DE2943164A1

DE2943164A1 - Tintenstrahl-aufzeichnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2943164A1
Application number: DE19792943164
Authority: DE
Inventors: Toshitami Hara; Yasushi Sato; Yoshiaki Shirato; Yasushi Takatori
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1979-10-25
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2954680T1; US4296421A; US4376945A; DE2943164C2; DE2954680C2; US4707705A; DE2954692T

Description

Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufzeichnungsvorrichtung der Tintenstrahl-Ausführung, bei der flüssiges Aufzeichnungsmittel bzw. Aufzeichnungsflüssigkeit, die allgemein Tinte genannt wird, aus einer feinen Düsenöffnung ausgestoßen und in der Form von Tröpfchen abgespritzt wird und auf eine Aufzeichnungsfläche aufgebracht wird. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Aufzeichnungsvorrichtung der Tintenstrahl-Ausführung, die auf einem bisher unbekannten Tintenausstoß-Prinzip unter Verwendung von Wärmeenergie beruht.

In der letzten Zeit haben die sog. anschlaglosen Aufzeichnungsverfahren öffentliche Aufmerksamkeit erregt, da bei ihnen während des Aufzeichnungsvorgangs kaum unangenehme Geräusche erzeugt werden. Von diesen Verfahren wurde das sog. Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren als besonders wichtig erkannt, da es eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit auf gewöhnlichem Papier ohne besondere Bildfixierbehandlung zuläßt. Einschließlich der schon wirtschaftlich ausgewerteten und anderer,

VI/rs

Deulsche Bank (Muncheni KIo 5161 070

Dresdner Bank (München) KIo. 3939844

Posischeck !München) KIo. 670-43-804

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294316 a bi oooo

noch in Entwicklung für die praktische Verwendung stehender Verfahren wurden unterschiedliche Arten von Tintenstrahi-Aufzeichnungsverfahren vorgeschlagen.

Bei den Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren erfolgt die Aufzeichnung in der Weise/ daß das flüssige Aufzeichnungsmittel bzw. die nachstehend als "Tinte" bezeichnete Aufzeichnungsflüssigkeit in Form von Tröpfchen ausgestoßen und abgespritzt wird und zum Anhaften an einem Aufzeichnungsmaterial wie Papier oder dgl.

gebracht wird. Dieses besondere Aufzeichnungsverfahren wird gewöhnlich in zwei Arten unterteilt. Eine der beiden Arten ist das sog. kontinuierliche Verfahren, bei dem kontinuierlich feine Tintentröpfchen ausgestoßen

'5 und abgespritzt werden, von welchen nur die für die Aufzeichnung notwendigen selektiv zu einer Aufzeichnungsfläche geführt und an dieser so abgelagert werden, daß die Aufzeichnung erfolgt. Die zweite Verfahrensart ist das sog. Tinten-Bedarfs-Verfahren, bei dem nur dann, wenn es für die Aufzeichnung notwendig ist, die Tinte in Form von Tröpfchen zu einer Aufzeichnungsfläche hin ausgestoßen wird und an dieser so abgelagert wird, daß damit die Aufzeichnung fertiggestellt v/ird.

^ZJ Im Vergleich zu dem kontinuierlichen Verfahren ist das Tinten-Bedarf-Aufzeichnungsverfahren insofern vorteilhaft, als die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einfach gestaltet werden kann. Das heißt, bei dem Bedarfs-Verfahren sind viele Zusatzeinrichtungen

unnötig, die bei dem kontinuierlichen Verfahren notwendig sind, wie eine Tinten-Ladeeinrichtung, ein Ablenk-Steuermechanismus für die Auswahl und die Führung der für die. Aufzeichnung notwendigen Tintentröpfchen und ein

Sammler für die für die Aufzeichnung nicht notwendigen 35

Tintentröpfchen. Daher kann die Vorrichtung zur Durch-

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' führung des Bedarfs-Verfahrens einfach und klein aufgebaut werden.

Bei dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren mit Tintenzufuhr nach Bedarf ist der dabei verwendete Tintenstrahl-Kopf mit einer Anordnung ausgestaltet, in welcher das Volumen einer Flüssigkeitskammer zur Speicherung der Tinte durch mechanische Vibration eines Piezo-Schwingelements periodisch verändert wird und die durch die Voiumensänderung der Flüssigkeitskammer hervorgerufene Druckwirkung den Ausstoß der Tinte in der Form von Tröpfchen aus einer Ausstoßdüse bzw. Ausstoßöffnung ermöglicht. Konkrete Anordnungen der Aufzeichnungsvorrichtung sind beispielsweise in der US-PS 3 737 120,

'-> der Veröffentlichung "IEEE Transactions on Industry Applications", Vol. 1A-13, No. 1, Januar/Februar 1977 oder dgl. beschrieben. Bei einem derartigen Tinten-Bedarfs-Verfahren werden die Tintentröpfchen nach Bedarf bzw. bei Anforderung aus einer Ausstoßdüse ausgestoßen

und abgespritzt; es ist daher nicht notwendig, die Flugbahn der ausgestoßenen Tintentröpfchen zu steuern, so daß damit der Aufbau des Systems insgesamt außerordentlich einfach gestaltet werden kann.

Der bei dem Tinten-Bedarfs-Aufzeichnungsverfahren

verwendete Aufzeichnungskopf ist jedoch in seinem Innenaufbau ziemlich kompliziert, da die Tintentröpfchen aufgrund der mechanischen Schwingung des Piezo-Schwing-

elcments gebildet werden. Ferner ist für einen 30

derartigen Aufzeichnungskopf nachteiligerweise bei der Herstellung und Verarbeitung eine hochentwickelte Fertigungstechnik notwendig, wobei es sehr schwierig ist, den Aufzeichnungskopf mit der erwünschten Bearbeitungsgenauigkeit herzustellen. Zusätzlich zu diesen Unzulänglichkeiten besteht bei der Aufzeichnungsvorrichtung mit

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der Tintenzufuhr nach Bedarf eine technische Schwierigkeit hinsichtlich einer Mehrfachanordnung von Aufzeichnungskopfteilen, da das Piezo-Schwingelement nur unter technischen Schwierigkeiten genau hergestellt und zusammengebaut werden kann und ferner nur mit außerordentlich großen Schwierigkeiten kleine Abmaße eines Piezo-Schwingelements mit einer gewünschten Frequenz zu erzielen sind; daher ist eine derartige Aufzeichnungsvorrichtung für eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit unzulänglich.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen bestehen bei der herkömmlichen Aufzeichnungsvorrichtung mit der Tintenzufuhr nach Bedarf zu lösende Grund-Probleme hinsichtlieh des Aufbaus, der Herstellung der Vorrichtung, der Anwendbarkeit bei Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit/ der Vielfachanordnung von Aufzeichnungskopfteilen, des Aufbaus des Systems als Ganzes und dgl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tintenstrahl-AufZeichnungsvorrichtung zu schaffen, die von den bei dem herkömmlichen Tintenstrahl-Aufzeichnungs-System ersichtlichen unterschiedlichen Nachteilen befreit ist und bei der die dem herkömmlichen System an-

" haftenden Unzulänglichkeiten behoben sind. Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, bei der die Tinte durch Wärmeeinwirkung ausgestoßen und in Form von Tröpfchen abgespritzt wird, in der Weise auszubilden, daß zugleich ins-

besondere eine Aufzeichnung unter wirtschaftlichem Energieaufwand, eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und eine Aufzeichnung mit geringem Kostenaufwand ermöglicht wird.

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Ferner soll die erfindungsgemäße Aufzeichnungsvorrichtung hinsichtlich der Ausführung der Aufzeichnung mit eingesparter Energie, hoher Geschwindigkeit und im Dauerbetrieb hervorragend sein. Ferner soll mit der Erfindung eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung geschaffen werden, die in ihrem Aufbau vereinfacht ist und die über eine lange Zeitdauer einen gleichmäßigen Ausstoß der Tinte in der Form der Tröpfchen durch die Wärmeeinwirkung gewährleistet.

In einer Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufzeichnung durch Ausstoß eines flüssigen Aufzeichnungsmittels bzw. einer Aufzeichnungsflüssigkeit mittels Wärmeenergie einen Aufzeichnungs- '~* kopf mit einer Ausstoßdüse zum Ausstoß der Aufzeichnungsflüssigkeit in Form von Tröpfchen, einem Einlaß für das Einführen der Aufzeichnungsflüssigkeit, einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit und einem Heizelement für die Wärmeenergie-

Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer sowie eine Einrichtung zum Anlegen von Spannungsimpulsen für die Steuerung der Erwärmung mittels des Heizelements auf, wobei der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und der Aufzeichnunsflüssig-

keit nicht mehr als 100 um beträgt.

Mit einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aufzeichnung durch Ausstoß einer Aufzeichnungsflüssigkeit mittels Wärmeenergie geschaffen, die einen Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßdüse für den Ausstoß der Aufzeichnungsflüssigkeit in Form von Tröpfchen, einem Einlaß für das Einführen der Aufzeichnungsflüssigkeit, einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit und einem Heizelement für die Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit in

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' der Flüssigkeitskammer sowie eine Einrichtung zum Anlegen von Spannungsimpulsen für die Steuerung der Erwärmung mittels des Heizelements aufweist, wobei das Heizelement in die Aufzeichnungsflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer getaucht ist und der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und der Aufzeichnungsflüssigkeit nicht mehr als 100 um beträgt.

In einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aufzeichnung durch Ausstoß einer Aufzeichnungsflüssigkeit mittels Wärmeenergie geschaffen, die einen Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßdüse für den Ausstoß der Aufzeichnunysflüssigkeit in Form von Tröpfchen, einem Einlaß für das Einführen der Aufzeich- '** nungsflüssigkeit, einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit und einem Heizelement für die Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Druckänderung in der in

die Flüssigkeitskammer fließenden Aufzeichnungsflüssigkeit, eine Einrichtung zum Synchronisieren der Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit mit der Erzeugung der mechanischen Druckänderung und eine Einrichtung zum Anlegen von Spannungsimpulsen für die

Steuerung der Erwärmung mittels des Heizelements aufweist, wobei der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und der Aufzeichnungsflüssigkeit nicht mehr als 100 μηι beträgt.

In Weiterbildung der Erfindung wird eine Vorrichtung

zur Aufzeichnung durch Ausstoß einer Aufzeichnungsflüssigkeit mittels Wärmeenergie geschaffen, die einen Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßdüse zum Ausstoßen der Aufzeichnungsflüssigkeit in Form von Tröpfchen, einem Einlaß für das Einführen der Aufzeichnungsflüssigkeit,

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-τι- 29A316A ^{B 1000}° einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit und einem Heizelement für die Zufuhr von Wärmeenergie zu der Aufzeichnungsflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer, eine Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Druckänderungen in der in die Flüssigkeitskammer fließenden Aufzeichnungsflüssigkeit, eine Einrichtung zum Synchronisieren der Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit mit der Erzeugung der mechanischen Druckänderung und eine Einrichtung zum Anlegen von Spannungsimpulsen für die Steuerung der Erwärmung mittels des Heizelements aufweist, wobei das Heizelement in die Aufzeichnungsflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer getaucht ist und der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und der Aufzeichnungsflüssigkeit nicht mehr als 100 μπ\ beträgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
20

Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Anordnung eines in Fig. 1 gezeigten Heizelements im Schnitt senkrecht zur Zeichnungsebene nach Fig. 1.

^OKJ Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Mehrfachkopf-Aufbaus.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht von einem Glas-Substrat nach Fig. 3 her gesehen.

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Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines Hehrfachkopfs bei Verwendung zylindrischer Düsen.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Mehrfachkopfs nach Fig. 5.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Aufzeichnungsvorrichtung, bei dem ein Heizelement an

der ganzen Innenfläche einer zylindrischen Düse angebracht ist.

Fig. 8 ist eine erläuternde Darstellung eines '*> weiteren Ausführungsbeispiels der Aufzeich

nungsvorrichtung .

Fig. 9 und 10 sind vergrößerte Schnittansichten

in den Schnitten senkrecht und parallel ^zu zu der Zeichnungsebene der Fig. 8 an

dem Anordnungsbereich eines Heizelements.

Fig. 11 und 12 sind schematische Schnittansichten

im Schnitt in Axialrichtung eines Auf-

zeichnungskopfs der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht eines ein

in den Fig. 11 und 12 dargestelltes Heiz-

element enthaltenden Abschnitts.

Fig. 14 ist eine Längsschnittansicht des wesentlichen Teils eines Aufzeichnungskopfs der Aufzeichnungsvorrichtung.

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- ¹³ - 29A3164 ^{B 1000}°

' Fig. 15 ist eine Längsschnittansicht des wesentlichen Teils eines weiteren Aufzeichnungskopfs der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 16 und 17 sind schematische perspektivische Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels der Aufzeichnungsvorrichtung, die insbesondere eine Flüssigkeitskammer zeigen.
10

Fig. 18 und 19 sind schematische Vergrößerte

Schnittansichten des wesentlichen Teils eines Aufzeichnungskopfs bei diesem

Ausführungsbeispiel.
15

Fig. 20 und 21 sind schematische perspektivische Ansichten von Hauptelementen, die einen Aufzeichnungskopf der Aufzeichnungsvorrichtung bilden.
20

Fig. 22 ist eine schematische perspektivische Ansicht bei einem Zustand, bei dem die in Fig. 20 und 21 gezeigten Elemente übereinander gesetzt sind.

Fig. 23 ist eine schematische Seitenansicht

einer Fläche, die entsprechend einer Ausführungsart für die Aufzeichnungsvorrichtung behandelt ist.

Fig. 24 ist eine Schnittansicht eines Hauptteilbereichs im Schnitt entlang der Linie Y'-Y" in Fig. 23.

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Fig. 25, 26, 27 und 28 sind erläuternde Ansichten, die ein Herstellungsverfahren für ein Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung zeigen. 5

Fig. 29 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Ausstoß-Prinzips bei einem Aufzeichnungskopf der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 3O(a), 3O(b), 31 und 32 sind erläuternde

Ansichten für ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Fig. 33 und 34 sind erläuternde Ansichten für '5 ein Beispiel eines Aufzeichnungsverfahrens

mit der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 35 (a), 35 (b), 35 (c) und 36 sind schematische

Ansichten des Hauptteils eines bei dem ^ίυ gemäß den Fig. 33 und 34 erläuterten

Verfahren verwendeten Aufzeichnungskopfs.

Fig. 37 ist eine graphische Darstellung von

Temperaturänderungen, die erzielt werden,

wenn in einem Fall L₁ ein Substrat mit

einem darauf ausgebildeten Heizelement bei Raumtemperaturen belassen wird bzw. in einem Fall L- dieses Substrat zwangsweise gekühlt wird.
30

Fig. 38 ist eine graphische Darstellung, die den gegenseitigen Zusammenhang zwischen der zu Wasser hin übertragenden Energie und dem Temperaturunterschied zwischen dem Siedepunkt des Wassers und der Temperatur eines Heizelements zeigt.

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" ¹⁵ " 2943164 ^{B 1000}°

Fig. 39 ist eine graphische Darstellung, die den gegenseitigen Zusammenhang zwischen der auf Umgebungswasser je Dampfbläscheneinheit übertragenen Energie und dem Temperaturunterschied zwischen dem Siedepunkt des Wassers und der Temperatur eines Heizelements zeigt.

Fig. 40 ist eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 41 ist eine erläuternde Ansicht des prinzipiellen Aufbaus bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung.

Fig. 42 (a), 42 (b) und 42 (c) sind erläuternde Ansichten, die die Zeitsteuerung zum Anlegen von Signalen an Elemente zeigen.

Fig. 43 ist eine erläuternde Ansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine Mehrzahl von Einheiten gemäß der Darstellung in Fig. 41 vorgesehen ist.

Fig. 44, 45 (a) und 45(b) sind schematische Ansichten, die weitere Ausführungsbeispiele der Aufzeichnungsvorrichtung zeigen.

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• Im Vergleich zu der herkömmlichen Aufzeichnungsvorrichtung kann die Aufzeichnungsvorrichtung hinsichtlich der Größe des wesentlichen Teilbereichs außerordentlich verkleinert werden, da sie die vorangehend genannten Eigenschaften hat und daher ihr Aufbau beträchtlich vereinfacht ist sowie auch auf einfache Weise eine genaue Herstellung möglich ist. Ferner ist bei der Aufzeichnungsvorrichtung die für die Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit unentbehrliche Mehrfachanordnung von Düsen bzw. Düsenöffnungen aufgrund des vereinfachten Aufbaus und der einfachen Herstellung außerordentlich leicht zu erzielen. Die Anordnung der Düsenöffnungen bzw. Ausstoßdüsen kann nach Wunsch beliebig ausgelegt werden, so daß es daher sehr leicht ist, einen Aufzeichnungs-

'5 kopfteil in der Form eines Vollzeilen-Streifens herzustellen. Zusätzlich zu diesen Vorteilen sind selbst dann, wenn die Aufzeichnung kontinuierlich über eine lange Zeitdauer erfolgt, die zu dieser Zeit geformten Tintentröpfchen immer im wesentlichen gleichförmig und in

^O ihrer Größe konstant. Selbst wenn ein Wärmeerzeugungselement bzw. Heizelement in der Aufzeichnungsvorrichtung in einem hohen Frequenzbereich betrieben bzw. angesteuert wird, werden die Tintentröpfchen bei einem ausreichend hohen Pegel bei der entsprechenden Frequenz

^iJ gebildet. Das heißt, das Frequenz-Ansprechvermögen bei der Tintentröpfchen-Bildung ist hervorragend, so daß daher die Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit kontinuierlich unter gleichmäßigen Bedingungen über eine lange Zeitdauer vorgenommen werden kann und ferner das aufge-

zeichnete Bild ausreichend getreu der Originalinformation entspricht.

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' Darüber hinaus kann im Vergleich zu der herkömmlichen Aufzeichnungsvorrichtung als Zusatzwirkung, die aus den vorstehend angeführten Eigenschaften der Aufzeichnungsvorrichtung entsteht, der Freiheitsgrad hinsichtlich der Wahl der Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte außerordentlich erweitert werden. Ferner kann die Tinte gleichförmig in die Flussigkeitskammer strömen, so daß daher die Aufzeichnungsvorrichtung sehr gut auf die Frequenz von wiederholt eingegebenen Spannungsimpulsen '" anspricht. Die vorteilhaften Eigenschaften der Aufzeichnungsvorrichtung zeigen sich insbesondere bei einer sehr dichten Mehrfachanordnung von Düsen.

