DE60034194T2 - Tintenstrahlkopfträgerschicht mit wärmeerzeugendem Widerstand, Tintenstrahlkopf und Aufzeichnungsverfahren dafür - Google Patents

Tintenstrahlkopfträgerschicht mit wärmeerzeugendem Widerstand, Tintenstrahlkopf und Aufzeichnungsverfahren dafür Download PDF

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Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG UND ZUGEHÖRIGER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Grundplatte für einen Tintenstrahlkopf, der thermische Energie nutzt zum Ausstoßen von Tintentropfen in Abhängigkeit von Aufzeichnungssignalen zur Erzeugung eines Bilds auf einem Aufzeichnungsmedium. Sie bezieht sich ebenfalls auf einen Tintenstrahlkopf, eine Tintenstrahlvorrichtung und ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren.
  • Unterschiedliche Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren wurden zwischenzeitlich vorgeschlagen. Bei diesen Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bestehen die Hauptverfahren darin, dass Bilder durch das Ausstoßen von Tintentropfen mittels des Anlegens von Wärme durch exothermische Widerstände an die Tinte innerhalb einer Kammer in dem Aufzeichnungskopf in Verbindung mit Aufzeichnungssignalen aufgezeichnet werden. Als ein Beispiel eines derartigen Tintenstrahlaufzeichnungsverfahrens ist das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59,936/1979 offenbarte Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bekannt, bei dem das Phänomen verwendet wird, dass das Anlegen bzw. die Anwendung von thermischer Energie an die Tinte zur Erzeugung von Blasen in der Tinte zum Ausstoßen der Tinte verwendet wird. Dieser Typ des Tintenstrahlaufzeichnungsverfahrens wurde zu einem der Hauptverfahren in dem vorliegenden Bereich der Tintenstrahlaufzeichnung, da entsprechend dieses Verfahrens die Mündungen (nachstehend werden diese auch als Öffnungen bezeichnet), bei denen die Tinte ausgestoßen wird, auf einfache Weise in hoher Dichte angeordnet werden können.
  • Es ist bekannt, dass in Aufzeichnungsverfahren, bei denen Bildaufzeichnungen durch das Ausstoßen von Tinte aus Öffnungen durch das Anwenden thermischer Energie bei der Tinte in Verbindung mit Aufzeichnungssignalen erfolgt, exothermische Widerstände verwendet werden, und wobei die Größe der Tintentropfen abhängig ist von den Bedingungen der Vorrichtung, wie der Menge der an die Tinte angelegten thermischen Energie oder des Drucks, und den physikalischen Eigenschaften, wie die spezifische Wärme, die thermische Leitfähigkeit, die thermische Expansionskonstante oder die Viskosität der Tinte. Zum einheitlichen Ausstoßen der Tinte wurden verschiedene Vorschläge gemacht, um diese Faktoren zu steuern. Beispielsweise berücksichtigt die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 132,253/1980 ein Verfahren zum Steuern des Ansteigens und Abfallens der Spannung an einem Wärmeerzeugungselement, und ebenfalls die Tatsache, dass die Temperatur eines exothermischen Widerstands sich in Abhängigkeit von der Änderung der Pulsbreite und der Pulsamplitude ändert, und dass sich daher das Blasenvolumen ebenfalls in Abhängigkeit von Änderungen in der Pulsbreite und der Pulsamplitude ändert. Es wird hiermit ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren offenbart, bei dem die Pulsbreite und die Pulsamplitude gesteuert wird, um gleichförmig die Tinte auszustoßen. Die Charakteristika eines neuzeitlichen Tintenstrahlkopfs erfüllen in jedem Fall diesen technischen Standard. Sind jedoch Substanzen in der Tinte enthalten, die ihre physikalischen Eigenschaften ändern, wenn sie erhitzt werden, dann führt dies bei fremden Substanzen manchmal zu Ablagerungen (nachstehend auch als Verbrennungsablagerung bezeichnet). Lagern sich derartige Fremdsubstanzen kontinuierlich mit einer großen Menge ab, dann lagern sie sich allmählich auf der Oberfläche des Schutzfilms ab, wobei dies manchmal zu einer Verminderung der Effizienz oder Wirksamkeit führt, mit der Wärme zu der Tinte geleitet wird, so dass eine ungleichförmige Blasenerzeugung entsteht. Daher können Blasen zum Ausstoßen der Tinte nicht in ausreichender bzw. günstiger Weise gebildet werden, so dass die Tinte nicht bezüglich der erforderlichen Menge für eine normale Aufzeichnung ausgestoßen werden kann, oder es wird die Tinte nicht ausgestoßen; mit anderen Worten, es besteht eine Verschlechterung bezüglich der Gleichmäßigkeit oder Konsistenz, mit der die Tinte ausgestoßen wird. In den vergangenen Jahren wurden Aufzeichnungsköpfe mit erheblich verminderten Abmessungen bzw. einer erheblich verminderten Größe und ebenfalls erheblich verbesserter Form bezüglich der Betriebsgenauigkeit bereitgestellt, und in Verbindung mit diesen Verbesserungen wurde die ausgestoßene Tintenmenge in Verbindung mit einem einzigen Ausstoßzyklus vermindert. Folglich wird die durch den exothermischen Widerstand an die Tinte anzulegende Wärme ebenfalls geringer. Bei einer derartigen Umgebung, bei der die Menge an Verbrennungsablagerungen, die an dem Schutzfilm anhaften, aus den vorstehend beschriebenen Gründen relativ klein ist, sind die Wirkungen der Verbrennungablagerungen, die sich an dem Schutzfilm ablagern, und entsprechend dem Verhältnis der thermischen Energie, die daran gehindert wird, von dem Wärmeerzeugungselement zu der Tinte überzugehen, relativ groß ist, werden manchmal Änderungen in der Menge der auszustoßenden Tinte bewirkt, so dass die Aufzeichnung hoch präziser Bilder nachteilig beeinflusst wird. Es ist somit erforderlich, die Erzeugung von Verbrennungsablagerungen strickt zu steuern.
  • In der Vergangenheit wurde die vorstehend beschriebene Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile berücksichtigt, in dem die Bestandteile der Tinte geändert wurden.
  • Es ist bekannt, dass die Verbrennungsablagerungen sowohl anorganische Komponenten wie Fe als auch organische Komponenten beinhalten.
  • Bezüglich der anorganischen Komponenten wird angenommen, dass das Problem in Verbindung mit den anorganischen Komponenten gelöst werden kann durch Hinzufügen eines Chelatmittels zu der Tinte, da das Hinzufügen des Chelatmittels durch Koordinieren der anorganischen Komponente die Tinte stabilisiert. Bezüglich der organischen Komponenten wird angenommen, dass das Problem in Verbindung mit den organischen Komponenten gelöst werden kann durch das Hinzufügen eines Chelatmittels zu der Tinte, da das Chelatmittel verhindert, dass die organischen Komponenten auf der exothermen Widerstandsschicht kristallisieren. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass das Hinzufügen des Chelatmittels das Ansammeln verkohlter Ablagerungen auf der exothermen Widerstandsschicht verhindert. Ferner offenbaren die Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 160,070/1991 und 80,664/1996 ebenfalls Lösungen des Problems bezüglich der Verbrennungsablagerung bzw. der verbrannten Ablagerungen. Gemäß dem früheren Patent wird ein Oxioniumanion zu der Tinte hinzugefügt zur Steuerung der Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile, und gemäß dem letzten Patent werden Phytinsäure oder Phytate der Tinte hinzugefügt zur Steuerung der Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile.
  • Die Druckschrift EP 0 934 829 offenbart einen Tintenstrahlkopf, bei dem die Temperatur des Films derart gesteuert wird, dass sie nicht den Bereich überschreitet, bei dem die Haltbarkeit bzw. Beständigkeit des Films sich plötzlich ändert, beispielsweise 700-800°C.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei dem vorstehend angegebenen Tintenstrahlkopf ist die Oberfläche des Schutzfilms auf der Seite, die in Kontakt mit der Tinte gelangt, mit einem Antikavitationsfilm beschichtet, der im Wesentlichen aus Tantal (Ta) gebildet ist. Es ist bekannt, dass Ta nicht nur hoch widerstandsfähig gegen einen mechanischen Schock ist, sondern dass es ebenfalls relativ beständig gegen Korrosion ist.
  • Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass je dünner der Anti-Kavitationsfilm ist, desto höher die Effizienz ist, mit der Wärme von dem Wärmeerzeugungselement zu der Tinte geleitet bzw. übertragen wird, ist bevorzugt, dass der Antikavitationsfilm so dünn wie möglich ausgeführt wird. In den vergangenen Jahren wurde die Anzahl der Wärmeerzeugungselemente in einem Aufzeichnungskopf zur Steigerung der hohen Qualität der Aufzeichnung vergrößert. Daher besteht eine Tendenz bezüglich der Dicke des Antikavitationsfilms zu einer Verminderung auf nicht mehr als 0.3 μm gemäß dem Standpunkt der Energieeinsparung. Die Bereitstellung eines derartig dünnen Antikavitationsfilms auf der exothermischen Widerstandsschicht und die Verwendung der vorstehend beschriebenen Tinte führt zu einer Verbesserung bezüglich des Ablagerns der verbrannten Bestandteile. Es ist jedoch ebenfalls offensichtlich, dass diese Maßnahmen neue Probleme verursachen. Die Überprüfung des Ta-Films nach einem kontinuierlichem Ansteuern des Tintenstrahlkopfs lässt eine Korrosion des Ta-Films erkennen. Es wird angenommen, dass die Korrosion des Antikavitationsfilms, der aus Ta besteht, durch zwei Möglichkeiten bzw. Mechanismen verursacht wird. Eine Möglichkeit besteht darin, dass Risse bei den Kristallkorngrenzen in dem Antikavitationsfilm auftreten, und die andere Möglichkeit besteht darin, dass Ta selbst chemisch mit dem Chelatmittel und dergleichen reagiert, die in der Tinte enthalten sind. Mit anderen Worten, falls der Tinte ein Chelatmittel (beispielsweise EDTA) hinzugefügt wird, d.h. falls die Menge an Chelatmittel vergrößert wird, dann koordiniert das Chelatmittel das Ta (koordinative Bindungen), das als das Material für den Antikavitationsfilmteil auf dem Schutzfilm verwendet wird, wodurch der Schutzfilm angegriffen wird bzw. korrodiert. Dies vermindert manchmal die Haltbarkeit einer exothermischen Widerstandsschicht. Wird im Einzelnen ein Aufzeichnungskopf weiter verfeinert, dann wird der Schutzfilm ebenfalls in hohem Maßen verfeinert oder in hohem Maße bezüglich seiner Dicke vermindert. Es ist daher möglich, dass auch in dem Fall, dass die Oberfläche des Schutzfilms in Kontakt mit der Tinte lediglich in geringem Maße korrodiert, Risse in dem Schutzfilm auftreten, und es können diese Risse sehr einfach die exothermische Widerstandsschicht erreichen und hiermit die exothermische Widerstandsschicht beschädigen. Aus diesen Gründen muss die Menge an Chelatmittel, das der Tinte hinzugefügt wird, angepasst bzw. eingestellt werden. Obwohl somit das Hinzufügen des Chelatmittels bis zu einem gewissen Grad eine Verbesserung bezüglich der Haltbarkeit des Wärmeerzeugungselements und des Problems der Verbrennungsablagerung bzw. der verbrannten Ablagerungen bewirkt, kann dies nicht die grundlegende Lösung des vorstehend beschriebenen Problems darstellen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben im Einzelnen die Faktoren analysiert, die die vorstehend beschriebenen Probleme bewirken, d.h. die Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile, die Ungleichmäßigkeit der Tintenausstoßung und die Verminderung der Haltbarkeit des Wärme erzeugenden Elements und dergleichen. Es wurde im Ergebnis entdeckt, dass ein Verfahren besteht zum übergreifenden und umfassenden Lösen dieser Probleme.
