DE3224061C2

DE3224061C2 -

Info

Publication number: DE3224061C2
Application number: DE3224061A
Authority: DE
Inventors: Tokio Tokio/Tokyo Jp Matsumoto; Seiichi Kawasaki Kanagawa Jp Aoki; Hiroto Yokohama Kanagawa Jp Matsuda; Masami Machida Tokio/Tokyo Jp Ikeda; Haruyuki Tokio/Tokyo Jp Matsumoto; Asao Yokohama Kanagawa Jp Saito
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-06-29
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1991-02-21
Also published as: GB2106040A; US4646105A; GB2106040B; DE3224061A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsstrahl aufzeichnungsverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren läuft in der folgenden Weise ab:

Wenn ein elektrisches Signal an den elektrothermischen Wandler angelegt wird, wird als Tröpfchenbildungs energie eine bestimmte Menge an thermischer Energie erzeugt, die auf die am Wärmeeinwirkungsabschnitt vor handene Aufzeichnungsflüssigkeit einwirkt. Durch die Einwirkung dieser Energie wird eine Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit erreicht, die von einem abrupten Volumenanstieg der Flüssigkeit begleitet wird. Die Aufzeichnungsflüssigkeit am Wärmeeinwirkungs bereich erreicht innerhalb einer sehr kurzen Zeit im Bereich von µsec den Verdampfungszustand. Es werden Blasen gebildet, die sehr rasch anwachsen. Auf diese Weise wird die im Flüssigkeitskanal zwischen dem Wärme einwirkungsabschnitt und der Öffnung vorhandene Auf zeichnungsflüssigkeit aus der Öffnung in der Form eines Strahles aus "fliegenden" Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen.

Während des vorstehend beschriebenen Vorganges der wiederholten Bildung und Auflösung der Blasen wird die Aufzeichnungsflüssigkeit einer großen Hitze ausgesetzt, die in der Lage ist, eine chemische Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit zu bewirken, und zwar ins besondere dann, wenn eine thermisch unbeständige Auf zeichungsflüssigkeit verwendet wird. Diese chemische Zustandsänderung der Aufzeichnungsflüssigkeit führt oft zur Bildung und Ablagerung von unlöslichen Bestand teilen im Wärmeeinwirkungsbereich. Im schlimmsten Fall gelangt der Aufzeichnungskopf in einen Zustand, in dem er nicht mehr in der Lage ist, einen Flüssigkeits strahl abzugeben. Um unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Aufzeichnungskopfes über eine lange Zeit dauer Aufzeichnungen mit einer hohen Geschwindigkeit herstellen zu können, ist es von wesentlicher Bedeutung, die optimalen Betriebsbedingungen für den Aufzeichnungs kopf einzustellen und gleichzeitig die Beständigkeit der Aufzeichnungsflüsigkeit zu verbessern.

Bei dem vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsstrahl aufzeichnungsverfahren, bei dem thermischen Energie Ver wendung findet, existiert als weiteres Problem, daß während der Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit oder während der Aufzeichnung über eine lange Zeit dauer das Betriebsverhalten des vom Aufzeichnungs kopf abgegebenen Flüssigkeitsstrahles des öfteren in bezug auf das Ansprechverhalten des Strahles, dessen Wirksamkeit, dessen Beständigkeit etc. abfällt. Dieses Problem ist auf eine unerwünschte Blasenbildung in der Aufzeichnungsflüssigkeit zurückzuführen, die im Flüssigkeitskanal vorhanden ist.

Während der Benutzung des Aufzeichnungskopfes werden oft innerhalb der Kanäle unerwünschte Blasen erzeugt, die die Strömung der Aufzeichnungsflüssigkeit im Bereich in der Nähe der kleinen Strahlöffnung behindern können. Diese unerwünschten Blasen absorbieren auch einen Teil der Bewegungskraft für den Flüssigkeits strahl, die von der entsprechenden Energieerzeugungs einrichtung zur Verfügung gestellt wird. Daraus folgt, daß das Ansprechverhalten der Aufzeichnungsflüssigkeit in bezug auf das Signal reduziert wird. Der Aufzeich nungskopf kann in Ansprache auf das angelegte Signal nicht länger Flüssigkeit in beständiger Weise abstrahlen.