Der Abstand zwischen einem Wärmeerzeugungs- bzw. Heizelement und der Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte kann unter Berücksichtigung unterschiedlicher Bedingungen festgelegt werden, wie beispielsweise dem Wärmeansprechvermögen bei der Tintentröpfchen-Bildung und der Energienutzung; allgemein beträgt der Abstand 0 bis 100 μΐη;

vorzugsweise ist der Abstand mit 1 nm bis 100 μΐη zu Wählen; noch günstiger ist ein Abstand von 10 nm bis 20 μηι. Das Optimum liegt zwischen 20 nm und 10 μπι.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel·

der Aufzeichnungsvorrichtung. Von einer Tintenvorratseinrichtung 1 her wird unter Drucksteuerung mittels einer Pumpe 2 und Flußmengenregelung mittels eines Ventils 3 die Tinte 4 einer Flüssigkeitskammer 5 zugeführt. Von einer Spannungsimpuls-Zuführeinrichtung 11 her werden entsprechend der aufzuzeichnenden Information Spannungsimpulse einem Wärmeerzeugungs- bzw. Heizelement 6 zugeführt, das an einem Wärmeabgabesubstrat 5¹ hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht ist, welches einen Teil der Flüssigkeitskammer 5 bildet und mit der Tinte in Berührung ist oder nahe der Tinte angebracht ist. Durch

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- ¹⁸ - 294316A ^{B 1000}° das Anlegen der Spannungsimpulse wird folglich das Heizelement 6 erwärmt und dadurch die Tinte 4 hinsichtlich ihres Zustands verändert. Die Zustandsveränderung erfolgt als Ausdehnung der Flüssigkeit oder als Bildung von Bläschen in Form eines dem zugeführten Spannungsimpuls entsprechenden Impulses. In der Fig. 1 ist mit 7 ein Bläschen bezeichnet. Die Zustandsänderung der Tinte 4 ermöglicht das Ausgeben und Ausstoßen der Tinte aus einer Düse 8 in Form von Tröpfchen 9, so daß diese auf Papier 10 aufgebracht werden, wodurch entsprechend der aufzuzeichnenden Information aus der Tinte ein Bild geformt wird. Vielerlei Vorteile werden in diesem Fall dadurch erzielt, wenn die Oberfläche des Heizelements 6 im wesentlichen mit der inneren Wandungsfläche der Flüssigkeitskammer einschließlich mindestens eines Teilbereichs, an dem die mittels des Heizelements 6 erzeugte Wärmeenergie auf die Tinte einwirkt, ausgefluchtet wird oder diese Oberfläche des Heizelements 6 von der Tinte 4 um einen Abstand von höchstens 100 um entfernt ist. Beispielsweise ist dadurch immer die Größe der Tintentröpfchen 9 selbst dann im wesentlichen gleichförmig, wenn über eine lange Zeitdauer kontinuierlich aufgezeichnet wird. Wenn ferner das Heizelement 6 in einem hohen Ansteuerungsfrequenzbereich betrieben wird, können entsprechend der Ansteuerungsfrequenz des Heizelements 6 die Tintentröpfchen mit hoher Frequenz geformt werden, so daß daher unter gleichmäßigen Bedingungen über eine lange Zeitdauer mit hoher Geschwindigkeit aufgezeichnet

werden kann und ferner die erzielte Aufzeichnung der on

Originalinformation getreu ist.

Darüber hinaus können aus dem vorangehend angeführten Aufbau der Aufzeichnungsvorrichtung zusätzliche Auswirkungen gewonnen werden. Beispielsweise kann im Ver-

gleich zu der herkömmlichen Aufzeichnungsvorrichtung die Tinte in einem breiteren Bereich gewählt werden. Da ferner die Tinte gleichmäßig in die Flüssigkeitskam-

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mer fließt, kann der Ausstoß der Tintentröpfchen unter ausreichender Übereinstimmung mit der Frequenz der wiederholt eingegebenen Spannungsimpulse bewerkstelligt werden. Diese Wirkungen zeigen sich besonders bei der Mehrfachanordnung von Düsenöffnungen in hoher Dichte.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Anordnung des Heizelements im Schnitt senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1. Nachstehend wird das Herstellungsver- fahren der Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 2 erläutert. Zunächst wird auf ein Substrat 12 hoher Wärmeleitfähigkeit ein wärmebeständiger Film 13 niedriger Wärmeleitfähigkeit in einer Dicke von ungefähr 0,3 bis 50 um und vorzugsweise von ungefähr 1 bis 10 um

'5 aufgeschichtet. An der richtigen Stelle werden das Heizelement 6 und Elektroden 14.. und 14_ für die Stromzufuhr aufgebracht. Wenn es notwendig ist, wird an dem Heizelement 6 und an den Elektroden 14.. und 14₂ ein Schutzfilm 15 ausgebildet. Dieser Schutzfilm 15 ist nicht immer

^zu notwendig, jedoch dahingehend vorteilhaft, daß eine Isolation zwischen der Tinte 4 und dem Heizelement 6 sowie den Elektroden 14 gebildet wird und daß die Wärmefestigkeit des Heizelements 6 verbessert wird. Das Material für das Substrat 12 hoher Wärmeleitfähigkeit ist beispielsweise ein Metall wie Al und Cu oder keramischer Werkstoff wie Al₃O₃.

Der hitzebeständige Film 13 wird im allgemeinen aus

einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit gebildet,

das als eine dünne Schicht auf ein Substrat mit guter Wärmeleitfähigkeit aufgeschichtet wird, so daß in dem Heizelement eine einer Rechteckwelle nahekommende ideale Wärmeänderung auftritt. Die Dicke des wärmebeständigen Films 13 wird in Abhängigkeit von der Breite und dem Zyklus der an das Heizelement 6 angelegten Impulse

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verändert, sie beträgt jedoch ungefähr 1 μΐη bis 10 μΐη.

Das Material des wärmebeständigen Films 13 ist beispielsweise ein Oxid wie SiO2 oder ein wärmebeständiges organisches Material wie Polyimid.
5

Das Heizelement 6 kann sowohl ein Heizelement in Dickfilm-Ausführung wie beispielsweise aus Pd-Ag als auch ein Heizelement in Dünnfilm-Ausführung wie beispielsweise aus einem Metall-Borid wie ZrB,, oder auch beispielsweise Ta-N, W, Ni-Cr usw. sein. Hinsichtlich des Erwärmungs-Ansprechvermögens ist das Dünnfilm-Heizelement vorzuziehen. Die Elektroden 4O₁ und 40-, werden üblicherweise aus Al, Au oder dgl. gebildet. Die Schutzschicht 15 ist zur Bildung einer Isolierung zwischen

'5 dem Heizkörper und der Tinte 4 insbesondere dann notwendig, wenn die Tinte 4 elektrisch leitfähig ist; darüber hinaus ist der Schutzfilm 15 zu einer Verbesserung des Wärmewiderstands bzw. der Wärmebeständigkeit

des Heizelements 6 vorteilhaft.
20

Der Schutzfilm 15 ist zur übertragung der Wärme in dem Heizelement 6 auf das Aufzeichnungsmittel bzw. die Tinte vorzugsweise ausreichend dünn gestaltet und hinsichtlich einer hohen Wärmeleitfähigkeit gewählt. Beine

spieisweise ist bei einem durch ein Aufsprüh- bzw. Zerstäubungsverfahren gebildeten SiO₂ ^-FiIm die Dicke vorzugsweise ungefähr 0,5 bis 2 μΐη.

Hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit ist es am günsti-

sten, wenn der Abstand zwischen der Tinte und dem Heizelement sich 0 um nähert. In einigen Fällen ist jedoch beispielsweise zusätzlich zu den Fällen der Bildung der Isolierung und der Verbesserung der Wärmebeständigkeit des Heizelements gemäß den vorstehenden Ausführungen zum Verbessern der mechanischen Festigkeit, zur Erleichte-

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rung der Herstellungsschritte oder zur Vereinfachung einer Mehrfachanordnung der Düsenöffnungen die Tinte notwendigerweise über den Schutzfilm in Abstand von dem Heizelement. Auch in diesen Fällen beträgt der Abstand zwischen der Tinte und dem Heizelement vorzugsweise um oder darunter, mit einer oberen Grenze von 100 um; die Tinte und das Heizelement werden vorzugsweise aus Stoffen gebildet, die eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Zur Verbesserung der Frequenz-Eigenschäften werden ferner an der Seite des Heizelements, die der der Tinte gegenüberstehenden Seite gegenüberliegt, zwei Schichten, d. h. ein dünner Film geringer Wärmeleitfähigkeit mit 1 bis 10 um Dicke und ein Wärmeabgabeelement mit hoher Wärmeleitfähigkeit angebracht.

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines Aufzeichnungskopfs mit einer Mehrfachanordnung von Düsenöffnungen. Dabei sind in einem Glassubstrat 17 unter Abständen von 125 |im Nuten 18 mit 100 um Breite und 100 um *0 Tiefe ausgebildet, die mit Polyvinylalkohol gefüllt werden. Darauf wird durch ein Kalt-Zerstäubungsverfahren eine SiO₂~Schicht 19 von 2 um Dicke aufgebracht, wonach ferner als Widerstandsschicht eine ZrB^-Schicht 20

mit 100 nm Dicke und als Elektrodenschicht eine Al-OC

Schicht 21 mit 1 um Dicke in der genannten Reihenfolge ausgebildet werden. Danach erfolgt ein selektives Photoätzen zur Bildung eines Musters gemäß der Darstellung in Fig. 4, die schematisch den in Fig. 3 gezeigten Aufzeichnungskopf in Sicht von seinem Glassubstrat her

zeigt. Danach wird durch das Aufsprüh- bzw. Zerstäubungsverfahren eine SiO₂~Schicht 22 mit 4 um Dicke ausgebildet, wonach zur Formung einer Wärmeabgabeplatte 23 Cu aufgebracht wird. Darauffolgend wird durch Herauslösen der Polyvinylalkohol in den Nuten 18 entfernt, so daß in

diesen Flüssigkeitskammern für die Tinte entstehen. Bei dem vorstehend genannten Beispiel hat das Heizelement

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-22- ί«?ΗΟ ΙΟφ 1ΟΟΟΟ

eine Fläche von 100' um χ 150 um und einen Widerstand

von ungefähr 60 Ohm. Durch Anlegen von Rechteckimpulsen mit 20 us werden Tintentröpfchen mit einer Frequenz von 15 kHz ausgestoßen.
5

Die Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Aufzeichnungskopfs mit einer Mehrfachanordnung von Düsenöffnungen, bei dem zur Bildung von Flüssigkeitskammern zylindrische Elemente 24 angeordnet sind.

Die Fig. 6 zeigt einen Teilquerschnitt des in Fig. gezeigten Aufzeichnungskopfs, wobei der Heizelement-Abschnitt in Richtung senkrecht zur Tintentröpfchen-Ausstoßrichtung weggeschnitten ist. Als zylindrisches Element 24 wird ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 100 um und einem Innendurchmesser von 85 um verwendet. Mehrere der Rohre sind an einem Halter 25 befestigt. Danach werden gemäß der Darstellung in der Figur um das jeweilige Rohr herum ein Heizelement 6 und Elektroden 14.. und 14₂ ausgebildet. Zur Bildung eines gewünschten Musters wird ein Photoätzverfahren ausgeführt. Darauffolgend wird zur Fertigstellung des Teilbereichs mit dem Heizelement an dem Heizelement 6 eine SiO₂-Schicht 27 mit 6 um Dicke ausgebildet. Dann wird

gemäß der Darstellung in Fig. 5 eine Tintenzufuhrröhre 26 mit der Anordnung der zylindrischen Elemente 24 verbunden.

Wenn Rechteckimpulse mit 10 us Breite an den in Fig. 5 gezeigten Kopf angelegt werden, werden Tintentröpfchen in gleichförmigen Zustand ausgestoßen, bis sich die Frequenz 500 Hz nähert. Zur Verbesserung der Wärmeabgabe an dem Heizelement-Abschnitt wird als ein Kühlkörper 28 eine Cu-Plattierung bzw. Cu-Galvanisierung

in einer Dicke von 1 mm aufgebracht. Dadurch wird auch das Frequenz-Ansprechvermögen verbessert. Beispiels-

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weise werden mit verbesserten Ergebnissen selbst bei einer Frequenz von 4,5 kHz Tintentröpfchen gleichförmig ausgestoßen. Ferner kann das Heizelement über der Innenfläche der Flüssigkeitskammer angebracht werden, wie es in Fig. 7 gezeigt ist und nachstehend erläutert wird.

Nach Fig. 7, die schematisch einen weiteren Kopf zeigt, ist an der Innenfläche eines Rohrs 29 mit einem Außendurchmesser von 100 μπι und einem Innendurchmesser von 60 um durch ein Eintauchverfahren, ein chemisches Aufdampfverfahren oder ein anderes Verfahren ein dünner Widerstands-Film 30 ausgebildet. An den beiden Enden des Rohrs sind beispielsweise durch ein Zerstäubungsverfahren Elektroden 3I₁ und 31₂ ausgebildet. Danach wird

an eines der Enden des Faser-Rohrs eine Düse 32 angebracht. Zur Verbesserung der Wärmeabgabe wird das Faser-Rohr in einen Kühlkörper 33 eingebettet.

Dem vorstehend beschriebenen Kopf wird die Tinte aus einer Tintenzufuhrvorrichtung 34 zugeführt, während an das Heizelement Rechteckimpulse mit 5 us Breite angelegt werden. Dabei werden bei einer Frequenz von 30 kHz Tintentröpfchen in gleichförmiger Weise abgegeben und

ausgestoßen.
25

Bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen wird die Tinte durch Mischen und Auflösen der folgenden Zusammensetzung und nachfolgendes Filtern derselben hergestellt:

Zusammensetzung:

Wasser 68 g

A'thylenglykol 30 g

Direktechtschwarz B 2g

(Sumitomo Chemical Co., Ltd.)

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Die Fig. 8 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von einem Tintenvorratsbeh.alt.er 35 Tinte 38 in eine Flüssigkeitskammer 39 geführt, die mindestens einen Flächenbereich hat, an welchem von einem Heizelement 40 erzeugte Wärmeenergie auf die Tinte einwirkt, während der Druck der Tinte mittels einer Pumpe 36 gesteuert wird und die Flußmenge der Tinte mittels eines Ventils 37 geregelt wird. Von einer Impulsspannungs-Zuführeinrichtung 45 wird entsprechend der aufzuzeichnenden Information ein Spannungsimpuls an das Heizelement 40 angelegt, das nahe einem an einem Teilbereich der Flüssigkeitskammer 39 angebrachten Substrat 39* liegt und so angeordnet ist, daß es in die Tinte 38 taucht. Das Heizelement 40 wird folglich so aufgeheizt, daß die Tinte 38 ihren Zustand ändert. Die Zustandsänderung erfolgt durch Ausdehnung der Tinte oder durch Bildung von Bläschen in Form eines dem zugeführten Spannungsimpuls entsprechenden Impulses. In Fig. 8 bezeichnet 41 ein derartiges Bläschen. Die Zustandsänderung der Tinte ergibt eine Druckwirkung, die die Ausgabe und den Ausstoß der Tinte in Form von Tröpfchen 43 aus einer Düse 42 in der Weise ergibt, daß die Tinten-Tröpfchen 4 3 auf Papier 4 4 aufgebracht werden, wodurch ein der Information entsprechendes Tinten-Bild / geschaffen wird.

Da das Heizelenent in der Tinte angebracht und in

diese eingetaucht ist, ist der Wärmeleit-Wirkungsgrad

° vom Heizelement 40 zu der Tinte 38 hoch, so daß bei dem Ausstoß der Tinten-Tröpfchen 4 3 das Wärme-Ansprechvermögen der Tinte hervorragend ist. Daher ist auch der Wirkungsgrad bei der Formung der Tinten-Tröpfchen 43 sehr gut, so daß eine Aufzeichnung mit hoher Ge-

schwindigkeit bei geringem Energieaufwand möglich wird.

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Die Fig. 9 zeigt schematisch einen vergrößerten Querschnitt der Fläche, die das in Fig. 8 gezeigte Heizelement enthält, welches dabei senkrecht zur Zeichnungsebene abgeschnitten dargestellt ist. Die Fig. 10 zeigt schematisch einen Teilquerschnitt der Fläche, die als Hauptteil das in Fig. 9 gezeigte Heizelement enthält, wobei dieses senkrecht zur Zeichnungsebene abgeschnitten gezeigt ist. Die durch diese Figuren dargestellte Vorrichtung wird auf folgende Weise hergestellt:

In ein Substrat 46 hoher Wärmeleitfähigkeit, dessen Oberfläche einer Isolierbehandlung unterzogen wurde (51), werden Elektrodenstäbe 47.. und 47_ eingeführt und festgelegt. Darauffolgend wird an Elektroden 5O₁ und 50-der Elektrodenstäbe 47.. bzw. 47- ein Heizelement 48 so angeschlossen, daß es von dem Substrat 46 in einem Abstand von gewöhnlich ungefähr 0,1 um bis 20 μΐη und vorzugsweise von 1 μΐη bis 10 μπι steht. Gewünschtenfalls kann das Heizelement 48 mit einem zusätzlichen Schutzfilm _zur Erzielung einer Isolierung zwischen dem Heizelement 48 und der Tinte 38 sowie zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit des Heizelements 48 versehen werden.

Eine Platte 48 mit einer Nut zur Bildung einer Flüssigkeitskammer für das Einführen der Tinte wird so befestigt, daß sie das Heizelement 48 umgibt. Die Platte 4 9 kann hinsichtlich des Baumaterials gleich dem Substrat 46 oder von diesem verschieden sein. Ferner ist es möglich, die Platte 49 und das Substrat 46 einstückig aus ein und demselben Material wie beispielsweise aus einem Material in Form einer Röhre gebildet werden. Das Heizelement 48 kann verschiedenerlei Formen haben, wie beispielsweise die Form eines durch Aufdampfen oder ein Zerstäubungsverfahren gebildeten Dünnfilms, die

Form eines in einem Aufdruckverfahren gebildeten Dickfilms oder die Form eines Drahtes. Ferner sollte das

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Heizelement 48 vorzugsweise eine Gestaltung haben, die zur Verbesserung des Wärmeansprechvermögens zu einer geringen Wärmekapazität führt.

Das Heizelement kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise können für ein derartiges Heizelement in Dünnfilm-Form Metallboride wie ZrB- und andere Materialien wie Ta-N, NiCr und SnO-verwendet werden; als Material für ein Dickfilm-Element sind Pd-Ag, Ru oder dgl. vorzuziehen; ein Draht-Element sollte aus einem dünnen Draht wie einem Pt-, Ni-Cr-, W-Draht oder dgl. bestehen.

Zur Erzielung eines Substrats hoher Wärmeleitfähigkeit ist vorzugsweise ein elektrisch leitendes Material wie Al, Si oder dgl. zu verwenden, das an seiner Oberfläche eine Oxidationsbehandlung erfährt, zusätzlich zu keramischen Werkstoffen wie Al₃O₃. Die Elektroden 5O₁ und 50- werden gewöhnlich aus Al, Au oder dgl. hergestellt.