  • Es wurde in der Vergangenheit angenommen, dass die vorstehend beschriebenen Probleme in direkter Beziehung zu den physikalischen Eigenschaften der Tinte, den Ansteuerungsbedingungen und dergleichen bestehen, und es bestand daher keine einfache Lösung für diese Probleme. Die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführten Studien bezüglich der Gründe für die Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile und die Zerstörung des Wärmeerzeugungselements unter Berücksichtigung der Oberfläche, auf der sich die verbrannten Tintenbestandteile ablagern hat ergeben, dass die Menge, mit der die Verbrennungsablagerungen erzeugt wurden, abhängig ist von der höchsten Temperatur, die die Oberfläche des Schutzfilms in Kontakt mit der Tinte erreicht. Ferner ergaben die Studien bezüglich dessen, auf welche Größe die höchste Temperatur eingestellt werden soll, das folgende Ergebnis. Wird die höchste Temperatur bei 600° oder 700°C eingestellt, was den in den bekannten Verfahren eingestellten Temperaturen entspricht, dann wurde beobachtet, dass sich verbrannte Tintenbestandteile ablagerten, und/oder dass die Verdrahtung des Wärmeerzeugungselement in Folge der Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile gebrochen ist, und/oder dass die Schutzschicht geschmolzen ist. Das Vermindern der höchsten Temperatur führte zu besseren Ergebnissen; es wurde ermittelt, dass bei dem Zuführen einer ausreichenden Menge an thermischer Energie zu der Tinte und Aufrechterhalten der Temperatur der vorstehend genannten Oberfläche auf nicht mehr als 560°C die Tinte in gleichförmiger Weise ausgestoßen wurde, wobei die Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile in befriedigender Weise gesteuert werden konnte. Mit anderen Worten, es wurde ermittelt, dass beim Aufrechterhalten der höchsten Temperatur der vorstehend angegebenen Oberfläche der Schutzschicht auf nicht mehr als eine vorbestimmte Größe nicht nur ein Beitrag zum Steuern der Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile geleistet wurde, sondern ebenfalls ein Beitrag zu der Verhinderung der Korrosion des Schutzfilms, wodurch es möglich ist, eine Tintenstrahlkopfgrundplatte, einen Tintenstrahlkopf und ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereitzustellen, das in umfassender Weise hervorragende Ergebnisse liefert.
  • Weitere Studien der Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ergeben, dass zum Aufrechterhalten der Temperatur der vorstehend angegebenen Schutzschichtoberfläche bei nicht mehr als 560°C die Dicke und die thermische Leitfähigkeit der unterschiedlichen Schichten des Schutzfilms und die Spannung und die Breite der angelegten Pulse zum Antreiben der exothermen Widerstandsschicht gesteuert werden muss; wurde insbesondere der Schutzfilm sehr dünn ausgeführt und führte dies zu einer hervorragenden thermischen Leitfähigkeit, dann war die Steuerung der Breite und der Spannung der Ansteuerungspulse eine der wesentlichen Lösungen der vorstehend beschriebenen Probleme. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein mathematisches Modell auf der Basis der Struktur eins tatsächlichen Wärmeerzeugungskopfs geschaffen und haben Druckvorgänge simuliert, bei denen die höchsten Temperaturen, die die vorstehend angegebene Oberfläche erreicht hat, präzise erhalten wurde, während die Ansteuerungspulse verändert wurde. Im Ergebnis wurde die vorliegende Erfindung erreicht, die eine Tintenstrahlkopfgrundplatte, einen Tintenstrahlkopf sowie ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereitstellen kann, bei welchen gewährleistet ist, dass die vorstehend angegebene höchste zu haltende Temperatur nicht höher als 560°C beträgt.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung liegt daher der vorliegenden Erfindung die Hauptaufgabe zugrunde, eine Tintenstrahlkopfgrundplatte, einen Tintenstrahlkopf und ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereitzustellen, die insgesamt die vorstehenden Probleme lösen: die Ablagerung von verbrannten Tintenbestandteilen, die Ungleichmäßigkeit des Ausstoßes und die Verkürzung der Länge der Haltbarkeit eines wärmeerzeugenden Elements. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereitgestellt mit dem Anlegen eines Ansteuerungssignals an einen Wärmeerzeugungswiderstand, der in einem Tintenstrahlkopfsubstrat angeordnet ist, wobei der Wärmeerzeugungswiderstand mit einem Schutzfilm beschichtet ist, und wobei eine Wärmeenergie erzeugt wird, die an die Tinte über den Schutzfilm angelegt wird zum Erzeugen einer Blase durch Filmsieden der Tinte, wodurch ein Druck zum Bewirken des Tintenausstoßes erzeugt wird,
    gekennzeichnet durch das Steuern während des Anlegens eines Ansteuerungssignals an den Wärmeerzeugungswiderstand in einem Aufzeichnungsverfahren, der maximalen Temperatur auf der Oberfläche des Schutzfilms, die in Kontakt mit der Tinte gelangt, dass diese nicht höher als 560°C wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Tintenstrahlvorrichtung bereitgestellt einschließlich eines Tintenstrahlkopfs mit einem Tintenstrahlkopfsubstrat einschließlich eines Wärmeerzeugungswiderstands, der mit einem Schutzfilm derart beschichtet ist, dass bei der Verwendung durch den Wärmeerzeugungswiderstand erzeugte Wärme an die Tinte über den Schutzfilm zugeführt wird zur Erzeugung einer Blase in der Tinte, um auf diese Weise einen Druck zu erzeugen, der den Tintenausstoß (Tinteneinspritzung) bewirkt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Tintenstrahlvorrichtung eine Ansteuerungssignalsteuerungseinrichtung aufweist, um eine Maximaltemperatur der Oberfläche des Schutzfilms in Kontakt mit der Tinte nicht höher als 560°C während der Anwendung eines Ansteuerungssignals an dem Wärmeerzeugungswiderstand werden zu lassen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die höchste Temperatur, die die Schutzfilmoberfläche erreichen darf, auf eine Temperatur nicht höher als 560°C eingestellt, und es wird nicht nur verhindert, dass die Tintenbestandteile sich als verbrannte Ablagerungen auf der Oberfläche (Wärmeübertragungsoberfläche) eines wärmeerzeugenden Elements ablagern, sondern es wird ebenfalls verhindert, dass der Schutzfilm entfernt bzw. abgerieben wird. Auch wenn die exotherme Widerstandsschicht des Weiteren in ihrer Dicke und in ihren Abmessungen vermindert wird und daher die durch die exotherme Widerstandsschicht erzeugte thermische Energie kleiner wird, kann das Problem, dass die thermische Energie daran gehindert wird, in effektiver Weise durch die Ansammlung von verbrannten Tintenbestandteilen übertragen zu werden, gesteuert werden, so dass es auf diese Weise möglich ist, hochpräzise Bilder mit hervorragender Qualität zu erzeugen, sowie eine Tintenstrahlkopfgrundplatte und einen Tintenstrahlkopf bereitzustellen, die bezüglich der Ausstoßgleichförmigkeit und der Haltbarkeit hervorragende Eigenschaften aufweisen.
  • Auch wenn ein Chelatmittel zu der Tinte hinzugefügt wurde kann unter Anwendung der vorliegenden Erfindung die Ablagerung der verbrannten Tintenbestandteile gesteuert und kann die Korrosion des Schutzfilms verhindert werden, solange die höchste Temperatur der Oberfläche des Schutzfilms in Kontakt mit der Tinte nicht höher als 560°C gehalten wird.
  • Auch wenn ein Chelatmittel der Tinte hinzugefügt wird und falls die Menge des der Tinte hinzugefügten Chelatmittels größer als ein vorbestimmter Wert ist, kann sich das Chelatmittel in Folge der Löslichkeit des Chelatmittels absetzen, und ist die Menge kleiner als ein vorbestimmter Wert, dann kann das Chelatmittel nicht seine Wirkung entfalten. Daher wird bevorzugt, dass das Chelatmittel nicht weniger als 50 ppm des Gewichts und nicht mehr als 20 Gewichts-% beträgt, vorzugsweise nicht weniger als 80 ppm des Gewichts und nicht mehr als 10 Gewichts-Prozente relativ zu der gesamten Tinte beträgt.
  • Der Grad des dem Antikavitationsfilm gegen die Korrosion durch die vorliegende Erfindung angebotenen bzw. bereitgestellten Schutzes ist wesentlich größer im Vergleich zu demjenigen, der durch die bekannten Verfahren bereitgestellt wird. Zur weiteren Verbesserung des Korrosionsschutzes für den Schutzfilm, d.h. zum Schützen des Schutzfilms vor einer größeren Vielfalt von Tinten kann jedoch die vorstehend angegebene Schicht des Schutzfilms, die in Kontakt mit der Tinte gelangt, d.h. der Antikavitationsfilm, aus einer amorphen Legierung gebildet werden, die Ta enthält. Die amorphe Legierung für den Antikavitationsfilm kann nicht weniger als ein Material aus Fe, Cr und Ni zusätzlich zu Ta enthalten. Ferner besteht die amorphe Legierung aus Ta, Fe, Cr und Ni, und beträgt die Menge an Ta relativ zu der gesamten amorphen Legierung nicht mehr als 30% des Gewichts, dann ist die amorphe Legierung effektiver.
  • Es bestehen keine Kristallkorngrenzen in dem Antikavitationsfilm, der aus dieser amorphen Legierung gebildet ist, die Ta enthält. Der Antikavitationsfilm erleidet keinen Schaden durch Risse, die andernfalls entstehen würden. Ferner wird die Oberfläche der Ta enthaltenden amorphen Legierung passiv, wenn sie oxidiert wird, und dieser passive Zustand verhindert, dass der Antikavitationsfilm mit den Tintenbestandteilen reagiert. Aus diesen vorstehend angegebenen Gründen weist der aus der amorphen Legierung mit Ta gebildete Antikavitationsfilm eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber einer durch die Tinte verursachte Korrosion im Vergleich zu dem bekannten Antikavitationsfilm auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die höchste Temperatur der Oberfläche des Schutzfilms in Kontakt mit der Tinte bei nicht mehr als 560°C gehalten, die alleine effektiv ist, um die Korrosion des Antikavitationsfilms unter Kontrolle zu halten. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine zusätzliche Maßnahme ergriffen, in dem der Antikavitationsfilm aus der amorphen Legierung mit Ta gebildet wird, so dass daher die Korrosion des Antikavitationsfilms besser zu steuern ist in Folge des synergetischen Effekts der niederen Temperatur und der Verwendung der Ta enthaltenden amorphen Legierung.
  • Die amorphe Legierung als das Material für den Antikavitationsfilm kann hergestellt werden unter Verwendung von nicht weniger als einer Art eines Metalls aus Fe, Cr, Re, Ge und Ni zusätzlich zu Ta. Unter Verwendung der vier Arten von metallischen Materialien, d.h. Ta, Fe, Cr und Ni als die Materialien für den Antikavitationsfilm in einem derartigen Verhältnis, dass Ta nicht mehr als 30 Gewichts-Prozente der Gesamtheit der fertig gestellten Legierung umfasst, wird die Ta enthaltende Legierung bezüglich der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Merkmale verbessert und ermöglicht eine bessere Steuerung der Korrosion des Antikavitationsfilms, und verlängert ebenso die Lebensdauer eines wärmeerzeugenden Elements.
  • Mit anderen Worten, es wird möglich, die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfes um einen Grad zu verlängern, der virtuell mit demjenigen einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung übereinstimmt, so dass das Erfordernis für ein Ersetzen des Aufzeichnungskopfs beseitigt wird.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Figuren deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist eine Draufsicht auf den Schaltungsaufbau der Grundplatte eines Aufzeichnungskopfes in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Schnittansicht der Schaltungselemente des Aufzeichnungskopfs in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Draufsicht auf die Schaltungselemente eines Aufzeichnungskopfs in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Schnittansicht eines Wärmeerzeugungskopfs in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Aufzeichnungskopfs mit mehrfachen Wärmeerzeugungsköpfen und bezeichnet den allgemeinen Aufbau derselben.
  • 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine vertikale Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Tintenkartusche in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aufzeichnungseinheit in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Aufzeichnungskopfs mit vier Tintenkartuschen.
  • 10 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Wärmeerzeugungskopfs und vier Tintenkartuschen, die auf dem Kopf angeordnet sind.
  • 11 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines Wärmeerzeugungskopfs in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 12 eine schematische perspektivische Darstellung eines Aufzeichnungskopfs in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist eine schematische Darstellung einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
  • 14 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Verhältnis des verbleibenden Teils des Antikavitationsfilms und der höchsten Temperatur, die die Temperatur der Oberfläche des Antikavitationsfilms erreicht.
  • 15 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Kopfsansteuerungspulses zum Modellieren der Ausstoßmenge in einem der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Breite des Ansteuerungspulses gemäß der Darstellung in 15 und der Menge der ausgestoßenen Tinte.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nicht auf diejenige gemäß der nachstehenden Beschreibung beschränkt. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren in der Weise, wie es in den nachfolgenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, verbessert die bereits hervorragenden Eigenschaften und Charakteristika des Tintenstrahlaufzeichnungsverfahrens.
  • (Obere Grenze der Temperatur)
  • Zuerst wird die höchste Temperatur beschrieben, die durch die Zwischenschicht zwischen dem Schutzfilm und der Tinte während der Druckbetriebssimulation erreicht wird, die zur Vervollständigung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Die Menge P der thermischen Energie, die durch die exotherme Widerstandsschicht je Einheit der Zeit freigesetzt wird, erfüllt den folgenden mathematischen Ausdruck: P = V2/(R + r) × PW × N (1)
    • V:
    Ansteuerungsspannung [V]
    R:
    Widerstandswert der exothermischen Widerstandsschicht [Ω]
    r:
    Widerstand der Verdrahtung, die elektrisch mit der exothermischen Widerstandsschicht verbunden ist [Ω]
    PW:
    Breite der Ansteuerungspulse [μsec]
    N:
    Gesamtanzahl der Unterschichten in der exothermischen Widerstandsschicht.
