DE69016472T2

DE69016472T2 - Substrat für thermischen Aufzeichnungskopf und thermischer Aufzeichnungskopf unter Verwendung dieses Substrats.

Info

Publication number: DE69016472T2
Application number: DE69016472T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Komuro
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPH0315559A; EP0385757A3; US5559543A; ATE117944T1; EP0385757B1; ES2067663T3; EP0385757A2; DE69016472D1; JP2654221B2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Substrat für einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf und einen Flüssigstrahl- Aufzeichnungskopf, der dieses Substrat enthält. Sie betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf.
Ein besonders wirksames Verfahren der Flüssigstrahl- Aufzeichnung arbeitet, indem ein Wechsel des Zustandes der Aufzeichnungs-Flüssigkeit herbeigeführt wird, der die Bildung von Blasen zur Folge hat, indem Wärmeenergie auf die Flüssigkeit ausgeübt wird. Durch die Anwendung von Wärme wird die Flüssigkeit durch eine Ausstoß-Öffnung ausgestoßen, als ein Ergebnis der Zustandsänderung, und bildet Tröpfchen, die zu der Aufzeichnungsoberfläche fliegen und auf dieser haften. Dieses Verfahren der Aufzeichnung kann dazu verwendet werden, Buchstaben, Diagramme, Bilder etc. zu bilden. Die vorliegende Erfindung stellt einen Kopf für die Flüssigstrahl-Aufzeichnung zur Verfügung, der ein neues Substrat verwendet und sie ist besonders geeignet für Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Köpfe vom mehrfach integrierten Typ. Die Erfindung ist jedoch allgemein auf thermische Aufzeichnungsköpfe anwendbar, die in Druckern für allgemeine Anwendung, Kopiergeräten, Faxgeräten, Computerausgabegeräten etc. verwendbar sind.
Tintenstrahl-Aufzeichnung ist ein anschlagfreies Verfahren zur Herstellung von Bildern, das in der jüngsten Zeit die Aufmerksamkeit angezogen hat und das in die praktische Verwendung umgesetzt wird. Unter den Tintenstrahl- Aufzeichnungs-Verfahren weichen die, die beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 54-51837 und in der deutschen offengelegten Patentanmeldung (DOLS) Nr. 2843064 beschrieben sind, von anderen Flüssigstrahl- Aufzeichnungsverfahren darin ab, daß die Energie zum Bewirken des Ausstoßes der Tröpfchen abgeleitet wird, indem thermische Energie auf die Aufzeichnungs-Flüssigkeit angewendet wird. Die Anwendung von thermischer Energie auf die Flüssigkeit bewirkt einen Wechsel des Zustandes, der mit einem plötzlichen Ansteigen des Volumens verbunden ist. Die Kraft, die aus dieser Zustandsänderung abgeleitet wird, bewirkt, daß Tröpfchen ausgestoßen und von einer Ausstoß-Öffnung, die an der Spitze des Aufzeichnungskopfes vorgesehen ist, abgegeben werden, so daß sie zu einem Aufzeichnungs-Medium fliegen und an ihm anhaften, um so die benötigte Aufzeichnung der Information zu erzeugen. Das Flüssig-Aufzeichnungs-Verfahren, das in der DOLS Nr. 2843064 und den US-Patenten Nr. 4723129 und 4740796 offenbart ist, kann nicht nur in wirksamer Weise in der sogenannten "drop-on-demand" (Tröpfchen nach Bedarf) Aufzeichnung verwendet werden, sondern es kann auch der notwendige Aufnahmekopf leicht mit einer Vielzahl von Ausstoß- Öffnungen hergestellt werden, die in großer Dichte in voller Zeilenbreite gebildet sind. Das Verfahren hat daher den Vorteil, daß Bilder mit hoher Auflösung und Bilder mit hoher Qualität mit großer Geschwindigkeit erhalten werden können.
Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der nach den obigen Prinzipien arbeitet, besitzt einen wärmeerzeugenden Abschnitt, an dem eine Spannung angelegt wird, und der ein Widerstand ist. Die Wärmeenergie, die zufolge des Anlegens der Spannung erzeugt wird, bewirkt eine Zustandsänderung einschließlich der Bildung von Bläschen und die oben erwähnten Patentschriften offenbaren eine bevorzugte Form des Aufzeichnungskopfes, die durch "Filmsieden" wirkt. Das Ergebnis ist, daß die Tinte durch die Ausstoß-Öffnung ausgestoßen wird, als ein Ergebnis der Blasenbildung oder des "Schäumens" zufolge der Zustandsänderung. Wenn die Spannung von einem Null-Pegel gesteigert wird, beginnt das Schäumen bei einer bestimmten Spannung. Diese Spannung ist wichtig und wird in der Folge als Schäumungs-Spannung bezeichnet.
Um den Ausstoß der Tinte zu bewirken, muß eine Spannung angelegt werden, die größer ist als die Schäuinungs-Spannung und die als die Treiber-Spannung bezeichnet wird. Von dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Druckqualität ist es wünschenswert, die Spannung zu steigern, wogegen es vom Gesichtspunkt der Verbesserung der Impulslänge wünschenswert ist, die Treiber-Spannung zu verringern. Der optimale Wert dieser angelegten Spannungen muß standardisiert werden, um so einem Vielfachen der Schäumungs-Spannung zu entsprechen. Das Verfahren, durch das die Schäumungs-Spannung festgelegt wird, die den Bezugswert ergibt, ist daher ein wesentlicher Faktor bei der Herstellung von Verbesserungen der Druckqualität.
Insbesonders ist es wünschenswert, daß die Schäumungs- Spannung der verschiedenen Ausstoß-Öffnungen innerhalb des Aufzeichnungs-Kopfes denselben Wert haben sollte, um einheitliche Druckeigenschaften und Ausstoßeigenschaften innerhalb eines Aufzeichnungs-Kopfes zu erhalten.
Bei der Herstellung von thermischen Aufzeichnungen muß eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Widerständen, Elektrodenpaaren, die diesen entsprechen und Schutzschichten, die die Isolation ergeben, durch Filmbildungsverfahren erzeugt werden. Es tritt das Problem der Veränderlichkeit des Aufbaus der einzelnen Teile bei der Massenproduktion oder von Charge zu Charge auf. In praktischen Vorrichtungen ist es notwendig, zu gewährleisten, daß die benötigte Wärmeenergie zum Bewirken des Ausstoßens der Tinte vorliegt, indem als Schäumungs-Spannung ein Wert angenommen wird, der deutlich über dem für einen einzelnen wärmeerzeugenden Widerstand liegen kann.
Die Veränderlichkeit der elektrothermischen Wandler, umfassend die Widerstände, Elektroden und wahlweisen Schutzschichten, die die oberen Schichten dieser Wandler bilden, sind jedoch Hindernisse bei der Verbesserung der Genauigkeit des Druckvorganges. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 60-297217 (japanische Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 62- 152863), die von Canon K. K. angemeldet worden ist, offenbart. Die Beschreibung dieses Patents zieht die Tatsache in Betracht, daß dann, wenn die Filmbildung durch Zerstäuben (Sputtern) erfolgt, die Widerstandsschichten, die Schutz schichten und die Elektroden an den zwei Endbereichen des Aufzeichnungs-Kopfes dünner werden, als sie im mittleren Bereich sind. Sie erklärt auch, daß ein elektrothermischer Wandler von gleichmäßiger Dicke in Bereichen konzentrischer Form erhalten werden kann. Da in diesem Patent der Bereich mit einem relativ kleineren Bereich der Varianz zur Filmbildung ausgewählt wird, ist es unmöglich, eine höhere Dichte von Wandlern entlang der Linie einfach zu erhalten, und da die Aufzeichnungsabstände in Bezug auf das Aufzeichnungsmedium unterschiedlich voneinander sind, muß eine weitere Steuerung auf die gesamte Aufzeichnung ausgeübt werden. Auch in dieser Erfindung ist es schwierig, einen thermischen Kopf über die ganze Zeile zu erhalten.
Das US-Patent 4740800 offenbart, daß eine Verteilung der Breite der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht in einem Aufzeichnungskopf existiert, bei der die Breite in den Endbereichen kleiner ist als im mittleren Bereich. Als ein Ergebnis ist die Aufzeichnungsdichte nicht gleichmäßig und die Druckdichte ist gegen die Enden des Aufzeichnungs-Kopfes hin kleiner als in der Mitte. Die offenbarte Lösung ist, einen Satz von elektrothermischen Wandlern oder Heizeinrichtungen vorzusehen, die jeweils aus einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht und einer Elektrodenschicht gebildet sind. Der Satz von Heizeinrichtungen hat an jeder Seite eine Anzahl von Blind-Heizeinrichtungen, die dazu verwendet werden, die Flächen der wärmeerzeugenden Widerstands schichten der arbeitenden Heizeinrichtungen gleichmäßig zu machen, die jedoch nicht am Ausstoß der Flüssigkeit beteiligt sind. Es werden so viele Blind-Heizeinrichtungen verwendet, wie notwendig sind, um das Auftreten eines End-Effektes zu verhindern, und so werden gleichmäßige und fehlerfreie Köpfe erhalten. Diese Lösung vergrößert jedoch die Baugröße des Aufnahmekopfes. Sie kann ein praktisches Produkt ergeben, in dem die Anzahl der elektrothermischen Wandler kleiner ist als 124, da das Ausmaß der Vergrößerung in diesem Fall nicht signifikant ist, und sie ist eine Erfindung, die tatsächlich erhältlich ist. Obwohl jedoch der mittlere Bereich verwendet wird, in dem eine relativ geringe Varianz von Wandler zu Wandler vorliegt, sind sekundäre Steuermittel notwendig, um dieser Varianz Rechnung zu tragen. Darüber hinaus wird die Varianz in dem Fall eines Aufzeichnungskopfes über die volle Zeile signifikanter, der 1000 oder mehr elektrothermische Wandler aufweist.
Es wurde daher beim Stand der Technik der Nachteil der Variabilität der einzelnen Köpfe eines Vielstrahl- Aufzeichnungskopfes dadurch angegangen, daß elektrothermische Wandler ausgewählt worden sind, bei denen der Bereich der Varianz verringert ist, ohne in grundsätzlicher Weise das Problem der Variabilität selbst anzugehen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Substrat für einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf zur Verfügung, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist und das das kennzeichnende Merkmal aufweist, daß die Abmessungen der vielen wärmeerzeugenden Abschnitte so variiert werden, daß die Schäumungs-Spannung der wärmeerzeugenden Abschnitte im wesentlichen konstant gehalten wird. Andere Merkmale der Erfindung werden in den beigefügten Patentansprüchen definiert, auf die die Aufmerksamkeit gelenkt wird.
Wie die Erfindung ausgeführt werden kann, wird nun anhand der Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Ansicht von oben, die ein Substrat eines Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Verteilungsdiagramm, das ein Beispiel der Verteilung der Schichtdicke und der Schicht-Widerstände der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht eines Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der konstruktiven Abmessungen der Heizeinrichtung zeigt;
Fig. 4A ist eine Ansicht von oben, die den Aufbau des Substrats eines Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4B ist ein Schnitt, der den Aufbau des Substrats eines Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine teilweise axonometrische Darstellung des Aufzeichnungs-Kopfes eines Beispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine Darstellung des Aufbaus des Aufzeichnungs- Kopfes eines anderen Beispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine Darstellung eines weiteren Beispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine Darstellung von weiteren konstruktiven Abmessungen der Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9, Fig. 10A und 10B sind jeweils Darstellungen der Aufzeichnungs-Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSVARIANTEN

