專利名稱：具有發(fā)熱電阻器的噴墨頭基板和噴墨頭以及利用這些裝置的記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨頭所用的基板，所述噴墨頭利用熱能，響應(yīng)于記錄信號(hào)而噴射墨滴，從而在記錄介質(zhì)上形成圖象。本發(fā)明還涉及一種噴墨頭、一種噴墨裝置和一種噴墨記錄方法。
目前已提出了多種噴墨記錄方法。在這些噴墨記錄方法中，其中的主要方法是通過將由發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量作用于記錄頭墨腔中的油墨上，然后根據(jù)記錄信號(hào)而噴射墨滴，從而記錄圖象。作為這種噴墨記錄方法的一個(gè)例子，在未審查的日本專利公開號(hào)59，936／1979中披露了一種噴墨記錄方法，根據(jù)該文獻(xiàn)中披露的方法，將熱能施加到油墨中而在油墨中產(chǎn)生氣泡，然后利用氣泡來噴射油墨。這種類型的噴墨記錄方法在本發(fā)明的噴墨記錄領(lǐng)域內(nèi)已成為主要的記錄方法之一，因?yàn)椋鶕?jù)這種方法，噴射油墨的開口(在下文中將開口稱為孔)可較容易地以高密度來布置。
現(xiàn)在已知道在一種記錄方法中，通過利用發(fā)熱電阻器向油墨中施加熱能，相應(yīng)于記錄信號(hào)而從孔中噴射油墨，從而記錄圖象。所噴射的墨滴的大小就依賴于裝置的工作條件如施加到油墨中的熱能或壓力的量及油墨的物理特性如油墨的比熱、導(dǎo)熱率、熱膨脹系數(shù)或粘度。這樣，為了始終如一地噴射油墨，已提出了許多方法來控制上述的這些因素。例如，未審查的日本專利公開號(hào)132，253／1980著重提出了一種控制施加到發(fā)熱元件上的電壓的升高和降低的方法，另外，該文獻(xiàn)還披露了這樣一個(gè)情況，即發(fā)熱電阻器的溫度相應(yīng)于脈沖的寬度和脈沖振幅的改變而改變，因此，氣泡的體積也隨著脈沖寬度和脈沖振幅的改變而改變。這樣，上述的文獻(xiàn)中就披露了一種通過控制脈沖的寬度和脈沖的振幅而始終如一地噴射油墨的噴墨記錄方法?，F(xiàn)今的噴墨頭的特點(diǎn)完全能夠滿足這種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但是，如果油墨中所含的物質(zhì)受熱時(shí)其物理特性發(fā)生了改變，其中的夾雜物質(zhì)(下文中將夾雜物質(zhì)稱為燒結(jié)沉積物(burnt deposit))有時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉淀。如果上述夾雜物質(zhì)不斷地進(jìn)行大量沉淀，它們就會(huì)逐步地沉積在保護(hù)膜的表面上，這樣有時(shí)就會(huì)導(dǎo)致熱量向油墨中傳導(dǎo)的效率降低，這樣就導(dǎo)致了氣泡產(chǎn)生的不一致。因此，就不能滿意地形成噴墨所需的氣泡，從而油墨就不能以正常記錄所需的量噴射出或根本就不能噴出油墨，換句話說，這樣就降低了油墨噴射的一致性。近年來，記錄頭的尺寸大小已明顯減小，其運(yùn)行精度也已明顯提高，隨著上述的進(jìn)步，通過一個(gè)噴射周期而噴射的油墨的量減小了。因此，由發(fā)熱電阻器必須施加到油墨中的能量也變少了。在這種情況下，由于上述的原因，粘附到保護(hù)膜表面上的燒結(jié)沉積物的量也較少，粘附到保護(hù)膜上的燒結(jié)沉積物的影響隨著從發(fā)熱元件中產(chǎn)生的熱量被阻止傳向油墨的比率的增大而增大，有時(shí)還會(huì)改變噴射的油墨的量，這樣就破壞性地影響了高精確度圖象的記錄效果。因此，必須嚴(yán)格控制燒結(jié)沉積物的產(chǎn)生。
在過去技術(shù)中，上述的燒結(jié)油墨成分(burnt ink ingredients)的沉淀是通過改變油墨的成分來處理的。
已知燒結(jié)沉積物中包含有無機(jī)成分如Fe及有機(jī)成分。
對(duì)于無機(jī)成分來說，無機(jī)成分所涉及的問題可通過向油墨中添加螯合劑來解決，因?yàn)樗砑拥尿蟿┛赏ㄟ^與無機(jī)成分配位而使油墨穩(wěn)定。對(duì)于有機(jī)成分來說，有機(jī)成分所涉及的問題也可通過向油墨中添加螯合劑來解決，因?yàn)轵蟿┛勺柚褂袡C(jī)成分在熱阻層(exothermic resistant layer)上產(chǎn)生結(jié)晶。換句話說，向油墨中添加的螯合劑可阻止碳化沉積物在熱阻層上進(jìn)行積聚。此外，未審查的日本專利公開號(hào)160，070／1991和80，664／1996中也披露了解決燒結(jié)沉積物問題的方法。根據(jù)前面所述的專利文獻(xiàn)，將 陰離子添加到油墨中而控制燒結(jié)油墨成分的沉淀，根據(jù)后面描述的專利文獻(xiàn)，將肌醇六磷酸或肌醇六磷酸鹽添加到油墨中而控制燒結(jié)油墨成分的沉淀。
在上述的噴墨頭中，保護(hù)膜的表面在與油墨接觸的一側(cè)上覆蓋有一層主要由鉭(Ta)形成的防氣蝕膜。現(xiàn)在已知鉭(Ta)不僅具有高度的機(jī)械防震性能，而且它具有較高的耐腐蝕性。
考慮到這樣一個(gè)事實(shí)，即防氣蝕膜越薄，從發(fā)熱元件傳向油墨的熱量就越多，因此希望將防氣蝕膜做的盡量薄。近年來，為進(jìn)行高質(zhì)量的記錄就增加了記錄頭中的發(fā)熱元件的數(shù)量。因此，從儲(chǔ)存能量的角度來說，防氣蝕膜的厚度應(yīng)減小至不大于0．3μm。在熱阻層上布置這樣薄的防氣蝕膜并利用上述的油墨就會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)油墨成分的沉淀量的改進(jìn)。但是，這些措施明顯地產(chǎn)生了一些新問題。也就是說，在噴墨頭連續(xù)運(yùn)行之后對(duì)鉭(Ta)膜進(jìn)行檢測(cè)，可發(fā)現(xiàn)鉭(Ta)膜已被腐蝕。鉭(Ta)防氣蝕膜上的腐蝕是通過兩個(gè)機(jī)理產(chǎn)生的。一個(gè)機(jī)理就是在防氣蝕膜中的晶粒界面上產(chǎn)生破裂，另一種機(jī)理就是鉭(Ta)自身與油墨包含的螯合劑及類似物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。換句話說，如果將螯合劑(如EDTA)添加到油墨中，即如果螯合劑的量增加，螯合劑就與用作保護(hù)膜的防氣蝕膜部分的材料的鉭(Ta)配位，這樣就會(huì)引起保護(hù)膜的腐蝕。這樣有時(shí)也會(huì)減小熱阻層的耐久性。特別地，當(dāng)記錄頭為高度度制的情況下，保護(hù)膜也為高度精制的或其厚度大量減小。因此，即使與油墨接觸的保護(hù)膜的表面僅受到輕微的腐蝕，在保護(hù)膜上也會(huì)發(fā)生破裂，所述的破裂容易達(dá)到熱阻層而破壞熱阻層。為了這個(gè)原因，必須調(diào)節(jié)添加到油墨中的螯合劑的量。因此，添加螯合劑看起來在某種程度上提高了發(fā)熱元件的耐久性及解決了燒結(jié)沉積物的問題，但它未從根本上解決上述的問題。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人詳細(xì)分析了產(chǎn)生上述問題的因素，即燒結(jié)油墨成分的沉淀、油墨噴射的不一致及發(fā)熱元件的耐久性的降低等因素。最終發(fā)現(xiàn)了一種全面解決上述問題的方法。
在過去的技術(shù)中，假設(shè)上述問題與油墨的物理特性、運(yùn)行條件及其他因素緊密相關(guān)，因此，沒有解決上述問題的簡(jiǎn)單方法。但是，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)燒結(jié)油墨成分的沉淀的原因和發(fā)熱元件的破壞原因進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)燒結(jié)油墨成分沉淀的表面進(jìn)行了研究，認(rèn)識(shí)到產(chǎn)生的燒結(jié)沉積物的量依賴于與油墨相接觸的保護(hù)膜的表面所達(dá)到的最高溫度。此外，對(duì)最高溫度設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)的研究發(fā)現(xiàn)了下面所述的內(nèi)容。當(dāng)最高溫度設(shè)定在600℃或700℃時(shí)，即以通用的方法設(shè)定溫度，可觀察到燒結(jié)油墨成分產(chǎn)生沉淀和／或發(fā)熱元件的線路由于燒結(jié)油墨成分的沉淀和／或保護(hù)層熔化而斷開。但是，降低最高溫度就可產(chǎn)生良好的效果；可觀察到，當(dāng)將足夠的熱能施加到油墨中而將上述表面的溫度保持在不高于560℃時(shí)，油墨始終如一地噴射而燒結(jié)油墨成分的沉淀得到了滿意的控制。換句話說，發(fā)現(xiàn)將上述保護(hù)層的表面的最高溫度保持在不高于一個(gè)預(yù)定的溫度水平，不僅可控制燒結(jié)油墨成分的沉淀，而且可阻止對(duì)保護(hù)膜的腐蝕，這樣就可提供在各個(gè)項(xiàng)目上均較優(yōu)秀的一種噴墨頭基板、一種噴墨頭和一種噴墨記錄方法。
此外，由本發(fā)明的發(fā)明人所做的研究揭示了為使上述保護(hù)層表面的溫度保持不超過560℃，應(yīng)控制保護(hù)膜的不同層的厚度和熱傳導(dǎo)率及作用驅(qū)動(dòng)熱阻層的脈沖的電壓和寬度；特別地，當(dāng)保護(hù)膜很薄且熱傳導(dǎo)性較好時(shí)，控制驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度和電壓是解決上述問題的主要解決方法之一。這樣，本發(fā)明的發(fā)明人根據(jù)一種實(shí)際應(yīng)用的發(fā)熱頭結(jié)構(gòu)和模擬的打印操作建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，其中在變化驅(qū)動(dòng)脈沖而的同時(shí)精確地得到上述表面達(dá)到的最高溫度。由此完成了本發(fā)明，本發(fā)明可提供一種噴墨頭基板、一種噴墨頭和一種噴墨記錄方法，這樣就可保證上述的最高溫度不超過560℃。