  • Der Widerstandswert R der exothermischen Widerstandsschicht kann gemäß der nachfolgenden Gleichung berechnet werden: R = ρs × LH/WH (2)
  • ρs: Widerstandswert der exothermischen Widerstandsschicht [Ω/Fläche]
    • LH:
    Länge der exothermischen Widerstandsschicht [μm]
    WH:
    Breite der exothermischen Widerstandsschicht [μm]
  • Der Maximalwert W der elektrischen Leistung, die durch die exothermische Widerstandsschicht je Flächeneinheit und je Zeiteinheit aufgenommen wird, kann in der folgenden Weise ausgedrückt werden: W = P/LH/WH (3)
  • Die Menge der in der exothermischen Widerstandsschicht erzeugten Wärmeenergie (Wärmeenergie) kann auf der Basis der tatsächlichen Abmessungen der exothermischen Widerstandsschicht, sowie der Beziehung zwischen den vorstehend angegebenen Gleichungen (1) bis (3) angepasst bzw. eingestellt werden.
  • Die Temperatur T der Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Schutzfilms und der Tinte, während eine thermische Energie erzeugt wird, kann erhalten werden durch Lösen einer linearen Gleichung (4) unter Verwendung der Differenzialrechnung. ρc(∂T/∂t) = k(x)(∂2T/∂2t) + P (4)
    • ρ:
    mittlere Dichte des Schutzfilms [kg/m3]
    C:
    mittlere spezifische Wärmekapazität [J/(kg × C)]
    K(x):
    thermische Leitfähigkeit des Schutzfilms bei dem Punkt × [W/(μm × C)]
    t:
    Zeit (μsec)
    x:
    Abstand zwischen einem Bezugspunkt (x = 0), oder Position von der unteren Oberfläche des Schutzfilms in der Richtung in welcher die Unterschichten des Schutzfilms angesammelt sind [μm]
    P:
    thermische Energie [W]
  • Die Änderung der Temperatur T wurde simuliert, indem die Gleichung (4) unter einer vorbestimmten Anfangsbedingung numerisch gelöst wurde. Im Ergebnis wurde ermittelt, dass die Temperatur T durch Ausdünnen des Schutzfilms zum Verkürzen der Wärmeleitungszeit oder des Weiteren beispielsweise durch Annähern der Ansteuerungspulsbreite an Gleichung (1) auf nicht mehr als 560°C gehalten werden kann.
  • Diese Verfahren können unabhängig voneinander oder in Kombination, oder in Kombination mit zusätzlichen Parametern (beispielsweise der Ansteuerungsspannung) durchgeführt werden.
  • Jedoch ist das weitere dünner Ausführen des Schutzfilms unter eine bestimmte Dicke nicht wünschenswert, da dies die Haltbarkeit des Schutzfilms verschlechtert. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Angaben ist es wünschenswert, dass die Dicke des Schutzfilms derart ausgeführt wird, dass sie nicht geringer als 0.1 μm und nicht mehr als 2.0 μm beträgt, vorzugsweise nicht weniger als 0.3 μm und nicht größer als 1.0 μm ist, so dass die Temperatur T nicht höher als 560°C gehalten werden kann, während eine ausreichende Menge an thermischer Energie bereitgestellt wird.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner erkannt, dass unter einer Bedingung, dass die Ansteuerungsspannung innerhalb eines Bereichs eines Spannungspegels gleich dem Schwellenwert zum Bewirken des Siedens der Tinte bis zu einer Spannung 1 ¼ mal größer als die Schwellenspannung, eine ausreichende Menge an thermischer Energie bereitgestellt werden konnte, während die Temperatur t nicht größer als 560°C ist, indem die Breite der Pulse auf nicht mehr als 5 μsec und vorzugsweise nicht mehr als 3 μsec eingestellt wird.
  • (Aufzeichnungskopf)
  • Der Aufzeichnungskopf in diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vielzahl von Wärmeerzeugungsköpfen, eine Vielzahl von Tintenwegen, die jeweils einzeln mit den Wärmeerzeugungsköpfen verbunden sind, und eine einzelne Tintenkammer oder eine Vielzahl von Tintenkammern zum Zuführen von Tinte zu den Tintenwegen. Jeder Wärmeerzeugungskopf umfasst: eine exothermische Widerstandsschicht, die auf einem Stück eines Substrats ausgebildet ist, einen Treiber zum Ansteuern der exothermischen Widerstandsschichtbereiche eine nach dem anderen, und den Schutzfilm. Der Aufzeichnungskopf umfasst ebenfalls eine Aufzeichnungskopfgrundplatte, mit: einer Vielzahl von Öffnungen, durch welche Tinte ausgestoßen (eingespritzt) wird, einen Tintenausstoßteil mit einer Vielzahl von Tintenwegen einschließlich der Wärmeerzeugungsköpfe, d.h. der Bereiche, in denen die Wärmeenergie auf die Tinte einwirkt, und eine Vielzahl von Bereichen der exothermischen Widerstandsschicht als eine Einrichtung zur Erzeugung der Wärmeenergie (thermische Energie).
  • Als Aufzeichnungskopfschaltung wurden unterschiedliche Schaltungen entwickelt. Einige der Aufzeichnungskopfschaltungen werden auf einem einzigen Stück eines Substrats ausgebildet, und umfassen in integraler Weise: eine Vielzahl von exothermen Widerstandsschichtbereichen, die in einer vorbestimmten Weise angeordnet und eingerichtet sind; eine Vielzahl von Treibern, die für die jeweiligen der Vielzahl der exothermischen Widerstandsschichtbereiche vorgesehen sind, zum Ansteuern der selben in Abhängigkeit von Bilderzeugungsdaten; ein Schieberegister, wobei die Bitanzahl der Anzahl der exothermischen Widerstandsschichtbereiche entspricht und das parallel die seriell eingegebenen Bilderzeugungsdaten an die Vielzahl der Treiber ausgibt; und eine Latchschaltung (Zwischenspeicherschaltung) zum zeitweiligen Speichern der aus dem Schieberegister ausgegebenen Daten.
  • 1 veranschaulicht eine Aufzeichnungskopfschaltung wie die vorstehend beschriebene Schaltung, die auf einem Aufzeichnungskopfsubstrat angeordnet ist. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 101 jeden der exothermischen Widerstandsschichtbereiche, die entlang einer geraden Linie ausgerichtet sind. Ein Bezugszeichen 102 bezeichnet jeden der Leistungstransistoren, und ein Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Latchschaltung. Ein Bezugszeichen 104 bezeichnet ein Schieberegister, und ein Bezugszeichen 105 bezeichnet einen Takt zum Aktivieren des Schieberegisters 104. Bezugszeichen 106 und 107 bezeichnen jeweils einen Bilderzeugungsdateneingabeteil und einen Wärmepulsbreiteeingabeteil zum externen Steuern der EIN- Zeit des Leistungstransistors. Die Bezugszeichen 108 und 109 bezeichnen jeweils eine Logikleistungsquelle und ein Massepotential GND. Bezugszeichen 110 und 111 bezeichnen jeweils eine Ansteuerungsleistungsquelle (VH) für die exotherme Widerstandsschicht und einen Leistungstransistor (Vce).
  • In einer Druckvorrichtung mit einem Kopf, der eine Aufzeichnungskopfschaltung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, werden die Bilderzeugungsdaten seriell in das Schieberegister 104 aus dem Bilderzeugungsdateneingabeteil 106 eingegeben. Die eingegebenen Daten werden zeitweilig in der Latchschaltung 103 gespeichert, und während diese zeitweilig gespeichert werden, werden Pulse aus dem Wärmepulsbreiteeingabeteil 107 eingegeben. Da die Pulse eingegeben werden, werden die Leistungstransistoren 102 eingeschaltet, werden die exothermischen Widerstandsschichtbereiche 101 angesteuert, wird die Tinte in den Flüssigkeitswegen, die mit den angesteuerten exothermischen Widerstandsschichtbereichen 101 verbunden sind, erhitzt, und wird die Tinte durch die Ausstoßöffnungen ausgestoßen; mit anderen Worten, es wird ein Ausdruck erzeugt.
  • Die Verwendung einer Schaltung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ermöglicht es, die Ansteuerungspulsbreite zu mindern, wodurch es wiederum möglich wird, die Ansteuerungsspannung V anzuheben, während die Temperatur T nicht höher als 560°C gehalten wird, so dass die an die Tinte angelegte thermische Energie konstant gehalten wird. Im Ergebnis kann die Tinte in gleichförmiger Weise ausgestoßen werden. Nachstehend wird ein Beispiel eines Elements unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben, bei dem die vorstehend beschriebene Schaltung verwirklicht wurde.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht eines Beispiels eines Elements, in welchem die in 1 veranschaulichte Schaltung verwirklicht ist. Ein Bezugszeichen 201 bezeichnet ein P-Siliziumsubstrat; 202 bezeichnet einen eingebetteten N-Kollektor; 202 bezeichnet einen eingebetteten P-Elementisolatorbereich; 204 bezeichnet einen N-Epitaxiebereich; 205 bezeichnet einen P-Basisbereich; 206 bezeichnet einen eingebetteten P-Elementbereich; 207 bezeichnet einen eingebetteten N-Kollektorbereich; 208 bezeichnet einen hochdichten P-Basisbereich, 209 bezeichnet einen hochdichten P-Elementisolationsbereich; 201 bezeichnet einen N-Emitterbereich; 211 bezeichnet einen N-Kollektorbereich, 202 bezeichnet eine Kollektorelektrode; 213 bezeichnet eine Basiselektrode; und Bezugszeichen 214 bezeichnet eine Emitterelektrode.
  • 3 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel eines Elements, in welchem die Schaltung gemäß der Darstellung in 1 verwirklicht wird. Ein Bezugszeichen 301 bezeichnet ein Teil eines elektrisch isolierenden Substrats. Einer der Kantenteile bzw. -bereiche des Substrats 301 ist mit einer Vielzahl von exothermischen Widerstandsschichtbereichen 302 ausgestattet, die parallel zu der Kante ausgerichtet sind. Jeder exothermische Widerstandsbereich 302 ist in einem Flüssigkeitsweg benachbart zu dem Ende oder dem Auslass des Flüssigkeitswegs angeordnet. In der ungefähren Mitte der Teile des Substrats 301 sind Leistungstransistoren als die Transistoren ausgebildet zum einzelnen Ansteuern der exothermischen Widerstandsschichtbereich 302, die in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass ihre längeren Kanten parallel zueinander liegen, und ihre kürzeren Kanten in Richtung senkrecht zu den längeren Kanten der exothermischen Widerstandsschichtbereiche 302 ausgerichtet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Leistungstransistoren 303 bipolare Transistoren und sind dadurch charakterisiert, dass sie in einer einzigen Schicht in einer geraden Linie ausgerichtet sind, und zwar in einer derartigen Weise, dass ihre längeren Kanten parallel zueinander liegen, und dass ihre kürzeren Kanten in einer Richtung senkrecht zu den längeren Kanten der exothermischen Widerstandsschichtbereiche 302 ausgerichtet sind. Zum Ansteuern der exothermischen Widerstandsschichtbereiche ist die gleiche Anzahl von Transistoren wie diejenige der exothermischen Widerstandsschichtbereiche 302 erforderlich; jeder exothermische Widerstandsschichtbereich erfordert einen Leistungstransistor. Bei einem anderen Kantenbereich des Substrats 301, d.h. dem Kantenbereich auf der Seite gegenüber der Seite, bei der die exothermischen Widerstandsschichtbereiche 302 angeordnet sind, ist eine S/R-Schaltung 309 mit einem Schieberegister und einem Latchteil (Zwischenspeicherteil) angeordnet, zusammen mit einer Vielzahl von Eingangssignalpfaden für die S/R-Schaltungen 309, in der Nachbarschaft der Gruppe der vorstehend genannten Leistungstransistoren 303, wobei die Signalpfade auf der Kantenseite angeordnet sind. Bezugszeichen 311 bezeichnet eine gemeinsame +VII-Verdrahtung zum Zuführen einer vorbestimmten Spannung zu den exothermischen Widerstandsschichtbereichen 302, und Bezugszeichen 312 bezeichnet ein Massepotential GND. An beiden Längsenden der Gruppe der Leistungstransistoren 303 bezüglich der Richtung, in der die Leistungstransistoren 303 parallel angeordnet sind, ist eine Heizeinrichtung 313 zur Temperaturanpassung vorgesehen, und in der Nachbarschaft eines der Heizeinrichtungen 313 ist eine Nebenheizeinrichtung 314 vorgesehen. Ferner ist ein Paar Temperaturerfassungsdioden 315 in den Eckbereichen des Substrats angeordnet, die beiden Längsenden der vorstehend genannten Gruppen der exothermischen Widerstandsschichtbereichen 302 jeweils eins zu eins entsprechen. In diesem Ausführungsbeispiel lesen bzw. erfassen diese Temperatursensoren die Temperatur des Substrats, und es werden die durch die Temperatursensoren erhaltenen Daten zu einem (nicht dargestellten) Speicher (RAM) gesendet, der innerhalb der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung angeordnet ist. Nach dem Senden zu dem (nicht veranschaulichten) Speicher RAM in der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung wird mit diesen Daten ein Bezug auf eine in dem Speicher ROM gespeicherte Temperaturtabelle genommen, und es wird ein optimaler Pulseingabewert ausgewählt. Der ausgewählte Wert wird als Wärmedaten (Signal, Heat) in den Tintenstrahlkopf eingegeben. Dabei ist zu beachten, dass auch dann, wenn die Pulsbreite gleich gehalten wird, es unmöglich ist, die höchste Temperatur der Heizeinrichtung der Oberfläche nicht höher als 560°C zu halten, falls die Temperatur des Substrats veränderlich ist. Normalerweise verändert sich die Substrattemperatur innerhalb eines Bereichs von 15°C bis 80°C, so dass hieraus eine Temperaturdifferenz ΔT von maximal 65°C resultiert.