Fig. 4A und 4B zeigen Beispiele des Aufbaus von typischen Kopf-Substraten des Standes der Technik von Flüssigstrahl- Aufzeichnungs-Köpfen, entsprechend dem Bläschenstrahl-Aufzeichnungs-System. Fig. 4A ist eine Ansicht eines Substrats von oben, in dem ein wärmeerzeugender Abschnitt innerhalb eines Flüssigkeits-Pfades von Tinte (Aufzeichnungsflüssigkeit) angeordnet ist, der mit der Ausstoß-Öffnung in Verbindung steht, und Fig. 4B ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie X' - Y' von Fig. 4A.
Hier ist 101 das gesamte Substrat, 102 der Erwärmungsabschnitt, der innerhalb der Wandfläche des Flüssigkeits-Pfades angeordnet ist, der mit der Ausstoß-Öffnung in Verbindung steht, um die Tinte auszustoßen, um Bläschen zu erzeugen, indem Wärmeenergie in die Tinte eingebracht wird (Heizeinrichtung genannt), 103, 104 ist ein Paar von Drahtelektroden, die aus Aluminium hergestellt sind und die mit der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 107 verbunden sind, um eine vorbestimmte Spannung auf den wärmeerzeugenden Abschnitt 102 auszuüben, 105 ist ein Träger, die aus Si (Silicium) hergestellt ist, und 107 ist eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht, die durch Beschichtung des Trägers 105 gebildet ist. Der wärmeerzeugende Abschnitt 102 ist der Abschnitt, der zwischen einem Paar von Elektroden 103, 104 angeordnet ist.
108 ist eine erste obere Schutzschicht (aus SiO&sub2; hergestellt), die die Drahtelektroden 103, 104 schützt usw., indem sie sie vollständig abdeckt, 109 ist eine dritte obere Schutzschicht der Tinten-Berührungsfläche, die den Großteil der ersten oberen Schutzschicht 108 schützt, und 110 ist eine zweite obere Schutzschicht, die den Abschnitt schützt, in dem der wärmeerzeugende Abschnitt 102 besteht. 111 ist ein elektrothermischer Wandler, der Elektroden 103, 104 und eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107 aufweist. 112 ist eine Schäumungsfläche, die die Oberfläche der oberen Schutzschicht 110 ist, die dem wärmeerzeugenden Abschnitt 102 entspricht, und es werden auf dieser Fläche Bläschen erzeugt.
Der Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Kopf, der auf diesem Prinzip beruht, wird angesteuert, indein eine Spannung am Heizabschnitt (Heizeinrichtung) 102 des wärmeerzeugenden Abschnitts 111 angelegt wird, Bläschen auf der Schäumungsfläche 112 der zweiten oberen Schutzschicht 110 durch die so erzeugte Wärmeenergie gebildet werden, und indem die Tinte durch die Kraft, die durch dieses Schäumen erzeugt wird, durch eine Ausstoß-Öffnung durch Spritzen ausgestoßen wird.