Unter Bezugnahme auf die vorstehend genannten Figuren wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert.

Ein Si-Plättchen mit einer Dicke von 0,5 ran wird mit einer öffnung für die Aufnahme eines Elektrodenstabs mit 200 μΐη Durchmesser versehen, wonach an seiner Oberfläche durch Wärmebehandlung ein SiO₃-FiIm 51 gebildet wird. In die öffnung wird als Elektrodenstab

3" ein Au-Draht mit einem Durchmesser von 160 um eingeführt und festgelegt. Die mit der Tinte in Berührung zu bringende Oberflächenseite wird durch ein Plattier- bzw. Galvanisierverfahren mit einer Au-Beschichtung von 5 μια Dicke versehen, wonach eine Photoätzung in der

Weise ausgeführt wird, daß allein an dem Bereich des

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Elektrodenstabs die Au-Beschichtung als eine Elektrode mit 300 μπ\ χ 300 μπ\ zurückbleibt. Danach wird unter Zurücklassen des Photolack-Harzes an der Au-Elektrode Al in einer Dicke von 5 μΐη aufgedampft. Dann wird das Photolack-Harz von der Au-Elektrode entfernt. Darauffolgend wird mittels eines Zerstäubungsverfahrens als Heizelement eine ZrB_?-Schicht von 5 \xm Dicke gebildet. Der ZrB₂-FiIm wird durch Photoätzbehandlung in eine Form mit 20 um Breite und 500 um Länge gebracht, wonach dann zur Bildung eines Heizelements 48 gemäß der Darstellung in Fig. 9 und 10 allein der Al-Film selektiv weggeätzt wird.

Die Platte 49 wird mit einer Nut von 300 um Breite und 150 um Tiefe versehen und danach auf das vorstehend genannte Substrat geklebt. An ein Ende der Platte 4 9 wird eine Düsenöffnungsplatte mit einer Ausstoßdüsenöffnung von 50 um Innendurchmesser fest angeklebt, während mit dem anderen Ende der Platte 49 ein Tintenzufuhrrohr mit einem Einlaß von 80 um Innendurchmesser in enge Berührung gebracht wird.

Das auf diese Weise gebildete Heizelement 48 hat einen Widerstand von 20 0hm. An das Heizelement wird eine Rechteckwelle von 10 V mit einer Impulsbreite von 10 us angelegt. Dabei wird entsprechend der Information die Tinte abgegeben und in Form von Tröpfchen in gleichmäßigem Zustand bis zur Annäherung der Frequenz

an 7 kHz abgegeben, so daß ein gutes Bild erzielt on

wird. In diesem Fall hat die verwendete Tinte die folgende Zusammensetzung, die gemischt, gelöst und gefiltert wird:

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' Zusammensetzung:

Wasser 68 g

Äthyienglykol 30 g Direktechtschwarz B 2 g

(Sumitomo Chemical Co., Ltd.)

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung beschrieben. Bei diesem Beispiel soll das Frequenz-Ansprechvermögen bei dem Ausstoß der Tintentröpfchen auf folgende Weise verbessert werden: Die Querschnittsfläche der Wärmeenergie-Wirkzone in der Flüssigkeitskammer wird so gestaltet, daß sie nicht übermäßig groß im Vergleich zu derjenigen der

'^ Ausstoßdüsenöffnung ist, während die Wärmeenergie-Wirkzone auch so gestaltet wird, daß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Tinte erzielt wird und sich aus aufgelöstem Sauerstoff ergebende unerwünschte Bläschen längs der Tintenströmung aus der Flüssigkeitskammer

entfernt werden. Durch diese Ausgestaltung wird das von derartigen unerwünschten Bläschen in der Flüssigkeitskammer eingenommene Volumen auf einen bestimmten Wert oder darunter geregelt, so daß das Frequenz-Ansprechvermögen beim Ausstoß der Tintentröpfchen verbessert ist.

Die Fig. 11 und 12 zeigen schematisch Querschnitte von Aufzeichnungsköpfen. Zwischen einer Öffnungsfläche S einer Ausstoßdüse 52, einer Durchschnitts-Strömungs-

°

geschwindigkeit ν der Tinte an dem Bereich der Düse 52, einer Querschnittsfläche S„ der Innenseite der

Flüssigkeitskammer an einer Heizelement-Wirkzone 53 und einer Durchschnitts-Strömungsgeschwindigkeit v.. der Tinte an der Wirkzone 53 wird folgende Beziehung festgelegt:

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V^Vo ⁼ V^VH

Wenn ferner das Volumen der in Tröpfchenform ausgestoßenen Tinte mit V bezeichnet wird und die Frequenz mit f bezeichnet wird, ergeben sich folgende Gleichungen:

S_H.V„ » V·f

«η - -^r

Das Volumen V der Tintentröpfchen ist im wesentlichen durch die Öffnungsfläche S der Ausstoßdüse bestimmt. Wenn der Wert von S„ größer als derjenige von So ist, wird der Wert von v„ kleiner, so daß Bläschen aus

aufgelöstem Sauerstoff oder dgl. in der Flüssigkeitskammer zurückbleiben können.

™ Wenn beispielsweise der Durchmesser des Tintentröpfchens 100 μΐη ist und die Frequenz 10 kHz ist, ist im Falle von S_u = 1 mm χ 1 mm der Wert von v„ gleich 5,2 mm/s, während im Falle S„ = 100 μΐη χ 100 um der Wert von v. auf 52 cm/s angehoben ist, so daß die Bläschen aus der Flüssigkeitskammer ausgestoßen und entfernt werden.

Die Fig. 13 zeigt einen Querschnitt des Bereichs

mit der in Fig. 11 und 12 gezeigten Heizelement-Wirk-

zone 53 des Aufzeichnungskopfes. Zunächst wird auf einem Al-Substrat 54 von 5 mm Dicke mittels eines Zerstäubungsverfahrens eine SiO₂~Schicht 55 mit 3 um Dicke gebildet. Dann werden eine HfB_-Schicht von 100 nm Dicke als Heizelement 56 und eine Al-Schicht

von 500 nm Dicke zur Bildung von Elektroden 57.. und 57₂ in der genannten Reihenfolge aufgeschichtet,

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' wonach zum Freilegen des Heizelements auf einer Fläche von 100 μιη Breite und 1 mm Länge längs der Nut ein Photoätzverfahren ausgeführt wird. Darauffolgend wird zur Fertigstellung des Heizelements eine SiO_-Schicht 58 mit 500 nm mittels eines Zerstäubungsverfahrens aufgebracht. An das Substrat wird eine mit einer Nut versehene Platte 59 mit einer Nut zur Bildung einer Innen-Querschnittsfläche von 0,01 mm der Flüssigkeitskammer an der Heizelement-Wirkzone so aufgeklebt, daß di_e Nuten-Platte mit der Nut den Heizelement-Bereich umgibt. Dann wird an das vordere Ende der Nut eine Düsenöffnungsplatte mit einer Düsenöffnung von 80 um Durchmesser angeklebt, während an das hintere Ende der Nut ein Tintenzufuhrrohr angeschlossen wird, so daß ein '5 Aufzeichnungskopf entsteht. Auf gleiche Weise wird der vorstehend beschriebene Vorgang mit der Ausnahme wiederholt, daß zwei Nuten-Platten verwendet werden, die jeweils Nuten für die Bildung einer Innen-Querschnittsfläche der Flüssigkeitskammer an der Heizelement-Wirkzone von 0,05 mm^a bzw. 0,25 mm² haben, so daß als Ergebnis zwei Arten von Aufzeichnungsköpfen entstehen.

Das Heizelement hat einen Widerstand von 200 0hm.

Zur Prüfung des Frequenz-Ansprechvermögen bei dem Tinten-

ausstoß hinsichtlich der drei Arten von Aufzeichnungsköpfen wird an das Heizelement eine Rechteckwelie von 30 V mit einer Impulsbreite von 5 us angelegt. Als Ergebnis wurde ermittelt, daß bei Verringerung der Innen-Querschnittsfläche der Flüssigkeitskammer an der Heizelement-Wirkzone auf einen kleineren Wert der Aufzeichnungskopf selbst bei einer hohen Frequenz ein gutes Ansprechvermögen zeigt. Bei der gleichen Frequenz läßt der Aufzeichnungskopf mit einer größeren Querschnittsfläche der Flüssigkeitskaitimer den Ausstoß der Tinte nur für einige Sekunden zu, wonach der Ausstoß endet, da viele Bläschen in der Flüssigkeitskammer blei-

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ben. Die Frequenz-Ansprechgrenzen für die drei Aufzeichnungsköpfe bei dem Ausstoß der Tintentröpfchen sind folgende:

Querschnittsfläche* Frequenzansprech-Grenze

0,01 mm² 15 kHz

0,05 mm² 8 kHz

0,25 mm² 2 kHz

* Querschnittsfläche der Innenseite der Flüssigkeits-

kammer an der Heizelement-Wirkzone. 15

Die bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel verwendete Tinte wurde durch Mischen und Lösen und darauffolgendes Filtern der folgenden Komponenten hergestellt:

Komponenten:

Toluol 70 g

Äthylenglykol 28 g ölruß HbB 2 g

" (Orient Chemical Industries Ltd.)

Obgleich das vorstehend angeführte Beispiel einen Einzelkopf betrifft, können auch bei Abwandlung in einen Aufzeichnungskopf mit einer Mehrfachanordnung

von Düsenöffnungen vorteilhaftere Ergebnisse dadurch erzielt werden, daß die Innen-Querschnittsflache der Flüssigkeitskammer an der Wärmeerzeugungs-Wirkzone nicht übermäßig groß im Vergleich zur Fläche der Düsenöffnung gestaltet wird, gleichartig wie im

Falle eines Einzelkopfs. Das heißt, das beste Frequenz-Ansprechvermögen wird erzielt, wenn der Wert von S_Q/S_H nahe an "1" liegt, während verhältnismäßig gute Ergebnis-

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se erzielt werden, wenn S /S„ im Bereich von 1/4 bis

O η

4 liegt. Wenn S /S„ 1/10 oder darunter bzw. 1O oder darüber ist, werden die Tintentröpfchen nur in unstabilem bzw. ungleichmäßigem Zustand oder kaum ausgestoßen.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein weiteres

Ausführungsbeispiel für den Aufzeichnungskopf beschrieben, das eine Aufzeichnung mit sparsamem Energieaufwand ermöglicht und bei dem ein Ablenken bzw. Verspritzen oder Abtropfen der Tinte verhindert ist.

Die Fig. 14 zeigt den wesentlichen Teilbereich bei diesem Ausführungsbeispiel. In einem Aufzeichnungskopf-Bereich 60 steht Tinte 62 unter einem Druck P., so daß sie einen Meniskus 63 an einer Stelle bildet, die von einer Ausstoßdüsenöffnung 61 weg zum Inneren des Kopfs hin um eine Strecke Λη entfernt ist. Die zwischen der Düsenöffnung 61 und der von der Düsenöffnung um die Strecke An entfernten Stelle gebildete Fläche wird nachstehend als Stegbereich 64 bezeichnet, der einer Wasserabstoß-Behandlung oder -Beschichtung, wenn die Tinte 62 Wasser als Hauptlösungsmittel enthält, oder einer Ölabstoß-Behandlung oder -Beschichtung unterzogen wird, wenn die Tinte verschiedenerlei organische Verbindungen als Hauptlösungsmittel enthält. 65 bezeichnet eine Behandlungsmaterial-Schicht, die durch die Behandlung bzw. Beschichtung geformt wird. Der Druck P₁ kann entweder mittels einer künstlichen Vorrichtung wie einer Pumpe oder dgl. oder durch die Schwerkraft der Tinte selbst aufgebracht werden. Ein Heizelement 66 wird in einem mit Δ m bezeichneten Bereich ausgebildet, der vorzugsweise nahe an dem Stegbereich 64 liegt. Wenn nun ein elektrisches Signal an das Heizelement 66 angelegt wird, erfährt die Tinte an dem Bereich Am eine plötz-

3* liehe Druckänderung, die den Meniskus 63 zerstört, wodurch die Tinte nach vorne zu (nach rechts in der Figur) ausgestoßen wird. Dabei wird die Tinte nicht "ver-

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spritzt", sondern in Form gesonderter Tröpfchen 67 ausgestoßen, was auf das Vorhandensein des Stegbereichs mit ausreichender Länge zurückzuführen ist. Die auf diese Weise ausgestoßenen Tintentröpfchen werden auf ein Auf-Zeichnungsmaterial 68 aufgebracht, wodurch die Aufzeichnung herbeigeführt wird.

Die Fig. 15 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiels. An einem Teil des Außenumfangs oder an dem ganzen Außenumfang eines zylindrischen Materials 6 9 aus Glas oder einem keramischen Werkstoff wird ein Heizelement-Abschnitt 70 geformt. Der Abschnitt 70 ist aus einem Heizwiderstand 71, Elektroden 72^ und 72₂, einem Schutzfilm 73 und einer Oxidations-

schutzschicht 74 gebildet. Ein Stegbereich 75 und eine Ausstoßdüse 76 werden mit einer Behandlungs- bzw. Vergütungs-Material -Schicht 77 bedeckt, die durch Wasserabstoß- oder Ölabstoß-Beschichtung geformt wird. Die Tinte 78 wird unter einem Druck P in das Zylindermaterial bzw. den Zylinder 69 so eingefüllt, daß sie mit der Schicht 77 in Berührung kommt und einen Meniskus 79 bildet. Wenn an die Elektroden 72₁ und 72_ ein elektrisches Signal angelegt wird, erfolgt in dem Heizwiderstand 71 eine Wärmeerzeugung in der Weise, daß plötzlich

Bläschen in der Tinte 78 geformt werden, die in einer Flüssigkeitskammer 80 mit einer Fläche q in Berührung ist, an der der Heizwiderstand 71 ausgebildet ist. Der sich ergebende Druckvorgang läßt den Ausstoß der Tinte 78 in Form von Tröpfchen 81 zu. Die Tintentröpfchen 81 werden nach vorne zu (nach rechts in der Figur) ausgestoßen und zur Fertigstellung der Aufzeichnung auf ein Aufzeichnungsmaterial 82 aufgebracht.

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Gemäß der vorstehenden Erläuterung wird der die Ausschlußdüse enthaltende Flüssigkeitskammer-Bereich, nämlich insbesondere der Stegbereich und die Düse einer Wasserabstoß- oder Ölabstoß-Behandlung unterzogen, wodurch es möglich ist, die Energie für den Ausstoß der Tintentröpfchen zu verringern und einen Aufzeichnungsvorgang mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen. Ferner wird die Tinte in Form gesonderter Tröpfchen ausgestoßen, ohne daß ein "Verspritzen" oder "Abtropfen" auftritt; dadurch ist eine gute Aufzeichnung ohne Schleierbildung bzw. Verschmierung erzielbar.

Die Wasserabstoß- oder Ölabstoß-Beschichtung erfolgt durch Eintauchen des schon hergestellten Aufzeichnungskopfs in eine Behandlungs- bzw. Vergütungs-Flüssigkeit, durch Aufsprühen einer flüssigen Dispersion von Teflon auf den Kopf oder durch ein ähnliches Verfahren. Bei dem Eintauchverfahren wird im Falle der wasserabstoßenden Beschichtung eine Lösung eines Siliconharzes in Toluol verwendet, während im Falle der ölabstoßenden Beschichtung eine wäßrige Lösung von Gummiarabicum und Phosphorsäure verwendet wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch folgende technische Probleme zu lösen:

(1) Es ist der Energie-Wirkungsgrad für den Ausstoß der Tintentröpfchen zu verbessern, d. h. die für die Aufzeichnung notwendige Energie dadurch zu verringern, daß die Ausstoßmenge an Tintentröpfchen je Eingangsenergie-Einheit gesteigert wird.

(2) Zur Stabilisierung bzw. Vergleichmäßigung und Verbesserung der Güte der Aufzeichnung sind die

"^J ausgestoßenen Tintentröpfchen in ihrer Größe gleichförmig zu machen.

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Durch ausführliche Untersuchungen wurde festgestellt, daß mit einer Verkleinerung des Kalibers bzw. der Weite der Ausstoßdüsenöffnung des Aufzeichnungskopfs der Energie-Wirkungsgrad für den Ausstoß der Tintentröpfchen verbessert wird und daß die Tintentröpfchen in ihrer Größe gleichförmig werden, wenn die Form des Querschnitts der Düsenöffnung einem Kreis nahe kommt. Hinsichtlich der Herstellung ist es jedoch nicht leicht, für den Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf diese Bedingungen zu erfüllen. Beispielsweise ist es schwierig, ohne eine Technologie hohen Niveaus einen Düsenabschnitt mit einer feinen öffnung zu formen und seine Spitze kleiner zu machen. Ferner ist die Herstellungs-Ausbeute nicht hoch. Auf ähnliche Weise bestehen technische Schwierigkeiten in hohem Ausmaß, wenn der Aufzeichnungskopf als Mehrfachanordnungs-Kopf auszubilden ist.

Dagegen können die vorstehend genannten Probleme (1) und (2) dann gelöst werden, wenn die Ausstoßdüsenöffnung mittels einer Schicht aus ausgehärtetem Harz hergestellt wird. Ein konkretes Verfahren hierzu wird anhand der Zeichnung erläutert. Es wird ein Beispiel für die Herstellung eines Aufzeichnungskopfs in Mehr-

fachanordnungs-Ausführung beschrieben. 25

In einem ersten Schritt wird gemäß der Darstellung in Fig. 16 ein Substrat 84 mit einer Mehrzahl von Längsnuten 83 an eine ebene Platte 85 angebracht, um damit einen Flüssigkeitskammer-Abschnitt 86 zu bilden, der den

Hauptteil des Aufzeichnungskopfs darstellt. Das Substrat 84 kann aus Glas, Quarz, keramischen Werkstoffen, Metallen, organischen Kunststoffen usw. bestehen. Das Material für die Platte 85 kann das gleiche wie dasjenige des Substrats 84 sein. In der Figur sind mit 87a, 87b und

87c öffnungen bezeichnet.