  • Wie es vorstehend beschrieben wurde ist eine Tabelle zur Berechnung der höchsten Temperatur (Temp), die die Heizeinrichtungsoberfläche erreichen soll, in Relation zu der Pulseingabe zu der Heizeinrichtung (unter der Annahme, dass die Spannung konstant ist), und auf der Basis des Werts (Base), der durch die Sensoren gelesen wird, in dem Speicher RAM gespeichert.
  • Die höchste zu erreichende Temperatur (Treal), auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, wird durch folgende Gleichung erhalten: Treal = Base + Temp. (5)wobei Temp erhalten wird als T in der Gleichung (4), die vorstehend angegeben ist.
  • Überschreitet die Temperatur Treal den Wert 560°C, dann wird ein Stoppsignal (Emerg) aus dem Speicher RAM ausgegeben, und im Ergebnis wird die Signalübertragung von der Aufzeichnungsvorrichtung zum Tintenstrahlkopf unerbrochen (Heat, Block, Idata, usw.).
  • Da die Anzahl der Substrattemperaturdaten (Base), die von den Temperatursensordioden einmal für alle vorbestimmte Zeitlängen gesendet werden, auf einen Pegel zurückgeht, bei dem der Wert Treal nicht höher ist als 560°C, wird die Datenübertragung gestartet. Im Falle eines Druckers wie eines Seriendruckers, der ein Bild Linie für Linie erzeugt, wird die Datenübertragung nicht angehalten, bis die Linie vollständig ausgedruckt ist, auch wenn das Signal Emerg ausgegeben wird.
  • In einem derartigen Fall wird die Oberflächentemperatur der Heizeinrichtung manchmal die Temperatur von 560°C überschreiten, wobei jedoch derartigen Ereignisse, wie es ermittelt wurde, keine erhebliche Auswirkung auf die gesamte Lebensdauer haben.
  • Das Substrat 301 umfasst vier Durchgangsöffnungen 216 und zwei Durchgangsöffnungen 317. Die vier Durchgangsöffnungen 316 sind Einzel an den vier Ecken der Gruppe der zweiten Leistungstransistoren 303 angeordnet, und die beiden Durchgangsöffnungen 317 sind benachbart zu den vorstehend angegebenen Dioden 315 jeweils einzeln angeordnet. Diese Durchgangsöffnungen 316 und 317 sind vorgesehen zur Bildung eines Kontakts mit den darunter angeordneten Verdrahtungsschichten. In jeweils einzelner Anordnung bei den Längsenden der Gruppen der zweiten Leistungstransistoren 303 im Hinblick auf die Anpassungsrichtung der Leistungstransistoren 303 ist ein Paar Marken 318 angeordnet, wobei diese für die Positionserfassung während der Montage dienen.
  • 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfes, der mit Wärmeerzeugungsköpfen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, in der vertikalen Ebene, die eine der Öffnungen in gleiche Längshälften aufteilt. Es wird ebenso eine Schnittansicht derselben in einer Ebene A-B in der ersten schematischen Schnittansicht dargestellt. Ein Aufzeichnungskopf 13 wird durch Bonden eines Glases, einer Keramik oder einer Kunststoffplatte mit einer Vielzahl von Vertiefungen 14 zum Ausbilden der Tintenwege mit einem Wärmeerzeugungskopf 15 gebildet. Der Wärmeerzeugungskopf 15 umfasst eine Vielzahl von Schichten von Filmen: eine Antikavitationsfilmschicht 16-1, die aus einer amorphen Legierung einschließlich Ta gebildet ist; einer Schutzfilmschicht 16-2, die aus einem Siliziumoxid oder einem Siliziumnitrid gebildet ist; einer Aluminiumelektrodenschicht, die Elektroden 17-1 und 17-2 umfasst, einer Wärmeerzeugungsfilmschicht 18, die aus TaN oder dergleichen gebildet ist, einer Wärmespeicherfilmschicht 19, und einer Trägerschicht 20, die aus Aluminium oder dergleichen mit hervorragender Wärmeableitung gebildet ist, wobei diese in der Reihenfolge genannt sind von der Seite aus gesehen, die in Kontakt mit der Tinte steht. Die Schutzfilmschicht umfasst zwei Unterschichten: die Antikavitationsfilmschicht 16-1 und die Schutzschicht 16-2. Zur Sicherstellung, dass eine ausreichende Menge an Wärmeenergie der Tinte zugeführt wird, während die Temperatur der Oberfläche des Antikavitationsfilms 16-1 und der Tinte nicht höher als 560°C wird, und ferner zum Sicherstellen der Haltbarkeit wurde die Gesamtdicke des Schutzfilms beispielsweise zu 0.7 μm gewählt. Um den Antikavitationsfilm in ausreichendem Mass widerstandsfähig bezüglich einer Korrosion zu machen, wurde der Antikavitationsfilm aus einer amorphen Legierung mit Ta gebildet, beispielsweise aus Ta18Fe57Ni8Cr17.
  • Die Tinte 21 erreicht soweit wie möglich die Ausstoßöffnung 22 und bildet einen Meniskus 23 mit einer vorbestimmten Druckgröße. Wird ein elektrisches Signal an die Aluminiumelektrode 17 angelegt, dann erzeugt ein Bereich n des Wärmeerzeugungskopfs 15 plötzlich Wärme, und der Teil der Tinte 21 in Kontakt mit diesem Bereich n beginnt zu sieden, d.h. erzeugt eine Blase. Im Ergebnis wird der Meniskus 23 veranlasst, in Folge des Drucks der Blase nach außen hervorzutreten. Schließlich wird eine bestimmte Menge an Tinte 21 in der Form eines Tintentröpfchens 24 mittels des Drucks der Blase aus der Öffnung in Richtung eines Teils des Aufzeichnungsmediums 25, beispielsweise eines Blatts Papier, ausgestoßen. Das ausgestoßene Tintentröpfchen 24 bewegt sich auf das Aufzeichnungsmedium 25 und haftet in dem Bilderzeugungsbereich des Aufzeichnungsmediums 25 zur Bildung eines mikroskopisch kleinen Teils eines Bilds.
  • 5 zeigt eine externe perspektivische Darstellung eines Beispiels eines Mehrfachheizkopfs, oder eines Heizeinrichtungskopfs, in welchem mehrfache Heizeinheiten parallel angeordnet sind, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung. Dieser Mehrfachheizkopf wird ausgebildet durch Luft ausschließendes (luftdichtes) Bonden einer Glasplatte 27 mit einer Vielzahl von Rillen 26, mit dem Heizeinrichtungskopfsubstrat.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht keine Beschränkung bezüglich der Öffnungsgröße und dergleichen, und diese können in optimaler Weise bestimmt werden, um die gewünschte Bildqualität zu erreichen. Mit den gestiegenen Anforderungen bezüglich einer höheren Bildqualität in den vergangenen Jahren wurde die Idee des weiteren Verminderns der Öffnungsgröße überprüft. Insbesondere wurden Studien durchgeführt zur Verminderung der Öffnungsgröße, so dass die aus einer einzigen Öffnung je Ausstoß ausgestoßene Tintenmenge etwa 0.1 bis 40 Pico-Liter beträgt, und vorzugsweise 0.1 bis 30 Pico-Liter, und weiter vorzugsweise 0.1 bis 25.0 Pico-Liter. Angesichts dieses Trends wird das Steuern der Erzeugung von verbrannten Ablagerungen durch Halten der Temperatur der Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Antikavitationsfilms und der Tinte auf einen Wert nicht höher als 560°C sehr wichtig, dass die Tinte gleichmäßig ausgestoßen wird.
  • (Ansteuerung des Aufzeichnungskopfs)
  • 15 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines aufgeteilten Pulses zum Ansteuern eines Aufzeichnungskopfs. In dieser Darstellung bezeichnet VOP den Ansteuerungsspannungspegel; bezeichnet P1 die Pulsbreite des ersten Teils (nachstehend auch als „Vorheizungspuls" bezeichnet) des in zwei Teile aufgeteilten Heizpulses; P2 eine Intervallzeit; und P3 bezeichnet die Pulsbreite des zweiten Teils des Pulses (nachstehend auch als „Hauptheizpuls" bezeichnet). T1, T2 und T3 bezeichnen Zeitpunkte entsprechend den Breiten P1, P2 und P3. Der Ansteuerungsspannungspegel VOP ist einer der Faktoren zur Bestimmung der Menge an elektrischer Energie, die für eine elektrothermische Umformungseinrichtung erforderlich ist, an die die Spannung angelegt wird zur Erzeugung der der Tinte zugeführten thermischen Energie innerhalb jedes der Tintenwege, die mittels der Heizeinrichtungsplatte und der Abdeckplatte des Aufzeichnungskopfs gebildet werden. Ihr Wert wird durch die Bereichsabmessungen (Bereichsgröße), den Widerstandswert und die Filmstruktur des elektrothermischen Wandlers sowie die Struktur des Flüssigkeitswegs des Aufzeichnungskopfs bestimmt. Ein Aufteilungspulsbreiten-Modulationsansteuerungsverfahren legt sequenziell den Vorheizungspulsteil mit der Breite P1, den Intervallteil mit der Breite P2 und den Hauptpulsteil mit der Breite P3 in dieser Reihenfolge an. Der Vorheizpulsteil ist ein Teil zum hauptsächlichen Steuern der Tintentemperatur innerhalb des Tintenwegs, und zur Steuerung der Menge an auszustoßender Tinte. Der Wert der Breite dieses Vorheizpulsteils wird in der Weise eingestellt, dass die durch die Anwendung bzw. das Anlegen des Vorheizpulsteils an den elektrothermischen Wandler erzeugte thermische Energie keine Blase in der Tinte erzeugt.
  • Die Intervallzeit ist vorgesehen als ein Intervall zum Verhindern, dass sich der Vorheizpuls und der Hauptheizpuls überschneiden, und ebenso zur Bereitstellung einer einheitlichen Temperaturverteilung über die Tinte innerhalb des Tintenwegs. Der Hauptheizpuls dient zum Erzeugen der Blasen, so dass Tinte aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen wird, und die zugehörige Breite P3 wird in Abhängigkeit von der Bereichsgröße, dem Widerstandswert und der Filmstruktur des elektrothermischen Wandlers, sowie der Tintenwegstruktur des Aufzeichnungskopfs eingestellt.
  • Wird in dem Aufzeichnungskopfs dieses Ausführungsbeispiels die Vorheizpulsbreite P1 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entsprechend einer Bedingung variiert, bei der die Ansteuerungsspannung VOP gleich X(V) beträgt (VOP = X) und ist die Hauptheizpulsbreite P3 = Y (μsec) (P3 = Y), dann besteht eine Beziehung, wie sie in 16 dargestellt ist, zwischen der Größe Vd, durch die die Tinte ausgestoßen wird, und der Vorheizpulsbreite P.
  • 16 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung, dass die Größe bzw. die Menge, mit die die Tinte ausgestoßen wird, von dem Vorheizpuls abhängig ist. In der grafischen Darstellung bezeichnet V0 die ausgestoßene Tintenmenge, wenn P1 = 0 (μsec) beträgt. Wie es durch eine Kurvenlinie a in 16 dargestellt ist, steigt die Menge Vd, mit der die Tinte ausgestoßen wird, in linearer Weise innerhalb eines Bereichs einer Pulsbreite P1 von 0 bis P1 LMT an. Wird jedoch die Pulsbreite P1 über den Wert P1 LMT hinaus vergrößert, dann erreicht die Menge Vd, mit der die Tinte ausgestoßen wird, ihr Maximum, wenn die Pulsbreite P1 gleich P1MAX ist.
