DE69133493T2

DE69133493T2 - Verfahren zum orten eines temperatursensors auf einem tintenstrahlaufzeichnungskopfsubstrat

Info

Publication number: DE69133493T2
Application number: DE69133493T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ishinaga; Tsuguhiro Yokohama-shi FUKUDA; Toshihiro Yokohama-shi MORI
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2011-02-27
Also published as: JPH04211948A; JP2793372B2; DE69133493D1; ATE311983T1; US5467113A; WO1991012966A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, genauer ausgesagt, eine Leiterplatte für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf des Typs, bei welchem ein elektrothermisches Energieumwandlungselement oder zahlreiche solcher Elemente als Energie erzeugende Elemente für das Ausstoßen von Tinte verwendet wird/werden, einen mit der Leiterplatte bestückten Aufzeichnungskopf und eine mit dem Aufzeichnungskopf ausgerüstete Aufzeichnungsvorrichtung.
Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf des genannten Typs ist besonders deshalb von Interesse, weil die Öffnungen zum Ausstoßen von Aufzeichnungstinte in Form von Tröpfchen zum Beispiel in einer sehr hohen Dichte erzeugt werden können, um eine hohe Auflösung zu erhalten, weil der kompakte Aufzeichnungskopf als Ganzes auf einfache Weise gefertigt werden kann, weil die Fertigung der Aufzeichnungsköpfe nach einer bei der Erzeugung von Halbleitern und mikroskopisch kleiner Komponenten angewandten stark weiterentwickelten und zuverlässigen IC-Technologie auf einfache Weise so erfolgen kann, daß eine lange Reihe Ausstoßöffnungen und eine flache (zweidimensionale) Reihe Ausstoßöffnungen in einer hohen Dichte am Aufzeichnungskopf entstehen, und weil dadurch die Fertigung der Aufzeichnungsköpfe mit einem hohen Ausbringen und kostengünstig möglich ist.
1 zeigt den Aufbau eines der Aufzeichnungsköpfe vom genannten Typ. Auf einem Siliziumsubstrat ist eine nach dem Dünnfilmverfahren erzeugte Heizleiterplatte 27 angeordnet, welche elektrothermische Umwandlungselemente oder Heizelemente zum Ausstoßen von Tinte (nachfolgend „Ausstoßheizelemente" genannt) 29 und Verdrahtungen 28 aus Aluminium zum Speisen der elektrothermischen Umwandlungselemente 29 mit Strom aufweist. Auf der Heizleiterplatte 27 ist eine mit zahlreichen Trennwänden zur Erzeugung von Flüssigkeitskanälen 25 versehene Abdeckplatte 30 befestigt.
Durch einen in der Abdeckplatte 30 vorhandenen Kanal wird einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer 23 und von dieser jedem einzelnen Flüssigkeitskanal 25 eine Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) zugeführt. Beim Erregen der Heizelemente 29 werden in jedem der mit Tinte gefüllten Flüssigkeitskanäle 25 Bläschen erzeugt, welche das Ausstoßen von Tintentröpfchen aus Ausstoßöffnungen 26 bewirken.
Wegen des Eindickens der Tinte, des Eindringens von Luftbläschen in die Flüssigkeitskanäle durch das Schwingen des Aufzeichnungskopfes oder beim Betreiben des Aufzeichnungskopfes bei hohen Temperaturen und wegen weiterer schädlicher Ursachen können aus dem im Tintenstrahlaufzeichnungssystem verwendeten Aufzeichnungskopf häufig keine Flüssigkeitströpfchen mehr ausgestoßen werden. Besonders bei Verwendung von Ausstoßheizelementen, welche Wärmeenergie zum Ausstoßen von Tintentröpfchen erzeugen, steigt die Temperatur des Aufzeichnungskopfes. Unter normalen Tintenausstoßbedingungen wird fast die gesamte Wärmeenergie von den auszustoßenden Tintentröpfchen absorbiert, so daß die Temperatur des Aufzeichnungskopfes auf höchstens 50–60 °C steigt, aber im Falle einer Unterbrechung des Ausstoßens aus den genannten und anderen Gründen wird die von den Ausstoßheizelementen erzeugte Wärmeenergie im Kopf gespeichert, so daß dessen Temperatur über 150 °C steigt und dieser seine Funktion nicht länger erfüllt. Da die Deckplatte 30 im allgemeinen aus einem geeigneten Kunstharz gefertigt ist, beginnt diese sich bei etwa 120 °C zu verformen.
Selbst wenn die genannten Ursachen das Ausstoßen von Tinte oder von Tintentröpfchen nicht beeinträchtigen, wird über einer langen Aufzeichnungszeitraum usw. in einem Abschnitt oder in mehreren Abschnitten der Ausstoßheizelemente Wärmeenergie gespeichert, so daß die Temperatur des Aufzeichnungskopfes manchmal über die normale Betriebstemperatur steigt.
Wenn die Temperaturabweichungen im Kopf größer werden, landen die aus diesem ausgestoßenen Tintentröpfchen nicht auf den gewünschten Stellen, so daß Qualitätsunterschiede im aufgezeichneten Bild entstehen.
Bei herkömmlichen Aufzeichnungsköpfen ist die Heizleiterplatte 27 mit zahlreichen Heizelementen oder Ausstoßheizelementen ausgerüstet und an dieser eine Platte aus Aluminium zum Beispiel befestigt, um Wärme abzuleiten. Diese Wärmeableitungsplatte ist an der Verbindungsfläche zur Heizleiterplatte 27 mit einem oder mehreren Temperatursensoren in Form von Thermistoren bestückt, welche die Temperatur des Aufzeichnungskopfes repräsentierende Signale senden und somit eine Temperatursteuerung des Kopfes ermöglichen. Da zwischen der Heizleiterplatte 27, aber besonders zwischen den nahe den Ausstoßheizelementen 29 gelegenen Abschnitten und den Stellen, an welchen die Temperatursensoren angeordnet sind, Temperaturunterschiede auftreten und die Wärmeübertragung durch die Aluminiumplatte mit Zeitverzögerung erfolgt, können gezielte und schnelle Gegenmaßnahmen nicht durchgeführt werden. Demzufolge sind während des Aufzeichnens Konzentrations- oder Farbtonunterschiede in den aufgezeichneten Bil dern zu verzeichnen. Außerdem kann durch Unterbrechung des Tintenausstoßens aufgrund einer abnormal hohen Temperatur der Aufzeichnungskopf beschädigt werden.
Bei Tintenstrahlaufzeichnungssystemen ist die Tintentemperatur ein sehr wichtiger, die Qualität des Aufzeichnen stark beeinflussender Faktor. Genauer ausgedrückt, durch Temperaturänderungen werden die physikalischen Eigenschaften einer Aufzeichnungstinte, d.h. deren Oberflächenspannung, Viskosität usw. geändert, so daß die Tintenausstoßmenge und die Tintenzuführgeschwindigkeit variieren. Demzufolge ist es sehr wichtig, die Temperatur in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Das erfordert außer den Elementen, welche das Ansteigen der Temperatur auf abnormal hohe Werte verhindert, Temperaturhalteelemente, so daß einige Aufzeichnungssysteme mit einem oder mehreren geeigneten Heizelementen (nachfolgend „Warmhaltelement(e)" genannt) ausgerüstet werden, um den Aufzeichnungskopf in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu halten.
