehr als 15 kHz betrieben wurden, jedoch bedeutet die Tatsache, daß der Aufzeichnungskopf stabil bei Ausstoßfrequenzen von kleiner oder gleich 15 kHz arbeitete, eine wesentliche Erhöhung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit im Vergleich zu konventionellen Bildaufzeichnungsgeräten mit thermisch gepulsten Strahlen, die bei Ausstoßfrequenzen von 3 bis 4 kHz betrieben werden. Darüber hinaus benötigte der Aufzeichnungskopf bei diesem Beispiel weniger Leistung als konventionelle Aufzeichnungsköpfe. Die Temperatur ließ sich einfacher regeln. Daher weist ein Bildaufzeichnungsgerät, welches diesen Aufzeichnungskopf verwendet, eine Bildaufzeichnungsgeschwindigkeit auf, die drei bis viermal so hoch ist wie die konventioneller, thermisch gepulster Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräte, und ist darüber hinaus kostengünstiger herzustellen.

Die japanischen Patentanmeldungen Kokai Nr. SHO-53-11037 und Kokai Nr. SHO-57-61582 beschreiben, daß Dünnfilmwiderstände 100 aus einer Ta-Si-SiO-Legierung Anti-Oxidationseigenschaften haben, die ebenso gut sind wie bei Dünnfilmwiderständen 100 aus Cr-Si-SiO-Legierungen. Ta-Si-SiO-Legierungs-Dünnfilmwiderstände 100 sind ebenso hart wie Cr-Si-SiO-Legierungs-Dünnfilmwiderstände 100. Daher stellte der Erfinder fest, daß auch Dünnfilmwiderstände 100 aus Ta-Si-SiO-Legierungen ebenso widerstandsfähig gegenüber Kavitation sein sollten. Um dies zu untersuchen, erzeugte der Erfinder einen Dünnfilmwiderstand 100 mit dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Aufbau her, wobei Nickel-Dünnfilmleiter als Elektroden 4, 4</ 03461 00070 552 001000280000000200012000285910335000040 0002004317944 00004 03342BOL<′ verwendet wurden, jedoch mit einem Dünnfilmwiderstand aus einer Ta-Si-SiO-Legierung anstelle des Dünnfilmwiderstands aus einer Cr-Si-SiO-Legierung. Mit diesem Dünnfilmwiderstand führte der Erfinder dann SST-Versuche durch. Die Versuchsergebnisse waren praktisch identisch mit denen, die unter Verwendung eines Dünnfilmwiderstands 100 aus einer Cr-Si-SiO-Legierung (vgl. Fig. 9) erzielt wurden. Ein geringfügiger Unterschied bestand darin, daß bei dem Dünnfilmwiderstand 100 aus der Cr-Si-SiO-Legierung die Widerstandsänderung negativ wurde, unmittelbar bevor der Widerstand 100 versagte, jedoch bei dem Dünnfilmwiderstand 100 aus der Ta-Si-SiO-Legierung die Widerstandsänderung immer stärker positiv wurde, bevor der Widerstand 100 versagte. Dieser geringfügige Unterschied beeinträchtigte jedoch nicht die Lebensdauer des Dünnfilmwiderstands 100 aus der Ta-Si-SiO-Legierung unter Wasser. Weiterhin stellte der Erfinder Aufzeichnungsköpfe gemäß den voranstehend geschilderten Ausführungsformen her, wobei jedoch ein Dünnfilmwiderstand eingesetzt wurde, der eine Dünnfilmwiderstandsschicht aus einer Ta-Si-SiO-Legierung aufwies. Bewertungsversuche bei diesen Aufzeichnungsköpfen führten zu praktisch identischen Ergebnissen wie bei denen, bei welchen ein Dünnfilmwiderstand aus einer Cr-Si-SiO-Legierung verwendet wurde. Wie voranstehend beschrieben, weist der Dünnfilmwiderstand 100 ohne Schutzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung einen einfachen Aufbau mit nur zwei Schichten auf. Dieser einfache Aufbau vereinfacht den Herstellungsvorgang um ein Drittel, wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Da der Aufbau des Dünnfilmwiderstands auf diese Weise vereinfacht wird, kann der Treiberimpuls für den Dünnfilmwiderstand 100 auf eine µs verkürzt werden. Bis zu dem Zeitpunkt, an welchem die Blase verschwindet, kann sich der Dünnfilmwiderstand 100 daher etwa bis auf Umgebungstemperatur abkühlen, so daß die Tinten-Ausstoßfrequenz wesentlich erhöht werden kann. Dieser vereinfachte Aufbau erzielt weiterhin eine 30- bis 60fache Erhöhung des Wärmewirkungsgrades. Dieser hohe Wärmewirkungsgrad verringert nicht nur den Leistungsverbrauch, sondern erleichtert auch die Temperaturregelung des Aufzeichnungskopfes, und stabilisiert das Ausstoßen von Tinte. Der Tintenkanalaufbau, der gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, um die Tintenpumpwirkung zu erzielen, gestattet eine weitere Erhöhung der Tinten-Ausstoßfrequenz. Der zusätzliche Dünnfilmwiderstand erhöht die Tinten-Ausstoßfrequenz noch weiter. Daher kann die vorliegende Erfindung die Druckgeschwindigkeit einer entsprechenden Tintenstrahl-Bildaufzeichnungsvorrichtung wesentlich verbessern. Zwar wurde die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf einige ihrer bestimmten Ausführungsformen beschrieben, jedoch wird es Fachleuten deutlich werden, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen in dieser Hinsicht vorgenommen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann der Vorratsbehälter 9 in dem Aufzeichnungskopf entfernbar angebracht sein, etwa von dem Kanal abtrennbar.