  • Wie es aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, ist der Bereich der Pulsbreite P, in welchem die Änderung in der Menge Vd, mit der die Tinte ausgestoßen wird, relativ zu der Änderung der Pulsbreite P1 linear dargestellt ist, wirksam als ein Bereich, in welchem die Menge, mit der die Tinte ausgestoßen wird, auf einfache Weise durch Ändern der Pulsbreite P1 gesteuert werden kann.
  • In dem Bereich der Pulsbreite P1, bei dem P1 größer ist als P1MAX, ist die Menge Vd, mit der die Tinte ausgestoßen wird, kleiner als VMAX. Dies hat die folgenden Gründe. Da ein Vorheizpuls mit einer Pulsbreite innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs angelegt bzw. angewendet wird, wird eine mikroskopische Blase auf dem elektrothermischen Wandler (Bedingung unmittelbar vor dem Starten des Filmsiedens) erzeugt, und erscheint nicht vor dem Anlegen des Hauptheizpulses. Im Ergebnis wird der Ablauf, bei dem eine Blase durch einen Hauptheizpuls erzeugt wird, durch diese mikroskopische Blase gestört, wobei eine Verminderdung der Menge an auszuspritzender Tinte bewirkt wird. Dieser Bereich der Pulsbreite P1 wird auch als Vorblasenerzeugungsbereich bezeichnet, in welchem es schwierig ist, durch den Vorheizpuls die Menge zu steuern, mit der die Tinte ausgestoßen wird.
  • Bezüglich der Definition der Neigung der geraden Linie zur Angabe der Beziehung zwischen der Ausstoßmenge der Pulsbreite innerhalb des Pulsbreitenbereichs, in welchem P1 = 0 ≈ P1LMT (μsec) als der Koeffizient der Vorheizpulsabhängigkeit ist, besteht die folgende Beziehung: Koeffizient der Vorheizpulsabhängigkeit (KP) = (ΔVdP)/(ΔP1) [ng/μsec × dot]. Dieser Koeffizient KP ist nicht von der Temperatur abhängig, und ist anstelle dessen von der Kopfstruktur (Kopfanordnung), der Ansteuerungsbedingung, den Tinteneigenschaften und dergleichen abhängig. Die gekrümmten Linien b und c in 16 bezeichnen andere Aufzeichnungsköpfe und veranschaulichen, dass jeder Aufzeichnungskopf unterschiedlich zu den jeweils anderen hinsichtlich der Ausstoßeigenschaften ist.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Bedingung, unter der ein Aufzeichnungskopf in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung in der normalen Druckbetriebsart angesteuert wird diejenige, dass der Vorheizpuls P1 = Pa (μsec), durch den die Ausstoßmenge Vd zu Va wird, wenn für die Ansteuerungsspannung VOP = X(V), und für die Hauptheizpulsbreite P3 = X (μsec) gelten. Unter dieser Ansteuerungsbedingung erreicht die höchste Temperatur des Aufzeichnungskopfs nicht 560°C, während Tinte ausgestoßen wird.
  • In dem vorstehend beschriebenen Fall ist die Pulsbreitenmodulationsansteuerungssteuerung unter Verwendung des zweifach aufgeteilten Pulses angewendet worden. Es kann jedoch ein mehrfach aufgeteilter Puls wie ein dreifach aufgeteilter Puls oder ein Puls mit einer größeren Anzahl von Aufteilungen verwendet werden. Ferner kann ein Pulsbreitenmodulationsansteuerungsverfahren, in welchem ein nicht aufgeteilter Puls verwendet wird und die Hauptpulsbreite moduliert wird, verwendet werden. Mit anderen Worten, es kann jedes beliebige Pulsbreitenmodulationsansteuerungsverfahren verwendet werden, solange die höchste Temperatur, die der Aufzeichnungskopf erreicht, auf nicht mehr als 560°C gehalten werden kann.
  • In dem Fall einer speziellen Druckbetriebsart, beispielsweise wenn große Aufzeichnungspunkte erforderlich sind, kann die Punktgröße vergrößert werden durch Vergrößern der Vorheizpulsbreite P1 über Pa (μsec) hinaus, so dass die Ausstoßmenge gemäß 16 größer als Va wird. Während dieser Form der speziellen Betriebsart überschreitet manchmal die höchste Temperatur, die der Aufzeichnungskopf erreicht, den Wert von 560°C. hierbei bedeutet eine normale Aufzeichnungsbetriebsart eine Betriebsart, die anders ist als die verschiedenen speziellen Betriebsarten, die selten verwendet werden, und die lediglich dann verwendet werden, wenn sie zu speziellen Zwecken ausgebildet werden, beispielsweise eine Betriebsart, bei der der Aufzeichnungskopf auf eine besondere Weise angesteuert wird in Folge eines unterschiedlichen Aufzeichnungsmediums oder im Hinblick auf eine extrem gute Auflösung.
  • In einigen Tintenstrahlköpfen wird der Farbton bzw. Farbtiefe gesteuert durch Verändern des Volumens, durch das die Tinte ausgestoßen wird, bezüglich jeder Ausstoßöffnung. In diesen Tintenstrahlköpfen werden zwei oder mehr Heizeinrichtungen innerhalb jeder Düse angeordnet, und jede Heizeinrichtung ist mit ihrer eigenen Elektrode (Verdrahtung) verbunden, so dass ein spezifischer Puls mit einer spezifischen Ansteuerungsspannung an jede Heizeinrichtung angelegt werden kann. Wird eine derartige Steuerung durchgeführt, dann wird die höchste Temperatur auf der Oberfläche jeder Heizeinrichtung unterschiedlich zu derjenigen der jeweils anderen Heizeinrichtung. Ferner treten Situationen auf, bei denen der Wert des Pulses, der zum Drucken in Form großer Punkte eingegeben wird, ansteigt, um in genauerer Weise den Farbton bzw. Farbtiefe zu steuern und eine besondere Wirkung zu erzielen. In diesen Situationen übersteigt die höchste Temperatur manchmal den Wert von 560°C. Dies hat jedoch keine Auswirkungen, solange die höchste Temperatur, die die Oberfläche der Heizeinrichtung während der normalen Betriebsart erreicht, nicht höher als 560°C ist.
  • Wird nun angenommen, dass in dem Fall, dass der Antikavitationsfilm, der die oberste Schicht jeder Heizeinrichtung bildet, nicht durch eine thermochemische Reaktion zwischen dem Antikavitationsfilm und dem Chelatmittel oder dergleichen, das in der Tinte enthalten ist, reagiert, die Länge der Lebensdauer eines einer Heizeinrichtung aufweisenden Tintenstrahlkopfs lediglich durch die Kavitation bestimmt ist, die auftritt, wenn eine durch die Heizeinrichtung erzeugte Blase zusammenbricht und verschwindet, dann kann ein Tintenstrahlkopf mit einer Heizeinrichtung eine Blase gemäß 5 × 108 - 3 × 109 mal erzeugen, bevor seine Lebensdauer erschöpft ist. Mittels der vorliegenden Erfindung ist es für eine exotherme Widerstandsschicht möglich, eine Blase in der vorstehend angegebenen Häufigkeit zu erzeugen, auch wenn ein Chelatmittel oder dergleichen in der Tinte enthalten ist, vorausgesetzt, dass ein mit einer Heizeinrichtung ausgestatteter Tintenstrahlkopf während einer längeren Zeitdauer verlässlich bleibt.
  • Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Tinte kann auch ein Farbmaterial, ein wasserlösliches organisches Lösemittel, Wasser und/oder dergleichen entsprechend den Erfordernissen enthalten. Das Farbmaterial kann wasserlöslich sein oder nicht. Das wasserlösliche Farbmaterial kann ein wasserlöslicher anionischer Farbstoff, ein substantiver Farbstoff, ein sauerer Farbstoff, ein reaktiver Farbstoff oder ein anderer wasserlöslicher Farbstoff sein. Insbesondere wurde ein goldhaltiger Farbstoff mit TaN oder Kobalt in begrenzter Form in dem Aufzeichnungskopf mit der Verwendung thermischer Energie wegen des Problems der verbrannten Ablagerung verwendet, wobei diese nun gemäß der vorliegenden Erfindung in stabiler Form verwendet werden können. Das nicht wasserlösliche Farbmaterial kann ein Pigment, ein Dispersionsfarbstoff oder dergleichen sein. In dem Falle des nicht wasserlöslichen Farbmaterials kann dieses ein Dispersionsmaterialbild enthalten.
  • Die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Tinte kann ein wasserlösliches organisches Lösemittel entsprechend den Erfordernissen enthalten. Unter Verwendung des nachstehend angegebenen wasserlöslichen organischen Lösemittels kann die Löslichkeit der die Tinte bildenden Komponenten verbessert werden, und es kann die Viskosität auf einfache Weise angepasst werden. Derartige wasserlösliche organische Lösemittel umfassen monovalente Alkohole wie Methanol, Ethanol oder Isopropylalkohol; Ketone oder Ketonalkohole wie Aceton oder Diacetonalkohol; Ether wie Tetrahydrofuran, Diosan; Oxyethylen- oder Oxypropylenzusatzpolymere wie Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol; Alkylenglykole mit Alkylengruppe mit 2-6 Kohlenstoffatomen wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Trimethylenglykol, Butlylenglykol oder Hexylenglykol; Triole wie 1,2,3-Hexantriol; Tiodiglykol; Glyzelin; niedere Alkylether polyatomarer Alkohole wie Ethylenglykolmonomethyl- (oder -Ethyl)-Ether, Diethylenglykolmonomethyl- (oder -Ethyl)-Ether oder Trimethylenglykolmonomethyl- (oder -Ethyl)-Ether; niedere Dialkylether polyatomarer Alkohole wie Triethylenglykoldimethyl- (oder -Ethyl)-Ether, Tetraethylenglykoldimethyl- (oder -Ethyl)-Ether; Sulfolan, N-Methyl-2-Pyrolidon, 2-Pyrolidon, 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon.
  • Der Inhalt des wasserlöslichen organischen Lösemittels ist vorzugsweise nicht weniger als 1 Gewichts-% und nicht mehr als 30 Gewichts-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Tinte, und vorzugsweise nicht weniger als 1 Gewichts-% und mehr als 25 Gewichts-%. Auf diese Weise werden die unterschiedlichen Eigenschaften der Tinte besser.
  • Zur Bereitstellung einer besonderen Wirkung der vorliegenden Erfindung ist das der Tinte hinzugefügte Wasser vorzugsweise ein Ionenaustauschwasser. Wird das Ionenaustauschwasser verwendet, dann wird die Färbung des Farbmaterials nicht durch die Ionen beeinflusst, so dass der Farbton der Tinte stabilisiert ist. Der Prozentsatz des Wassers in dem Gesamtgewicht der Tinte ist vorzugsweise nicht weniger als 20 Gewichts-% und nicht mehr als 95 Gewichts-%, auch vorzugsweise nicht weniger als 40 Gewichts-% und nicht mehr als 95 Gewichts-%, und weiter vorzugsweise nicht weniger als 60 Gewichts-% und nicht mehr als 95 Gewichts-%.
  • Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Tinte kann ein Chelatmittel entsprechend dem Bedarf hinzugefügt werden. Das Chelatmittel kann ein beliebiges Mittel sein, sofern es die Koordinationsfähigkeit aufweist und vorzugsweise vom Phosphattyp, vom Carboxylsäuretyp oder Aminocarboxydsäuretyp ist. Die Phosphat-Chelatmittel umfassen Tripolyphosphorsäure, 1-Hydroxyethyliden-1,1-Diphosphonate (HEDP), Aminotrimethylenphosphon (ATMP) oder dergleichen und die Salze derselben. Der Carboxylsäuretyp des Chelatmittels umfasst Zitronensäure oder dergleichen und die Salze derselben. Die Aminocarboxylsäuretyp-Chelatmittel umfassen Ethylendiamin 4 Acetat (EDTA), Hydroxyethylendiamin 3 Acetat (HEDTA), Glykoletherdiamin 4 Acetat (GEDTA), Nitro-3-Acetat (NTA), Hydroxyimino 2 Acetat (HIDA), Hydroxyethylenglycin (DHEG), Diethylentriamin 5 Acetat (DTPA), Triethylentriamin 6 Acetat (TTHA) oder dergleichen und die Salze derselben. Vom Standpunkt der Koordinationsfähigkeit werden ferner die Phosphattype und die Aminocarboxylsäuretype vor den Carboxylsäuretypen bevorzugt.