Eine derartige unerwünschte Blasenbildung ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Bewegungskraft zum Abstrahlen der Flüssigkeitströpfchen aus der Zustands änderung der Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten wird (insbesondere durch die aufgrund der Einwirkung von thermischer Energie erzeugte Blasenbildung). Aufgrund dieser Tatsache ist es natürlich, daß bei dem Aufzeich nungsverfahren unerwünschte Blasen sehr leicht erzeugt werden und daß das Betriebsverhalten der Vorrichtung hinsichtlich des Ansprechverhaltens des Strahles, der Wirksamkeit des Strahles und dessen Beständigkeit durch solche unerwünschten Blasen sehr leicht und in hohem Ausmaß beeinflußt wird.

Wenn diese unerwünschten Blasen einmal im Wärmeein wirkungsabschnitt entstanden sind, können sie innerhalb kurzer Zeit nicht wieder verschwinden. Vielmehr kann die Erzeugung von derartigen unerwünschten Blasen durch in der Aufzeichnungsflüssigkeit gelöstes Gas noch beschleunigt werden.

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 29 43 164 bekannt. Auch bei diesem bekannten Verfahren sind Maßnahmen ge troffen, um die Erzeugung von Gasbläschen zu vermeiden. Im einzelnen ist dabei angegeben, in welchen Tempera turbereichen des zur Erzeugung von thermischer Energie eingesetzte Heizelemente die Erzeugung eines Gases er schwert wird. Dabei kommt man zu dem Schluß, daß dann, wenn die Temperatur des Heizelementes geringfügig höher als der Siedepunkt der Tinte ist, offensichtlich keine bzw. nur eine geringe Gasbildung eintritt, während dann, wenn die Temperatur des Heizelementes beträchtlich höher als der Siedepunkt der Aufzeichnungsflüssigkeit ist, schnell Dampfbläschen zwischen Heizelement- und Aufzeichnungsflüs sigkeit gebildet werden. Es geht daher hierbei um die Vermeidung der Erzeugung von Gasbläschen und nicht um Maßnahmen zur Beseitigung der einmal entstandenen Bläschen. Es wird ein entsprechender Temperaturbereich vorgeschlagen, in dem möglichst wenig Bläschen erzeugt werden.

Vergleichbares geht aus der DE-OS 28 43 064 hervor. Dort ist ausgeführt, daß die Energieübertragung zur Flüssigkeit wirkungsvoll in einem Temperaturbereich erfolgt, bei dem die Oberflächentemperatur des Heizelementes einige 10°C höher als der Siedepunkt der Aufzeichnungsflüssigkeit ist, während die Energieübertragung weniger wirkungsvoll in einem Bereich erfolgt, bei dem die Oberflächentemperatur annähernd 100°C höher als die Siedetemperatur der Auf zeichnungsflüssigkeit ist, und zwar deshalb, weil die plötzliche bzw. schnelle Bläschenbildung zwischen dem Heizelement und der Flüssigkeit die Wärmeübertragung zwischen diesen behindert. Auch hier wird somit ein Temperaturbereich vorgeschlagen, mit dem die Erzeugung von Gasblasen verhindert werden kann. Es geht nicht um Maßnahmen zur Beseitigung von bereits erzeugten Blasen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art zu schaffen, das eine besonders gute Ausführung von unerwünschten Blasen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf dem Gedanken, eine so große Flüssigkeitsmenge in der Form von "fliegenden" Flüssigkeitströpfchen von der Öffnung abzustrahlen, daß die während der Einwirkung von thermischer Energie auf die Aufzeichnungsflüssigkeit entstehenden sowie andere unerwünschte kleine Blasen mit in dieser Flüsigkeitsmenge, d. h. mit im abgestrahlten Flüssigkeitströpfchen, abgeführt werden. Auf diese Weise bleiben im entsprechenden Flüs sigkeitskanal keine unerwünschten kleinen Blasen zurück.

Mit der anmeldungsgemäßen Lösung gelingt es, eine Auf zeichnung kontinuierlich über eine lange Zeitdauer mit hoher Geschwindigkeit und in beständiger Weise durch zuführen. Das Verfahren besitzt ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf das Ansprechverhalten des Flüssigkeitsstrahles und dessen Wirksamkeit und Beständigkeit. Die nutzbare Lebensdauer des stark benutzten Aufzeichnungskopfes wird verlängert, und es wird hiermit eine signifikante Ver besserung von dessen Beständigkeit erreicht. Es wird immer ein beständiger Flüssigkeitsstrahl bereit gehalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden unerwünschte Blasen aus dem Flüssigkeitskanal eliminiert und Aufzeich nungen mit hoher Qualität erhalten. Diese Ergebnisse lassen sich noch verbessern, wenn die Impulsbreite des Antriebs signals 1 bis 100 µsec, insbesiondere 2 bis 20 µsec, beträgt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungs beispielen in Verbindung mit der Zeichnung im ein zelnen erläutert.

