DE3632848A1

DE3632848A1 - Heizwiderstand sowie aufzeichnungskopf mit diesem widerstand und ansteuerungsverfahren hierfuer

Info

Publication number: DE3632848A1
Application number: DE19863632848
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Tachihara; Shinichi Hirasawa; Masami Ikeda; Akira Asai; Hirokazu Komuro
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1987-04-16
Also published as: DE3632848C2; US4719478A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizwiderstand und insbesondere auf einen Heizwiderstand, der für einen Aufzeichnungskopf wie einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, der durch das Zuführen von Wärmeenergie zu einer Aufzeichnungsflüssigkeit diese abstrahlt, oder einen Thermokopf geeignet ist; ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, bei dem ein solcher Heizwiderstand verwendet wird, sowie auf ein Verfahren zur Ansteuerung des Aufzeichnungskopfs.

Bei einem Aufzeichnungskopf wie einem Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf, der unter Benutzung eines Heizwiderstands durch Zuführen von Wärmeenergie zu einer Aufzeichnungsflüssigkeit diese abstrahlt, oder einem Thermokopf, bei dem unter Benutzung des Heizwiderstands Wärmeenergie einem Übertragungsfarbband oder einem wärmeempfindlichen Papier zugeführt wird, ist es von Bedeutung, die Lebensdauer des Heizelements zu verlängern. In dieser Hinsicht beruhen in vielerlei Fällen die Beschädigungen des als Heizelement dienenden Heizwiderstands auf einer ungleichförmigen Wärmeerzeugung in dem Heizwiderstand.

Für einen Heizwiderstand mit einer auf einer Heizwiderstandsschicht ausgebildeten leitenden Elektrodenschicht wurde vorgeschlagen, die Breite derjenigen Heizwiderstandsschicht, auf der die Elektrode ausgebildet ist, über die Breite der Elektrode hinaus zu erweitern, um zu verhindern, daß die Elektrode bei ihrer Ausbildung bricht, und eine stufenförmige Überdeckung durch eine Schutzschicht zu vergrößern, um die Haltbarkeit zu verbessern (JP-OS 1 94 589/1984). Bei dem derart geformten Heizwiderstand ist jedoch die Dichte des über die Elektroden fließenden Stroms nicht gleichförmig, sondern an einer bestimmten Stelle konzentriert. Infolgedessen ist auch die Wärmeerzeugung nicht gleichförmig, sondern an einem bestimmten Bereich des Heizwiderstands höher. Infolge der höheren Wärmeerzeugung an diesem Bereich entsteht eine Beschädigung, durch die die Lebensdauer des Widerstands verkürzt wird.

Erfindungsgemäß wird der Zusammenhang zwischen der Breite des Heizwiderstands bzw. der Heizwiderstandsschicht und der Breite der Elektrode in Betracht gezogen, wobei die erstere Breite größer als die letztere ist.

Die bei dem Stand der Technik auftretenden Probleme werden in Verbindung mit einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf erläutert, bei dem ein Aufzeichnungsverfahren zur Flüssigkeitsabstrahlung unter Benutzung von Wärmeenergie angewandt wird.

Ein in der DE-OS 28 43 064 beschriebenes Aufzeichnungsverfahren für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf besteht im Vergleich zu anderen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungsverfahren darin, daß der Flüssigkeit für das Erzeugen einer Bewegungskraft zum Ausstoß von Tröpfchen Wärmeenergie zugeführt wird. Bei dem beschriebenen Verfahren wird durch die Wärmeenergie die Flüssigkeit zum Erzeugen von Bläschen überhitzt, wodurch bei dem Entstehen der Bläschen die Flüssigkeit aus einer Düsenöffnung am Ende des Aufzeichnungskopfs derart ausgestoßen wird, daß fliegende Tröpfchen gebildet werden, welche zur Informationsaufzeichnung auf ein Aufzeichnugnsmaterial aufgebracht werden.

Der bei diesem Aufzeichnungsverfahren benutzte Aufzeichnungskopf weist normalerweise eine Flüssigkeitsausstoßeinheit mit einer Düsenöffnung, aus der die Flüssigkeit ausgestoßen wird, und einen Flüssigkeitsströmungskanal mit einer Wärmeeinwirkungsfläche auf, der mit der Düsenöffnung in Verbindung steht und an dem die Wärmeenergie für den Ausstoß der Tröpfchen auf die Flüssigkeit einwirkt, wobei für das Erzeugen ein Heizwiderstand oder eine Heizeinheit benutzt wird.

Für den Heizwiderstand wurde die in Fig. 1 gezeigte Form vorgeschlagen. Die Erfordernisse für das Definieren einer solchen Form sind folgende: die Form ist hinsichtlich eines ϕ-Gradienten √¯(δϕ/δ x)² + ( /δ y)²- ein Verhältnis zwischen einem Maximalwert und einem Wert für die Mitte des Widerstands bestimmt, wenn für die Heizwiderstandsfläche eine Laplacesche Gleichung δ ² ϕ/δ x ² + δ ² ϕ/-δ y ² = 0 gelöst wird, wobei an der Oberfläche einer Heizwiderstandsschicht 3 ein orthogonales xy-Koordinatensystem definiert wird, das Potential an einer Stelle (x, y) der Widerstandsoberfläche als ϕ(x, y) definiert wird, für einen mit einer Elektrode 4 in Berührung stehenden Bereich der Umfangsgrenze der Widerstandsschicht ein bestimmter Randwert festgelegt wird, einem mit einer weiteren Elektrode 4 in Berührung stehenden Bereich ein weiterer unterschiedlicher Randwert zugeordnet wird und einem Bereich, der außer Berührung zu den Elektroden ist, eine Randbedingung zugeordnet wird, bei der ein Differentialquotient von ϕ zur Normalrichtung der Umfangsgrenze "0" ist.

Das Verhältnis ist beispielsweise bei dem in Fig. 1 gezeigten Widerstand nach dem Stand der Technik mathematisch unbegrenzt.

Dieser Heizwiderstand hat ein Paar von Elektroden, die gewöhnlich eine Wählelektrode und eine gemeinsame Elektrode sind. An die Elektroden wird eine Spannung derart angelegt, daß von dem Heizwiderstand die Wärmeenergie für den Ausstoß von Tröpfchen aus der Düsenöffnung erzeugt wird. Einer der hauptsächlichen Faktoren, die die Nutzungdauer für die wiederholte Benutzung bzw. Haltbarkeit des Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfs bestimmen, ist die als Kavitationszerstörung bzw. Kavitationskraft bezeichnete mechanische Stoßkraft, die hervorgerufen wird, wenn sich Dampfbläschen durch ihr Zusammenziehen auflösen. Im einzelnen entsteht die Kavitationskraft, sobald die Flüssigkeit nahe dem Heizwiderstand überhitzt wird und eine Überhitzungs-Grenztemperatur erreicht, bei der Dampfbläschen erzeugt werden und durch die plötzliche Volumenvergrößerung die Flüssigkeit in Form fliegender Tröpfchen aus der Düsenöffnung ausgestoßen wird. Sobald sich die Bläschen, nämlich die Dampfbläschen durch Zusammenziehen auflösen, tritt die Kavitationskraft auf. Die durch die Kavitationskraft an dem Heizwiderstand wirkende Stoßkraft war ein Faktor, der die Haltbarkeit des Aufzeichnungskopfs bestimmt.

Es sind verschiedenerlei Bestrebungen bekannt, durch das Vermeiden des vorstehend beschriebenen Problems die Haltbarkeit des Aufzeichnungskopfs zu verbessern. Beispielsweise wird ein Heizwiderstand mit hoher Kavitationsfestigkeit hergestellt, zwischen dem Heizwiderstand und der Aufzeichnungsflüssigkeit eine Schutzschicht mit hoher Kavitationsfestigkeit angebracht oder der Flüssigkeitsströmungskanal derart gestaltet, daß die Kavitationszerstörungskraft abgeschwächt wird. auf diese Weise wurde die Haltbarkeit des Aufzeichnungskopfs verbessert.

Bei einem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf für Punktedruck, bei dem Wärmeenergie genutzt wird und bei dem der Heizwiderstand auf ein Substrat eines Flüssigkeitskanals aufgeschichtet ist, der mit der Düsenöffnung in Verbindung steht, wobei die Flüssigkeit durch Anlegen eines Impulses an den Heizwiderstand erwärmt wird, ist es zur Verbesserung der Bildqualität von Bedeutung, für einen jeden einzelnen Impuls die Wärmeenergie der Flüssigkeit auf wirksame Weise zuzuführen und bei der wiederholten Ansteuerung des Aufzeichnungskopfs die Flüssigkeit gleichmäßig auszustoßen.