A. Grundprinzip der Erfindung

Vor der Erklärung der besonderen Beispiele der vorliegenden Erfindung muß das erste Grundprinzip der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden.
Dies bedeutet, daß die Nachteile, wie sie beim Beispiel des Standes der Technik beschrieben sind, gelöst worden sind, da der Aufzeichnungs-Kopf so ausgebildet ist, daß die konstruktive Ausbildung mit verschiedenen Dimensionen des wärmeerzeugenden Abschnittes der Heizeinrichtung so hergestellt ist, daß die Widerstandswerte im wesentlichen die gleichen sein können, entsprechend der Verteilungskennlinie der Schichtwiderstände (= spezifischer Widerstand / Schichtdicke) der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht.
Um dies in der Folge detailliert zu beschreiben, sind in dem Fall, in dem in einem Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Kopf vom voll mehrfach integrierten Typ mit A4-Breite der Flächenwiderstand an beiden Enden 15 X ist, und der Flächenwiderstand im mittleren Abschnitt 20 X ist, die Abmessungen der Heizeinrichtung (wärmeerzeugender Abschnitt) im mittleren Abschnitt als 20 um x 100 um ausgebildet, und die Abmessungen der Heizeinrichtung an beiden Enden sind als 17 um x 115 um ausgebildet. Wenn der Aufbau so ist, werden die Widerstandswerte:
20 x 100 / 20 = 100 n im mittleren Abschnitt, und
15 x 115 / 17 = 101 n an den beiden Endabschnitten,
wobei beide im wesentlichen gleich werden.
Die Heizeinrichtung sollte hier im Hinblick auf die Fläche der Heizeinrichtung ausgebildet werden. Insbesonders wird in einem Aufzeichnungs-Kopf des Bläschenstrahl-Aufzeichnungs- Systems, das die Bläschen verwendet, die durch plötzliches Vergasen von Tinte durch Wärmeerzeugung der Heizeinrichtung gebildet werden, die Flasche der Heizeinrichtung ein wesentlicher Faktor bei der Tröpfchenbildung. In Abhängigkeit von der Größe der Fläche der Heizeinrichtung wird das Schäumungsvolumen bestimmt, und falls daher die Fläche der Heizeinrichtung kleiner gemacht wird, wird das Schäumungsvolumen kleiner, während, falls sie größer gemacht wird, das Schäumungsvolumen größer wird. Da andererseits das Ausstoßvolumen von Tinte hauptsächlich vom Schäumungsvolumen abhängt, wird das Ausstoßvolumen mit der Veränderung der Fläche der Heizeinrichtung schwanken. Dementsprechend hängen die Druckeigenschaften (Qualität) wesentlich von der Gleichmäßigkeit des Ausstoßvolumens ab, und es ist daher wichtig, die Fläche der Heizeinrichtung insgesamt gleichmäßig zu machen.
Indem daher die Fläche der Heizeinrichtung gleichgemacht wird, bekommen die Heizeinrichtungen im mittleren Abschnitt und an den beiden Enden die gleichen Widerstandswerte, wodurch die Schäumungs-Spannung in allen Segmenten gleich wird. Falls daher die wärmeerzeugenden Abschnitte des mittleren Abschnittes und der beiden Enden die gleiche Fläche und die gleiche Schäumungs- Spannung haben, können durch Einstellen passender Werte der Treiberspannung mit guter Impulsdauer sowie mit guten Druckeigenschaften, alle Segmente, vom mittleren Abschnitt bis zu den beiden Enden, unter den gleichen Bedingungen angesteuert werden. Indem dies getan wird, ist es möglich, einen Aufzeichnungs-Kopf herzustellen, bei dem alle Segmente das gleiche (Gesamt)Verhalten haben wie der Aufnahme-Kopf, insbesonders der Ausgleich Druckeigenschaften/Beständigkeit.
Während der Flächenwiderstand des mittleren Abschnitts und der beiden Enden oben beschrieben ist, ist es insbesonders notwendig, die konstruktive Ausbildung der Heizeinrichtung, entsprechend der Verteilung des Widerstandes über die ganze Schicht zu verändern.
Als nächstes müssen der Widerstand der Heizeinrichtung und die Ausbildung der Abmessungen der Heizeinrichtung beschrieben werden. Im Hinblick auf die Kürze der Erklärung wird die Heizeinrichtung rechteckig angenommen.
Als erstes kann die Verteilung des Flächenwiderstandes als Funktion f(x) des Abstandes x von einem Ende der Schicht gezeigt werden.
Falls nun die Abmessung in der längeren Richtung der Heizeinrichtung als definiert wird, und die Abmessung in der kürzeren Richtung als m definiert wird, ist der Widerstand h der Heizeinrichtung durch die folgende Formel (1) gegeben:
h = f(x) x / m (1)
Falls die Fläche der Heizeinrichtung als s definiert ist, da die Fläche s der Heizeinrichtung konstant ist, und daher durch die folgende Formel dargestellt ist:
s = x m
=s / m (2)
Aus der obigen Formel (2) und der obigen Formel (1) wird die Formel (3) abgeleitet:
h = f(x) x s/m/m
m² = f(x) x s/h (3)
Daher ist
m = (s/h x f(x)) (4)
Falls daher der Widerstand h der Heizeinrichtung, die Fläche s der Heizeinrichtung und die Verteilungsdaten f(x) des Schicht-Widerstandes gegeben sind, wird die konstruktive Ausbildung der Heizeinrichtung entsprechend den obigen Formeln (4) und (2) möglich.
Besondere Beispiele werden in den in der Folge beschriebenen Beispielen klarer ersichtlich.

B. Erstes Beispiel

Fig. 1 bis Fig. 5 zeigen ein Beispiel der vorliegenden Erfindung.
Als erstes wird, wie in den Fig. 4A, 4B gezeigt, auf einem Träger aus Si (Silicium) (auch Glas-Substrat genannt) eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107 aus HfB&sub2; durch ein RF (Hochfrequenz) Zerstäubungs-Verfahren (Sputter-Verfahren) gebildet. Die Schichtdickenverteilung der wärmeerzeugenden Schicht 107, wie sie durch die Kurve der Kettenlinie in Fig. 2 gezeigt ist, zeigte eine Tendenz, daß sie an den beiden Enden dick war und daß der mittlere Abschnitt mit der Breite einer A4-Seite dünn war. Es wurde herausgefunden, daß die Schichtdicken-(Filmdicken-) Verteilung der Filmbildungsvorrichtung dauernd die gleiche Tendenz aufweist. Es ist daher möglich, daß die Schicht eine Schichtdicken- Verteilungs-Charakteristik aufweist, die entgegengesetzt dazu ist, falls die Filmbildungs-Vorrichtung ausgetauscht wird.
Wenn die Schichtdicken-Verteilung der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 107 aus HfB&sub2; praktisch gemessen wird, ist sie so geworden, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 2 dargestellt. Wenn die Berechnung durchgeführt worden ist, indem die Werte von s = 2000 um², h = 100 X in der obigen Formel (4) von m = (s/h x f(x)) für die wärmeerzeugende Widerstandsschicht 107 eingesetzt werden, die eine solche Schicht- Widerstandsverteilung aufweist, bekamen die Werte von m und den Zusammenhang, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.
Dementsprechend wurde eine Photomaske hergestellt, indem die Struktur der Heizeinrichtung so ausgeführt wurde, daß sie die Beziehung von Fig. 3 erfüllt.
Auf der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 107, wie sie oben beschrieben worden ist, wurde Al (Aluminium) in einer Dicke von 5000 Å als Elektrodenmaterial 103, 104 durch Dampfabscheidung aufgebracht, und dann wurde eine rechteckige Heizeinrichtung (wärmeerzeugender Abschnitt) 102 unter Verwendung einer Photomaske, entsprechend den photolithographischen Verfahren, wie oben beschrieben, gebildet (siehe Fig. 1). Als die Abmessungen der Heizeinrichtung 102 praktisch gemessen wurden, wurde das Verhältnis der Abmessungen erhalten, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Als nächstes wurde als erste obere Schutzschicht 108 SiO&sub2; (Siliciumoxid) mit einer Dicke von 1 um nach dem RF Zerstäubungs-Verfahren hergestellt.
Dann wurde als zweite Schutzschicht 110 ein Ta (Tantal) - Film mit einer Dicke von 0,5 um gebildet, und dann wurde Ta 110 durch das photolithographische Verfahren nur um die Heizeinrichtung 102 der Strukturierung unterworfen, und SiO&sub2; 108 wurde der Strukturierung unterworfen, indem Durchgangsbohrungen nur auf der gemeinsamen Drahtelektrode 103 und der einzelnen Drahtelektroden 104 geöffnet wurden. Als nächstes wurde Photonies (Marke von Toray K.K.) aufgebracht, wobei ein Fenster auf der Heizeinrichtung 102 geöffnet wurde und Durchgangsbohrungen an der gleichen Stelle geöffnet wurden, wie in der Schicht 108 von SiO&sub2; (siehe Fig. 4A und 4B).
Als nächstes wurde als Elektrode der zweiten Schicht (nicht dargestellt) Al abgeschieden, und die Strukturierung wurde durchgeführt, so daß nur der Abschnitt der gemeinsamen Elektrode übriggelassen wurde. Als nächstes wurden Ausstoß- Öffnungen gebildet, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, um den Aufzeichnungskopf fertigzustellen. In Fig. 5 ist 401 ein Flüssigkeitsweg, 402 eine Ausstoßöffnung, 403 eine Tintenweg- Wand, die die Wand des Weges 401 ist, 404 die gemeinsame Flüssigkeits-Kammer, 405 die Abdeckung und 406 die Tinten- Zufuhr-Öffnung.

