專利名稱：用于噴墨打印頭的備用輸入信號通道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨打印裝置。尤其涉及熱噴墨打印裝置的噴墨打印頭，該打印頭裝有用于驅(qū)動(dòng)墨滴噴射加熱電阻的多個(gè)地址總線多路解復(fù)用電路。
噴墨打印技術(shù)已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。諸如計(jì)算機(jī)打印機(jī)、繪圖儀、復(fù)印機(jī)、和傳真機(jī)等商業(yè)性產(chǎn)品均成功地利用噴墨技術(shù)打印輸出硬拷貝。噴墨打印技術(shù)的基本內(nèi)容已經(jīng)公開在Hewlett-Packard雜志的36卷5號(1985年5月)、39卷4號(1988年8月)、39卷5號(1988年10月)、43卷4號(1992年8月)、43卷6號(1992年12月)、和45卷1號(1994年2月)的許多文章中。W.J.Lloyd和H.T.Taub也在“輸出硬拷貝裝置”(R.C.Durbeck和S.Sherr，ed.，AcademicPress，San Diego，1988，13章)中介紹了噴墨裝置。
典型噴墨打印的熱噴墨打印機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)直線往復(fù)移動(dòng)的打印盒，在打印盒中來自墨滴產(chǎn)生器的熱量使小墨滴噴射到媒介上，并在媒介上形成所需的字母數(shù)字字符、曲線、或圖像。這種盒一般包括具有噴嘴件或板的打印頭。噴嘴件有多個(gè)噴射墨滴的小噴孔。噴孔下面是噴墨室，在經(jīng)噴孔噴射墨水之前、墨水存放在封閉的噴墨室內(nèi)。經(jīng)與儲(chǔ)墨倉液體連通的墨水通道將墨水提供到噴墨室，墨水可儲(chǔ)存在打印盒的墨倉部分或儲(chǔ)存在與打印頭分開的墨水容器中。
通過選擇性地給噴墨室中的加熱電阻噴墨器施加激勵(lì)脈沖、快速地加熱噴墨室中的墨水體積而使墨水滴從熱噴墨打印機(jī)的噴孔噴出。在熱能開始從加熱電阻輸出時(shí)，墨水蒸汽泡在加熱電阻表面或其保護(hù)層上的位置形成核。墨水蒸汽泡的快速膨脹迫使液態(tài)墨水通過噴孔。當(dāng)電脈沖結(jié)束且墨滴噴射后，來自墨水通道和儲(chǔ)墨倉的墨水重新注入噴墨室。
熱噴墨墨水可具有腐蝕性。墨水盒的內(nèi)部電連接長期暴露在墨水中將使打印頭損壞或失效，這是因?yàn)榧?lì)加熱電阻的晶體管會(huì)與電源或它們的控制信號斷開。在某些打印頭設(shè)計(jì)中，激勵(lì)加熱電阻的晶體管從單個(gè)的電連接器尋址(控制)。如果這一個(gè)連接器因墨水化學(xué)腐蝕而損壞其結(jié)構(gòu)，則墨水盒的大部分(或全部)將失效，并影響打印質(zhì)量。
普通噴墨打印頭的加熱電阻包括沉積在半導(dǎo)體基底氧化層上的薄膜電阻材料。電導(dǎo)體設(shè)置在氧化層上并提供連接每個(gè)薄膜加熱電阻的電通道。由于在高密度(高DPI-點(diǎn)每英寸)打印頭中使用大量加熱電阻而使電導(dǎo)體的數(shù)量變得很大，因此引入多路復(fù)用技術(shù)以減小將加熱電阻連接到打印機(jī)中電路所需的導(dǎo)體數(shù)目。例如，參見US 5，541，629“減小與打印機(jī)的連接的打印頭”，盡管其具有良好的導(dǎo)電性，但增加了加熱電阻通道中不希望的電阻總量。
通常利用施加到漏極端、源極端和柵極端的電信號組合對各個(gè)晶體管尋址。這些信號組合能有效地控制何時(shí)各個(gè)晶體處于“接通”狀態(tài)，由此允許墨水滴噴射到打印媒介。通過多路復(fù)用經(jīng)半導(dǎo)體的各種線條的功能，可以利用較少的地址線導(dǎo)體對多個(gè)晶體管分別尋址。
多路復(fù)用技術(shù)有助于減少激勵(lì)加熱電阻所需的導(dǎo)體總數(shù)。雖然改進(jìn)了尋址，但是更需要改善對每個(gè)晶體管的可靠尋址，以避免因地址總線中個(gè)別故障引起嚴(yán)重的打印頭問題。另外，需要提供能靈活地接收不同輸入信號結(jié)構(gòu)的打印頭。
噴墨打印機(jī)的打印頭具有基底，基底上沉積多個(gè)加熱電阻。加熱電阻電排列成第一組和第二組；并在結(jié)構(gòu)上設(shè)置于長槽口(墨水窗口)對側(cè)，墨水從儲(chǔ)墨倉經(jīng)該長槽口流入噴墨打印頭的噴墨室。電阻由開關(guān)器件，例如三端電流開關(guān)場效應(yīng)晶體管或FET，引導(dǎo)的電流加熱。到達(dá)各個(gè)FET的電控制信號(它們使加熱電阻被激勵(lì))由基底相對側(cè)上的兩個(gè)(2)連接器耦合進(jìn)入打印頭。