Als Lösung dieses Problems ist es bekannt, auf das Substrat eine untere Schicht mit einer Wärmeleitfähigkeit k ₂, einer spezifischen Wärme c ₂, einer Dichte p ₂ und einer Dicke L ₂, eine Heizwiderstandsschicht mit einer Wärmeleitfähigkeit k _H und einer Dicke von L _H sowie eine obere Schicht mit einer Wärmeleitfähigkeit K ₁, einer spezifischen Wärme C ₁, einer Dichte p ₁ und einer Dicke von L ₁ in dieser Aufeinanderfolge aufzuschichten, wobei die Materialien und Abmessungen derart gewählt werden, daß folgenden Bedingungen genügt ist: wobei gilt und wobei τ die Halbwertbreite eines an den Heizwiderstand angelegten elektrischen Signals ist, t die Zeit zwischen der Eingabe eines elektrischen Signals und der Eingabe des nächsten elektrischen Signals ist, S die Wärmeeinwirkungsfläche an der dem Wärmewirkungsbereich zugewandten Oberfläche der oberen Schicht ist, Δ T der Mittelwert der Differenzen zwischen den Oberflächentemperaturen der Wärmeeinwirkungsfläche und den Oberflächentemperaturen der dem Substrat zugewandten Oberfläche der unteren Schicht ist und Q die durch ein einzelnes elektrisches Signal erzeugte Wärme ist.

Selbst bei der Erfüllung der vorstehend genannten Bedingungen bestehen jedoch weiterhin Schwierigkeiten, den Erfordernissen nach einer höheren Haltbarkeit zu genügen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizwiderstand zu schaffen, an dem zur Verlängerung der Lebensdauer des Widerstands die Wärmeverteilung möglichst gleichförmig ist. Damit soll mit der Erfindung ein Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf geschaffen werden, der höhere Haltbarkeit und höhere Aufzeichnungsqualität als ein solcher nach dem Stand der Technik hat. Ferner soll für die Ansteuerung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs mit der Erfindung ein Ansteuerungsverfahren geschaffen werden, bei dem gegenüber einer herkömmlichen Grenzspannung Vth ein Bezugswert für eine Ansteuerspannung an dem Aufzeichnungskopf derart verändert wird, daß eine angelegte Spannung Vop gewählt wird, die hinsichtlich der Haltbarkeit und der praktischen Anwendung optimal ist.

Hinsichtlich des Heizwiderstands wird die Aufgabe der Erfindung mit dem planaren Heizwiderstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Aufzeichnungskopfs wird die Aufgabe mit dem Aufzeichnungskopf gemäß Patentanspruch 2 oder 6 gelöst. Hinsichtlich des Aufzeichnungsverfahrens wird die Aufgabe mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht, die die Form eines herkömmlichen Heizwiderstands veranschaulicht.

Fig. 2A bis 5B zeigen Beispiele für den Vergleich mit erfindungsgemäßen Heizwiderständen.

Fig. 6A bis 16 veranschaulichen die Erfindung.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 6A bis 6C veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel des Heizwiderstands, in dem sie die Umgebung eines Heizwiderstands eines Aufzeichnungskopfs zeigen, aus dem durch das Erzeugen von Bläschen in einer Aufzeichnungsflüssigkeit durch das Zuführen von Wärmeenergie durch den Heizwiderstand Tröpfchen ausgestoßen werden.

Die Fig. 6A zeigt ein Trägermaterial 1, eine Wärmesammelschicht 2, einen Heizwiderstand 3, Elektroden 4 und Schutzschichten 5 und 6. Die Materialien und Dicken der jeweiligen Schichten sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt. Die Fig. 6A ist ein schematischer Querschnitt, die Fig. 6B ist eine schemaische Draufsicht, wobei die Schutzschichten 5 und 6 entfernt sind, und die Fig. 6C ist eine schematische Ansicht der Umgebung von Stellen A und B nach Fig. 6B. W ist die Breite des Widerstands 3 an dessen Mitte, W ₁ ist die Breite des Widerstands bzw. der Widerstandsschicht an den Enden, D ist die Breite der Elektroden 4 an deren Enden, D ₁ ist die Breite der Elektroden 4 an den Enden des Widerstands, L ₁ ist der Abstand zwischen zwei Stufen hinsichtlich der Breite des Widerstands und L ₂ ist der Abstand zwischen den Elektrodenenden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist W = 32 µm, W ₁ = 58 µm, D = 32 µm, D ₁ = 50 µm, L ₁ = 150 µm und L ₂ = 150 µm; dabei ist die Breite D am Elektrodenende im wesentlichen gleich der Breite W an der Mitte des Widerstands, wobei die Lagen der Elektrodenenden mit denjenigen der Breitenstufen des Widerstands übereinstimmen und bogenförmige Bereiche des Widerstands einen verhältnismäßig großen Krümmungsradius haben. Nach Fig. 6C besteht zwischen der Widerstandsbreitenstufe und der Elektrodenbreitenstufe ein Abstand d von 8 µm, während der Krümmungsradius der Bögen ungefähr D/10 beträgt.

In Fig. 6B wird ein orthogonales xy-Koordinatensystem auf der Oberfläche des Heizwiderstands definiert, wobei durch ϕ/x, y) ein Potential an einem Ort (x, y) an der Widerstandsoberfläche bezeichnet wird, einem mit einer der Elektroden in Berührung stehenden Rand 3 a ein Randwert ϕ ₁ zugeordnet wird, einem mit der anderen Elektrode in Berührung stehenden Rand 3 b ein von ϕ ₁ verschiedener Randwert ϕ ₂ zugeordnet wird, einem außer Berührung zu einer der Elektroden stehenden Bereich eine Randbedingung zugeordnet wird, bei der ein Differentialquotient von ϕ zur Normalrichtung zu einer Umfangsgrenze "0" ist, und für den unbekannten Faktor ϕ eine Laplacesche Gleichung für den Bereich des Heizwiderstands gelöst wird. An einem Ort B ist der Gradient von ϕ maximal und 1,13-mal so groß wie der Gradient von ϕ an der Mitte des Widerstands.

Soweit das orthogonale xy-Koordinatensystem auf der Oberfläche des Widerstands definiert ist, sind die Stelle, an der der Gradient von ϕ maximal ist, und das Verhältnis des maximalen Gradienten von ϕ zu dem Gradienten von ϕ an der Mitte des Widerstands unabhängig davon konstant, wie der Ursprung der Koordinaten und die Richtungen der x- und der y-Achse gewählt sind, und auch davon, daß die Randwerte ϕ ₁ und ϕ ₂ geändert werden.

Ausführungsbeispiele 2 bis 6

Bei den Ausführungsbeispielen 2 bis 6 sind die Werte D und L ₂ nach Fig. 6 geändert; in der Tabelle 2 sind für die Ausführungsbeispiele 2 bis 6 sowie das Ausführungsbeispiel 1 Verhältnisse γ zwischen den maximalen Gradienten von ϕ zu den Gradienten an der Mitte der Widerstände aufgeführt. Im Bereich der in der Tabelle 2 angegebenen Abmessungen sind die Verhältnisse γ nicht größer als 1,4. Die Stelle, an der der Gradient von ϕ maximal ist, liegt an dem Rand A, an dem der Widerstand 3 die Elektrode 4 berührt, oder an dem Rand B eines parallelen Abschnitts des Widerstands 3, was von der Form des Heizwiderstands abhängt. Das Verhältnis des Gradienten an dieser Stelle zu dem Gradienten an der Mitte des Widerstands ändert sich mit der Form des Heizwiderstands.

Ausführungsbeispiel 7

Die Fig. 7A und 7B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Heizwiderstands. Der schematische Querschnitt durch den Heizwiderstand ist dem in Fig. 6A gezeigten gleichartig. Die Fig. 7A zeigt schematisch eine Draufsicht, wobei die Schutzschichten 5 und 6 entfernt sind, während die Fig. 7B eine vergrößerte schematische Ansicht der Umgebung von Stellen A und B in Fig. 7A zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel gilt: W = 32 µm, W ₁ = 58 µm, D = 32 µm, D ₁ = 50 µm, L ₁ = 150 µm und L ₂ = 158 µm, d = 13 µm und L ₂ ≦λτ L ₁. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Gradient von ϕ an der Stelle B maximal, während das Verhältnis γ 1,36 beträgt und damit nicht größer als 1,4 ist.

Vergleichsbeispiel 1

Nachstehend werden die Vorteile des als Ausführungsbeispiele 1 bis 7 beschriebenen erfindungsgemäßen Heizwiderstands dargelegt. Die Fig. 2 zeigt zum Vergleich einen Heizwiderstand in herkömmlicher Form. Der schematische Querschnitt eines solchen bekannten Heizwiderstands ist dem in Fig. 6A gezeigten gleichartig, während die Fig. 2A eine schematische Draufsicht unter Weglassen der Schutzschichten 5 und 6 ist und die Fig. 2B eine vergrößerte schematische Ansicht der Umgebung von Stelle A′ und B′ nach Fig. 2A ist. Bei dem Widerstand nach Fig. 2 gilt: L ₁ = 150 µm, L ₂ = 158 µm, W = 32 µm, W ₁ = 58 µm, und D = D ₁ = 50 µm. Bei diesem Vergleichsbeispiel ist der Krümmungsradius an einem Winkel des Widerstands klein, während die Breite W des Widerstands kleiner als die Breite D der Elektrode ist. Bei diesem Vergleichsbeispiel ist der Gradient von ϕ an der Stelle Bµ maximal, wobei das Verhältnis γ 1,71 beträgt.

Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse von Haltbarkeits- bzw. Standzeitprüfungen an den Heizwiderständen gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 7 nach Fig. 6, Tabelle 2 und Fig. 7 sowie gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 nach Fig. 2. Für jeden Widerstand wurde eine für den Flüssigkeitsausstoß erforderliche Minimalspannung gemessen, die mit 1,15 multipliziert wurde, um die an den Heizwiderstand anzulegende Spannung festzulegen. Die Spannung wurde mit einer Impulsbreite von 8 µs und einer Impulsfrequenz von 1 kHz angelegt.

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, ist die Lebensdauer des Widerstands umso höher, je kleiner das Verhältnis γ ist, wobei sich die Lebensdauer plötzlich ändert, wenn das Verhältnis γ 1,36 übersteigt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 8

Die Fig. 8A bis 8C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Heizwiderstands. Sie zeigen die Umgebung eines Heizwiderstands eines Aufzeichnungskopfs, der Tröpfchen dadurch austößt, daß in der Aufzeichnungsflüssigkeit durch das Zuführen von Wärmeenergie über den Heizwiderstand Bläschen erzeugt werden. Gegenüber den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Film- bzw. Schichtenaufbau verschieden. Der Schichtenaufbau bei diesem Ausführungsbeispiel 8 ist in der Fig. 8A gezeigt, in welcher mit 10 ein Substrat bzw. Trägermaterial bezeichnet ist, mit 11 eine Wärmesammelschicht bzw. Wärmespeicherschicht bezeichnet ist, mit 12 eine Heizwiderstandsschicht bezeichnet ist, mit 13 Elektroden bezeichnet sind und mit 14 und 15 Schutzschichten bezeichnet sind. Die Materialien und die Dicken der jeweiligen Schichten sind in der Tabelle 4 aufgeführt. Die Fig. 8B zeigt die Form des Widerstands, während die Fig. 8C eine vergrößerte schematische Ansicht eines oberen linken Abschnitts in Fig. 8B ist Der Krümmungsradius eines gerundeten Bereichs des Widerstands ist etwas größer als derjenige nach Fig. 6, während die Breite D der Elektrode gleich der Breite D ₁ am Elektrodenende ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der maximale Gradient von ϕ an der Stelle B, während das Verhältnis γ 1,25 beträgt.

Ausführungsbeispiel 9

Die Fig. 9A und 9B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Widerstand eine andere Form hat. Der Film- bzw. Schichtenaufbau ist der gleiche wie gemäß Fig. 8. Die Fig. 9A zeigt die Form des Widerstands, während die Fig. 9B eine vergrößerte schematische Ansicht des oberen linken Bereichs von Fig. 9A ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der maximale Gradient von ϕ an der Stelle B, während das Verhältnis γ 1,40 beträgt.

Vergleichsbeispiel 2

Die Fig. 3A und 3B zeigen ein zweites Vergleichsbeispiel. Der Filmaufbau hiervon ist der gleich wie derjenige gemäß Fig. 8A. Die Fig. 3A zeigt die Form des Vergleichswiderstands, während die Fig. 3B eine vergrößerte schematische Ansicht des oberen linken Bereichs der Fig. 3A ist. Bei diesem Vergleichsbeispiel befindet sich der maximale Gradient von ϕ an einer Stelle B′, während das Verhältnis γ 1,55 beträgt. Die Abmessungen der Ausführungsbeispiele 8 und 9 sind in der Tabelle 5 aufgeführt. Bei dem Vergleichsbeispiel 2 gilt W = 52 µm, während die übrigen Abmessungen gleich den in Tabelle 5 aufgeführten sind.

An den in den Fig. 8A bis 9B gezeigten Ausführungsbeispielen 8 und 9 sowie dem Vergleichsbeispiel 2 wurden auf gleiche Weise wie für die Ausführungsbeispiele 1 bis 7 und das Vergleichsbeispiel 1 Haltbarkeits- bzw. Standzeitversuche vorgenommen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 aufgeführt. Aus der Tabelle 6 ist ersichtlich, daß der Wert des Verhältnisses γ die Haltbarkeit bestimmt, wobei sich die Haltbarkeit abrupt ändert, wenn das Verhältnis γ 1,4 übersteigt. Trotz des Umstands, daß die Filmaufbauten dieser Ausführungsbeispiele 8 und 9 und des Vergleichsbeispiels 2 von denjenigen der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und des Vergleichsbeispiels 1 verschieden sind, ist es ersichtlich, daß der Wert γ die Haltbarkeit bzw. Sandzeit in starkem Ausmaß bestimmt. Erfindungsgemäß wird die Haltbarkeit für einen starken Filmaufbau verbessert.

Hinsichtlich der Materialien für die Heizwiderstandsschicht sowie der anderen Schichten besteht keine Einschränkung auf die in den Tabellen 1 und 4 genannten, so daß die Materialien auf geeignete Weise gewählt werden können. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde zwar der Widerstand als ein solcher eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs beschrieben, jedoch kann der Heizwiderstand gemäß diesen Ausführungsbeispielen in weitem Ausmaß auch als Heizwiderstand eines Thermokopfs oder als anderweitig eingesetzter planarer bzw. flächiger Heizwiderstand eingesetzt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Heizwiderstand kann die Dicke der Heizwiderstandsschicht in einem Bereich dieser Dicke bei herkömmlichen Heizwiderständen liegen. Die Streuung der Dicke wird vorzugsweise auf ± 5% einer mittleren Dicke festgelegt.

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Gemäß der vorstehenden Beschreibung werden eine gleichförmigere Wärmeverteilung an dem Heizwiderstand sowie ein außerordentlich haltbarer Widerstand durch das Festlegen der Form des Heizwiderstands in der Weise erzielt, daß gemäß Patentanspruch 1 dann, wenn für den Heizwiderstand eine Laplacesche Gleichung δ ² ϕ/δ x ² + δ ² ϕ/δ y ^-2 = 0 gelöst wird, wobei auf der Widerstandsoberfläche ein orthogonales x-y-Koordinatensystem definiert wird, das Potential an einem Ort (x, y) auf der Widerstandsoberfläche durch ϕ (x, y), gegeben ist, einem eine der Elektroden berührenden Bereich der Umfangsgrenze des Widerstands ein Randwert zugeordnet ist, einem die andere Elektrode berührenden Bereich ein davon verschiedener Randwert zugeordnet ist und einem Bereich außer Berührung zu den Elektroden ein Randbedingung zugeordnet ist, bei der der Differentialquotient von ϕ zu einer Normalrichtung zur Umfangsgrenze "0" ist, hinsichtlich eines ϕ-Gradienten √¯(δϕ/δ x)² + (δϕ/δ yH2 das Verhältnis eines Maximalwerts zu einem Wert für die Mitte des Widerstands kleiner oder gleich 1,4 ist.

Insbesondere ist es erforderlich, daß die Form des Heizwiderstands keine Winkel bzw. Ecken hat. Es ist nämlich notwendig, die Elektrode oder die Heizwiderstandschicht so zu formen, daß keine Ecken bzw. Winkel auftreten, sondern gebogene Ränder einen beträchtlichen Krümmungsradius haben. Der Krümmungsradius kann nicht gleichförmig festgelegt werden, jedoch beträgt er für die Stellen A′ und B′ nach Fig. 2A mindestens einige µm bis zu einigen 10 µm. Allgemein ist ein Krümmungsradius von mehr als 5 µm vorteilhaft.

Wenn die Laplacesche Gleichung gelöst wird, kann zur näherungsweisen Bestimmung des Verhältnisses derjenige Bereich des Heizwiderstands berücksichtigt werden, der durch eine Linie, welche einen Punkt durchläuft, der von dem Heizwiderstandsrand der Elektrode weg in die Elektrode hinein um eine Strecke versetzt ist, die gleich der Breite der Heizwiderstandsschicht zwischen den Elektroden ist, und welche zur Heizwiderstandsschicht senkrecht steht, durch die Elektrode und durch die Heizwiderstandsschicht definiert ist. Zwischen dem auf diese Weise berechneten Verhältnis und dem für die ganze Form des Heizwiderstands berechneten Verhältnis zeigt sich keine wesentliche Differenz.

Wenn das Verhältnis des Maximalwerts des Gradienten von ϕ zu dem Wert des Gradienten von ϕ in der Mitte des Widerstands größer als 1,4 ist, kann ein Aufzeichnungskopf mit einer zufriedenstellend hohen Haltbarkeit dadurch erzielt werden, daß die Ansteuerungsspannung sowie die Filmstruktur des Heizwiderstands auf geeignete Weise gewählt werden.

Wenn das Verhältnis kleiner als der vorbestimmte Wert ist, ist die Stromkonzentration an den vier Ecken des Heizwiderstands geringer als diejenige bei dem herkömmlichen Widerstand ("unendlich"), so daß die Bläschen nicht anfänglich an den vier Ecken, sondern auf der ganzen Oberfläche des Heizwiderstands erzeugt werden. Infolgedessen werden gleichförmige Bläschen erzeugt. Im einzelnen ist dann, wenn die Ausstoßfrequenz unterhalb von 10 kHz liegt, eine Volumensänderung der hauptsächlichen Bläschen, nämlich der für den Ausstoß der Flüssigkeit erzeugten Bläschen für einen jeden Ausstoß gering, so daß auch die Abweichung des Volumens der ausgestoßenen Tröpfchen gering ist. Daher wird ein gleichmäßiger Ausstoß erzielt und die Druckqualität verbessert.