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Wenn im weiteren dieser Aufzeichnungskopf für die vorstehend beschriebene Tintenstrahl-Aufzeichnung mit Wärmeenergie ausgestaltet wird, wird zur Bildung des Flüssigkeitskammer-Abschnitts 86 der (nicht dargestellte) folgende Schritt vorgenommen: An der Platte 85 wird durch ein Aufdampfverfahren eine SiO₂~Schicht als Wärmespeicherungsschicht ausgebildet. Darauf wird zur Bildung einer Heizwiderstandsschicht Ta_N abgelagert und dann als Elektrode Aluminium aufgedampft. Durch ein Ätzverfahren wird in der Aluminium-Elektrode ein gewünschtes Muster gebildet, um damit wenigstens einen Teil der Heizwiderstandsschicht freizulegen. Die auf diese Weise behandelte Platte 85 wird so mit dem Nuten-Substrat 84 verbunden, daß zur Bildung eines sog. Thermokopfes der freiliegende Bereich der Heizwiderstandsschicht an dem entsprechenden Bereich der Flüssigkeitskammer, d. h. an der Nut des Substrats liegt. Nach Wunsch kann auf der Außenfläche des Thermokopfs durch Dampfablagerung eine SiO--Schicht als Schutzschicht gebildet werden. 20

In dem zweiten Schritt wird gemäß der Darstellung in Fig. 17 eine Harzflüssigkeit bzw. Flüssigharz 88 durch Eintauchbeschichtung, Bürstenbeschichtung, Sprühbeschichtung oder ein ähnliches Beschichtungsverfahren auf die Seitenfläche des bei dem vorangehenden ersten Schritt gebildeten Flüssigkeitskammer-Abschnitts 86 mit den öffnungen 87a, 87b und 87c aufgebracht.

Die Größe der öffnungen 87a, 87b und 87c liegt gewöhnlich in dem Bereich von 40 μπι χ 40 \xm bis 300 um χ 300 um (die öffnungen können kreisförmig sind, wobei dann das Kaliber bzw. die Weite im Bereich von 40 um Durchmesser bis 300 um Durchmesser liegt). Nach dem vorstehend angeführten Verfahren ist es jedoch außer-

ordentlich einfach, die Weite der öffnungen zu verringern, wie beispielsweise auf eine Düsenöffnungs-Größe von unge-

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fähr 5 μπι Durchmesser bis 8O μπι Durchmesser. Weiterhin kann bei dem vorstehend genannten Schritt die öffnungsgröße der Düse und die Form ihres Querschnitts auf einfache Weise dadurch eingestellt werden, daß die Viskositat der verwendeten Harzflüssigkeit und deren Oberflächenspannung gesteuert wird und die Häufigkeit der Beschichtung mit der Harzflüssigkeit verändert wird. Wenn beispielsweise eine Harzflüssigkeit mit einer verhältnismäßig hohen Viskosität verwendet wird, kann eine Düsenöffnung mit dem vorstehend genannten Größenbereich durch einmaliges Beschichten mit der Harzflüssigkeit gebildet werden. Wenn im Gegensatz dazu eine Harzflüssigkeit mit niedriger Viskosität verwendet wird, wird zur Bildung einer Düsenöffnung einer gewünschten Weite der Beschichtungsvorgang mehrmals wiederholt. Dabei ist hinsichtlich der Einstellung der Größe und der Form der Düsenöffnung der mehrfache Beschichtungsvorgang vorteilhafter als der einmalige Beschichtungsvorgang.

Bei dem vorstehend genannten zweiten Schritt werden die geeigneten öffnungen in manchen Fällen an den den öffnungen 87a, 87b und 87c entsprechenden Stellen allein durch die Beschichtung bzw. Aufschichtung der Harzflüssigkeit geformt, was auf die Oberflächenspannung der

" Harzflüssigkeit selbst zurückzuführen ist. Wenn dabei die öffnungen nicht gebildet werden, werden die entsprechenden Stellen beispielsweise mittels eines Drahts durchlöchert, um die gewünschten öffnungen zu bilden.

Die auf diese Weise gebildeten öffnungen bilden die

Ausstoßdüsenöffnungen 87a¹, 87b¹ und 87c¹. Solange die vorher geformten öffnungen 87a, 87b und 87c gleich groß sind, werden die Dusenöffnungen 87a¹, 87b¹ und 87c' gleich groß. Die Querschnittsform der Düsenöffnungen

ist im wesentlichen kreisförmig.
35

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Harzflüssigkeits-Materialien sind beispielsweise: Polyurethan, Epoxidharz, Phenoxyharz, Phenolharz, Siliconharz, Polyfluorkohlenwasserstoff, Polyimid, Polyamid, Polyester, ungesättigter Polyester, Polyvinyl-Chlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyvinylalkohol, Polyvinylformal, Polyvinylbutyral, Diallyphthalat, Polysulfid, Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Butadien-Acrylnitril-Kautschuk (NBR), Butylkautschuk, Chloroprenkautschuk usw. Diese Harze können einzeln für sich, in einem organischen Lösungsmittel gelöst'oder zusammengemischt verwendet werden. Von diesen Harzen werden Harze wie Polyurethan, Siliconharz, Phenolharz, Epoxidharz usw., die unter Ausbildung einer dreidimensionalen Struktur ausgehärtet werden, so daß sie in verschiedenen Lösungsmitteln unlöslich und unschmelzbar werden können, besonders bevorzugt, da diese eine hohe Beständigkeit gegenüber der Aufzeichnungstinte oder dgl. haben. 20

Die Harzflüssigkeit wird so hergestellt, daß sie eine Viskosität in dem folgenden Bereich hat: Im Falle der Harzflüssigkeit ohne Lösungsmittel (25 ⁰C) wie des Epoxidharzes kann ein solches mit einer Viskosität von 100 mPa.s bis 100000 mPa.s (25 ⁰C) und vorzugsweise von 10000 mPa.s bis 20000 mPa.s (25 ⁰C) verwendet werden. Wenn die Harzflüssigkeit durch Auflösen eines Harzes wie Polystyrol usw. in einem Lösungsmittel hergestellt wird, wird die Harzflüssigkeit im allgemeinen mit einer

^ou Viskosität im Bereich von C-Z₇ bei 25 ⁰C, gemessen nach dem Gardner-Holdt-Verfahren,eingesetzt. Insbesondere ist Harzflüssigkeit mit einer Viskosität von Y - Z₃ oder ähnlich vorzuziehen.

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Nach dem vorstehend genannten zweiten Schritt wird die Schicht aus der Harzflüssigkeit 88 getrocknet und ausgehärtet, um damit den wesentlichen Teil des Mehrfachanordnungs-Aufzeichnungskopfs fertigzustellen. 5

Der Querschnitt des Kopfs entlang der Linie X-Y in Fig. 17 ist in Fig. 18 gezeigt, in welcher 84 das Substrat ist, 85 die Grundplatte ist, 86 der Flüssigkeitskammer-Abschnitt ist, 88* ein ausgehärteter Harzfilm ist und 87a¹ die Ausstoßdüsenöffnung ist.

Das vorstehend angeführte Verfahren wird anhand eines konkreten Beispiels weiter erläutert. Das heißt, ein Mehrfachanordnungs-Aufzeichnungskopf wird auf folgende Weise hergestellt:

Zunächst wird zur Herstellung eines Aufbaus gemäß der Darstellung in Fig. 16 eine Glasplatte verwendet.

Dabei ist die Öffnungsgröße 150 um χ 150 um. 20

Als nächstes wird eine Harzflüssigkeit aus einer Mischung von

Epikote #828 (Epoxidharz,

^⁵ Shell Chemicals Co.) 100 Gew.-Teile und

Epomate B-002 (Epoxid-Härtungsmittel, Ajinomotor

Co., Inc.) 40 Gew.-Teile

hergestellt.

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Das Flüssigharz bzw. die Harzflüssigkeit wird in kleiner Menge so auf jede öffnung getropft, daß sie sich an den Umfangswandungen der öffnung ablagert. Wenn dabei in dem Flüssigkeitsfilm in der öffnung keine Düsenöffnung entsteht, wird der Flüssigkeitsfilm durchlöchert, wie z. B. mittels eines Wolframdrahts von 40 um Durchmesser. Bei diesem Vorgang ist es möglich, auf einfache Weise Düsenöffnungen gleicher Größe zu bilden.

Nachdem der Aufbau bei Raumtemperatur stehen gelassen wird, wird nach Abschluß der Gelierens bzw. Erstarrens der Aufbau für drei Stunden auf 60 ⁰C erwärmt, so daß dadurch die Bildung der Düsenöffnungen mit der Weite von 40 μπ\ Durchmesser beendet wird.

Die Lage der Ausstoßdüsenöffnung ist nicht auf die in Fig. 18 gezeigte beschränkt, sondern nach Belieben wählbar. Beispielsweise kann die Düsenöffnung an einer Stelle in Richtung senkrecht zur Längsachse des Flussigkeitskammer-Abschnitts angebracht werden, wie es in Fig. 19 gezeigt ist. In dieser Figur sind die gleichen Teile wie in Fig. 18 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, während 89 eine Ausstoßdüse bezeichnet.

Wenn die Ausstoßdüse auf die vorstehend beschriebene Weise eingestellt wird, wird ein praktisch für die Tintenstrahl-Aufzeichnung brauchbarer Kopf erzielt, der den Ausstoß der Tintentröpfchen mit gutem Energie-Wirkungsgrad, d. h. mit großer Menge an ausgestoßenen

Tintentröpfchen je Eingangs-Aufzeichnungs-Energie-Einheit erlaubt. Zugleich ist damit ein Verfahren zur Herstellung des Kopfs in vereinfachter Weise mit hoher Genauigkeit gegeben.

Im folgenden wird ein weiteres Beispiel erläutert,

das ein Verfahren zur Bildung der vorstehend genannten

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Düsenöffnungen betrifft.

Zunächst wird nach Fig. 20 eine ebene Platte 91 mit einer Mehrzahl von Längsnuten 9O₁, 90_, 90-, 90., 9Ο_ς und 9O₆ zur Bildung der Flüssigkeitskammern des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfs versehen. Die Platte besteht aus Glas, Quarz, keramischen Werkstoffen, organischen Kunststoffen, Metallen, Legierungen oder dgl.

Andererseits wird gemäß der Darstellung in Fig. 21 eine weitere ebene Platte 92 hergestellt, die aus dem gleichen Material wie die Platte 91 nach Fig. 20 gebildet ist.

Als erster Schritt wird die Platte 91 mit der Platte 92 so verbunden, daß Rippen- bzw. Stegteile 91a, 91b, 91c, 91d, 91e, 91f und 91g an der Platte 91 einer Seite der Platte 92 gegenüberstehen. Als Ergebnis wird gemäß der Darstellung in Fig. 22 der wesentliche Teilbereich

*" 93 des Kopfs geschaffen, der den Längsnuten 9O₁ bis 90_g entsprechende Flüssigkeitskammern hat.

Falls der Kopf für die vorstehend genannte Tintenstrahl-Aufzeichnung mit Wärmeenergie ausgestaltet wird, ^iJ wird zur Formung der Flüssigkeitskammern der (in der Zeichnung nicht gezeigte) folgende Schritt ausgeführt:

Auf die Platte 92 wird zur Bildung einer Wärmespeicherschicht SiO₉ aufgedampft, auf welches als Heiz-

Widerstandsschicht bzw. Elektrode Ta₂N bzw. Aluminium in dieser Reihenfolge aufgedampft werden. Zum Freilegen eines Teils der Heizwiderstandsschicht wird die Aluminium-Elektrode beispielsweise durch ein Ätzverfahren zu einem gewünschten Muster geformt. Die auf diese Weise behandelte Platte 92 wird so mit der Platte 91 verbunden, daß der freiliegende Bereich der Heizwiderstandsschicht an der Platte 92 jeweils einer Nut in der Platte 91 gegenübersteht. Bei diesem Schritt wird ein sog.

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Thermokopf hergestellt. Nach Wunsch kann an der Außenfläche des Thermokopfs eine Schutzschicht beispielsweise aus SiO₂ gebildet werden.

Die Nuten 9O₁ bis 90_fi nach Fig. 20 können natürlich durch Schneiden, Ätzen oder ein ähnliches Verfahren geformt werden. Alternativ kann die Platte 91 in die in Fig. 20 gezeigte Gestaltung mittels eines Formungsverfahrens so geformt werden, daß an ihr die Nuten 9O₁ bis 9O, und die Stegabschnitte 91a bis 91g ausgebildet sind.

Als nächstes werden als zweiter Schritt an einer in Richtung eines Pfeils Pa in Fig. 22 gesehenen Seitenfläche 93a des bei dem vorangehenden Schritt geformten Aufbaus 93 Metalle, Metallverbindungen oder anorganische Verbindungen "abgeschieden", um damit einen Film 94 gemäß der Darstellung in Fig. 23 zu formen. Der Ausdruck "Abscheidung" in diesem Satz bedeutet hierbei, daß die Metalle, die Metallverbindungen oder die organischen Verbindungen in Form feiner Teilchen verdampft oder versprüht werden und danach an einer beliebigen Fläche zum Verfestigen und festen Anhaften gebracht werden. Zu den Metallverbindungen zählen beispielsweise Metalloxide, Metallboride und Metallnitride.

Als Abscheidungsverfahren können unterschiedliche Maßnahmen zur Bildung eines Dünnfilms genannt werden. Eines der Verfahren ist das Verfahren der Aufdampfung in Vakuum. Nach diesem Verfahren können zur Filmbildung Metalle wie Gold, Silber, Kupfer, Aluminium/ Palladium, Platin und dgl., Metallverbindungen wie SiO₂/ Ta₂N, Ta-Oc, ZrB₂ und dgl. und organische Verbindungen wie insbesondere Polyxylylenharz und seine Derivate abge-

lagert werden. Andere Beispiele sind das Zerstäubungs-

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- 43 - B 10000

bzw. Aufspritzverfahren, das Ionen-Plattierverfahren, das Dampfphasen-Wachstumsverfahren und das Plasma-Polymerisations -Verfahren. Das Aufsprüh-Verfahren, das Ionen-Plattierverfahren und das Dampfphasen-Wachstumsverfahren sind auf dem technischen Gebiet der Filmbildung als Verfahren zur Ablagerung von Metallen und Metallverbindungen für die Formung eines Films bekannt. Das Plasma-Polymerisationsverfahren wird als Verfahren zur Abscheidung eines Monomers von organischen Verbindungen zur Bildung eines Films angewendet. Beispiele für die durch dieses Verfahren polymerisieren Monomere sind Vinylferrocen, 1,3,5-Trichlorbenzol, Chlorbenzol, Styrol, Ferrocen, Picolin, Naphthalin, Pentamethylbenzol, Nitrotoluol, Acrylnitril, Biphenyl, Diphenylselenid, p-Toluidin, p-Xylol, N,N-Dimethyl-p-toluidin, Toluol, Anilin, Dipheny!quecksilber, Hexamethylbenzol, Malonsäuredinitril, Tetracyanäthylen, Thiophen, Benzolselenol, Tetrafluoräthylen, Äthylen, N-Nitrosodiphenylamin, Acetylen, 1,2,4-Trichlorbenzol, Propan, Thioharnstoff und Thioacetamid.

Die Metalle, Metallverbindungen oder organischen Verbindungen werden zur Filmbildung an der Seitenfläche 93a des Aufbaus 93 abgelagert. Als Folge davon werden die zuvor in dem Aufbau 93 geformten öffnungen verengt und auf im wesentlichen kreisförmige Form verändert. Gemäß der Darstellung in Fig. 23 werden die auf diese Weise behandelten öffnungen 9S₁ bis 95, als Ausstoßdüsen für Tintentröpfchen verwendet.

*® Die dadurch geformten Düsenöffnungen 9S₁ bis 95, werden in ihrer Weite gleichförmig, sofern die zuvor in dem Aufbau 93 geformten öffnungen gleichförmiges Format haben. Die öffnungsweite der Düsenöffnungen und die Form ihrer Querschnitte können auf einfache Weise

und mit hoher Genauigkeit hauptsächlich dadurch herge-

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stellt werden, daß die Zeitdauer des vorstehend genannten Ablagerungsvorgangs gesteuert wird. Da im Vergleich zu der herkömmlichen Formung eines Films mittels des Beschichtungsverfahrens dabei auf einfache Weise ein gleichförmiger Film über im wesentlichen der ganzen zu behandelnden Fläche geformt wird, wird gleichmäßig eine Mehrfachanordnung von Düsenöffnungen mit einer festgelegten Öffnungsgröße und Öffnungsform erzielt, die trotz der sehr kleinen Öffnungen niemals verstopft oder geschlossen werden.

Die Düsenöffnungsgröße für die Aufzeichnungsvorrichtung liegt im Bereich von ungefähr 5 um Durchmesser bis 200 um Durchmesser und vorzugsweise im Bereich von 5 \im Durchmesser bis 50 um Durchmesser, wobei auf die vorstehend beschriebene Weise die Öffnungsgröße in einem solchen Bereich auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit aus einer Öffnung von 50 um Durchmesser bis 300 \im Durchmesser gebildet werden kann.

Die Fig. 24 zeigt beispielsweise einen Querschnitt längs der Linie Y'-Y" in Fig. 23. In Fig. 24 sind 91 und 92 die ebenen Platten, 96 die Flüssigkeitskammer, 94 der mittels des Ablagerungsverfahrens gebildete Film " und 95g eine der Ausstoßdüsenöffnungen.

Der vorstehend beschriebene Vorgang wird in größeren Einzelheiten anhand der Herstellung eines Aufzeichnungskopfs erläutert. Ein Kopf der Mehrfachanordnungs-Aus-

führung wird nach dem folgenden Verfahren hergestellt:

Zunächst werden zur Herstellung eines Aufbaus gemäß der Darstellung in Fig. 22, der mehrere Öffnungen mit einem Format 1OO μΐι χ 1OO ρ hat, zwei Glasplatten

verwendet. Dabei werden drei gleichartige Aufbauten her-

030019/0823

- 45 -

B 1OOOO

gestellt.

An der Fläche der Öffnungseite eines jeden auf diese Weise hergestellten Aufbaus werden die Ablagerungsvor— gänge unter den in der folgenden Tabelle angegebenen Bedingungen ausgeführt. Jeder derAblagerungsvorgänge ergibt einen Aufzeichnungskopf mit gleichförmigen AusstoÄdüsenöffnungen gemäß der Beschreibung in der Tabelle.

Beispiel	BehandlunqsbedinqiÄKferi	Material für die Abschei dung	Film- dicke	öffhuigs-
Nr.	Abscheidungs- verfahren	Al	25 um	durchmesser
1	Aufdampfen" im Vakuum	PoIy- xylylen- harz	20 um	40 um φ
2	■	SiO₂	10 um	50 um Φ
3	Zerstäuben*	o-)tylol	8 um	70 um φ
4	Plasma polymeri sation **	75 um φ

Anmerkungen:

* Bei der Behandlung der Fläche wird die Dampfablagerung in Vakuum und ein Aufsprühverfahren ausgeführt. ** bzw. Polymerisation in einem Plasma.

