具有發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

2023-06-06 20:03:26 4

專利名稱：具有發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
技術領域：
本發明涉及一種噴墨頭所用的基板，所述噴墨頭利用熱能，響應於記錄信號而噴射墨滴，從而在記錄介質上形成圖象。本發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熱電阻器產生的熱量作用於記錄頭墨腔中的油墨上，然後根據記錄信號而噴射墨滴，從而記錄圖象。作為這種噴墨記錄方法的一個例子，在未審查的日本專利公開號59，936／1979中披露了一種噴墨記錄方法，根據該文獻中披露的方法，將熱能施加到油墨中而在油墨中產生氣泡，然後利用氣泡來噴射油墨。這種類型的噴墨記錄方法在本發明的噴墨記錄領域內已成為主要的記錄方法之一，因為，根據這種方法，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。
現在已知道在一種記錄方法中，通過利用發熱電阻器向油墨中施加熱能，相應於記錄信號而從孔中噴射油墨，從而記錄圖象。所噴射的墨滴的大小就依賴於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、導熱率、熱膨脹係數或粘度。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132，253／1980著重提出了一種控制施加到發熱元件上的電壓的升高和降低的方法，另外，該文獻還披露了這樣一個情況，即發熱電阻器的溫度相應於脈衝的寬度和脈衝振幅的改變而改變，因此，氣泡的體積也隨著脈衝寬度和脈衝振幅的改變而改變。這樣，上述的文獻中就披露了一種通過控制脈衝的寬度和脈衝的振幅而始終如一地噴射油墨的噴墨記錄方法。現今的噴墨頭的特點完全能夠滿足這種技術標準。但是，如果油墨中所含的物質受熱時其物理特性發生了改變，其中的夾雜物質(下文中將夾雜物質稱為燒結沉積物(burnt deposit))有時會產生沉澱。如果上述夾雜物質不斷地進行大量沉澱，它們就會逐步地沉積在保護膜的表面上，這樣有時就會導致熱量向油墨中傳導的效率降低，這樣就導致了氣泡產生的不一致。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，其運行精度也已明顯提高，隨著上述的進步，通過一個噴射周期而噴射的油墨的量減小了。因此，由發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，由於上述的原因，粘附到保護膜表面上的燒結沉積物的量也較少，粘附到保護膜上的燒結沉積物的影響隨著從發熱元件中產生的熱量被阻止傳向油墨的比率的增大而增大，有時還會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，必須嚴格控制燒結沉積物的產生。
在過去技術中，上述的燒結油墨成分(burnt ink ingredients)的沉澱是通過改變油墨的成分來處理的。
已知燒結沉積物中包含有無機成分如Fe及有機成分。
對於無機成分來說，無機成分所涉及的問題可通過向油墨中添加螯合劑來解決，因為所添加的螯合劑可通過與無機成分配位而使油墨穩定。對於有機成分來說，有機成分所涉及的問題也可通過向油墨中添加螯合劑來解決，因為螯合劑可阻止有機成分在熱阻層(exothermic resistant layer)上產生結晶。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行積聚。此外，未審查的日本專利公開號160，070／1991和80，664／1996中也披露了解決燒結沉積物問題的方法。根據前面所述的專利文獻，將 陰離子添加到油墨中而控制燒結油墨成分的沉澱，根據後面描述的專利文獻，將肌醇六磷酸或肌醇六磷酸鹽添加到油墨中而控制燒結油墨成分的沉澱。
在上述的噴墨頭中，保護膜的表面在與油墨接觸的一側上覆蓋有一層主要由鉭(Ta)形成的防氣蝕膜。現在已知鉭(Ta)不僅具有高度的機械防震性能，而且它具有較高的耐腐蝕性。
考慮到這樣一個事實，即防氣蝕膜越薄，從發熱元件傳向油墨的熱量就越多，因此希望將防氣蝕膜做的儘量薄。近年來，為進行高質量的記錄就增加了記錄頭中的發熱元件的數量。因此，從儲存能量的角度來說，防氣蝕膜的厚度應減小至不大於0．3μm。在熱阻層上布置這樣薄的防氣蝕膜並利用上述的油墨就會導致燒結油墨成分的沉澱量的改進。但是，這些措施明顯地產生了一些新問題。也就是說，在噴墨頭連續運行之後對鉭(Ta)膜進行檢測，可發現鉭(Ta)膜已被腐蝕。鉭(Ta)防氣蝕膜上的腐蝕是通過兩個機理產生的。一個機理就是在防氣蝕膜中的晶粒界面上產生破裂，另一種機理就是鉭(Ta)自身與油墨包含的螯合劑及類似物產生化學反應。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膜的防氣蝕膜部分的材料的鉭(Ta)配位，這樣就會引起保護膜的腐蝕。這樣有時也會減小熱阻層的耐久性。特別地，當記錄頭為高度度制的情況下，保護膜也為高度精製的或其厚度大量減小。因此，即使與油墨接觸的保護膜的表面僅受到輕微的腐蝕，在保護膜上也會發生破裂，所述的破裂容易達到熱阻層而破壞熱阻層。為了這個原因，必須調節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熱元件的耐久性及解決了燒結沉積物的問題，但它未從根本上解決上述的問題。
因此，本發明的發明人詳細分析了產生上述問題的因素，即燒結油墨成分的沉澱、油墨噴射的不一致及發熱元件的耐久性的降低等因素。最終發現了一種全面解決上述問題的方法。
在過去的技術中，假設上述問題與油墨的物理特性、運行條件及其他因素緊密相關，因此，沒有解決上述問題的簡單方法。但是，本發明的發明人對燒結油墨成分的沉澱的原因和發熱元件的破壞原因進行了研究，同時對燒結油墨成分沉澱的表面進行了研究，認識到產生的燒結沉積物的量依賴於與油墨相接觸的保護膜的表面所達到的最高溫度。此外，對最高溫度設定的標準的研究發現了下面所述的內容。當最高溫度設定在600℃或700℃時，即以通用的方法設定溫度，可觀察到燒結油墨成分產生沉澱和／或發熱元件的線路由於燒結油墨成分的沉澱和／或保護層熔化而斷開。但是，降低最高溫度就可產生良好的效果；可觀察到，當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於560℃時，油墨始終如一地噴射而燒結油墨成分的沉澱得到了滿意的控制。換句話說，發現將上述保護層的表面的最高溫度保持在不高於一個預定的溫度水平，不僅可控制燒結油墨成分的沉澱，而且可阻止對保護膜的腐蝕，這樣就可提供在各個項目上均較優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，由本發明的發明人所做的研究揭示了為使上述保護層表面的溫度保持不超過560℃，應控制保護膜的不同層的厚度和熱傳導率及作用驅動熱阻層的脈衝的電壓和寬度；特別地，當保護膜很薄且熱傳導性較好時，控制驅動脈衝的寬度和電壓是解決上述問題的主要解決方法之一。這樣，本發明的發明人根據一種實際應用的發熱頭結構和模擬的列印操作建立了一個數學模型，其中在變化驅動脈衝而的同時精確地得到上述表面達到的最高溫度。由此完成了本發明，本發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油墨成分的沉澱、油墨噴射的不一致性及發熱元件的壽命和耐久性的減小。