C. Experimentelle Ergebnisse

Als die Schäumungsspannung und der Widerstandswert der Heizeinrichtung 102 des Aufzeichnungskopfes praktisch gemessen wurden, der durch Herstellung unter Verwendung der Photomaske erhalten worden war, von der die Ausbildung der Maske durchgeführt worden war, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, wurden die Ergebnisse erhalten, wie sie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind. Tabelle 1 Abstand von A4 Endfläche (mm) Gesamtwiderstand (X) Schäumungsspannung (V)
Wie aus der Tabelle 1 gesehen werden kann, wurden sowohl die Widerstandswerte als auch die Schäumungsspannungen im wesentlichen konstant.
Im Gegensatz dazu wurden als Vergleichsbeispiel zum vorliegenden Beispiel in der Heizeinrichtung 102, von der die Maske durch die festen Abmessungen der Heizeinrichtung 102 von 20 um x 100 um ausgebildet war, ohne die Ausbildung der Maske, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, die Ergebnisse der Schäumungsspannungen und der Widerstandswerte so, wie sie in der folgenden Tabelle 2 dargestellt sind. Tabelle 2 Abstand von A4 Endfläche (mm) Gesamtwiderstand (X) Schäumungsspannung (V)
Beim Vergleichsbeispiel schwanken daher bei der Verwendung des Standes der Technik die Schäumungsspannungen von 9,7 bis 10,5 V.
Als der Aufzeichnungskopf des vorliegenden Beispiels, der durch den Entwurf, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, erhalten wurde, mit einer Treiberspannung von 10,4 V x 1,2 12,5 V betrieben wurde, wurden sämtliche guten Druckergebnisse mit A4- Breite erhalten. Da darüber hinaus die Treiberspannung das 1,2 - fache der Schäumungsspannung für jedes Segment wurde, wurden gute Druckeigenschaften erhalten, und auch die Ausstoß- Beständigkeit war auch gut.
Im Vergleich dazu erschien in dem obigen Vergleichsbeispiel dann, wenn der Aufzeichnungskopf mit einer Treiberspannung von 12,6 V betrieben wurde, die das 1,2 - fache des Maximalwertes von 10,5 V der Schäumungsspannung (siehe Tabelle 2) ist, ein Segment mit schlechter Ausstoß- Beständigkeit mit der Spannung, die das 1,3 - fache des Minimalwertes von 9,7 V der Schäumungsspannung war. In dem Fall einer Treiberspannung, die das 1,3 - fache der Schäumungsspannung ist, wurde die Impulszahl um eine Größenordnung oder mehr verschlechtert, im Vergleich mit der 1,2 - fachen Treiberspannung. Obwohl daher die Impulsdauer des mittleren Segments gut ist, um für eine lange Zeit beständig zu sein, wurden die Segmente an beiden Enden um eine Größenordnung oder mehr schlechter als das mittlere Segment. Wenn der Betrieb mit 11,6 V erfolgte, was das 1,2 - fache des Minimalwertes von 9,7 V der Schäumungsspannung ist (siehe Fig. 2), dann wurde der mittlere Abschnitt des Maximalwertes der Schäumungsspannung 1,1 - fach, wodurch die Druckeigenschaften (Druckqualität) verringert wurden und kein gutes Drucken ergaben. Dies war deshalb der Fall, da für das Segment im mittleren Abschnitt die 11,6 V der Treiberspannung das 1,1 - fache der Schäumungsspannung sind, wodurch die Stabilität der Schäumung verschlechtert wurde. In dem Vergleichsbeispiel nach dem Stand der Technik, in dem die Schäumungsspannung eine Verteilung hat, schwanken daher die Druckeigenschaften und die Ausstoß- Beständigkeit, und es tritt eine Tendenz auf, daß die Eigenschaften eines Teils der Segment-Gruppe verschlechtert sind.
An erster Stelle hängt die Bestimmung, mit welchem Vielfachen der Schäumungsspannung der Kopf betrieben werden sollte, von den Druckeigenschaften und der Beständigkeit ab, und die Optimalwerte für die Druckeigenschaften usw. liegen innerhalb der zulässigen Bereiche von etwa dem 0,05 - fachen der Standardwerte. Falls daher die Schäumungsspannung um 10% oder mehr variiert wird, werden nachteilige Effekte in den Druckeigenschaften und in der Beständigkeit des Aufzeichnungskopfes auftreten. Insbesonders bei dem Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf vom voll mehrfach integrierten Typ mit A4- oder A3-Breite wird eine Verteilung der Schichtdicke, nämlich die Schicht-Widerstands-Verteilung (Schwankung) erzeugt, wodurch die Schäumungsspannung innerhalb des Aufzeichnungskopfes verteilt (variiert) wird. Dementsprechend wird es notwendig, die Schäumungsspannung konstant zu machen, indem die konstruktiven Abmessungen der Heizeinrichtung entsprechend der Schicht-Widerstands-Verteilung variiert werden, wie in dem vorliegenden Beispiel.

D. Andere Beispiele

In dem vorliegenden Beispiel, wie es oben beschrieben worden ist, wurde der Fall des Vorliegens von zwei Schichten 108, 110 der oberen Schutzschicht auf der Heizeinrichtung gezeigt, aber die vorliegende Erfindung ist natürlich auf einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf anwendbar, der keine obere Schutzschicht aufweist. Auch die Form der Heizeinrichtung muß nicht rechteckig sein, die Form kann jedoch so ausgebildet sein, daß der Widerstand der Heizeinrichtung, die Fläche der Heizeinrichtung gleich sein kann.
In dem vorliegenden Beispiel, wie es oben beschrieben ist, war die Ausstoßrichtung der Aufzeichnungs-Flüssigkeit in der Ebene der Heizeinrichtung (siehe Fig. 5), aber die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf des Typs anwendbar, der die Aufzeichnungs-Flüssigkeit in der Vertikalrichtung in bezug auf die Heizeinrichtung ausstößt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
Da, wie oben beschrieben, entsprechend der vorliegenden Erfindung, die wärmeerzeugenden Abschnitte gebildet worden sind, indem die Abmessungen einer Mehrzahl von wärmeerzeugenden Abschnitten so variiert worden sind, daß die Widerstandswerte einander im wesentlichen gleich sein können, entsprechend den Schicht-Widerständen der wärmeerzeugenden Abschnitte der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht, kann ein Flüssigstrahl- Aufzeichnungskopf vom voll mehrfach integrierten Typ mit A4- Breite, A3-Breite, etc., der sowohl eine gute Impulsbeständigkeit als auch eine gute Druckqualität aufweist, unter Verwendung einer kostengünstigen Filmbildungs-Vorrichtung hergestellt werden, wodurch eine Qualitätsverbesserung zugleich mit einer Verringerung der Herstellungskosten des Aufzeichnungskopfes erreicht werden kann.