設(shè)置在基底第一側(cè)上的一個(gè)電連接器提供連接器接點(diǎn)與各個(gè)噴墨晶體管的柵極輸入之間的電通道，該各個(gè)噴墨晶體管的柵極輸入只電耦合到同時(shí)貼近到墨水窗口第一位置的第一組噴墨元件(電阻)。設(shè)置在與第一側(cè)相對的基底第二側(cè)上的第二電連接器提供第二連接器與第二組晶體管柵極輸入之間的電通道，第二組晶體管柵極的輸入用于激勵(lì)第二組加熱電阻。
換一種說法，用于某些晶體管的控制輸入被分成兩組，其中每一組被電耦合到兩個(gè)印刷板連接器中的一個(gè)。控制一個(gè)晶體管的一個(gè)地址線的故障只影響該晶體管或影響連接到同一地址線的其它晶體管。來自與第一連接器電隔離的其它連接器的控制信號不受影響相對連接器上的信號的接地(或其它)故障的影響。采用兩個(gè)印刷板連接器控制對晶體管的輸入，可明顯地提高打印頭的可靠性，既使在其它組的墨水噴射器損壞時(shí)、也至少有一些墨水噴射器保持噴墨功能。


圖1A是應(yīng)用本發(fā)明的打印系統(tǒng)的框圖。
圖1B是應(yīng)用本發(fā)明的打印頭元件的功能結(jié)構(gòu)的簡化框圖。
圖2A是應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)例打印設(shè)備的透視圖。
圖2B是圖2A中打印機(jī)所用的打印盒車架的透視圖。
圖2C是圖2A中打印機(jī)的功能元件的示意圖。
圖3是用于圖2A打印機(jī)的打印盒打印頭中的墨水滴產(chǎn)生器的放大剖面透視圖。
圖4是可用于本發(fā)明的“基本”開關(guān)裝置中的單個(gè)FET、加熱電阻和FET電連接的示意圖。
圖5A是本發(fā)明打印頭的結(jié)構(gòu)視圖。
圖5B是一個(gè)墨水容器和靠近該墨水容器的加熱電阻位置的放大視圖。
圖6A是三色噴墨打印頭主面的結(jié)構(gòu)圖。
圖6B表示地址激勵(lì)次序。
圖1A是使用本發(fā)明的打印系統(tǒng)的框圖。打印系統(tǒng)10能在諸如紙媒介、轉(zhuǎn)印媒介、透明媒介、相紙等任何適宜的材料上進(jìn)行打印，通常，打印系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)12連接，主機(jī)系統(tǒng)12可以是產(chǎn)生打印數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)或微處理器。打印系統(tǒng)10包括一個(gè)控制打印系統(tǒng)的打印機(jī)組件14、一個(gè)噴墨的打印頭組件16、和一個(gè)根據(jù)需要定位打印頭組件16的打印頭組件傳送裝置18。
打印機(jī)組件14還包括一個(gè)控制器20、一個(gè)打印媒介傳送裝置22和打印媒介24。打印媒介傳送裝置22根據(jù)來自控制器20的指令定位打印媒介24(例如紙)?？刂破?0根據(jù)來自打印系統(tǒng)10中各種微處理器的指令，對打印媒介傳送裝置22、打印頭組件16和打印頭組件傳送裝置18進(jìn)行控制。另外，控制器20接收來自主機(jī)系統(tǒng)12的打印數(shù)據(jù)、并將該打印數(shù)據(jù)處理成打印機(jī)控制信息和圖像數(shù)據(jù)?？刂破?0利用這個(gè)打印機(jī)控制信息和圖像數(shù)據(jù)對打印媒介傳送裝置22、打印頭組件16和打印頭組件傳送裝置18進(jìn)行控制。例如，根據(jù)打印機(jī)控制信息和圖像數(shù)據(jù)，打印頭組件傳送裝置18在打印媒介24上對打印頭30定位，且打印頭30受控噴射墨水滴。
打印頭組件16最好由能在打印媒介24上對打印頭組件16定位的打印頭組件傳送裝置18支承。優(yōu)選地，借助打印頭組件傳送裝置18與打印媒介傳送裝置22的組合運(yùn)動(dòng)，打印頭組件16能夠覆蓋打印媒介24的任何區(qū)域。例如，打印媒介24是矩形紙頁，打印頭組件傳送裝置18可以沿媒介傳送方向定位紙頁，同時(shí)打印頭組件傳送裝置18可以沿垂直媒介傳送方向的橫向定位打印頭組件16。
打印頭組件16包括供墨裝置26，供墨裝置26與打印頭30液體地連接、以便選擇性地給打印頭30供墨。打印頭30包括多個(gè)墨滴釋放系統(tǒng)，例如噴墨嘴或墨滴產(chǎn)生器的矩陣。噴墨嘴包括噴孔，當(dāng)墨水加熱成為汽泡時(shí)，墨水經(jīng)噴孔板噴射。如下文所述，每個(gè)墨滴釋放系統(tǒng)根據(jù)控制器20的指令將墨滴噴射到打印媒介24上而形成打印圖像。
圖3表示基底313的頂透視圖，在基底313上形成阻擋層315，阻擋層315的結(jié)構(gòu)使墨水經(jīng)通道307流入噴墨室301。在噴墨室301的底部是薄膜加熱電阻309，保護(hù)介電層(未示出)覆蓋薄膜加熱電阻309。當(dāng)電流通過加熱電阻309時(shí)，噴墨室301中的墨水沸騰、使得墨水經(jīng)噴孔板或頂板305中的孔303噴出，頂板305覆蓋阻擋層315。借助毛細(xì)作用，在電流到達(dá)加熱電阻加熱墨水之前，墨水一直儲(chǔ)存在噴墨室301中。因此，通過加熱電阻的電流確定墨水從噴孔303噴射的時(shí)間。
