DE69424005T2

DE69424005T2 - Tintenstrahldruckkopf, Tintenstrahlkopf-Kartusche und Druckgerät

Info

Publication number: DE69424005T2
Application number: DE69424005T
Authority: DE
Inventors: Teruo Arashima; Hiroyuki Ishinaga; Masaaki Izumida; Masami Kasamoto; Jun Kawai; Tsuyoshi Orikasa; Hiroshi Sugitani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2014-07-29
Also published as: EP0636478A2; DE69424005D1; US6231166B1; ATE191884T1; EP0636478B1; EP0636478A3; ES2144473T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldruckkopf gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, eine Tintenstrahlkartusche und ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät mit einem derartigen Kopf.
Im herkömmlich bekannten Tintenstrahldruckkopf ist eine Einrichtung zur Energieerzeugung in den Flüssigkeitsbahnen zum Auslassen von Tinte angeordnet, während die einer Flüssigkeitskammer zugeführte Tinte von einem Tintentank oder dergleichen durch einen Tintenzufuhrausgang zu den oben angeführten Flüssigkeitsbahnen gefördert wird. Hier wird durch eine Einrichtung zur Energieerzeugung die Energie erzeugt und an die Tinte gegeben, wodurch die Tinte von den Auslaßöffnungen ausgelassen wird. Die ausgelassenen Tintentröpfchen treffen auf einen Aufzeichnungsträger auf, um Bildpunkte zur Aufzeichnung auszubilden. Der eine von derartigen Tintenstrahldruckköpfen, der thermische Energie zum Auslassen einer Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) nutzt, kann eine Vielzahl von Auslaßöffnungen in einer hohen Dichte ausbilden. Daher hat ein Kopf der Art zusätzlich zur Fähigkeit der Aufzeichnung in einer hohen Auflösung einen Vorteil, daß der Kopf einfach als ein Ganzes kompakt gefertigt werden kann.
Im herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf, der die thermische Energie verwendet, ist der Aufbau im allgemeinen so angeordnet, daß durch die Anordnung einer Vielzahl von wärmeerzeugenden Widerstandselementen auf einem Trägermaterial aus etwas wie Silikon und auch durch Verwendung einer Grundplatte mit einer gemeinsamen Schicht zur Wärmespeicherung und einer elektrisch isolierten Schicht, eine derart hohe Dichte erlangt wird.
Fig. 11 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines Tintenstrahldruckkopfs eines derartigen Aufbaus als bisheriger Stand der Technik dargestellt schematisch zeigt.
In Fig. 11 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 ein Aluminiumoxid-Trägermaterial; 2a eine Wärmespeicherschicht; 2b und 2c jeweils elektrisch isolierte Schichten; 3 die wärmeerzeugenden Widerstandselemente; 3a eine Elektrodenverdrahtung zum Zuführen von elektrischer Leistung zu den wärmeerzeugenden Widerstandselementen 3; und 4 einen Schutzfilm gegen Kavitation.
Auf einer wie oben aufgebauten Heizplatte (die im folgenden als geschichtete Leitergrundplatte bezeichnet werden kann) 100 ist eine Deckplatte 400, die zur Ausbildung von Flüssigkeitsbahnen 401 und anderen eingekerbt ist, angefügt, um einen Tintenstrahldruckkopf zu bilden.
Infolgedessen wird, wenn die Wärmeerzeugungselemente zur Ausführung von Auslässen angeregt werden, die somit erzeugte Wärme nicht unbedingt nur zum Auslassen verwendet, sondern ein Teil davon wird durch die vorgenannte Grundplatte und andere zu den dazu benachbarten Flüssigkeitsbahnen freigegeben.
Mit einem Kopf eines derartigen Aufbaus wird das Volumen der ausgelassenen Tintentröpfchen verhältnismäßig groß, da die erzeugten Wärmemengen selbst Einfluß aufeinander ausüben, wenn Tinte gleichzeitig aus all den Auslaßöffnungen ausgelassen wird, das heißt, die vorgenannte Vielzahl von wärmeerzeugenden Widerstandselementen gleichzeitig zur Wärmeerzeugung angeregt wird. Andererseits wird das Auslaßvolumen verglichen mit der oben angeführten Sachlage verhältnismäßig klein, wenn ein Wärmeerzeugungswiderstandselement zur einzelnen Wärmeerzeugung angeregt wird. Infolgedessen ist es in einem Fall, in dem ein wärmeerzeugendes Widerstandselement einzeln angesteuert wird, nötig, eine solche Anordnung zu machen, daß das Element thermische Energie in einer höheren Intensität als üblich erzeugen kann, falls das gleiche Auslaßvolumen wie in dem Vollauslaß erreicht werden soll. Mit anderen Worten tritt die Differenz im Aufblähwirkungsgrad abhängig von der zuzugebenden Energie auf und macht eine Anpassung der Auslaßvolumen zur Zeit eines Einzelauslasses und eines Vollauslasses nötig. Dadurch wird die Konfiguration der elektrischen Leistungszufuhr zwangsläufig kompliziert. Falls das Volumen des Vollauslasses ohne irgendeine Anpassung vereinheitlicht wird, neigt das Einzelauslaßvolumen dazu, unzureichend zu werden, was zu einer signifikant unterlegenen Qualität eines aufgezeichneten Bilds führt.
Fig. 12 ist ein Liniendiagramm, das den Zusammenhang zwischen der an den Kopf angelegten Spannung P und dem Auslaßvolumen Vd zeigt.