根據本發明的一個方面，本發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發熱電阻器，所述發熱電阻器覆蓋有一層保護膜，其中，將熱能通過保護膜而施加到油墨中而使油墨薄膜沸騰，其所形成的氣泡產生的壓力迫使油墨噴出，所述的熱能由所述發熱電阻器運行產生，其中的改進之處在於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膜的表面最高溫度不高於560℃的情況下噴出。
根據本發明的另一個方面，本發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發熱電阻器和一個保護膜，所述發熱電阻器上覆蓋所述的保護膜，其中將由所述發熱電阻器產生的熱量通過所述保護膜而施加到油墨中，從而在油墨中產生氣泡，然後由氣泡產生的壓力迫使油墨噴射，其中的改進之處在於在所述發熱電阻器運行期間，與油墨相接觸的所述保護膜的表面上的最高溫度不高於560℃。
根據本發明的另一個方面，本發明提供了一種噴墨裝置，該裝置包括一個噴墨頭，所述噴墨頭包括一個噴墨頭基板，所述噴墨頭基板包括一個發熱電阻器和一個保護膜，所述發熱電阻器上覆蓋所述的保護膜，其中將由所述發熱電阻器產生的熱量通過所述保護膜作用於油墨而在油墨中產生氣泡，這樣由氣泡產生的壓力迫使油墨進行噴射，其中的改進之處在於本發明提供了一種驅動信號控制裝置，在所述的發熱電阻器運行過程中，該裝置使與油墨相接觸的所述保護膜的表面上的最高溫度不超過560℃。
根據本發明，保護膜表面所允許的最高溫度設定為不高於560℃，這樣不但阻止了油墨的成分在發熱元件表面(熱量傳送表面)上產生沉澱如燒結沉積，而且還阻止保護膜的消減。因此，即使在熱阻層的厚度和尺寸被進一步減小，且由熱阻層產生的熱能變小時，也能使燒結油墨成分積聚所產生的熱能不能被有效傳遞的問題得到控制，從而產生高質量的高精確度圖象，本發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。
利用本發明，只要與油墨相接觸的保護膜的表面的最高溫度保持在不高於560℃，即使向油墨中添加螯合劑，也可控制燒結油墨成分的沉澱及阻止保護膜的腐蝕。
順便說一下，當向油墨中添加螯合劑時，如果向油墨中添加的螯合劑的量大於一定的值，由於螯合劑的溶解度而使螯合劑有時會產生沉澱，但是，如果添加的螯合劑的量小於一定的值，螯合劑就不會產生這種效果。因此，所添加的螯合劑量按重量計不小於50ppm且其佔油墨總重量的重量百分率不超過20％，優選的情況為螯合劑量不小於80ppm且其佔油墨總重量的重量百分率不超過10％。
本發明對抗腐蝕的防氣蝕膜所提供的保護程度遠大於由傳統的方法所提供的保護程度。但是，為了進一步提高保護膜的抗腐蝕保護程度，即為了在更多種不同的油墨中保護保護膜，上面提到的與油墨接觸的保護膜層也就是防氣蝕膜可利用含有鉭(Ta)的無定形合金來製成。此外，製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構成，當其中所含的Ta的量相對於無定形合金的總重量不大於30％時，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，防氣蝕膜就不會發生在其他情況下可能發生的破裂。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，這種不活潑的狀態可阻止防氣蝕膜與油墨的成分進行反應。由於以上給出的原因，由包含Ta的無定形合金形成的防氣蝕膜與傳統的防氣蝕膜相比可更好地阻止由油墨產生的腐蝕。根據本發明，與油墨接觸的保護膜的表面的最高溫度保持不超過560℃，這種單獨的條件可在控制下有效地阻止對防氣蝕膜的腐蝕。但是，本發明中採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，由於較低的溫度和利用含有Ta的無定形合金的協同效果可更好地控制對防氣蝕膜的腐蝕。
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。此外，利用Ta、Fe、Cr和Ni四種金屬材料作為防氣蝕膜的生產材料，其中所含的Ta的重量與製成的合金的總重量的比率不多於30％，可改進含Ta合金的上述有益特徵，這樣可更好地控制防氣蝕膜的腐蝕，還可延長發熱元件的使用壽命。
換句話說，這樣就可在一定程度上延長記錄頭的服務期限而使其實質上與噴墨記錄裝置的服務期限相匹配，從而排除了更換記錄頭的需要。
結合附圖，通過下面對本發明的優選實施例的描述，本發明的這些目的和其他目的、特徵和優點將會變得更加明確。


圖1所示為根據本發明的一個記錄頭的基板的線路構造的平面圖。
圖2所示為根據本發明的一個記錄頭的線路元件的一個截面視圖。
圖3所示為根據本發明的一個記錄頭的線路原件的平面圖。
圖4所示為根據本發明的一個發熱頭的截面視圖。
圖5所示為具有多個發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造。
圖6所示為根據本發明的噴墨記錄裝置的一個實施例的示意性透視圖。
圖7所示為根據本發明的油墨筒的一個實施例的垂直截面視圖。
圖8所示為根據本發明的一個記錄單元的實施例的示意性透視圖。
圖9所示為具有四個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油墨筒和一個發熱頭的示意性透視圖。
圖11所示為根據本發明的一個發熱頭的實施例的截面視圖。
圖12所示為根據本發明的記錄頭的一個示意性透視圖。
圖13所示為根據本發明的一個噴墨記錄裝置的示意圖。
圖14所示為一個曲線圖，圖中顯示了防氣蝕膜的剩餘部分比率和防氣蝕膜的表面所達到的最高溫度二者之間的關係。
圖15所示為一個曲線圖，圖中顯示了在本發明的一個實施例中用來調節噴射量的記錄頭的驅動脈衝。
圖16所示為一個曲線圖，圖中顯示了圖15中所示的驅動脈衝寬度和噴射的油墨量之間的關係。
在下面的內容中將詳細描述本發明的優選實施例。本發明的實施例並不僅限於下面將描述的內容。將本發明以本發明下面的實施例所示的方式應用到噴墨記錄方法中可提高已有的噴墨記錄方法的優良特徵。