圖1B是較詳細(xì)地說明打印頭或基底30的簡化框圖。為了說明圖1B的實(shí)例，可認(rèn)為元件30是例如硅基底的半導(dǎo)體基底，在硅基底上設(shè)置噴墨滴產(chǎn)生器和相關(guān)電路。另外，元件30可以代表剛性半導(dǎo)體基底與柔性電路的組合，柔性電路用于傳遞打印系統(tǒng)與打印頭30上的墨滴產(chǎn)生器之間的信號。
基底30分成兩個(gè)區(qū)31-1和30-2。當(dāng)然，本文公開的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例將基底分成兩個(gè)以上的區(qū)。圖1B所示的每個(gè)區(qū)包含一組基本元件。下文的“基本元件”(primitive)包括一組晶體管(FET)，將電壓施加到與FET連接的控制線(或從控制線去除)而接通(和切斷)該組晶體管(FET)。在基本元件中的所有FET通常具有它們的漏極(或源極)，漏極(或源極)連接到公共地；所有這些FET一般具有它們的源極(或漏極)，源極(或漏極)經(jīng)單個(gè)導(dǎo)線連接到功率源和基底表面上的相應(yīng)薄膜加熱電阻。該功率是下面將討論的“基本元件選擇”線上的“基本元件選擇”信號。另一個(gè)實(shí)施例中的FET也使用唯一的地。每個(gè)FET具有連接到地址線的柵極，柵極電壓單獨(dú)控制FET。FET、加熱電阻、連接和來自FET的“線”和外部連接點(diǎn)(連接器)均應(yīng)設(shè)置在基底30上。“線”通常包括用適當(dāng)半導(dǎo)體制作技術(shù)在基底上制作的導(dǎo)電軌跡。
一個(gè)連接到基本元件的控制線應(yīng)是基本元件控制線，它不示于圖1B，而示作圖4中基本選擇引線404?；驹刂凭€(圖4中的404)給基本元件中的FET的源極或漏極(經(jīng)圖4中的加熱電阻400)施加V+(或地)。在基本元件中FET的其它控制線是連接到FET柵極的地址線，圖4中以標(biāo)號406標(biāo)注?；驹總€(gè)FET的柵極連接到使基本元件FET分別激勵(lì)的唯一的地址線。當(dāng)連接到基本元件的基本元件控制線被激勵(lì)(圖4中的基本元件選擇線404)、且連接到同一基本元件FET柵極的地址線(圖4中的406)被激勵(lì)時(shí)，F(xiàn)ET將使電流通過相應(yīng)加熱電阻(圖4中的400)、并使墨水從打印頭噴射。
“接通”和“切斷”晶體管的轉(zhuǎn)變次序是重要的。如果晶體管“接通”并導(dǎo)通電流、且之后柵極上的地址線轉(zhuǎn)變成“切斷”，則在基本元件控制線轉(zhuǎn)變成“切斷”之前、晶體管可能被雪崩擊穿損壞，同時(shí)其它半導(dǎo)體也損壞。在優(yōu)選實(shí)施例中，在基本元件控制線變成“接通”之前，地址線轉(zhuǎn)變成“接通”。在基本元件控制線轉(zhuǎn)變?yōu)椤扒袛唷焙笾?、地址線將一直處于“接通”，從而避免半導(dǎo)體損壞。
圖4表示“基本元件”的單個(gè)FET開關(guān)裝置402，F(xiàn)ET開關(guān)裝置402控制流過用于將墨水噴射到打印媒介的加熱電阻400的電流。圖4的FET402是構(gòu)成“基本元件”的這種裝置中的一個(gè)晶體管。若干這種FET將連接在一起共用公共地、并且它們的源極經(jīng)相應(yīng)加熱電阻耦合到V+。相應(yīng)的通過FET的電流方向和/或電流源是一種設(shè)計(jì)選擇。當(dāng)然，另一個(gè)實(shí)施例將包括使FET源極與FET柵極直接耦合到V+，該FET柵極經(jīng)加熱電阻耦合到地。再一個(gè)實(shí)施例將包括使FET源極經(jīng)加熱電阻耦合到地，并將FET柵極耦合到負(fù)極性電壓。
地址引線406對應(yīng)(并連接到)FET柵極。在所示的實(shí)施例中，電能施加到FET基本元件選擇引線404，而后經(jīng)加熱電阻400連接到FET。地接點(diǎn)403為流經(jīng)FET402的電流提供返回通道，于是當(dāng)柵極被激勵(lì)、且電能施加到基本元件選擇引線404時(shí)，電流流過電阻并經(jīng)FET進(jìn)入地。只有當(dāng)柵極上的基本元件選擇和地址線均激勵(lì)時(shí)，電流才流過電阻和FET而進(jìn)入地。