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Erzeugung und des Austritts eines Flüssigkeitströpfchens;

Fig. 2 Diagramme in bezug auf die Abhängigkeit der Temperatur der Wärmeeinwirkungsfläche und des Volumens einer erzeugten Gasblase von der Zeit; und

Fig. 3 und 4 Diagramme, in denen die von den Ausfüh rungsbeispielen erhaltenen Ergebnisse dargestellt sind.

In Fig. 1 ist in schematischer Weise ein von der Öffnung 105 ausgestoßenes Flüssigkeitströpfchen dargestellt.

In Fig. 1 ist mit Vb das Flüssigkeitsvolumen be zeichnet, über das sich die pro Impulseinheit des an den Wandler 102 angelegten Eingangssignals er zeugten kleinen Blasen verbreiten können. Vd ist das Flüssigkeitsvolumen, das von der Öffnung 105 ausgestoßen wird. Wie man Fig. 1 entnehmen kann, können keine unerwünschten Blasen im Flüssigkeits kanal aufstromseitig der Öffnung 105 verbleiben, wenn Vd größer ist als Vb. Das bedeutet, daß bei richtiger Auswahl der Antriebsbedingungen sowie der Form des Aufzeichnungskopfes zur Aufrechterhaltung der vorstehenden Menge an abgegebener Flüssigkeit ein beständiger und kontinuierlicher Flüssigkeitsstrahl ohne Probleme sichergestellt werden kann. Auf diese Weise kann die Aufzeichnungsqualität über eine lange Zeitdauer einer kontinuierlichen Aufzeichnung immer gleich gut gehalten werden.

Die mit dem Aufzeichnungsverfahren erzielbaren Ergebnisse werden nachfolgend in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 ist ein Diagramm, in dem die Änderung der Oberflächentemperatur an der Wärmeeinwirkungsfläche 109 und die Änderung des Volumens der erzeugten Blase in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt sind, wenn ein Spannungssignal P an einen elektrothermischen Wandler 102 eines Aufzeichnungskopfes angelegt wird.

Zum Zeitpunkt t₀ wird das elektrische Impulssignal P angelegt und zum Zeitpunkt t_f unterbrochen. Wenn das Signal P an den Wandler 102 angelegt wird, beginnt die Oberflächentemperatur T der Wärmeeinwirkungs fläche des Wandlers 102 bei t₀ von der Ausgangstemperatur T_i an anzusteigen und erreicht ihren Höhepunkt T_p zum Zeit punkt t_f. Der über der Wärmeeinmischungsfläche des Wandlers 102 sich räumlich erstreckende Wärmeeinwirkungsabschnitt ist mit einer Aufzeichnungsflüssigkeit gefüllt, die einen Siede punkt von T_B aufweist. Solange wie die Spitzentemperatur T_p größer ist als der Siedepunkt T_B der sich mit der Wärmeeinwirkungsfläche des Wandlers 102 in Kontakt befindenden Flüssigkeit, werden im Wärmeeinwirkungsabschnitt zum Zeitpunkt t_BO, an dem T=T_B ist, Blasen erzeugt. Das Volumen V₁ der erzeugten Blasen steigt mit der Zeit an und erreicht seinen Höhepunkt V_p1 bei t_p1. Bei t_f wird das elektrische Signal P abgeschaltet, und die Ober flächentemperatur T beginnt wieder abzufallen. Zur gleichen Zeit nimmt das Volumen V der Blase ab. Blasen verschwinden bei t_B1. Wenn jedoch die Oberflächen temperatur T an der Wärmeeinwirkungsfläche des Wandlers 102 selbst zum Zeitpunkt t_B1 noch größer ist als der Siedepunkt T_b des Aufzeichnungskopfes, findet eine zweite Blasener zeugung V₂ statt. Wenn die zweite Blase V₂ ausreichend Energie besitzt, um ein herausfließendes Flüssigkeits tröpfchen zu bilden, kann die Beziehung: ein Tröpfchen pro Signal in unerwünschter Weise gestört werden. Selbst dann, wenn die zweite Blase V₂ nur so viel Energie be sitzt, die zur Bildung eines ausfließenden Flüssigkeits tröpfchens nicht ausreicht, können einige Probleme entstehen. Beispielsweise kann eine geringe Menge der Aufzeichnungsflüssigkeit aus der Öffnung 105 gedrückt werden, oder die in der Nachbarschaft der Öffnung 105 ausgebildete Flüssigkeitssichel kann in Schwingungen versetzt werden. Auf diese Weise kann die Qualität des aufgezeichneten Bildes verschlechtert werden.