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Im folgenden wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Aufzeichnungsvorrichtung erläutert. Dieses Verfahren dient dazu, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einem Einlaß für die Tintenzufuhr, einem Heizelement für die Wärmeenergie-Zufuhr zu der Tinte und einer Ausstoßdüse für das Ausstoßen der Tinte in der gewünschten Richtung herzustellen, mit welchem die Tinte durch Zufuhr von Wärmeenergie zu der Tinte in Form von Tröpfchen aus der Düse ausgestoßen wird. Dieses Herstellungsverfahren umfaßt folgende Schritte:

(a) Anbringen eines Heizelements an mindestens einer Substratoberfläche eines Substrats mit einer Fläche A, die mit einer Nut ausgestaltet ist, und eines Substrats mit einer Fläche B, und

(b) festes Verkleben der Fläche A mit der Fläche B mittels eines Klebstoffs, der zur Bildung einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur geeignet ist.

Wenn gemäß den vorstehenden Ausführungen die Substrate mit der Nut bzw. dem Heizelement mittels eines zur Bildung einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur geeigneten Klebstoffs fest zusammengeklebt werden,

** wird ein Aufzeichnungskopf erzielt, der hinsichtlich der Ausstoß-Eigenschaften der Tintentröpfchen hervorragend ist, d. h. hinsichtlich des Wirkungsgrads bei der Bildung der Tintentröpfchen, des Wirkungsgrads bezüglich der Energie-Wirtschaftlichkeit, des Wirkungs-

**^v grads bei einer gleichförmigen Ausbildung der Tintentröpfchen, der Gleichförmigkeit der Tröpfchen und dem Wärmeansprechvermögen. Darüber hinaus kann auf vereinfachte Weise unter einfacher Präzisions-Verarbeitung eine Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Mehrfachanord-

nung von Düsenöffnungen in hoher Dichte hergestellt werden. Insbesondere erlaubt der erzielte Aufzeichnungskopf eine stabile bzw. gleichmäßige Ausbildung von

03 0 019/0823

- 47 - B 10000

Tintentröpfchen bei dem kontinuierlichen Ausstoß der Tintentröpfchen mit hoher Geschwindigkeit.

Nachstehend wird die Herstellung eines Aufzeichnungskopfes der Aufzeichnungsvorrichtung beschrieben. Die Fig. 25 dient zur Erläuterung einer derartigen Herstellung. 97 bezeichnet ein Substrat (wie z. B. ein Aluminium-Substrat) , das an seiner Oberfläche mit einem Heizelement 98 versehen ist. Das Heizelement kann auf einfache Weise mit einem sehr kleinen Aufbau als Thermokopf hergestellt werden. Ein Substrat 99 ist mit einer Nut 100 versehen und aus Glas, keramischen Werkstoffen, wärmebeständigen organischen Kunststoffen oder dgl. hergestellt. Die Querschnittsform der Nut ist nicht auf die in Fig. 25 dargestellte Rechteckform beschränkt, sondern kann irgendeine andere Form wie beispielsweise Dreiecksform oder Halbkreisform sein.

Die beiden Substrate 97 und 99 werden mittels eines Klebstoffs zu einer Einheit so zusammengeklebt, daß

das Heizelement 98 entsprechend der Nut 100 angeordnet ist. Obgleich dies nicht gezeigt ist, sind an das Heizelement 98 Elektroden und Elektrodenzuleitungen für das Anlegen äußerer Signale angeschlossen. Gewünschten-" falls kann das Heizelement 98 mit einer Schutzschicht bedeckt sein.

Die Fig. 26 zeigt eine Seitenansicht des auf diese

Weise hergestellten Kopfs in Sicht von der Seite der

Düse her, wie z. B. in Sicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 25. Bei dem Aufbau wird der Vorrichtung die Tinte von der Rückseite der Zeichnungsebene her zugeführt, wobei in der Umgebung des Heizelements 98 ein Wärme-Wirkbereich für die Wärmeenergie-Zufuhr zu der Tinte gebildet ist.

030019/08 2 3

- 48 - B 1OOOO

Die Fig. 27 und 28 sind jeweils eine perspektivische Ansicht eines Kopfs mit Mehrfachanordnungs-Aufbau, der durch Abwandlung des vorangehend beschriebenen Kopfs erzielt wird, und eine Seitenansicht in der Sicht in Richtung des Pfeils B in Fig. 27. In den Fig. 25 bis sind die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der auf diese Weise hergestellte Aufzeichnungskopf ist hinsichtlich seines Aufbaus vereinfacht, hinsichtlich seiner Größe verringert und hinsichtlich einer genauen Verarbeitung leicht herzustellen, wobei er weiterhin in die Mehrfachanordnungs-Ausführung mit hoher Dichte abgewandelt werden kann.
15

Im weiteren wird das Prinzip des Ausstoßens der Tintentröpfchen aus dem Kopf kurz erläutert. Die Fig. 29 zeigt einen Querschnitt des Kopfs entlang der Nut 100. In den Kopf wird in Pfeilrichtung Tinte eingeführt. Wenn von außen her ein Signal in das Heizelement 98 eingegeben wird, erfolgt an diesem eine Wärmeerzeugung in der Weise, daß die Wärmeenergie zu der Tinte in einem Wärme-Wirkbereich 101 übertragen wird. Die Tinte nimmt die Wärmeenergie zu einer Zustandsänderung auf, wie beispielsweise zu einer Volumensausdehnung oder einer Bildung von Bläschen und damit zu einer Druckänderung. Die Druckänderung wird in Richtung einer Ausstoßdüse 102 übertragen, so daß Tintentröpfchen 103 ausgestoßen

werden.
30

Als Klebstoff zur Bildung der dreidimensionalen Netzwerkstruktur in der Klebstoffschicht können ein Klebstoff aus einem wärmehärtbaren Harz, der eine Struktur ergibt, die bei normaler Temperatur oder durch ^ Erwärmung nicht aufgelöst und geschmolzen wird, sowie

030019/0823

auch ein komplexer Klebstoff angeführt werden, der durch Vermischen eines wärmehärtbaren Harzes mit einem thermoplastischen Harz gewonnen wird, um damit die Schlagfestigkeit, die Flexibilität, die Maßhaltigkeit und andere physikalischen Eigenschaften des Klebstoffs aus dem wännehärtbaren Harz zu erzielen.

Als Material für den Klebstoff aus dem wärmehärtbaren Harz können beispielsweise ein Kondensationsprodukt von Formaldehyd mit Phenol, Resorcin, Harnstoff, Äthylenharnstoff, Melamin, Benzoguanaiain, Furan, Xylol usw., Epoxidharz, ungesättigter Polyester, Polyurethan, Siliconharz, Polydiallylphthalat und Copolyk'ondensationsprodukte davon genannt werden. Als Material für den komplexen Klebstoff können z. B. Harnstoff und zumindest ein Vertreter von Polyvinylacetat und Polyvinylalkohol; Phenolharz und zumindest ein Vertreter von Polyvinylacetat, Polyviny!formal, Polyvinylbutyral, Nitrilrubber, Chloroprenkautschuk und Nylon; Melaminharz und zumindest ein Vertreter von Acrylharz, Polyvinylacetat und Alkydharz oder Epoxidharz und zumindest ein Vertreter von Nylon, Polyamid, Acrylharz, synthetischem Kautschuk, Polysulfid, Polyisocyanat, Xylolharz und Phenolharz genannt werden.

Der bei der Aufzeichnungsvorrichtung verwendete Klebstoff in der Art eines wärmehärtbaren Harzes wird ferner in Einzelheiten beschrieben: Ein vorzugsweise zu verwendender Klebstoff kann ein Klebstoff vom Harn- ^ stoffharztyp aus Harnstoff und Formalin, ein Klebstoff vom Melaminharztyp aus Melamin und Formalin, ein Klebstoff vom Phenol-Formalinharz-Typ wie Resol oder Novolak, ein Klebstoff vom Resorcin-Formaldehyd-Harz-Typ, ein Klebstoff vom m-Xylol-Formaldehydharz-Typ,

ein Klebstoff vom Furanharztyp wie Furfuralharz, Furfural-Phenol-Harz, Furfuryl-Alkohol-Harz, Furfural-Furil-Harz, Furfural-Keton-Harz oder dgl. sein.

0300 1 9/0823

Als Beispiele für Epoxidharze können folgende Harze erwähnt werden: Epoxidharze vom Glycidyläthertyp, die von den folgenden Verbindungen hergeleitet sind:

(1) Diglycidyl-Polyäther von Bis(4-hydroxyphenylJdimethy!methan η = 0 -

CR,

1,-CH-CtU-Io^

CH₃

(2) Diglycidylather von Resorcin

CK. - CH - CH₁- O-f^t-O - CK. - CH -CK.

(3) Glycidylather von Tetrachlorbisphenol A

α α „.. ei α

CH₂-CH-CH₂-O

α α

(4) Diglycidylather von Butandiol

/\ A

CK₂-CH-CH₂-O-(CHj)₄-O-CH-CH-Cl^

030019/0823

30 35

- 51 - B 1OOOO

(5) Diglycidylather von Polypropylenglykol

CH₂-CH-CH₂-O-I-CH-CHi-O-J-CH₂-CH-CH₂

(6) 1,3-Bis 3-(2,3-epoxypropoxy)-propyl tetramethyldi s iloxan

10

O CH₃ CH, A

CH₂-CH-CH₂-O-CH₂-CH₂-CH₂-Si-O-Si-CH₁-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH-CH₂

CH, CH,

15

(7) Tetraglycidylather von Glycerin

CH₂-O-CH₃-CH-CH, _A

CH-O-CH₂-CH-CH,

CH₂-O-CH₂-CH-CH,

(8) Triglycidyläther von Tris-(hydroxymethyl)

phosphinoxid

r .A ]

ι - P-CHj-O-CH,- CH-CH₁ 030019/0823

(9) Triglycidylather von Trihydroxyphenylpropan

B 1OOOO

CK.-CH-CH, -O

OU-Oi-CH₁-

CH-CH₁- CH₂-^Jp- O- CH₁ -CH-CH₈

(10) Polyacrylglycidylather

H₂C - C-CH₂-CH-CH₂- CH-CH₂-CH₂

c* j*

O O

Ρ**

,CH

(11) Tetraglycidyläther von Tetrakis-(hydroxyphenyl)äthan

/°\ (TY

CHj- CH - CH,- 0-4^

CH-CH

0-CH₂-CH-CH₂

O-CHj-CH-CH,

03C019/0823

B 10000

(12) Epoxy-Novolak

CH₂-O

Λ Λ

CH-CH, CH₂-CH-CH, CH₂-CH-CH₂ f O . *» O

,-CH₂-

(13) cyclisches Silan-Epoxid

O CH,

y \ χ/

CH₂-CH-CH₂-O-(CH₂)J-Si 0

CH₃

Si CH, 0 O CH₃

χ/ ν/

(CH₂)J-O-CHj-CH-CH₁

O CH₃ O

S-(CHj)₃-O-CH₂-CH-CH₂ O 0

- Si -O-Si - (CH₂)J-O-CH₂-CH-CH₂ CH, CH,

(14) Phthalsaureglycidylester

C-O-CH₂-CH-CH₂

S V

030019/0823

- 54 - B 2St4<? 1 6 A

(15) Diglycidy!ester des Linolsäure-Dimeren

Ϊ A

C-O-CHj-CH-CH,

^C'^H

^CH S /°\

HC ^CH-(CHj)₇-C-O-CH_x-CH-CH₂ HC CH-CH_x-CH-CH-(CHj)₄-CH,

Y

(CHj),

CH,

usw.;

Epoxidharze vom Glycidylamintyp die von den folgenden Verbindunge hergeleitet sind:

(16) N-Diglycidylanilin

,CH₂-CH-CH, // w »./ 25

(17) 4,4'-Di-(methylglycidyl)-aminodiphenylmethan 30

^CH»

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- 55 - B 1OOOO

1 (18) Glycidylätherglycidylamin von p-Aminopheno1

5 A

³ Q-CH₁-CH-CH₁

A V Λ

CHj-CH-CH₂-N-CH₂-CH-CH₂

usw.;

Epoxidharze vom linearen, nicht glycidylischen Typ, die von den folgenden Verbindungen hergeleitet sind:

(19) Polyolefin-Epoxid

CH₂-CH-CH-CH₂-CH₂-CH-CH-CH₂-CH-CH-CH₂-CH-Ch₂-CH-CH₃-C-O

(20) Sojaöl-Epoxid

0 « C-O-C-(CH₂)I-CH-CH-(CH₂) -CH,

* --"V- CH-^HH

H C-O-C-(CH₂)H-CH-Oi-(CH₂) -CH, 30 H₂C-O-C-(CH₂),-CiCcH-(CH₁)-CH,

usw. ; 35

030019/0823

- 56 - B 100OO

1 Epoxidharze vom cyclischen, nicht glycidylischen Typ, die von den folgenden Verbindungen hergeleitet sind:

(21) VinyIcyclohexendioxid

10 (22) Limonendioxid

¹⁵ s^CC?

³ CK₂

(23) Dicyclopentadiendioxid 20

0<l CH₂

(24) Bis(2,3-epoxyeyelopenty1)äther 25

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- 57 - B 1OOOO

(25) Bisepoxydicyclopentyläther von Ä'thylenglykol

(26) 3_#4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4· epoxy-6-methylcyclohexancarboxylat

15 (27) Bis(3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)-

adipat

20 _o<^j-CH₂-O-C-(CH₂V

usw.

25 Repräsentative Härtungsmittel für die Epoxidharze werden nachstehend gezeigt:

Aliphatische Amine:
³⁰ Äthylendiamin

Diäthylentriamin
NH₂-CH₂-CH₂-NH-CH₂·

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- 58 - B 10000

Triäthylentetramin

NH,- (CJi₄-NH)₁-C₂H₄-NH,

Dipropylentriamin

NH,- CH,- CH₂-CH₁-NH- CH,- CH,- CH₁-NH,

Dimethylaminopropylamin

(CHj)₂N-CH,- CH₂-CH₂-NH,

Diäthylaminopropylamin

(CjH₅),-N- CH,-CH,-CH,-NH, 20 Cyclohexylaminopropylamin

NH - CH,- CH, - CH₂- NH₂

Monoäthanolamin

HO-CH₁-CH₁-NH, 30 Diethanolamin

HO- CH₂- CH₂-NH - CH₂-CH₂-OH

030019/0823

- 59 - B 100OO

Propanolamin

HO- CH₂- CH₂- CH₁-NH₂

N-Methyläthanolamin

HO-CH₂-CH₂-NH-CH₁

Aminoäthyläthanolamin

HO-CH₂-CH₂-NH-Ch₂-CH₂-NH₂

Monohydroxyäthyldiäthylentriamin

HO - CH₂- CH₂- NH - CH₂-CH,- NH-CH₂- CH₁- NH₂

Bishydroxyäthyldiäthylentriamin

HO - CH₂- CH₂- NH - CH₂- CH₂---HO-CH₂-CH₂-NH-CHj-CH₂-^

N-(2-Hydroxypropy1)-äthylendiamin

CH₃-CH- CH₂-NH-CHj-CH₂-NH₂ OH

usw.
35

030019/0823

- 60 - B 1OOOO

1 Aromatische Amine: m-Phenylendiamin

-NH,

'NH,

ρ,ρ'-Diaminodiphenylmethan 10

ir—Λ r~~\l

NH₁

'5 Diaminodiphenylsulfon

Benzyldimethylamin

<y-Methylbenzyldimethylamin

30 CH,

030019/0823

- 61 - B 1OOOO

Diraethylaminomethy!phenol

^CH'-^N<CH,

Tris(dimethylaminomethyl)benzol

/CH

>N-CH₂ ' ^

CHj'

USW.

Borverbindungen und Dicyandiamid: 20 Bortrifluorid-Aminkomplex

»j

Trialkanolaminborat

30 B^O-C₂H₄-N

N) - C₁H₄/

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- 62 - B 10000

Dicyandiamid

USW.

Carbonsäureverbindungen: 10

Phthalsäureanhydrid

CO^ 15

Maleinsäureanhydrid

CH-CO^

ι >o

CH-C(T

Oxalsäureanhydrid HCO-O-OCH

Hexahydrophthalsäureanhydrid

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- 63 Dodeceny!bernsteinsäureanhydrid

B 100OO

C₁₂H_n-CH-CO.

I >0

CH₁-CO

MethylendomethylenphthaIs äureanhydrid

Endomethylenphthalsäureanhydrid

CO

Pyromellitsäureanhydrid

co

Hexachlorendomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid (Het-Säure)

Cl-C-

ι
Ci-C-

Cl

ci-c-ci

I Cl

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- 64 - B 10000

Dichlormaleinsäureanhydrid

usw.

Metallverbindungen ohne Stickstoffatom: 10 (BuO)₄Ti, Cu Al(OBu). ₂ usw.

Falls erwünscht, können die folgenden reaktiven Verdünnungsmittel eingesetzt werden. 15

1) Propylenoxid

CH₃-CH-CH,

o⁷

2) Epichlorhydrin

CI-CH₂-CH-CH,

3) Acrylglycidyläther

= CH-CH,-O-CH,-CH-CH,

4) Butylglycidylather

C₄Ht-O-CH₁-CH-CH, 0^/

030019/0823

- 65 - B 1CX)OO

1 5) Octylenoxid

CH/ CH,· CH₂- CH₂- CH₂- CH₂- CH - CH₁

6) Styroloxid

Q-CH-CH,

7) Phenylglycidylather

15 Qo-CH₁-CH-CH₁

8) Diglycidyläther 20

CH₂- CH - CH₂- 0 - CH₂- CH -CH₂ tr ο

9) 2-Glycidylphenylglycidylather

O,

0-CH₂-

10) Vinylcyclohexendiepoxid

°<0"V^Ht

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1 11) S^-Epoxy-ö-methylcyclohexylmethyl-

3,4-epoxy-6-methylcyclohexencarboxylat

12) 3,4-Epoxyeyelohexylmethy1-10 3,4epoxycyclohexencarboxylat

-^CO-O-CH₂ 15

13) 2,6-Diglycidylphenylglycidyläther

CH₃-CH-CH₂-^J-CHj-CH-^CH₂

oder dgl.

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- 67 - B 10000

Beispiele für Klebstoffe der Polyisocyanatreihe, die eingesetzt werden, sind eineIsocyanatverbindung wie Tolylendiisocyanat, 3,3'-Ditolylen-4, 4'-diisocyanat, m-Phenylendiisocyanat, Triphenylmethan-p,p¹,p"-triisocyanat, Hexamethylen-1,6-diisocyanat, Naphthalin-1,5-diisocyanat oder dgl. eine von aus Verbindungen mit einer Hydroxylgruppe an den Enden wie Polyäthylenglykol, Alkylendiol oder dgl., Verbindungen mit PoIyaminogruppen und Verbindungen mit Polycarboxylgruppen ausgewählte Verbindung und, falls erwünscht, ein Katalysator wie Aminen, Metallchloriden, organischen Metallsalzen oder dgl.