Wie aus Fig. 12 deutlich wird, gibt es einen großen Unterschied im Auslaßvolumen zwischen einem Einzelauslaß und einem Vollauslaß speziell in der elektrischen Leistung P'TH, wenn der Auslaß beginnt. Dieser Unterschied kommt trotz der Tatsache vor, daß die elektrische Leistung für beide von diesen gleich erfordert ist, um die genügend gute Temperatur erreichen, um ein Filmsieden in Tinte zu erzeugen. Dies ergibt sich infolge des Unterschieds in der Wärmespeicherung in den Aufblähabschnitten nach der Erzeugung von Wärme durch die wärmeerzeugenden Widerstandselemente. Wenn ein Auslaß nur von einer Einzeldüse erfolgt, ist die Wärmestrahlung zu den benachbarten Flüssigkeitsbahnen und anderen größer, und bevor die Abmessung der maximalen Aufblähung groß genug wird, tritt das Zusammenfallen auf, während in einem Fall, in dem eine Vielzahl von wärmeerzeugenden Widerstandselementen an einer Zeit derart wie ein Vollauslaß angesteuert werden, die Wärmestrahlung zu den benachbarten Flüssigkeitsbahnen und anderen nicht so groß ist, und die Abmessung der Aufblähung entsprechend groß genug wird.
Mit anderen Worten ist es nötig, eine zur P'OP äquivalente elektrische Leistung, die, wie in Fig. 12 gezeigt, größer als die P'TH ist, anzulegen, um das gleiche Auslaßvolumen für den Einzelauslaß und den Vollauslaß in dem herkömmlichen Kopf zu erreichen.
Ein gattungsgemäßer Tintenstrahldruckkopf ist aus der EP- A-0 154 515 bekannt. Diese Druckschrift zeigt, daß der Tintenstrahldruckkopf eine Vielzahl von in einem Feld angeordneten wärmeerzeugenden Widerstandselementen zum Auslassen von Tinte hat. Die wärmeerzeugenden Widerstandselemente sind schichtweise auf einer Grundplatte, die auch eine Vielzahl von Schichten mit der Funktion von Isolierung oder Schutz trägt, aufgetragen. Ferner sind Flüssigkeitsbahnen, die durch eine Vielzahl von Unterteilungswänden geteilt sind, auf der Grundplatte ausgebildet. Der Kopf hat eine Einkerbung, die zwischen benachbarten Wärmeerzeugungselementen liegt und die durch Unterbrechen eines Teil der Schichten ausgebildet ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Tintenstrahldruckkopf gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 derart weiterzubilden, daß er stetige Auslässe mit einer kleinen Menge zugegebener Energie ausführen kann, um Bilder einer hohen Qualität vorzusehen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Eine Tintenstrahlkartusche und ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät mit dem obigen Tintenstrahldruckkopf sind in den Ansprüchen 7 und 8 definiert.
Gemäß der Erfindung sind die Schichtaufbauten unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung zwischen den benachbarten wärmeerzeugenden Widerstandselementen auf den die geschichtete Leitergrundplatte bildenden Schichten verbessert.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, die Übertragung einer in der Flüssigkeitsbahn erzeugten Wärme zu den anderen Teilen als einer derartigen Flüssigkeitsbahn zu unterdrücken, indem der Schichtaufbau der Vielzahl der die geschichtete Leitergrundplatte bildenden Schichten in den Bereichen angepaßt wird, die Grenzen zwischen den als Wärmeerzeugungskammern dienenden Flüssigkeitsbahnen vorsehen.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer erfindungsgemäßen Grundplatte partiell zeigt.
Fig. 3 ist ein Liniendiagramm, das den Zusammenhang zwischen der angelegten elektrischen Leistung und der Auslaßmenge zeigt.
Fig. 4 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der angelegten elektrischen Leistung und der Auslaßmenge zeigt.
Fig. 6 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 7 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt.
Fig. 8 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäße Tintenstrahlkartusche zeigt.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer erfindungsgemäßen Tintenstrahlkartusche zeigt.
Fig. 10 ist eine Ansicht, die ein Gerät zeigt, auf dem ein Tintenstrahldruckkopf der Erfindung montiert ist.
Fig. 11 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß dem zugehörigen Stand der Technik schematisch zeigt.
Fig. 12 ist ein Liniendiagramm, das den Zusammenhang zwischen der angelegten elektrischen Leistung und der Auslaßmenge zeigt.
Im folgenden wird in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen eine ausführliche Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele gemacht.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die den Schnitt der Anordnungsrichtung eines elektrothermischen Wandlers auf der geschichteten Leitergrundplatte eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt.
In Fig. 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 ein Substrat aus Aluminiumoxid, Silikon oder dergleichen; 2a eine aus Silikon oder dergleichen ausgebildete Wärmespeicherschicht, die parallel als eine elektrisch isolierende Schicht dient; 2b und 2c jeweils elektrisch isolierende Schichten, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen ausgebildet sind, um jedes aus der Vielzahl der wärmeerzeugenden Widerstandselemente in seiner Nachbarschaft elektrisch zu trennen oder abzuschirmen; 3 wärmeerzeugende Widerstandselemente, die aus Hafniumborid, Tantalnitrid oder dergleichen ausgebildet sind. Auf den wärmeerzeugenden Widerstandselementen 3 sind, außer auf den Abschnitten, die die Wärmeerzeugungsteilabschnitte werden, Elektrodenverdrahtungen 3a aus Aluminium oder dergleichen ausgebildet. Die dadurch ausgebildeten wärmeerzeugenden Widerstandselemente 3 und Elektrodenverdrahtungen 3a bilden die elektrothermischen Wandler. Hier bezeichnet ein Bezugszeichen 4 einen Abschirmfilm, der aus Tantal oder einem anderen gegen Kavitation vorgesehenen Metall ausgebildet ist. Mit jeder der dadurch angeordneten Schichten ist die Heizplatte 100 als eine geschichtete Leitergrundplatte aufgebaut.