Mit dem hier beschriebenen Aufzeichnungsverfahren können die mit der Bildung einer zweiten Blase verbundenen Probleme in einfacher Weise gelöst und Aufzeichnungen mit hoher Qualität leichter und beständiger hergestellt werden, wenn der elektrothermische Wandler mit einer Spannung be trieben wird, die 1,02-1,3mal so hoch ist wie die erforderliche Minimalspannung (Schwellenspannung) für die Erzeugung einer Blase. Kurz gesagt, bei diesem Verfahren wird die Antriebsspannung V_app für den elektrothermischen Wandler des Aufzeich nungskopfes auf einen Wert eingestellt, der 1,02- bis 1,3mal so hoch ist wie die Schwellenspannung V_th für die Blasenerzeugung.

Wenn die Antriebsspannung V_app nicht 1,02mal so groß ist wie die Schwellenspannung V_th, verbleiben die er zeugten Blasen in dem den Wärmeeinwirkungsabschnitt 107 umfassenden Kanal, und es entstehen beträchtliche Probleme. Beispielsweise verhindern die im Kanal verbleibenden Blasen die Zuführung von Aufzeichnungsflüssigkeit und stören den glatten Flüssigkeitsstrom zur Abgabe von Tröpfchen. Die an der Wärmeeinwirkungsfläche 109 verbleibenden Blasen führen zu einer übermäßig hohen Temperatur am Wärmeerzeugungsabschnitt 108. Eine der artige erhöhte Temperatur verkürzt die nutzbare Lebens dauer des Wandlers. Im schlimmsten Fall kann dadurch ein Ausfall des Wandlers verursacht werden.

Wenn andererseits die Antriebsspannung V_app über dem Wert 1,3mal so hoch wie die Schwellenspannung V_th liegt, wird eine überschüssige Menge an thermische Energie erzeugt, die ebenfalls die nutzbare Lebensdauer des Wandlers verkürzt. Darüber hinaus bewirkt diese über schüssige thermische Energie, daß zwei oder mehr Blasen zur gleichen Zeit erzeugt werden, während ein Eingangs signal an den elektrothermischen Wandler angelegt wird. In einem solchen Fall ist eine stetige Tröpfchen bildung nicht länger möglich.

Aus diesen Gründen wird somit an den elektrothermischen Wandler eine Spannung V_app in dem vorstehend definierten Be reich angelegt. Die Antriebsspannung V_app wird vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der 1,025- bis 1,2mal so hoch ist wie die Schwellenspannung V_th. Es wurde darüber hinaus festgestellt, daß ein besseres Ergebnis durch eine geeignete Auswahl der Impulsbreite P_b des Antriebsspannungssignales erreicht werden kann. Der bevorzugte Bereich der Impulsbreite P_w beträgt 1 bis 100 µsec, insbesondere 2 bis 20 µsec.

Desweiteren kann eine beständigere Tröpfchenbildung durch geeignete Auswahl der Temperaturanstiegsge schwindigkeit der Wärmeeinwirkungsfläche 109 während der Wärmeerzeugung durch den elektrothermischen Wand ler 102 erreicht werden. Bei einer bevorzugten Aus führungsform werden die Antriebs spannung V_app und die Impulsdauer P_w so ausgewählt, daß sich die Oberflächentemperatur um einen Betrag von 5 × 10⁶ bis 5 × 10⁸°C/sec ändert. Als Temperatur anstiegsgeschwindigkeit wird der durchschnittliche Temperatur-Zeit-Änderungswert über eine Zeitdauer von der Anfangstemperatur T_i bis zur Spitzentempera tur T_p des elektrothermischen Wandlers 102 definiert.