  • (Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung)
  • 6 zeigt ein Beispiel einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die mit einem Aufzeichnungskopf in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. In der Figur bezeichnet Bezugszeichen 61 eine Klinge als ein Wischerteil, das mittels eines Klingentragteils in Form eines Trägers getragen wird; dies ist an dem Trageteil mit einem seiner Kanten befestigt. Die Klinge 61 ist an einer Position in der Nähe des Aufzeichnungsbereichs des Aufzeichnungskopfs angeordnet. In diesen Ausführungsbeispiel ist diese in der Weise angeordnet, dass sie in den Bewegungsweg des Aufzeichnungskopfs hineinragt. Bezugszeichen 62 bezeichnet eine Abdeckkappe, die benachbart zu der Ruheposition angeordnet ist, die wiederum benachbart zu der Position der Klinge 61 liegt. Die Abdeckkappe 62 ist in der Weise aufgebaut, dass sie sich in der Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungskopfs bewegt, um in Kontakt mit der mit Ausstoßöffnungen ausgestatteten Oberfläche des Aufzeichnungskopfs zu gelangen. Bezugszeichen 63 bezeichnet ein Absorptionsteil, das neben der Klinge 61 angeordnet ist. In gleicher Weise wie die Klinge 61 wird dieses in der Weise gestützt bzw. befestigt, dass es in den Bewegungsweg des Aufzeichnungskopfs hineinragt. Die vorstehend beschriebene Klinge 61, die Abdeckkappe 62 und das Absorptionsteil 36 bilden einen Ausstoßerholungsteil 64, der Verschmutzung, Staub und dergleichen von der mit Ausstoßöffnungen ausgestatteten Oberfläche mittels der Klinge 61 und dem Absorberteil 63 entfernt. Bezugszeichen 65 bezeichnet einen Aufzeichnungskopf, der eine Einrichtung aufweist zum Erzeugen thermischer Energie, die für ein Ausstoßen der Tinte erforderlich ist, während die Oberflächentemperatur des wärmeerzeugenden Elements nicht höher als 560°C wird, und der Bilder auf einem Blatt eines Aufzeichnungsmediums aufzeichnet, das gegenüber der mit Ausstoßöffnungen ausgestatteten Aufzeichnungskopfoberfläche angeordnet ist, wobei Tinte auf das Blatt des Aufzeichnungsmediums ausgestoßen wird. Ein Bezugszeichen 66 bezeichnete einen Wagen, auf dem der Aufzeichnungskopf 65 für das Durchführen der Bewegung befestigt ist. Der Wagen 66 steht verschiebbar in Verbindung mit einer Führungswelle 67, und ein Teil des Wagens 66 ist mit einem Riemen 69 verbunden (nicht dargestellt), der mittels eines Motors 68 angetrieben wird.
  • Durch diese Anordnung kann der Wagen 66 entlang der Führungswelle 67 bewegt werden; mit anderen Worten, er kann über den Aufzeichnungsbereich des Aufzeichnungskopfs 65 und der jeweils benachbarten Bereiche bewegt werden. Bezugszeichen 51 bezeichnet einen Blattzuführungsteil zum Einführen eines Blatts oder von Blättern eines Aufzeichnungspapiers, und Bezugszeichen 52 bezeichnet eine Blattförderungsrolle, die mittels eines nicht dargestellten Motors angetrieben wird. Mittels dieser Elemente und dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird ein Blatt des Aufzeichnungspapiers zu einer Position befördert, bei der das Blatt des Aufzeichnungspapiers gegenüber der mit Ausstoßöffnungen ausgestatteten Oberfläche des Aufzeichnungskopfs liegt. Mit dem Fortschreiten der Aufzeichnung wird das Blatt des Aufzeichnungspapiers weiter befördert, und schließlich wird es in einen Ausgabeteil entladen bzw. ausgegeben, der eine Blattausgaberolle 53 aufweist.
  • Während der Aufzeichnungskopf 65 zu der Ruheposition nach dem Abschluss des vorgegebenen Aufzeichnungsvorgangs zurückkehrt, ragt die Klinge 61 in den Bewegungsweg des Aufzeichnungskopfs hinein, obwohl die Abdeckkappe 62 aus dem Bewegungsweg des Aufzeichnungskopfs herausgehalten wird. Daher wird die mit Ausstoßöffnungen ausgestattete Oberfläche des Aufzeichnungskopfs abgewischt bzw. abgestreift. Zum Abdecken des Aufzeichnungskopfs 65, d.h. um in Kontakt mit der mit Ausstoßöffnungen ausgestatteten Oberfläche des Aufzeichnungskopfs zu gelangen, bewegt sich die Abdeckkappe 62 in einer Weise, dass sie in dem Bewegungsweg des Aufzeichnungskopfs hineinragt.
  • Bewegt sich der Aufzeichnungskopf 65 zu der Aufzeichnungsstartposition von der Ruheposition, dann befinden sich die Abdeckkappe 62 und die Klinge 61 bei denselben Positionen, die sie während des Wischens des Aufzeichnungskopfs einnehmen. Daher wird die mit Ausstoßöffnungen ausgestattete Oberfläche des Aufzeichnungskopfs 65 ebenfalls während dieser Bewegung gewischt bzw. abgestreift. Das vorstehend beschriebene Rückkehren des Aufzeichnungskopfs zu seiner Ruheposition tritt nicht nur unmittelbar nach dem Abschluss eines vorbestimmten Aufzeichnungsvorgangs auf, oder zur Durchführung des Ausstoßerholungsvorgangs, sondern tritt ebenfalls entsprechend vorbestimmter Intervalle auf, während denen sich der Aufzeichnungskopf zu dem nächsten Aufzeichnungspunkt über seinen Aufzeichnungsbereich bewegt, und ebenfalls während dieser Bewegung des Aufzeichnungskopfs zu der Ruheposition benachbart zu dem Aufzeichnungsbereich des Aufzeichnungskopfs tritt das vorstehend angegebene Wischen bzw. Abstreifen des Aufzeichnungskopfs auf.
  • (Tintenkartusche)
  • 7 zeigt eine Tintenkartusche, die die dem Aufzeichnungskopf mittels eines Tintenzuführungsteil, beispielsweise eines Rohrs, zuzuführende Tinte enthält. In 7 bezeichnete Bezugszeichen 40 einen Tintenspeicherteil, beispielsweise einen Tintenbeutel, der die einem Aufzeichnungskopf zuzuführende Tinte enthält. Das Ende des Tintenbeutels 40 ist mit einem Gummistecker 42 ausgestattet. Die Tinte innerhalb des Tintenbeutels 40 wird einem Aufzeichnungskopf zugeführt durch Einsetzen einer (nicht dargestellten) Nadel in den Tintenbeutel 40 durch diesen Stecker 42. Bezugszeichen 44 bezeichnet ein Absorberteil, das die Abfalltinte auffängt und absorbiert. Bezüglich des Tintenspeicherteils ist ein Beutel für die vorliegende Erfindung wünschenswert bzw. bevorzugt, bei welchem die in Kontakt mit der Tinte gelangende Oberfläche aus Polyolefinen, und insbesondere Polyethylen gebildet ist. Die Auswahl der Aufzeichnungsköpfe und der Tintenkartuschen für eine Verwendung mit den Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung sind nicht auf diejenigen gemäß der vorstehenden Beschreibung beschränkt, wobei diese unabhängig voneinander zu sehen sind. Mit anderen Worten, Aufzeichnungsköpfe, die integral mit einer Tintenkartusche angeordnet sind, sind ebenfalls verwendbar mit den Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung, wobei die gleichen gewünschten Resultate erzielt werden.
  • (Aufzeichnungseinheit)
  • In 8 bezeichnet Bezugszeichen 70 eine Aufzeichnungseinheit, die in der Weise aufgebaut ist, dass ein Tintenspeicherteil, beispielsweise ein Tintenabsorberteil darin gespeichert ist, und es wird die Tinte innerhalb des Tintenabsorberteils in Form von Tintentropfen durch den eine Vielzahl von Öffnungen aufweisenden Kopfteil 71 ausgestoßen. Bezüglich des Materials für den Tintenabsorberteil ist in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung Polyurethan wünschenswert. Bezugszeichen 72 bezeichnet eine Lüftungsöffnung, die es ermöglicht, dass der innere Raum der Aufzeichnungseinheit 70 mit der äußeren Atmosphäre verbunden ist. Die Aufzeichnungseinheit 70 kann anstelle des Aufzeichnungskopfs gemäß der Darstellung in 4 verwendet werden, und wird in wieder entfernbarer Weise auf dem Wagen 66 befestigt.
  • (Tintenauswahl)
  • Die vorliegende Erfindung ist kompatibel mit den Tinten einer jeden Farbe, beispielsweise gelb, magenta, zyan, rot, grün, blau oder mit schwarzer Tinte. Diese Tinten können individuell verwendet werden zur Bilderzeugung, oder können in Kombination von zwei oder mehr Tinten unterschiedlicher Farbe zur Erzeugung eines Farbbilds verwendet werden. Ferner können zwei oder mehr Tinten mit derselben Farbe, jedoch mit unterschiedlichem Farbmaterial in Kombination verwendet werden zur Bildung eines Bilds mit hervorragender Abstufung. Wird ein Bild erzeugt unter Verwendung von zwei oder mehr Tinten mit unterschiedlichen Farben oder Tinten mit unterschiedlichen Farbmaterialien, dann kann eine Aufzeichnungsvorrichtung wie diejenige gemäß der Darstellung in 9 verwendet werden, bei der vier Aufzeichnungsköpfe auf dem Wagen in Linie angeordnet sind. In 9 bezeichnen die Bezugszeichen 86, 87, 88 und 89 jeweils Aufzeichnungsköpfe zum Ausstoßen von Tinte mit den Farben gelb, magenta, zyan und schwarz. Jeder dieser Aufzeichnungsköpfe, der innerhalb der Aufzeichnungsvorrichtung angeordnet ist, stößt Tinte in Abhängigkeit von entsprechenden Aufzeichnungssignalen aus. Obwohl 9 den Fall zeigt, bei dem vier auf diese Anordnung beschränkt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglich, beispielsweise eine Aufzeichnungskopfkonfiguration gemäß der Darstellung in 10 zu verwenden, bei der die vorstehend angegebenen vier Tintenkartuschen mit unterschiedlichen Farben mit einem einzigen Kopf kombiniert sind, in welchem Tintenwege in Gruppen angeordnet sind zur Erzeugung eines Farbbilds.
  • [Ausführungsbeispiele]
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahlaufzeichnungsverfahrens in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf das folgende Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
  • (Tatsächliche Messung der höchsten Temperatur)
  • 11 zeigt eine Schnittansicht der Grundplatte des Tintenstrahlkopfs gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Der Aufzeichnungskopf dieses Ausführungsbeispiels wurde durch Bonden eines Stücks einer Glasplatte mit Rillen zur Ausbildung der Tintenwege zu der Tintenstrahlgrundplatte hergestellt. Die Tintenstrahlgrundplatte umfasst eine Vielzahl von Filmschichten: eine 0.2 μm dicke Antikavitationsschicht 10, die aus Ta gebildet ist; eine 0.2 μm dicke Schutzschicht 11, die aus Siliziumnitrid gebildet ist; eine Isolierschicht 8, eine Aluminiumelektrodenschicht, die Elektroden 3 und 4 umfasst; eine exothermische Widerstandsschicht, die aus TaN oder dergleichen gebildet ist; eine Wärmespeicherschicht 6, und eine Trägerschicht 20, die aus Aluminium oder dergleichen gebildet ist, das eine hervorragende Wärmeverteilung ermöglicht, wobei die vorstehende Nennung in der Reihenfolge von der Seite aus gesehen erfolgt, die in Kontakt mit der Tinte steht. Bezüglich der Temperatur der Zwischenschicht bzw. Schnittstelle zwischen dem Antikavitationsfilm 10 und der Tinte wurde die Oberfläche des Antikavitationsfilms, die in Kontakt mit der Tinte gelangt, mittels einer Messeinrichtung "Thermo Viewer" (Produkt der Firma Nippon Avionix Co., Ltd.) durchgeführt, während ein Wärmeerzeugungselement ohne Tinte auf der Oberfläche des wärmeerzeugenden Elements angesteuert wurde. Dies liegt daran, dass ein Zustand, bei dem die Oberflächentemperatur des Schutzfilms sich bei dem höchsten Wert befindet, ebenfalls ein Zustand ist, bei dem eine Blase auf der Oberfläche des Schutzfilms gebildet wird, und es kann daher die Oberflächentemperatur des Schutzfilms in diesem Zustand angenähert werden durch Messen der Oberflächentemperatur des Schutzfilms ohne Tinte auf der Oberfläche des Schutzfilms.
  • Wird eine Ansteuerungsspannung von 25 V, die das Eineinhalbfache der zum Bewirken des Siedens des Films erforderlichen Schwellenspannung ist, und die eine Pulsbreite von 2.0 μsec und eine Frequenz von 6 kHz aufweist, an den Wärmeerzeugungskopf gemäß der Darstellung in 11 angelegt, dann siedet die Tinte in gewünschter Weise und die höchste Temperatur der Schutzfilmoberfläche erreicht 545°C.