Zum Bilden eines Tintenstrahldruckkopfs zusammen mit der Heizplatte ist auf der Heizplatte 100 eine Deckplatte 400 mit einer Vielzahl von Unterteilungswänden 400a und anderen vorgesehen, die einstückig ausgebildet sind, um Flüssigkeitsbahnen 401 und andere vorzusehen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Grundplatte durch schichtweise angeordnete Schaltungen ausgebildet, die in einer derartigen Weise vorbereitet sind, daß die Abschnitte in den zwischen Flüssigkeitsbahnen der als die wärmespeichernde Schicht dienenden ersten Isolationsschicht 2a und der Schutzschicht 4 gegen Kavitation liegenden Abschnitten der Schichten 100a, die jede der Schichten zwischen den wärmeerzeugenden Widerstandselementen bilden, in der Richtung entlang den Flüssigkeitsbahnen, die die Anordnungsrichtung der wärmeerzeugenden Widerstandselemente kreuzen (in Fig. 1, ist der Schnitt nur dieses Teils dargestellt), in einer größeren Länge als der der Richtung der Flüssigkeitsbahnen der wärmeerzeugenden Widerstandselemente entfernt werden.
Genauer ist die Abmessung des Wärmeerzeugungsteilabschnitts (in dem keine Elektrodenverdrahtung 3a angeordnet ist) des wärmeerzeugenden Widerstandselements so angeordnet, daß sie 40 um breit, 105 um lang und 0,05 um dick ist. In diesem Fall ist die Dicke der ersten Isolierschicht 2a 1,5 um. Die Breite des entfernten Abschnitts ist 20 um, und seine Länge ist 400 um. Ebenso ist die Dicke des Films gegen Kavitation 0,2 um, die Breite des entfernten Abschnitts 20 um und seine Länge 400 um.
Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Nachbarschaft der Auslaßöffnungen einer derartigen Grundplatte von oben betrachtet zeigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die erste Isolierschicht durch Verwendung von Trockätzen, Naßätzen oder dergleichen in der Richtung, die die Anordnungsrichtung der wärmeerzeugenden Widerstandselemente schneidet, (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die zur Anordnungsrichtung rechtwinklige Richtung) entfernt. (Die extrudierten durch dieses Entfernen ausgebildeten Teile sind durch ein Bezugszeichen 5 in Fig. 2 bezeichnet).
Der Tintenstrahldruckkopf der Erfindung ist in einem Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen eingebaut. Infolgedessen wird eine hochqualitative Aufzeichnung bei einer niedrigen elektrischen Leistung (ungefähr 3,5 W) erreicht, selbst in einem Fall der Einzelauslässe.
Fig. 3 ist ein Liniendiagramm, das die Auslaßmenge Vd in Abhängigkeit der an einen Tintenstrahldruckkopf angelegten elektrischen Leistung P gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie aus Fig. 3 deutlich wird, sind im wesentlichen die gleichen Kenndaten in einem Fall der Vollauslässe und der Einzelauslässe gezeigt, und verglichen mit dem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf, wird der thermische Wirkungsgrad sehr verbessert.
Das liegt an der Tatsache, daß der Einschluß von Elementen zur Wärmeübertragung zu den benachbarten Flüssigkeitsbahnen zwischen den benachbarten wärmeerzeugenden Widerstandselementen durch Entfernen der gegen Kavitation vorgesehenen Schicht 4 und der ersten Isolierschicht 2a quantitativ verringert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die unerwünschte Wärmestrahlung zu vermeiden, so daß ein ausreichender thermischer Wirkungsgrad selbst in den Einzelauslässen herstellt wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die entfernten Abschnitte gestreckterweise zwischen den wärmeerzeugenden Widerstandselementen in der Richtung vorhanden, die die Felder der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht schneidet. Es ist jedoch vorzuziehen, ihre Länge ungefähr doppelt so lang wie die Länge des wärmeerzeugenden Widerstandselements mit den Feldern des wärmeerzeugenden Widerstandselements in der Mitte anzufertigen, oder mehr vorzuziehen, sie ungefähr fünfmal so lang wie die Länge des wärmeerzeugenden Widerstandselements anzufertigen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auch die Beschreibung eines Kopfs der Art gemacht, bei dem die Tinte in der Richtung entlang den wärmeerzeugenden Widerstandselementen ausgelassen wird; aber die Erfindung ist für einen Kopf der Art anwendbar, bei dem die Tinte zur der Seite ausgelassen wird, die der Fläche, auf der die wärmeerzeugenden Widerstandselemente angeordnet sind, entgegengesetzt ist.
Fig. 4 ist eine Ansicht, die den Schnitt der geschichteten Leitergrundplatte eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Schicht 4 gegen Kavitation und eine dritte Isolierschicht 2c der Schicht 100a in einer Abmessung von 20 um Breite und 400 um Länge zwischen jedem der wärmeerzeugenden Widerstandselemente im gleichen Schichtaufbau wie das erste Ausführungsbeispiel entfernt.
Mit dem auf einem Aufzeichnungsgerät eingebauten Flüssigkeitsstrahlkopf des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird eine Aufzeichnung ausgeführt. Infolgedessen wird eine hochqualitative Aufzeichnung bei einer niedrigen elektrischen Leistung erreicht (ungefähr 3,5 W).
Auch wird die Auslaßmenge Vd in Abhängigkeit der angelegten elektrischen Leistung P gemessen. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist es deutlich, daß der thermische Wirkungsgrad besser als der des herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs ist.