Die verwendete Aufzeichnungsflüssig keit besteht in erster Linie aus einem Farbmittel zur Färbung des aufgezeichneten Bildes und einem flüssigen Medium, das als Lösungsmittel dient, in dem das Farbmittel gelöst oder dispergiert ist.

Es ist empfehlenswert, solche Farbmittel einzusetzen, die bei den in der Vorrichtung verwendeten Tempe raturbereichen thermisch beständig sind.

Beispiele von geeigneten Farbmitteln sind Farbstoffe, organische Pigmente und anorganische Pigmente. Als Farbstoffe werden diejenigen bevorzugt, die in dem flüssigen Medium löslich sind. Typische Bei spiele sind Direktfarbstoffe, saure und basische Farb stoffe.

Als Pigmente können nahezu alle bekannten Pigmente eingesetzt werden, wenn sie eine geringe Partikel größe und eine so gering wie mögliche Unregelmäßigkeit in der Partikelform besitzen. Die Pigmente sollten eine gute Dispersionsfähigkeit und Beständigkeit im flüssigen Medium aufweisen.

Der Anteil des Farbmittels in der Aufzeichnungs flüssigkeit hängt von der Art des verwendeten flüssigen Mediums und den für die Aufzeichnungsflüssigkeit geforderten Eigenschaften etc. ab. Normalerweise liegt der Anteil des Farbmittels in einem Bereich von 0,5 bis 20 Gewichts-%, vorzugsweise von 0,5 bis 15 Gewichts-% und insbesondere 1 bis 10 Gewichts-% des Gesamtgewichtes der Aufzeichnungsflüssigkeit.

Bei der vorzugsweise eingesetzten Aufzeichnungsflüssigkeit bildet Wasser die Hauptkomponente des flüssigen Mediums. Obwohl Wasser alleine eingesetzt werden kann, ist es wünschens wert, ein Gemisch aus Wasser und wasserlöslichen orga nischen Lösungsmitteln zu verwenden.

Als wasserlösliche organische Lösungsmittel können beispielsweise die nachfolgenden Substanzen eingesetzt werden:
C₁-C₄-Alkylalkohole, wie Methyl-, Äthyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, sec-Butyl-, tert-Butyl und Isobutylalkohole; Amide, wie Dimethylformamid und Dimethylacetoamid; Ketone und Ketoalkohole, wie Azeton und Diazetonalkohol; Äther, wie Tetrahydro furan und Dioxane; Polyakylenglykol, wie Polyäthylen glykol und Polypropylenglykol; Alkylenglykole mit 2-6 C-Atomen im Alkylen-Anteil, wie Äthylenglykol, Propylen glykol, Butylenglykol, Triäthylenglykol, 1,2,6-Hexan triol, Thiodiglykol, Hexylenglykol und Diäthylenglykol, Glycerol; niedrigere Alkyläther von Polyalkoholen, wie Äthylenglykolmethyläther, Diäthylenglykolmethyl (oder äthyl)äther, Triäthylenglykolmonomethyl (oder äthyl) äther usw.

Bevorzugte wasserlösliche organische Lösungsmittel sind Glykole, die 2 bis 8 C-Atome enthalten, insbe sondere Polyalkohole, wie Diäthylenglykol und niedrigere Alkyläther von Polyalkoholen, wie Diäthylenglykolmono methyl (oder äthyl)äther.

Der Anteil des wasserlöslichen organischen Lösungs mittels in der Aufzeichnungsflüssigkeit beträgt normalerweise 5 bis 95 Gewichts-%, vorzugsweise 1 bis 80 Gewichts- insbesondere 20 bis 50 Gewichts-%, vom Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit. Der Wasseranteil ist je nach der Art und Zusammensetzung des verwendeten Lösungs mittels sowie den geforderten Eigenschaften der Auf zeichnungsflüssigkeit über einen breiten Bereich variier bar: Der Wasseranteil liegt jedoch normalerweise in einem Bereich von 10 bis 90 Gewichts-%, vorzugsweise 10 bis 70 Gewichts-%, insbesondere 20 bis 70 Gewichts-%, vom Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit.