在打印頭“基本元件”中，基本元件是分別經(jīng)過基底上的加熱電阻400而連接到基本元件選擇引線404的FET的組，所有的FET具有同時(shí)施加給它們的電能。組中的FET都連接到公共地、而組中的每個(gè)FET具有其耦合到地址線的柵極406。如果FET的基本元件選擇引線404和柵極406同時(shí)激勵(lì)，則組中的單個(gè)FET或“基本元件”可分別被激勵(lì)。因此，基本元件選擇引線404和地址選擇引線(柵極)406的組合將單獨(dú)地控制矩陣結(jié)構(gòu)中的FET。
當(dāng)噴墨打印頭基底上的一些基本元件(圍繞或靠近墨水窗口)構(gòu)成組和串、以及當(dāng)用分離的地址和基本元件控制線對這些基本元件組電尋址時(shí)，噴墨打印頭將更加可靠。在優(yōu)選實(shí)施例中，沿橫跨墨水窗口的線將基底上的基本元件分成兩半。該線一側(cè)的基本元件由一個(gè)地址總線尋址，在另一側(cè)上的基本元件由不同的地址總線尋址。因此，一個(gè)地址總線的故障不會(huì)影響其它地址總線所控制的基本元件。
雖然圖1B只示出了每個(gè)區(qū)中的兩個(gè)基本元件，然而在其它實(shí)施例中、在基底上實(shí)際可具有任何數(shù)量的基本元件。另外，基本元件可構(gòu)成兩個(gè)以上的組?？梢杂萌齻€(gè)電分離的地址總線控制三個(gè)或多個(gè)組。
圖1B所示的每個(gè)基本元件(P1-P1′)包括多個(gè)已有技術(shù)中稱作墨滴產(chǎn)生器的加熱電阻D或D′、和包含上述FET的相關(guān)的多路復(fù)用電路M或M′。多路復(fù)用電路接收來自電源或基本元件選擇總線或基本元件控制線(圖1B未示出)和地址選擇線A或A′的信號?；驹刂凭€和地址線一起通過啟動(dòng)FET而激勵(lì)墨滴產(chǎn)生器D或D′，它的電流在打印操作期間用于噴射墨滴。為了恰當(dāng)?shù)丶?lì)特定的墨滴產(chǎn)生器，對于必須激勵(lì)的墨滴產(chǎn)生器來說基本元件選擇線和地址選擇線的組合是唯一的?；驹x擇線借助基本元件中與基本元件選擇線相關(guān)的墨滴產(chǎn)生器而連接到每個(gè)晶體管的源極/漏極。地址選擇線32或32′連接到區(qū)30-1或30-2內(nèi)每個(gè)基本元件中的一個(gè)晶體管的柵極。
在已有技術(shù)中已知FET的柵極可以控制裝置的導(dǎo)電時(shí)間。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例將包括除FET之外的其它類型的三端電流開關(guān)元件，包括但不限于諸如雙極晶體管、SCR、TRIAC的器件。在例如雙極晶體管的裝置中，控制基極電壓可以控制裝置的導(dǎo)電時(shí)間。
圖6A是三色噴墨打印頭主面的結(jié)構(gòu)圖。在操作中，黃、品紅、和青墨水將向上流出圖6A的平面，穿過墨水窗口670、672和674進(jìn)入沿墨水窗口670、672和674兩側(cè)分布的噴墨室(圖3所示)。墨水窗口相對側(cè)的陰影矩形區(qū)(602，604，606，608，610，612，614，615，616，618，620，和622)表示基本元件。(在圖6A未示出、但在優(yōu)選實(shí)施例中存在十二(12)個(gè)附加基本元件，每個(gè)附加基本元件鄰近列舉的基本元件和墨水窗口，從而在基底上提供總共24個(gè)基本元件。所以每個(gè)墨水窗口具有與它相鄰的8個(gè)基本元件。8個(gè)基本元件中的每個(gè)元件包含18個(gè)晶體管。)如圖所示，墨水窗口670具有四個(gè)相對墨水窗口670設(shè)置的基本元件602，604，615和616。一個(gè)基本元件615示意地描繪出一些FET以及連接到FET且靠近墨水窗口670的一端和一側(cè)的加熱電阻。
基本元件615的每個(gè)FET連接到用粗線表示的接地總線630，在圖示的每個(gè)基本元件區(qū)(602，604，606，608，610，612，614，615，616，618，620，和622)可看到接地總線630。
第一地址總線640包括一些導(dǎo)體(單個(gè)導(dǎo)體未示出)，至少一個(gè)導(dǎo)體延伸到圖6A中基底600的上部或下部中所示的第一組基本元件(614，615，616，618，620和622)中各FET的每個(gè)柵極。第二地址總線650包括一些導(dǎo)體(單個(gè)導(dǎo)體未示出)，至少一個(gè)導(dǎo)體延伸到沿圖6A中基底600的上部所示的第二組基本元件(602，604，608，618，610和612)中各FET的每個(gè)柵極。第一和第二地址總線640和650相互電隔離，但它們能通到基底600邊緣的導(dǎo)體660和662。