Beispiele für Klebstoffe der ungesättigten Polyesterreihe, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, sind

ein Polykondensat, das von einer ungesättigten zweibasigen Säure oder deren Anhydrid wie Maleinsäureanhydrid und Fumarsäureanhydrid, einer gesättigten zweibasigen Säure oder deren Anhydrid wie Phthalsäureanhydrid, Adipinsäure und Terephthalsäure, einem zweiwertigen Alkohol wie Xthylenglykol und Propylenglykol und einem Vinylmonomer wie Styrol, Vinyltoluol, Chlorstyrol, Triallylcyanurat usw. und, falls erwünscht, einem Katalysator hergeleitet ist. 25

Bei Beispiel für die erfindungsgemäß eingesetzten Klebstoffe aus Siliconharz ist ein Organopolysiloxan mit Benzoylperoxid als Härtungsmittel.

Ein Beispiel für die Klebstoffe aus Polydiallylphthalatharz ist ein Katalysator mit Diallylorthophthalat:

j-^N- CO₂CH₂-CH=CH₂ V/~ CO₂CH₂-CH=CH₂

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- 68 - B 100OO

oder

Diallylisophthalat:

ι CO₂CH₂-CH=CH₂

Zusammengesetzte Klebstoffe aus wärmehärtbarem Harz werden durch Vermischen der vorstehend erwähnten Klebstoffe aus wärmehärtbarem Harz oder eines der vorstehend erwärmten Klebstoffe aus wärmehärtbarem Harz mit einem thermoplastischen Harz erhalten, und die zusammengesetzten Klebstoffe aus wärmehärtbarem Harz zeigen Anfangsklebkraft, thermische Stoßfestigkeit und Biegbarkeit, die besser als bei einzelnen wärmehärtbaren Harz-Klebstoffen ist.

Beispiele für die Kombination von Harzen zur Erzielung der zusammengesetzten wärmehärtbaren Harz-Klebstoffe sind:

eine Kombination von Harnstoffharz und mindestens einem Vertreter von Polyvinylacetat, Stärke, Polyvinylalkohol,

Melaminharz und Acrylharz;

eine Kombination von Phenolharz und mindestens einem Vertreter von Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, PoIyvinylformal, Polyvinylbutyral, Nitrilkautschuk, Chloropren, Nylon, HR, Melaminharz, Epoxidharz und Xylolharz;

^ow eine Kombination von Resorcinharz und mindestens einem Vertreter von Naturkautschuk-Latex, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Pyridinkautschuk, Phenolharz und Harnstoffharz;

eine Kombination von Melaminharz und mindestens einem

Vertreter von Acrylharz, Polyvinylacetat, Alkydharz, Epoxidharz und Kautschuklatex;

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eine Kombination von Epoxidharz und mindestens einem Vertreter von Nylon, Polyamid, Acrylharz, Phenolharz, Nitrilkautschuk, Polyisocyanat, Polysulfid, Xylolharz, Siliconkautschuk, Thiokol-Kautschuk, Anilinharz und Melaminharz; und eine Kombination aus Polyisocyanat und mindestens einem der Stoffe Phenolharz, Naturkautschuk, Chloroprenkautschuk, Polyacrylat, Polyäthylenglykol und Polyester.

Diese Klebstoffe haben vielerlei Vorteile in bezug auf die Herstellung der Aufzeichnungsköpfe der Aufzeichnungsvorrichtung. Beispielsweise können bei der Herstellung des Aufzeichnungskopfes diese Klebstoffe bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur (von Raumtemperatur an bis 200 ⁰C) gehärtet werden, so daß daher die Elektrode zur Ansteuerung des Heizelements nicht einer unerwünschten Oxidation ausgesetzt wird.

Ferner zeigen diese Klebstoffe ein hervorragendes Haftvermögen an vielerlei Materialarten und ergeben einen Aufzeichnungskopf mit großer Beständigkeit.

Weiterhin ergeben diese Klebstoffe nach ihrer Härtung einen geringen Volumensschwund, eine höhere Maßhaltigkeit, eine hohe Beständigkeit gegenüber der Auflösung in einer verwendeten Tinte und eine hohe Wärmebeständigkeit.

Diese Vorteile wirken sich gut auf die Herstellung ™ eines beim Ausstoß der Tintentröpfchen durch Einwirkung von Wärmeenergie verwendeten Aufzeichnungskopfs und auf die Ausstoß-Eigenschaften des sich ergebenden Aufzeichnungskopfs für den Ausstoß der Tintentröpfchen aus. Beispielsweise ergibt die hohe Maßhaltigkeit eine

genaue Herstellung des sehr kleinen Aufbaus, was es zuläßt, ein System von sehr dichten Mehrfachanordnungs-

030019/0823

- 70 - B 1OOOO

Düsenöffnungen zu formen; da auch die Lösungsfestigkeit gegenüber der Tinte und die Wärmebeständigkeit hoch sind, wird ein Absinken der Haltbarkeit verhindert.

Wenn ein Klebstoff ohne dreidimensionale Netzwerkstruktur verwendet wird, können die Flüssigkeitszuleitung in den Aufzeichnungskopf verstopft oder die physikalischen Eigenschaften der Tinte nachteilig verändert werden, so daß die Ausstoßeigenschaften beeinträchtigt werden, was zur Folge hat, daß die Vorteile nicht voll ausgenutzt werden können, die dem Aufzeichnungskopf eigen sind, der Tintentröpfchen durch Wärmeenergie ausstößt.

Wenn jedoch die vorstehend aufgeführten Herstellungsverfahrensvorgänge angewandt werden, kann ohne Beeinträchtigung durch die vorstehend genannten Nachteile die Aufzeichnungsvorrichtung mit dem minutiösen Aufbau

erzielt werden.
20

Von den vorstehend genannten Klebstoffen sind die Klebstoffe in Form von Phenolharzen und Epoxidharzen vorzuziehen, wobei insbesondere die Epoxidharz-Klebstoffe vorzuziehen sind.
25

Die Herstellungs-Verfahrensvorgänge sind nicht auf die in den vorstehend genannten Figuren beschränkt; vielmehr können folgende verschiedene Ausführungsarten

angewandt werden: ,

j

Beispielsweise kann gemäß der Darstellung in den _:

Fig. 30 (a) und (b) an eine Heizelement-Grundplatte 105 j mit Nuten 104 eine Platte 106 angeklebt werden. Ferner j kann nach Fig. 31 eine Heizelement-Grundplatte 105 mit !

'·

Nuten 104 versehen und an eine mit Nuten versehene Platte

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107 angeklebt werden. Gemäß der Darstellung in Fig. 32 können zwei Heizelement-Grundplatten 105 mit Nuten 104 zusammengeklebt werden. In diesen Figuren bezeichnet 108 ein Heizelement.
5

Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann eine Mehrfachanordnung von Düsenöffnungen mit hoher Dichte in einfacher Weise hergestellt werden.

Da insbesondere ein Klebstoff mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur verwendet wird, wird die Langzeit-Aufzeichnungs-Gleichförmigkeit oder Beständigkeit des Aufzeichnungskopfs verbessert und ein in der Praxis verwendbarer Aufzeichnungskopf erzielbar.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsarten für die Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren mittels der Aufzeichnungsvorrichtung beschrieben.

Ein Aufzeichnungsverfahren ist ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem das Tintentröpfchen-Ausstoß-Ansprechverhalten verbessert ist und eine Hochgeschwindigkeits-Aufzeichnung ermöglicht ist, wobei die Tinte über eine Ausstoßdüse durch die Wirkung von

" Wärmeenergie ausgestoßen wird und die "Tinte vorerwärmt wird (Vorwärmung). Durch Vorwärmung der Tinte dient die Wärmeenergie aus einem Aufzeichnungssignal wirkungsvoll nur zur Bildung der Tintentröpfchen, wodurch der Wirkungsgrad bei der Tintentröpfchen-Bildung, der

Energie-Wirkungsgrad, das Ausstoß-Ansprechvermögen und dgl. in einem hohen Ausmaß verbessert werden, so daß damit leicht eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden kann. Ferner kann selbst dann, wenn die Umweltbedingungen bei der Ausführung der Aufzeichnung Änderungen unterliegen, die Ausstoß-Gleichmäßigkeit über eine lange Zeitdauer kontinuierlichen AufZeichnens beibehalten werden.

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Dieses Aufzeichnungsverfahren kann mittels einer Aufzeichnungsvorrichtung ausgeführt werden, die in einem schematischen Querschnitt in Fig. 33 gezeigt ist. Nach Fig. 33 ist ein Aufzeichnungskopf 109 mit einem elektrothermischen Wandler (Heizwiderstand) 111 wie einem sog. Thermokopf in einer vorbestimmten Lage an einer Flüssigkeitskammer 110 versehen. Die Tinte 114 wird von einem Tintenzufuhr-Abschnitt 112 mittels einer Zwischen-Bearbeitungsvorrichtung 113 wie einer Pumpe oder einem Filter, an der die Tinte unter Druck gesetzt wird, in die Flüssigkeitskammer 110 eingeführt. Zur Einstellung der Strömung der Tinte 114 zur Flüssigkeitskammer 110 wird ein Ventil 115 verwendet. Ein wichtiges Merkmal dieses Aufzeichnungsverfahrens besteht darin, daß um die Flüssigkeitskammer 110 herum eine Vorheizvorrichtung 116 zum Vorwärmen der Tinte angebracht ist. Diese Vorheizvorrichtung 116 wird mittels einer Steuereinrichtung 117 betrieben, die eine Temperaturfühlereinrichtung, eine Stromversorgung usw. aufweist. Wenn an eine Signalverarbeitungseinrichtung (wie beispielsweise einen Impulsumsetzer) ein Aufzeichnungssignal SN angelegt wird, setzt die Signalverarbeitungseinrichtung 118 das Signal SN in ein Impulssignal um, das an den elektrothermischen Wandler 111 angelegt wird. Durch dieses Anlegen erzeugt der elektrothermische Wandler sofort Wärme, so daß die sich ergebende Wärmeenergie auf die Tinte 114 in der Umgebung wirkt. Dadurch entsteht eine Zustandsänderung der Tinte 114 (wie beispielsweise eine Volumensausdehnung oder eine Erzeugung von Bläschen), so daß eine Druckänderung herbeigeführt wird. Diese Druckänderung wird in Richtung einer Ausstoßdüse 119 übertragen, so daß über diese Tintentröpfchen 120 ausgestoßen werden und an

einem Aufzeichnungs-Empfangsmaterial 121 haften. 35

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Nachstehend werden kurz die Vorteile des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsverfahrens beschrieben. Im allgemeinen erfolgt eine derartige, durch die von einem elektrothermischen Wandler hervorgerufene Wärmeenergie verursachte Zustandsänderung der Tinte innerhalb einer beachtlich kurzen Zeitdauer. Insbesondere dann, wenn die Tinte nicht vorgewärmt wird, wird die auf diese Weise erzeugte Wärmeenergie aufgebracht, ohne daß sie zum Ausstoß der Tintentröpfchen beiträgt. Das heißt, die Wärmeenergie wird sowohl zu der nicht zu verdampfenden ümgebungs-Tinte als auch zu der direkt mittels des elektrothermischen Wandlers zu erwärmenden und zu verdampfenden Tinte übertragen. Daher ist das Tintentröpfchen-Ausstoß-Ansprechvermögen des Aufzeichnungskopfs nicht zufriedenstellend.

Eine Gegenmaßnahme zur Verbesserung einer derartigen Unzulänglichkeit besteht darin, die elektrische Leistung der Signalimpulse (dem elektrothermischen Wandler zugeführte elektrische Leistung) zu steigern, jedoch stellt dies kein zweckdienliches Verbesserungsverfahren dar.

Wenn beispielsweise die Impulsspannung des Signals gesteigert wird, wird die Lebensdauer des elektrothermischen Wandlers verringert und an dem Aufzeichnungskopf eine große Wärmemenge angesammelt, so daß die Eigenschaften des Aufzeichnungskopfs verschlechtert werden. Wenn im Gegensatz dazu die Impuls-Zufuhrzeit verlängert wird, um damit die Leistungsmenge zu steigern, kann die Frequenz nicht gesteigert werden, so daß dadurch die Aufzeichnungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird.

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Wenn jedoch die Tinte vorerwärmt wird, wird die durch den Signalimpuls hervorgerufene Wärmeenergie nicht in dem Ausmaß für eine Tinten-Erwärmung verbraucht, die keine Zustandsveränderung hervorruft. Daher ergibt selbst ein Signalimpuls geringer Energie ein gutes Tintentröpfchen-Ausstoß-Ansprechvermögen und eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit.

Die Vorwärmungstemperatur bewegt sich vorzugsweise in dem Bereich von der Raumtemperatur (untere Grenze) bis zu der Temperatur, bei der eine plötzliche und starke Zustandsänderung auftritt (Siedepunkt des Tinten-Lösungsmittels) (obere Grenze).

zur Verbesserung des Tintentröpfchen-Ausstoß-Ansprechvermögens wird die Vorwärmtemperatur vorzugsweise so hoch wie möglich gewählt, jedoch ist bei Erwärmung der Tinte auf eine Temperatur nahe dem Siedepunkt die Temperatur unstabil, da es schwierig ist, die Tinten-

^zu verbrauchsmenge mit der erzeugten Wärmemenge auszugleichen bzw. in Übereinstimmung zu bringen; dabei entstehen manchmal unnötige Zustandsänderungen und unnötige Tinten-Ausstöße. Daher wird die Temperatur normalerweise in einem Bereich von der Raumtemperatur an bis zu einer

Temperatur eingeregelt, die um 2 bis 3 ⁰C niedriger als der Siedepunkt des Tinten-Lösungsmittels ist.

Die Fig. 34 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,

bei dem eine Vorwärmvorrichtung 116 innerhalb einer

Flüssigkeitskammer 110 angeordnet ist. Diese Vorwärmvorrichtung 116 kann in direkter Berührung mit der Tinte 114 sein, jedoch ist es vorzuziehen, eine Beschichtung an der Heizfläche (indirekte Heizung) vorzusehen, um

damit zu verhindern, daß die Tinte an der Heizfläche 35

chemisch reagiert und eine Ablagerung bildet.

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Weitere Ausführungsbeispiele bestehen darin, einen elektrothermischen Wandler mit einer Vorwärmvorrichtung unter Uberschichtung zu überdecken, den elektrothermischen Wandler und die Vorwärmvorrichtung nebeneinander anzuordnen, die Vorwärmvorrichtung über die ganze Länge der Flüssigkeitskammer anzuordnen, die Vorwärmvorrichtung in dem Tintenzufuhrrohr anzubringen oder dgl.

Zur Vereinfachung der Erläuterung wird in den Fig. 33 und 34 eine Ausführung mit einer einzelnen Düse erläutert, bei der das vorstehend beschriebene Aufzeichnungsverfahren gleichfalls zur Verbesserung des Tintentröpfchen-Ausstoß-Ansprechvermögens dient und bei Anwendung an einer Mehrfachanordnungs-Düsen-Auf Zeichnungsvorrichtung die Erzielung einer Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit zuläßt.

Wenn eine mit einer Temperatursteuereinrichtung versehene Vorwärmvorrichtung verwendet wird, ist es

möglich, auf Änderungen der Umweltsbedingungen wie der Temperatur, der Feuchtigkeit und dgl. beruhende Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Tinte zu unterdrücken, so daß dadurch über eine lange Zeit-" dauer kontinuierlich eine gleichmäßige Aufzeichnung erzielt werden kann.

Ferner ist es möglich, durch Steuerung der Temperatur

einen Temperaturzustand zu wählen, der unter den ge-

gebenen Bedingungen die besten Aufzeichnungseigenschaften ergibt.

Ein derartiges Aufzeichnungsverfahren wird im folgenden erläutert:

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] Gemäß der Darstellung in den Fig. 35 (a), (b) und (c) werden eine Heizelement-Grundplatte und eine Nuten-Grundplatte hergestellt.

Eine Aluminium-Grundplatte 122 (26 mm χ 10 mm) von 5 mm Dicke wird aufeinanderfolgend durch Aufsprühen mit einer SiO^-Schicht 123 (mit 4 μΐη Dicke), einer ZrB--Schicht 124 (mit 800 nm Dicke) und einer Aluminiumschicht (mit 500 nm Dicke) versehen, wonach die Aluminiumschicht selektiv durch Photoätzung zur Bildung eines Heizbereichs 124' (einer ZrB₂~Schicht von 200 μΐη χ 200 um mit 70 Ohm Widerstand), einer gemeinsamen Elektrode 125a und einer getrennten Wähl-Elektrode 125b (einer Aluminiumschicht von 200 um χ 15 mm) entfernt wird. Auf diese Weise wird ein elektrothermischer Wandler hergestellt. Danach wird durch Aufsprühen eine SiO₂~Schicht 126 (mit 1 um Dicke) als Schutzschicht aufgelagert. Der Querschnitt der sich ergebenden Heizelement-Grundplatte 127 ist in Fig. 35 (a) gezeigt, während in Fig. 35(b) eine Schrägansicht gezeigt, wobei in dieser Figur die Schutzschicht 126 nicht dargestellt ist.

Andererseits wird eine mit Nuten versehene Grundplatte 129 aus einer Glasplatte (15 mm χ 10 mm) mit 1 nun Dicke mit Nuten 128 von 300 um Breite und 150 um Tiefe (Dichte von 2 Linien je mm) hergestellt, welche mittels eines Diamantschneiders geformt werden; die sich ergebende Nuten-Grundplatte 129 wird an die vorstehend genannte Heizelement-Grundplatte 127 angeklebt.

Danach werden eine Ausstoßdüsen-Platte 130 mit Öffnungen von 80 um Durchmesser eine Flüssigkeits-Zuführkammer 131/ ein Einführungsrohr 132 usw. angeklebt, um einen Aufzeichnungskopf gemäß der Darstellung in Fig. 36 herzustellen. Dem Einführungsrohr 132 wird über

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ein Zuführungsrohr 134 Aufzeichnungsflüssigkeit aus einem Flüssigkeits-Vorratsbehälter 133 zugeführt. Hinter der Flüssigkeitszufuhr-Kammer 131 ist eine Zuleitungs-Grundplatte 136 mit Zuleitungen 135a und 135b angebracht, die jeweils mit der gemeinsamen Elektrode 125a bzw. der Wähl-Elektrode 125b verbunden sind. Um die Flüssigkeitszufuhr-Kammer 131 herum ist ein Heizelement 137 für die Vorwärmung angeordnet.