Die die obigen Bestandteile aufweisende Aufzeichnungs flüssigkeit besitzt gute und gut ausgewogene Aufzeich nungseigenschaften (Signal-Ansprechverhalten, Beständig keit der Tröpfchen- und Strahlbildung, Eignung für lange und kontinuierliche Aufzeichnungen und Bestän digkeit der Strahlbildung nach langen Ruhepausen) und weist eine ausgezeichnete Lagerbeständigkeit, Fixier fähigkeit auf dem Aufzeichnungsmaterial, Lichtfestig keit der aufgezeichneten Bilder, Verwitterungsfestig keit und Wasserfestigkeit der aufgezeichneten Bilder auf. Um die Eigenschaften der Aufzeichnungsflüssig keit weiter zu verbessern, können beliebige Zusätze hinzugefügt werden. Als geeignete Zusätze kommen die nachfolgend aufgeführten bekannten Zusätze in Frage:

Viskositätsregler, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Cellulose und wasserlösliches Harz, kationische, anionische und nicht ionische oberflächenaktive Stoffe und Ober flächenspannungsregler, wie beispielsweise Diäthanolamin und Triäthanolamin; und pH-Regler, wobei verschiedene Pufferlösungen Verwendung finden können.

Sogar dann, wenn die Aufzeichnung kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit über eine lange Zeitdauer durchgeführt wird, ist es möglich, die ausfließenden Tröpfchen immer in stetiger Weise zu bilden. Die Richtung der ausfließenden Tröpfchen und der Durch messer derselben werden dabei konstant gehalten. Es können somit Aufzeichnungen mit hoher Qualität erzielt werden. Es besteht keine Möglichkeit, daß die Aufzeichnungsflüssigkeit aufgrund der vom elektrothermischen Wandler erzeugten Wärmeenergie einer chemischen Zustandsänderung unterworfen wird, die sich nachteilig auf den Zustand des Flüssigkeits strahles auswirken könnte.

Darüber hinaus können mit diesem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren die Flüssig keitströpfchen in sicherer Ansprache auf das dem elektrothermischen Wandler zugeführte Eingangssignal geformt werden. Dadurch wird die Erzeugung eines Tröpfchens pro Signal und die Gleichmäßigkeit der Ausflußgeschwindigkeit der Tröpfchen sichergestellt.

Es folgen Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1

Ein Aufzeichnungskopf wurde in der nachfolgend be schriebenen Weise unter Verwendung eines Silikon substrates als Basisplatte des Kopfes hergestellt:

Zuerst wurde eine SiO₂-Schicht (untere Schicht) einer Dicke von 3 µm durch Aufsprühen auf dem Silikonsubstrat hergestellt. Danach wurde eine Schicht aus HfB₂ einer Dicke von 1000 Å als Heiz widerstandsschicht aufgebracht, wonach eine Schicht aus Aluminium einer Dicke von 3000 Å als Elektrode aufgebracht wurde. Nach der Beschichtung wurde ein Heizwiderstandsmuster durch Ätzen geformt. Als Schutzschicht (Deckschicht) wurde eine SiO₂-Schicht einer Dicke von 0,5 µm durch Sprühen aufgebracht. Nachdem in der vorstehend beschriebenen Weise ein elektrothermischer Wandler auf dem Substrat ausge bildet worden war, wurde eine mit Schlitzen versehene Glasplatte mit der Basisplatte verbunden, wobei der Heizwiderstand zu einem Schlitz ausgerichtet wurde. Der Schlitz besaß eine Breite von 80 µm und eine Tiefe von 80 µm. Nach dem Verbinden der beiden Platten elemente wurde die Öffnungsendfläche geschliffen, um die Entfernung zwischen dem Ende des Heizwiderstandes und der Öffnung auf 300 µm einzustellen. Auf diese Weise wurde ein Aufzeichnungskopf hergestellt.

Unter Verwendung dieses Aufzeichnungskopfes wurden Aufzeichnungsversuche durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde eine schwarze Tinte, die in erster Linie aus einem schwarzen Farbstoff und Äthanol bestand, dem Wärmeeinwirkungsabschnit des Kopfes mit einem Druck von 0,01 atm zugeführt. An den elektrothermischen Wandler wurde ein Spannungssignal in der Form eines rechteckigen Impulses angelegt.