(溫度的上限)首先，下面將描述在執行本發明的模擬列印運行過程中，保護膜和油墨之間的界面所能達到的最高溫度。每單位時間由熱阻層所釋放的熱能的量P滿足下面的數學公式P=V2／(R+r)×Pw×N………………(1)其中V驅動電壓[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驅動脈衝的寬度[μsec]N熱阻層中的次層總數。
熱阻層的電阻值可由下面的公式進行計算R=ps×LH／WH……(2)其中ps熱阻層的電阻值[Ω／口]LH熱阻層的長度[μm]WH熱阻層的寬度[μm]熱阻層在每單位面積和單位時間內消耗的電能的最大值W可由下式來表示W=P／LH／WH………(3)熱阻層中產生的熱能的量可根據熱阻層的實際尺寸大小及上面的公式(1)至(3)的關係來調整。
此外，在產生熱能時，保護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保護膜的平均密度[kg／m3]C平均比熱容[J／(kg·C)]k(x)保護膜在點x處的熱傳導率[w／(μm·C)]t時間(μsec)x在保護膜的次層累積的方向上，從參考點(x=0)開始的距離，或保護膜的底表面位置[μm]P熱能[W]在預定的初始條件下，利用數值方法求解方程(4)來模擬溫度T的變化。可發現通過為縮短傳熱時間而使保護膜變薄或使等式(1)中的驅動脈衝寬度變窄均可將溫度T保持不高於560℃。
這些方法可獨立實施或聯合實施或與附加的參數(如驅動電壓)聯合實施。
但是，不希望將保護膜變薄而超過一定的厚度，因為這樣會減小保護膜的耐久性。考慮到上面所述的內容，保護膜的厚度希望不小於0．1μm且不超過2．0μm，最好不小於0．3μm而不超過1．0μm，這樣，在供應足夠熱能的情況下可將溫度T保持不超過560℃。
此外，本發明的發明人還發現在驅動電壓在一個範圍內，即在從電壓水平等於可使油墨汽化的閾電壓至1．25倍閾電壓的範圍內的條件下，通過使驅動脈衝的寬度不超過5μsec，優選不超過3μsec，可供應足夠的熱能且能將溫度T保持不高於560℃。
(記錄頭)該實施例中的記錄頭包括多個發熱頭；多個與記錄頭一一相連的油墨通道和一個或多個向油墨通道供應油墨的墨腔。每個發熱頭包括一個在基片上形成的熱阻層，一個與熱阻層區域一一對應而驅動熱阻層的驅動器和保護膜。記錄頭還包括一個記錄頭基板，所述的記錄頭基板包括多個噴射油墨穿過的孔；一個具有包括發熱頭在內的多個油墨通道的油墨噴射部分，即熱能施加到油墨上的區域；多個用來產生熱能的熱阻層區域。
對於記錄頭線路來說，現在已發展了多種不同的線路。一些記錄頭線路是在一個基片上形成的，所述記錄頭線路整體包括多個以預定的方式排列的熱阻層區域；多個驅動器，所述驅動器與多個熱阻層區域一一對應，從而根據圖象形成數據將其驅動；一個移位寄存器，所述寄存器的點數等於熱阻層區域的數目，所述寄存器將串行輸入的圖象形成數據並行輸出到多個驅動器中；一個閂鎖電路，所述閂鎖電路用來暫時儲存移位寄存器輸出的數據。
圖1顯示了上面描述的位於記錄頭基片上的一種記錄頭線路。在圖1中，標號101指示的是成直線性排列的每個熱阻層區域。標號102代表每個功率電晶體，標號103代表一個閂鎖電路。標號104代表一個移位寄存器，標號105代表一個用來激活移位寄存器104的計時器。標號106和標號107分別代表圖象形成數據輸入部分和一個用來外部控制功率電晶體的工作時間的熱脈衝寬度輸入部分。標號108和109分別代表一個邏輯動力源和一個GND。標號110和111分別指示的是一個熱阻層驅動動力源(VH)和一個功率電晶體(Vce)。
在一個具有記錄頭的列印裝置中，記錄頭線路的結構如上所述，圖象形成數據就從圖象形成數據輸入部分106串行輸入到移位寄存器104中。輸入的數據暫時存儲在閂鎖電路103中，在上述數據被暫時存儲時，輸入來自於熱脈衝寬度輸入部分107的脈衝。在輸入脈衝時，功率電晶體102接通而驅動熱阻層區域101，與被驅動的熱阻層區域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，就形成了一次列印。
使用上述結構的線路可充分地減小驅動脈衝的寬度，這樣可提高驅動電壓V而同時保持溫度T不超過560℃，這樣就可將施加到油墨中的熱能保持恆定。因此，油墨就可始終如一地噴射。參考圖2和圖3，下面將對一個元件的例子進行描述，上述的線路布置在所述的元件中。
圖2所示為一個元件的截面視圖，圖1中所示的線路布置在該元件中。標號201指示的是一個P型矽基片；標號202指示的是一個嵌入式N型集電極；標號203指示的是一個嵌入式P型元件絕緣體區；標號204指示的是一個N型外延區；標號205指示的是一個P型基極區；標號206指示的是一個嵌入式P型元件區；標號207指示的是一個嵌入式N型集電極區；標號208指示的是一個高密度的P型基極區；標號209指示的是一個高密度的P型元件絕緣區；標號210指示的是一個N型發射極區；標號211指示的是一個N型集電極區；標號212指示的是一個集電極；標號213指示的是一個基極；標號214指示的是一個發射極。
圖3所示為布置有圖1中所示的線路的元件的一個例子的平面圖。標號301代表一個電絕緣基片。所述基片301的一個邊緣部分具有多個熱阻層區域302，所述熱阻層區域302沿基片的邊緣平行布置。每個熱阻層區域302均放置在一個液體通道中且與液體通道的端部或出口相鄰。功率電晶體303放置在基片301的大致中心部分，所述功率電晶體303與熱阻層區域302一一對應而驅動所述的熱阻層區域302，所述功率電晶體303的放置方式為其長邊相互平行而其短邊在與熱阻層區域302的長邊相垂直的方向上成直線布置。在該實施例中，功率電晶體303為雙極性電晶體，其特徵在於它們以單層成一條直線排列，在這種方式下，它們的長邊相互平行，它們的短邊在與熱阻層區域302的長邊相垂直的方向上成線性排列。為了驅動熱阻層區域，需要的功率電晶體的數目與熱阻層區域302的數目相同；每個熱阻層區域需要一個功率電晶體。在基片301的另一個邊緣部分，即與熱阻層區域302布置的一側相對的邊緣部分布置有一個包含有移位寄存器和一個閂鎖部分的S／R電路309，以及S／R線路309所用的多個輸入信號衰減器，且與上述功率電晶體組303相鄰，所述的信號衰減器布置在邊緣側上。標號311代表一個+VII通用線路，所述的+VII通用線路將一個預定的電壓施加到熱阻層區域302上，標號312代表一個GND。沿平行排列功率電晶體303的方向，在功率電晶體組303的兩個縱向端布置有一個用來調整溫度的加熱器313，在一個加熱器313的附近位置處布置有一個副加熱器314。此外，在基片301的拐角部分布置有一對溫度感應二極體315，所述溫度感應二極體與上述的熱阻層區域組302的兩個縱向端一一對應。