A1. Das zweite Grundprinzip der Erfindung

Vor der Erklärung spezifischer Beispiele der vorliegenden Erfindung muß das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden.
Die Probleme, wie sie beim Beispiel des Standes der Technik beschrieben worden sind, können gelöst werden, falls der Aufzeichnungskopf durch konstruktive Ausbildung mit unterschiedlichen Abmessungen des wärmeerzeugenden Abschnittes (Heizeinrichtung) so hergestellt ist, daß die Schäumungsspannungen einander im wesentlichen gleich sein können, entsprechend der Verteilungskennlinie der Schichtdicke (Schichtdicken-Daten) der oberen Schutzschicht (in der Folge als obere Schicht abgekürzt).
Um dies im Detail zu beschreiben, können bei einem Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf vom voll mehrfach integrierten Typ dann, wenn die Schichtdicke der oberen Schicht an den beiden Enden und im mittleren Abschnitt unterschiedlich ist, beispielsweise mit einer notwendigen Energie für das Schäumen (wärmeerzeugende Energie) von 0,8 im mittleren Abschnitt, bezogen auf 1 an beiden Enden, die Widerstandswerte des wärmeerzeugenden Abschnittes (Heizeinrichtung) mit 0,8 : 1 an beiden Enden ausgebildet werden: mittlerer Abschnitt, entsprechend der Änderung der Schichtdicke. Der kritische Punkt bei der Ausbildung des wärmeerzeugenden Abschnittes ist jedoch die Fläche des wärmeerzeugenden Abschnittes. Insbesonders in einem Aufzeichnungskopf eines Bläschen-Strahl- Aufzeichnungssystems, das Tinte durch die Erzeugung von Bläschen durch Wärme ausstößt, wird die Fläche des wärmeerzeugenden Abschnitts ein wesentlicher Faktor bei der Bläschenbildung. In Abhängigkeit von der Größe der Fläche wird das Schäumungsvolumen bestimmt, und falls daher die Fläche kleiner gemacht wird, wird das Schäumungsvolumen kleiner, wogegen, falls sie größer gemacht wird, das Schäumungsvolumen größer wird. Da andererseits das Ausstoßvolumen der Tinte hauptsächlich vom Schäumungsvolumen abhängt, wird das Ausstoßvolumen in Abhängigkeit der Veränderung der Fläche des wärmeerzeugenden Abschnitts schwanken. Dementsprechend sind die Druckeigenschaften (Qualität) stark von der Gleichmäßigkeit des Ausstoß-Volumens betroffen, und es ist daher wichtig, die Fläche des wärmeerzeugenden Abschnitts insgesamt gleichmäßig zu machen.
Indem der wärmeerzeugende Abschnitt, wie oben beschrieben, ausgebildet wird, bekommen die Heizeinrichtungen im mittleren Abschnitt und an den beiden Enden die gleichen Schäumungsspannungen. Da die wärmeerzeugenden Abschnitte des mittleren Abschnittes und der beiden Enden die gleiche Fläche haben und die gleiche Schäumungsspannung haben, können daher durch Einstellung von passenden Werten der Treiberspannung mit guter Impulsbeständigkeit sowie mit guten Druckeigenschaften alle Segmente vom mittleren Abschnitt bis zu den beiden Enden unter den gleichen Bedingungen betrieben werden. Es ist daher möglich, einen Aufzeichnungskopf herzustellen, bei dem alle Segmente das Gesamtverhalten haben, wie der Aufzeichnungskopf, insbesonders in bezug auf den Ausgleich Druckeigenschaften/Beständigkeit.
Nachdem oben eine Beschreibung über die Schichtdicke der oberen Schicht im mittleren Abschnitt und an den beiden Enden gegeben worden ist, ist es in der Praxis notwendig, die konstruktive Ausbildung des wärmeerzeugenden Abschnittes, entsprechend der Verteilung der Gesamtverteilung (Änderung) der Schichtdicke, zu variieren. Als nächstes müssen die Schichtdicken-Verteilung der oberen Schicht und die Ausbildung der Abmessungen des wärmeerzeugenden Abschnittes (in der Folge Heizeinrichtung genannt) beschrieben werden. Im Hinblick auf die Kürze der Erklärung wird die Heizeinrichtung rechteckig ausgeführt.
Als erstes kann die Schichtdicken-Verteilung der oberen Schicht als eine Funktion f(x) des Abstandes x von einem Ende des Blattes als Ausgangspunkt dargestellt werden.
Falls nun die Abmessung, in der längeren Richtung der Heizeinrichtung als , die Abmessung in der kürzeren Richtung als m und der Schicht-Widerstand der Heizeinrichtung als R bezeichnet wird, kann der Widerstand h der Heizeinrichtung durch die folgende Formel (1) ausgedrückt werden.
h = R x / m (1)
Falls die Fläche der Heizeinrichtung als s bezeichnet wird, wird s durch die folgende Formel dargestellt:
s = x m (2)
Falls die Schichtdicken-Abhängigkeit der oberen Schicht auf die Schäumungs-Auslösungs-Energie (WB) als g(t) bezeichnet wird, wird g(t) durch die folgende Formel (3) dargestellt. t ist jedoch als Schichtdicke (Filmdicke) definiert.
WB = g(t) (3)
g(t) wird zuvor experimentell bestimmt. Wenn die Schäumungsspannung als VB bezeichnet wird, gilt die folgende Formel (4):
WB = VB / h
VB = (WB x h) (4)
Aus den Formeln (1), (3) und (4) wird die folgende Formel (5) erhalten.
/m = VB² / R x g(t) (5)
Da = s / m aus der obigen Formel (2), wird die folgende Formel (6) aus der obigen Formel (5) erhalten:
s/m/m = VB² /R x g(t)
s/m² = VB²/R x g(t) (6)
Um die obige Formel (6) nach VB aufzulösen, wird die folgende Formel (7) erhalten.
VB = (S x g(t) x R/m²) (7)
(wobei S, R konstant sind).
Es kann daher aus der Formel (7) ersehen werden, daß g(t)/m² konstant gemacht werden kann, um die Schäumungsspannung VB konstant zu machen. Da die Beziehung m = K x g(t) gilt (wobei K ein konstanter Wert ist), kann daher mit anderen Worten die laterale Abmessung m der Heizeinrichtung nach den experimentellen Daten der Schichtdicken-Abhängigkeit g(t) der Schäumungs-Auslösungs-Energie ausgebildet werden.
Besondere Beispiele werden aus den in der Folge beschriebenen Beispielen klarer ersichtlich.

E. 3. Beispiel

Die Beschreibung wird durchgeführt, indem auf den Aufbau Bezug genommen wird, der in den Fig. 4A, 4B dargestellt ist. Auf einen Träger 101 aus Si (Silicium) (auch Glas-Substrat genannt) wird eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht (107) aus HfB&sub2; durch ein RF (Hochfrequenz) - Zerstäubungsverfahren (Sputter-Verfahren) gebildet. In diesem Fall wird die Schichtdicke der wärmeerzeugenden Schicht 107 1000 Å gemacht, der Schichtwiderstand 20 X. Auf der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 107 wurde Al (Aluminium) in einer Dicke von 5000 Å durch Dampfabscheidung als Elektrodenmaterial 103, 104 aufgebracht. Als nächstes wird, entsprechend einem photolithographischen Verfahren, eine rechteckige Heizeinrichtung (wärmeerzeugender Abschnitt) 102 gebildet (siehe Fig. 1). Die Ausbildung der dabei verwendeten Photomaske ist jedoch in der Folge beschrieben.
Als nächstes wurde als erste obere Schutzschicht 108 SiO&sub2; (Siliciumoxid), entsprechend dem RF-Zerstäubungsverfahren, hergestellt. Als die Schichtdicken-Verteilung von SiO&sub2; 108 praktisch gemessen wurde, wurde, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Tendenz entwickelt, daß die beiden Enden dünn sind (7000 Å), und der mittlere Abschnitt dick ist (11000 Å), bei A4- Breite.
Darüber hinaus wurde als zweite Schutzschicht 110 ein Ta (Tantal) - Film mit einer Dicke von 5000 Å gebildet, und dann wurde Ta 110 der Strukturierung durch das photolithographische Verfahren nur um die Heizeinrichtung 102 herum unterworfen, und SiO&sub2; wurde der Strukturierung unterworfen, indem Durchgangsbohrungen nur auf der gemeinsamen Drahtelektrode 103 und den einzelnen Drahtelektroden 104 geöffnet wurden. Als nächstes wurde Photonies (Marke von Toray K.K.) aufgetragen, ein Fenster wurde auf der Heizeinrichtung 102 geöffnet, und Durchgangsbohrungen wurden an den gleichen Stellen geöffnet, wie in der Schicht 108 von SiO&sub2; (siehe Fig. 4).
Als nächstes wurde als Elektrode der zweiten Schicht (nicht dargestellt) Al aufgetragen, und die Strukturierung wurde so durchgeführt, daß nur der gemeinsame Elektrodenabschnitt übrig gelassen wurde. Als nächstes wurden die Ausstoß-Öffnungen gebildet, um den Aufnahmekopf fertigzustellen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. In Fig. 5 ist 401 ein Flüssigkeitsweg, 402 eine Ausstoßöffnung, 403 eine Tintenweg-Wand, die die Wand des Weges 401 ist, 404 die gemeinsame Flüssigkeits-Kammer, 405 die Abdeckung und 406 die Tinten-Zufuhr-Öffnung.
Als nächstes wird die Beschreibung des praktischen Aufbaus der Photomaske zur Bildung der Heizeinrichtung 102 gegeben.
Die Schichtdicken-Abhängigkeit der Schäumungsenergie pro Flächeneinheit der oberen Schicht 108 von SiO&sub2;, die Schäumungsenergie Δp pro Flächeneinheit und die Schichtdicke t haben sich proportional zueinander herausgestellt, wobei sie den Zusammenhang der folgenden Formel (8) haben:
Δp / Δt = 4,0 x 10&supmin;¹ W/mm³ (8)
Wenn die Dicke der oberen Schicht 108 von SiO&sub2; 9000 Å war und die Fläche der Heizeinrichtung 102 20 um x 100 um war, wurde festgestellt, daß die Schäumungs-Auslösungs-Energie 0,8 W (Watt) war. Indem die Zahlenwerte der Schichtdicke in die obige Formel (8) eingesetzt werden, kann man sehen, daß die Bläschen- Auslösungs-Energie von 0,88 W erhalten wird, wenn die Dicke der oberen Schicht 108 von SiO&sub2; 11000 Å ist, und die Schäumungs- Auslösungs-Energie 0,72 W ist, wenn die Dicke der Schicht 108 7000 Å ist.
Aus den obigen Beispielen wird dann, wenn die Berechnung mit der Spannung durchgeführt wird, die an der Heizeinrichtung 102 angelegt ist und die konstant ist, der Heiz-Widerstand der Heizeinrichtung 102 90 X. Wenn die Dicke der oberen Schicht 108 aus SiO&sub2; 11000 Å ist, während der Heiz-Widerstand der Heizeinrichtung 102 110 X wird, wenn die Dicke der oberen Schicht 108 aus SiO&sub2; 7000 Å ist. Bei der Berechnung mit einer konstanten Fläche der Heizeinrichtung 102 wird die Fläche der Heizeinrichtung 102 21 um x 95 um, wenn die Dicke der oberen Schicht 108 aus SiO&sub2; 11000 Å ist, während die Fläche der Heizeinrichtung 102 90 um x 105 um wird, wenn die Dicke der oberen Schicht 108 aus SiO&sub2; 7000 Å ist. Die so berechneten Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt.