如上所述，本發(fā)明的主要目的是提供一種噴墨頭基板、一種噴墨頭和一種噴墨記錄方法，這樣可綜合性地解決上述的問題即燒結(jié)油墨成分的沉淀、油墨噴射的不一致性及發(fā)熱元件的壽命和耐久性的減小。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種利用噴墨頭基板而噴射油墨的噴墨記錄方法，所述噴墨頭基板具有一個(gè)發(fā)熱電阻器，所述發(fā)熱電阻器覆蓋有一層保護(hù)膜，其中，將熱能通過保護(hù)膜而施加到油墨中而使油墨薄膜沸騰，其所形成的氣泡產(chǎn)生的壓力迫使油墨噴出，所述的熱能由所述發(fā)熱電阻器運(yùn)行產(chǎn)生，其中的改進(jìn)之處在于提供了一種記錄模式，在這種記錄模式中，油墨在與油墨相接觸的所述保護(hù)膜的表面最高溫度不高于560℃的情況下噴出。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種包括噴墨頭基板的噴墨頭，所述噴墨頭基板包括一個(gè)發(fā)熱電阻器和一個(gè)保護(hù)膜，所述發(fā)熱電阻器上覆蓋所述的保護(hù)膜，其中將由所述發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量通過所述保護(hù)膜而施加到油墨中，從而在油墨中產(chǎn)生氣泡，然后由氣泡產(chǎn)生的壓力迫使油墨噴射，其中的改進(jìn)之處在于在所述發(fā)熱電阻器運(yùn)行期間，與油墨相接觸的所述保護(hù)膜的表面上的最高溫度不高于560℃。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種噴墨裝置，該裝置包括一個(gè)噴墨頭，所述噴墨頭包括一個(gè)噴墨頭基板，所述噴墨頭基板包括一個(gè)發(fā)熱電阻器和一個(gè)保護(hù)膜，所述發(fā)熱電阻器上覆蓋所述的保護(hù)膜，其中將由所述發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量通過所述保護(hù)膜作用于油墨而在油墨中產(chǎn)生氣泡，這樣由氣泡產(chǎn)生的壓力迫使油墨進(jìn)行噴射，其中的改進(jìn)之處在于本發(fā)明提供了一種驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制裝置，在所述的發(fā)熱電阻器運(yùn)行過程中，該裝置使與油墨相接觸的所述保護(hù)膜的表面上的最高溫度不超過560℃。
根據(jù)本發(fā)明，保護(hù)膜表面所允許的最高溫度設(shè)定為不高于560℃，這樣不但阻止了油墨的成分在發(fā)熱元件表面(熱量傳送表面)上產(chǎn)生沉淀如燒結(jié)沉積，而且還阻止保護(hù)膜的消減。因此，即使在熱阻層的厚度和尺寸被進(jìn)一步減小，且由熱阻層產(chǎn)生的熱能變小時(shí)，也能使燒結(jié)油墨成分積聚所產(chǎn)生的熱能不能被有效傳遞的問題得到控制，從而產(chǎn)生高質(zhì)量的高精確度圖象，本發(fā)明還提供一種噴墨頭基板和一種噴墨頭，所述噴墨頭基板和噴墨頭具有良好的噴墨一致性和耐久性。
利用本發(fā)明，只要與油墨相接觸的保護(hù)膜的表面的最高溫度保持在不高于560℃，即使向油墨中添加螯合劑，也可控制燒結(jié)油墨成分的沉淀及阻止保護(hù)膜的腐蝕。
順便說一下，當(dāng)向油墨中添加螯合劑時(shí)，如果向油墨中添加的螯合劑的量大于一定的值，由于螯合劑的溶解度而使螯合劑有時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉淀，但是，如果添加的螯合劑的量小于一定的值，螯合劑就不會(huì)產(chǎn)生這種效果。因此，所添加的螯合劑量按重量計(jì)不小于50ppm且其占油墨總重量的重量百分率不超過20％，優(yōu)選的情況為螯合劑量不小于80ppm且其占油墨總重量的重量百分率不超過10％。
本發(fā)明對(duì)抗腐蝕的防氣蝕膜所提供的保護(hù)程度遠(yuǎn)大于由傳統(tǒng)的方法所提供的保護(hù)程度。但是，為了進(jìn)一步提高保護(hù)膜的抗腐蝕保護(hù)程度，即為了在更多種不同的油墨中保護(hù)保護(hù)膜，上面提到的與油墨接觸的保護(hù)膜層也就是防氣蝕膜可利用含有鉭(Ta)的無定形合金來制成。此外，制作防氣蝕膜所用的無定形合金除了包含Ta外，還包括Fe、Cr、Ni中的至少一種。順便說一下，上面所述的無定形合金由Ta、Fe、Cr和Ni構(gòu)成，當(dāng)其中所含的Ta的量相對(duì)于無定形合金的總重量不大于30％時(shí)，無定形合金是比較有效的。
在由上述包含有Ta的無定形合金形成的防氣蝕膜中沒有晶粒界面。因此，防氣蝕膜就不會(huì)發(fā)生在其他情況下可能發(fā)生的破裂。此外，包含有Ta的無定形合金的表面通過氧化可變得不活潑，這種不活潑的狀態(tài)可阻止防氣蝕膜與油墨的成分進(jìn)行反應(yīng)。由于以上給出的原因，由包含Ta的無定形合金形成的防氣蝕膜與傳統(tǒng)的防氣蝕膜相比可更好地阻止由油墨產(chǎn)生的腐蝕。根據(jù)本發(fā)明，與油墨接觸的保護(hù)膜的表面的最高溫度保持不超過560℃，這種單獨(dú)的條件可在控制下有效地阻止對(duì)防氣蝕膜的腐蝕。但是，本發(fā)明中采取了一種附加的措施，即利用含有Ta的無定形合金來形成防氣蝕膜，這樣，由于較低的溫度和利用含有Ta的無定形合金的協(xié)同效果可更好地控制對(duì)防氣蝕膜的腐蝕。
作為防氣蝕膜的材料的無定形合金可利用除Ta之外的Fe、Cr、Re、Ge和Ni中的至少一種金屬來生產(chǎn)。此外，利用Ta、Fe、Cr和Ni四種金屬材料作為防氣蝕膜的生產(chǎn)材料，其中所含的Ta的重量與制成的合金的總重量的比率不多于30％，可改進(jìn)含Ta合金的上述有益特征，這樣可更好地控制防氣蝕膜的腐蝕，還可延長(zhǎng)發(fā)熱元件的使用壽命。
換句話說，這樣就可在一定程度上延長(zhǎng)記錄頭的服務(wù)期限而使其實(shí)質(zhì)上與噴墨記錄裝置的服務(wù)期限相匹配，從而排除了更換記錄頭的需要。
結(jié)合附圖，通過下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的這些目的和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明確。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)記錄頭的基板的線路構(gòu)造的平面圖。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)記錄頭的線路元件的一個(gè)截面視圖。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)記錄頭的線路原件的平面圖。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)熱頭的截面視圖。
圖5所示為具有多個(gè)發(fā)熱頭的記錄頭的示意性透視圖，圖中顯示的為記錄頭總體構(gòu)造。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的噴墨記錄裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意性透視圖。
圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的油墨筒的一個(gè)實(shí)施例的垂直截面視圖。
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)記錄單元的實(shí)施例的示意性透視圖。
圖9所示為具有四個(gè)油墨筒的記錄頭的示意性透視圖。
圖10所示為布置在記錄頭上的四個(gè)油墨筒和一個(gè)發(fā)熱頭的示意性透視圖。
圖11所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)熱頭的實(shí)施例的截面視圖。
圖12所示為根據(jù)本發(fā)明的記錄頭的一個(gè)示意性透視圖。
圖13所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)噴墨記錄裝置的示意圖。
圖14所示為一個(gè)曲線圖，圖中顯示了防氣蝕膜的剩余部分比率和防氣蝕膜的表面所達(dá)到的最高溫度二者之間的關(guān)系。
圖15所示為一個(gè)曲線圖，圖中顯示了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中用來調(diào)節(jié)噴射量的記錄頭的驅(qū)動(dòng)脈沖。
圖16所示為一個(gè)曲線圖，圖中顯示了圖15中所示的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度和噴射的油墨量之間的關(guān)系。
在下面的內(nèi)容中將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例并不僅限于下面將描述的內(nèi)容。將本發(fā)明以本發(fā)明下面的實(shí)施例所示的方式應(yīng)用到噴墨記錄方法中可提高已有的噴墨記錄方法的優(yōu)良特征。
(溫度的上限)首先，下面將描述在執(zhí)行本發(fā)明的模擬打印運(yùn)行過程中，保護(hù)膜和油墨之間的界面所能達(dá)到的最高溫度。每單位時(shí)間由熱阻層所釋放的熱能的量P滿足下面的數(shù)學(xué)公式P=V2／(R+r)×Pw×N………………(1)其中V驅(qū)動(dòng)電壓[V]R熱阻層的電阻值[Ω]r與熱阻層電連接的電線的電阻值[Ω]Pw驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度[μsec]N熱阻層中的次層總數(shù)。