  • Andererseits ist der Widerstandswert R(T) des Antikavitationsfilms 10 eine Funktion der Temperatur T, und er kann bezüglich der Temperatur T erweitert werden. Werden daher Ausdrücke mit einem Exponenten größer als 3 ignoriert, dann kann eine quadratische Gleichung für die Temperatur erhalten werden, in der R(T) der konstante Ausdruck ist. Der Widerstandswert R(T) des Antikavitationsfilms wurde tatsächlich gemessen, als die Temperatur T bei einem vorbestimmten Wert lag, und die vorstehend angegebene Gleichung (4), d.h. eine quadratische Gleichung, wurde gelöst durch Substituieren des gemessenen Widerstandswerts in Gleichung (4) zur Berechnung der Temperatur T. Die auf diese Weise erhaltene theoretische höchste Temperatur, die durch die Schutzfilmoberfläche erreicht wird, betrug 540°C, wobei dies im wesentlichen dem tatsächlich gemessenem höchsten Temperaturwert entsprach, der von der Schutzfilmoberfläche erreicht wird.
  • Im Einzelnen werden bei der Lösung der Gleichung (4) bis zu dem Beginn des Filmsiedens physikalische Eigenschaftswerte des Wassers eingegeben, und nach dem Beginnen des Filmsiedens werden physikalische Eigenschaftswerte der Luft (eines Gases) eingegeben. Daher wird der Wärmeisolationseffekt bei der Heizeinrichtungsoberfläche geringer als in der tatsächlichen Situation, so dass man einen geringfügig kleineren Wert erhält.
  • (Experiment 1)
  • Die Tinte 1 wird durch das folgende Verfahren formuliert. Nach dem Mischen der folgenden Zutaten bzw. Bestandteile (die Bestandteile werden nachstehend angegeben) und nach dem Rühren für nicht weniger als zwei Stunden wurde die Mischung auf 6 in pH unter Verwendung von 10% Wasserlösung von Natriumhydroxid eingestellt. Danach wurde die Mischung mittels eines Membranfilms mit einem Porendurchmesser von 0.2 μm zum Erhalten der Tinte 1 gefiltert.
    C.1. substantives Blau 3 Gewichts-%
    Diethylenglykol 10 Gewichts-%
    Thiodiglykol 10 Gewichts-%
    Zitronensäure 0.35 Gewichts-%
    Wasser 76.65 Gewichts-%
  • Die auf diese Weiser erhaltene Tinte 1 wurde 6 × 108 × durch den vorstehend angegebenen Aufzeichnungskopf und dem entsprechenden Aufbau ausgestoßen, so dass die durch jede Öffnung je Ausstoß ausgestoßene Menge 50 Pico-Liter beträgt, wobei dies in jedem der Tests erfolgt, die unterschiedlich waren in den Ansteuerungsbedingungen bezüglich der höchsten Temperatur, die durch die vorstehende Simulation erreicht wurde. Während dieser Tests wurde das Ablagern der verbrannten Tintenbestandteile, die Gleichförmigkeit des Tintenausstoßes und der Korrosion des Antikavitationsfilms überprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Bezüglich des Zustands der verbrannten Ablagerungen wurde jeder Aufzeichnungskopf nach 6 × 108 × des Tintenausstoßes zerlegt, und es wurde die Antikavitationsfilmoberfläche, die in Kontakt mit der Tinte stand, visuell mittels eines optischen Mikroskops überprüft.
  • Bezüglich der Konsistenz bzw. der Gleichförmigkeit der Ausstoßmenge wurde eine mittlere Menge an jeder Düse nach 6 × 108 × des Tintenausstoßes erhalten, und dieser Wert wurde mit den Anfangsleistungswerten jedes Kopfs verglichen für eine Auswertung der Leistungsfähigkeit bzw. des Verhaltens des Kopfs entsprechend den folgenden drei Graden.
    • G:
    nicht weniger als 90% im Vergleich zu der Anfangsmenge
    F:
    nicht weniger als 80% und nicht mehr als 90% im Vergleich zur Anfangsmenge
    N:
    nicht mehr als 80% im Vergleich zur Anfangsmenge
  • Bezüglich des Grads der Korrosion des Antikavitationsfilms wurde ein numerischer Wert erhalten als das Verhältnis des verbleibenden Antikavitationsfilms nach der vorbestimmten Anzahl der Tintenausstösse. Insbesondere wurde vor und nach der vorstehend angegebenen Anzahl der Tintenausstösse die Elementkomposition des mittleren Bereichs des Antikavitationsfilms mittels eines Elektronenprüfmikroanalysators (Produkt der Firma Shimazu Corp.) analysiert, wobei ein Strom von 40 nA floss, zur Berechnung des Verhältnisses des verbleibenden Antikavitationsfilms, auf der Basis des Verhältnisses der Stärke des Signals zur Verfolgung von Ta innerhalb des Antikavitationsfilms vor der vorstehenden Anzahl der Tintenausstösse, relativ zu derjenigen nach der vorstehenden Anzahl der Tintenausstösse. Da ein Strom von 40 Na fließt, wurde nicht nur die Elementenkomposition des Antikavitationsfilms sondern ebenfalls die Anwesenheit von Si in der Schutzschicht unter der Antikavitationsschicht ermittelt. Somit konnte das Verhältnis des verbleibenden Antikavitationsfilms (Überlebensrate) gemessen werden durch Vergleichen der Stärke der Signale von den einzelnen Bestandteilen in jeder Schicht vor der vorstehenden Anzahl der Tintenausstösse mit derjenigen danach. <Tabelle 1>
    Figure 00470001
    • *1: Aufgetreten bei 3.3 × 108 Ausstoßungen
    • *2: Aufgetreten bei 6.7 × 108 Ausstoßungen
    • G: gut
    • F: ausreichend
  • Ferner ist die Beziehung zwischen dem Verhältnis des verbleibenden Antikavitationsfilms und der höchsten erreichten Temperatur in 14 ausgedruckt.
  • Aus diesen Testdaten entsprechen die ersten bis dritten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung jeweils den ersten bis dritten Testdaten.
  • Wie dies aus der Tabelle 1 und 14 erkennbar ist, ist der Antikavitationsfilm nicht korrodiert, wenn die höchste erreichte Temperatur nicht höher als 560°C war (mit anderen Worten, in den Fällen des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels). Gemäß der vorstehenden Beschreibung waren die in diesem Experiment verwendeten Aufzeichnungsköpfe in ihrer Größe erheblich vermindert, und es war daher der Antikavitationsfilm jeweils sehr dünn. Die Korrosion des Schutzfilms geht aus den Tests 4 bis 7 hervor. In Test 6 und 7, in denen jeweils die höchste erreichte Temperatur bei 607°C und 623°C lag, ist ein Leitungsbruch (eine Leitungsunterbrechung) aufgetreten, die vermutlich auf die Korrosion des Antikavitationsfilms zurückzuführen ist.
  • Bezüglich der verbrannten Ablagerungen konnten in diesen Tests keine festgestellt werden. Es wurde angenommen, dass das Chelatmittel, das der Tinte hinzugefügt wurde, hierfür verantwortlich ist. Gemäß der Beschreibung und mittels dieser Tests wurde es offensichtlich, dass in dem Fall, dass die Temperatur in der Zwischenschicht (Schnittstelle) zwischen der Oberfläche des Antikavitationsfilms und der Tinte nicht höher als 560°C gehalten wurde, die Ablagerung von verbrannten Bestandteilen und die Korrosion des Antikavitationsfilms gesteuert werden konnte, so dass die Tinte in gleichförmiger Weise ausgestoßen wurde.
  • (Tests 4 bis 10)
  • Die Tinten 2 bis 8 werden in der nachfolgenden Weise formuliert. Nach dem die nachfolgenden Bestandteile (die Bestandteile sind nachstehend angegeben) gemischt wurden, und nach dem sie nicht weniger als 2 Stunden gerührt wurden, wurde die Mischung auf die vorbestimmten pH-Pegel unter Verwendung einer zehnprozentigen wässrigen Lösung von Natriumhydroxid eingestellt. Die Mischungen wurden sodann mittels eines Membranfilms mit einem Porendurchmesser von 0.2 μm gefiltert, um die Tinten 2 bis 8 zu erhalten.
  • <Tabelle 2>
    Figure 00490001
  • Figure 00500001
  • Jede der auf diese Weise erhaltenen Tinten wurde durch den vorstehend angegebenen Aufzeichnungskopf mit einer Anzahl von 6 × 108 ausgestoßen, wobei der Aufzeichnungskopf mit einem 0.2 μm dicken Antikavitationsfilm, bestehend aus Ta, und einem 0.5 μm dicken Schutzfilm, der aus Siliziumnitrid gebildet ist, ausgestattet ist, wobei der Aufzeichnungskopf derart aufgebaut ist, dass die je Ausstoßung durch jede Öffnung ausgestoßene Tintenmenge 50 Pico-Liter beträgt, während die Temperatur der Zwischenschicht zwischen der Antikavitationsfilmoberfläche und der Tinte nicht mehr als 541°C beträgt. Danach wurden die Aufzeichnungsköpfe bezüglich der Ablagerung von verbrannten Tintenbestandteilen, der Gleichmäßigkeit der Ausstoßmenge und der Korrosion des Antikavitationsfilms in der gleichen Weise wie beim ersten Test überprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefasst. <Tabelle 3>
    Figure 00510001
    • G: gut
  • Wie es aus der Tabelle 3 erkennbar ist, konnte ungeachtet dessen, welche Tinte verwendet wurde, weder eine Ablagerung von verbrannten Tintenbestandteile noch eine Korrosion des Schutzfilms bemerkt werden. Auch wenn des Weiteren Tinten verwendet wurden, die gebildet wurden durch Beseitigen des Chelatmittels aus den Bestandteilen der Tinten 2, 3 und 8, ist weder eine Ablagerung von verbrannten Tintenbestandteilen noch die Korrosion des Schutzfilms aufgetreten bzw. war eine solche erkennbar.
  • Wurden andererseits die vorstehend beschriebenen Tinten 2 bis 8 in einer Anzahl von 6 × 108 ausgestoßen, während die vorstehend angegebene Zwischenschichttemperatur nicht mehr als 607°C beträgt, dann ist das dünnere Ausführen des Antikavitationsfilms weit genug fortgeschritten, so dass in den Fällen sämtlicher Tinten die mögliche Beschädigung des Wärmeerzeugungskopfs nahe liegt.
  • Werden Tinten verwendet, die gebildet wurden durch Weglassen des Chelatmittels von den Bestandteilen der Tinten 2, 3 und 8, dann ist bei dem Schutzfilm keine Korrosion aufgetreten, wobei jedoch in den Fällen einiger Tinten die Ablagerung von verbrannten Tintenbestandteilen auf der Oberfläche des Schutzfilms des Wärmeerzeugungselements erkennbar war.
  • Aus der vorstehend angegebenen Beobachtung ist ersichtlich, dass dann, wenn Tinte ein Chelatmittel beinhaltet, die Korrosion des Antikavitationsfilms besser gesteuert werden kann zum gleichförmigen Ausstoßen von Tinte durch Halten der Temperatur der Zwischenschicht (Schnittstelle) zwischen der Oberfläche des Antikavitationsfilms und der Tinte auf nicht mehr als 560°C.
  • Es ist ferner erkennbar, dass auch in dem Fall, dass die Tinte kein Chelatmittel beinhaltet, die Ablagerung von verbrannten Bestandteilen und die Korrosion des Antikavitationsfilms gesteuert werden kann zum gleichförmigen Ausstoßen der Tinte durch Halten der Temperatur der Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Antikavitationsfilms und der Tinte auf nicht mehr als 560°C.
  • Wurde ferner Tinte durch die Wärmeerzeugungsköpfe mit einem Antikavitationsfilm ausgestoßen, der mittels einer amorphen Legierung einschließlich Ta gebildet ist, und insbesondere durch Ta18Fe57Ni8Cr17, dann ist in gleicher Weise wie bei den Tests 4 bis 9 das Verhältnis des verbleibenden Antikavitationsfilms überhaupt nicht abgefallen, auch wenn die Temperatur bei der Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Antikavitationsfilms und der Tinte den Wert von 560°C erreichen durfte. Mit anderen Worten, es wurde erkennbar, dass die Ablagerung von verbrannten Bestandteilen und die Korrosion des Antikavitationsfilms zum gleichförmigen Ausstoßen von Tinte besser gesteuert wurden.
  • (Tests 11-14)
  • Die Tests 11-14 werden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
    Figure 00530001
    Figure 00540001
    • DEG: Diethylenglykol
    • TDG: Thiodiglykol
    • Gly: Glyzerin
    • IPA: Isopropylalkohol
  • Material für den Antikavitationsfilm 16-1
    • B1: Ta (2000 Å)
    • B2: amorphes Ta (2000 Å)
  • Material für den Schutzfilm 16-2
    • C1: SiN (5000 Å)
    • C2: SiO2 (5000 Å)
    • C3: SiC (5000 Å)
  • Material für Wärmeerzeugungsteil 18
    • D1: TaN (400 Å)
    • D2: TaSiN (100 Å)
    • D3: TaAl (500 Å)
  • Ansteuerungsbedingungen
    • Heizeinrichtungsgröße: 25 μm × 100 μm
    • Angelegte Spannung: 20 (V) (konstant)
  • Der höchste Temperaturpegel, der durch die vorstehend angegebene Zwischenschichttemperatur erreicht wurde, wurde angepasst durch Verändern der Breite der angelegten Pulse innerhalb eines Bereichs von 1.0-8.0 (μsec).