F. Experimentelle Ergebnisse

Als die Schäumungsspannung und der Widerstandswert der Heizeinrichtung 102, umfassend die Schutzschicht, die durch Herstellung unter Verwendung der Photomaske erhalten worden ist, praktisch gemessen wurden, wobei der Aufbau der Maske durchgeführt worden ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, wurden die Ergebnisse erhalten, wie sie in der folgenden Tabelle 3 gezeigt sind. Tabelle 3 Abstand von A4 Endfläche (mm) Gesamtwiderstand (X) Schäumungsspannung (V)
Wie aus der Tabelle 3 ersehen werden kann, wurden die Schäumungsspannungen im wesentlichen konstant.
Im Gegensatz dazu wurden als Vergleichsbeispiel zum vorliegenden Beispiel mit der Heizeinrichtung 102, umfassend die Schutzschicht, deren Maske nach den feststehenden Abmessungen der Heizeinrichtung 102 von 20 um x 100 um ausgebildet war, ohne die Ausbildung der Maske, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, die Ergebnisse der Schäumungsspannungen und der Widerstandswerte, wie in der folgenden Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Abstand von A4 Endfläche (mm) Gesamtwiderstand (X) Schäumungsspannung (V)
In dem Vergleichsbeispiel unter Verwendung des Standes der Technik schwanken daher die Schäumungsspannungen von 9,0 bis 9,9 V.
Wenn der Aufzeichnungskopf des vorliegenden Beispiels, der durch die Ausbildung erhalten wurde, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, mit einer Treiberspannung von 9,5 V x 1,2 11,4 V betrieben wurde, wurden alle guten Druckeigenschaften bei A4- Breite erhalten. Da die Treiberspannung als das 1,2 - fache der Schäumungsspannung für jedes Segment ausgeführt werden kann, kann die Bläschenbildung durch Filmsieden stabilisiert werden. Es wurden daher, entsprechend dem vorliegenden Beispiel, gute Druckeigenschaften erhalten, und auch die Ausstoß-Beständigkeit war gut.
Im Vergleich dazu erschien in dem obigen Vergleichsbeispiel dann, wenn der Aufzeichnungskopf mit einer Treiberspannung von 11,9 Volt betrieben wurde, was das 1,2 - fache des Maximalwertes von 9,9 V der Schäumungsspannung ist (siehe Tabelle 4), ein Segment mit schlechter Ausstoß- Beständigkeit. Ein solches Segment mit schlechter Ausstoß- Beständigkeit erschien an den beiden Enden mit niedriger Schäumungsspannung. Da die Treiberspannung von 11,9 V für diese schlechten Segmente das 1,3 - fache oder mehr der Schäumungsspannung wurde, kann ersehen werden, daß die Beständigkeit verschlechtert ist. Wenn andererseits der Betrieb bei 10,8 V erfolgte, was das 1,2 - fache des Minimalwertes von 9,0 V der Schäumungsspannung ist (siehe Tabelle 4), wurden die Druckeigenschaften (Druckqualität) im mittleren Abschnitt verringert. Da 10,8 V der Treiberspannung das 1,1 - fache oder weniger der Schäumungsspannung des Segments des mittleren Abschnittes sind, kann man sehen, daß dies kein guter Druckabschnitt ist. Da bei dem Vergleichsbeispiel, entsprechend dem Stand der Technik, die Schäumungsspannung eine Verteilung hat, schwanken die Druckeigenschaften und die Ausstoß- Beständigkeit, wodurch ein Teil der Segmentgruppe dazu neigt, verschlechtert zu werden.
An erster Stelle hängt die Bestimmung, mit welchem Vielfachen der Schäumungsspannung der Kopf betrieben werden sollte, von den Druckeigenschaften und der Beständigkeit ab, und die Optimalwerte für die Druckeigenschaften usw. liegen innerhalb der zulässigen Bereiche von etwa dem 0,05 - fachen der Standardwerte. Falls daher die Schäumungsspannung um 10% oder mehr variiert wird, werden nachteilige Effekte in den Druckeigenschaften und in der Beständigkeit des Aufzeichnungskopfes auftreten. Insbesonders bei dem Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf vom voll mehrfach integrierten Typ mit A4- oder A3-Breite wird eine Verteilung der Schichtdicke, nämlich die Schicht-Widerstands-Verteilung (Schwankung) erzeugt, wodurch die Schäumungsspannung innerhalb des Aufzeichnungskopfes verteilt (variiert) wird. Dementsprechend wird es notwendig, die Schäumungsspannung konstant zu machen, indem die konstruktiven Abmessungen der Heizeinrichtung entsprechend der Schicht-Widerstands-Verteilung variiert werden, wie in dem vorliegenden Beispiel.