Claims

1. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit

(a.1) einer Kammer zur Aufnahme von Tinte;
(a.2) wobei die Kammer einen Vorratsbehälter (9),
(a.3) eine Öffnung (7) zum Ausstoßen eines Tintentropfens,
(a.4) und einen von dem Vorratsbehälter (9) zu der Öffnung (7) führenden Kanal (8) aufweist,
(a.5) wobei sich der Querschnitt des Kanals (8) in Längsrichtung vom Vorratsbehälter (9) zur Öffnung (7) hin verringert;
(b.1) einem Dünnfilmwiderstand (100) aus einer Cr-Si-SiO-Legierung;
(b.2) wobei der Dünnfilmwiderstand (3) im Inneren des Kanals (8) angeordnet ist,
(b.3) eine Heizoberfläche (103) des Dünnfilmwiderstands (100) im Betrieb der Tinte ausgesetzt ist,
(b.4) und die Heizoberfläche (103) asymmetrisch in bezug auf eine quer zur Längsachse des Kanals (8) verlaufende Symmetrieachse (A) ausgebildet ist; und
(c.1) zwei elektrisch mit dem Dünnfilmwiderstand (100) verbundenen Elektroden (4, 4′), durch welche dem Dünnfilmwiderstand elektrische Stromimpulse zuführbar sind;
(c.2) wobei die Elektroden (4, 4′) aus einem Nickel-Dünnfilmleiter bestehen, dessen von dem Dünnfilmwiderstand (100) abgewandte Oberfläche im Betrieb der Tinte ausgesetzt ist,
c.3) und die Elektroden (4, 4′) voneinander beabstandet so auf dem Dünnfilmwiderstand (100) angeordnet sind, daß zwischen ihnen die Heizoberfläche (103) freiliegt.

2. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter von dem Kanal abtrennbar ausgebildet ist.

3. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Öffnung (7) und die Längsachse des Kanals (8) axial zueinander ausgerichtet sind.

4. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Öffnung (7) und die Längsachse des Kanals (8) senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

4. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanal (8) zwischen dem Dünnfilmwiderstand (100a) und dem Vorratsbehälter (9) ein zusätzlicher Dünnfilmwiderstand (100b) vorgesehen ist, dem elektrische Stromimpulse zuführbar sind, um entsprechende Wärmeimpulse zu erzeugen, um das Nachfüllen des Kanals (8) mit Tinte aus dem Vorratsbehälter (9) nach Ausspritzen von Tinte aus der Öffnung (7) zu beschleunigen.

6. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Dünnfilmwiderstand aus einer Cr-Si-SiO-Legierung besteht.

7. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Dünnfilmwiderstand aus einer Ta-Si-SiO-Legierung besteht.

8. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit

(a.1) einer Kammer zur Aufnahme von Tinte;
(a.2) wobei die Kammer einen Vorratsbehälter (9),
(a.3) eine Öffnung (7) zum Ausstoßen eines Tintentropfens,
(a.4) und einen von dem Vorratsbehälter (9) zu der Öffnung (7) führenden Kanal (8) aufweist,
(a.5) wobei sich der Querschnitt des Kanals (8) in Längsrichtung vom Vorratsbehälter (9) zur Öffnung (7) hin verringert;
(b.1) einem Dünnfilmwiderstand (100) aus einer Ta-Si-SiO-Legierung;
(b.2) wobei der Dünnfilmwiderstand (100) im Inneren des Kanals (8) angeordnet ist,
(b.3) eine Heizoberfläche (103) des Dünnfilmwiderstands (100) im Betrieb der Tinte ausgesetzt ist,
(b.4) und die Heizoberfläche (103) asymmetrisch in bezug auf eine quer zur Längsachse des Kanals (8) verlaufende Symmetrieachse (A) ausgebildet ist; und
(c.1) zwei elektrisch mit dem Dünnfilmwiderstand (100) verbundenen Elektroden (4, 4′), durch welche dem Dünnfilmwiderstand elektrische Stromimpulse zuführbar sind;
(c.2) wobei die Elektroden (4, 4′) aus einem Nickel-Dünnfilmleiter bestehen, dessen von dem Dünnfilmwiderstand (100) abgewandte Oberfläche im Betrieb der Tinte ausgesetzt ist,
(c.3) und die Elektroden (4, 4′) voneinander beabstandet so auf dem Dünnfilmwiderstand (100) angeordnet sind, daß zwischen ihnen die Heizoberfläche (103) freiliegt.

9. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter von dem Kanal abtrennbar ist.

10. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Öffnung (7) und die Längsachse des Kanals (8) axial zueinander ausgerichtet sind.

11. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Öffnung (7) und die Längsachse des Kanals (8) senkrecht zueinander angeordnet sind.

12. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanal (8) zwischen dem Dünnfilmwiderstand (100) und dem Vorratsbehälter (9) ein zusätzlicher Dünnfilmwiderstand (100b) vorgesehen ist, dem elektrische Stromimpulse zuführbar sind, um entsprechende Wärmeimpulse zu erzeugen, um das Nachfüllen des Kanals (8) mit Tinte aus dem Vorratsbehälter (9) nach Ausspritzen von Tinte aus der Öffnung (7) zu beschleunigen.

13. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Dünnfilmwiderstand aus einer Cr-Si-SiO-Legierung besteht.

14. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Dünnfilmwiderstand aus einer Ta-Si-SiO-Legierung besteht.