專利名稱：用于墨滴大小的噴墨打印頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨打印裝置，特別是涉及用于噴滴大小調(diào)整的噴墨打印裝置，其中墨滴大小可以調(diào)整。
用常規(guī)方式驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)熱敏打印頭從每個(gè)噴嘴中噴出的墨是固定的。
滴量調(diào)整，即根據(jù)要求改變噴墨量，能大大提高打印輸出質(zhì)量。由于噴墨和其它非撞擊打印機(jī)能夠在一張紙上的任何位置產(chǎn)生墨點(diǎn)，所以一直設(shè)想將它作為連續(xù)的半色調(diào)圖象的生產(chǎn)。但由于多數(shù)噴墨打印頭僅僅能夠產(chǎn)生固定量的微滴，所以噴墨打印機(jī)產(chǎn)生連續(xù)的半色調(diào)圖象的能力受到相當(dāng)大的限制。結(jié)果由這樣的微滴所形成的墨跡具有固定的大小。此外，噴墨打印頭一般使用一個(gè)固定的分辨率，通常為每英寸300-400點(diǎn)或更低，將微滴噴到紙上。這樣就不足以產(chǎn)生具有較高打印質(zhì)量的半色調(diào)圖象。
通過提高打印分辨率，即提高每平方英寸微滴的數(shù)量，如從每平方英寸方陣300×400點(diǎn)到每平方英寸方陣600×600點(diǎn)，也能夠提高打印輸出質(zhì)量。通常提高打印質(zhì)量的優(yōu)選方案是進(jìn)行滴量調(diào)節(jié)。這是由于滴大小調(diào)節(jié)不會(huì)過高地提高打印頭的復(fù)雜程度，和由于它需要的在數(shù)據(jù)處理能力方面的提高比采用提高打印分辨率方法時(shí)的要小。在數(shù)據(jù)處理能力方面的這點(diǎn)差距常常不能得到適當(dāng)?shù)睦斫?，因此，下面將著重談?wù)劦未笮≌{(diào)節(jié)在提高打印質(zhì)量方面的理論上的優(yōu)點(diǎn)的主要理論論述。
在它們的最簡單的形式中，數(shù)字打印機(jī)是通過將方格上的點(diǎn)位置的圖形填在打印紙上。通過將一個(gè)字節(jié)分配在R×R方格中的每一個(gè)點(diǎn)位置上來表示信息。符號(hào)R表示打印分辨率，該分辨率通常是用方格一個(gè)面上的每平方英寸的點(diǎn)數(shù)量來表示的。每個(gè)比特b傳輸兩種可能狀態(tài)之一；因此，術(shù)語雙態(tài)為b＝0或1每個(gè)字節(jié)Bk是由k個(gè)比特構(gòu)成的，其中k可以為任一正整數(shù)Bk＝(b1，b2，…bk)。
字節(jié)Bk有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)組成該字節(jié)的比特?cái)?shù)NkNk＝N(Bk)＝k和可能傳輸?shù)臓顟B(tài)數(shù)SkSk＝S(Bk)＝2k。
因此，字節(jié)B1包括一個(gè)比特，并傳輸兩個(gè)狀態(tài)；字節(jié)B2包括兩個(gè)比特，并傳輸四個(gè)狀態(tài)；字節(jié)B3包括三個(gè)比特，并傳輸八個(gè)狀態(tài)，等等B1＝(0)或(1)，B2＝(0，0)或(0，1)或(1，0)或(1，1)B3＝(0，0，0)或(0，0，1)或(0，1，0)或(0，1，1)或(1，0，0)或(1，0，1)或(1，1，0)或(1，1，1)標(biāo)準(zhǔn)單色打印(不帶點(diǎn)大小調(diào)節(jié))需要一個(gè)B1大小的字節(jié)，用于打印方格中的每個(gè)點(diǎn)。因此，打印一單元格需要的數(shù)據(jù)量V0為