G. Andere Beispiele

In dem vorliegenden Beispiel, wie es oben beschrieben worden ist, wurde der Fall des Vorliegens von zwei Schichten 108, 110 der oberen Schutzschicht auf der Heizeinrichtung gezeigt, aber die vorliegende Erfindung ist natürlich auf einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf anwendbar, dessen obere Schutzschicht gewisse weitere Schichten aufweist. In diesem Fall können die Kennlinien der jeweiligen Filme in Bezug auf die Schäumungsenergie bestimmt werden, und die Maske der Heizeinrichtung wurde ausgebildet, indem die Schäumungsenergie an dieser Stelle durch das Verfahren der Additionsberechnung bestimmt wurde.
In dem vorliegenden Beispiel, wie es oben beschrieben ist, war die Ausstoßrichtung der Aufzeichnungs-Flüssigkeit in der Ebene der Heizeinrichtung (siehe Fig. 5), aber die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf des Typs anwendbar, der die Aufzeichnungs-Flüssigkeit in der Vertikalrichtung in bezug auf die Heizeinrichtung ausstößt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
Da, wie oben beschrieben, entsprechend der vorliegenden Erfindung, die wärmeerzeugenden Abschnitte gebildet worden sind, indem die Abmessungen einer Mehrzahl von wärmeerzeugenden Abschnitten so variiert worden sind, daß die Schäumungsspannungen in jedem Segment einander im wesentlichen gleich sein können, entsprechend der Schichtdicken-Verteilung (Änderung der Schichtdicken) der oberen Schicht, die auf dem elektrothermischen Wandler gebildet ist, kann ein Flüssigstrahl-Aufzeichnungskopf vom voll mehrfach integrierten Typ mit A4-Breite, A3-Breite, etc., der sowohl eine gute Impulsbeständigkeit als auch eine gute Druckqualität aufweist, unter Verwendung einer kostengünstigen Filmbildungs-Vorrichtung hergestellt werden, wodurch eine Qualitätsverbesserung zugleich mit einer Verringerung der Herstellungskosten des Aufzeichnungskopfes erreicht werden kann.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der konstruktiven Abmessungen der Heizeinrichtung zeigt, Fig. 9 ist ein Diagramm der betreffenden Abschnitte eines seriellen Farbdruckers, auf den der Aufnahmekopf der vorliegenden Erfindung angewendet ist. Die Pfeilspitze A ist die Förderrichtung der Fördermittel 25, 25, die das geschnittene Blatt 24 oder das Endlosblatt 30 als Aufzeichnungsmedium fördern, und dieses Beispiel bewegt den Aufnahmekopf 5 mit der Riemenscheibe 2A, die den Schlitten 205 zur Befestigung von Cyan C, Magenta M, Gelb Y, Schwarz BK mit dem Schrittmotor 2B, wobei der Antriebsriemen 2D darumgewickelt ist, und die Riemenscheibe 2C im Bereich des anderen Endes synchronisiert. Ebenso wird der Schlitten 200, der Tintenbehälter zur Zufuhr der jeweiligen Tinten zu diesen Aufzeichnungsköpfen 5, die darauf befestigt sind, aufweist, durch den Riemen 204 bewegt, der über die Riemenscheiben 201, 202 geschlungen ist, sowie durch den Motor 203 zum Antrieb der Riemenscheibe 201.
Diese Bauteile belasten den Motor 203, der eine ausreichende Antriebskraft entwickelt, die nicht von hoher Genauigkeit ist, zufolge des großen Gewichts des Tintenwagens 200, während andererseits der Aufzeichnungskopf-Wagen 205 unter der Voraussetzung von großer Präzision leicht ausgebildet ist und durch den Schrittmotor 2B angetrieben ist, und der Schlitten 200 bewegt sich dem Schlitten 205 in einem Abstand folgend, der nicht sehr groß ist, aber ohne ihn zu berühren. 207 ist ein Aufnahme-Glied (Papier oder Schaumgummi) für Tinte und wird fest an einer vorbestimmten Stelle zusammen mit einer Kopfreinigungsklinge 208 gehalten. 209 ist eine bekannte Aufnahmekopf-Kappe, die das Verdampfen von Tinte verhindert, indem der Aufzeichnungskopf während eines Nicht-Aufzeichnungs- Zeitabschnittes abgedeckt wird, und es wird, falls notwendig, ein negativer Druck durch eine nicht dargestellte Saugpumpe an sie angelegt.
R ist ein Farbdruckbereich, und da die 4 Aufzeichnungsköpfe mit den oben erwähnten Aufzeichnungsköpfen stabilisiert sind, können ausreichende Dichten auch an den Grenzen zwischen den Bereichen R erhalten werden, und daher wird die Dichteverteilung von satter Farbe sehr präzise, wodurch eine Zeilenverzerrung verhindert werden kann. Dieses Beispiel betrifft den Farbmodus, aber ebenso kann ein guter Druck in einem einfarbigen Modus durchgeführt werden.
Fig. 10A zeigt die Anwendung des Vollzeilen-Kopfes 1, des Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung auf eine Aufzeichnungsvorrichtung, und 3 ist ein Papier-Liefer-Mittel als das Förder-Mittel des Aufzeichnungsmediums, und die Papierförderung wird durch die Steuermittel 4, entsprechend der Aufzeichnung mit dem Aufzeichnungskopf 1 durchgeführt. Normalerweise wird die Papierförderung kontinuierlich durchgeführt. Indem dies so gemacht wird, kann ein guter Druckvorgang ohne Unregelmäßigkeiten über die gesamte Breite erreicht werden. Fig. 10B zeigt eine Form der Widerstände des wärmeerzeugenden Abschnittes der Heizeinrichtung. In dieser Fig. 10A ist über den Standard L auf der Seite der Ausstoß- Öffnung die Länge zur Tintenzufuhrseite hin verändert, wobei die Längen an den beiden Enden E, an den beiden End-Seiten N, im Zwischenabschnitt M, im mittleren Bereich CI, in der Mitte C in dieser Reihenfolge verringert werden (C, C1 sind gleich, M, N sind gleich). Deren Breiten sind größer in der Reihenfolge von E, N, M, C1, C mit den jeweiligen Widerstandswerten, die die Tendenz anzeigen, konstant zu werden. Dieses Beispiel zeigt ein Beispiel mit schrittweisen Veränderungen anstelle der kontinuierlichen Veränderung in der obigen Figur, das auch in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung bringt hervorragende Wirkungen insbesonders bei einem Aufzeichnungskopf hervor, einer Aufnahmevorrichtung des Bläschen-Strahl-Systems unter den Tinten-Strahl-Aufzeichnungs-Systemen.
Von ihrem grundsätzlichen Aufbau her und prinzipiell sind beispielsweise die bevorzugt, die unter Verwendung der Grundprinzipien arbeiten, die in den US-Patenten 4,723,129 und 4,740,796 offenbart sind. Dieses System ist sowohl auf den sogenannten on demand (nach Bedarf) Typ als auch auf den kontinuierlichen Typ anwendbar. Insbesonders im Fall des on demand Typs wird durch Anwendung von mindestens einem Treiber- Signal, das eine schnelle Temperaturerhöhung über das Kern- Sieden hinaus ergibt, entsprechend der Aufzeichnungsinformation an einen elektrotherinischen Wandler, der entsprechend der Schicht oder dem Flüssigkeitspfad angeordnet ist, in dem eine Flüssigkeit (Tinte) gehalten wird, Wärmeenergie am elektrothermischen Wandler erzeugt, um Filmsieden an der erwärmbaren Oberfläche des Aufzeichnungskopfes zu bewirken und dadurch in der Folge in wirksamer Weise Bläschen innerhalb der Flüssigkeit (Tinte) zu bilden, die dem Treibersignal eins zu eins entsprechen. Durch das Wachsen oder Schrumpfen solcher Bläschen wird die Flüssigkeit (Tinte) durch Ausstoßöffnungen ausgestoßen, um zumindest ein Tröpfchen zu bilden. Wenn dasTreibersignal in Impulsform erzeugt wird, kann das Wachsen und das Schrumpfen augenblicklich durchgeführt werden, wodurch der Ausstoß von Flüssigkeit (Tinte) besonders gut in seinem Antwortverhalten in besonders bevorzugter Weise durchgeführt werden kann. Als Treibersignal, das in einer solchen Impulsform geformt ist, sind die, die in den US-Patenten 4,463,359 und 4,345,262 beschrieben sind, geeignet. Weiters kann eine exzellente Aufzeichnung durchgeführt werden, indem die Bedingungen eingesetzt werden, die im US-Patent 4,313,124 beschrieben sind, das die Erfindung ist, die die Temperaturerhöhungsrate von der oberen wärmeerzeugenden Oberfläche betrifft.
Als Aufbau des Aufzeichnungskopfes sind zusätzlich zum kombinierten Aufbau der Ausstoßöffnung, des Flüssigkeitspfades, des elektrothermischen Wandlers (linearer Flüssigkeitspfad oder rechtwinkeliger Flüssigkeitspfad), auch die Ausbildungen unter Verwendung der US-Patente, 4,558,333 und 4,459,600 in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, die den Aufbau offenbaren, in dem der wärmeerzeugende Abschnitt in einem gebogenen Abschnitt abgeordnet ist. Zusätzlich dazu ist die vorliegende Erfindung auch dann wirksam, wenn der Aufbau auf der Basis der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59- 123670 durchgeführt werden kann, die den Aufbau mit einem Schlitz offenbart, der einer Mehrzahl von elektrothermischen Wandlern als Ausstoßabschnitt der elektrothermischen Wandler gemeinsam ist, oder auf Basis der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-138461, die den Aufbau offenbart, bei dem Öffnungen, die Druckwellen-Wärmeenergie aufnehmen, entsprechend dem Ausstoßabschnitt, hergestellt werden.
Da der Aufzeichnungskopf vom Vollzeilentyp eine Länge aufweist, die der maximalen Breite des Aufzeichnungsmediums entspricht, auf den mit der Aufzeichnungs-Vorrichtung aufgezeichnet werden kann, kann entweder ein Aufbau verwendet werden, der eine ausreichende Länge aufweist oder ein Aufbau, bei dem eine Mehrzahl von Aufzeichnungsköpfen einstückig als ein Aufzeichnungskopf ausgebildet sind, wie dies in den obigen Beschreibungen offenbart ist, aber die vorliegende Erfindung kann die Wirkungen in einer wirksamen Art entwickeln, wie sie oben beschrieben sind.
Zusätzlich dazu ist die vorliegende Erfindung auch bei einem Aufzeichnungskopf wirksam, der vom Typ der frei austauschbaren Chips ist, was eine elektrische Verbindung zu der Hauptvorrichtung und eine Zufuhr von Tinte von der Hauptvorrichtung durch Befestigung auf der Hauptvorrichtung ermöglicht, oder der Fall durch Verwendung eines Aufzeichnungskopfes vom Kassettentyp, der einstückig am Aufzeichnungskopf selbst befestigt ist.
Ebenso ist das Hinzufügen eines Mittels zur Wiederherstellung, eines vorläufigen Hilfsmittels des Aufzeichnungskopfes als Ausbildung der Aufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bevorzugt, da die Wirkungen der vorliegenden Erfindung dadurch weiter stabilisiert werden können. Um dies detaillierter auszuführen, sind Mittel zur Abdeckung, Reinigungsmittel, Druck- oder Saugmittel, Vorheizungsmittel mit einem elektrothermischen Wandler, ein anderes Heizelement, das unterschiedlich davon ist, oder das eine Kombination davon ist, und die Praxis eines vorläufigen Ausstoßmodus, die einen Ausstoß getrennt von der Aufzeichnung durchführt, ebenfalls wirksam, um eine stabile Aufzeichnung durchzuführen.
Darüber hinaus ist als Aufzeichnungsmodus der Aufzeichnungsvorrichtung die vorliegende Erfindung nicht nur für den Aufzeichnungsmodus der Hauptfarbe allein, wie etwa Schwarz etc., wirksam, sondern auch für die Vorrichtung, die mit mehreren Farben von unterschiedlichen Farben oder zumindest von einer der Farben durch Farbmischung ausgestattet ist, sei es mittels des integrierten Aufbaus der Aufzeichnungsköpfe oder sei es mittels einer Kombination mehrerer Aufzeichnungsköpfe.
In den Beispielen der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben sind, ist die Tinte als Flüssigkeit beschrieben, aber auch eine Tinte, die bei Raumtemperatur oder darunter verfestigt ist, kann verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie flüssig ist, wenn sie für die Aufzeichnung verwendet wird, da es allgemein praktiziert wird, die Viskosität der Tinte durch Temperaturregelung in einem stabilen Ausstoßbereich zu regeln, die bei Raumtemperatur erweicht oder verflüssigt ist, oder durch Temperaturregelung der Tinte selbst innerhalb des Bereiches von 30ºC bis 70ºC im Tintenstrahl, wie oben beschrieben. Zusätzlich dazu ist auch die Verwendung einer Tinte im Bereich der vorliegenden Erfindung anwendbar, die die Eigenschaft hat, daß sie durch die Wärmeenergie zum ersten Mal verflüssigt wird, wie bei einer, bei der die Temperaturerhöhung der Wärmeenergie sicher verhindert wird, indem sie als die Energie für die Zustandsänderung vom festen Zustand in den flüssigen Zustand verwendet wird, oder die verfestigt wird in dem Zustand, in dem sie stehen gelassen wird, um das Verdampfen der Tinte zu verhindern, wobei stets die Tinte flüssig ausgestoßen wird, indem die Tinte durch Anwendung von Wärmeenergie verflüssigt wird, entsprechend den Signalen oder einem, das schon beginnt, um verfestigt zu werden, wenn sie das Aufzeichnungsmedium erreicht etc. In einem solchen Fall kann die Tinte in dem Zustand hergestellt werden, in dem sie als flüssiges oder festes Produkt in Ausnehmungen oder Durchgangsbohrungen einer porösen Schicht gehalten wird, und in der Form entgegengesetzt zum elektrothermischen Wandler, wie dies in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 54- 56 847 oder in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-71260 beschrieben ist. In der vorliegenden Erfindung ist die wirksamste unter diesen Tinten, wie sie beschrieben worden sind, eine, die das Filmsiede-System verwirklicht, wie es oben beschrieben ist.