熱阻層的電阻值可由下面的公式進(jìn)行計(jì)算R=ps×LH／WH……(2)其中ps熱阻層的電阻值[Ω／口]LH熱阻層的長(zhǎng)度[μm]WH熱阻層的寬度[μm]熱阻層在每單位面積和單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能的最大值W可由下式來表示W(wǎng)=P／LH／WH………(3)熱阻層中產(chǎn)生的熱能的量可根據(jù)熱阻層的實(shí)際尺寸大小及上面的公式(1)至(3)的關(guān)系來調(diào)整。
此外，在產(chǎn)生熱能時(shí)，保護(hù)膜的表面和油墨之間的界面上的溫度T可通過差分算法解下面的線性方程(4)來得到
pC(∂]]>t／∂]]>t)=k(x)(∂]]>2T／∂]]>2t)+P………(4)其中p保護(hù)膜的平均密度[kg／m3]C平均比熱容[J／(kg·C)]k(x)保護(hù)膜在點(diǎn)x處的熱傳導(dǎo)率[w／(μm·C)]t時(shí)間(μsec)x在保護(hù)膜的次層累積的方向上，從參考點(diǎn)(x=0)開始的距離，或保護(hù)膜的底表面位置[μm]P熱能[W]在預(yù)定的初始條件下，利用數(shù)值方法求解方程(4)來模擬溫度T的變化。可發(fā)現(xiàn)通過為縮短傳熱時(shí)間而使保護(hù)膜變薄或使等式(1)中的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度變窄均可將溫度T保持不高于560℃。
這些方法可獨(dú)立實(shí)施或聯(lián)合實(shí)施或與附加的參數(shù)(如驅(qū)動(dòng)電壓)聯(lián)合實(shí)施。
但是，不希望將保護(hù)膜變薄而超過一定的厚度，因?yàn)檫@樣會(huì)減小保護(hù)膜的耐久性?？紤]到上面所述的內(nèi)容，保護(hù)膜的厚度希望不小于0．1μm且不超過2．0μm，最好不小于0．3μm而不超過1．0μm，這樣，在供應(yīng)足夠熱能的情況下可將溫度T保持不超過560℃。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓在一個(gè)范圍內(nèi)，即在從電壓水平等于可使油墨汽化的閾電壓至1．25倍閾電壓的范圍內(nèi)的條件下，通過使驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度不超過5μsec，優(yōu)選不超過3μsec，可供應(yīng)足夠的熱能且能將溫度T保持不高于560℃。
(記錄頭)該實(shí)施例中的記錄頭包括多個(gè)發(fā)熱頭；多個(gè)與記錄頭一一相連的油墨通道和一個(gè)或多個(gè)向油墨通道供應(yīng)油墨的墨腔。每個(gè)發(fā)熱頭包括一個(gè)在基片上形成的熱阻層，一個(gè)與熱阻層區(qū)域一一對(duì)應(yīng)而驅(qū)動(dòng)熱阻層的驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)膜。記錄頭還包括一個(gè)記錄頭基板，所述的記錄頭基板包括多個(gè)噴射油墨穿過的孔；一個(gè)具有包括發(fā)熱頭在內(nèi)的多個(gè)油墨通道的油墨噴射部分，即熱能施加到油墨上的區(qū)域；多個(gè)用來產(chǎn)生熱能的熱阻層區(qū)域。
對(duì)于記錄頭線路來說，現(xiàn)在已發(fā)展了多種不同的線路。一些記錄頭線路是在一個(gè)基片上形成的，所述記錄頭線路整體包括多個(gè)以預(yù)定的方式排列的熱阻層區(qū)域；多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器與多個(gè)熱阻層區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，從而根據(jù)圖象形成數(shù)據(jù)將其驅(qū)動(dòng)；一個(gè)移位寄存器，所述寄存器的點(diǎn)數(shù)等于熱阻層區(qū)域的數(shù)目，所述寄存器將串行輸入的圖象形成數(shù)據(jù)并行輸出到多個(gè)驅(qū)動(dòng)器中；一個(gè)閂鎖電路，所述閂鎖電路用來暫時(shí)儲(chǔ)存移位寄存器輸出的數(shù)據(jù)。
圖1顯示了上面描述的位于記錄頭基片上的一種記錄頭線路。在圖1中，標(biāo)號(hào)101指示的是成直線性排列的每個(gè)熱阻層區(qū)域。標(biāo)號(hào)102代表每個(gè)功率晶體管，標(biāo)號(hào)103代表一個(gè)閂鎖電路。標(biāo)號(hào)104代表一個(gè)移位寄存器，標(biāo)號(hào)105代表一個(gè)用來激活移位寄存器104的計(jì)時(shí)器。標(biāo)號(hào)106和標(biāo)號(hào)107分別代表圖象形成數(shù)據(jù)輸入部分和一個(gè)用來外部控制功率晶體管的工作時(shí)間的熱脈沖寬度輸入部分。標(biāo)號(hào)108和109分別代表一個(gè)邏輯動(dòng)力源和一個(gè)GND。標(biāo)號(hào)110和111分別指示的是一個(gè)熱阻層驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源(VH)和一個(gè)功率晶體管(Vce)。
在一個(gè)具有記錄頭的打印裝置中，記錄頭線路的結(jié)構(gòu)如上所述，圖象形成數(shù)據(jù)就從圖象形成數(shù)據(jù)輸入部分106串行輸入到移位寄存器104中。輸入的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在閂鎖電路103中，在上述數(shù)據(jù)被暫時(shí)存儲(chǔ)時(shí)，輸入來自于熱脈沖寬度輸入部分107的脈沖。在輸入脈沖時(shí)，功率晶體管102接通而驅(qū)動(dòng)熱阻層區(qū)域101，與被驅(qū)動(dòng)的熱阻層區(qū)域101相連的液體通道中的油墨被加熱而通過噴射孔噴出；換句話說，就形成了一次打印。
使用上述結(jié)構(gòu)的線路可充分地減小驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度，這樣可提高驅(qū)動(dòng)電壓V而同時(shí)保持溫度T不超過560℃，這樣就可將施加到油墨中的熱能保持恒定。因此，油墨就可始終如一地噴射。參考圖2和圖3，下面將對(duì)一個(gè)元件的例子進(jìn)行描述，上述的線路布置在所述的元件中。
圖2所示為一個(gè)元件的截面視圖，圖1中所示的線路布置在該元件中。標(biāo)號(hào)201指示的是一個(gè)P型硅基片；標(biāo)號(hào)202指示的是一個(gè)嵌入式N型集電極；標(biāo)號(hào)203指示的是一個(gè)嵌入式P型元件絕緣體區(qū)；標(biāo)號(hào)204指示的是一個(gè)N型外延區(qū)；標(biāo)號(hào)205指示的是一個(gè)P型基極區(qū)；標(biāo)號(hào)206指示的是一個(gè)嵌入式P型元件區(qū)；標(biāo)號(hào)207指示的是一個(gè)嵌入式N型集電極區(qū)；標(biāo)號(hào)208指示的是一個(gè)高密度的P型基極區(qū)；標(biāo)號(hào)209指示的是一個(gè)高密度的P型元件絕緣區(qū)；標(biāo)號(hào)210指示的是一個(gè)N型發(fā)射極區(qū)；標(biāo)號(hào)211指示的是一個(gè)N型集電極區(qū)；標(biāo)號(hào)212指示的是一個(gè)集電極；標(biāo)號(hào)213指示的是一個(gè)基極；標(biāo)號(hào)214指示的是一個(gè)發(fā)射極。
圖3所示為布置有圖1中所示的線路的元件的一個(gè)例子的平面圖。標(biāo)號(hào)301代表一個(gè)電絕緣基片。所述基片301的一個(gè)邊緣部分具有多個(gè)熱阻層區(qū)域302，所述熱阻層區(qū)域302沿基片的邊緣平行布置。每個(gè)熱阻層區(qū)域302均放置在一個(gè)液體通道中且與液體通道的端部或出口相鄰。功率晶體管303放置在基片301的大致中心部分，所述功率晶體管303與熱阻層區(qū)域302一一對(duì)應(yīng)而驅(qū)動(dòng)所述的熱阻層區(qū)域302，所述功率晶體管303的放置方式為其長(zhǎng)邊相互平行而其短邊在與熱阻層區(qū)域302的長(zhǎng)邊相垂直的方向上成直線布置。在該實(shí)施例中，功率晶體管303為雙極性晶體管，其特征在于它們以單層成一條直線排列，在這種方式下，它們的長(zhǎng)邊相互平行，它們的短邊在與熱阻層區(qū)域302的長(zhǎng)邊相垂直的方向上成線性排列。為了驅(qū)動(dòng)熱阻層區(qū)域，需要的功率晶體管的數(shù)目與熱阻層區(qū)域302的數(shù)目相同；每個(gè)熱阻層區(qū)域需要一個(gè)功率晶體管。在基片301的另一個(gè)邊緣部分，即與熱阻層區(qū)域302布置的一側(cè)相對(duì)的邊緣部分布置有一個(gè)包含有移位寄存器和一個(gè)閂鎖部分的S／R電路309，以及S／R線路309所用的多個(gè)輸入信號(hào)衰減器，且與上述功率晶體管組303相鄰，所述的信號(hào)衰減器布置在邊緣側(cè)上。標(biāo)號(hào)311代表一個(gè)+VII通用線路，所述的+VII通用線路將一個(gè)預(yù)定的電壓施加到熱阻層區(qū)域302上，標(biāo)號(hào)312代表一個(gè)GND。沿平行排列功率晶體管303的方向，在功率晶體管組303的兩個(gè)縱向端布置有一個(gè)用來調(diào)整溫度的加熱器313，在一個(gè)加熱器313的附近位置處布置有一個(gè)副加熱器314。此外，在基片301的拐角部分布置有一對(duì)溫度感應(yīng)二極管315，所述溫度感應(yīng)二極管與上述的熱阻層區(qū)域組302的兩個(gè)縱向端一一對(duì)應(yīng)。
在這個(gè)實(shí)施例中，這些溫度傳感器讀出基片的溫度，由溫度傳感器得到的溫度數(shù)據(jù)傳送到布置在噴墨記錄裝置中的一個(gè)RAM(圖中未顯示)中。在將數(shù)據(jù)傳送到噴墨記錄裝置中的RAM(圖中未顯示)之后，所述數(shù)據(jù)參考存儲(chǔ)在ROM中的溫度圖表而選擇出一個(gè)優(yōu)化的脈沖輸入值。將所選擇的值作為加熱數(shù)據(jù)(信號(hào))而傳送到噴墨頭中。應(yīng)注意到即使將脈沖寬度保持相同，如果基片的溫度發(fā)生變化，就不能將加熱器表面上的最高溫度保持為不高于560℃。通常情況下，基片的溫度在15℃至80℃的范圍內(nèi)變化，因此其溫度差ΔT最大為65℃。