Fig. 5 ist eine Ansicht, die eine Linie zeigt, die die Veränderungen der Auslaßmenge Vd in Abhängigkeit der elektrischen Ansteuerleistung P (w) angibt, wenn der Kopf der Erfindung angesteuert wird (Linie A); und die Linie B ist eine Gegenüberstellung, die vorbereitet wird, indem nur der Film gegen Kavitation in einer Abmessung von 20 um Breite und 400 um Länge zwischen den wärmeerzeugenden Widerstandselementen entfernt wird, weil die Filmdicke des Films gegen Kavitation kleiner ist als diejenigen der anderen Schichten. Mit anderen Worten ist seine Wärmeübertragung in der Richtung zu anderen wärmeerzeugenden Widerstandselementen im Grunde nicht so groß, weil die Wärmekapazität dieses Films klein ist. Daher kann keine signifikante Wirkung durch bloßes Entfernen eines Teils dieses Films erwartet werden. Im Gegensatz dazu ist es, falls die Isolierschicht wie bei dem vorliegenden und anderen Ausführungsbeispielen entfernt wird, möglich, den Auslaß von Tinte in einer großen Menge zu erreichen, indem die gleiche elektrische Ansteuerleistung angelegt wird, weil die Filmdicke der Schicht größer ist, und entsprechend die Wärmekapazität größer ist.
Fig. 6 ist eine Ansicht, die den Schnitt einer geschichteten Leitergrundplatte gemäß wieder einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt.
Bei dem selben Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel ist nur die erste Isolierschicht 2a der Schicht 100a in einer Abmessung von 20 um Breite und 400 um Länge zwischen jedem der wärmerzeugenden Widerstandselemente entfernt.
Mit dem auf einem Aufzeichnungsgerät eingebauten Tintenstrahldruckkopf der Erfindung wird eine Aufzeichnung ausgeführt. Infolgedessen wird eine hochqualitative Aufzeichnung bei einer niedrigen elektrischen Leistung (ungefähr 3,5 W) im wesentlichen auf dieselbe Weise erreicht wie durch jedes der Ausführungsbeispiele oben beschrieben.
Auch wird die Auslaßmenge Vd in Abhängigkeit der angelegten elektrischen Leistung P gemessen. Wie in jedem der oberen Ausführungsbeispiele ist es deutlich, daß der thermische Wirkungsgrad besser als der des herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs ist.
Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zeigt.
Bei jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind die Beispiele gezeigt, bei denen für eine der Isolierschichten ein Entfernen vorgesehen ist, aber, falls es überhaupt kein Problem elektrischer Kriechverluste gibt, ist es möglich, jeweils all die Isolierschichten teilweise zu entfernen, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. (In Fig. 7 sind die zu entfernenden Teile durch ein Bezugszeichen 5 bezeichnet, während die Länge der zu entfernenden Teile in derselben Weise wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel definiert ist.)
Falls die Einschnitte durch Entfernen der Vielzahl der Schichten wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildet sind, ist es möglich, effektiver zu verhindern, daß die thermischen Übersprechvorgänge zwischen den benachbarten Düsen vorkommen.
Wie oben beschrieben, sollte es möglich sein, die Anzahl zu entfernender Schichten in Einklang mit dem Grad der Steifigkeit, in dem die thermischen Übersprechvorgänge zwischen den benachbarten Düsen begrenzt sind, festzulegen. Obwohl es immer noch effektiv ist, wenn ungefähr die Hälfte einer Isolierschicht entfernt ist, ist es wünschenswert, eine vollständige Schicht, als eine zu entfernende Isolierschicht zu entfernen. Auch ist es effektiver, die Schicht zu entfernen, die näher zu den wärmerzeugenden Widerstandselementen positioniert ist.
Nun sind Fig. 8 und Fig. 10 Ansichten, die jeweils eine vorzuziehende Tintenstrahleinheit IJU, für die die Erfindung erfüllt oder geeignet verwendet ist, einen Tintenstrahldruckkopf IJH, eine Tintenstrahlkartusche IJC und den Hauptkörper eines Tintenstrahlaufzeichnungsgerät IJRA zeigen. Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 8 und Fig. 10 der Aufbau eines jeden Teils beschrieben.
Wie aus Fig. 9, die eine Tintenstrahlkartusche des vorliegenden Ausführungsbeispiels perspektivisch veranschaulicht, deutlich wird, ist die Kartusche einstückig mit einem Tintenstrahldruckkopf und einem Tintentank ausgebildet. Der Anteil des Tintenspeichers ist darin größer. Diese Tintenstrahlkartusche IJC ist fest durch eine Einrichtung zum Positionieren des auf dem Hauptkörper eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts IJRA eingebauten Schlittens und durch die elektrischen Kontakte unterstützt. Auch wird diese Kartusche wegwerfbar gemacht, und sie kann an den Schlitten angebracht und von ihm abgenommen werden.
Die Tintenstrahleinheit IJU ist die Einheit einer bubblejet-Bauart ("Bläschenstrahlbauart"), in der elektrothermische Wandler zur Erzeugung thermischer Energie verwendet werden, um Filmsieden in Tinte im Ansprechen auf elektrische Signale zu schaffen.
In Fig. 8 bezeichnet ein Bezugszeichen 100 eine Heizplatte (erstes Substrat), auf der durch eine Filmausbildungstechnik auf dieser Platte die elektrothermischen Wandler (Auslaßheizvorrichtung) in einer Vielzahl von Linien auf dem Si-Substrat und Al- und andere elektrische Verdrahtungen zum Zuführen elektrischer Energie an diese angeordnet sind; und 200 eine gedruckte Leiterplatte für die Heizplatte 100.