Claims

1. Substrat für einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Kopf, umfassend:

ein Trägerglied (105); und

eine Mehrzahl von elektrothermischen Wandlern (111), die auf dem Träger-Glied vorgesehen sind, wobei die Wandler (111) jeweils eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht (107), ein Paar von Elektroden (103, 104), die mit der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht (107) verbunden sind, und einen wärmeerzeugenden Abschnitt (102) aufweisen, der durch einen Abschnitt der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht zwischen dem Paar von Elektroden (103, 104) gebildet ist, wobei der wärmeerzeugende Abschnitt (102) eine Wärmeenergie erzeugt, die zum Ausstoßen eines flüssigen Tröpfchens verwendet wird, wobei der elektrische Widerstand der wärmeerzeugenden Schicht der einzelnen Wandler (111) in Abhängigkeit von der Lage des jeweiligen Wandlers auf dem Träger-Glied abhängt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der wärmeerzeugenden Abschnitte (102) der einzelnen Wandler (111) in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand der Widerstandsschicht (107) bei jedem Wandler so variiert werden, daß die Wandler (111) jeweils eine Schäumungs-Spannung aufweisen, die im wesentlichen gleich der der anderen ist.

2. Substrat nach Anspruch 1, bei dem die Wandler eine Schutzschicht (108) aufweisen, um sie vor der Tinte zu schützen, wobei die Dicke der oberen Schicht (108) der einzelnen Wandler (111) in Abhängigkeit von der Lage jedes Wandlers auf dem Träger-Glied unterschiedlich ist, und wobei die Abmessungen der wärmeerzeugenden Abschnitte (102) der einzelnen Wandler in Abhängigkeit von der Dicke der oberen Schicht (108) bei jedem Wandler so variiert werden, daß jeder Wandler eine Schäumungs-Spannung aufweist, die gleich der der anderen ist.

3. Substrat für einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Kopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeerzeugenden Abschnitte (102) der Wandler sämtlich rechteckig sind, wobei die Flächen der wärmeerzeugenden Abschnitte im wesentlichen einander gleich sind, und wobei die Abmessungen variiert werden, indem das Verhältnis der Längen der Seiten der wärmeerzeugenden Abschnitte variiert wird.

4. Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Kopf, umfassend ein Substrat nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, eine Flüssigkeits-Kammer (404), Mittel zur Begrenzung von Flüssigkeits-Wegen (401), die von der Flüssigkeits-Kammer (404) ausgehen, wobei ein wärmeerzeugender Abschnitt (102) jedes Wandlers (111) in jedem Flüssigkeitsweg angeordnet ist und wobei jeder Flüssigkeitsweg (401) in einer Ausstoß-Öffnung (402) endet.

5. Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Kopf vom Vollzeilen-Typ, umfassend einen Aufzeichnungs-Kopf nach Anspruch 4, der eine Länge aufweist, die der Breite des Aufzeichnungsmediums entspricht, oder eine Mehrzahl von Aufzeichnungsköpfen nach Anspruch 4, die zusammen eine Länge aufweisen, die der Breite des Aufzeichnungs-Mediums entspricht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Substrats für einen Flüssigstrahl-Aufzeichnungs-Kopf nach einem der Ansprüche 1-5, umfassend:

Vorsehen eines Träger-Gliedes (105);

Bildung einer Mehrzahl von elektrothermischen Wandlern auf dem Träger-Glied, wobei jeder Wandler eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht (107), ein Paar von Elektroden (103, 104), die mit der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 107 verbunden sind, und einen wärmeerzeugenden Abschnitt (102) aufweist, der durch einen Abschnitt der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht zwischen dem Paar von Elektroden (103, 104) gebildet ist, wobei der wärmeerzeugende Abschnitt thermische Energie erzeugt, die zum Ausstoßen eines flüssigen Tröpfchens verwendet wird, wobei der elektrische Widerstand der wärmeerzeugenden Schicht der einzelnen Wandler (111) in Abhängigkeit von der Lage des jeweiligen Wandlers auf dem Träger-Glied unterschiedlich ist, gekennzeichnet durch den Schritt des Variierens der Abmessungen der Mehrzahl der wärmeerzeugenden Abschnitte (102) der einzelnen Wandler (111) in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand der Widerstandsschicht (107) bei jedem Wandler so, daß jeder Wandler (111) eine Schäumungs-Spannung aufweist, die im wesentlichen gleich der der anderen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, weiters umfassend die Schritte der Bildung einer Schutzschicht (108) auf den Wandlern (111), wobei die Dicke der Schutzschicht (108) in Abhängigkeit von der Lage des jeweiligen Wandlers auf dem Träger-Glied unterschiedlich ist, und wobei die Abmessungen der wärmeerzeugenden Abschnitte (102) in Abhängigkeit von der Dicke der oberen Schicht (108) bei jedem Wandler so variiert werden, daß jeder Wandler eine Schäumungsspannung aufweist, die gleich der der anderen ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der wärmeerzeugenden Abschnitte (102) aller Wandler rechteckig sind, wobei die Flächen der wärmeerzeugenden Abschnitte einander im wesentlichen gleich sind, und wobei die Abmessungen variiert werden, indem das Verhältnis der Längen der Seiten der wärmeerzeugenden Abschnitte variiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, umfassend die folgenden Schritte:

Vorab-Messen der jeweiligen Schicht-Widerstände der Mehrzahl von wärmeerzeugenden Abschnitten, umfassend die Abschnitte der wärmeerzeugenden Schicht, die zwischen dem Paar von Elektroden angeordnet ist,

Bilden der wärmeerzeugenden Abschnitte mit variierten Abmessungen der Mehrzahl von wärmeerzeugenden Abschnitten so, daß die Widerstands-Werte einander-im wesentlichen gleich sein können, entsprechend den jeweiligen Schicht-Widerständen, die in dem Schritt gemessen worden sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, umfassend die folgenden Schritte:

Vorab-Messen der Veränderung der Schichtdicke in der oberen Schicht; und

Bilden der wärmeerzeugenden Abschnitte mit jeweils variierten Abmessungen so, daß die Schäumungs-Spannungen innerhalb des Aufzeichnungs-Kopfes einander im wesentlichen gleich sein können, entsprechend den jeweiligen Schicht- Widerständen, die in dem Schritt gemessen worden sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigstrahl- Aufzeichnungs-Kopfes, umfassend den Schritt der Aufnahme eines Substrats, das nach dem Verfahren von einem der Ansprüche 6 bis 10 hergestellt worden ist.