Die Bedingungen (Spannung und Frequenz), durch die die Menge der abgestrahlten Tinte festgelegt wurde, wurden variiert, um die Beziehung zwischen der Menge der abgestrahlten Tinte und der Bildung von unerwünschten, im Kanal verbleibenden Blasen kennen zulernen. In Fig. 3 ist die Abhängigkeit zwischen der Spannung und der Menge an abgestrahlter Tinte dargestellt. Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Frequenz und der Menge an abgestrahlter Tinte.

Durch die vorstehend beschriebenen Versuche wurde festgestellt, daß dann, wenn die Menge der abgestrahlten Tinte geringer ist als 0,21 µg/Impulse (wb), unerwünschte Blasen im Tintenkanal verbleiben und der Tintenstrahl unabhängig von den Antriebsbedingungen unbeständig wird. Eine ausreichend hohe Strahlkraft, um die unerwünschten Blasen zu eliminieren, wurde erhalten, als die ange legte Spannung den Wert V_b erreichte, der 1,02mal so hoch ist wie die Schwellenspannung V_th. Unter diesen Bedingungen verblieben keine unerwünschten Blasen im Tintenkanal, und der Tintenstrahl wurde in einer sehr beständigen Weise ohne irgendwelche Probleme über eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten.

Wenn die Antriebsfrequenz höher als f_b war (Fig. 4), konnte nicht mehr Tinte zugeführt werden als ver braucht wurde. Daher wurden unerwünschte Blasen er zeugt, die im Tintenkanal verblieben, und der Tinten strahl wurde unbeständig.

Aus dem vorstehend beschriebenen Versuchen wurde fest gestellt, daß bei einer Frequenz fr (Hz)<1000 (Hz) die folgende Beziehung zwischen f_b und f_r existiert:

f_b ≃ (f_r)²/680

wobei für f_b und f_r die in Hz angegebenen Werte eingesetzt werden.

Als f_b geringer war als f_r, wurde die abgestrahlte Tintenmenge konstant gehalten, und als sich die ange legte Spannung auf einem richtigen Wert befand, wie vorstehend beschrieben, wurden keine verbleibenden Blasen im Tintenkanal festgestellt. Es wurde daher immer ein qualitativ guter und beständiger Tinten strahl erreicht, und die Qualität der erhaltenen Aufzeichnungen war ausgezeichnet.

Es wurde ferner festgestellt, daß bei einem Anstieg der angelegten Spannung über die zum Erhalt von w_b erforderliche Schwellenspannung V_th hinaus die Menge der abgestrahlten Tinte ebenfalls anstieg und ihren Sättigungswert etwa dann erreichte, als die angelegte Spannung einen Wert erreichte, der 1,3mal so groß war, wie V_th. In Fig. 3 ist ein derartiger Wert der ange legten Spannung mit V_s bezeichnet.

Bei dieser Spannung V_s waren sowohl der Zustand des Tintenstrahles als auch die Qualität der Aufzeich nungen sehr gut.

Unter Verwendung einiger Basis anordnung wurden viele Proben von Aufzeichnungsköpfen mit unterschiedlichen Größen hergestellt, wie in Tabelle 1 aufgeführt, und es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, um das Betriebsverhalten der Aufzeichnungsköpfe in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder der Abwesenheit von unerwünschten Blasen im Tintenkanal sowie die Qualität der aufgezeichneten Bilder zu untersuchen. Die entsprechenden Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 angegeben.

Diese Ergebnisse zeigen, daß unerwünschte Blasen aus dem Tintenkanal eliminiert und Aufzeichnungen mit hoher Qualität erhalten werden können, wenn der Auf zeichnungskopf unter Bedingungen betrieben wird, bei denen die Antriebsfrequenz f (Hz) geringer ist als (f_r)²/680 und die angelegte Spannung V_app einen Wert besitzt, der 1,02- bis 1 · 3mal so groß ist wie die Schwellenspannung V_th, unabhängig davon, welche Form und Größe der Aufzeichnungskopf besitzt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Beispiel 2

Unter Verwendung derselben Basis anordnung wie bei Beispiel 1 wurden Proben von Aufzeichnungsköpfen (Proben A bis E) hergestellt, die einen unter schiedlichen Aufbau aufwiesen, wie in Tabelle 4 gezeigt.

Unter Verwendung von unterschiedlichen Tintenarten a bis e, die in Tabelle 5 gezeigt sind, wurde mit diesen Aufzeichnungsköpfen eine Reihe von Auf zeichnungsversuchen durchgeführt. Der Zustand des Tintenstrahles bei verschiedenen Antriebsspannungen V_app wurde durch die Qualität des Druckes in der nachfolgend beschriebenen Weise bestimmt.