在優(yōu)選實(shí)施例中，基本元件的每個(gè)FET具有連接到地址線642的柵極。所以，地址總線640、650中的地址線數(shù)“N”即等于所示每個(gè)基本元件(602，604，606，608，610，612，614，615，616，618，620，和622)中的墨滴產(chǎn)生器(和FET)的數(shù)目。到達(dá)所示一組基本元件(602，604，606，608，610，612)的FET的柵極的地址線與所示的另一組基本元件(614，615，616，618，620，和622)的FET的柵極電隔離。(在其它實(shí)施例中，兩組地址線可以間接或直接地連接到一起。)如果FET被圖6A中以“P”表示的相應(yīng)基本元件的控制線690鈍化，則任一組中的這些FET不能激活。于是，地址線被有效地多路復(fù)用，從而在允許墨滴產(chǎn)生器的單獨(dú)選擇性(尋址能力)的同時(shí)、可減少控制若干基本元件中眾多晶體管所需的地址線數(shù)量。
對此的唯一例外是是否使用一個(gè)或多個(gè)截?cái)嗟幕驹(具有小于N的墨滴產(chǎn)生器)。在打印操作期間，打印循環(huán)通過地址線使得一次只有A1～AN的一個(gè)地址線被激勵(lì)(見圖6B)。于是，在基本元件中一次只有一個(gè)墨滴產(chǎn)生器被激勵(lì)。不過，與特定地址相關(guān)的各基本元件中的所有墨滴產(chǎn)生器可以同時(shí)啟動(dòng)。
再參看圖1B，兩個(gè)區(qū)30-1和30-2中的每一個(gè)具有自己的一組單獨(dú)地址線，該地址線控制相應(yīng)區(qū)中FET的激勵(lì)，地址線最好相互電隔離以避免一根線上的故障影響與其連接的所有基本元件。區(qū)30-1具有在基底上端接在一組地址極板32中的第一組地址線A1、A2、…、AN。區(qū)30-2具有與第一組地址線分離且端接在一組分離的地址極板32’中的第二組地址線A1’、A2’、…、AN’。
如上文所建議的，一個(gè)打印頭30的實(shí)施例可以是硅基底和柔性基底的組合。
在第一實(shí)施例中，當(dāng)打印頭組件16裝配成打印機(jī)組件16時(shí)，地址極板32表示與打印頭14中電子線路連接的柔性電路接點(diǎn)。在第二實(shí)施例中，地址極板32表示硅基底上的接點(diǎn)。諸如柔性電路的中間電路可用于將接點(diǎn)連接到打印機(jī)14中的電路。已有技術(shù)中所知的連接這種接點(diǎn)的方法是TAB鍵合、或載帶自動(dòng)鍵合。
在第三實(shí)施例中，區(qū)30-1中的地址數(shù)A1、A2、…、AN等于區(qū)30-2中的地址數(shù)A1’、A2’、…、AN’(盡管在其它實(shí)施例中各區(qū)可使用不同數(shù)目的地址線)。在第三實(shí)施例中，打印頭30上的跨接線或?qū)щ娷壍阑虬惭b到打印頭30的柔性電路使地址A1與地址A1’、地址A2與A2’、…、地址AN與AN’電連接。于是無論何時(shí)區(qū)30-1的地址A被激勵(lì)，區(qū)30-2中對應(yīng)的地址A’都被激勵(lì)。通過為每對地址A和A’設(shè)置獨(dú)立的接點(diǎn)，既使一個(gè)地址連接失效，關(guān)鍵性的地址連接仍可維持。這可以確保在連接到打印頭30的一個(gè)地址連接失效時(shí)給打印頭30提供正確的信號。
在第四實(shí)施例中，區(qū)30-1和30-2中的地址被電隔離。這樣可使打印機(jī)組件以兩種模式操作打印頭。打印機(jī)可以同時(shí)激勵(lì)一對地址A和A’以得到較高的打印速度。實(shí)現(xiàn)這一目的的一個(gè)方法是使打印機(jī)組件電路與成對的地址電連接。另一個(gè)方法是在成對地組合區(qū)30-1和30-2之間的基本元件的同時(shí)，打印機(jī)獨(dú)立地操作地址A和A’。這樣可降低打印機(jī)成本，但會(huì)損失速度。
圖2A的透視圖示出了應(yīng)用本發(fā)明的噴墨打印設(shè)備實(shí)例的打印機(jī)101的外部輪廓。諸如繪圖儀、復(fù)印機(jī)、和傳真機(jī)的打印裝置也可應(yīng)用本發(fā)明。打印機(jī)殼體103包括打印臺(tái)板，諸如紙的打印媒介105由已有技術(shù)中所知的機(jī)構(gòu)輸送到該臺(tái)板。打印機(jī)101中的一個(gè)車架上裝有一個(gè)或一組獨(dú)立的能噴射黑色或彩色墨水滴的打印盒。其它實(shí)施例可以包括一個(gè)半永久打印頭機(jī)構(gòu)、該機(jī)構(gòu)不斷地從一個(gè)或多個(gè)液體連通的離軸儲(chǔ)墨倉補(bǔ)充墨水，或一個(gè)單個(gè)打印盒、該打印盒具有從打印盒中得到的兩種或多種彩色墨水以及為每種墨水指定的噴墨嘴，或一個(gè)單色打印盒或打印機(jī)構(gòu)；本發(fā)明至少可應(yīng)用于這些不同的實(shí)施例打印頭。車架109可用于本發(fā)明，它安裝兩個(gè)打印盒110和111，如圖2B所示。