Ein Bezugszeichen 1300 bezeichnet eine gekerbte Deckplatte mit Unterteilungswänden (Einkerbungen) zum Trennen einer Vielzahl von Tintenflüssigkeitsbahnen, mit einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer zum Aufnehmen von Tinte, die auf jede der Tintenbahnen zu verteilen ist (Flüssigkeitsstromdurchlässe), und mit anderen. Diese Platte wird einstückig mit einer Düsenplatte 400 mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen, die jeder der Tintenbahnen entsprechen, ausgebildet. Obwohl Polysulfonharz als Werkstoff für die einstückige Ausbildung dieser Elemente vorzuziehen sein sollte, kann es möglich sein, irgendeinen anderen Harzwerkstoff für ihre Ausbildung zu verwenden.
Ein Bezugszeichen 300 bezeichnet zum Beispiel eine metallische Unterstützung, die die Rückseite der gedruckten Leiterplatte 22 flach unterstützt, und als eine Bodenplatte der Tintenstrahleinheit dient; 500 ein Druckbauteil mit einem in der Form des Buchstaben M geformten Druckfederriegel, wodurch die gemeinsame Flüssigkeitskammer leicht gegen das Mittelteil der Form (des Buchstaben) M gepreßt wird, und gleichzeitig ein Teil der Flüssigkeitsbahnen gegen die Schürze 501 dieses Federriegels gepreßt wird. Hier ist es vorzuziehen, den Bereich in der Nachbarschaft der Auslaßöffnungen intensiv durch einen Liniendruck zu pressen. Die Fußabschnitte des Druckfederriegels sind durch das Loch 3121 der Unterstützung 300 mit der Rückseite der Unterstützung 300 gekoppelt, so daß die Heizplatte 100 und die Deckplatte 1300 gekoppelt sind, während sie durch diesen gequetscht werden. Auf diese Weise werden die Heizplatte 100 und die Deckplatte 1300 angepreßt und durch die Vorspannkraft, die durch die Druckfederriegel 500 und ihre Schürze 501 intensiv ausgeübt wird, festgestellt.
Der Tintentank weist den Hauptkörper 1000 einer Kartusche, ein Tintenabsorbens 900 und eine Abdeckung 1100 auf, die die Montagefläche des Hauptkörpers der Kartusche 1000 für die Einheit IJU abdichtet, nachdem das Tintenabsorbens 900 vom Seitenende der entgegengesetzten Seite in sie eingefügt ist. Ein Bezugszeichen 1200 bezeichnet einen Ausgang zum Zuführen von Tinte zur Einheit IJU; und 1401 eine für die Abdeckung vorgesehene Luftverbindungsöffnung zum Verbinden des Kartuscheninneren mit der Umgebung.
Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphenylenoxid oder ein anderes Harz mit einer ausgezeichneten Tintenbeständigkeit für die Deckplatte 1300 verwendet, die zusammen mit der Düsenplatte 400 einstückig in einer Metallgußform gleichzeitig geformt wird.
Wie oben beschrieben sind die einstückig ausgebildeten Teile das Tintenzufuhrbauteil 600, der einstückig ausgebildete Körper der Deckplatte und der Mündungplatte und der Hauptkörper des Tintentanks 1000. Daher trägt diese Anordnung einer Teilausbildung nicht nur zu einer höheren Zusammenstellpräzision bei, sondern ist auch äußerst effektiv im Verbessern der Qualität von Produkten, wenn in Massenproduktion hergestellt wird. Auch die Anzahl der Teile wird verglichen mit einem herkömmlichen Produkt verringert, und dabei wird ermöglicht, verläßlich ausgezeichnete Kenndaten wie verlangt zu demonstrieren.
Fig. 10 ist eine Gesamtansicht, die ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät zeigt, für das die Erfindung anwendbar ist. Ein Schlitten HC hat einen Zapfen (nicht gezeigt), der in die geradlinige Nut 5004 einer Gewindespindel 5005 paßt, die mit den regelmäßigen und entgegengesetzten Drehungen eines Ansteuermotors 5013 gekuppelt ist. Dadurch dreht sich die Gewindespindel über die Ansteuerübermittlungszahnräder 5011 und 5009, so daß sie den Schlitten in den durch Pfeile a und b angegebenen Richtungen hin- und herbewegt. Ein Bezugszeichen 5002 bezeichnet eine Blattanpreßplatte zum Anpressen eines Blatts an ein Andrückelement 5000 über die Richtung, in der der Schlitten sich bewegt; 5007 und 5008 eine Einrichtung zum Erfassen der Ausgangsposition, in der die Drehrichtung des Motors 5013 wechselt, indem durch eine lichtgekoppelte Einrichtung bestätigt wird, daß sich der Hebels 5006 des Schlittens in diesem Bereich befindet; 5016 ein Bauteil zum Unterstützen eines Abdeckbauteils 5022 zum Abdecken des Vorderendes des Aufzeichnungskopfs; 5015 eine Einrichtung zum Saugen vom Inneren der Abdeckung zum Verrichten der Saugwiederherstellung des Aufzeichnungskopfs durch die Öffnung 5023 in der Abdeckung; 5017 einen Reinigungswischer; und 5019 ein Bauteil zum Vorwärts- und Rückwärtsbewegen des Wischers, das durch eine Unterstützungsplatte 5018 des Hauptkörpers des Geräts unterstützt ist. Der Wischer ist nicht notwendigerweise in dieser Art. Es ist natürlich möglich einen bekannten Wischer für die Erfindung zu verwenden. Ein Bezugszeichen 5012 bezeichnet einen Hebel zum Starten eines Saugens der Saugwiederherstellung. Der Hebel bewegt sich entlang der Verschiebung der Nocke 5020, die mit dem Schlitten gekoppelt ist. Diese Bewegung wird durch eine Ansteuerkraft des Ansteuermotors über eine bekannte Übermittlungseinrichtung, wie zum Beispiel Schalten durch eine Kupplung, geregelt.