在這個實施例中，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據傳送到布置在噴墨記錄裝置中的一個RAM(圖中未顯示)中。在將數據傳送到噴墨記錄裝置中的RAM(圖中未顯示)之後，所述數據參考存儲在ROM中的溫度圖表而選擇出一個優化的脈衝輸入值。將所選擇的值作為加熱數據(信號)而傳送到噴墨頭中。應注意到即使將脈衝寬度保持相同，如果基片的溫度發生變化，就不能將加熱器表面上的最高溫度保持為不高於560℃。通常情況下，基片的溫度在15℃至80℃的範圍內變化，因此其溫度差ΔT最大為65℃。
如上所述，用來計算加熱器表面所能達到的最高溫度(Temp)的圖表與輸入到加熱器中的脈衝有關(假定電壓保持恆定)，並根據由傳感器讀出的值(Base)而存儲到RAM中。
本發明所能達到的最高溫度(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中發出一個停止信號(Emerg)，這樣，從記錄裝置傳送到噴墨頭的信號(加熱、關閉、Idata等)中斷。
當對於每個預定時間段從溫度感應二極體發出的基片溫度數據(Base)的數值減小至Treal不高於560℃的水平時，則重新開始數據的傳送。順便說一下，在一個逐行形成圖象的印表機如串行印表機的情況下，即使發出了Emerg，直到這行被列印完才能停止數據的傳送。
在這種情況下，加熱器的表面溫度有時會超過560℃，但這種偶然的情況對整體壽命沒有明顯的影響。
基片301上布置有4個通孔316和兩個通孔317。所述的四個通孔316布置在第二功率電晶體組303的四個拐角處且通孔和拐角一一對應，所述的兩個通孔317位於上述二極體315附近且二者一一對應。這些通孔316和317用來與布置在下面的兩個線路層相接觸。在功率電晶體303的排列方向上，第二功率電晶體組303的縱向端布置有與其一一對應的一對標記符318，所述標記符318在組裝過程中用來進行位置檢測。
圖4所示為根據本發明而配置有發熱頭的一個記錄頭的一個例子的截面示意圖，該圖顯示了在垂直平面上將一個孔在軸向上分為相等的兩半。該圖還顯示了第一個截面視圖中在平面A-B處的截面視圖。記錄頭13通過將具有多條構成油墨通道的槽14的玻璃、陶瓷或塑料板粘結到發熱頭15上而形成。發熱頭15包括多個薄膜層一個由包含有Ta的無定形合金形成的防氣蝕膜16-1；一個由氧化矽或氮化矽形成的保護膜層16-2；一個包含有電極17-1和17-2的鋁電極層；一個由TaN或類似物形成的發熱膜層18；一個熱存儲膜層19；一個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按順序排列。保護膜層包括兩個子層，即防氣蝕膜層16-1和保護層16-2。為了保證將足夠的熱能供應到油墨中同時保持防氣蝕膜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，保護膜的整體厚度製作為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到達噴射孔22而以預定的壓力在噴射孔22形成一個彎月形23。當有電信號施加到鋁電極17上時，發熱頭15的一個區域n立即產生熱量，油墨21與所述區域n相接觸的部分汽化，即產生氣泡。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25如一張紙上。噴射的墨滴24飛射到記錄介質25而粘結到記錄介質25的圖象形成區域中形成圖象的極細微部分。
圖5所示為本發明的多發熱單元頭或一個平行布置多個發熱單元的發熱頭的例子的外部視圖。這種多發熱單元頭是將具有多個槽26的玻璃板27氣密地粘結到發熱頭基片上而形成的。
在本發明中，沒有限制孔的尺寸及類似尺寸，因此，為得到高質量的圖象，可優化確定孔的尺寸。但是，近年來隨著對圖象的質量要求的提高，已經研究了進一步減小孔的尺寸的想法。更具體地說，現在已經對減小孔的尺寸作了研究，這樣從一個孔中噴射一次所噴射出的油墨量為0．1-40皮升，優選為0．1-30皮升，進一步優選為0．1-25．0皮升。在這種趨勢下，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於560℃而控制產生的燒結沉積物，這對於始終如一地噴射油墨來說變得特別重要。
(記錄頭的驅動)圖15所示為一個曲線圖，圖中顯示了一個用來驅動記錄頭的一個分裂式脈衝。在該圖中，VOP代表驅動電壓水平；P1代表分解為兩部分的熱脈衝的第一部分(下文中稱為「預熱脈衝」)的脈衝寬度；P2代表間隔時間；P3代表脈衝的第二部分(下文中稱為「主熱脈衝」)的脈衝寬度。T1、T2、T3分別是與寬度P1、P2、P3相對應的時間點。驅動電壓水平VOP是確定電熱轉換器所需要的電能量的因素之一，電壓作用於所述的電熱轉換器上而產生熱能，所產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的油墨中。驅動電壓水平VOP的值是由電熱轉換器的面積尺寸、電阻值和膜結構及記錄頭的液體通道的結構確定的。分裂式脈衝寬度調製驅動法順序地作用於寬度為P1的預熱脈衝部分、寬度為P2的間隔部分和寬度為P3的主脈衝部分。所述的預熱脈衝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。設定所述預熱脈衝部分的寬度值，這樣，由預熱脈衝部分向電熱轉換器施加的熱能就不會在油墨中產生氣泡。
所述的間隔時間作為一個間隔用來阻止預熱脈衝和主熱脈衝的相互幹涉，也用來使油墨通道內的油墨溫度均勻分布。主熱脈衝用來產生氣泡，從而油墨就從噴射孔中噴射出，其寬度P3是根據電熱轉換器的面積尺寸、電阻值和膜結構及記錄頭的油墨通道結構來設定的。
在該實施例中的記錄頭中，在驅動電壓VOP為X(V)(VOP=X)而主熱脈衝寬度P3為Y(μSec)(P3=Y)的條件下，如果預熱脈衝寬度P1在一給定的範圍內變化，則油墨噴射量Vd和預熱脈衝寬度P之間的關係如圖16所示。
圖16所示為一個曲線圖，圖中顯示了依據預熱脈衝而噴射的油墨的量。在該曲線圖中，V0代表當P1=0(μsec)時所噴射的油墨的量。如圖16中的曲線a所示，脈衝寬度P1從0至P1LMT之間變化時，所噴射的油墨的量Vd成線性增加。但是，隨著脈衝寬度P1增加至超過P1LMT，當脈衝寬度P1達到P1MAX時，所噴射的油墨的量達到其最大值。
如上面的描述所顯示的那樣，相對於脈衝寬度P1的變化，所噴射的油墨的量Vd的變化呈線性的脈衝寬度P的範圍作為其中通過變化脈衝寬度P1可較容易地控制油墨的噴射量的範圍是有效的。
在P1大於P1MAX的脈衝寬度P1範圍內，油墨的噴射量Vd小於VMAX。這是因為下述的原因。也就是說，當預熱脈衝的脈衝寬度在上述範圍內時，在電熱轉換器上產生微小的氣泡(這種狀況剛好發生在薄膜沸騰開始之前)，所述的氣泡在施加主熱脈衝之前不會消失。這樣，主熱脈衝產生氣泡的過程受到所述的微小氣泡的幹擾，從而減小了油墨的噴射量。這種脈衝寬度P1的範圍稱為預氣泡(pre-bubble)產生範圍，在該範圍中通過預熱脈衝很難控制油墨的噴射量。