Ein solches Heizelement oder solche Heizelemente wird/werden wie die Temperatursensoren auf einem geeigneten Element oder geeigneten Elementen angeordnet, doch die Wärmeübertragung durch diese(s) erfordert Zeit, so daß die Energie zum Erwärmen des Kopfes nicht effizient genutzt werden kann.
Außerdem müssen bei herkömmlichen Aufzeichnungssystemen die Temperatursensoren und die Heizelemente unabhängig voneinander angeordnet werden, so daß hohe Fertigungs- und Montagekosten entstehen, welche die Aufzeichnungsköpfe teuer machen.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Temperaturgradient in der Heizleiterplatte fast nicht gesteuert werden kann.
Deshalb ist im europäischen Dokument 353925/1990 ein Aufzeichnungskopf offenbart, bei welchem die Temperatursensoren und die Warmhaltelemente zum Warmhalten der Heizleiterplatte in einem vorbestimmten Temperaturbereich integral über die Heizleiterplatte angeordnet sind. Bei dieser Konstruktion sind die Temperatursensoren und die Warmhaltelemente in der Nähe der Ausstoßheizelemente angeordnet, um eine effiziente und ansprechempfindliche Temperatursteuerung zu gewährleisten.
Die positionelle Beziehung zwischen den Ausstoßheizelementen, den Warmhaltelementen zum Warmhalten des Aufzeichnungskopfes und den Temperatursensoren wurde jedoch nicht in Betracht gezogen, so daß auch keine Maßnahmen zur Verbesserung der sich schnell ändernden Temperaturverteilung in der Heizleiterplatte getroffen werden können. Deshalb ist in der Praxis eine exakte Steuerung der Ausstoßcharakteristik äußerst schwierig. Genauer ausgedrückt, die Temperaturen der Ausstoßheizelemente, welche die Ausstoßeigenschaften der Aufzeichnungsflüssigkeit am stärksten beeinflussen, sind von der durch die statisch gesteuerten Warmhaltelementen erzeugten Wärme und von den in den Ausstoßheizelementen selbst durch dynamisches Ändern der Wärmeerzeugung verursachten Temperaturänderungen abhängig. Das heißt, die Temperaturen der Ausstoßheizelemente sind abhängig von den komplizierten Kombinationen der Wärmeenergie, welche von den Ausstoßheizelementen und den Warmhaltelementen erzeugt werden. Demzufolge können stabile Ausstoßeigenschaften der Aufzeichnungsflüssigkeit nur dadurch gewährleistet werden, daß auf der Grundlage der Signale, welche die Temperatursensoren mit nicht definierter Positionierung senden, die Temperatur auf einen bestimmten Bereich gesteuert wird.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine exakte, ansprechempfindliche und stabile Temperatursteuerung durch geeignetes Positionierten der Temperatursensoren.
Mit dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Positionieren eines Temperatursensors auf der Leiterplatte eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Temperatursensor oder werden mehrere Temperatursensoren an einer geeigneten Stelle bzw. an geeigneten Stellen bezüglich eines bestimmten Wärme erzeugenden Elements und/oder jedes Warmhaltelements angeordnet, um den Zeitunterschied zwischen dem Auftreten von Temperaturänderung und deren Erfassen zu eliminieren oder im wesentlichen vernachlässigen zu können und dadurch die Temperatursteuerung zu verbessern.
Nachfolgend werden anhand von Beispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung den allgemeinen Aufbau eines herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfes.
2 zeigt schematisch die Draufsicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, aus welcher die Positionen der Temperatursensoren auf einer Heizleiterplatte zu erkennen sind.
Die 3A und 3B zeigen schematisch in vergrößerter Darstellung zwei Beispiele der auf der Heizleiterplatte angeordneten Temperatursensoren.
Die 4A, 4B und 4C zeigen in Diagrammform die zeitlichen Unterschiede im Erfassen der Temperaturen durch die Temperatursensoren in Abhängigkeit von deren lokalen Anordnung.
5 zeigt in Diagrammform die Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Heizleiterplatte.
6 zeigt in Diagrammform eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, besonders die lokale Anordnung der Temperatursensoren.
7 zeigt in Diagrammform noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, besonders die lokale Anordnung der Temperatursensoren.
8 zeigt schematisch die Draufsicht der Temperatursensoranordnung auf der Heizleiterplatte.
9 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung den allgemeinen Aufbau einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung.
10 zeigt im Blockschaltbild das Temperatursteuersystem der in 10 dargestellten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung.
11 zeigt im Flußplan die Temperatursteuerfolge bei der in 10 dargestellten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung.
12 zeigt in Diagrammform den Temperatursteuermodus dieser Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung.
13 zeigt im Blockschaltbild die Verwendung einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung als Informationsausgabevorrichtung in einem Gebrauchsgerät.
14 zeigt im Blockschaltbild einen tragbaren Drucker einschließlich Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung und ein den tragbaren Drucker als Informationsausgabevorrichtung nutzendes Gerät.
Aus der nachfolgend Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ist die vorliegende Erfindung besser zu verstehen.
2 zeigt die Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Heizleiterplatte des in 1 dargestellten Tintenstrahlaufzeichnungskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Heizleiterplatte weist ein Substrat aus dem gleichen Material (z.B. Si) wie diese und gleichmäßiger Dicke und eine auf dem Substrat angeordnete Reihe 3 aus Ausstoßheizelementen 5 und Verdrahtungen 6 auf. Das Bezugszeichen 5c kennzeichnet das in der Mitte der Reihe 3 oder nahe dieser angeordnete Ausstoßheizelement.
Warmhaltheizelemente 8a und 8b, welche symmetrisch zu der durch das Heizelement 5c sich erstreckenden Mittelachse Z-Z1 der Heizleiterplatte angeordnet sind, dienen dazu, die Temperatur des Kopfes in einem bestimmten Bereich zu halten. Die Bezugszeichen 2a und 2b kennzeichnen Temperatursensoren. Unter normalen Aufzeichnungsbedingungen entspricht die Tem peratur in der Mitte der Heizelemente im wesentlichen der Durchschnittstemperatur der Ausstoßheizelemente und der Warmhaltelemente, so daß bei der ersten Ausführungsform die Mitte der Heizelemente 5c, 8a und 8b als Bezugspunkte definiert und die beiden Temperatursensoren 2a und 2b in der Mitte der jeweiligen Verbindungslinie zwischen dem Ausstoßheizelement 5c und dem Warmhaltelement 5a bzw. 5b angeordnet sind.