車架109通常由打印機(jī)內(nèi)的滑動(dòng)導(dǎo)軌或類似機(jī)構(gòu)支承、并沿滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)械地移動(dòng)，以使車架109橫跨打印媒介105直線地往復(fù)移動(dòng)或前后掃描。掃描軸X由圖2A的箭頭指示。當(dāng)車架109掃描時(shí)，墨滴從打印盒110和111組件的打印頭上以預(yù)定的打印條帶圖案選擇性地噴射到媒介105，并利用點(diǎn)矩陣處理形成圖像或文字?jǐn)?shù)字字符。通常，點(diǎn)矩陣處理由用戶計(jì)算機(jī)(未示出)確定，指令傳送到打印機(jī)101內(nèi)的微處理器電子控制器。其它點(diǎn)矩陣處理技術(shù)是借助計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)光柵化、而后把光柵化數(shù)據(jù)和打印命令輸入打印機(jī)而實(shí)施的。打印機(jī)解釋該命令和光柵化數(shù)據(jù)以確定哪個(gè)墨滴產(chǎn)生器啟動(dòng)。
如圖2C所示，由包括輥207、臺(tái)板電機(jī)209、和牽引裝置(未示出)的媒介輸送機(jī)構(gòu)將單個(gè)媒介頁從輸入紙盤送入打印頭下面的打印區(qū)。在優(yōu)選實(shí)施例中，車架電機(jī)211沿垂直于媒介進(jìn)入方向Y的X方向、橫跨臺(tái)板上的媒介105遞進(jìn)地牽拉噴墨打印盒110、111。臺(tái)板電機(jī)209和車架電機(jī)211一般由媒介和車架位置控制器213控制。這種定位和控制設(shè)備可在US 5，070，410“使用組合讀/寫頭以便處理和存儲(chǔ)讀信號并給熱噴墨元件提供噴射信號的設(shè)備和方法”中看到。媒介105被定位，以便打印盒110和111可以根據(jù)輸入到打印機(jī)墨滴噴射控制器215和電源217的數(shù)據(jù)、按需要將墨滴噴射到媒介上的點(diǎn)。當(dāng)盒電機(jī)211使打印盒110和111橫跨媒介直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，從打印頭選擇的噴嘴噴射的墨滴在平行于掃描方向的條帶上形成這些墨點(diǎn)。當(dāng)打印盒110和111在媒介105上的打印條帶端部到達(dá)它們的行程端時(shí)，通常媒介105由位置控制器213和臺(tái)板電機(jī)209向前送進(jìn)一步。一旦打印盒沿滑動(dòng)導(dǎo)軌上的X方向到達(dá)它們的行程端，則它們要么在繼續(xù)打印的同時(shí)沿支承機(jī)構(gòu)返回、要么不打印地返回。媒介能以與打印頭噴墨部分的寬度相等或與噴孔之間的間隔相關(guān)的某些部分相等的增量送進(jìn)。媒介的控制、打印盒的定位、和用于形成圖像或字符的正確噴墨器的選擇均由定位控制器213確定。該控制器可由常規(guī)電子硬件構(gòu)成，并從常規(guī)儲(chǔ)存器216提供操作指令。媒介打印一旦完成，媒介即被送入打印機(jī)的出紙盤由用戶取走。
圖3是打印頭中一個(gè)單個(gè)墨滴產(chǎn)生器的放大的透視剖面圖。如圖所示，該墨滴產(chǎn)生器包括一個(gè)噴孔、一個(gè)噴墨室、和一個(gè)噴墨器。墨滴產(chǎn)生器的其它實(shí)施例使用多于一個(gè)的并列的噴孔、噴墨室、和/或噴墨器。墨滴產(chǎn)生器與墨源液體地連通。
在圖3中，所示優(yōu)選實(shí)施例的噴墨室301與噴孔303及分段加熱電阻或噴射電阻309連通。許多獨(dú)立的噴孔常以預(yù)定圖案設(shè)置在噴孔板305上，以便以控制的圖案噴射墨滴。通常，媒介的位置與噴嘴板內(nèi)表面的平面保持平行。通過對從外部計(jì)算機(jī)或從其它與打印機(jī)連接的與墨滴噴射控制器215和電源217相關(guān)的其它數(shù)據(jù)源輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、而選擇所需激勵(lì)的加熱電阻。墨水經(jīng)開口307進(jìn)入噴墨室301以補(bǔ)充墨水，在分段加熱電阻309釋放的熱能使墨水產(chǎn)生蒸汽泡后、墨水從孔303噴出。噴墨室301由噴孔板305、層狀半導(dǎo)體基底313、和阻擋層315構(gòu)成的壁圍繞。在優(yōu)選實(shí)施例中，儲(chǔ)存在盒殼體墨倉中的液體墨水借助毛細(xì)管力注入噴墨室301。
本發(fā)明的更可靠的噴墨打印頭包括一個(gè)基底，該基底支承加熱電阻，加熱電阻提供將墨滴噴射到媒介上的熱脈沖。如圖4所示，每個(gè)加熱電阻400由分立的開關(guān)裝置402單獨(dú)控制，開關(guān)裝置402最好是場效應(yīng)晶體管或FET。每個(gè)開關(guān)裝置402具有一個(gè)傳送功率的基本元件選擇引線404、和一個(gè)用于經(jīng)FET柵極打開和關(guān)閉開關(guān)裝置402而使電流流過電阻400的地址選擇引線406。所以，為了加熱特定的電阻400，該特定電阻的相應(yīng)開關(guān)裝置402必須實(shí)際上同時(shí)具有其基本元件引線404和地址引線406。