如上所述，用來計(jì)算加熱器表面所能達(dá)到的最高溫度(Temp)的圖表與輸入到加熱器中的脈沖有關(guān)(假定電壓保持恒定)，并根據(jù)由傳感器讀出的值(Base)而存儲(chǔ)到RAM中。
本發(fā)明所能達(dá)到的最高溫度(Treal)可由下面的方程而得到Treal=Base+Temp………(5)其中，得到的Temp即為上面的方程(4)中的T。
如果Treal超過560℃，就從RAM中發(fā)出一個(gè)停止信號(hào)(Emerg)，這樣，從記錄裝置傳送到噴墨頭的信號(hào)(加熱、關(guān)閉、Idata等)中斷。
當(dāng)對(duì)于每個(gè)預(yù)定時(shí)間段從溫度感應(yīng)二極管發(fā)出的基片溫度數(shù)據(jù)(Base)的數(shù)值減小至Treal不高于560℃的水平時(shí)，則重新開始數(shù)據(jù)的傳送。順便說一下，在一個(gè)逐行形成圖象的打印機(jī)如串行打印機(jī)的情況下，即使發(fā)出了Emerg，直到這行被打印完才能停止數(shù)據(jù)的傳送。
在這種情況下，加熱器的表面溫度有時(shí)會(huì)超過560℃，但這種偶然的情況對(duì)整體壽命沒有明顯的影響。
基片301上布置有4個(gè)通孔316和兩個(gè)通孔317。所述的四個(gè)通孔316布置在第二功率晶體管組303的四個(gè)拐角處且通孔和拐角一一對(duì)應(yīng)，所述的兩個(gè)通孔317位于上述二極管315附近且二者一一對(duì)應(yīng)。這些通孔316和317用來與布置在下面的兩個(gè)線路層相接觸。在功率晶體管303的排列方向上，第二功率晶體管組303的縱向端布置有與其一一對(duì)應(yīng)的一對(duì)標(biāo)記符318，所述標(biāo)記符318在組裝過程中用來進(jìn)行位置檢測(cè)。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明而配置有發(fā)熱頭的一個(gè)記錄頭的一個(gè)例子的截面示意圖，該圖顯示了在垂直平面上將一個(gè)孔在軸向上分為相等的兩半。該圖還顯示了第一個(gè)截面視圖中在平面A-B處的截面視圖。記錄頭13通過將具有多條構(gòu)成油墨通道的槽14的玻璃、陶瓷或塑料板粘結(jié)到發(fā)熱頭15上而形成。發(fā)熱頭15包括多個(gè)薄膜層一個(gè)由包含有Ta的無定形合金形成的防氣蝕膜16-1；一個(gè)由氧化硅或氮化硅形成的保護(hù)膜層16-2；一個(gè)包含有電極17-1和17-2的鋁電極層；一個(gè)由TaN或類似物形成的發(fā)熱膜層18；一個(gè)熱存儲(chǔ)膜層19；一個(gè)由具有良好熱輻射性能的氧化鋁或類似物形成的支撐層20，所述的這些層從與油墨相接觸的一側(cè)按順序排列。保護(hù)膜層包括兩個(gè)子層，即防氣蝕膜層16-1和保護(hù)層16-2。為了保證將足夠的熱能供應(yīng)到油墨中同時(shí)保持防氣蝕膜16-1的表面和油墨的溫度不超過560℃，另外也為了保證裝置的耐久性，保護(hù)膜的整體厚度制作為0．7μm。此外，為使防氣蝕膜能足以抵抗腐蝕，所述防氣蝕膜利用包含有Ta的無定形合金如Ta18Fe57Ni8Cr17來形成。
油墨21到達(dá)噴射孔22而以預(yù)定的壓力在噴射孔22形成一個(gè)彎月形23。當(dāng)有電信號(hào)施加到鋁電極17上時(shí)，發(fā)熱頭15的一個(gè)區(qū)域n立即產(chǎn)生熱量，油墨21與所述區(qū)域n相接觸的部分汽化，即產(chǎn)生氣泡。這樣，彎月形23由氣泡的壓力作用而向外凸出。最終，一定量的油墨21在氣泡的壓力作用下以墨滴24的形式從所述孔噴射到一片記錄介質(zhì)25如一張紙上。噴射的墨滴24飛射到記錄介質(zhì)25而粘結(jié)到記錄介質(zhì)25的圖象形成區(qū)域中形成圖象的極細(xì)微部分。
圖5所示為本發(fā)明的多發(fā)熱單元頭或一個(gè)平行布置多個(gè)發(fā)熱單元的發(fā)熱頭的例子的外部視圖。這種多發(fā)熱單元頭是將具有多個(gè)槽26的玻璃板27氣密地粘結(jié)到發(fā)熱頭基片上而形成的。
在本發(fā)明中，沒有限制孔的尺寸及類似尺寸，因此，為得到高質(zhì)量的圖象，可優(yōu)化確定孔的尺寸。但是，近年來隨著對(duì)圖象的質(zhì)量要求的提高，已經(jīng)研究了進(jìn)一步減小孔的尺寸的想法。更具體地說，現(xiàn)在已經(jīng)對(duì)減小孔的尺寸作了研究，這樣從一個(gè)孔中噴射一次所噴射出的油墨量為0．1-40皮升，優(yōu)選為0．1-30皮升，進(jìn)一步優(yōu)選為0．1-25．0皮升。在這種趨勢(shì)下，通過將在防氣蝕膜表面和油墨之間的界面上的溫度保持不高于560℃而控制產(chǎn)生的燒結(jié)沉積物，這對(duì)于始終如一地噴射油墨來說變得特別重要。
(記錄頭的驅(qū)動(dòng))圖15所示為一個(gè)曲線圖，圖中顯示了一個(gè)用來驅(qū)動(dòng)記錄頭的一個(gè)分裂式脈沖。在該圖中，VOP代表驅(qū)動(dòng)電壓水平；P1代表分解為兩部分的熱脈沖的第一部分(下文中稱為“預(yù)熱脈沖”)的脈沖寬度；P2代表間隔時(shí)間；P3代表脈沖的第二部分(下文中稱為“主熱脈沖”)的脈沖寬度。T1、T2、T3分別是與寬度P1、P2、P3相對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電壓水平VOP是確定電熱轉(zhuǎn)換器所需要的電能量的因素之一，電壓作用于所述的電熱轉(zhuǎn)換器上而產(chǎn)生熱能，所產(chǎn)生的熱能施加到由加熱器板和記錄頭的頂板所形成的各油墨通道內(nèi)的油墨中。驅(qū)動(dòng)電壓水平VOP的值是由電熱轉(zhuǎn)換器的面積尺寸、電阻值和膜結(jié)構(gòu)及記錄頭的液體通道的結(jié)構(gòu)確定的。分裂式脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)法順序地作用于寬度為P1的預(yù)熱脈沖部分、寬度為P2的間隔部分和寬度為P3的主脈沖部分。所述的預(yù)熱脈沖部分主要用來控制油墨通道中的油墨的溫度及控制噴射的油墨量。設(shè)定所述預(yù)熱脈沖部分的寬度值，這樣，由預(yù)熱脈沖部分向電熱轉(zhuǎn)換器施加的熱能就不會(huì)在油墨中產(chǎn)生氣泡。
所述的間隔時(shí)間作為一個(gè)間隔用來阻止預(yù)熱脈沖和主熱脈沖的相互干涉，也用來使油墨通道內(nèi)的油墨溫度均勻分布。主熱脈沖用來產(chǎn)生氣泡，從而油墨就從噴射孔中噴射出，其寬度P3是根據(jù)電熱轉(zhuǎn)換器的面積尺寸、電阻值和膜結(jié)構(gòu)及記錄頭的油墨通道結(jié)構(gòu)來設(shè)定的。
在該實(shí)施例中的記錄頭中，在驅(qū)動(dòng)電壓VOP為X(V)(VOP=X)而主熱脈沖寬度P3為Y(μSec)(P3=Y)的條件下，如果預(yù)熱脈沖寬度P1在一給定的范圍內(nèi)變化，則油墨噴射量Vd和預(yù)熱脈沖寬度P之間的關(guān)系如圖16所示。
圖16所示為一個(gè)曲線圖，圖中顯示了依據(jù)預(yù)熱脈沖而噴射的油墨的量。在該曲線圖中，V0代表當(dāng)P1=0(μsec)時(shí)所噴射的油墨的量。如圖16中的曲線a所示，脈沖寬度P1從0至P1LMT之間變化時(shí)，所噴射的油墨的量Vd成線性增加。但是，隨著脈沖寬度P1增加至超過P1LMT，當(dāng)脈沖寬度P1達(dá)到P1MAX時(shí)，所噴射的油墨的量達(dá)到其最大值。
如上面的描述所顯示的那樣，相對(duì)于脈沖寬度P1的變化，所噴射的油墨的量Vd的變化呈線性的脈沖寬度P的范圍作為其中通過變化脈沖寬度P1可較容易地控制油墨的噴射量的范圍是有效的。
在P1大于P1MAX的脈沖寬度P1范圍內(nèi)，油墨的噴射量Vd小于VMAX。這是因?yàn)橄率龅脑?。也就是說，當(dāng)預(yù)熱脈沖的脈沖寬度在上述范圍內(nèi)時(shí)，在電熱轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生微小的氣泡(這種狀況剛好發(fā)生在薄膜沸騰開始之前)，所述的氣泡在施加主熱脈沖之前不會(huì)消失。這樣，主熱脈沖產(chǎn)生氣泡的過程受到所述的微小氣泡的干擾，從而減小了油墨的噴射量。這種脈沖寬度P1的范圍稱為預(yù)氣泡(pre-bubble)產(chǎn)生范圍，在該范圍中通過預(yù)熱脈沖很難控制油墨的噴射量。
將表示在P1=0～P1LMT(μsec)的脈沖寬度范圍內(nèi)噴射量和脈沖寬度之間的關(guān)系的直線的傾斜度定義為預(yù)熱脈沖相關(guān)系數(shù)，其中的關(guān)系如下預(yù)熱脈沖相關(guān)系數(shù)(KP)=(ΔVdP)／(ΔP1)[ng／μsec·dot]。所述的系數(shù)KP不依賴于溫度，相反，該系數(shù)依賴于記錄頭的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)條件及油墨的特性等等。圖16中的曲線b和c顯示了其它記錄頭的情況，并且顯示出每個(gè)記錄頭與其他記錄頭具有不同的噴射特性。
在該實(shí)施例中，本發(fā)明記錄頭在正常打印模式下驅(qū)動(dòng)的條件是預(yù)熱脈沖P1=Pa(μsec)及主熱脈沖寬度P3=Y(μsec)，在預(yù)熱脈沖P1=Pa(μsec)的情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓VOP=X(V)時(shí)，油墨的噴射量Vd變?yōu)閂a。在這種驅(qū)動(dòng)條件下，在噴射油墨時(shí)，記錄頭的最高溫度不會(huì)達(dá)到560℃。