Die 3A und 3B zeigen vergrößert zwei Beispiele der Temperatursensoren 2a und 2b. Bei der ersten Ausführungsform werden die Temperatursensoren 2a und 2b sowie andere Komponenten nach einem bei der Fertigung von Halbleitervorrichtungen angewandten geeigneten Dünnfilmverfahren erzeugt und haben deshalb einen hohen Genauigkeitsgrad. Der in 3A dargestellte Temperatursensor ist aus einem Material wie Aluminium, Titan, Tantal, Tantalpentoxid, Niob usw. gefertigt, so daß dessen elektrische Leitfähigkeit sich mit der Temperatur ändert. Aluminium wird zum Beispiel zur Erzeugung von Elektroden, Titan zum Füllen des Raums zwischen einer Wärme erzeugenden Widerstandsschicht und einer Elektrode, welche ein elektrothermisches Umwandlungselement bilden, und zum Verstärken der Bindungsfestigkeit zwischen diesen, und Tantal zur Erzeugung einer Kavitationsschutzschicht auf der Wärme erzeugenden Widerstandsschicht verwendet. Um beim Dünnfilmverfahren die Abweichung in der Breite der Linien zu minimieren, wird diese entsprechend groß gewählt, und um den negativen Einfluß elektrischer Verdrahtungen usw. zu minimieren, werden diese zur Vergrößerung des Widerstandes in Zigzag-Form erzeugt.
3B zeigt ein weiteres Beispiel des Temperatursensors 2 in Form einer nach dem Dünnfilmverfahren erzeugten Diode. Das Bezugszeichen 2X kennzeichnet die Anode, das Bezugszuei chen 2Y die Kathode. Die Diode ist von einer Isolierzone 2Z umgeben, um ein Nebensprechen zwischen dieser und anderen Elementen zu verhindern.
Die Warmhaltheizelemente 8a und 8b und die Temperatursensoren können aus dem gleichen Material wie die Wärme erzeugende Widerstandsschicht, z.B. aus HfB₂, aber auch aus einem der zur Erzeugung der Heizleiterplatte verwendeten Werkstoffe wie Aluminium, Tantal, Titan usw. erzeugt werden.
Die 4A, 4B und 4C zeigen in Diagrammform die Zeit, welche zum Übertragen der Wärme auf die Temperatursensoren bei unterschiedlichen Positionen dieser auf der zwischen der Ausstoßheizelementreihe 3 und dem Warmhaltheizelement 8a bzw. 8b gezogenen Verbindungslinie erforderlich ist. 4A zeigt die zeitabhängige Temperaturänderung (A) des Temperatursensors 2a oder 2b durch die vom Warmhaltheizelement 8a bzw. 8b erzeugte Wärme und die zeitabhängige Temperaturänderung (B) des Temperatursensors 2a oder 2b durch die vom Ausstoßheizelement erzeugte Wärme, wenn die Temperatursensoren in der Nähe des jeweiligen Warmhaltheizelements 8a bzw. 8b angeordnet sind. 4B zeigt die zeitabhängigen Temperaturänderungen (A) und (B), wenn die Temperatursensoren in der Nähe der Ausstoßheizelementreihe 3 angeordnet sind, und 4C die zeitabhängigen Temperaturänderzungen (A) und (B), wenn die Temperatursensoren in der Mitte der jeweiligen Verbindungslinie zwischen der Ausstoßheizelementreihe 3 und dem Warmhaltheizelement 8a bzw. 8b angeordnet sind.
Wie aus 4A hervor geht, sind die Temperatursensoren in der Nähe des jeweiligen Warmhaltheizelements 8a bzw. 8b angeordnet, erfassen demzufolge die von diesen erzeugte Wärme schnell, die zum gleichen Zeitpunkt von der Ausstoßheizelementreihe erzeugte Wärme mit einer zeitlichen Verzögerung Δt1. Dagegen sind in 4B die Temperatursensoren in der Nähe der Ausstoßheizelementreihe 3 angeordnet, erfassen demzufolge die von dieser erzeugte Wärme zuerst, die zum gleichen Zeitpunkt von den Warmhaltheizelementen 8a und 8b erzeugte Wärme mit einer zeitlichen Verzögerung Δt2.
Um die Temperatur der Ausstoßheizelementreihe mit großer Genauigkeit steuern zu können, müssen die Temperaturänderung, verursacht durch die von der Ausstoßheizelementreihe erzeugte Wärme, und die Temperaturänderung, verursachte durch die von den Warmhaltheizelementen erzeugte Wärme, so schnell wie möglich erfaßt werden. Bei den in den 4A und 4B dargestellten Fällen sind die zeitlichen Verzögerungen zwischen dem Erfassen der von der Ausstoßheizelementreihe 3 erzeugten Wärme und dem Erfassen der von den Warmhaltheizelementen 8a und 8b erzeugten Wärme durch die Temperatursensoren größer, so daß eine zufriedenstellende Temperatursteuerung schwierig ist. Bei dem in 4C dargestellten Fall sind die Temperatursensoren so positioniert, daß diese die von der Ausstoßheizelementreihe 3 erzeugte Wärme und die von den Warmhaltheizelementen 8a und 8b erzeugte Wärme im wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt erfassen, so daß die in den beiden anderen Fällen auftretende zeitliche Verzögerung der Temperaturerfassung eliminiert wird und demzufolge eine zufriedenstellende Erfassung der Kopftemperatur möglich ist.
Bei der ersten Ausführungsform sind je nach Bedarf zehn bis mehrere hundert Ausstoßheizelemente 5 auf der Leiterplatte 1 angeordnet. An der rechten und an der linken Seite der Heizleiterplatte ist je ein Warmhaltheizelement angeordnet. Bei Ansteuern steigt die Temperatur der Warmhaltheizelemente auf etwa 90 °C, die der Ausstoßheizelemente auf etwa 200 °C, wenn das Ausstoßen von Tinte unterbrochen wird. Außerdem er geben sich ein sehr steiler Temperaturgradient und eine kleine Zeitkonstante.
Um bei einem Tintenstrahlaufzeichnungssystem die Tintenausstoßeffizienz zu verbessern, sollte das Aufzeichnen bei einer relativ hohen Temperatur der Heizleiterplatte 1 oder der Ausstoßheizelementreihe 3 durchgeführt werden. Wenn die Flüssigkeit bei einer hohen Temperatur ausgestoßen wird, sind selbst bei einem geringen Energieverbrauch eine große Ausstoßmenge und eine hohe Ausstoßgeschwindigkeit zu erwarten.
Wenn aber wie in 5 dargestellt die Positionen der Temperatursensoren im Bereich der Ausstoßheizelementreihe oder der Warmhaltheizelemente abweichen und die erwähnten Unterschiede in den Wärmeübertragungszeiten zu verzeichnen sind, tritt das nachfolgend beschriebene Problem auf. Durch den größeren Einfluß des Temperaturgradienten C, welcher sich beim Ansteuern nur der Ausstoßheizelemente 5 ergibt, oder des Temperaturgradienten B, welcher sich beim Ansteuern nur der Warmhaltheizelemente 8a und 8b sich ergibt, ist es schwierig, die Temperatur der Ausstoßheizelementreihe in einem geeigneten Bereich zu halten.
Genauer ausgedrückt, das Aufzeichnen sollte in einem geeigneten Temperaturbereich der Ausstoßheizelementreihe oder deren näheren Umgebung durchgeführt werden. Wenn aber die Temperatursensoren in der Nähe der Ausstoßheizelementreihe 3 angeordnet werden, unterliegen diese deren Einfluß sehr stark. Wenn die Temperatur eines Abschnitts der Ausstoßheizelementreihe über den vorgegebenen Grenzwert steigt, wird die zu hohe Temperatur von den Temperatursensoren erfaßt, so daß der geeignete Warmhaltemodus nicht realisiert werden kann. Wenn die Temperatursensoren näher an den Warmhaltheiz elementen angeordnet werden und demzufolge mehr deren Temperatur erfassen, ist das Beibehalten einer stabilen Temperatur der Ausstoßheizelementreihe nicht gewährleistet.