Falls dageben das Verhältnis zu groß ist, kann abhängig von dem Zustand der elektrischen Ansteuerung des Heizwiderstands keine zufriedenstellend hohe Haltbarkeit bzw. Lebensdauer erreicht werden, da dann, wenn sich die durch das Anlegen eines elektrischen Signals an den Heizwiderstand erzeugten Dampfbläschen selbst zusammenziehen, abgestreifte bzw. verringerte sekundäre Bläschen längs des Stroms der Flüssigkeit an Stellen mit einer Temperatur über einer kritischen Überheizungstemperatur verbleiben, falls derartige Stellen vorliegen, die von denjenigen Stellen verschieden sind, an denen sich die Dampfbläschen auflösen.

Die für den Ausstoß der Flüssigkeit erzeugten Hauptbläschen brechen durch eine Kraft in der Richtung der Flüssigkeitsströmung bzw. des Flüssigkeitsströmungskanals in sich zusammen, wogegen aber die nach dem Auflösen der Hauptbläschen verbliebenen sekundären Bläschen sich in der Nähe der Wärmeeinwirkungsfläche befinden und nicht der Kraft in der Richtung des Flüssigkeitsstroms ausgesetzt sind, da diese Bläschen eine geringe Höhe haben. Infolgedessen brechen diese Bläschen senkrecht zur Richtung des Flüssigkeitsstroms in dem Strömungskanal in sich zusammen.

Die Kavitationswirkung der senkrecht zum Flüssigkeitsströmungsweg in sich zusammenbrechenden Bläschen ist sehr hoch und örtlich konzentriert. Sie ist einige zehnmal so hoch wie die Kavitationswirkung bei dem Auflösen der Hauptbläschen. Infolgedessen wird durch die Kavitationsschrumpfung der Bläschen die obere Schutzschicht der Wärmeeinwirkungsfläche zerstört, so daß der Heizwiderstand zerstört wird und dadurch dessen Lebensdauer verkürzt wird.

In der DE-OS 32 24 061 wurde vorgeschlagen, zum Vermeiden der sekundären Bläschen eine Ansteuerungsspannung Vop auf nicht mehr das 1,3-fache einer Schwellenspannung Vth einzustellen, bei welcher die Dampfbläschen erzeugt werden. In einem Kopf mit einem Heizwiderstand in der in Fig. 10 gezeigten Form tritt jedoch keine Erzeugung von Bläschen an den vier Winkeln auf und die Schwellenspannung Vth kann selbst bei gleicher Filmstruktur nicht gleichmäßig sein. Infolgedessen wird durch das Erzeugen der sekundären Bläschen die Haltbarkeit auch dann verringert, wenn die Ansteuerungsspannung Vop auf das 1,3-fache der Schwellenspannung Vth eingestellt wird.

In der Vergangenheit wurde die Filmstruktur durch die in der US-PS 43 13 124 angeführten Gleichungen (1) und (2) bestimmt. Bei der in Fig. 10 gezeigten vorgeschlagenen Form werden die Bläschen jedoch nicht anfänglich an den vier Winkeln des Heizwiderstands erzeugt und die für das Erzeugen der Bläschen erforderliche Wärme ist von derjenigen bei dem herkömmlichen Widerstand verschieden. Falls daher die durch die Gleichungen in der US-PS 43 13 124 bestimmte Filmstruktur angewandt wird, wird die Wärme gesammelt und die Lebensdauer verkürzt oder es wird die Erzeugung der Bläschen unstabil bzw. ungleichmäßig.

Die Gleichungen (1) und (2) bestimmen einen Zustand, bei dem die Temperatur des Aufzeichnungskopfs nicht ansteigt, wenn die untere Schicht als Sperre gegenüber der Wärmeübertragung zum Substrat beim Erwärmen durch die Impulserregung wirkt und für das wiederholte Betreiben des Aufzeichnungskopfs die Wärme über die obere Schicht aus der Wärmeeinwirkungsfläche zur Flüssigkeit übertragen wird.

Infolgedessen ergeben bei dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, der den Gleichungen (1) und (2) entspricht, die Wärmeübertragung zur Flüssigkeit für einen jeweiligen Impuls sowie der Temperaturzustand des Aufzeichnungskopfs nach dem Anlegen einer Anzahl von Impulsen keine Probleme, jedoch verbleiben dann, wenn außerhalb der Stellen, an denen die Dampfbläschen verschwinden, Punkte hoher Temperaturen vorhanden sind, welche höher als die kritische Erwärmungstemperatur ist, an diesen Punkten entlang der Richtung des Flüssigkeitsstroms geschrumpfte senkundäre Bläschen.

Es wurde festgestellt, daß ein Aufzeichnungskopf mit einer in der Praxis hohen Lebensdauer dann geschaffen wird, wenn die folgenden Bedingungen eingehalten werden:

Wenn das Verhältnis γ nicht größer als 1,8 ist, werden das Material und die Dicke des Heizwiderstands so gewählt, daß sie folgender Bedingung genügen:

Dabei ist k(x) die Wärmeleitfähigkeit des Materials an einer Stelle x, gemessen von der Grenze zwischen der unteren Schicht und dem Substrat des Heizwiderstands, bei dem die untere Schicht, die Heizwiderstandsschicht und die obere Schicht in dieser Aufeinanderfolge auf dem Substrat aufgeschichtet sind, zu der Wärmeeinwirkungsfläche in der Richtung der Dicke der Schichten; c(x) ist die spezifische Wärme und ρ(x) ist die Dichte des Materials an der Stelle x; L ist die gesamte Dicke des Heizwiderstands, während τ _B die Zeit vom Beginn des Zuführens der Wärmeenergie bis zur Lösung bzw. zum Verschwindden der Bläschen ist. Dadurch ergibt sich ein Aufzeichnungskopf mit hoher Lebensdauer. Alternativ wird die an den Heizwiderstand angelegte Spannung Vop so gewählt, daß die Bedingung 1,15 ≧ Vop/V _R erfüllt ist, wobei V _R ein Minimalwert der angelegten Spannung ist, bei welchem an der Wärmeeinwirkungsfläche die sekundären Bläschen auftreten, die von den Hauptbläschen (für den Flüssigkeitsausstoß) verschieden sind. Als Ergebnis hiervon kann der Aufzeichnungskopf über eine längere Zeitdauer ohne Zerstörung betrieben werden. Diese Ausführungsformen werden nun beschrieben.

Der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf, bei dem das Material und die Dicke des Heizwiderstands auf die vorstehend beschriebene Weise gewählt sind, hat eine hohe Lebensdauer, falls er derart aufgebaut ist, daß die Temperatur des Heizwiderstands vor dem Verschwinden der Bläschen ausreichend verringert ist, selbst wenn das Verhältnis nicht größer als 1,8 ist. Wenn in einem Material mit der Wärmeleitfähigkeit k, der spezifischen Wärme c und der Dichte ρ Wärme übertragen wird, ist eine Strecke x, über die die Wärme in einer Zeit t übertragen wird (eine Strecke, über der sich die Temperaturverteilung ändert) gegeben durch:

Infolgedessen ergibt sich ein Zustand der Wärmeverteilung vor einem Zeitpunkt t _B:

Wendet man die Bedingung nach Gleichung (4) an dem Heizwiderstand an, so ergibt sich: wobei k(x) die Wärmeleitfähigkeit an einer Stelle x des Heizwiderstands ist, welche von der Grenzschicht zwischen der unteren Schicht und dem Substrat bzw. Trägermaterial gemessen ist, c(x) die spezifische Wärme sowie ρ(x) die Dichte des Materials an dieser Stelle sind, L die Dicke des Heizwiderstands ist, nämlich die Summe aus den Dicken der unteren Schicht, der Heizwiderstandsschicht und der oberen Schicht und τ _B die Lebensdauer der Bläschen ist, nämlich die Zeit von der Erzeugung der Bläschen bis zu deren Löschung bzw. Auflösung.

Wenn der Film des Heizwiderstands so gestaltet ist, daß der Gleichung (5) genügt ist, verteilt sich die Wärme aus dem Heizwiderstand vor der Bläschenauflösungszeit τ _B, wobei die Temperatur ausreichend abgesenkt wird. Auf diese Weise wird das Problem restlicher Bläschen an Stellen hoher Temperatur bzw. der Erzeugung sekundärer Bläschen gelöst, so daß die Oxidation des Heizwiderstands durch die adiabatische Wirkung der Bläschen sowie die Kaviatation bei dem Schrumpfen der Bläschen verhindert sind. Infolgedessen wird im Vergleich zu dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf nach dem Stand der Technik eine in der Praxis zufriedenstellende Haltbarkeit bzw. Lebensdauer erreicht.

Die Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher erläutert.

Ausführungsbeispiel 10

Die Fig. 11 bis 13 veranschaulichten einen Prozess zur Herstellung eines Substrats für das Ausführungsbeispiel 10, während die Fig. 14 einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf als Ausführungsbeispiel zeigt. Mit 101 ist ein Substrat bezeichnet, mit 103 ist eine Wärmeeinwirkungsfläche bezeichnet und mit 103 und 104 sind Elektroden bezeichnet.