在上述的情況下，利用雙分裂式脈沖來進(jìn)行脈沖寬度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制。但是，可利用多分裂式脈沖如三分裂式脈沖或更多數(shù)目分裂式脈沖。此外，也可利用一種利用非分裂式脈沖而其主脈沖的寬度可調(diào)節(jié)的脈沖寬度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)方法。換句話說，只要將記錄頭所達(dá)到的最高溫度保持不高于560℃，可以利用任何脈沖寬度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)方法。
在特定的打印模式下，例如，當(dāng)需要較大的記錄點(diǎn)時(shí)，記錄點(diǎn)的尺寸可通過增大預(yù)熱脈沖寬度P1使其超過Pa(μsec)來進(jìn)行增大，這樣可使圖16中的噴射量大于Va。在這種特定模式的打印過程中，記錄頭達(dá)到的最高溫度有時(shí)會(huì)超過560℃。但是，此處最重要的是在正常的記錄模式運(yùn)行過程中，記錄頭的最高溫度應(yīng)低于560℃。順便說一下，正常的記錄模式是指這種模式不是一種很少應(yīng)用的特殊模式，所述的特殊模式只為特殊的目的而選擇應(yīng)用，例如，因?yàn)橛涗浗橘|(zhì)的差別，記錄頭以一種特定方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的模式或者一種超高分辨率模式。
在一些噴墨頭中，色調(diào)是通過變化從每個(gè)孔中噴射出的油墨的體積而控制的。在這些噴墨頭中，在每個(gè)噴嘴中放置兩個(gè)或多個(gè)加熱器，每個(gè)加熱器與其各自的電極(線路)相連，這樣就可將具有特殊驅(qū)動(dòng)電壓的特殊脈沖施加到每個(gè)加熱器上。在執(zhí)行這種控制時(shí)，在每個(gè)加熱器的表面上的最高溫度與其他加熱器的表面上的溫度是不同的。此外，有些時(shí)候?yàn)榇蛴≥^大的點(diǎn)而增加輸入脈沖的值，以更精確地控制色調(diào)而達(dá)到一種特殊的效果。在這些情況下，最高溫度有時(shí)會(huì)超過560℃。但是，在正常的運(yùn)行模式中，只要每個(gè)加熱器的表面的最高溫度不高于560℃，發(fā)生上述的這些情況就沒有關(guān)系。
假定如果構(gòu)成每個(gè)加熱器頂層的防氣蝕膜在防氣蝕膜和包含在油墨中的螯合劑或類似物之間發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)過程中不產(chǎn)生腐蝕，基于加熱器的噴墨頭的使用壽命只由在加熱器產(chǎn)生的氣泡爆裂及消失時(shí)的氣蝕情況來決定。基于加熱器的噴墨頭在其壽命結(jié)束之前可產(chǎn)生5×108-3×109次的氣泡。即使油墨中包含有螯合劑或類似物，本發(fā)明可使熱阻層數(shù)倍于上述給定次數(shù)產(chǎn)生氣泡，且可保證基于加熱器的噴墨頭可靠地使用較長(zhǎng)的時(shí)間。
本發(fā)明中應(yīng)用的油墨可根據(jù)需要包含有著色材料、水溶性有機(jī)溶劑、水和／或類似物。著色材料可以是水溶性的或不是水溶性的。所述的水溶性著色材料可以是水溶性陰離子染料、直接染料、酸性染料、活性染料或其他水溶性染料。特別地，包含有TaN或鈷的含金染料有限制地應(yīng)用于利用熱能的記錄頭中，這是因?yàn)闊Y(jié)沉積物的問題，但是根據(jù)本發(fā)明，它們具有可應(yīng)用的穩(wěn)定性。非水溶性著色材料可以是顏料、分散染料或類似物。在使用非水溶性著色材料的情況下，可包含有分散的分散材料圖象。
本發(fā)明所應(yīng)用的油墨可根據(jù)需要包含水溶性有機(jī)溶劑。通過利用下述的水溶性有機(jī)溶劑，可提高油墨成分的溶解度，且可較容易地調(diào)節(jié)油墨粘度。這種水溶性有機(jī)溶劑包括一元醇如甲醇、乙醇或異丙醇；酮或酮醇如丙酮或雙丙酮醇；醚如四氫呋喃、二噁烷(diosane)；氧化乙烯或氧化丙烯加成聚合物如二甘醇、三甘醇、四甘醇、二丙二醇、三丙二醇、聚乙二醇或聚丙二醇；具有包含2-6個(gè)碳原子的亞烷基的亞烷基二醇如乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、丁二醇或己二醇；三元醇如1，2，6-己三醇；硫二甘醇；甘油(glyceline)；多元醇的低級(jí)烷基醚如乙二醇單甲(或乙)醚，二甘醇單甲(或乙)醚或三甘醇單甲(或乙)醚；多元醇的低級(jí)二烷基醚如三甘醇二甲(或乙)醚，四甘醇二甲(或乙)醚；環(huán)丁砜，N-甲基-2-吡咯烷酮，2-吡咯烷酮，1，3-二甲基-2-咪唑烷酮。
水溶性有機(jī)溶劑占油墨總重量的比率優(yōu)選不小于1wt％而不超過30wt％，更優(yōu)選的情況是水溶性有機(jī)溶劑占油墨總重量的比率不小于1wt％而不超過25wt％。這樣，油墨就具有良好的各種性能。
為使本發(fā)明具有良好的效果，添加入油墨中的水優(yōu)選為離子交換水。當(dāng)所述的油墨利用離子交換水制造時(shí)，著色材料的色彩不受離子的影響，這樣，油墨的色調(diào)就比較穩(wěn)定。水在油墨總重量中的百分比優(yōu)選不小于20wt％而不超過95wt％，更優(yōu)選的情況是該百分比不小于40wt％而不超過95wt％，進(jìn)一步優(yōu)選的情況是該百分比不小于60wt％而不超過95wt％。
本發(fā)明中應(yīng)用的油墨可根據(jù)需要而添加螯合劑。如果所述的螯合劑具有配位能力，所用的螯合劑可為任何一種螯合劑，優(yōu)選磷酸酯型、羧酸型或氨基羧酸型。磷酸酯型螯合劑包括三聚磷酸、1-羥基亞乙基-1，1-二膦酸酯(HEDP)、氨基三亞甲基膦酸(ATMP)等及其鹽。羧酸型螯合劑包括檸檬酸等及其鹽。氨基羧酸型螯合劑包括乙二胺4乙酸(EDTA)、羥基乙二胺3乙酸(HEDTA)、乙二醇醚二胺4乙酸(GEDTA)、硝基3乙酸(NTA)、羥基亞氨基2乙酸(HIDA)、羥乙基甘氨酸(DHEG)、二亞乙基三胺5乙酸(DTPA)、三亞乙基三胺6乙酸(TTHA)等及其鹽。從配位能力的觀點(diǎn)來說，磷酸酯型和氨基羧酸型螯合劑優(yōu)于羧酸型螯合劑。
(噴墨記錄裝置)圖6顯示了一種配置有本發(fā)明記錄頭的噴墨記錄裝置的一個(gè)實(shí)施例。在圖6中，標(biāo)號(hào)61代表一個(gè)作為擦拭元件的刮片61，所述的刮片由懸臂梁形式的刮片支撐元件來支撐；所述刮片的一邊固定到支撐元件上。所述的刮片61布置在與記錄頭的記錄范圍相鄰的位置上。在該實(shí)施例中，所述的刮片以一定的方式支撐而伸入到記錄頭的移動(dòng)路徑中。標(biāo)號(hào)62代表的是一個(gè)帽，所述的帽布置在與基準(zhǔn)位置相鄰的位置處，所述的基準(zhǔn)位置與所述刮片61的位置相鄰。帽62可在與記錄頭移動(dòng)方向相垂直的方向上移動(dòng)，并與帶噴射孔的記錄頭表面相接觸。標(biāo)號(hào)63代表一個(gè)與刮片61相鄰的吸收元件。象刮片61一樣，所述的吸收元件63以一定的方式支撐而伸入到記錄頭的移動(dòng)路徑中。上述的刮片61、帽62和吸收元件63構(gòu)成了一個(gè)噴射回復(fù)部分64，該部分可通過刮片61和吸收元件63而將水分、灰塵及類似物從帶噴射孔的表面除去。標(biāo)號(hào)65代表一個(gè)記錄頭，所述記錄頭具有一個(gè)產(chǎn)生噴射油墨所需熱能同時(shí)使發(fā)熱元件表面上的溫度保持不超過560℃的裝置，該記錄頭還通過向記錄介質(zhì)上噴射油墨而將圖象記錄到與裝有噴射孔的記錄頭表面相對(duì)的一張記錄介質(zhì)上。標(biāo)號(hào)66代表一個(gè)承載體，所述記錄頭65裝配在承載體66上而進(jìn)行移動(dòng)。所述承載體66可滑動(dòng)地與一根導(dǎo)向軸67相配合，承載體66的一部分與皮帶69相連(圖中未顯示)，所述皮帶69由馬達(dá)68驅(qū)動(dòng)。利用上述的布置結(jié)構(gòu)，承載體66就可沿著導(dǎo)向軸67進(jìn)行移動(dòng)；換句話說，它可經(jīng)過記錄頭65的記錄范圍和鄰近的位置移動(dòng)。標(biāo)號(hào)51代表進(jìn)紙部件，該部件用來插入一張或多張記錄紙，標(biāo)號(hào)52代表一個(gè)紙輸送輥?zhàn)?，所述的紙輸送輥?zhàn)佑梢粋€(gè)未顯示的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。利用上述的結(jié)構(gòu)布置，就可將記錄紙輸送到使所述記錄紙面向帶噴射孔的記錄頭表面的位置上。隨著記錄的進(jìn)行，記錄紙還可被進(jìn)一步輸送而最終輸出到一個(gè)配置有出紙輸出輥53的輸出部件上。
記錄頭65完成給定的記錄操作后回復(fù)到基準(zhǔn)位置，雖然帽62被保持在記錄頭65的移動(dòng)路徑之外，但刮片61可伸入到記錄頭的移動(dòng)路徑中。這樣就可擦拭帶噴射孔的記錄頭表面。為了蓋住記錄頭65，即為了與帶噴射孔的記錄頭表面接觸，帽62以一定的方式伸入到記錄頭的移動(dòng)路徑中。
當(dāng)記錄頭65從基準(zhǔn)位置開始移動(dòng)到記錄起始位置時(shí)，與在擦拭記錄頭的過程一樣，帽62和刮片61處于相同的位置。因此，在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中就擦拭了帶噴射孔的記錄頭65表面。上述的記錄頭回復(fù)到其基準(zhǔn)位置不僅發(fā)生在剛好完成給定的記錄操作之后或?qū)娚浠貜?fù)操作，還以預(yù)定的間隔發(fā)生，在上述的預(yù)定的間隔內(nèi)，記錄頭跨過其記錄范圍而移動(dòng)到下一個(gè)記錄點(diǎn)，而且在記錄頭回復(fù)到與記錄頭的記錄范圍相鄰的基準(zhǔn)位置的運(yùn)動(dòng)過程中，進(jìn)行了上述對(duì)記錄頭的擦拭動(dòng)作。