在本發(fā)明的打印頭中，電阻和連接到電阻的相應(yīng)FET設(shè)置成被稱為基本元件的組。在每個(gè)基底上有若干基本元件。每個(gè)基本元件具有分開的單個(gè)基本元件選擇引線，選擇引線給基本元件中的所有電阻提供電源。每個(gè)基本元件具有連接到基本元件中各開關(guān)裝置接地點(diǎn)的接地引線。為減少用于連接到基底所需的接點(diǎn)數(shù)量，同一接地引線可連接到多個(gè)基本元件。
特定基本元件中的每個(gè)開關(guān)裝置(FET或其它晶體管裝置)連接到獨(dú)立的或分開的可激勵(lì)地址引線。在操作中，按順序一次激勵(lì)一個(gè)地址引線，于是基本元件中一次只有單個(gè)開關(guān)裝置被激勵(lì)。為減少到基底的接點(diǎn)數(shù)量，地址線設(shè)置在基本元件之間。
本發(fā)明的基底分成許多局部區(qū)，每個(gè)區(qū)至少具有一個(gè)基本元件。在每個(gè)區(qū)中，地址線被共用；每個(gè)基本元件具有其自己唯一基本元件選擇線。但是其它實(shí)施例可以為每個(gè)區(qū)在模具上提供其自己獨(dú)立的地址線組。
圖5A是說明本發(fā)明的示意圖?；?00具有三個(gè)供墨槽或墨水窗口502，通過墨水窗口502墨水從儲(chǔ)墨倉到達(dá)與供墨槽相鄰的噴射電阻。其它實(shí)施例將具有只設(shè)置單色窗口或設(shè)置其它色窗口的基底。有三個(gè)供墨槽向電阻供墨，一個(gè)槽502Y提供黃色，一個(gè)槽502M提供品紅色，一個(gè)槽502C提供青色。(圖5B示出黃色供墨槽502Y和由1-5所標(biāo)記的幾個(gè)噴射電阻的放大視圖)電阻沿供墨槽502設(shè)置24個(gè)基本元件、并由數(shù)字1-24標(biāo)出。例如，沿著提供黃色墨水的供墨槽的基本元件2、4、6、和8沿該供墨槽一側(cè)設(shè)置，而基本元件1、3、5和7沿供墨槽502Y的另一側(cè)邊設(shè)置。
在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)基本元件包括18個(gè)噴射電阻(每個(gè)噴射電阻與單個(gè)電流控制FET連接)，單個(gè)基本元件選擇線共用在每個(gè)基本元件中的18個(gè)電阻之間。當(dāng)然，其它實(shí)施例在每個(gè)基本元件中可以包括較多和較少的噴射電阻和晶體管。因此，在本發(fā)明的基底中，具有24個(gè)獨(dú)立基本元件選擇線PS1-PS24(只示出了PS4和PS2)與24個(gè)基本元件相對應(yīng)。
每個(gè)基本元件選擇線連接到沿基底的兩個(gè)外邊緣504N或504S的一個(gè)而設(shè)置的連接器極板。為了分別地激勵(lì)特定基本元件中的每個(gè)電阻，每個(gè)電阻被連接到具有獨(dú)立地址線(未示出)的電流控制晶體管。
在打印操作中，打印機(jī)通過圖6B所示的地址進(jìn)行循環(huán)，使得每次在特定基本元件中只有18個(gè)電阻中的一個(gè)電阻工作，即順序地工作。但是，不同基本元件中的電阻可以同時(shí)工作。由于這個(gè)原故、同時(shí)也為了減少所需的接點(diǎn)數(shù)量，基本元件共用地址線。所以，在給定組的基本元件共用地址線中具有18個(gè)地址線以便獨(dú)立地操作特定基本元件的地址。
為改進(jìn)可靠性和使用多種工作模式，將基底的基本元件分隔成若干組。一組基本元件由用于該組中基本元件的第一組地址線尋址。第二組基本元件由用于第二基本元件的另一組地址線尋址。兩組基本元件分成標(biāo)記為500N和500S的兩個(gè)區(qū)以便于識(shí)別。在這個(gè)實(shí)例中，一半基本元件包含在最接近基底邊緣504N的區(qū)500N中。另一半基本元件包含在最接近基底邊緣504S的區(qū)500S中。其它實(shí)施例包含橫跨基底以任何比例分隔成奇數(shù)組的基本元件。
一組標(biāo)記為A1N、A2N、…、A18N的18個(gè)地址線給區(qū)500N中的開關(guān)裝置提供地址選擇信號。標(biāo)記為A1S、A2S、…、A18S的另一組18個(gè)地址線給區(qū)500S中的開關(guān)裝置提供地址選擇信號。
在北和南區(qū)中給晶體管設(shè)置分開的北和南(或上和下)地址引線將帶來一些優(yōu)點(diǎn)。首先，丟失地址連接的可能性減小一半。其次，利用給分開的基本元件組設(shè)置單獨(dú)組的地址引線可在同一打印頭中實(shí)現(xiàn)多種噴射模式。如前所述，打印頭通過在圖6B所示的地址線進(jìn)行循環(huán)而操作。通過設(shè)置北和南基本元件，打印頭能以24個(gè)或12個(gè)基本元件進(jìn)行操作。