  • Mit anderen Worten, der höchste Temperaturwert, den die Heizeinrichtungsoberflächentemperatur erreicht, kann durch Lösen der Gleichung (4) erhalten werden, die vorstehend angegeben ist, unter Verwendung der Werte der vorstehenden Bedingungen als Eingabewerte.
  • Unter verschiedenen Kombinationen der vorstehend angegebenen Bedingungen wurde die Länge der Heizeinrichtungshaltbarkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.
  • Die Wärmespeicherschicht (SiO2) war 1.7 μm dick, und die Dicke des Siliziumsubstrats betrug 625 μm.
    Figure 00550001
    Figure 00560001
    • *Konstant mit Ausnahme der Pulsbreite
    • E: keine Änderung in HTR nach 1.0 × 109 Pulsen
    • B: HTR-Bruch um 1.0 × 108-2.0 × 108 Pulse.
    • N: HTR Bruch bei weniger als 1.0 × 108 Pulsen.
  • Diese Tests beweisen, dass die vorliegende Erfindung effektiv Wirkung gezeigt hat, auch wenn das Chelatmittel nicht in der Tinte enthalten war. Es ist ferner aus den Ergebnissen ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht nur ungeachtet lediglich der Art der Tinte effektiv ist, sondern ebenfalls bezüglich der Arten des Schutzfilms und des Materials des exothermischen Widerstands.
  • (Drucktests)
  • Druckvorgänge wurden tatsächlich ausgeführt unter Verwendung einer mit einem Aufzeichnungskopf ausgestatteten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die nachstehend noch beschrieben werden, unter einer Bedingung, wie sie in der vorliegenden Erfindung offenbart ist. Die Ergebnisse waren hervorragend.
  • 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufzeichnungskopfs, und zeigt ferner den allgemeinen Aufbau des Kopfs. Der Aufzeichnungskopf umfasst: eine Vielzahl von Wärmeerzeugungsköpfen 1103, Verdrahtungen 1104, Tintenwegwände 1105, die in Schichten auf einem Substrat 1102 ausgebildet sind, in Form eines Films durch Halbleiterherstellungsabläufe wie Ätzen, Ablagern und Aufdampfen; und eine obere Abdeckplatte 1106. Tinte 1112 wird einer gemeinsamen Tintenkammer 1108 des Aufzeichnungskopfs 1101 mittels eines Tintenzuführungsrohrs 1107 von einer nicht dargestellten Tintenspeicherkammer zugeführt. Ein Bezugszeichen 1109 bezeichnet eine Tintenzuführungsrohrverbindungseinrichtung. Nach dem Zuführen in die gemeinsame Tintenkammer 1108 wird die Tinte 1112 in die Tintenwege 1110 mittels der Kapillarwirkung eingezogen und wird darin stabil gehalten, da die Tinte in jedem Tintenweg 1110 einen Meniskus bei der Öffnung, d.h. der Ausstoßöffnung der äußersten Seite des Tintenwegs 1110 ausbildet. In diesem Zustand wird Leistung selektiv den Wärmeerzeugungsköpfen zugeführt. Wird die Leistung zugeführt, dann wird die Tinte plötzlich erhitzt, und es wird im Tintenweg im Ergebnis eine Blase erzeugt. Da sich die Blase ausdehnt und zusammenzieht wird Tinte aus einer Ausstoßöffnung 1111 in der Form eines Tintentröpfchens ausgestoßen. Bezüglich der den Wärmeerzeugungsköpfen zugeführten Leistung wird diese Leistung derart gesteuert, so dass die Temperatur der Zwischenschicht zwischen der Heizelementoberfläche und der Tinte einen Wert nicht größer als 560°C erreicht.
  • 13 zeigt eine Außenansicht einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung umfasst einen Wagen HC, die (nicht dargestellte) Nadel, die in eine spiralförmige Vertiefung 5005 der Führungsschraube 5004 greift, die mit Antriebskraftübertragungszahnrädern 5011 und 5009 angetrieben wird, und die vorwärts oder rückwärts gedreht wird, wenn sich ein Antriebsmotor 5013 vorwärts oder rückwärts dreht. Dreht sich somit der Motor 5013 vorwärts oder rückwärts, dann wird der Wagen HC in der Richtung einer Pfeilmarkierung bewegt. Ein Bezugszeichen 5002 bezeichnet eine Papierandruckplatte, die das Papier an eine Platte 5000 über den gesamten Verschiebebereich des Wagens HC andrückt und hält. Die Bezugszeichen 5007 und 5008 bezeichnen zwei Abschnitte eines Fotokopplers, der eine Ruhepositionserfassungseinrichtung darstellt zum Umkehren der Drehrichtung des Antriebsmotors 5013; das Vorliegen des Hebels 5006 des Wagens HC in der Lücke des Fotokopplers wird ermittelt. Ein Bezugszeichen 5016 bezeichnet ein Teil zum Tragen eines Abdeckkappenteils 5022 zum Abdecken der Frontoberfläche des Aufzeichnungskopfs, und ein Bezugszeichen 5015 bezeichnet eine Ansaugeinrichtung zum Ansaugen der Substanz innerhalb der Abdeckkappe zum Wiederherstellen der Leistungsfähigkeit des Aufzeichnungskopfs durch Ansaugen der Substanz innerhalb des Aufzeichnungskopfs durch die Öffnung 5023 der Abdeckkappe. Ein Bezugszeichen 5017 bezeichnet eine Reinigungsklinge, und ein Bezugszeichen 5019 bezeichnet ein Teil, das es ermöglicht, dass sich die Klinge 5017 vorwärts und rückwärts bewegt. Die Reinigungsklinge 5017 und dieses Teil zum Bewegen der Klinge 5017 werden durch dieselbe Trägerplatte 5018 der Vorrichtungshauptanordnung gestützt oder getragen. Bezüglich des Aufbaus der Klinge ist es nicht erforderlich, dass es diese eine dieses Ausführungsbeispiels sein muss; eine bekannte Reinigungsklinge kann verwendet werden, wobei dies offensichtlich ist. Bezugszeichen 5012 bezeichnet einen Hebel, der den Ansaugvorgang zum Wiederherstellen der Leistungsfähigkeit des Aufzeichnungskopfs einleitet, und bewegt sich als eine Nocke 5020 im Eingriff mit dem Wagen HC, wenn sich dieser bewegt; dessen Bewegung wird gesteuert, wenn die Antriebskraft des Antriebsmotors mittels einer Antriebskraftübertragungseinrichtung einschließlich einer Kupplung und dergleichen gesteuert wird.
  • Diese Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ist in der Weise aufgebaut, dass die Abdeckeinrichtung, die Reinigungseinrichtung und die Absaugeinrichtung in der Weise aufgebaut sind, dass sie durch die Führungsschraube 5004 (Spindel) bewegt werden, um bezüglich ihrer vorbestimmten Positionen aktiviert zu werden. Es besteht jedoch keine Beschränkung bezüglich der Aufbauten dieser Einrichtungen; solange diese aktiviert werden können zur Durchführung der vorbestimmten Vorgänge (Abläufe) unter der entsprechenden zeitlichen Steuerung sind diese mit der vorliegenden Erfindung kompatibel. Jede der vorstehend beschriebenen Strukturen bildet eine hervorragende Erfindung, entweder einzeln oder in Kombination mit anderen. Die Vorrichtung ist mit einer Ansteuerungssignalzuführungseinrichtung ausgestattet zum Ansteuern der Tintenausstoßdruckerzeugungselemente.
  • Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf die hierin offenbarten Strukturen (Anordnungen) beschrieben, und ist jedoch nicht auf diese angegebenen Einzelheiten beschränkt, und es wird angenommen, dass die vorliegende Anwendung derartige Abwandlungen oder Änderungen umfasst, die innerhalb des Bereichs der nachfolgenden Patentansprüche liegen.

Claims (18)

  1. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, mit dem Anlegen eines Ansteuerungssignals an einem Wärmeerzeugungswiderstand (18), der in einen Tintenstrahlkopfsubstrat angeordnet ist, wobei der Wärmeerzeugungswiderstand (18) mit einem Schutzfilm (16) beschichtet ist, und wobei eine Wärmeenergie erzeugt wird, die an die Tinte über den Schutzfilm (16) angelegt wird zum Erzeugen einer Blase durch Filmsieden der Tinte, wodurch ein Druck zum Bewirken des Tintenausstoßes erzeugt wird, gekennzeichnet durch das Steuern, während des Anlegens eines Ansteuerungssignals an den Wärmeerzeugungswiderstand (18) in einem Aufzeichnungsverfahren, der maximalen Temperatur auf der Oberfläche des Schutzfilms (16), die in Kontakt mit der Tinte gelangt, dass diese nicht höher als 560°C wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maximaltemperatur gesteuert wird durch Steuern einer Pulsbreite eines Ansteuerungsignals, dass an den Wärmeerzeugungswiderstand (18) angelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Steuerschritt umfasst: Messen einer Temperatur des Substrats, und Beenden des Anlegens des Ansteuerungssignals an den Wärmeerzeugungswiderstand (18), wenn eine Unterscheidung durchgeführt wird, dass die Steuerung nicht möglich ist, die Maximaltemperatur nicht höher als 560°C werden zulassen, auf der Basis der Temperatur und eines Ansteuerungssignals.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tinte ein Chelat-Mittel beinhaltet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Inhalt des Chelat-Mittels nicht kleiner als 50 Gewichts-ppm und nicht mehr als 20 Gewichts-% beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schutzfilm (16) eine Vielzahl von Schichten umfasst, und die Schicht in Kontakt mit der Tinte ein Anti-Kavitationsfilm (16-1) ist, der aus einer amorphen Legierung einschließlich Ta besteht.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die amorphe Legierung eine oder mehrere Metalle aus einer Gruppe von Fe, Cr, Re, Ge und Ni umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die amorphe Legierung Ta, Fe, Cr und Ni umfasst, und ein Inhalt von Ta nicht mehr als 30 Gewichts-% auf der Basis des Gesamtgewichts der amorphen Legierung beträgt.
  9. Tintenstrahlkopfvorrichtung, die einen Tintenstrahlkopf (15) umfasst mit einem Tintenstrahlkopfsubstrat einschließlich eines Wärmeerzeugungswiderstands (18), der mit einem Schutzfilm (16) derart beschichtet ist, dass bei der Verwendung durch den Wärmeerzeugungswiderstand (18) erzeugte Wärme an die Tinte über den Schutzfilm zugeführt wird zur Erzeugung einer Blase in der Tinte, um auf diese Weise einen Druck zu erzeugen, der die Tinteneinspritzung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenstrahlvorrichtung eine Ansteuerungssignalsteuerungseinrichtung aufweist, um eine maximal Temperatur einer Oberfläche des Schutzfilms (16) in Kontakt mit der Tinte nicht höher als 560°C während der Anwendung eines Ansteuerungssignals an dem Wärmeerzeugungswiderstand (18) werden zulassen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ansteuerungssignalsteuerungseinrichtung eine Pulsbreite eines Ansteuerungssignals steuert, das an den Wärmeerzeugungswiderstand angelegt wird, zur Steuerung der Maximaltemperatur.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Tintenstrahlkopfsubstrat ein Temperaturerfassungselement (315) aufweist zur Messung einer Temperatur des Substrats, und wobei die Ansteuerungssignalsteuerungseinrichtung betreibbar ist zum Beenden des Anlegens des Ansteuerungssignals an den Wärmeerzeugungswiderstand (18), wenn eine Unterscheidung durchgeführt wird, dass die Steuerung nicht möglich ist, um die maximal Temperatur nicht höher als 560°C werden zulassen, auf der Basis der Temperatur und eines Ansteuerungssignals.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner mit einer Zuführung von Tinte, die einen Chelat-Mittel enthält.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Inhalt des Chelat-Mittels nicht mehr als 50 Gewichts-ppm und nicht mehr als 20 Gewichts-% beträgt.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Schutzfilm (16) eine Vielzahl von Schichten umfasst, wobei die Schicht in Kontakt mit der Tinte ein Anti-Kavitationsfilm (16-1) ist, der aus einer amorphen Legierung, einschließlich Ta besteht.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die amorphe Legierung ein oder mehrere Metalle aufweist, die aus einer Gruppe von Fe, Cr, Re, Ge, und Ni ausgewählt wird.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die amorphe Legierung Ta, Fe, Cr und Ni umfasst, und ein Inhalt von Ta nicht mehr als 30 Gewichts-% auf der Basis des Gesamtgewichts der amorphen Legierung beträgt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Wärmeerzeugungswiderstand (18) aus TaSiN besteht.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner mit einer Zuführung einer Tinte, die ein Pigment enthält.
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