Es wird nun der Ablauf der Herstellung des Substrats mit dem Heizwiderstand gemäß diesem Ausführungsbeispiel erläutert. Gemäß Fig. 12B wird auf einem Si-Halbleiterplättchen, das als Substratträger 105 dient, durch thermische Oxidation ein SiO₂-Film in einer Dicke von 2 µm ausgebildet, um damit eine untere Schicht 106 an dem Substrat 101 zu bilden. Auf der unteren Schicht 106 wird durch Aufsprühen eine Heizwiderstandsschicht 10 aus HfB₂ in einer Dicke von 130 µm ausgebildet.

Danach werden aufeinanderfolgend durch Elektronenstrahl- Dampfablagerung eine Ti-Schicht (5 nm) und eine Al-Schicht (500 nm) aufgebracht, um die gemeinsame Elektrode 103 sowie die Wähl-Elektrode 104 zu formen. Das in Fig. 11 gezeigte Leitmuster wird durch Fotolithografie gebildet. Die Wärmeeinwirkungsfläche des Heizbereichs 102 einer solchen Heizeinheit 111 hat eine Breite von 30 µm und eine Länge von 150 µm, wobei der Widerstandswert dieser Einheit einschließlich der Elektroden 103 und 104 jeweils 100 Ohm beträgt.

Danach wird gemäß Fig. 12B durch Aufsprühen von SiO₂ in einer Dicke von 1,6 µm auf die ganze Oberfläche des Substrats 101 nach dem Magnetron-Schnellaufsprühverfahren eine erste obere Schutzschicht 108 gebildet.

Dann wird gemäß Fig. 12A und 12B nach dem Magnetron-Schnellaufsprühverfahren eine zweite obere Schutzschicht 110 in einer Dicke von 0,55 µm aufgebracht. Darauffolgend wird durch Fotolithografie die zweite obere Schutzschicht 110 zu einem Muster geformt, mit dem die Oberseite des Heizbereichs 102 gemäß Fig. 12A und 12B abgedeckt ist.

Danach wird gemäß Fig. 13A und 13B auf die erste obere Schutzschicht 108 des Substrats 101 ein fotoempfindliches Polyimid (mit der Handelsbezeichung Photoniece) als dritte obere Schutzschicht 109 aufgebracht, welche durch Fotolithografie zu einem in Fig. 13 gezeigen Muster geformt wird.

Nach Fig. 14 wird auf das Substrat 101 ein fotoempfindlicher Harztrockenfilm 400 in einer Dicke von 50 µm aufgeschichtet und über eine bestimmte Mustermaske belichtet, um einen Flüssigkeitsströmungskanal 401 und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 404 zu formen. Auf den Film 400 wird mit einem Epoxyklebemittel eine Deckplatte 405 aus Glas aufgekittet, um damit den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf herzustellen. Mit 402 ist eine Düsenöffnung bezeichnet, mit 403 ist eine Kanalwand bezeichnet und mit 406 ist eine Flüssigkeits- bzw. Tintenzuführöffnung bezeichnet.

Der Flüssigkeitsströmungskanal 401 hat beispielsweise eine Breite von 50 µm, eine Höhe von 50 µm und eine Länge von 750 µm. Die Länge von dem Vorderrand der Heizfläche (des Heizelements) 111 bis zu der Düsenöffnung 402 beträgt 150 µm.

Die Bläschenauflösezeit des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß diesem Ausführungsbeispiel betrug von dem Anlegen eines Impulses an 50 µs unter folgenden Bedingungen: Impulsbreite 7 µs, Requenz 2 kHz und Ansteuerungsspannung = 1,2 × Bläschenerzeugungsspannung. Wenn die in der Tabelle 7 aufgeführten Werte eingesetzt werden, erhält der linke Gleichungsausdruck der Gleichung (5) für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf den nachstehend aufgeführten Wert:

Tabelle 7

Da τ _B = 50 µs = 50 × 10^-6 s gilt, ergibt sich der Wert des rechten Ausdrucks der Gleichung (5) zu:

√¯1τ _B = √¯2 × 50 × 10^-6 = 1,4 -2

Da somit 4,35 × 10^-3 ≦ωτ 1,4 × 10^-2 gilt, ist der Gleichung genügt, d. h. die Bedingung der Gleichung (5) erfüllt.

Die Ergebnisse der Lebensdauerprüfung für die Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsköpfe gemäß diesem Ausführungsbeispiel sowie weiteren Ausführungsbeispielen sind in der Tabelle 8 aufgeführt.

Ausführungsbeispiel 11

Die Fig. 15 zeigt einen Schnitt durch ein als Ausführungsbeispiel 11 ausgebildetes Substrat 101. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch Magnetron-Aufsprühen auf einem Substrat- Trägermaterial 1055 in Form eines Si-Halbleiterplättchens ein Al₂O₃-Film in einer Dicke von 5 µm aufgebracht, wonach als erste obere Schutzschicht nach dem Magnetron-Schnellaufsprühverfahren ein SiO₂-Film in einer Dicke von 1,9 µm gebildet wird. Die übrigen Prozeßvorgänge für die Herstellung des Substrats, des Aufbaus des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs sowie die Materialien und Abmessungen desselben sind die gleichen wie diejenigen bei dem Ausführungsbeispiel 10.

Die Bläschenauflösezeit des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß diesem Ausführungsbeispiel betrug bei einer Messung unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Ausführungsbeispiel 10 von dem Anlegen des Impulses an 50 µm. Auf die gleiche Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel 10 berechnet ergab sich für den linken Ausdruck der Gleichung (5) für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf der Wert 4,29 × 10^-3.

Da τ _B = 50 µs = 50 × 10^-6 s gilt, ergibt sich

2 × √¯τ _B = 1,4 × 10^-2

Da infolgedessen 4,29 × 10^-3 ≦ωτ 1,4 × 10^-2 gilt, ist der Bedingung genügt.

Die Ergebnisse der Lebensdauerprüfungen von Flüssigkeitsstrahl- aufzeichnungsköpfen gemäß diesem Ausführungsbeispiel sowie gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sind in Tabelle 8 gezeigt.

Ausführungsbeispiel 12

Die Fig. 16 zeigt einen Schnitt durch ein als Ausführungsbeispiel 12 ausgebildetes Substrat 101. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch thermische Oxidation auf einem Substrat- Trägermaterial 105 in Form eines Si-Halbleiterplättchens ein SiO₂-Film in einer Dicke von 10 µm ausgebildet, um damit eine untere Schicht 106 des Substrats 101 zu bilden. Die übrigen Prozeßvorgänge für die Herstellung des Substrats, des Aufbaus des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs sowie die Materialien und Abmessungen desselben sind die gleichen wie die bei dem Ausführungsbeispiel 10.

Die Bläschenauflösezeit des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß diesem Ausführungsbeispiel betrug bei einer Messung unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Ausführungsbeispiel 10 von dem Anlegen des Impulses an 50 µs. Auf die gleiche Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel 10 berechnet ergab sich für den linken Ausdruck der Gleichung (5) für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 1,37 × 10^-2.

Da τ _B = 50 µs = 50 × 10^-6 s gilt, beträgt der Wert des rechten Ausdrucks der Gleichung (5)

2 × √¯τ _B = 1,4 × 10^-2.

Da sich somit 1,37 × 10^-2 ≦ωτ 1,4 × 10^-2 ergibt, ist die Bedingung erfüllt.

Die Ergebnisse der Lebendauerprüfungen von Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsköpfen gemäß diesem Ausführungsbeispiel sowie gemäß weiteren Ausführugnsbeispielen sind in der Tabelle 8 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 3

Für den Vergleich mit den Ausführugnsbeispielen 10 bis 12 ist in Fig. 4 ein Beispiel für einen den Bedingungen der Gleichung (5) nicht genügenden Heizwiderstand eines Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfs gezeigt. Bei dem Vergleichsbeispiel 3 ist durch thermische Oxidation auf einem Substrat-Trägermaterial 105 in Form eines Si-Halbleiterplättchens ein SiO₂- Film in einer Dicke von 15 µm ausgebildet, um damit eine untere Schicht 106 eines Substrats 101 zu bilden. Auf der unteren Schicht 106 wird durch Aufsprühen eine Heizwiderstandsschicht 107 auf HfB₂ in einer Dicke von 150 nm aufgebracht, wonach dann nach dem Magnetron-Schnellaufsprühverfahren ein SiO₂-Film in einer Dicke von 2,5 µm als erste obere Schutzschicht 108 aufgebracht wird. Die weiteren Prozeßvorgänge zur Herstellung des Substrats, des Aufbau des Füssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs sowie die Materialien und die Abmessugnen sind die gleichen wie diejenigen bei dem Ausführungsbeispiel 10.

Bei der Messung unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Ausführungsbeispiel 10 beträgt die Bläschenauflösezeit des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs gemäß dem Vergleichsbeispiel 3 von dem Anlegen des Impulses an 50 µs. Der Wert des linken Ausdrucks der Gleichung (5) beträgt unter Berechnung auf die gleiche Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel 10 für den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf 2,0 × 10^-2.