Der vorstehend beschriebene Aufzeichnungskopf wird mittels eines Signals SN angesteuert, das mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung 139 einer Impulswandlung unterzogen wurde, während die Tinte im voraus auf eine konstante Temperatur mittels des Heizelements 137 aufge-

•5 wärmt wird, das an den Steuerabschnitt 138 angeschlossen ist, welches eine Stromversorgung und eine Temperaturfühler-Einrichtung aufweist. Die Tinte ist hauptsächlich aus n-Propanol (mit dem Siedepunkt 98 ⁰C) gebildet. Bei verschiedenen Vorwärmtemperaturen und einer Signal-

*® impulsbreite von 20 ns wurden die für den Tintenausstoß notwendigen Spannungen und die Ansprech-Frequenzen verglichen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden "Tabelle gezeigt:

rvä	rnrt	fimperatur	Notw. Mindest spannung (V)	Maximale frequenz	Ansprech- (kHz)
20	⁰C	(Raum temperatur)	28	3,5
60	⁰C		20	5,2
90	⁰C		10	9,1

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Wenn ein Signalimpuls eine konstante Spannung von

28 V hat und die Impulsbreite verändert wird, entspricht die Ansprech-Frequenz der in der folgenden Tabelle gezeigten:
5

Vorwärm- Impulsbreite Maximale Ansprechtemperatur (U-s) Frequenz (kHz)

20 °C (Raum- 20 3,5

temperatur)
10

60 ⁰C 10 7,5

90 ^eC 2 15

j5 Im Hinblick auf die vorstehenden Ergebnisse dient die Vorwärmung dazu, die Spannung der Signalimpulse herabzusetzen, das Ausstoß-Ansprechvermögen zu verbessern und eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen. Unter veränderten Umgebungstemperaturen

2Q kann ein kontinuierliches Aufzeichnen über eine lange Zeitdauer ausgeführt werden, wobei gute Ergebnisse erzielt werden können.

Eine weitere vorteilhafte Ausfuhrungsform ist ein Verfahren für die Tintenstrahl-Aufzeichnung mittels Wärmeenergie, bei dem Tinte in einer Flüssigkeitskammer mit einer Ausstoßdüse mittels eines Heizelements erwärmt wird, wodurch eine Zustandsänderung der Tinte herbeigeführt wird, und die Tintentröpfchen über die Düse entsprechend einer auf der Zustandsänderung beruhenden Steigerung des Innendrucks in der Flüssigkeitskammer ausgestoßen werden, und eine Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungs-Empfangsmaterial herbeigeführt wird, während dabei der Bereich des vorstehend genannten Heizelements einer Zwangskühlung unterzogen wird.

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Nach diesem Aufzeichnungsverfahren kann durch Kühlung der Heizelement-Grundplatte eine plötzliche Absenkung der Oberflächentemperatur des Heizelements herbeigeführt werden, so daß daher die Erwärmung der Dampfbläschen umgebenden Tinte so verringert werden kann, daß die Bildung von Bläschen aus dem gelösten Sauerstoff oder dgl. unterdrückt und das Frequenz-Ansprechvermögen des Tinten-Ausstoßes verbessert werden kann, wobei zugleich das Frequenz-Ansprechvermögen hinsichtlich der Temperatur des Heizelements selbst verbessert werden kann, was zur Folge hat, daß eine Tintenstrahl-Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit vorgenommen werden kann.

Nachstehend wird erläutert, warum durch Kühlung der Heizelement-Grundplatte die Erwärmung der Tinte nahe der Dampfbläschen herabgesetzt bzw. unterdrückt werden kann.

In der graphischen Darstellung in Fig. 37 stellen *0 Temperaturänderungs-Linien L₁ und L- Temperaturänderungen dar, die dafür notwendig sind, Ausstoß-Tröpfchen der gleichen Größe und der gleichen Geschwindigkeit zu erzielen, wenn Leistung mit einer Impulsbreite gemäß der Darstellung an der Abszisse in Fig. 37 zugeführt ^iJ wird. L₁ entspricht dem Fall, bei dem eine Grundplatten-Temperatur T_Q ^eC die Raumtemperatur ist, während L^ dem Fall entspricht, daß die Grundplatte zwangsweise auf T₂ ⁰C gekühlt wird. Die Temperatur gemäß der Linie L₀ fällt plötzlich ab, so daß daher die für die Er-

zielung gleichartiger ausgestoßener Tröpfchen notwendige Spitzentemperatur höher als diejenige gemäß der Linie L₁ ist und die zugeführte Energiemenge etwas größer als diejenige im Falle der Temperatüränderung gemäß der Linie L₁ ist. Die Temperatur fällt jedoch so plötzlich

ab, daß die Zeitdauer zwischen dem Siedepunkt T₁ der

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Tinte und der Temperatur (T₁ ⁰C + 100 ⁰C) (gemäß dem gestrichelten Bereich in Fig. 37) kurz ist. Dies zeigt, daß im Hinblick auf Fig. 38 eine Erwärmung um die Dampfbläschen herum kaum auftritt. In Fig. 38 ist eine Temperaturdifferenz t ⁰C zwischen der Oberflächentemperatur des Heizelements und dem Siedepunkt des Wassers (100 ⁰C) als Abszisse gegen die der Tinte von dem Heizelement zugeführte Energie E (in kcal/m² .h .⁰C) als Ordinate aufgetragen (vergleiche Y. Koto: "Dennetsu Gairon (Introduction to Heat Transfer)", Seite 296, herausgegeben von Yokendo). Vom praktischen Gesichtspunkt her ist es bei den Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren mittels Wärmeenergie sehr wichtig, wieviel Wärmeenergie auf die Tinte um die Dampfbläschen herum übertragen wird, um damit ein bestimmtes Volumen der Dampfbläschen sicherzustellen, und wieviel Wärme unterdrückt bzw. abgeleitet wird. Das Volumen des Dampfbläschens ist nahezu proportional zu der Temperaturdifferenz zwischen dem Heizelement und der Tinte, sobald impulsförmige Wärme-Energie über eine konstante Zeitdauer zugeführt wird; daher wird beim Auswechseln der Fig. 38 durch die Fig. 39, bei der die Temperaturdifferenz t ⁰C zwischen dem Siedepunkt der Tinte und dem Heizelement als Abszisse gegen die zur Umgebungstinte übertragene Energie für die Sicherstellung einer Dampfbläschen-Volumeneinheit zugeführte Energie E^v (in kcal/ m^J.h.^eC) als Ordinate aufgetragen ist, ein Bereich festgestellt, an dem die Erwärmung der Umgebungstinte bei einer Temperatur über derem Siedepunkt von +100 ^eC schwierig ist.. Das heiflt, wenn die OberfLächentemperatur *® des Heizelements in einem Temperaturbereich zwischen dem Siedepunkt T₁ ⁹C und (T₁ ⁰C + 100 ⁰C) nur für eine kurze Zeit gemäß der Darstellung durch die Kurve 1*2 in Fig. 37 verbleibt, wird die Umgebungs-Tinte weniger erwärmt und die Erzeugung eines Gases wie dem aus dem gelösten Sauer- stoff erzeugten Gas erschwert. Die Fig. 38 und 39 be-

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ziehen sich auf Wasser, jedoch erfolgt die Verdampfung einer Flüssigkeit nach dem vorstehend beschriebenen Prozeß. Das heißt, wenn die Temperatur des Heizelements geringfügig höher als der Siedepunkt der Tinte ist, kann vom Heizelement weg über die Tinte, die ein Lösungsmittel mit hoher Wärmeleitfähigkeit enthält, die Wärmeenergie leicht zu der Tinte hin übertragen werden; wenn jedoch die Temperatur des Heizelements beträchtlich höher als der Siedepunkt der Tinte ist (d. h. im Falle von Wasser höher als ungefähr 200 ⁰C, d. h. (Siedepunkt + 100 ⁰C) ist), wird ein Dampfbläschen, das eine Antriebskraft für den Ausstoß darstellt, schnell als Film zwischen dem Heizelement und der Tinte gebildet, wobei der sich ergebende Dampffilm ein Gas ist und daher dessen Wärmeleitfähigkeit so gering ist, daß die Wärmeenergie nur unter Erschwerung auf die Tinte übertragen werden kann.

Aus diesem Verfahren wird ein plötzlicher Temperaturabfall gemäß der Darstellung durch die Linie L- in Fig. 37 dadurch herbeigeführt, daß die Heizelement-Grundplatte gekühlt wird. Das heißt, da die Temperaturänderung einer Kurve folgt, die sich allmählich der Grundplatten-Temperatur nähert, ist es bei Beendigung (j_er impulsartigen Wärmeenergie-Zufuhr sehr wirkungsvoll, zur Erzielung einer plötzlichen Temperaturänderung nahe dem Siedepunkt die Grundplatten-Temperatur abzusenken; dieses Verfahren dient dazu, die Erwärmung der Umgebungs-Tinte herabzusetzen und die Erzeugung von

^ow Gas wie aufgelöstem Sauerstoff zu vermindern, so daß dadurch das Frequenz-Ansprechvermögen bei dem Tintentröpfchen-Ausstoß verbessert wird.

Die Kühlung der Grundplatte kann innerhalb eines

Temperaturbereichs von der Raumtemperatur an bis zu einer Erstarrungs-Temperatur der Tinte dadurch gesteuert

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werden, daß ein Peltier-Element oder eine gewöhnliche Kühleinrichtung verwendet wird. Um so niedriger die Grundplatten-Temperatur ist, um so schneller ist die Temperaturänderung. Wenn jedoch die Temperatur zu gering ist, wird die Viskosität der Tinte nachteilig gesteigert, so daß es daher vorzusehen ist, die Temperatur in einem Bereich von 0 °C bis 50 ⁰C zu steuern.

Nachstehend werden einige Beispiele angeführt. 10

Hierbei wird ein Einzelkopf angewandt, jedoch ist die Kühlung der Grundplatte auch bei einem Aufzeichnungskopf in Mehrfachanordnungs-Düsen-Ausführung wirkungsvoll.
15

Nach Fig. 40 wird eine Al-O,-Grundplatte 140 mit einer Dicke von 0,6 mm einer Zerstäubungs- bzw. Aufsprüh-Behandlung unterzogen, um auf ihr eine Isolierschicht 141 aus SiO- mit 3 um Dicke zu bilden und danach aufeinanderfolgend einen Heizwiderstand 142 aus HfB₂ mit 50 nm Dicke und Elektroden 143a und 143b aus Aluminium mit 500 nm Dicke zu formen. An dieser Schichtung wird dann eine Photoätz-Behandlung ausgeführt, um ein Heizelement zu bilden (200 um χ 500 um). Ferner wird

durch Aufsprühen eine Schutzschicht 144 aus SiO-mit 0,5 am Dicke aufgebracht, um damit ein Heizelement-Glied fertigzustellen, über den freiliegenden Teil des Heizelements wird eine Platte 145 mit einer Nut von 300 um Breite und 200 um Tiefe so angeklebt, daß die

Nut dem freiliegenden Bereich des Heizelements gegenübersteht. Auf diese Weise wird eine Flüssigkeitskairaner hergestellt. An ein Ende der Flüssigkeitskammer wird eine Düsenöffnungs-Platte angeklebt, während an das andere

Ende ein Tinteneinlaßkanal angeklebt wird. 35

Danach wird die Grundplatte 140 an eine Aluminiumplatte

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146 mit 5 nun Dicke angeklebt, deren Temperatur unter Verwendung eines Peltier-Kühlelements 147, Wärmeabgabe-Rippen 148 und eines Lüftermotors 149 zwischen 20 ⁰C und 60 ⁰C gesteuert wird. Die verwendete Tinte ist eine hauptsächlich durch n-Propanol gebildete Tinte.

Der Widerstand des Heizelements beträgt ungefähr 30 Ohm. Mit einem vorbestimmten Spannungswert wird eine rechteckförmige Spannung mit 10 us Impulsbreite angelegt, wobei unter Verwendung der Temperatur der Aluminiumplatte 146 als Parameter die Wiederholungsfrequenz-Grenzen zur Erzielung eines gleichmäßigen Ausstoßes verglichen werden.

Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angeführt. Diese Tabelle zeigt, daß durch die Kühlung der Aluminiumplatte 146 die Ansprechfrequenz-Grenze ansteigt. 150 und 151 bezeichnen die Flüssigkeitskammer bzw. die Tinte.

Temperatur der Al-Platte (⁰C)	Angelegte Spannung (V)	Ansprechfrequenz- Grenze (kHz)
20	30	5
-20	33	12
-60	35	20

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung beschrieben.

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Das Ausführungsbeispiel stellt eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zur Aufzeichnung durch Ausstoß von Tintentröpfchen über eine Ausstoßdüse unter Einwirkung von Wärmeenergie dar, das einen Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßdüsenöffnung zum Ausstoß von Tröpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit wie einer Tinte, einem Einlaßkanal für die Einführung der Aufzeichnungsflüssigkeit, einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit und einem Heizelement für die Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Druckänderung in der in die Flüssigkeitskammer eingeführten Aufzeichnungsflüssigkeit, eine Einrichtung zur Synchronisierung der Wärmeenergie-Einwirkung auf die Aufzeichnungsflüssigkeit mit der Erzeugung der Druckänderung und eine Einrichtung zur Zufuhr von Spannungsimpulsen für die Ansteuerung des Heizelements zur Wärmeabgabe aufweist.

*" Bei dieser Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung ist das jeder Ausstoßdüse zugeordnete Element weitgehend verkleinert, so daß es möglich ist, ein Mehrfachdüsensystem hoher Dichte herzustellen, ohne den ganzen Systemaufbau zu komplizieren und zu vergrößern. Ferner

sind der Ausstoßwirkungsgrad und das Ausstoßansprechvermögen verbessert, wobei das Mehrfachdüsen-System leicht hergestellt werden kann, so daß daher leicht eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit vorgenommen

werden kann.
30

In Fig. 41 ist die grundsätzliche Anordnung der Aufzeichnungsvorrichtung gemäß diesem AusfUhrungsbeispiel gezeigt. Von einem durch einen Vorratstank, einem (nicht gezeigten) Zufuhrrohr und gewünschtenfalls ein Filter und dgl. gebildeten Zufuhrabschnitt 159 wird über

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- 85 - B 10000

einen Einlaß 155 Tinte in den Kopfabschnitt eingeführt.

Der Kopfabschnitt hat eine Flüssigkeitskammer 152, die hinsichtlich ihres Detailaufbaus der bei dem vorangehend genannten Beispiel gezeigten gleichartig ist, Wärmezufuhr-Abschnitte 153a und 153b für die Wärmeenergie-Zufuhr und Ausstoßdüsen 156a und 156b, die jeweils an den Wärmezufuhr-Abschnitten angeordnet sind.

Die Flüssigkeitskammer 152 ist beispielsweise mittels Leitungen 154a und 154b, die gemeinsam oder gesondert sein können, mit den Wärmezufuhr-Abschnitten 153a und 153b verbunden; falls der Wärmezufuhr-Abschnitt in der Flüssigkeitskammer 152 angeordnet wird, sind die Leitungen nicht notwendig.

Die Innenwand oder die Außenwand der Flüssigkeitskammer 152 ist mit einer Vorrichtung 157 für die Erzeugung einer mechanischen Druckänderung in der Tinte in der Flüssigkeitskammer 152 versehen. Diese Vorrichtung 157 kann eine Vorrichtung sein, die eine Druckänderung durch Änderung des Volumens der Flüssigkeitskammer 152 herbeiführt, oder aber eine Vorrichtung, die die Flüssigkeitskammer in der Ausstoßrichtung in Schwingung versetzt.

Die Wärmezufuhr-Abschnitte 153a und 153b sind mit Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtungen 158a und 158b versehen.

•*0 Als Vorrichtung 157 für die Erzeugung einer mechanischen Druckänderung können beispielsweise ein elektromechanischer Wandler wie ein piezoelektrisches Element, eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Schwingung einer mit einer Spule zusammengebauten Metallplatte durch

elektromagnetische Induktion oder dgl. verwendet werden.

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Als Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158a und 158b wird beispielsweise ein elektrothermischer Wandler wie ein Thennokopf verwendet, der ein sehr genaues Element mit einer Dichte von mindestens 10 Linien je 1 nun darstellt.

Als Wärmeenergie-Quelle kann auch Strahlung hoher Energie wie beispielsweise Laser-Strahlung verwendet werden. In diesem Fall sind die Vorrichtungen 158a und 158b geeignete optische Systeme mit einer aus elektrooptischen Elementen, akustooptischen Elenenten oder dgl. gewählten Ablenkvorrichtung zum selektiven Zuführen von Wärmeenergie zu den Wärmeenergie-Zufuhrabschnitten 153a und 153b. In diesem Fall ist ein Mehrfachdüsen-System hoher Dichte sehr vorteilhaft.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung mit einem Steuerabschnitt 160 zur Betätigung der Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung und der Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158a bzw. 158b unter Synchronisierung vorgesehen.

Der Steuerabschnitt 160 hat beispielsweise eine Leistungsverstärkerschaltung und eine Zeitgeberschaltung und arbeitet in der Weise, daß die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtungen 156a und 158b angewählt werden, die im Ansprechen auf Bildsignale betrieben werden, die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtungen 158a und 158b zusammen mit der Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung

157 unter präziser Zeitsteuerung betätigt werden, geeignete Signalspannungen an die Elemente angelegt werden, die Bedingungen für die Erzeugung der Tintentröpfchen auf optimale Bedingungen gebracht werden

usw.
35

In Fig. 41 ist Beispiel gezeigt, bei dem eine Flüs-

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' sigkeitskammer mit zwei Wärmeenergie-Zufuhrabschnitten und Ausstoßdüsen versehen ist; im allgemeinen werden jedoch mehr Wärmeenergie-Zufuhrabschnitte und Ausstoßdüsen vorgesehen.

Das Funktionsprinzip der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird nachstehend kurz erläutert.

Wenn ein Aufzeichnungssignal SN wie beispielsweise '" ein Signal zur Anforderung des Ausstoßens der Tinte

aus der Ausstoßdüse ankommt, wählt der Steuerabschnitt 160 die mechanische Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung 157 und die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158a an, wobei deren Wirkungen synchronisiert werden. Wenn '** in diesem Fall nur eine dieser Vorrichtungen betätigt wird, tritt kein Tintenausstoß auf; wenn jedoch beide Vorrichtungen betätigt werden, treten im wesentlichen gleichzeitig die durch die Volumensänderung der Flüssigkeitskammer 152 verursachte Druckänderung und die auf *^v der Zustandsänderung (wie beispielsweise der Volumensausdehnung oder der Bläschenbildung aufgrund der Wärmeenergie) beruhende Druckänderung auf, was einen Tintenausstoß ergibt.

Die Ausdrücke "Synchronisierung", "Auftreten zur

gleichen Zeit" oder dgl. bedeuten nicht immer, daß die Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung 157 und die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158a (bzw. 158b) völlig "und genau synchronisiert sind oder genau zur

gleichen Zeit arbeiten. Vielmehr ist damit auch erfaßt, daß für den Tintenausstoß die durch diese Vorrichtungen verursachte Druckänderung auf die Tinte in der Umgebung der Ausstoßdüse übertragen wird.