Bei der Ausstoßheizelementreihe variiert die Tintenausstoßleistung jedes einzelnen Ausstoßheizelements in Abhängigkeit vom aufzuzeichnenden Bild, so daß örtliche Temperaturunterschiede auftreten. Wenn die örtlichen Temperaturunterschiede sehr groß sind, ergeben sich Konzentrations- oder Dichteunterschiede im aufgezeichneten Bild, welche die Qualität des aufgezeichneten Musters verschlechtern.
Die von den Erfindern durchgeführten Versuche haben ergeben, daß bei normalem Aufzeichnen das in der Mitte der Ausstoßheizelementreihe 3 oder nahe dieser angeordnete Ausstoßheizelement 5c im wesentlichen die Durchschnittstemperatur der gesamten Ausstoßheizelementreihe 3 anzeigt. Demzufolge wird bei der ersten Ausführungsform die Temperatur der Ausstoßheizelementreihe 3 durch die Temperatur des Ausstoßheizelements 5c definiert. Wenn die Temperatur des Ausstoßheizelements 5c als Bezugstemperatur festgelegt wird, kann bei normalem Aufzeichnen die Temperatur von Heizelementgruppen der Ausstoßheizelementreihe 3 weniger fehlerhaft gesteuert werden.
Deshalb wurde bei der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Temperatursensor 2a in der Mitte der das Ausstoßheizelement 5c mit dem Warmhaltheizelement 8a verbindenden Linie und der Temperatursensor 2b in der Mitte der das Ausstoßheizelement 5c mit dem Warmhaltheizelement 8b verbindenden Linie angeordnet. Wie bereits erwähnt, hat das Substrat der Heizleiterplatte 1 im wesentlichen eine gleichmäßige Dicke, so daß Zeit, in welcher die vom Warmhaltheizelement 8a oder 8b erzeugte Wärme die genannte Mitte erreicht, wenn nur das Warmhaltheizelement 8a oder 8b angesteuert wird, der Zeit entspricht, welche die vom angesteuerten Ausstoßheizelement 5c erzeugte Wärme bis zum Erreichen der genannten Mitte benötigt. Mit anderen Worten, Temperaturänderungen an jedem der genannten Heizelemente erreichen die genannte Mitte zum gleichen Zeitpunkt.
In 5 repräsentiert die Kurve A die Temperaturverteilung entlang der das Ausstoßheizelement 5c mit dem Warmhaltheizelement 8b (8a) verbindenden Achse Y-Yb (Y-Ya). Bei der ersten Ausführungsform ist der Temperatursensor 2b (oder 2a) in der Mitte der Linie angeordnet, welche das Ausstoßheizelement 5c, dessen Temperatur als Durchschnittstemperatur der Ausstoßheizelementreihe 3 angesehen wird, mit dem Warmhaltheizelement 8b (oder 8a) verbindet, so daß der Sensor die vom Ausstoßheizelement 5c erzeugte Wärme und die vom Warmhaltheizelement 8b (oder 8a) erzeugte Wärme zum gleichen Zeitpunkt erfaßt. Somit ist keine Zeitverzögerung zwischen dem Erfassen der vom Ausstoßheizelement 5c erzeugten Wärme und dem Erfassen der vom Warmhaltheizelement 8b (oder 8a) erzeugten Wärme durch den Temperatursensor 2b (oder 2a) zu verzeichnen, so daß ohne Schwankungen in der Temperatursteuercharakteristik die gewünschte Temperatur der Ausstoßheizelementreihe 3 stabil beibehalten werden kann.
Genauer ausgedrückt, die positionelle Beziehung zwischen jedem der beiden Temperatursensoren und jedem der beiden Warmhaltheizelemente wird so bestimmt, daß eine rückkopplungsfreie Steuerung der Temperaturänderung der Ausstoßheizelemente und eine Rückkopplungssteuerung der zum Warmhalten der Heizleiterplatte verwendeten Warmhaltheizelemente möglich ist. Dadurch beseht die Möglichkeit, die Tintenausstoßcharakteristik konstant zu halten, so daß ein zu dünnes Auf zeichnungsmuster und Tonunterschiede in diesem im wesentlichen oder fast vollständig verhindert werden können.
Wie bereits erwähnt, repräsentiert die Temperatur des in der Mitte der Ausstoßheizelementreihe 3 oder nahe dieser liegenden Ausstoßheizelements 5c die Durchschnittstemperatur der Ausstoßelementreihe 3, während der Temperatursensor 2a in der Mitte der das Ausstoßheizelement 5c mit dem Warmhaltheizelement 8a verbindenden Linie und der Temperatursensor 2b in der Mitte der das Ausstoßheizelement 5c mit dem Warmhaltheizelement 8b verbindenden Linie angeordnet ist. Bei einer langen Aufzeichnungsperiode, beim Aufzeichnen eines Musters mit hoher Auflösung oder bei Verwendung eines breiten, mit sehr vielen Ausstoßöffnungen versehenen Kopfes kann jeder der beiden Temperatursensoren neben der die Mitten der Heizelemente miteinander verbindenden Linien angeordnet werden.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Temperatursensoren neben den genannten Linien angeordnet sind. Im unteren Teil von 6 ist die Anordnung der Ausstoßheizelementreihe 3, der Warmhaltheizelemente 8a und 8b und der Temperatursensoren auf der Heizleiterplatte, im oberen Teil dieser Figur die Temperaturverteilung innerhalb der Ausstoßheizelementreihe bei nicht angesteuerten Warmhaltheizelementen schematisch dargestellt. In Abhängigkeit vom Aufzeichnungsmodus oder von der Länge der Ausstoßheizelementreihe 3 kann es innerhalb dieser Abschnitte mit hoher Temperatur und Abschnitte mit niedriger Temperatur geben.
Besonders bei häufiger Verwendung des Aufzeichnungskopfes kann in einem dieser Abschnitte der Ausstoßheizelementreihe 3 die Temperatur so stark steigen, daß die Aufzeichnungsqua lität schlechter wird und die Ausstoßheizelemente 5 beschädigt werden. In diesem Fall wird der Temperatursensor so positioniert, daß der Abschnitt mit einer hohen Temperatur leicht erfaßt werden kann, um die Temperatur innerhalb der Ausstoßheizelementreihe 3 zu steuern. Der Abschnitt mit einer hohen Temperatur ist jener Abschnitt, in welchem die Temperatur sich innerhalb des oberen 15 %-Bereiches (S = 85 %) zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Wert bewegt. Bei der zweiten Ausführungsform liegt die Mitte der Ausstoßheizelementreihe 3 nicht an der Stelle, an welcher die höchste Temperatur auftritt. In diesem Fall genügt die Länge l des Abschnitts mit der höchsten Temperatur der Gleichung L = P (na + nb),mit n als Anzahl der Ausstoßöffnungen im Abschnitt mit der höchsten Temperatur, d.h. n_a als Anzahl an Ausstoßöffnungen auf der linken Seite von der Mitte B der Ausstoßheizelementreihe 3 und n_b als Anzahl an Ausstoßöffnungen auf der rechten Seite von B, und P als Teilung der Ausstoßheizelemente.