Da τ _B = 50 µs = 50 × 10^-6 s gilt, ergibt sich:
2 × √¯τ _B = 1,4 × 10^-2.

Da sich somit 2,0 × 10^-2≦λτ 1,4 × 10^-2 ergibt, ist die Bedingung der Gleichung (5) nicht erfüllt.

Die Ergebnisse der Lebensdauerprüfungen von Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsköpfen gemäß diesem Vergleichsbeispiel 3 sowie der anderen Ausführungsbeispiele sind in der Tabelle 8 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 4

Die Fig. 5A und 5B zeigen ein Substrat eines Kopfs, der als Vergleichsbeispiel 4 für den Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungskopf ausgebildet ist. Der Kopf gemäß diesem Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von den anderen Ausführungsbeispielen hinsichtlich der Form der Heizfläche bzw. des Heizbereichs 111. Auf einem Substrat-Trägermaterial 105 in Form eines Si-Halbleiterplättchens wird durch thermische Oxidation ein SiO₂-Film in einer Dicke von 5 µm ausgebildet, um auf dem Substrat 101 eine untere Schicht zu bilden. Die weiteren Prozeßvorgänge für das Herstellen des Substrats, der Aufbau des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs sowie die Materialien und Abmessungen desselben sind die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel 10.

Die Ausführungsbeispiele 10 bis 12 sowie das Vergleichsbeispiel 3 ergeben hinsichtlich des Ansprechvermögens eine Ausstoßfrequenz von 20 kHz. Bei dem Vergleichsbeispiel 4 werden die Bläschen bei einer Ausstoßfrequenz von 5 kHz ungleichmäßig, wobei das Ausstoßvolumen gleichfalls ungleichmäßig wird. Infolgedessen ergibt sich eine geringe Druckqualität.

Die Ergebnisse der Lebendauerprüfungen von Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungsköpfen gemäß diesem Vergleichsbeispiel 4 sowie gemäß der anderen Ausführungsbeispiele sind in der Tabelle 8 gezeigt.

Ergebnisse der Lebensdauerprüfungen

Die Ergebnisse der Lebensdauerprügungen an den Ausführungsbeispielen 10 bis 12 sowie den Vergleichsbeispielen 3 udn 4 sind in der nachstehenden Tabelle 8 aufgeführt.

Tabelle 8

○: Restliche intakte Köpfe 100%
∆: Restliche intakte Köpfe ≧ 50%, ≦ωτ100%
X: Restliche intakte Köpfe ≧ 0%, ≦ωτ 50%
Ansteuerungsbedingungen: Ansteuerungsspannung = 1,2 × Bläschenerzeugungsspannung
Impulsbreite = 7 µs
Frequenz = 2 kHz

Wie aus der Tabelle 8 ersichtlich ist, zeigen unter den genannten Bedingungen die Ausführungsbeispiele 10 bis 12 eine sehr zufriedenstellende Haltbarkeit, wogegen das Vergleichsbeispiel 3 keine in der Praxis zufriedenstellende Lebensdauer zeigt und das Vergleichsbeispiel 4 praktisch zufriedenstellende Haltbarkeit und Druckqualität zeigt.

Es ist somit ersichtlich, daß ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer äußerst zufriedenstellenden Lebensdauer und mit sehr hoher Druckqualität dann erzielt wird, wenn der Heizbereich 111 sowie der Bereich zwischen den Elektroden 103 und 104 ohne Ecken gemäß Fig. 1 geformt wird und die Bedingung der Gleichung (5) erfüllt wird.

Erfindungsgemäß hat der Heizwiderstand des Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfs keine scharfen Ecken, während die Materialien und Filmdicken so gewählt werden, daß die Bedingung der Gleichung (5) erfüllt ist, in welcher k(x) die Wärmeleitfähigkeit an der von der Grenze zwischen der unteren Schicht und dem Trägermaterial weg gemessenen Stelle x der Heizwiderstand ist, c(x) die spezifische Wärme und Heizwiderstandsschicht ist, c(c) die spezifischen Wärme und ρ(x) die Dichte an dieser Stelle sind, L die Dicke des Heizwiderstands ist und τ _B die Lebensdauer der Bläschen ist. Infolgedessen wird die Temperatur des Heizwiderstands vor dem Ablauf der Lebensdauer der Bläschen auf ausreichende Weise herabgesetzt, so daß damit die Probleme einer Verzögerung der Bläschenlösung, restlicher Bläschen und des Erzeugens sekundärer Bläschen gelöst sind, wodurch eine Oxidation des Heizgenerators durch die Bläschen vermieden wird und eine Zerstörung durch die Kavitation verhindert wird. Infolgedessen wird ein Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf geschaffen, der eine in der Praxis zufriedenstellende Haltbarkeit und Druckqualität hat.

Wenn das Verhältnis γ nicht größer als 1,8 ist, kann ein Aufzeichnungskopf unter hoher Haltbarkeit angesteuert werden, falls die angelegte Spannung Vop auf geeignete Weise gewählt wird, nämlich die Ansteuerungsspannung Vop der Bedingung Vop ≦ 1,15 V _R genügt, wobei V _R die Schwellenspannung ist. Da bei dem Aufzeichnungskopf gemäß den Ausführungsbeispielen die thermisch bedingte Schwellenspannung V _R als Bezugswert eingestellt wird, kann eine im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit optimale Ansteuerungsspannung Vop derart eingestellt werden, daß der Aufzeichnungskopf in einem für die Haltbarkeit und den praktischen Einsatz optimalen Zustand angesteuert wird, wobei die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs verbessert wird.

Dies wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen ausführlicher erläutert. Es sei angenommen, daß die Dampfbläschen in dem mit der Aufzeichnungsflüssigkeit gefüllten Wärmeeinwirkungsbereich erzeugt werden und daß bei der Schwellenspannung V _R aus den Dampfbläschen sekundäre Bläschen erzeugt werden, wenn sich die Dampfbläschen zusammenziehen, nachdem das Tröpfchen aus der Düsenöffnung ausgestoßen ist.

Ausführungsbeispiel 13

Die Fig. 11 bis 13 veranschaulichen einen Prozess zur Herstellung eines Substrats für das Ausführungsbeispiel 13, während die Fig. 14 einen Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Mit 101 ist das Substrat bezeichnet, mit 102 ist ein Heizbereich bezeichnet und mit 103 und 104 sind Elektroden bezeichnet.

Es wird nun der Prozeß der Herstellung des Substrats des Heizwiderstands für dieses Ausführungsbeispiel erläutert. Gemäß Fig. 12B wird durch thermische Oxidation eines als Substrat-Trägermaterial 105 dienenden Si-Halbleiterplättchens ein SiO₂-Film in einer Dicke von 5 µm ausgebildet, um damit eine untere Schicht 106 des Substrats 101 zu bilden. Auf der unteren Schicht 106 wird durch Aufsprühen eine Heizwiderstandsschicht 107 aus HfB₂ in einer Dicke von 130 nm ausgebildet.

Danach werden aufeinanderfolgend durch Elektronenstrahl- Dampfablagerung eine Ti-Schicht (5 nm) und eine Al-Schicht (500 nm) aufgebracht, um die gemeinsame Elektrode 103 und die Wähl-Elektrode 104 zu bilden. Durch Fotolithografie wird das in Fig. 11 gezeigte Schaltungsmuster gebildet. Die Wärmeeinwirkungsfläche des Heizbereichs 102 der Heizeinheit 111 hat eine Breite von 30 µm und eine Länge von 150 µm, wobei ihr Widerstandswert einschließlich der Al-Elektroden 103 und 104 100 Ohm beträgt.

Dann wird gemäß Fig. 12B auf der ganzen Fläche des Substrats 101 nach dem Magnetron-Schnellaufsprühverfahren ein SiO₂-Film in einer Dicke von 1,6 µm als erste obere Schutzschicht 108 aufgebracht.

Dann wird gemäß den Fig. 12A und 12B nach dem Magnetron- Schnellaufsprühverfahren ein Ta-Fim in einer Dicke von 0,5 µm als zweite obere Schutzschicht 110 ausgebildet. Diese zweite obere Schutzschicht 110 wird dann durch Fotolithografie gemäß den Fig. 12A und 12B zu einem Muster für das Abdecken der Oberseite des Heizbereichs 102 geformt.

Darauffolgend wird auf die erste obere Schutzschicht 108 des Substrats 101 gemäß den Fig. 13A und 13B ein fotoempfindliches Polyimid (Handelsbezeichnung Photoniece) aufgebracht, um eine dritte obere Schutzschicht 109 zu bilden. Diese Schutzschicht wird durch Fotolithografie zu dem in Fig. 13 gezeigten Muster geformt.

Gemäß Fig. 14 wird auf das Substrat 101 ein fotoempfindlicher Harztrockenfilm 400 in einer Dicke von 50 µm aufgebracht und über eine vorgegebene Leitermustermaske belichtet, um einen Flüssigkeitsströmungskanal 401 und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer 404 zu bilden. Auf den Film 400 wird mittels Epoxyklebematerial eine Deckplatte 405 aus Glas aufgekittet, um den Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf fertigzustellen. Mit 402 ist eine Düsenöffnung bezeichnet, mit 403 ist eine Kanalwand bezeichnet und mit 406 ist eine Flüssigkeits- bzw. Tintenzuführöffnung bezeichnet.