Diese Abdeckung, Reinigung und Saugwiederherstellung sind aufgebaut, eine gewünschte Bearbeitung in den jeweiligen Positionen vorzunehmen, die jeweils durch die Funktion der Gewindespindel 5005 angeordnet werden, wenn der Schlitten im Bereich auf der Ausgangspositionsseite ankommt; aber jeder Aufbau kann für das vorliegende Ausführungsbeispiel anwendbar sein, falls nur ein gewünschter Vorgang zu einem bekannten Zeitablauf ausgeführt werden kann. Jeder der oben angeführten Aufbauten ist, ob einzeln oder komplex betrachtet, selbst eine ausgezeichnete Erfindung und jedes der gezeigten Aufbaubeispiele ist vorzugsweise für die Erfindung anwendbar.
In dieser Hinsicht ist eine Vorrichtung zum Zuführen von Ansteuersignalen für dieses Gerät vorgesehen, um die Tintenauslaßdruck erzeugenden Elemente anzusteuern.
Hier bringt die Erfindung speziell unter den Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren eine ausgezeichnete Wirkung auf den Aufzeichnungskopf und das Aufzeichnungsgerät hervor, das ein Verfahren zum Schaffen der Zustandswechsel von Tinte durch die oben angeführte thermische Energie verwendet, indem eine Einrichtung zur Erzeugung thermischer Energie (elektrothermische Wandler, ein Laserstrahl oder dergleichen) als Energie zur Verwendung zum Auslassen von Tinte vorgesehen wird, da es durch Verwendung eines derartigen Verfahrens möglich ist, eine Aufzeichnung in einer hohen Dichte und Präzision zu erlangen.
Wenn der kennzeichnende Aufbau und das Betriebsprinzip dieses Verfahrens angesehen werden, ist es vorzuziehen, es so einsetzen, daß das Verfahren durch die Anwendung des Grundprinzips erfüllt wird, das in den Beschreibungen der U.S. Patentdruckschriften Nr. 4,723,129 und Nr. 4,740,796 offenbart ist. Dieses Verfahren ist für das sogenannte Bedarfsfallaufzeichnungssystem genauso gut wie für ein Dauerbetriebsaufzeichnungssystem anwendbar. Speziell ist es jedoch für das Bedarfsfallaufzeichnungssystem geeignet, da das Prinzip derart ist, daß mindestens ein Ansteuersignal, das einen raschen Temperaturanstieg jenseits eines Beginns eines Keimbildungssiedepunkts des im Ansprechen auf Aufzeichnungsinformationen vorsieht, für einen elektrothermischen Wandler angewendet wird, der auf eine Flüssigkeits(Tinten)rückhaltefolie oder einen Flüssigkeitsdurchlaß gesetzt ist, wodurch herbeigeführt wird, daß der elektrothermische Wandler thermische Energie zum Hervorbringen von Filmsieden auf dem thermisch aktiven Abschnitt des Aufzeichnungskopfs erzeugt; das führt somit effektiv zur Gesamtausbildung im Verhältnis von eins-zu-eins eines Bläschens in der Aufzeichnungsflüssigkeit(tinte) entsprechend jedem der Ansteuersignale. Durch die Entwicklung und Zusammenziehung des Bläschens wird die Flüssigkeit (Tinte) durch eine Auslaßöffnung ausgelassen, um mindestens ein Tröpfchen hervorzubringen. Das Ansteuersignal ist vorzugsweise in der Form von Impulsen, da die Entwicklung und Zusammenziehung der Bläschen unverzögert bewirkt werden kann, wodurch die Flüssigkeit (Tinte) mit besonders schnellen Ansprechverhalten ausgelassen wird. Das Ansteuersignal in Form von Impulsen ist vorzugsweise derart wie in den Beschreibungen der U.S. Patentdruckschriften Nr. 4,463,359 und Nr. 4,345,262 offenbart. In dieser Hinsicht ist es möglich, eine ausgezeichnete Aufzeichnung in einem besseren Zustand auszuführen, falls der Wert der Temperaturerhöhung der Heizflächen eingesetzt wird, wie er in der Beschreibung der U.S. Patentdruckschrift Nr. 4,313,124 offenbart ist.
Der Aufbau des Aufzeichnungskopfs kann wie in jeder der oben angeführten Beschreibungen sein, wobei der Aufbau angeordnet ist, um derartige Auslaßöffnungen, Flüssigkeitsdurchlässe und elektrothermische Wandler zu vereinigen, wie in den Beschreibungen offenbart (linienartiger Flüssigkeitsdurchlaß oder rechtwinkliger Flüssigkeitsdurchlaß). Hier gibt es auch einen von der Erfindung umfaßten Aufbau derart wie in den Beschreibungen der U.S. Patentdruckschriften Nr. 4,558,333 und Nr. 4,459,600 offenbart, wobei die thermisch aktivierten Abschnitte in einem gekrümmten Bereich angeordnet sind. Zusätzlich ist die Erfindung effektiv anwendbar für den in der Druckschrift JP-A-59- 123670 offenbarten Aufbau, in dem ein gemeinsamer Spalt als die Auslaßöffnungen für eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlern verwendet wird, und für den in der Druckschrift JP-A-59-138461 offenbarten Aufbau, in dem eine Öffnung zum Aufnehmen der Druckwelle der thermischen Energie entsprechend den Auslaßöffnungen gebildet ist. Mit anderen Worten wird es, ungeachtet der Arten des Aufzeichnungskopfs, erfindungsgemäß möglich, eine Aufzeichnung verläßlich und effektiv auszuführen.
Weiterhin ist die Erfindung wie ein Aufzeichnungskopf der Vollinienbauart mit einer Länge, die der maximalen Breite eines durch ein Aufzeichnungsgerät aufzeichenbaren Trägers entspricht, insbesondere mit einer gesteigerten Effektivität anwendbar, da in einem Fall eines Kopfs der Art der Einfluß der Menge von Wärmestrahlung und -speicherung groß erscheint. Für diese Art von Aufzeichnungskopf kann es möglich sein, entweder ein derartiges System, das durch Vereinigen einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen aufgebaut sein kann, um der erforderlichen Länge zu genügen, oder einen einzelnen Aufzeichnungskopf, der einstückig als Vollinienverwendung ausgebildet ist, einzusetzen.