Die Temperatursensoren werden vorzugsweise nahe der Mitte der jeweiligen den Bezugspunkt der Ausstoßheizelementreihe 3 mit dem Bezugspunkt des Warmhaltheizelements verbindenden Linie (auf der halben Länge dieser Linie) angeordnet, doch wenn die Bezugspunkte der Ausstoßheizelementreihe 3 am linken Ende A des Abschnitts mit der höchsten Temperatur, in der Mitte B dieser Einheit bzw. am rechten Ende C des Abschnitts mit der hohen Temperatur definiert sind, liegt die Mitte der Verbindungslinie zwischen dem jeweiligen Bezugspunkt und der Mitte des entsprechenden Warmhaltheizelements bei D, E bzw. F, wie aus 6 hervor geht.
In diesem Fall wird zur Vereinfachung angenommen, daß die Linienabschnitte AC und DF sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Daraus ergibt sich für
Abschnitt DE = 1/2 P n_a,
Abschnitt EF = 1/2 P n_b.
Wenn die Temperatursensoren bezüglich der Mitte B der Ausstoßheizelementreihe 3 rechts und links um 1/2 P n_a bzw. 1/2 P n_b vom Punkt E entfernt angeordnet werden, ist für den Abschnitt mit der hohen Temperatur eine zufriedenstellende Temperaturerfassung möglich.
Bei der zweiten Ausführungsform sind die Temperatursensoren in Längsrichtung der Ausstoßheizelementreihe 3 (in Anordnungsrichtung der Ausstoßheizelemente) angeordnet, doch wenn die Form der Ausstoßheizelementreihe 3 und die der Warmhaltheizelemente 8a und 8b sowie die Wärme- oder Temperaturverteilung in einer anderen Richtung als der Längsrichtung der Ausstoßheizelementreihe 3 in Betracht gezogen werden, erstreckt der Abschnitt, in welcher die Temperatursensoren angeordnet sind, sich in eine andere Richtung als der genannten Längsrichtung der Ausstoßheizelementreihe 3. Die Ergebnisse der durchgeführter Versuche zeigen aber, daß dieser Abschnitt kürzer ist als der in Anordnungsrichtung. Deshalb sollte der Temperatursensor vorzugsweise in einem Kreis mit einem Radius von wenigstens 1/2 P n_b, besser aber von mehr als 1/2 P n_a und dem Punkt E als Mittelpunkt angeordnet werden.
Wenn die Stelle mit der höchsten Temperatur in der Mitte der Ausstoßheizelementreihe 3 liegt, verlaufen die Temperaturverteilungen im wesentlichen symmetrisch um diese Mitte, so daß der Temperatursensor in einem Kreis mit dem Punkt E als Mittelpunkt und einem Radius von 1/2 P n_a (= 1/2 P n_b) angeordnet werden sollte.
Wenn aber mit einer hohen Auflösung aufgezeichnet wird oder eine große Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur innerhalb der Ausstoßheizelementreihe 3 zu verzeichnen ist, muß diese Temperaturdifferenz weitestgehend minimiert werden, um Ungleichmäßigkeiten oder Schattierungen im aufgezeichneten Bild zu verhindern. Deshalb sollte der Temperatursensor an einer Bezugsstelle innerhalb des Abschnitts der Ausstoßheizelementreihe 3 angeordnet werden, welcher die hohe und die niedrige Temperatur widerspiegelt.
7 zeigt die oben beschriebene Anordnung des Temperatursensors. Bei dieser, d.h. der dritten Ausführungsform, ist die Bezugsstelle, welche die Abschnitte mit hoher und mit niedriger Temperatur widerspiegelt, nicht dort definiert, wo große Temperaturänderungen auftreten, sondern in einem Abschnitt S1, in welchem eine Temperatur zwischen 85 und 55 % der Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur in Betracht gezogen wird. Das ist in 7 der durch die Linien AB und DE gekennzeichnete Abschnitt.
Wenn für die Anzahl an Tintenausstoßöffnungen zwischen den Punkten A und B sowie den Punkten D und E die Größe n_a bzw. n_b und für die Teilung die Größe P gilt, wird die Länge des Abschnitts AB und die des Abschnitts DE, in welchen die Bezugsstelle definiert werden kann, Pn_a bzw. Pn_b.
Demzufolge ergibt sich aus der arithmetischen Berechnung die Länge FG oder IJ zum Positionieren des Temperatursensors in Längsrichtung der Ausstoßheizelementreihe 3 zu 1/2 P n_a oder 1/2 P n_b. Bei der dritten Ausführungsform wird die Wärme- oder Temperaturverteilung in einer anderen Richtung als der Längsrichtung der Ausstoßheizelementreihe 3 in Betracht gezogen, so daß der Temperatursensor in einem Kreis angeordnet werden sollte, dessen Radius 1/4 P n_a oder 1/4 P n_b beträgt und dessen Mittelpunkt mit der Mitte der Linie FG oder IJ übereinstimmt.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist das Positionieren des linken Temperatursensors erläutert worden, doch Experten auf diesem Gebiet werden leicht erkennen, daß das Positionieren des rechten Temperatursensors auf die gleiche Weise möglich ist. Wenn die Temperatursteuerung nur eines Abschnitts innerhalb der Ausstoßheizelementreihe durchgeführt wird, genügt ein einzelner Temperatursensor.
Bei der Anordnung von einem Temperatursensor oder von mehreren Temperatursensoren sollte dessen/deren Konstruktion, Typ, Form, Größe, Eigenschaften usw, in Betracht gezogen werden. Es ist aber nicht erforderlich, die Mitte jedes Temperatursensors auf die erwähnte Mitte zu legen.
Wenn gewährleistet wird, daß der Temperatursensor eine Temperaturänderung des Ausstoßheizelements und eine Temperaturänderung des Warmhaltheizelements zum gleichen Zeitpunkt oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten, welche bezüglich der Temperatursteuerung in einem zulässigen Bereich liegen, erfaßt, muß dieser nicht unbedingt auf der erwähnten Mitte, sondern kann auch im gleichen Abstand zum Ausstoßheizelement und zum Warmhaltheizelement, in einem rechtwinklig zur erwähnten Linie sich erstreckenden Sektor oder auf einer das Ausstoßheizelement mit dem Warmhaltheizelement verbindenden Linie oder in der Nähe dieser angeordnet werden.
Wenn zum Beispiel das Substrat der Heizleiterplatte keine gleichmäßige Dicke hat und demzufolge der im gleichen Abstand zum Ausstoßheizelement und zum Warmhaltheizelement angeordnete Temperatursensor eine Temperaturänderung des Aus stoßheizelements und eine Temperaturänderung des Warmhaltheizelements zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfaßt, sollte der Temperatursensor an einer die genannte Bedingung erfüllenden Stelle positioniert werden. Wenn die Durchschnittstemperatur der Ausstoßheizelementreihe 3 nicht in deren Mitte, sondern an einer anderen Stelle liegt, kann auch das an dieser Stelle angeordnete Ausstoßheizelement als Bezugsheizelement verwendet werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann der mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnete Temperatursensor ein Transistor sein, wenn dieser zusammen mit der Leiterplatte im Dünnfilmverfahren erzeugt werden kann und nicht zusammen mit anderen Elementen entstehen muß.