Der Flüssigkeitsströmungskanal 401 hat beispielsweise eine Breite von 50 µm, eine Höhe von 50 µm und eine Länge von 750 µm. Die Länge von dem Vorderrad des Heizbereichs (Heizelements) bis zu der Düsenöffnung 402 beträgt 150 µm.

Die Schwellenspannung (kleinste angelegte Spannung) V _R beträgt bei dem Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel 22,0 V. Bei einem Ansteuerungssignal mit einer Impulsbreite von 7 µs und einer Frequenz von 2 kHz beträgt die Bläschenerzeugungs-Schwellenwertspannung Vth 20 V. Wenn der Aufzeichnungskopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer in der Tabelle 9 aufgeführten Spannung angesteuert wurde, wurde die in der Tabelle 9 dargestellte Haltbarkeit bzw. Lebensdauer unter folgenden Ansteuerungsbedingungen erreicht: Impulsbreite = 7 µs und Frequenz = 2 kHz, wobei die Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte aus 50% Wasser, 15% NMP (N-methylpyrolidon), 30% DEG (Diethylenglykol) und 5% Farbstoff zusammengesetzt war.

Ausführungsbeispiel 14

Die Fig. 15 zeigt einen Schnitt durch ein als Ausführungsbeispiel 14 ausgebildetes Substrat. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auf einem Substrat-Trägermaterial 105 in der Form eines Si-Halbleiterplättchens durch thermische Oxidation ein SiO₂-Film in einer Dicke von 2,55 µm ausgebildet, um eine untere Schicht 106 zu bilden, auf die durch Aufsprühen eine Heizschicht bzw. Heizwiderstandsschicht 107 auf HfB₂ in einer Dicke von 160 nm aufgebracht wird. Der Widerstandswrt der Heizfläche der Heizeinheit 111 einschließlich der Al-Elektroden 103 und 104 beträgt 80 Ohm. Nach dem Magnetron-Schnellaufsprühverfahren wird ein SiO₂-Fiom in einer Dicke von 1,9 µm als erste obere Schutzschicht 108 aufgebracht. Der weitere Prozeß in der Herstellung des Substrats sowie der Aufbau des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs sind die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel 13.

Die Schwellenspannung V _R beträgt bei dem Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel 26,0 V. Die Bläschenerzeugungs-Schwellenwertspannung Vth beträgt 23,5 V unter der Bedingung, daß das Ansteuerungssignal eine Impulsbreite von 7 µs und eine Frequenz von 2 kHz hat. Wenn der Aufzeichnungskopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer in der Tabelle 10 aufgeführten Spannung angesteuert wird, wird bei der Impulsbreite von 7 µs und der Frequenz von 2 kHz wie in der Tabelle 10 dargestellte Lebensdauer erreicht, wobei wobei die Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte aus 50% Wasser, 15% NMP, 30% DEG und 5% Farbstoff zusammengesetzt ist.

Vergleichsbeispiel 5

Die Fig. 5 zeigt ein als Vergleichsbeispiel 5 hergestelltes Substrat. Es unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel 13 hinsichtlich der Form des Wärmeeinwirkungsbereichs (Heizelements). Der weitere Prozeß der Herstellung des Substrats sowie der Aufbau des Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs sind die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel 13.

Die Bläschenerzeugungs-Schwellenwertspannung Vth des Flüssigkeitsstrahl- Aufzeichnungskopfs gemäß dem Vergleichsbeispiel 5 beträgt 19,2 V bei einer Impulsbreite von 7 µs und eine Frequenz von 2 kHz. Wenn der Aufzeichnungskopf gemäß diesem Vergleichsbeispiel mit der in der Tabelle 11 aufgeführten Spannung angesteuert wird, wird bei der Impulsbreite von 7 µs und der Frequenz von 2 kHz die in der Tabelle 11 dargestellte Lebensdauer erreicht, wobei die Aufzeichnungsflüssigkeit bzw. Tinte aus 50% Wasser, 15% NMO, 30% DEG und 5% Farbstoff zusammengesetzt ist.

Ergebnisse der Lebensdauerprüfungen

Die Tabelle 9 zeigt die Ergebnisse der Lebensdauerprüfung an dem Ausführungsbeispiel 13, die Tabelle 10 zeigt die Ergebnisse der Lebensdauerprüfung an dem Ausführungsbeispiel 14 und die Tabelle 11 zeigt die Ergebnisse der Lebensdauerprüfung an dem Vergleichsbeispiel 5.

Tabelle 9

○: Restliche intakte Köpfe 100%
∆: Restliche intakte Köpfe ≧ 50%, ≦ωτ100%
X: Restliche intakte Köpfe ≧ 0%, ≦ωτ 50%

Tabelle 10

Tabelle 11

Die Bläschenerzeugungs-Schwellenwertspannungen Vth bei dem Ausführungsbeispiel 13 und dem Vergleichsbeispiel 5 betragen jeweils 20,0 bzw. 19,2 V. Die Filmstrukturen sowie die Abmessungen sind die gleichen, jedoch sind die Schwellenwertspannungen Vth voneinander verschieden. Bei dem Vergleichsbeispiel 5 ergibt sich eine hohe Lebensdauer bei 25 V, was das 1,3-fache von Vth darstellt.

Infolgedessen wird dann, wenn der Aufzeichnungskopf gemäß der DE-OS 32 24 061 mit einer Spannung Vop betrieben wird, die nicht höher als das 1,3-fache der Schwellenwertspannung Vth ist, eine hohe Lebensdauer erreicht. Bei dem Ausführungsbeispiel 13 ist die Lebensdauer nicht so hoch, wenn der Aufzeichnungskopf mit 26 V betrieben wird, was dem 1,3-fachen der Schwellenwertspannung Vth entspricht. Wenn infolgedessen gemäß der DE-OS 32 24 061 die Ansteuerungsspannung Vop so festgelegt wird, daß sie nicht höher als das 1,3-fache der Schwellenwertspannung Vth ist, nämlich unter Bezug auf die Spannung Vth festgelegt wird, kann die Lebensdauer, die dem Aufzeichnungskopf von der Ausbildung her eigen ist, nicht voll ausgeschöpft werden. Dies wird folgendermaßen berücksichtigt:

Wie aus den Tabellen 9 und 10 ersichtlich ist, wird die relative Lebensdauer kürzer, wenn die Spannung über einem bestimmten Pegel liegt. Beispielsweise ist die relative Lebensdauer bei dem Ausführungsbeispiel 13 geringer, wenn die Ansteuerungsspannung Vop höher als 26 V ist (Tabelle 9). Die Schwellenspannung V _R für das Erzeugen der sekundären Dampfbläschen beträgt bei dem Ausführungsbeispiel 13 22 V, so daß sich ein Verhältnis Vop/V _R = 1,18 ergibt. Bei dem Ausführungsbeispiel 14 ist die relative Lebensdauer verkürzt, wenn die Ansteuerungsspannung Vop höher als 30 V ist (Tabelle 10). Da die Schwellenspannung V _R bei dem Ausführungsbeispiel 14 26 V beträgt, ist Vop/V _R gleich 1,15.

Infolgedessen ist die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs für den praktischen Gebrauch ausreichend hoch, wenn die Bedingung Vop/V _V ≦ 1,15 eingehalten wird.

Erfindungsgemäß wird der Aufzeichnugnskopf mit der Ansteuerungsspannung Vop betrieben, die der Bedingung Vop/V _R ≦ 1,15 entspricht, wobei V _R die Schwellenspannung ist. Auf diese Weise wird der Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf unter Bedingungen betrieben, die hinsichtlich der Lebensdauer und des praktischen Einsatzes optimal sind, so daß eine hohe Lebensdauer des Aufzeichnungskopfs erreicht wird.

Es wird ein planarer Heizwiderstand angegeben, der eine auf oder über einem Trägermaterial ausgebildete Heizwiderstandsschicht und ein auf derselben ausgebildetes Paar gegenübergesetzter Elektroden hat, in deren Bereich die die Breite der Heizwiderstandsschicht größer als die Breite der Elektroden ist, an die eine Spannung angelegt wird, wobei an dem Heizwiderstand dann, wenn eine Laplacesche Gleichung δ ² ϕ/δ x ² + δ ² ϕ/δ y ² = 0 gelöst wird, wobei auf der Widerstandsoberfläche ein orthogonales x-y-Koordinatensystem definiert wird, das potential an einem Ort (x, y) auf der Widerstandsoberfläche durch ϕ (x, y) gegeben ist, einem eine der Elektroden berührenden Bereich der Umfangsgrenze des Widerstands ein Randwert zugeordnet ist, einem die andere Elektrode berührenden Bereich ein davon verschiedener Randwert zugeordnet ist und einem Berich außer Berührung zu den Elektroden eine Randbedingung zugeordnet ist, bei der der Differentialquotient von ϕ zu einer Normalrichtung zur Umfangsgrenze "0" ist, hinsichtlich eines ϕ-Gradienten √¯(δϕ/ x)² + (δϕ/δ y)²- das Verhältnis eines Maximalwerts zu einem Wert für die Mitte des Widerstands kleiner oder gleich 1,4 ist. Ferner werden ein Aufzeichnungskopf mit dem Heizwiderstand und ein Verfahren zu dessen Ansteuerung angegeben.