Zusätzlich ist die Erfindung für diejenigen der Serienbauart, wie sie oben als Beispiel dienen, auch für einen Aufzeichnungskopf der Bauart mit auswechselbaren Chips effektiv anwendbar, der mit dem Hauptkörper des Geräts elektrisch verbunden ist und dem die Tinte zugeführt wird, wenn er in der Hauptbaugruppe eingebaut ist; oder für einen Aufzeichnungskopf der Kartuschenbauart mit einem einstückig für den Kopf selbst vorgesehenen Tintentank.
Auch ist es vorzuziehen, zusätzlich eine Einrichtung zum wiederherstellen des Aufzeichnungskopfs und vorbereitend eine Hilfseinrichtung als Bestandteile des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgeräts vorzusehen, da diese zusätzlichen Einrichtungen dazu beitragen werden, die Effektivität der Erfindung konstanter zu machen. Um sie genau zu nennen, sind derartige Bestandteile eine Einrichtung zum Abdecken des Aufzeichnungskopfs, eine Reinigungseinrichtung, eine Druck- oder Saugeinrichtung, eine Einrichtung, die durch elektrothermische Wandler oder Heizelemente, die keine derartigen Wandler sind, oder durch eine Kombination dieser Elemente vorbereitend heizt, und eine Einrichtung für vorbereitenden Auslaß, um andere Auslässe als diejenigen für Aufzeichnung vorzunehmen.
Auch ist es hinsichtlich der Art und Anzahl der einzubauenden Aufzeichnungsköpfe nicht nur möglich den einen einzusetzen, in dem zum Beispiel nur ein Kopf für eine einfarbige Aufzeichnung vorgesehen ist, sondern den einen, in dem eine Vielzahl von Köpfen zum Aufzeichnen in einer Vielzahl von Tintenfarben vorgesehen ist, die sich in den Aufzeichnungsfarben und -dichten voneinander unterscheiden. Das heißt, auch unter dem Aspekt einer Aufzeichnungsbetriebsart eines Aufzeichnungsgeräts, ist die Erfindung nicht nur bei ihrer Anwendung in der Aufzeichnungsbetriebsart, die nur Schwarz oder zum Beispiel eine andere Hauptfarbe verwendet, äußerst effektiv, sondern auch für ein Aufzeichnungsgerät, das mit mindestens entweder einer der Aufzeichnungsarten versehen ist, die viele verschiedenfarbige Farben oder Vollfarbe durch Mischen von Farben ungeachtet dessen verwendet, daß die Aufzeichnungsköpfe einstückig oder durch eine Kombination einer Vielzahl von Köpfen aufgebaut sind.
Ferner kann, während die Tinte als Flüssigkeit beschrieben worden ist, diese in den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ein Tintenmaterial sein, das unterhalb der Raumtemperatur verfestigt, aber bei der Raumtemperatur verflüssigt ist. Weil die Tinte innerhalb der Temperatur von nicht weniger als 30ºC und nicht mehr als 70ºC geregelt wird, um im allgemeinen ihre Viskosität für die konstanten Auslässe zu konstant zu halten, kann die Tinte derart sein, daß sie verflüssigt werden kann, wenn die passenden Aufzeichnungssignale gegeben werden. Zusätzlich ist es für die Erfindung möglich, die Verwendung einer Tinte mit einem Verhalten einzusetzen, daß sie nur durch die Anwendung von thermischer Energie verflüssigt wird, derart wie eine Tinte, die als Tintenflüssigkeit ausgelassen werden kann, indem sie sich selbst ermöglicht, irgendwie verflüssigt zu werden, wenn die thermische Energie in Übereinstimmung mit Aufzeichnungssignalen gegeben wird, und eine Tinte, die zu der Zeit, wenn sie einen Aufzeichnungsträger erreicht, schon begonnen haben wird sich selbst zu verflüssigen, während der Temperaturanstieg infolge der thermischen Energie durch die Verwendung derartiger Energie, wie einer zum Tintenzustandwechsel von fest zu flüssig aufzubrauchenden Energie, definitiv verhindert wird, oder die Tinte verwendet wird, die verfestigt wird, wenn sie zum Zweck, die Tinte am Verdampfen zu hindern, unversehrt gelassen wird.
Ferner kann es möglich sein, ein Kopiergerät einzusetzen, das zusätzlich zum Bildausgabeendgerät, das einstückig oder unabhängig für eine Textverarbeitungseinrichtung, einen Computer oder ein anderes informationsverarbeitendes Gerät vorgesehen ist, mit einem Leser kombiniert ist, wie die Art des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgeräts. Auch kann es möglich sein, unter anderen eine Art eines Facsimile- Geräts mit Übermittlungs- und Empfangsfunktionen einzusetzen.
Auch kann der Kopf der Erfindung in ein Textildruckgerät zum Aufzeichnen auf Stoff eingearbeitet werden.
Unter Berücksichtigung des Zustands der thermischen Übertragung einer jeden der vielen die schichtweise aufgetragene Leitergrundplatte bildenden Schichten ist es wie oben beschrieben möglich, die Wärmeübertragung zu den Teilen, die nicht der Flüssigkeitsbahn entsprechen, in der derartige Wärme erzeugt wird, zu unterdrücken, und die Menge der Wärmeübertragung zu den Teilen, die nicht der Flüssigkeitsbahn entsprechen, durch Verbessern des Schichtaufbaus in den Grenzen zwischen den Flüssigkeitsbahnen, die als thermische Aktivierungskammern wirken, zu verringern.
Infolgedessen wird der thermische Wirkungsgrad hinsichtlich der aufgewendeten Energie verbessert, wodurch es ermöglicht wird, eine stetige Auslaßmenge mit einer kleinen Menge aufgewendeter Energie zu erreichen, selbst wenn ein Einzelauslaß vorgenommen wird. Mit anderen Worten wird die Leistungsdissipation klein, so daß der Umfang von Leistungszufuhr verkürzt werden kann, während eine Aufzeichnung einer höheren Qualität erfüllt wird.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf mit einer Vielzahl von wärmerzeugenden Widerstandselementen (3), die in einem Feld zum Auslassen von Tinte angeordnet sind, mit:

einer Grundplatte (100) mit den wärmerzeugenden Widerstandselementen (3) und einer Vielzahl von auf ein Substrat schichtweise aufgetragenen Schichten (2a, 2b, 2c, 4) mit einer Funktion der elektrischen Isolierung oder Abschirmung; und

Flüssigkeitsbahnen (401), die durch eine Vielzahl von Unterteilungswänden (400a) einteilt sind, die auf der Grundplatte (100) vorgesehen sind und den wärmerzeugenden Widerstandselementen (3) entsprechen,

wobei der Kopf eine Einkerbung hat, die durch Unterbrechen mindestens eines Teils der Schichten (2a, 2b, 2c, 4) in einer Position zwischen benachbarten der wärmerzeugenden Widerstandselemente (3),

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Teil der Unterteilungswand (400a) sich derart in die Einkerbung erstreckt, daß die Flüssigkeitsbahnen sich in die Einkerbung erstrecken.

2. Tintenstrahldruckkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterbrochenen Schichten (2a, 2b, 2c) Isolierschichten sind.

3. Tintenstrahldruckkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterbrochene Schicht (2a, 2b, 2c) eine Schicht mit Fähigkeiten sowohl elektrischer Isolierung als auch Wärmespeicherung ist.

4. Tintenstrahldruckkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung für mindestens die Hälfte der Dicke der Schicht (2a, 2b, 2c, 4) ist.

5. Tintenstrahldruckkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unterbrochene Teil zwischen den wärmerzeugenden Widerstandselementen (3) in der Richtung vorgesehen ist, die die Anordnungsrichtung der wärmerzeugenden Widerstandselemente (3) schneidet.

6. Tintenstrahldruckkopf nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des unterbrochenen Teils in der Richtung, die die Anordnungsrichtung durchschneidet, größer ist als die Länge der wärmerzeugenden Widerstandselemente (3).

7. Tintenstrahlkartusche mit:

einem Tintenstrahldruckkopf gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6; und

einem Tintentank, der Tinte aufnimmt, die dem Tintenstrahldruckkopf zuzuführen ist.

8. Tintenstrahlaufzeichnungsgerät mit: einem Tintenstrahldruckkopf gemäß irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 6; und einer Einrichtung zum Zuführen eines Aufzeichnungsträgers.