Die Anzahl der Heizelemente und deren Position auf der Heizleiterplatte können willkürlich gewählt werden, so daß auch die Anordnung der Temperatursensoren willkürlich gewählt werden kann.
Nachfolgend wird eines von verschiedenen Beispielen der mit Temperatursensoren bestückten Heizleiterplatte beschrieben.
8 zeigt schematisch das Muster einer auf der Leiterplatte (Heizleiterplatte) eines Aufzeichnungskopfes angeordnete elektrischen Schaltung. Wie aus 8 hervor geht, sind bezüglich der Wärmeübertragungszeit und der geeigneten Temperatursteuerung der Ausstoßheizelemente die beiden Temperatursensoren 2a und 2b im gleichen Abstand zu einem bestimmten Ausstoßheizelement (z.B. 5a) und zum entsprechenden Warmhaltheizelement 8a bzw. 8b angeordnet. Bei einer herkömmlichen Heizleiterplatte ist auf einer seitlich sich erstreckenden unteren Schaltung in Form von Aluminiumdrähten eine obere Schaltung in Form von Aluminiumdrähten angeord net, welche durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind. Bei dieser Ausführungsform sind die in den 3A und 3B dargestellten Temperatursensoren an einer bestimmten Stelle positioniert und haben keine Verbindung zu den Aluminiumdrähten 9 der oberen Schaltung. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Temperatursensoren 2a und 2b an den gewünschten Stellen positioniert werden, ohne daß eine Isolierschicht zu den Drähten erforderlich ist, so daß die Temperatur der Heizleiterplatte genauer erfaßt werden kann.
In 8 kennzeichnet das Bezugszeichen 10 eine mit Dioden oder ähnlichen Elementen bestückte Einheit zum Ansteuern der Ausstoßheizelemente 5. Die Ansteuereinheit 10 und die Drähte 6 für die Ausstoßheizelemente sind an eine aus den oberen Drähten 9 und den unteren Drähten gebildete Matrixschaltung angeschlossen.
Anstatt der in 1 angedeuteten Heizleiterplatte 27 weist der im Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß 9 verwendete Aufzeichnungskopf eine Heizleiterplatte der beschriebenen Konstruktion auf.
In 9 kennzeichnet das Bezugszeichen 14 eine Kopfkartusche mit einer Heizleiterplatte 1 gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Tintenzuführquelle oder einem Tintenbehälter als integrale Bestandteile. Die Kopfkartusche 14 ist mit einem Halteelement 41 am Schlitten 15 befestigt und wird von diesem in Längsrichtung hin und her bewegt. Die aus dem Aufzeichnungskopf ausgestoßene Tinte fliegt auf ein Aufzeichnungsmedium 18, welches von einer Schreibwalze 19 in einem geringen Abstand zum Kopf transportiert wird, um auf diesem ein Muster aufzuzeichnen.
In Abhängigkeit vom aufzuzeichnenden Muster werden von einer geeigneten Datenquelle Ausstoßsignale über ein Kabel 16 zur Ansteuereinheit 10 gesendet. Die von den Temperatursensoren 2a und 2b erfaßten Kopftemperaturen werden in Signalform über das Kabel 16 an die genannte Steuereinheit gesendet, welche wiederum über das Kabel 16 die Warmhaltheizelemente 8a und 8b ansteuert.
In Abhängigkeit von den zum Aufzeichnen verwendeten Farben werden ein oder mehrere Aufzeichnungsköpfe (zwei in 9) auf den Schlitten montiert. In 9 kennzeichnet das Bezugszeichen 17 einen Antriebsmotor, welcher den Schlitten 15 auf Holmen 21 hin und her bewegt, das Bezugszeichen 22 einen endlosen Riemen zum Übertragen der Antriebskraft vom Motor 17 auf den Schlitten 15 und das Bezugszeichen 20 einen an die Schreibwalze 19 gekoppelten Vorschubmotor zum Transportieren des Aufzeichnungsmediums 18.
10 zeigt ein Beispiel des Temperatursteuersystems, welches auf der Grundlage der von den Temperatursensoren 2a und 2b gesendeten Signale die Warmhaltheizelemente 8a und 8b steuert (2). Die an die Temperatursensoren 2a und 2b und die Warmhaltheizelemente 8a und 8b angeschlossenen Komponenten können auf der Steuerplatte der Aufzeichnungsvorrichtung angeordnet und über das Kabel 16 an die nicht dargestellten Klemmen der Heizleiterplatte 1 angeschlossen werden.
In 10 kennzeichnet das Bezugszeichen 11 eine CPU in Form eines Mikrocomputers mit einem ROM zum Speichern bestimmter Daten als Programm zur Durchführung der nachfolgend anhand von 11 beschriebenen Steuerfolge. Die CPU 11 ist in der Lage, unabhängig von anderen Steuervorgängen die Temperatursteuerung des Aufzeichnungskopfes in Übereinstim mung mit der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Die CPU 11 kann aber auch nur als Hauptsteuereinheit bei der in 9 dargestellten Aufzeichnungsvorrichtung und der später anhand von 13 oder 14 beschrieben Aufzeichnungsvorrichtung verwendet werden.
In 10 kennzeichnet das Bezugszeichen 31 eine Eingabeeinheit, welche die von den Temperatursensoren 2a und 2b selektiv gesendeten, die erfaßten Temperaturen repräsentierenden Signale an die CPU 11 weiterleitet, und das Bezugszeichen 32 einen Treiber, über welchen die CPU 11 auf der Grundlage dieser Signale die Warmhaltheizelemente 8a und 8b selektiv ansteuert
Die Heizleiterplatte 1 weist zahlreiche Wärme erzeugende Elemente auf, welche die Verbindung zu einer aus Aluminium oder einem ähnlichen Metall gefertigten Platte herstellen. Zwischen den Ausstoßheizelementen 5, anderen Abschnitten (zum Beispiel den Anordnungsstellen der Temperatursensoren 2a und 2b) und der Aluminiumplatte treten jedoch Temperaturunterschiede auf. Außerdem treten Temperaturänderungen der einzelnen Komponenten zu unterschiedlichen Zeiten auf, wobei Temperaturänderungen zeitlich verzögert die Aluminiumplatte erreichen.
Da es aus Platzgründen schwierig ist, die Temperatursensoren auf der Heizleiterplatte anzuordnen, werden diese in vielen Fällen auf der Aluminiumplatte positioniert. Temperaturunterschiede zwischen den in der Nähe der Ausstoßheizelemente 5 liegenden Abschnitten, welche die Tintenausstoßcharakteristik beeinflussen, und der Aluminiumplatte erschweren eine exakte Temperaturerfassung.
Wie die 2, 6 oder 7 zeigen, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatursensoren 2a und 2a auf der Heizleiterplatte 1 angeordnet, so daß eine sehr genaue Temperaturerfassung möglich ist.
11 zeigt ein Beispiel der Temperatursteuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Bei der in 11 dargestellten Ausführungsform der Temperatursteuerung werden die Warmhaltheizelemente 8a und 8b auf der Grundlage der von den Temperatursensoren 2a und 2b gesendeten Signale individuell und unabhängig voneinander angesteuert, wobei die Temperatur an der Stelle, an welcher der jeweilige Temperatursensor angeordnet ist, in einem Bereich T₁ – T₂ (T₁ < T₂) gehalten werden kann, so daß die Ausstoßheizelementreihe 3 innerhalb einer optimalen Ausstoßtemperatur, d.h. in dem in 12 dargestellten Temperatursteuerbereich gehalten werden kann.