將表示在P1=0～P1LMT(μsec)的脈衝寬度範圍內噴射量和脈衝寬度之間的關係的直線的傾斜度定義為預熱脈衝相關係數，其中的關係如下預熱脈衝相關係數(KP)=(ΔVdP)／(ΔP1)[ng／μsec·dot]。所述的係數KP不依賴於溫度，相反，該係數依賴於記錄頭的結構、驅動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，並且顯示出每個記錄頭與其他記錄頭具有不同的噴射特性。
在該實施例中，本發明記錄頭在正常列印模式下驅動的條件是預熱脈衝P1=Pa(μsec)及主熱脈衝寬度P3=Y(μsec)，在預熱脈衝P1=Pa(μsec)的情況下，當驅動電壓VOP=X(V)時，油墨的噴射量Vd變為Va。在這種驅動條件下，在噴射油墨時，記錄頭的最高溫度不會達到560℃。
在上述的情況下，利用雙分裂式脈衝來進行脈衝寬度調節驅動控制。但是，可利用多分裂式脈衝如三分裂式脈衝或更多數目分裂式脈衝。此外，也可利用一種利用非分裂式脈衝而其主脈衝的寬度可調節的脈衝寬度調節驅動方法。換句話說，只要將記錄頭所達到的最高溫度保持不高於560℃，可以利用任何脈衝寬度調節驅動方法。
在特定的列印模式下，例如，當需要較大的記錄點時，記錄點的尺寸可通過增大預熱脈衝寬度P1使其超過Pa(μsec)來進行增大，這樣可使圖16中的噴射量大於Va。在這種特定模式的列印過程中，記錄頭達到的最高溫度有時會超過560℃。但是，此處最重要的是在正常的記錄模式運行過程中，記錄頭的最高溫度應低於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用的特殊模式，所述的特殊模式只為特殊的目的而選擇應用，例如，因為記錄介質的差別，記錄頭以一種特定方式進行驅動的模式或者一種超高解析度模式。
在一些噴墨頭中，色調是通過變化從每個孔中噴射出的油墨的體積而控制的。在這些噴墨頭中，在每個噴嘴中放置兩個或多個加熱器，每個加熱器與其各自的電極(線路)相連，這樣就可將具有特殊驅動電壓的特殊脈衝施加到每個加熱器上。在執行這種控制時，在每個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，有些時候為列印較大的點而增加輸入脈衝的值，以更精確地控制色調而達到一種特殊的效果。在這些情況下，最高溫度有時會超過560℃。但是，在正常的運行模式中，只要每個加熱器的表面的最高溫度不高於560℃，發生上述的這些情況就沒有關係。
假定如果構成每個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生熱化學反應過程中不產生腐蝕，基於加熱器的噴墨頭的使用壽命只由在加熱器產生的氣泡爆裂及消失時的氣蝕情況來決定。基於加熱器的噴墨頭在其壽命結束之前可產生5×108-3×109次的氣泡。即使油墨中包含有螯合劑或類似物，本發明可使熱阻層數倍於上述給定次數產生氣泡，且可保證基於加熱器的噴墨頭可靠地使用較長的時間。
本發明中應用的油墨可根據需要包含有著色材料、水溶性有機溶劑、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用於利用熱能的記錄頭中，這是因為燒結沉積物的問題，但是根據本發明，它們具有可應用的穩定性。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。
本發明所應用的油墨可根據需要包含水溶性有機溶劑。通過利用下述的水溶性有機溶劑，可提高油墨成分的溶解度，且可較容易地調節油墨粘度。這種水溶性有機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；多元醇的低級二烷基醚如三甘醇二甲(或乙)醚，四甘醇二甲(或乙)醚；環丁碸，N-甲基-2-吡咯烷酮，2-吡咯烷酮，1，3-二甲基-2-咪唑烷酮。
水溶性有機溶劑佔油墨總重量的比率優選不小於1wt％而不超過30wt％，更優選的情況是水溶性有機溶劑佔油墨總重量的比率不小於1wt％而不超過25wt％。這樣，油墨就具有良好的各種性能。
為使本發明具有良好的效果，添加入油墨中的水優選為離子交換水。當所述的油墨利用離子交換水製造時，著色材料的色彩不受離子的影響，這樣，油墨的色調就比較穩定。水在油墨總重量中的百分比優選不小於20wt％而不超過95wt％，更優選的情況是該百分比不小於40wt％而不超過95wt％，進一步優選的情況是該百分比不小於60wt％而不超過95wt％。
本發明中應用的油墨可根據需要而添加螯合劑。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。從配位能力的觀點來說，磷酸酯型和氨基羧酸型螯合劑優於羧酸型螯合劑。
(噴墨記錄裝置)圖6顯示了一種配置有本發明記錄頭的噴墨記錄裝置的一個實施例。在圖6中，標號61代表一個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範圍相鄰的位置上。在該實施例中，所述的刮片以一定的方式支撐而伸入到記錄頭的移動路徑中。標號62代表的是一個帽，所述的帽布置在與基準位置相鄰的位置處，所述的基準位置與所述刮片61的位置相鄰。帽62可在與記錄頭移動方向相垂直的方向上移動，並與帶噴射孔的記錄頭表面相接觸。標號63代表一個與刮片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路徑中。上述的刮片61、帽62和吸收元件63構成了一個噴射回復部分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。標號65代表一個記錄頭，所述記錄頭具有一個產生噴射油墨所需熱能同時使發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的一張記錄介質上。標號66代表一個承載體，所述記錄頭65裝配在承載體66上而進行移動。所述承載體66可滑動地與一根導向軸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68驅動。利用上述的布置結構，承載體66就可沿著導向軸67進行移動；換句話說，它可經過記錄頭65的記錄範圍和鄰近的位置移動。標號51代表進紙部件，該部件用來插入一張或多張記錄紙，標號52代表一個紙輸送輥子，所述的紙輸送輥子由一個未顯示的馬達驅動。利用上述的結構布置，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。隨著記錄的進行，記錄紙還可被進一步輸送而最終輸出到一個配置有出紙輸出輥53的輸出部件上。