北組和南組的地址對可以由適當(dāng)?shù)碾娐冯姎獾鼗蚬δ苄缘亍斑B接”地一起，以便晶體管單元以各種組的配合形式一起被激勵(lì)。在一個(gè)實(shí)施例中，每次特定的北地址激勵(lì)時(shí)(例如，A1N)，相應(yīng)的南地址也同時(shí)被激勵(lì)(例如，A1S)。利用任何適當(dāng)電路使A1N與A1S電共用、A2N與A2S電共用，則可做到這點(diǎn)。由于這樣做減少了經(jīng)地址線的循環(huán)時(shí)間，因此能以更高的速度和質(zhì)量進(jìn)行打印(見圖6B)。
另外，打印頭也可用12個(gè)基本元件進(jìn)行操作。順序地通過所有南地址、而后通過所有北地址進(jìn)行循環(huán)即可做到這點(diǎn)。這樣操作雖然較慢，但它可在保持地址線電隔離的同時(shí)使基本元件選擇線對進(jìn)行電共用。這樣可減小激勵(lì)基本元件所需的開關(guān)電器的成本，因而減小了打印系統(tǒng)的成本。
權(quán)利要求
1． 一個(gè)噴墨打印頭，包括一個(gè)基底(500)，它具有第一主面，第一主面上分布有墨水窗口(670)、且設(shè)置第一基本元件(615)，所述第一基本元件包含第一組電流控制晶體管，所述第一組電流控制晶體管的每個(gè)晶體管(402)的第一端(406)至少連接到第一組地址線(640)中的一個(gè)地址線；第二基本元件(602)，所述第二基本元件包含第二組電流控制晶體管，所述第二組電流控制晶體管的每個(gè)晶體管的第一端至少連接到第二組地址線(650)中的一個(gè)地址線，所述第二組地址線與所述第一組地址線電隔離；由此，所述第一基本元件中的每個(gè)晶體管和所述第二基本元件中的每個(gè)晶體管可以至少根據(jù)所述第一和第二組地址線的一個(gè)地址線的控制信號而被獨(dú)立地激勵(lì)。
2．一個(gè)如權(quán)利要求1的噴墨打印頭，還包括至少一個(gè)用于每個(gè)基本元件的基本元件控制線(690)，所述至少一個(gè)基本元件控制線連接到相應(yīng)基本元件的每個(gè)晶體管的第二端，所述基本元件控制線施加預(yù)定振幅和極性的電壓。
3．一個(gè)如權(quán)利要求2的打印頭，其特征在于所述基本元件控制線通過電阻(400)給所述第二端施加所述的電壓。
4．一個(gè)如權(quán)利要求1的噴墨打印頭，還包括設(shè)置在所述基底上的多個(gè)地址極板。
5．一個(gè)如權(quán)利要求1的噴墨打印頭，其特征在于所述第一組電流控制晶體管中的第一晶體管和所述第二組電流控制晶體管中的第二晶體管基本上可以同時(shí)被激勵(lì)。
6．一個(gè)如權(quán)利要求1的噴墨打印頭，其特征在于所述第一組電流控制晶體管中的第一晶體管和所述第二組電流控制晶體管中的第二晶體管可以順序地激勵(lì)。
7．一種制作打印頭的方法，包括在具有第一主面的整個(gè)基底(500)上設(shè)置墨水窗口(670)；在所述第一主面上形成第一組電流控制晶體管(402)的第一基本元件(615)；將所述第一組電流控制晶體管(402)中的每個(gè)晶體管的第一端(406)連接到第一組地址線(640)中的至少一個(gè)地址線；在所述第一主面上形成第二組電流控制晶體管的第二基本元件(602)；將所述第二組電流控制晶體管中的每個(gè)晶體管的第一端連接到第二組地址線(650)中的至少一個(gè)地址線；將所述第二組地址線與所述第一組地址線電隔離，以便根據(jù)第一和第二組地址線中至少一個(gè)地址線的控制信號激勵(lì)所述第一基本元件中的每個(gè)晶體管。
8．一種如權(quán)利要求7的方法，還包括步驟將所述第一基本元件的至少一個(gè)基本元件控制線(690)連接到所述第一基本元件的每個(gè)晶體管的第二端。
9．一種如權(quán)利要求7的方法，還包括步驟在所述基底上設(shè)置多個(gè)地址極板。
10．一個(gè)噴墨打印盒，它具有根據(jù)權(quán)利要求7、8、或9的方法制作的打印頭。
全文摘要
在熱噴墨打印頭中,分別控制的加熱元件(309)被分成加熱元件組(602,615)。用于分開的加熱元件組的備用控制線,能減小已有技術(shù)設(shè)備中擴(kuò)展到所有加熱元件的控制線上的電故障使打印頭完全不能工作的可能性,因此提高了打印頭的可靠性。
文檔編號B41J2/16GK1286171SQ0012640
公開日2001年3月7日 申請日期2000年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月30日
發(fā)明者K·D·索爾 申請人:惠普公司