12 zeigt die Temperaturverteilung in dem zwischen der Ausstoßheizelementreihe 3 und dem Warmhaltheizelement 8a oder 8b liegenden Abschnitt beim Aufzeichnen. Die Temperatur wird so gesteuert, daß diese in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden kann.
Die Warmhaltheizelemente 8a und 8b werden entsprechend an- und ausgeschaltet, um die Sensortemperatur, welche abhängig ist von der Temperatur A, hervorgerufen durch die von den Ausstoßheizelementen erzeugte Wärme, im genannten Bereich (T₁ – T₂) zu halten. Die von den Ausstoßheizelementen erzeugte Wärme kann aus den an diese gesendeten Signalen bestimmt werden.
Die in 11 dargestellte Steuerfolge kann zu einem geeigneten Zeitpunkt gestartet werden. In Schritt S1 wird das vom Temperatursensor 2a gesendete Signal erfaßt. Danach geht der Ablauf zu Schritt S3 über, um zu ermitteln, ob die aus dem Signal abgeleitete Temperatur T gleich oder höher ist als T₂. Wenn in Schritt S3 eine negative Antwort (NEIN) gegeben wird, geht der Ablauf zu Schritt S5 über, um zu ermitteln, ob die vom Temperatursensor 2a erfaßte Temperatur T gleich oder niedriger ist als T₁.
Wenn in Schritt S5 eine negative Antwort (NEIN) oder in Schritt S3 eine positive Antwort (JA) gegeben wird, geht der Ablauf zu Schritt S7 über, um das Warmhaltheizelement 8a auszuschalten. Wenn in Schritt S5 eine positive Antwort (JA) gegeben wird, geht der Ablauf zu Schritt S9 über, um das Warmhaltheizelement 8a anzuschalten.
Danach geht der Ablauf zu Schritt S11 über, in welchem im wesentlichen die gleiche Steuerfolge S1 bis S9 für das An- und Ausschalten des Warmhaltheizelements 8b auf der Grundlage des vom Temperatursensor 2b gesendeten Signals abläuft.
Mit der vorliegenden Erfindung werden bestimmte Effekte erzielt, wenn diese auf einen Aufzeichnungskopf oder eine Aufzeichnungsvorrichtung übertragen wird, bei welcher die Erzeugung der für Zustandsänderungen der Tinte und somit zum Ausstoßen von Tinte erforderlichen Wärmeenergie durch elektrothermische Wandler oder durch Laserlicht erfolgt. Mit einem solchen System wird Aufzeichnen in hoher Dichte bei starker Auflösung gewährleistet.
Aufbau und Funktionsprinzip eines solchen Systems sind in den amerikanischen Dokumenten 4,723,129 und 7,740,796 offenbart. Obwohl dieses Funktionsprinzip auf ein Nachbedarf-Tintenstrahlaufzeichnungssystem und auch auf ein kontinuierlich betriebenes Tintenstrahlaufzeichnungssystem anwendbar ist, eignet es sich besonders für den Nachbedarf-Typ. Bei einem Tintenstrahlaufzeichnungssystem dieses Typs sind auf einem mit Flüssigkeit getränkten Blatt oder in Flüssigkeitskanälen elektrothermische Wandler angeordnet, wobei folgende Vorgänge ablaufen: Zuerst werden die elektrothermischen Wandler durch ein oder mehrere Signale angesteuert, um entsprechend den Aufzeichnungsinformationen Wärmeenergie zu erzeugen. Die erzeugte Wärmeenergie bewirkt eine plötzliche Temperaturerhöhung über den Kernsiedepunkt, so daß auf den Heizabschnitten des Aufzeichnungskopfes Filmsieden ausgelöst wird. Dadurch werden entsprechend den Steuersignalen Bläschen in der Flüssigkeit (Tinte) erzeugt. Durch Wachsen und Zusammenfällen der Bläschen wird aus wenigstens einer Tintenausstoßöffnung Tinte in Form eines oder mehrerer Tröpfchen ausgestoßen. Das Steuersignal wird vorzugsweise in Impulsform gesendet, um sofortiges Wachsen und Zusammenfallen der Bläschen zu gewährleisten. Ein vorzugsweise verwendetes Steuersignal in Impulsform ist in den amerikanischen Dokumenten 4,463,359 und 4,345,262 offenbart. Die Möglichkeit der Erhöhung der Temperaturanstiegsrate zur Verbesserung des Aufzeichnens ist im amerikanischen Dokument 4,313,124 offenbart.
In den amerikanischen Dokumenten 4,558,333 und 4,459600 ist ein in diese Erfindung einbezogener Aufzeichnungskopf offenbart, welcher auf gekrümmten Abschnitten angeordnete Heizelemente, Flüssigkeitskanäle, elektrothermische Wandler und Ausstoßöffnungen aufweist. Die vorliegende Erfindung ist auch auf die in den japanischen Dokumenten 123670/1984 und 138461/1984 offenbarten Strukturen übertragbar. Im erstgenannten Dokument ist ein Aufzeichnungskopf beschrieben, welcher einen gemeinsamen Schlitz als Ausstoßöffnung für alle angeordneten elektrothermischen Umwandlungselemente aufweist, während im zweiten erwähnten Dokument ein Aufzeich nungskopf beschrieben ist, welcher an den Ausstoßöffnungen vorhandene Ausnehmungen zum Absorbieren der durch Wärmeenergie ausgelösten Druckwellen aufweist. Mit dieser auf verschiedene Typen Aufzeichnungsköpfe übertragbaren Erfindung kann das Aufzeichnen vorteilhafter und effektiver durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen die gesamte Aufzeichnungsbreite des Aufzeichnungsmediums überdeckenden Ganzzeilen-Aufzeichnungskopf übertragbar. Ein solcher Ganzzeilenkopf kann einstückig gefertigt oder aus mehreren Einzelköpfen zusammengesetzt sein.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf Aufzeichnungsköpfe verschiedener Typen übertragbar, zum Beispiel auf einen in der Hauptbaugruppe der Aufzeichnungsvorrichtung befestigten Aufzeichnungskopf, einen austauschbaren Aufzeichnungskopf in Chipform, welcher beim Einsetzen in die Hauptbaugruppe mit dieser elektrisch verbunden und von dieser mit Tinte versorgt wird, und auf einen Aufzeichnungskopf in Kartuschenform, welcher einen Tintenbehälter als integralen Bestandteil aufweist.
Es ist ratsam, die Aufzeichnungsvorrichtung mit einer Regeneriereinheit oder einer Hilfseinheit für den Aufzeichnungskopf zu bestücken, um die vorliegende Erfindung noch effektiver zu nutzen. Als Regeneriereinheit kann eine Abdeckeinheit, eine Reinigungseinheit und eine Druck- oder Saugeinheit verwendet werden. Beispiele der Hilfseinheit sind eine Vorheizeinheit aus elektrothermischen Wandlungen oder aus einer Kombination elektrothermischer Wandler und anderer Heizelemente und eine Vorausstoßeinheit zum Vorausstoßen von Tinte unabhängig vom Ausstoßen von Tinte zum Aufzeichnen.