記錄頭65完成給定的記錄操作後回復到基準位置，雖然帽62被保持在記錄頭65的移動路徑之外，但刮片61可伸入到記錄頭的移動路徑中。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路徑中。
當記錄頭65從基準位置開始移動到記錄起始位置時，與在擦拭記錄頭的過程一樣，帽62和刮片61處於相同的位置。因此，在這個運動過程中就擦拭了帶噴射孔的記錄頭65表面。上述的記錄頭回復到其基準位置不僅發生在剛好完成給定的記錄操作之後或對噴射回復操作，還以預定的間隔發生，在上述的預定的間隔內，記錄頭跨過其記錄範圍而移動到下一個記錄點，而且在記錄頭回復到與記錄頭的記錄範圍相鄰的基準位置的運動過程中，進行了上述對記錄頭的擦拭動作。
(墨盒)圖7顯示了一個墨盒，其裝有通過一個油墨供應元件如一個管子而供應到記錄頭中去的油墨。在圖7中，標號40代表一個油墨存儲部件，例如，墨袋，其中裝有將要供應到記錄頭中去的油墨。墨袋40的端部布置有一個橡膠塞42。通過將一個針狀物(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中的油墨供應到記錄頭上。標號44代表一個吸收元件，所述吸收元件用來捕捉和吸收多餘的油墨。對於油墨存儲部件而言，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明所希望的。根據本發明所選擇的用於噴墨記錄裝置的記錄頭及墨盒並不僅限於上述的那些，它們相互獨立。換句話說，根據所希望的結果，與墨盒成為一體的記錄頭也可應用到本發明的噴墨記錄裝置中。
(記錄單元)參考圖8，標號70代表一個記錄單元，油墨存儲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孔的頭部71中噴射出來。對於油墨吸收元件所用的材料來說，本發明希望使用聚氨酯。標號72代表一個排氣孔，所述的排氣孔可使記錄單元70的內部空間與大氣相通。所述的記錄單元70可用於取代圖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)
本發明適合於任何色彩的油墨，如黃色、洋紅色、藍綠色、紅色、綠色、藍色或黑色油墨。可單獨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，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記錄頭。在圖9中，標號86、87、88和89分別相應地代表噴射黃色、洋紅色、藍綠色和黑色油墨的記錄頭。每個記錄頭均布置在記錄裝置中而相應於記錄信號來噴射油墨。雖然圖9顯示了應用四個記錄頭的情況，但本發明並不僅限於這種結構。例如，本發明也可應用於圖10中顯示的記錄頭結構，其中，將上述的四個具有不同顏色油墨的墨盒組合到一個記錄頭上，其中的油墨通道聚集而形成一個彩色的圖象。
(實施例)參考根據本發明的一個噴墨記錄方法的實施例，下文中將對本發明進行詳細的描述。應注意到本發明的應用並不僅限於下面的實施例。
(最高溫度的實際測量)圖11為該實施例中的噴墨頭的基板的剖視圖。該實施例中的記錄頭是通過將具有構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。噴墨基板包括多個膜層一個由Ta形成的0．2μm厚的防氣蝕層10；一個由氮化矽形成的0．2μm厚的保護層11；一個絕緣層8；一個包括電極3和4的鋁電極層；一個由TaN或類似物形成的熱阻層7；一個儲熱層6；一個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按順序排列。對於在防氣蝕膜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熱觀測器(Thermo Viewer)(NipponAvionix Co．，Ltd．的產品)來進行測量，同時在發熱元件表面上沒有油墨的情況下驅動發熱元件。這是因為保護膜表面溫度達到最高溫度的狀態也是在保護膜表面上形成氣泡的狀態，因此，在這種狀態下的保護膜的表面溫度可通過測量保護膜表面上沒有油墨的保護膜的表面溫度而近似得到。
當驅動電壓為25V時，這個電壓值是使油墨汽化所需要的閾電壓的1．5倍，該電壓的脈衝寬度為2．0μsec而頻率為6kHz，將該電壓施加到圖11所示的發熱頭上，就可將油墨按要求汽化且保護膜的表面達到的最高溫度為545℃。
另一方面，防氣蝕膜10的電阻值R(T)為溫度T的函數且可相對於溫度T而展開。因此，忽略冪大於3的項，對於溫度T可得到R(T)為常數項的二次方程。這樣，當溫度T在給定的水平下可實際測量防氣蝕膜的電阻值R(T)，且上述的方程(4)即一個二次方程式可將測量到的電阻值代入到方程(4)中而計算出溫度T進行求解。這樣可得到保護膜達到的理論最高溫度為540℃，該溫度基本上等於實際測量到的保護膜表面達到的最高溫度。
順便說一下，在解方程(4)的過程中，直到薄膜沸騰開始時才將水的物理特性值輸入，在薄膜沸騰開始之後，輸入空氣(氣體)的物理特性值。由於在加熱器表面上的熱絕緣效果小於實際的情況，這樣就產生了一個較小的值。
(試驗1)油墨1是按下面的方法製造的。在將下面的成分(下面列舉的成分)混合後，將其攪拌不少於兩個小時，利用10％的氫氧化鈉水溶液將混合物的PH值調整到6。然後利用孔徑為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可從上述結構的記錄頭中噴射6×108次，這樣從每個孔中每次噴射油墨的量就變為50皮升，在各試驗中就通過上面的模擬而達到的最高溫度而言驅動條件不相同。在這些檢測過程中，檢測了燒結油墨成分的沉澱、噴射量的一致性及防氣蝕膜的腐蝕情況。檢測結果如表1所示。
對於燒結沉積物的情況來說，在噴射油墨6×108次後，每個記錄頭均要拆卸下來，利用一個光學顯微鏡對與油墨相接觸的防氣蝕膜的表面進行視覺檢測。
對於噴射量的一致性來說，在噴射6×108次後，可得到每個噴嘴所噴射的油墨的平均量，將這個值與每個噴墨頭的最初性能值進行比較，且利用下面所述的三個級別來評價噴墨頭的性能。
G與最初的量相比不小於90％F與最初的量相比不小於80％但不超過90％N與最初的量相比不超過80％對於防氣蝕膜的腐蝕程度來說，在噴射油墨上述的次數後可得到一個以數值來表示殘存的防氣蝕膜的比率。具體地說，在上述的噴射次數之前及之後，防氣蝕膜的中間部分的元素組成可利用一個電子檢測微型分析儀(Shimazu公司的產品)來進行分析，其中的電流為40nA，這樣根據上述噴射的次數之前的防氣蝕膜中的Ta的跟蹤信號的強度相對於根據上述噴射的次數之後的防氣蝕膜中的Ta的跟蹤信號的強度的比率來計算殘存的防氣蝕膜所佔的比率。當流動的電流為40nA時，不但檢測防氣蝕膜的元素組成，而且檢測防氣蝕層下面的保護層中存在的Si。這樣，通過將來自於所述噴射次數之前的每層中構成元素的信號強度與來自於所述噴射次數之後的每層中構成元素的信號強度進行比較，就可檢測到殘存的防氣蝕膜的比率(殘存率)。