Claims

1. Planarer Heizwiderstand mit einer auf oder über einem Trägermaterial ausgebildeten Heizwiderstandsschicht und einem Paar von auf der Heizwiderstandsschicht ausgebildeten gegenüberliegenden Elektroden, wobei die Breite der Heizwiderstandsschicht im Elektrodenbereich größer als die Breite der Elektroden ist, an die eine Spannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn für den Heizwiderstand (3) eine Laplacesche Gleichung δ ² ϕ/δ x ² + δ ² ϕ/δ y ² = 0 gelöst wird, wobei auf der Widerstandsoberfläche ein orthogonales x-y- Koordinatensystem definiert wird, das Potential an einem Ort (x, y) auf der Widerstandoberfläche durch ϕ (x, y) gegeben ist, einem eine der Elektroden (4) berührenden Bereich der Umfangsgrenze des Widerstands ein Randwert zugeordnet ist, einem die andere Elektrode berührenden Bereich ein davon verschiedener Randwert zugeordnet ist und einem Bereich außer Berührung zu den Elektroden eine Randbedingung zugeordnet ist, bei der der Differentialquotient von ϕ zu einer Normalrichtung zur Umfangsgrenze "0" ist, hinsichtlich eines ϕ- Gradienten √¯(δϕ/δ x)² + (δϕ/ y)² das Verhältnis eines Maximalwerts zu einem Wert für die Mitte des Widerstands kleiner oder gleich 1,4 ist.

2. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer Düsenöffnung für den Ausstoß der Flüssigkeit, einem mit der Düsenöffnung in Verbindung stehenden Flüssigkeitsströmungskanal und einem an dem Flüssigkeitsströmungskanal angebrachten Heizwiderstand zum Erzeugen von Wärmeenergie für das Ausstoßen der Flüssigkeit, der eine auf oder über einem Trägermaterial ausgebildete Heizwiderstandsschicht und ein Paar auf der Heizwiderstandsschicht ausgebildeter, einander gegenübergesetzter Elektroden aufweist, wobei die Breite der Heizwiderstandsschicht im Elektrodenbereich größer als die Breite der Elektroden ist, zwischen die eine Spannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn für den Heizwiderstand (3) eine Laplacesche Gleichung δ ² ϕ/δ x ² + -δ ² ϕ/ δ y ² = 0 gelöst wird, wobei auf der Widerstandsoberfläche ein orthogonales x-y-Koordinatensystem definiert wird, das Potential an einem Ort (x, y) auf der Widerstandsoberfläche durch ϕ (x, y) gegeben ist, einem eine der Elektroden (4) berührenden Bereich der Umfangsgrenze des Widerstands ein Randwert zugeordnet ist, einem die andere Elektrode berührenden Bereich ein davon verschiedener Randwert zugeordnet ist und einem Bereich außer Berührung zu den Elektroden eine Randbedingung zugeordnet ist, bei der der Differentialquotient von ϕ zu einer Normalrichtung zur Umfangsgrenze "0" ist, hinsichtlich eine ϕ-Gradienten √¯(δϕ/δ x)² + Ödf/δ y)²- das Verhältnis eines Maximalwerts zu einem Wert für die Mitte des Widerstands kleiner oder gleich 1,4 ist.

3. Heizwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand in einem Aufzeichnungskopf eingesetzt ist.

4. Heizwiderstand nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trägermaterial (1) und der Heizwiderstandsschicht (3) eine Unterschicht (2) angeordnet ist.

5. Heizwiderstand nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Heizwiderstandsschicht (3) eine Deckschicht (5, 6) angeordnet ist.

6. Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf mit einem mit einer Düsenöffnung für den Ausstoß von Flüssigkeit in Verbindung stehenden Wärmeeinwirkungsbereich für das Erzeugen von Bläschen in der Flüssigkeit durch das Zuführen von Wärmeenergie zu der Flüssigkeit und mit einem Heizwiderstand für das Erzeugen von Wärmeenergie, wobei der Heizwiderstand eine Heizwiderstandsschicht, die auf einer unteren Schicht gebildet ist, welche auf oder über einem Trägermaterial ausgebildet ist, und ein Paar einander gegenübergesetzter Elektroden aufweist, die auf der Heizwiderstandsschicht ausgebildet sind, deren Breite an dem Elektrodenbereich größer als die Breite der Elektroden ist, und auf dem eine Deckschicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Heizwiderstand dann, wenn für den Bereich des Heizwiderstands eine Laplacesche Gleichung δ ² ϕ/δ x ² + δ ² ϕ/-δ y ² = 0 gelöst wird, wobei auf der Widerstandsoberfläche ein orthogonales x-y- Koordinatensystem definiert wird, mit ϕ(x, y) das Potential an einem Ort (x, y) auf der Widerstandsoberfläche bestimmt ist, einem mit einer der Elektroden in Berührung stehenden Bereich der Umfangsgrenze des Heizwiderstands ein Randwert zugeordnet wird, einem mit der anderen Elektrode in Berührung stehenden Bereich ein davon verschiedener Randwert zugeordnet wird und einem außer Berührung zu einer der Elektroden stehenden Bereich eine Randbedingung zugeordnet wird, bei welcher ein Differentialquotient von ϕ zu einer Normalrichtung zur Umfangsgrenze "0" ist, hinsichtlich eines ϕ-Gradienten √¯(δϕ/δ x)² + (δϕ/δ yH2 das Verhältnis eines Maximalwerts zu einem Wert für die Mitte des Heizwiderstands kleiner als oder gleich 1,8 ist, und daß der Heizwiderstand der Bedingung genügt, wobei an einer von der Grenze zwischen der unteren Schicht und dem Trägermaterial weg in der Richtung der unteren Schicht zum Wärmeeinwirkungsbereich hin gemessenen Stelle x jeweils k(x) die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist, c(x) die spezifische Wärme ist und ρ(x) die Dichte ist und wobei L die gesamte Dicke von der Grenze zwischen der unteren Schicht und dem Trägermaterial des Heizwiderstands ab ist sowie τ _B die Zeit vom Beginn der Zufuhr von Wärmeenergie bis zum Auflösen der Bläschen ist.

7. Verfahren zur Ansteuerung eines Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopfs, der einen mit einer Düsenöffnung für den Ausstoß von Flüssigkeit in Verbindung stehenden Wärmeeinwirkungsbereich für das Zuführen von Wärmeenergie zu der Flüssigkeit und einen Heizwiderstand für das Erzeugen von Wärmeenergie aufweist, der eine auf oder über einem Trägermaterial ausgebildete Heizwiderstandsschicht und ein Paar auf der Heizwiderstandsschicht einander gegenübergesetzt ausgebildeter Elektroden aufweist, wobei die Breite der Heizwiderstandsschicht im Elektrodenbereich größer als die Breite der Elektroden ist, an die eine Spannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizwiderstand ein Widerstand gewählt wird, bei dem dann, wenn für den Bereich des Heizwiderstands eine Laplacesche Gleichung δ ² ϕ/δ x ² + δ ² ϕ-/δ y ² = 0 gelöst wird, wobei auf der Widerstandsoberfläche ein orthogonales x-y- Koordinatensystem definiert wird, ϕ(x, y) das Potential an einem Ort (x, y) auf der Widerstandsoberfläche ist, einem mit einer der Elektroden in Berührung stehenden Bereich der Umfangsgrenze des Heizwiderstands ein Randwert zugeordnet wird, einem mit der anderen Elektrode in Berührung stehenden Bereich ein davon verschiedener Randwert zugeordnet wird und einem außer Berührung zu einer der Elektroden stehenden Bereich eine Randbedingung zugeordnet wird, bei welcher ein Differentialquotient von ϕ zu einer Normalrichtung zur Umfangsgrenze "0" ist, hinsichtlich eines Gradienten √¯(δϕ/δ x)² + (δϕ/δ yH2von ϕ das Verhältnis eines Maximalwerts zu einem Wert für die Mitte des Heizwiderstands kleiner als oder gleich 1,8 ist, und daß eine an den Heizwiderstand angelegte Spannung Vop derart gewählt wird, daß die Bedingung 1.15≧ Vop/V _R erfüllt ist, wobei V _R eine an den Heizwiderstand angelegte Minimalspannung ist, bei der in dem Wärmeeinwirkungsbereich sekundäre Bläschen erzeugt werden, die von den Bläschen für den Ausstoß der Flüssigkeit verschieden sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung Vop so gewählt wird, daß sie der Bedingung Vop ≦ 1.3 Vth genügt, wobei Vth ein Minimalwert der angelegten Spannung ist, bei dem die Bläschen für den Ausstoß der Flüssigkeit erzeugt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizwiderstand ein Widerstand mit einer zwischen dem Trägermaterial und der Heizwiderstandsschicht angeordneten unteren Schicht gewählt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizwiderstand ein Widerstand mit einer auf der Heizwiderstandsschicht angeordneten oberen Schicht gewählt wird.