Mit solchen Einheiten ist zuverlässiges und effektives Aufzeichnen gewährleistet.
Es besteht auch die Möglichkeit, Aufzeichnungsköpfe verschiedener Typen und in unterschiedlicher Anzahl in der Aufzeichnungsvorrichtung zu verwenden. Zum Aufzeichnen in nur einer Farbe kann ein Einzelkopf verwendet werden, während für das Aufzeichnen mit Tinten unterschiedlicher Farbe und Konzentration die Aufzeichnungsvorrichtung mit Aufzeichnungsköpfen entsprechend der Anzahl der verwendeten Tinten bestückt wird. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung ist auf Aufzeichnungsvorrichtungen übertragbar, mit welchen wenigstens nach einem der Modi einfarbig, mehrfarbig und vollfarbig aufgezeichnet wird. Beim einfarbigen Aufzeichnen wird Tinte nur einer Hauptfarbe wie Schwarz verwendet. Zum mehrfarbigen Aufzeichnen werden Tinten unterschiedlicher Farbe verwendet, während das Vollfarbenaufzeichnen durch Mischen von Farbtinten erfolgt.
Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsformen flüssige Tinte als Aufzeichnungsflüssigkeit zugrunde gelegt wurde, kann auch Tinte verwendet werden, welche beim Senden des Aufzeichnungssignals flüssig wird. Eine solche Tinte erstarrt bei Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, wird aber bei Raumtemperatur weich oder flüssig. Bei einer Tintenstrahlvorrichtung wird die Tinte im allgemeinen auf einer Temperatur von 30 °C–70 °C gehalten, um die für effektives Ausstoßen erforderliche Viskosität zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung übertragbar, bei welcher die Tinte unmittelbar vor dem Ausstoßen durch Wärmeenergie in den flüssigen Zustand gebracht wird und nach dem Auftreffen auf dem Aufzeichnungsmedium zu erstarren beginnt, um Verdampfen von Tinte zu verhindern.
Durch Nutzung der Wärmeenergie zum Verflüssigen der Tinte wird ein Ansteigen der Kopftemperatur vermieden. Es kann aber auch eine Tinte verwendet werden, welche unter atmosphärischen Bedingungen trocken ist und durch die beim Senden des Aufzeichnungssignals erzeugte Wärme flüssig wird. In diesen Fällen kann die Tinte in fester oder flüssiger Form in den Hohlräumen eines porösen Blattes gespeichert und in dieser Form den elektrothermischen Wandlern ausgesetzt werden, wie in den japanischen Dokumenten 56847/1979 und 71260/1985 offenbart. Die vorliegende Erfindung bringt die effektivsten Ergebnisse, wenn das Ausstoßen von Tinte durch Filmsieden erfolgt.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen können nicht nur als Bildausgabeterminal einer Informationsverarbeitungseinheit in Form eines Computers, sondern auch als Bildausgabe eines mit einem Bildleser ausgestatteten Kopierers, eines Faxgerätes mit Übertragungs- und Empfangsfunktion oder eines Gerätes zum Aufzeichnen von Informationen auf einer optischen Diskette oder zum Reproduzieren von Informationen von dieser verwendet werden. Diese Geräte erfordern eine Einheit zur Ausgabe verarbeiteter Informationen in Form einer Handkopie.
13 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines solchen Gerätes, welches mit der in 9 dargestellten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zur Ausgabe verarbeiteter Informationen ausgerüstet ist.
In 13 kennzeichnet das Bezugszeichen 10000 schematisch ein Gebrauchsgerät in Form einer Arbeitsstation, eines Personal- oder Hauptcomputers, eines Textautomaten, eines Kopierers, eines Faxgerätes oder eines optischen Gerätes, das Bezugszeichen 11000 schematisch die in 9 dargestellte Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung (TSAV). Die Tinten strahlaufzeichnungsvorrichtung 11000 wird vom Gebrauchsgerät 10000 mit verarbeiteten Informationen gespeist und von diesem gesteuert zur Ausgabe einer Kopie veranlaßt.
14 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines solchen Gerätes in Form eines tragbaren Druckers, an welchen ein Gebrauchsgerät in Form einer Arbeitsstation, eines Personal- oder Hauptcomputers, eines Textautomaten, eines Kopierers, eines Faxgerätes oder eines optischen Gerätes angeschlossen werden kann.
In 14 kennzeichnet das Bezugszeichen 10000 schematisch ein solches Gebrauchsgerät, das Bezugszeichen 12000 schematisch einen tragbaren Drucker, welcher mit der in 9 dargestellten Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung (TSAV) 11000 ausgerüstet ist. Die Bezugszeichen 13000 und 14000 kennzeichnen Schnittstellenschaltungen, welche mit den vom Gebrauchsgerät 10000 verarbeiteten Informationen und Steuerdaten zum Steuern der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung 11000, einschließlich Kopfrüttel- und Unterbrechungssteuerung, gespeist werden. Eine solche Selbststeuerung wird mit der bei herkömmlichen Druckern angewandten Steuertechnologie realisiert.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, sind von Experten auf diesem Gebiet mögliche Änderungen und Modifikationen zu erkennen, welche aber im weitesten Sinne zum Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung und der beiliegenden Ansprüche gehörend anzusehen sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Temperatursensoren bezüglich der Übertragung der von den Ausstoßheizelementen und der von den Warmhaltheizelementen erzeugten Wärme an geeigneten Stellen positioniert, um die Temperatursteuerung ansprechempfindlich und äußerst genau stabil durchführen zu können.

Claims

Verfahren zum Positionieren eines Temperatursensors auf der Leiterplatte eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, wobei die auf dem Substrat des Aufzeichnungskopfes angeordnete Leiterplatte aufweist: eine Vielzahl Wärme erzeugende Elemente (5) zur Erzeugung der für das Ausstoßen von Tinte aus Ausstoßöffnungen (26) erforderlichen Wärmeenergie, einen Temperatursensor (2a) zum Erfassen der Substrattemperatur und ein Heizelement (8a) zum Erwärmen des Substrats, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: (a) Auswählen eines vorbestimmten Wärme erzeugenden Elements aus der Vielzahl Wärme erzeugender Elemente, welches während des Wirkens der Wärme erzeugenden Elemente die durchschnittliche Temperatur, den höchsten Temperaturbereich oder den mittleren Temperaturbereich repräsentiert, und (b) Positionieren des Temperatursensors (2a) an einer Stelle, an welcher dieser die von dem vorbestimmten Heizelement (5c) beim Erregen verursachte Temperaturänderungen und die vom Heizelement beim Erregen verursachte Temperaturänderung im wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt erfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das ausgewählte Element in der Mitte der Reihe Wärme erzeugender Elemente (5) oder nahe dieser angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (2a) im wesentlichen im gleichen Abstand zum ausgewählten Wärme erzeugenden Element und zum Heizelement (8a) angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperatursensoren und die Heizelemente in gleicher Anzahl vorhanden sind.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei paarig angeordnete Temperatursensoren (2a, 2b) und paarig angeordnete Heizelemente (8a, 8b) verwendet werden.