Im allgemeinen dauert es eine bestimmte festgelegte

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Zeit, die durch die Volumensänderungsvorrichtung verursachte Druckänderung in Richtung zur Ausstoßdüse zu übertragen. Daher wird die Wärmeenergie-Erzeugungsvorrichtung 158a nach einer vorbestimmten Zeitdauer betätigt. Beispielsweise wird gemäß der Darstellung in Fig. 42(a) an die Druckänderungs-Erzeugungsvorrichtung 157 ein Signal SA und im wesentlichen gleichzeitig an die Wärmeenergie-Erzeugungseinrichtung 158a (oder 158b) ein Signal SB angelegt. Anderenfalls wird gemäß der Darstellung in Fig. 42(b) das Signal SB später als das Signal SA angelegt.

Der Zeitunterschied zwischen dem Anlegen des Signals SA und dem Anlegen des Signals SB wird in Abhängigkeit von folgenden Faktoren bestimmt:

Physikalische Eigenschaften der Tinte (Viskosität, Oberflächenspannung, Wärmeausdehnung, spezifische Wärme und dgl.), mittels der Vorrichtung 157 verursachte Volumensänderung der Flüssigkeitskammer 152, Ausmaß der mittels der Vorrichtungen 158a und 158b erzeugten Wärmeenergie, Ausmaß der Signalenergie für die Betätigung der Vorrichtungen 157, 158a und 158b (Spannung, Zeitdauer), Kurvenform des Signals, Durchmesser der Leitungen und Düsenöffnungen und Parameter ähnlicher Art.

In den Fig. 42 (a), (b) und (c) haben die Signale

SA und SB Rechteckform. Es können jedoch mancherlei

andere Formen wie Trapezoid-Form, Dreiecks-Form, Sinuskurven-Form oder dgl. angewandt werden.

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Als Verfahren zur Betätigung der Vorrichtung 157 für die Erzeugung der mechanischen Druckänderung in der Tinte und der Vorrichtung 158a bzw. 158b für die Erzeugung der Wärmeenergie können diese entweder gemäß der Darstellung in Fig. 42(a) und (b) nur bei dem Tintenausstoß betätigt werden oder es kann gemäß der Darstellung in Fig. 42(c) mittels eines Signals SA die Vorrichtung 157 für die Erzeugung der Druckänderung nach der Inbetriebnahme der Aufzeichnungsvorrichtung kontinuierlich betrieben werden (d. h. eine Druckänderung erzeugt werden, die nicht für den Ausstoß der Tinte ausreichend ist), während mittels eines Signals SB die Vorrichtung 158a (oder 158b) für die Erzeugung der Wärmeenergie nur betrieben wird, wenn die Tinte ausgestoßen werden soll; im Endergebnis bewirkt die Summe dieser Druckänderungen den Ausstoß "der Tintentröpfchen.

Die vorstehend beschriebene Aufzeichnungsvorrichtung ist außerordentlich gut für ein Mehrfachdüsen-System hoher Dichte oder Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit geeignet.

Bisher konnte die Größe der herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art wie einer Vorrichtung zum Ausstoß ^ZD von Tinte mittels eines piezoelektrischen Elements nicht so klein gewählt werden, da die kleine Vorrichtung nicht eine ausreichende Energie für den Ausstoß erzeugen konnte; daher war es schwierig, eine derartige Vorrichtung in Form eines Mehrfachdüsen-Systems anzuwenden.

Im allgemeinen war es sogar sehr schwierig, je eine Ausstoßdüse auf einigen Millimetern anzubringen.

Im Gegensatz dazu sind bei der Aufzeichnungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel die an jede Aus-

stoßdüse angebrachten Elemente (wie elektrothermisch^ Elemente usw.) so klein und genau, daß es einfach ist, ein Mehrfachdüsen-System hoher Dichte mit mehreren

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zehn Ausstoßdüsen je Millimeter zu bilden, so daß daher die Aufzeichnungsbild-Dichte gesteigert werden kann.

Zusätzlich zu den vorstehend angeführten Vorteilen ergeben sich noch folgende Vorteile:

Da die für den Ausstoß der Tintentröpfchen notwendige Energie sowohl mittels der Vorrichtung für die Volumensänderung der Flüssigkeitskammer als auch mittels der Vorrichtung für die Erzeugung der Wärmeenergie an dem Wärme-Wirkbereich aufgebracht wird, können die zu erzeugende Wärmemenge und die Erwärmungstemperatur niedriger als im Falle des Ausstoßens der Tintentröpfchen allein durch die Wärmeenergie sein, wobei bei Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit das Ansprechvermögen verbessert wird.

Wenn die Betätigung der Vorrichtung für die Erzeugung der Druckänderung und die Betätigung der Vorrichtung für die Erzeugung der Wärmeenergie zeitlich gut aufeinander abgestimmt sind, kann die einem Element zugeführte Energiemenge verringert werden, wodurch die Lebensdauer des Elements und der Aufzeichnungsvorrichtung

verlängert werden kann.
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Wenn die Bedingungen geeignet gewählt werden, kann die Vorrichtung zur Erzeugung der Druckänderung für sich als eine Pumpe zur übertragung der Tinte zu dem Wärme-Wirkbereich arbeiten, so daß nicht immer eine

Pumpe für die Tintenzufuhr notwendig ist und der Aufbau des Tintenzufuhr-Abschnitts vereinfacht werden kann.

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Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 43 mehrere der in Fig. 41 gezeigten Köpfe zu einer Einheit angeordnet werden, kann auf einfache und genaue Weise eine Mehrfachdüsen-Anordnung erzielt werden, die die ganze Bogenweite bzw. Spannweite erfaßt. Die sich ergebende Aufzeichnungsvorrichtung ist hinsichtlich des Aufbaus, der schnellen Aufzeichnung und der Wartung hervorragend.

In der Fig. 43 entsprechen 161a, 161b und 161c jeweils einer Kopfeinheit nach Fig. 41, während die anderen Bezugszeichen die gleichen Teile wie die Bezugszeichen in Fig. 41 bezeichnen.

In Fig. 4 3 sind die Vorrichtung für die Erzeugung der mechanischen Druckänderung, die Vorrichtung für die Erzeugung der Wärmeenergie und der Steuerabschnitt nicht gezeigt.

Bei einer Anordnung so vieler Elemente ist es vorteilhaft, eine Ansteuerung mittels einer Matrix vorzu nehmen.

Bei der vorstehend beschriebenen Aufzeichnungsvorrichtung können die Form und das Material der Flüssig-" keitskammer und die Arten, Formen und Anordnungslagen der Vorrichtung für die Erzeugung der mechanischen Druckänderung und der Vorrichtungen für die Erzeugung der Wärmeenergie auf vielerlei Weise verändert werden. Beispielsweise kann der elektromechanische Wandler als ein Teil der Flüssigkeitskammer-Landung verwendet werden, der den Ausstoßdüsen gegenübersteht, und zwischen einer Flüssigkeitskammer und einer Ausstoßdüse ein Wärme-Wirkbereich angeordnet werden, oder es kann der elektromechanische Wandler um eine zylindrische

FlUssigkeitskammer herum (beispielsweise als sog.

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' zylindrischer piezoelektrischer Schwinger) angeordnet werden und in der Flüssigkeitskammer mehrere Wärme-Wirkbereiche angebracht werden.

In Fig. 44 ist in schräger Schnittansicht eine Ausstoßdüse in Verbindung mit einem Aufbau gezeigt, bei dem als Vorrichtung zur Erzeugung der mechanischen Druckänderung ein piezoelektrisches Element in einer Flüssigkeitskammer angeordnet ist, um damit das Volumen

der Flüssigkeitskammer zu ändern. Eine deckelartige Platte mit vielen feinen Nuten ist mit einer Grundplatte zu einer Einheit verbunden, die mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Wärmeenergie und dgl. versehen ist. Von einem Tintenzufuhr-Abschnitt 169 wird über einen

Einlaß 165 Tinte in eine Flüssigkeitskammer 162 eingeführt. In der Flüssigkeitskammer 162 ist ein piezoelektrisches Element 167 angeordnet (das üblicherweise ein Aufbau aus einem piezoelektrischen Element und einer Schwingplatte ist, die zusammengeschichtet sind,

was jedoch in der Figur nicht gezeigt ist), das mittels eines Steuerabschnitts 170 betätigt wird. Zwischen der Flüssigkeitskammer und dem Wärme-Wirkbereich ist eine Leitung 164 vorgesehen.

In einem jeden von·Wärme-Wirkbereichen 163/ die in

einer Mehrzahl von der Flüssigkeitskammer 162 abgezweigt sind, ist ein elektrothermischer Wandler 168 angeordnet, der mittels des Steuerabschnitts 170 selektiv

betrieben wird.
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Der elektrothermische Wandler 168 ist aus einer zweischichtig aufgebauten Grundplatte mit einer Schicht 173 hoher Leitfähigkeit (wie beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Metall) und einer Schicht 174 geringer Wärmeleitfähigkeit (wie beispielsweise aus Oxiden wie SiO- und dgl., Poiyimid usw.) zur Verbesserung des

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Wärme-Ansprechvermögens, einer Widerstandsschicht 175, einer Wähl-Elektrode 176/ die für die Stromführung in einer vorbestimmten Form geätzt ist, einer gemeinsamen Elektrode 176' usw. zusammengesetzt (wobei die Wähl-Elektrode 176 und auch der elektrothermische Wandler 168 jeweils für eine jede Ausstoßdüse vorgesehen sind).

Ein in den Steuerabschnitt 170 eingegebenes Aufzeichnungssignal SN wird beispielsweise in ein Impulssignal umgeformt und über eine Zuleitung R₁ an das piezoelektrische Element 167 angelegt, wodurch in der Tinte eine impulsartige Druckänderung hervorgerufen wird.

Andererseits wird unter zweckdienlicher Zeitsteuerung, die in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der¹ Tinte, dem Volumen der Flüssigkeitskammer und anderen Faktoren gewählt ist, über Zuleitungen R₂ und R- ein Signal an den elektrothermischen Wandler an einer dem Aufzeichnungssignal entsprechenden vorbestimmten Stelle angelegt. In dem Wärme-Wirkbereich 163 mit dem angewählten elektrothermischen Wandler 168 wird eine Zustandsänderung der Tinte herbeigeführt, wodurch eine Druckänderung auftritt.

Als Ergebnis wird dann, wenn die durch das piezoelektrische Element verursachte Druckänderung und die durch den elektrothermischen Wandler verursachte Druckänderung zusammenfallen, aus der Ausstoßdüse 166 entsprechend dem Aufzeichnungssignal ein Tintentröpfchen 171 ausgestoßen. Das Tintentröpfchen haftet an einem Aufzeichnungs-Empfangsmaterial 172 an, um damit ein Aufzeichnungsbild zu formen.

In der Fig. 45 (a) ist ferner ein Ausführungsbeispiel der Aufzeichnungsvorrichtung dargestellt, bei dem als Vorrichtung zur Erzeugung der mechanischen Druckände-

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' rung ein zylindrisches piezoelektrisches Element verwendet wird. Bei dieser Aufzeichnungsvorrichtung werden ein um eine zylindrische Flüssigkeitskammer 162 herum angebrachtes zylindrisches piezoelektrisches Element 167' und ein an einer Grundplatte 178 angebrachter elektrothermischer Wandler 168 unter Synchronisierung betrieben, so daß die Tinte aus einer Ausstoßdüse 166 ausgestoßen wird.

'" Der elektrothermische Wandler 168, eine gemeinsame Elektrode 176', eine Wähl-Elektrode 176, die Grundplatte 178 und dgl. sind auf ähnliche Weise wie in Fig. 44 angeordnet, was allgemein in Fig. 45 (a) dargestellt ist. Das zylindrische piezoelektrische Element 167'

'^ und die elektrothermische Wandler 168 werden durch Signale betrieben, die von einem Steuerabschnitt über Zuleitungen R¹.. bzw. R_ und R₃ angelegt werden. Diese Signale sind auf gleiche Weise wie diejenigen bei der Fig. 44 synchronisiert, wobei auch die Bezugs-

zeichen denjenigen in Fig. 44 entsprechen.

In der Fig. 45(b) ist eine schematische Draufsicht einer Mehrfachdüsen-Ausführung des Kopfes gezeigt, der aus einer Mehrzahl von Kopfeinheiten gemäß der

Darstellung in Fig. 45 (a) zusammengesetzt ist. Um eine mit einem Tinteneinlaß 165-1 versehene Flüssigkeitskammer 162-1 herum ist ein zylindrisches piezoelektrisches Element 167' — 1 angebracht, während an der Flüssigkeitskammer 162-1 mehrere elektrothermische Wandler 168-1, 168-2 und 168-3 sowie mehrere Wärme-Wirkbereiche 163-1, 163-2 und 163-3 angebracht sind. Ferner sind zwischen der Flüssigkeitskammer 162-1 und den Wärme-Wirkbereichen 163-1, 163-2 und 163-3 eine gemeinsame Kammer 179-1 und Leitungen 164-1, 164-2 und 164-3 angeordnet.

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Wie vorangehend ausgeführt ist, haben die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele unterschiedliche Abwandlungsarten, die alle zur Verbesserung der Aufzeichnungseigenschaften dienen.

Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Aufzeichnung durch Ausstoß eines flüssigen Aufzeichnungsmittels mit Wärmeenergie geschaffen; die Vorrichtung weist einen Aufzeichnungskopf mit einer Ausstoßdüsenöffnung für den Ausstoß des flüssigen Aufzeichnungsmittels in Form von Tröpfchen, einem Einlaß für das Einführen des flüssigen Aufzeichnungsmittels, einer Flüssigkeitskammer für die Aufnahme des flüssigen Aufzeichnungsmittels und einem Heizelement für die Zufuhr von Wärmeenergie zu dem flüssigen Aufzeichnungsmittel in der Flüssigkeitskammer sowie eine Vorrichtung für das Anlegen von Spannungsimpulsen für die Steuerung der Erwärmung mittels des Heizelements auf, wobei der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und dem flüssigen Aufzeichnungsmittel nicht mehr als 100 um beträgt.

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Claims

T.EDTKE - BüHLING - K.NNE Grupe - Pellmann „ a, ,, c , Z^ ΐ™ 2 ν? A O I O H Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2 Tel.: 0 89-53 96 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 25. Oktober 1979 B 10000 Patentansprüche

1.J Aufzeichnungsvorrichtung für die Aufzeichnung durcn Ausstoßen einer Aufzeichnungsflüssigkeit mittels Wärmeenergie mit einem Aufzeichnungskopf, gekennzeichnet durch eine Ausstoßdüse (8; 32; 42; 52; 61; 76; 87'; 89; 95; 102; 119; 130; 156; 166) zum Ausstoßen der Aufzeichnungsflüssigkeit (4; 38; 62; 80; 114; 151) in Form von Tröpfchen (9; 43; 67; 81; 103; 120; 171), einen Einlaß (3; 26; 37; 115; 132; 155; 165) zum Einführen der Aufzeichnungsflüssigkeit, eine Flüssigkeitskammer (5; 39; 60; 69; 83; 96; 100; 104; 110; 128; 150; 152; 162) zur Aufnahme der Aufzeichnungsflüssigkeit, ein Heizelement (6; 20; 30; 53; 66; 71; 98; 108; 111; 124; 142; 158; 168) für die Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer und eine Einrichtung (11; 45; 118; 160; 170) für die Zufuhr von Spannungsimpulsen für die Steuerung der Erwärmung mitteis des Heizelements, zwischen dessen Oberfläche und der Aufzeichnungsflüssigkeit ein Abstand von nicht mehr als 100 μπ\ besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (6; 71; 111; 158) an der Außenfläche der Flüssigkeitskammer (5; 69; 110; 153) angeordnet ist.

VI/rs

Deutsche Bank IMunchpni Klo 51/61070 Dresdner Bank (München) Klo. 3939844 Posischeck (München) KIo 670-43-804

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (30; 53; 56; 66; 98; 104; 124; 142; 168) an der Innenfläche der Flüssigkeitskammer (29; 60; 100; 108; 128; 150; 162) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (40; 48) in die Aufzeichnungsflüssigkeit (38) in der Flüssigkeitskammer (39; 49) getaucht ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (157; 167) zur Erzeugung einer mechanischen Druckänderung in der in die Flüssigkeitskammer (152; 162) fließenden Aufzeichnungsflüssigkeit und eine Synchronisiereinrichtung zum Synchronisieren der Wärmeenergie-Zufuhr zu der Aufzeichnungsflüssigkeit mit der Erzeugung der mechanischen Druckänderung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Druckänderung einen elektromechanischen Wandler (157; 167) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement eine Heizwiderstandsschicht (6; 20; 30; 53; 56; 71; 98; 108.; 124;. 142; 175) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein Dünnfilm-Widerstands-Heizelement (40; 48) ist.

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'

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Heizelement (6; 20; 56; 124; 142; 168) und der Aufzeichnungsflüssigkeit (4; 151) ein Schutzfilm (15; 19; 58; 126; 144;

177) angebracht ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und der Aufzeichnungsflüssig-

^⁰ keit nicht mehr als 60 μΐη beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche des Heizelements und der Aufzeichnungsflüssigkeit nicht mehr als 10 μπι beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Öffnungsfläche (So) der Ausstoßdüse (52) zur inneren

Querschnittsfläche (S_TT) der Flüssigkeitskammer senkrecht

zum Strömungskanal der Aufzeichnungsflüssigkeit an einem Teilbereich, an dem das Heizelement (53) angeordnet ist, im Bereich von 1/10 bis 10/1 liegt.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilbereich der Flüssigkeitskammer-Wandung (60; 69), der zwischen der Ausstoßdüse (61; 76) und einem Bereich liegt, an dem das Heizelement (66; 71) angeordnet ist, einer

wasserabstoßenden oder ölabstoßenden Behandlung unterzogen ist.

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14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßdüse (87'; 89) aus einem ausgehärteten Kunststoffilm (88') gebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorancjehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßdüse (95) aus einem in der Aufzeichnungsflüssigkeit unlösbaren Material gebildet ist und durch Ablagerung in Form eines Films (94) hergestellt ist.
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16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorwärmvorrichtung (116, 117; 137, 138) zur Vorerwärmung der in die Flüssigkeitskammer (110; 128) einzuführenden Aufzeichnungsflüssigkeit (114).

17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (142) mit einer Vorrichtung (146 bis 149) zum zwangsweisen Kühlen versehen ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungskopf durch Zusammenkleben einer Mehrzahl von Gebilden (97, 99; 105, 106, 107) mittels eines Klebstoffs aufgebaut ist, der zur Formung einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur geeignet ist.

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