In Tabelle 6 sind diejenigen Ergebnisse aufgeführt, die bei Verwendung der Aufzeichnungsköpfe der Proben A bis E mit der Tinte a erhalten wurden, während die Antriebsspannung V_app über die 1,0- bis 1,5fache Schwellenspannung V_th variiert wurde. Die für die Proben A bis E aufgefundenen Werte V_th sind ebenfalls in Tabelle 6 aufgeführt.

In Tabelle 7 sind diejenigen Ergebnisse aufgeführt, die bei Verwendung von unterschiedlichen Tinten b, c d und e für den gleichen Aufzeichnungskopf, Probe A erhalten wurden. Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse bei Variation der Impulsbreite des Antriebssignales im Bereich von 0,1 bis 500 µsec, während die Antriebs spannung auf den gleichen Wert eingestellt wurde, nämlich 1,15 × V_th.

In Tabelle 9 sind die Ergebnisse für die gleiche Kombination des Aufzeichnungskopfes A und der Tinte a bei Variation der Antriebsspannung V_app und die Im pulsbreite P_w aufgeführt.

In den Tabellen 6 und 7 betrug die Impulsbreite 10 µsec.

Die Auswertung wurde durchgeführt, indem die Qualität des erhaltenen Drucks geprüft und in der folgenden Weise bewertet wurde:

. . . sehr gut
○ . . . gut
∆ . . . akzeptabel für praktische Zwecke
× . . . nicht akeptabel für praktische Zwecke

Die Tabellen 6 bis 9 zeigen, daß gute Ergebnisse er halten werden, wenn V_app des Spannungssignales auf einen Wert eingestellt wird, der 1,02 × V_th bis 1,3 × V_th beträgt, und daß bessere Ergebnisse erhalten werden können, wenn die Impulsbreite des Spannungs signales auf einen Wert im Bereich von 1 bis 100 µsec eingestellt wird.

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Tabelle 7

Tabelle 8

Tabelle 9

Claims

1. Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsverfahren unter Verwendung eines Aufzeichnungskopfes, der ein Flüssigkeitsausstoßteil mit einer Öffnung, durch die die Flüssigkeit zur Ausbildung eines fliegenden Flüssigkeitströpfchens ausgestoßen wird, und mit einem Wärmeeinwirkungsabschnitt, der in Verbindung mit der Öffnung steht und in dem die zum Ausstoßen der Flüssigkeit erforderliche thermische Energie auf diese einwirkt, und einen elektrothermischen Wandler aufweist, der als Einrichtung zur Erzeugung der thermischen Energie dient, mit dem folgenden Schritt: Einwirkenlassen der thermischen Energie auf die den Wärmeeinwirkungsabschnitt füllende Flüssigkeit, wodurch sich eine Dampfblase bildet, deren Volumenausdehnung ein Ausstoßen der Flüssigkeit von der Öffnung in der Form eines fliegenden Flüssigkeitströpfchens hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß an den elektrothermischen Wandler ein Antriebssignal gelegt wird, dessen Spannung V_app einen Wert besitzt, der 1,02- bis 1,3 mal so hoch ist wie die zur Dampfblasenerzeugung in dem mit der Flüssigkeit gefüllten Wärmeeinwirkungsabschnitt erforderliche Schwellenspannung V_th bei gleichzeitig im wesentlichen konstanter Impulsbreite des Antriebssignales, und die Frequenz f des Antriebssignales die Beziehung erfüllt f<f_r²/680 ≃ f_b,wobei mit f_r<1000 Hz eine erste Grenzfrequenz bestimmt ist, bis zu deren Erreichen die ausgestoßene Tintenmenge "w" konstant ist und ab deren Erreichen bei einer weiteren Erhöhung der Antriebsfrequenz "f" die ausgestoßene Tintenmenge "w" abnimmt bis zu einer Mindestausstoßmenge "w_b", welche sich bei einer weiteren Grenzfrequenz "f_b" ergibt, so daß im Flüssigkeitsausstoßteil erzeugte unerwünschte Blasen von aus der Öffnung ausgestoßenen Flüssigkeitströpfchen eingeschlossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite des Antriebssignales 1 bis 100 µsec beträgt.