(墨盒)圖7顯示了一個(gè)墨盒，其裝有通過一個(gè)油墨供應(yīng)元件如一個(gè)管子而供應(yīng)到記錄頭中去的油墨。在圖7中，標(biāo)號(hào)40代表一個(gè)油墨存儲(chǔ)部件，例如，墨袋，其中裝有將要供應(yīng)到記錄頭中去的油墨。墨袋40的端部布置有一個(gè)橡膠塞42。通過將一個(gè)針狀物(圖中未顯示)穿過橡膠塞402而插入到墨袋40中，從而將墨袋40中的油墨供應(yīng)到記錄頭上。標(biāo)號(hào)44代表一個(gè)吸收元件，所述吸收元件用來捕捉和吸收多余的油墨。對(duì)于油墨存儲(chǔ)部件而言，其中與油墨相接觸的表面由聚烯烴特別是聚乙烯形成的墨袋是本發(fā)明所希望的。根據(jù)本發(fā)明所選擇的用于噴墨記錄裝置的記錄頭及墨盒并不僅限于上述的那些，它們相互獨(dú)立。換句話說，根據(jù)所希望的結(jié)果，與墨盒成為一體的記錄頭也可應(yīng)用到本發(fā)明的噴墨記錄裝置中。
(記錄單元)參考圖8，標(biāo)號(hào)70代表一個(gè)記錄單元，油墨存儲(chǔ)部件如油墨吸收元件可保存到所述的記錄單元中，所述油墨吸收元件中的油墨可以以墨滴的形式從配置有多個(gè)孔的頭部71中噴射出來。對(duì)于油墨吸收元件所用的材料來說，本發(fā)明希望使用聚氨酯。標(biāo)號(hào)72代表一個(gè)排氣孔，所述的排氣孔可使記錄單元70的內(nèi)部空間與大氣相通。所述的記錄單元70可用于取代圖4所示的記錄頭，且可拆卸地固定在承載體66上。
(油墨的選擇)
本發(fā)明適合于任何色彩的油墨，如黃色、洋紅色、藍(lán)綠色、紅色、綠色、藍(lán)色或黑色油墨?？蓡为?dú)利用這些油墨形成圖象，也可將兩種或多種不同的油墨組合在一起形成彩色圖象。此外，兩種或多種顏色相同而著色材料不同的油墨可用來共同形成層次鮮明的圖象。當(dāng)利用兩種或多種色彩不同或著色材料不同的油墨形成圖象時(shí)，可使用圖9中顯示的記錄裝置，在該裝置中在承載體上排列有四個(gè)記錄頭。在圖9中，標(biāo)號(hào)86、87、88和89分別相應(yīng)地代表噴射黃色、洋紅色、藍(lán)綠色和黑色油墨的記錄頭。每個(gè)記錄頭均布置在記錄裝置中而相應(yīng)于記錄信號(hào)來噴射油墨。雖然圖9顯示了應(yīng)用四個(gè)記錄頭的情況，但本發(fā)明并不僅限于這種結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明也可應(yīng)用于圖10中顯示的記錄頭結(jié)構(gòu)，其中，將上述的四個(gè)具有不同顏色油墨的墨盒組合到一個(gè)記錄頭上，其中的油墨通道聚集而形成一個(gè)彩色的圖象。
(實(shí)施例)參考根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)噴墨記錄方法的實(shí)施例，下文中將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)注意到本發(fā)明的應(yīng)用并不僅限于下面的實(shí)施例。
(最高溫度的實(shí)際測(cè)量)圖11為該實(shí)施例中的噴墨頭的基板的剖視圖。該實(shí)施例中的記錄頭是通過將具有構(gòu)成油墨通道的槽的一片玻璃板粘合到噴墨基板上而形成的。噴墨基板包括多個(gè)膜層一個(gè)由Ta形成的0．2μm厚的防氣蝕層10；一個(gè)由氮化硅形成的0．2μm厚的保護(hù)層11；一個(gè)絕緣層8；一個(gè)包括電極3和4的鋁電極層；一個(gè)由TaN或類似物形成的熱阻層7；一個(gè)儲(chǔ)熱層6；一個(gè)由氧化鋁或類似具有良好熱輻射性能的材料形成的支撐層20。上述的這些層從與油墨相接觸的一側(cè)按順序排列。對(duì)于在防氣蝕膜10和油墨之間的界面上的溫度來說，與油墨相接觸的防氣蝕膜的表面可利用一個(gè)熱觀測(cè)器(Thermo Viewer)(NipponAvionix Co．，Ltd．的產(chǎn)品)來進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)在發(fā)熱元件表面上沒有油墨的情況下驅(qū)動(dòng)發(fā)熱元件。這是因?yàn)楸Ｗo(hù)膜表面溫度達(dá)到最高溫度的狀態(tài)也是在保護(hù)膜表面上形成氣泡的狀態(tài)，因此，在這種狀態(tài)下的保護(hù)膜的表面溫度可通過測(cè)量保護(hù)膜表面上沒有油墨的保護(hù)膜的表面溫度而近似得到。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為25V時(shí)，這個(gè)電壓值是使油墨汽化所需要的閾電壓的1．5倍，該電壓的脈沖寬度為2．0μsec而頻率為6kHz，將該電壓施加到圖11所示的發(fā)熱頭上，就可將油墨按要求汽化且保護(hù)膜的表面達(dá)到的最高溫度為545℃。
另一方面，防氣蝕膜10的電阻值R(T)為溫度T的函數(shù)且可相對(duì)于溫度T而展開。因此，忽略冪大于3的項(xiàng)，對(duì)于溫度T可得到R(T)為常數(shù)項(xiàng)的二次方程。這樣，當(dāng)溫度T在給定的水平下可實(shí)際測(cè)量防氣蝕膜的電阻值R(T)，且上述的方程(4)即一個(gè)二次方程式可將測(cè)量到的電阻值代入到方程(4)中而計(jì)算出溫度T進(jìn)行求解。這樣可得到保護(hù)膜達(dá)到的理論最高溫度為540℃，該溫度基本上等于實(shí)際測(cè)量到的保護(hù)膜表面達(dá)到的最高溫度。
順便說一下，在解方程(4)的過程中，直到薄膜沸騰開始時(shí)才將水的物理特性值輸入，在薄膜沸騰開始之后，輸入空氣(氣體)的物理特性值。由于在加熱器表面上的熱絕緣效果小于實(shí)際的情況，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)較小的值。
(試驗(yàn)1)油墨1是按下面的方法制造的。在將下面的成分(下面列舉的成分)混合后，將其攪拌不少于兩個(gè)小時(shí)，利用10％的氫氧化鈉水溶液將混合物的PH值調(diào)整到6。然后利用孔徑為0．2μm的薄膜將混合物過濾，這樣就得到油墨1。
C．L．直接藍(lán)重量百分比為3％二甘醇 重量百分比為10％硫二甘醇重量百分比為10％檸檬酸 重量百分比為0．35％水 重量百分比為76．65％這樣得到的油墨1可從上述結(jié)構(gòu)的記錄頭中噴射6×108次，這樣從每個(gè)孔中每次噴射油墨的量就變?yōu)?0皮升，在各試驗(yàn)中就通過上面的模擬而達(dá)到的最高溫度而言驅(qū)動(dòng)條件不相同。在這些檢測(cè)過程中，檢測(cè)了燒結(jié)油墨成分的沉淀、噴射量的一致性及防氣蝕膜的腐蝕情況。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。
對(duì)于燒結(jié)沉積物的情況來說，在噴射油墨6×108次后，每個(gè)記錄頭均要拆卸下來，利用一個(gè)光學(xué)顯微鏡對(duì)與油墨相接觸的防氣蝕膜的表面進(jìn)行視覺檢測(cè)。
對(duì)于噴射量的一致性來說，在噴射6×108次后，可得到每個(gè)噴嘴所噴射的油墨的平均量，將這個(gè)值與每個(gè)噴墨頭的最初性能值進(jìn)行比較，且利用下面所述的三個(gè)級(jí)別來評(píng)價(jià)噴墨頭的性能。
G與最初的量相比不小于90％F與最初的量相比不小于80％但不超過90％N與最初的量相比不超過80％對(duì)于防氣蝕膜的腐蝕程度來說，在噴射油墨上述的次數(shù)后可得到一個(gè)以數(shù)值來表示殘存的防氣蝕膜的比率。具體地說，在上述的噴射次數(shù)之前及之后，防氣蝕膜的中間部分的元素組成可利用一個(gè)電子檢測(cè)微型分析儀(Shimazu公司的產(chǎn)品)來進(jìn)行分析，其中的電流為40nA，這樣根據(jù)上述噴射的次數(shù)之前的防氣蝕膜中的Ta的跟蹤信號(hào)的強(qiáng)度相對(duì)于根據(jù)上述噴射的次數(shù)之后的防氣蝕膜中的Ta的跟蹤信號(hào)的強(qiáng)度的比率來計(jì)算殘存的防氣蝕膜所占的比率。當(dāng)流動(dòng)的電流為40nA時(shí)，不但檢測(cè)防氣蝕膜的元素組成，而且檢測(cè)防氣蝕層下面的保護(hù)層中存在的Si。這樣，通過將來自于所述噴射次數(shù)之前的每層中構(gòu)成元素的信號(hào)強(qiáng)度與來自于所述噴射次數(shù)之后的每層中構(gòu)成元素的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行比較，就可檢測(cè)到殘存的防氣蝕膜的比率(殘存率)。
<表1>
試驗(yàn) 最高溫度 燒結(jié)沉積物 噴射穩(wěn)定性 分離 殘存率1 541(℃) 基本沒有 G 不100(％)2 556 基本沒有 G 不1003 560 基本沒有 G 不1004 570 基本沒有 F 不855 591 基本沒有 F 不326 607 基本沒有 F *1未檢測(cè)出7623(℃)基本沒有 F *2未檢測(cè)出*1在噴射3．3×108次時(shí)發(fā)生*2在噴射6．7×108次時(shí)發(fā)生G良好F一般好此外，殘存的防氣蝕膜的比率和所達(dá)到的最高溫度之間的關(guān)系如圖14所示。
在這些檢測(cè)數(shù)據(jù)中，本發(fā)明的第一至第三個(gè)實(shí)施例與第一至第三個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。
從表1和圖14中可得到當(dāng)達(dá)到的最高溫度不高于560℃(換句話說，即為第一至第三個(gè)實(shí)施例中的情況)時(shí)，防氣蝕膜根本不受腐蝕。如上所述，本試驗(yàn)中所用的記錄頭的尺寸已明顯地減小，因此，它們的防氣蝕膜非常薄。這樣，保護(hù)膜的腐蝕情況如第4-7次檢測(cè)的結(jié)果所示。在第6次檢測(cè)和第7次檢測(cè)中，所達(dá)到的最高溫度分別為607℃和623℃，可看到線路的破裂，這可歸因于防氣蝕膜的腐蝕。
對(duì)于燒結(jié)沉積物來說，在上面的任何一次檢測(cè)中均未看到?？烧J(rèn)為加入到油墨中的螯合劑引起了這種結(jié)果。
如上所述，通過這些檢測(cè)，可認(rèn)識(shí)到如果在防氣蝕膜的表面和油墨之間的界面上的溫度不高于560℃，就可控制燒結(jié)油墨成分產(chǎn)生的沉淀及防氣蝕膜的腐蝕，這樣就可始終如一地噴射油墨。