表1
試驗 最高溫度 燒結沉積物 噴射穩定性 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未檢測出7623(℃)基本沒有 F *2未檢測出*1在噴射3．3×108次時發生*2在噴射6．7×108次時發生G良好F一般好此外，殘存的防氣蝕膜的比率和所達到的最高溫度之間的關係如圖14所示。
在這些檢測數據中，本發明的第一至第三個實施例與第一至第三個檢測數據一一對應。
從表1和圖14中可得到當達到的最高溫度不高於560℃(換句話說，即為第一至第三個實施例中的情況)時，防氣蝕膜根本不受腐蝕。如上所述，本試驗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，保護膜的腐蝕情況如第4-7次檢測的結果所示。在第6次檢測和第7次檢測中，所達到的最高溫度分別為607℃和623℃，可看到線路的破裂，這可歸因於防氣蝕膜的腐蝕。
對於燒結沉積物來說，在上面的任何一次檢測中均未看到。可認為加入到油墨中的螯合劑引起了這種結果。
如上所述，通過這些檢測，可認識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於560℃，就可控制燒結油墨成分產生的沉澱及防氣蝕膜的腐蝕，這樣就可始終如一地噴射油墨。
(第4-10次檢測)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)混合後，將其攪拌不少於兩個小時，利用10％的氫氧化鈉溶液將混合物調整至預定的PH值。然後，將混合物利用孔徑為0．2μm的薄膜進行過濾，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矽形成的0．5μm厚的保護膜，以這種結構構造的記錄頭從每個孔中每次噴射所噴出的油墨的量為50皮升，同時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℃。然後，按第一次檢測的方式根據燒結油墨成分的沉澱、噴射量的一致性及防氣蝕膜的腐蝕情況對記錄頭進行檢測。檢測結果如表3所示。
#60表3#62油墨燒結沉積物噴射穩定性殘存率例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，均未發現燒結油墨成分的沉澱及保護膜的腐蝕。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，也未發現形成燒結油墨成分的沉澱及保護膜的腐蝕。
另一方面，在所有的油墨中，當上述的油墨2-8噴射6×108次且將上述的界面上的溫度保持不高於607℃時，防氣蝕膜已變得足夠薄，這樣就可能造成發熱頭的破裂。
當利用通過從油墨2、3、8成分中除去螯合劑而形成的油墨時，未發現保護膜的腐蝕，但在使用某些油墨的情況下，在發熱元件的保護膜的表面上發現了燒結油墨成分的沉澱。
從上面的觀察可認識到當油墨包含螯合劑時，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沉澱、防氣蝕膜的腐蝕，從而始終如一地噴射油墨。
此外，可認識到甚至當油墨不包含螯合劑時，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沉澱、防氣蝕膜的腐蝕，從而始終如一地噴射油墨。
此外，當從具有由包含Ta的無定形合金形成的防氣蝕膜的發熱頭中噴射油墨時，更具體地說，所述無定形合金為Ta18Fe57Ni8Cr17且以與檢測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到560℃時，剩餘的防氣蝕膜所佔的比率根本不會下降，換句話說，可認識到可較好地控制油墨成分的燒結沉澱、防氣蝕膜的腐蝕，從而始終如一地噴射油墨。
(檢測11-14)檢測11-14是在下面的條件下進行的。
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_)保護膜16-2所用的材料C1SiN(5000_)C2SiO2(5000_)C3SiC(5000_)發熱元件18所用的材料D1TaN(400_)D2TaSiN(100_)D3TaAl(500_)驅動條件加熱器尺寸25μm×100μm施加的電壓20[V](恆定)通過在1．0μsec-8．0μsec範圍內改變施加的脈衝寬度而調節在上述界面上所達到的最高溫度水平。
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，檢測加熱器的耐久性的時間長度，其結果如下表所示。
順便說一下，熱存儲層(SiO2)厚度為1．7μm，矽基片厚度為625μm。
*除脈衝寬度外均為常數E在1．0×109次脈衝之後，HTR無變化BHTR在1．0×108-2．0×108次脈衝之間破裂NHTR在小於1．0×108次脈衝時破裂。
這些檢測證明即使油墨中沒有螯合劑，本發明也是很有效的。此外，從上面的檢測結果還可認識到不管油墨是何種類型且不管保護膜和發熱電阻器材料為何種類型，本發明均是很有效的。
(列印檢測)可利用一個裝配有記錄頭的噴墨記錄裝置進行實際的列印操作，所述的記錄頭將在本發明披露的一定條件下而在下文中進行描述。其列印結果良好。
圖12所示為一個記錄頭的示意圖，圖中顯示了記錄頭的總體結構。所述的記錄頭包括多個發熱頭1103、線路1104、油墨通道壁1105和頂板1106，發熱頭1103、線路1104、油墨通道壁1105這些部件以膜的形式通過半導體生產工藝如蝕刻澱積和濺射法而形成於基片1102上的層中。油墨1112從圖中未顯示的油墨存儲腔經油墨供應管1107而供應到記錄頭1101的共用墨腔1108中。標號1109代表一個油墨供應管道連接器。在被供應到共用墨腔1108中之後，油墨1112就被毛細管力引導入油墨通道1110中，油墨穩定地保存在通道中，且在每個通道1110中的油墨在油墨通道1110的最外端開口即孔處形成一個彎月形。在這種狀態下，能量就被選擇性地施加到發熱頭上。在供應能量時，油墨被突然加熱，這樣在油墨通道中就產生了氣泡。當氣泡擴展及收縮時，油墨就以墨滴的形式從噴射口1111噴出。在將能量供應到發熱頭上時，所述能量是受控的，這樣，在發熱元件表面和油墨之間的界面上的溫度不會高於560℃。
圖13所示為應用本發明的一個噴墨記錄裝置的外部視圖。所述的噴墨記錄裝置包括一個承載體HC，所述承載體的銷子(圖中未顯示)安裝在引導螺旋5004的螺旋溝槽5005中，所述引導螺旋5004由傳動齒輪5011和5009傳遞的驅動力驅動旋轉，當驅動馬達5013向前或反向轉動時，所述的傳動齒輪5011及5009向前或反向轉動。因此，當馬達5013向前或反向轉動時，所述承載體HC在箭頭所示的方向上往復運動。標號5002代表一個壓紙盤，所述的壓紙盤5002在承載體HC的整個往復運動範圍上將紙張壓在一個壓板5000上。標號5007和5008代表一個光耦合器的兩個部分，所述光耦合器構成了一個基準位置檢測裝置，該裝置用來反轉驅動馬達5013的轉動方向；檢測在光耦合器的間隙中承載體HC的杆5006的存在與否。標號5016代表一個用來支撐帽元件5022的部件，所述帽元件5022用來蓋住記錄頭的前表面，標號5015代表一個抽吸裝置，所述抽吸裝置用來抽吸帽元件中存在的物質，通過帽元件的開口5023而抽吸記錄頭中存在的物質，從而恢復記錄頭的性能。標號5017代表一個清潔刮片，標號5019代表一個使所述清潔刮片5017前後移動的元件。所述清潔刮片5017和用來移動清潔刮片5017的元件由該裝置主體的支撐板5018來支撐。對所述清潔刮片的結構而言，沒必要一定是該實施例的結構，很明顯，可使用任何已知的清潔刮片。標號5012代表一個用來啟動抽吸操作的杆，所述的抽吸操作可恢復記錄頭的性能，所述杆5012隨著與承載體HC相結合的凸輪5020的運動而運動；所述杆5012的運動受到來自於驅動馬達的驅動力的控制，所述驅動馬達由驅動力傳遞裝置來控制，所述驅動力傳遞裝置包括一個離合器及類似物。
構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螺旋5004來啟動。但是，本發明並不僅限於這些裝置的結構；只要這些裝置利用公知的計時方法被啟動而執行預定的操作，它們就適用於本發明。上面所述的每一種結構均構成了一種優秀的發明，不管它們是以單獨的形式還是與其他結構相結合的形式。該裝置具有一個用來驅動噴墨壓力產生元件的驅動信號供應裝置。
參考所披露的結構，上面對本發明進行了描述，但本發明並不僅限於上面詳細描述的內容，本發明還涵蓋以改進的目的或在下面的權利要求範圍內而對本發明所做的變更或改變。
權利要求
1．一種利用裝有發熱電阻器的噴墨頭基板噴射油墨的噴墨記錄方法，所述的發熱電阻器覆蓋有一層保護膜，其中由氣泡產生的壓力使油墨噴出，所述氣泡是將熱能透過保護膜而作用於油墨使油墨產生薄膜沸騰而形成的，所述的熱能通過所述發熱電阻器的運行而產生，其改進在於提供一種記錄模式，其中油墨是在與油墨接觸的所述保護膜的表面最高溫度不超過560℃的情況下噴出的。
2．根據權利要求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於發熱電阻器上的驅動信號的脈衝寬度而進行的。
3．根據權利要求1所述的方法，其中檢測基片的溫度，當根據溫度和驅動信號辨別出不能控制使最高溫度不高於560℃時，發熱電阻器的運行就被停止。
4．根據權利要求1所述的方法，其中油墨包含有螯合劑。
5．根據權利要求4所述的方法，其中螯合劑的重量百分比含量不少於50ppm且不超過20％。
6．根據權利要求1所述的方法，其中所述保護膜包括多個層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金製成。
7．根據權利要求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．根據權利要求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，其包括一個發熱電阻器，所述發熱電阻器上覆蓋有一層保護膜，其中由發熱電阻器產生的熱量透過所述保護膜作用於油墨而使油墨噴出，其改進在於在所述發熱電阻器的運行過程中，與油墨接觸的所述保護膜的表面最高溫度不高於560℃。
10．根據權利要求9所述的基板，其中所述保護膜包括多個層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金製成。
11．根據權利要求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．根據權利要求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發熱電阻器，所述發熱電阻器上覆蓋有一層保護膜，其中由所述發熱電阻器產生的熱量透過所述保護膜作用於油墨而在油墨中產生氣泡，並由氣泡產生的壓力使油墨噴出，其改進在於在所述發熱電阻器運行過程中，與油墨相接觸的所述保護膜的表面最高溫度不高於560℃。
14．根據權利要求13所述的噴墨頭，其中油墨包含有螯合劑。
15．根據權利要求14所述的噴墨頭，其中螯合劑的重量百分比含量不少於50ppm且不超過20％。
16．根據權利要求13所述的噴墨頭，其中所述保護膜包括多個層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金製成。
17．根據權利要求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．根據權利要求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發熱電阻器，所述發熱電阻器上覆蓋有一層保護膜，其中由所述發熱電阻器產生的熱量透過所述保護膜作用於油墨而在油墨中產生氣泡，並由氣泡產生的壓力將油墨噴出，其改進在於設置驅動信號控制裝置，從而在所述發熱電阻器運行過程中使與油墨相接觸的所述保護膜的表面最高溫度不高於560℃。
20．根據權利要求19所述的裝置，其中所述的驅動信號控制裝置通過控制作用於所述發熱電阻器上的驅動信號的脈衝寬度來控制最高溫度。
21．根據權利要求19所述的裝置，其中所述噴墨頭基板包括一個用來檢測所述基板溫度的溫度檢測元件，且其中當根據溫度和驅動信號辨別出不能控制使最高溫度不高於560℃時，發熱電阻器的運行就被停止。
22．根據權利要求21所述的裝置，其中油墨包含有螯合劑。
23．根據權利要求22述的裝置，其中螯合劑的重量百分比含量不少於50ppm且不超過20％。
24．根據權利要求21所述的裝置，其中所述保護膜包括多個層，且可與油墨相接觸的層是防氣蝕膜，其由包含有Ta的無定形合金製成。
25．根據權利要求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．根據權利要求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,所述的發熱電阻器覆蓋有一層保護膜,其中由氣泡產生的壓力使油墨噴出,所述氣泡是將熱能透過保護膜而作用於油墨使油墨產生薄膜沸騰而形成的,所述的熱能通過所述發熱電阻器的運行而產生,其改進在於:提供一種記錄模式,其中油墨是在與油墨接觸的所述保護膜的表面最高溫度不超過560℃的情況下噴出的。
文檔編號B41J2/14GK1293112SQ0012818
公開日2001年5月2日 申請日期2000年9月30日 優先權日1999年10月5日
發明者城田衣, 尾崎照夫, 久保田雅彥, 葛城隆司, 神田英彥 申請人:佳能株式會社