(第4-10次檢測(cè))油墨2-8是通過下述的方式形成的。將下面的成分(下面列舉的成分)混合后，將其攪拌不少于兩個(gè)小時(shí)，利用10％的氫氧化鈉溶液將混合物調(diào)整至預(yù)定的PH值。然后，將混合物利用孔徑為0．2μm的薄膜進(jìn)行過濾，就得到油墨2-8。
<表2>
油墨著色劑螯合劑 溶劑 PH(重量百分比) (重量百分比)(重量百分比)2C．I．直接黃86(2) EDTPO(2) 二甘醇(15)5異丙醇(4)水(77)3C．I．食用黑2(3) EDTA(3) 二甘醇(20)8水(74)4C．I．直接黑199EDTPO(1) 三甘醇(10)9(2．5) 水(86．5)5C．I．直接黑154 三聚磷酸(5)硫二甘醇(15) 4(2) 水(78)6C．I．酸性黑52∶1 檸檬酸(0．1) 尿素(5) 10(含鉻染料(3) 水(91．9)
7C．I．酸性紫90HEDTA(0．5)三羥甲基丙烷(5)7(含鉻染料)(2)水(92．5)8C．I．直接藍(lán)86EDTA(0．01)二甘醇(10) 7(2．5) 水(87．49)將得到的每種油墨從上述記錄頭均噴射6×108次，所述的記錄頭具有由Ta形成的0．2μm厚的防氣蝕膜及由氮化硅形成的0．5μm厚的保護(hù)膜，以這種結(jié)構(gòu)構(gòu)造的記錄頭從每個(gè)孔中每次噴射所噴出的油墨的量為50皮升，同時(shí)還將防氣蝕膜表面和油墨之間的界面上的溫度保持不超過541℃。然后，按第一次檢測(cè)的方式根據(jù)燒結(jié)油墨成分的沉淀、噴射量的一致性及防氣蝕膜的腐蝕情況對(duì)記錄頭進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。
&#60表3&#62油墨燒結(jié)沉積物噴射穩(wěn)定性殘存率例42 無 G 100％例53 無 G 100％例64 無 G 100％例75 無 G 100％例86 無 G 100％例97 無 G 100％例10 8 無 G 100％G良好從表3可知，不管利用那一種油墨，均未發(fā)現(xiàn)燒結(jié)油墨成分的沉淀及保護(hù)膜的腐蝕。此外，即使在利用從油墨2、3、8的成分中除去螯合劑而形成的油墨時(shí)，也未發(fā)現(xiàn)形成燒結(jié)油墨成分的沉淀及保護(hù)膜的腐蝕。
另一方面，在所有的油墨中，當(dāng)上述的油墨2-8噴射6×108次且將上述的界面上的溫度保持不高于607℃時(shí)，防氣蝕膜已變得足夠薄，這樣就可能造成發(fā)熱頭的破裂。
當(dāng)利用通過從油墨2、3、8成分中除去螯合劑而形成的油墨時(shí)，未發(fā)現(xiàn)保護(hù)膜的腐蝕，但在使用某些油墨的情況下，在發(fā)熱元件的保護(hù)膜的表面上發(fā)現(xiàn)了燒結(jié)油墨成分的沉淀。
從上面的觀察可認(rèn)識(shí)到當(dāng)油墨包含螯合劑時(shí)，通過將防氣蝕膜的表面和油墨之間的界面上的溫度保持不超過560℃而可較好地控制油墨成分的燒結(jié)沉淀、防氣蝕膜的腐蝕，從而始終如一地噴射油墨。
此外，可認(rèn)識(shí)到甚至當(dāng)油墨不包含螯合劑時(shí)，通過將防氣蝕膜的表面和油墨之間的界面上的溫度保持不超過560℃而可較好地控制油墨成分的燒結(jié)沉淀、防氣蝕膜的腐蝕，從而始終如一地噴射油墨。
此外，當(dāng)從具有由包含Ta的無定形合金形成的防氣蝕膜的發(fā)熱頭中噴射油墨時(shí)，更具體地說，所述無定形合金為Ta18Fe57Ni8Cr17且以與檢測(cè)4-9的方式相同，在這種情況下，即使在防氣蝕膜的表面和油墨之間的界面上的溫度允許達(dá)到560℃時(shí)，剩余的防氣蝕膜所占的比率根本不會(huì)下降，換句話說，可認(rèn)識(shí)到可較好地控制油墨成分的燒結(jié)沉淀、防氣蝕膜的腐蝕，從而始終如一地噴射油墨。
(檢測(cè)11-14)檢測(cè)11-14是在下面的條件下進(jìn)行的。
其中DEG二甘醇TDG硫二甘醇Gly甘油IPA異丙醇防氣蝕膜16-1所用的材料
B1Ta(2000_)B2無定型Ta(2000_)保護(hù)膜16-2所用的材料C1SiN(5000_)C2SiO2(5000_)C3SiC(5000_)發(fā)熱元件18所用的材料D1TaN(400_)D2TaSiN(100_)D3TaAl(500_)驅(qū)動(dòng)條件加熱器尺寸25μm×100μm施加的電壓20[V](恒定)通過在1．0μsec-8．0μsec范圍內(nèi)改變施加的脈沖寬度而調(diào)節(jié)在上述界面上所達(dá)到的最高溫度水平。
換句話說，將上面所給出的條件值代入上述的方程(4)就可得到加熱器表面上的最高溫度水平。
在上面給定條件的不同組合下，檢測(cè)加熱器的耐久性的時(shí)間長(zhǎng)度，其結(jié)果如下表所示。
順便說一下，熱存儲(chǔ)層(SiO2)厚度為1．7μm，硅基片厚度為625μm。
*除脈沖寬度外均為常數(shù)E在1．0×109次脈沖之后，HTR無變化BHTR在1．0×108-2．0×108次脈沖之間破裂NHTR在小于1．0×108次脈沖時(shí)破裂。
這些檢測(cè)證明即使油墨中沒有螯合劑，本發(fā)明也是很有效的。此外，從上面的檢測(cè)結(jié)果還可認(rèn)識(shí)到不管油墨是何種類型且不管保護(hù)膜和發(fā)熱電阻器材料為何種類型，本發(fā)明均是很有效的。
(打印檢測(cè))可利用一個(gè)裝配有記錄頭的噴墨記錄裝置進(jìn)行實(shí)際的打印操作，所述的記錄頭將在本發(fā)明披露的一定條件下而在下文中進(jìn)行描述。其打印結(jié)果良好。
圖12所示為一個(gè)記錄頭的示意圖，圖中顯示了記錄頭的總體結(jié)構(gòu)。所述的記錄頭包括多個(gè)發(fā)熱頭1103、線路1104、油墨通道壁1105和頂板1106，發(fā)熱頭1103、線路1104、油墨通道壁1105這些部件以膜的形式通過半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝如蝕刻淀積和濺射法而形成于基片1102上的層中。油墨1112從圖中未顯示的油墨存儲(chǔ)腔經(jīng)油墨供應(yīng)管1107而供應(yīng)到記錄頭1101的共用墨腔1108中。標(biāo)號(hào)1109代表一個(gè)油墨供應(yīng)管道連接器。在被供應(yīng)到共用墨腔1108中之后，油墨1112就被毛細(xì)管力引導(dǎo)入油墨通道1110中，油墨穩(wěn)定地保存在通道中，且在每個(gè)通道1110中的油墨在油墨通道1110的最外端開口即孔處形成一個(gè)彎月形。在這種狀態(tài)下，能量就被選擇性地施加到發(fā)熱頭上。在供應(yīng)能量時(shí)，油墨被突然加熱，這樣在油墨通道中就產(chǎn)生了氣泡。當(dāng)氣泡擴(kuò)展及收縮時(shí)，油墨就以墨滴的形式從噴射口1111噴出。在將能量供應(yīng)到發(fā)熱頭上時(shí)，所述能量是受控的，這樣，在發(fā)熱元件表面和油墨之間的界面上的溫度不會(huì)高于560℃。
圖13所示為應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)噴墨記錄裝置的外部視圖。所述的噴墨記錄裝置包括一個(gè)承載體HC，所述承載體的銷子(圖中未顯示)安裝在引導(dǎo)螺旋5004的螺旋溝槽5005中，所述引導(dǎo)螺旋5004由傳動(dòng)齒輪5011和5009傳遞的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5013向前或反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述的傳動(dòng)齒輪5011及5009向前或反向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)馬達(dá)5013向前或反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述承載體HC在箭頭所示的方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。標(biāo)號(hào)5002代表一個(gè)壓紙盤，所述的壓紙盤5002在承載體HC的整個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)范圍上將紙張壓在一個(gè)壓板5000上。標(biāo)號(hào)5007和5008代表一個(gè)光耦合器的兩個(gè)部分，所述光耦合器構(gòu)成了一個(gè)基準(zhǔn)位置檢測(cè)裝置，該裝置用來反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5013的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；檢測(cè)在光耦合器的間隙中承載體HC的桿5006的存在與否。標(biāo)號(hào)5016代表一個(gè)用來支撐帽元件5022的部件，所述帽元件5022用來蓋住記錄頭的前表面，標(biāo)號(hào)5015代表一個(gè)抽吸裝置，所述抽吸裝置用來抽吸帽元件中存在的物質(zhì)，通過帽元件的開口5023而抽吸記錄頭中存在的物質(zhì)，從而恢復(fù)記錄頭的性能。標(biāo)號(hào)5017代表一個(gè)清潔刮片，標(biāo)號(hào)5019代表一個(gè)使所述清潔刮片5017前后移動(dòng)的元件。所述清潔刮片5017和用來移動(dòng)清潔刮片5017的元件由該裝置主體的支撐板5018來支撐。對(duì)所述清潔刮片的結(jié)構(gòu)而言，沒必要一定是該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，很明顯，可使用任何已知的清潔刮片。標(biāo)號(hào)5012代表一個(gè)用來啟動(dòng)抽吸操作的桿，所述的抽吸操作可恢復(fù)記錄頭的性能，所述桿5012隨著與承載體HC相結(jié)合的凸輪5020的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；所述桿5012的運(yùn)動(dòng)受到來自于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力的控制，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)由驅(qū)動(dòng)力傳遞裝置來控制，所述驅(qū)動(dòng)力傳遞裝置包括一個(gè)離合器及類似物。
構(gòu)造的這種噴墨記錄裝置可使蓋裝置、清潔裝置、抽吸裝置在其指定的位置處由引導(dǎo)螺旋5004來啟動(dòng)。但是，本發(fā)明并不僅限于這些裝置的結(jié)構(gòu)；只要這些裝置利用公知的計(jì)時(shí)方法被啟動(dòng)而執(zhí)行預(yù)定的操作，它們就適用于本發(fā)明。上面所述的每一種結(jié)構(gòu)均構(gòu)成了一種優(yōu)秀的發(fā)明，不管它們是以單獨(dú)的形式還是與其他結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式。該裝置具有一個(gè)用來驅(qū)動(dòng)噴墨壓力產(chǎn)生元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)供應(yīng)裝置。
參考所披露的結(jié)構(gòu)，上面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不僅限于上面詳細(xì)描述的內(nèi)容，本發(fā)明還涵蓋以改進(jìn)的目的或在下面的權(quán)利要求范圍內(nèi)而對(duì)本發(fā)明所做的變更或改變。
權(quán)利要求
1．一種利用裝有發(fā)熱電阻器的噴墨頭基板噴射油墨的噴墨記錄方法，所述的發(fā)熱電阻器覆蓋有一層保護(hù)膜，其中由氣泡產(chǎn)生的壓力使油墨噴出，所述氣泡是將熱能透過保護(hù)膜而作用于油墨使油墨產(chǎn)生薄膜沸騰而形成的，所述的熱能通過所述發(fā)熱電阻器的運(yùn)行而產(chǎn)生，其改進(jìn)在于提供一種記錄模式，其中油墨是在與油墨接觸的所述保護(hù)膜的表面最高溫度不超過560℃的情況下噴出的。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的最高溫度的控制是通過控制作用于發(fā)熱電阻器上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度而進(jìn)行的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)基片的溫度，當(dāng)根據(jù)溫度和驅(qū)動(dòng)信號(hào)辨別出不能控制使最高溫度不高于560℃時(shí)，發(fā)熱電阻器的運(yùn)行就被停止。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中油墨包含有螯合劑。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中螯合劑的重量百分比含量不少于50ppm且不超過20％。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述保護(hù)膜包括多個(gè)層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金制成。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的無定形合金包括從Fe、Cr、Re、Ge、Ni中選擇出的一種或多種金屬材料。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述無定形合金包括Ta、Fe、Cr和Ni，所含Ta的重量不超過無定形合金總重量的30％。
9．一種噴墨頭基板，其包括一個(gè)發(fā)熱電阻器，所述發(fā)熱電阻器上覆蓋有一層保護(hù)膜，其中由發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量透過所述保護(hù)膜作用于油墨而使油墨噴出，其改進(jìn)在于在所述發(fā)熱電阻器的運(yùn)行過程中，與油墨接觸的所述保護(hù)膜的表面最高溫度不高于560℃。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板，其中所述保護(hù)膜包括多個(gè)層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金制成。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的基板，其中所述無定形合金包括從Fe、Cr、Re、Ge、Ni中選擇出的一種或多種金屬材料。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的基板，其中所述無定形合金包括Ta、Fe、Cr和Ni，所含Ta的重量不超過無定形合金總重量的30％。
13．一種噴墨頭，其包括噴墨頭基板，所述噴墨頭基板包括一個(gè)發(fā)熱電阻器，所述發(fā)熱電阻器上覆蓋有一層保護(hù)膜，其中由所述發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量透過所述保護(hù)膜作用于油墨而在油墨中產(chǎn)生氣泡，并由氣泡產(chǎn)生的壓力使油墨噴出，其改進(jìn)在于在所述發(fā)熱電阻器運(yùn)行過程中，與油墨相接觸的所述保護(hù)膜的表面最高溫度不高于560℃。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴墨頭，其中油墨包含有螯合劑。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的噴墨頭，其中螯合劑的重量百分比含量不少于50ppm且不超過20％。
16．根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴墨頭，其中所述保護(hù)膜包括多個(gè)層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金制成。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的噴墨頭，其中所述無定形合金包括從Fe、Cr、Re、Ge、Ni中選擇出的一種或多種金屬材料。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的噴墨頭，其中所述無定形合金包括Ta、Fe、Cr和Ni，所含Ta的重量不超過無定形合金總重量的30％。
19．一種噴墨裝置，其包括噴墨頭，所述噴墨頭包括噴墨頭基板，所述噴墨頭基板包括一個(gè)發(fā)熱電阻器，所述發(fā)熱電阻器上覆蓋有一層保護(hù)膜，其中由所述發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量透過所述保護(hù)膜作用于油墨而在油墨中產(chǎn)生氣泡，并由氣泡產(chǎn)生的壓力將油墨噴出，其改進(jìn)在于設(shè)置驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制裝置，從而在所述發(fā)熱電阻器運(yùn)行過程中使與油墨相接觸的所述保護(hù)膜的表面最高溫度不高于560℃。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制裝置通過控制作用于所述發(fā)熱電阻器上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度來控制最高溫度。
21．根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述噴墨頭基板包括一個(gè)用來檢測(cè)所述基板溫度的溫度檢測(cè)元件，且其中當(dāng)根據(jù)溫度和驅(qū)動(dòng)信號(hào)辨別出不能控制使最高溫度不高于560℃時(shí)，發(fā)熱電阻器的運(yùn)行就被停止。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中油墨包含有螯合劑。
23．根據(jù)權(quán)利要求22述的裝置，其中螯合劑的重量百分比含量不少于50ppm且不超過20％。
24．根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述保護(hù)膜包括多個(gè)層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金制成。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述無定形合金包括從Fe、Cr、Re、Ge、Ni中選擇出的一種或多種金屬材料。
26．根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述無定形合金包括Ta、Fe、Cr和Ni，所含Ta的重量不超過無定形合金總重量的30％。
全文摘要
一種利用裝有發(fā)熱電阻器的噴墨頭基板噴射油墨的噴墨記錄方法,所述的發(fā)熱電阻器覆蓋有一層保護(hù)膜,其中由氣泡產(chǎn)生的壓力使油墨噴出,所述氣泡是將熱能透過保護(hù)膜而作用于油墨使油墨產(chǎn)生薄膜沸騰而形成的,所述的熱能通過所述發(fā)熱電阻器的運(yùn)行而產(chǎn)生,其改進(jìn)在于:提供一種記錄模式,其中油墨是在與油墨接觸的所述保護(hù)膜的表面最高溫度不超過560℃的情況下噴出的。
文檔編號(hào)B41J2/14GK1293112SQ0012818
公開日2001年5月2日 申請(qǐng)日期2000年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月5日
發(fā)明者城田衣, 尾崎照夫, 久保田雅彥, 葛城隆司, 神田英彥 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社