V0＝N1×R2＝R2如果打印分辨率R提高到F倍，那么每個(gè)單元打印格所需要的數(shù)據(jù)量將變?yōu)閂1＝N1×(FR)2＝F2R2＝F2V0所以，打印分辨率提高到F倍，數(shù)據(jù)量倍增到F2。
假定作為可替換提高打印分辨率的方法，可打印的點(diǎn)狀態(tài)M的數(shù)量從兩個(gè)(點(diǎn)或空)增加到一些較大的整數(shù)。通過提高與打印方格的每個(gè)位置相聯(lián)系的字節(jié)大小來表示附加信息。傳輸M點(diǎn)狀態(tài)的最小字節(jié)是一個(gè)帶k比特的字節(jié)，其中k是滿足下列不等式的最小的正整數(shù)M≤Sk＝2k。
所以，當(dāng)用字節(jié)B1(帶兩種狀態(tài))傳輸不帶大小調(diào)節(jié)的簡單的點(diǎn)的可能狀態(tài)時(shí)，就可以用字節(jié)B2(帶四種狀態(tài))傳輸帶兩種或三種大小的點(diǎn)的狀態(tài)。用于點(diǎn)大小調(diào)節(jié)所需要的數(shù)據(jù)量與標(biāo)準(zhǔn)單色打印所需的數(shù)據(jù)量差不多。打印帶M可能狀態(tài)的點(diǎn)所需的每個(gè)單元格的數(shù)據(jù)量V2可表示為V2＝Nk×R2＝kR2＝kV0其中k是滿足上述不等式的最小的正整數(shù)。
因此，當(dāng)點(diǎn)狀態(tài)的數(shù)量在打印分辨率不變的情況下從兩種增加到M種時(shí)，數(shù)據(jù)量倍增到k倍。直接用參數(shù)M來表示數(shù)據(jù)量V2是有益的?；叵雓比特的數(shù)是滿足不等式M≤2k的最小正整數(shù)。如果在不等式兩邊求自然對(duì)數(shù)，得到logM≤klog2從而，代入V2的公式V2＝kV0≥(logM/log2)V0所以，以增加點(diǎn)狀態(tài)M為特點(diǎn)的數(shù)據(jù)量V2大約是以M的自然對(duì)數(shù)的形式增加。這樣，就提高打印質(zhì)量而論，由于對(duì)數(shù)函數(shù)的增長明顯低于表示數(shù)據(jù)量和打印分辨率之間的關(guān)系的平方函數(shù)的增長，所以點(diǎn)大小調(diào)節(jié)優(yōu)于提高打印分辨率。
即使在研究了滴大小調(diào)節(jié)的主要理論優(yōu)點(diǎn)的情況下，盡管已經(jīng)試驗(yàn)了各種各樣的方案來調(diào)節(jié)所噴出的墨滴的大小，也沒有找出可使用的設(shè)備。許多專利已經(jīng)集中于調(diào)節(jié)電壓脈沖的波幅和/或每個(gè)電壓脈沖的時(shí)間。例如參閱Tsuzuki等人的美國專利第4,281,333號(hào)；；Lee等人的美國專利第4,513,299號(hào)；DeBonte等人的美國專利第5,202,659號(hào)。這些專利所存在的缺陷在于都需要一個(gè)復(fù)雜的控制電路和大的數(shù)據(jù)處理能力。
芯片溫度控制方案也已經(jīng)試驗(yàn)而獲得有限的成功，參閱Wysocki等人的美國專利第5,223,853號(hào)。其它的方法集中在所噴射的微滴彎月面的流體動(dòng)力學(xué)，參閱Burr等人的美國專利第5,495,270號(hào)。
美國專利第4,499,479號(hào)公開了一種不同的方法，它使用了一種簡單的控制電路。該專利公開了一種墨噴滴要求的打印裝置，它包括一個(gè)有許多獨(dú)立驅(qū)動(dòng)部分的傳感器。該專利直接用在側(cè)擊式打印頭上。所提供的打印數(shù)據(jù)確定一個(gè)有選擇的滴量，所提供的控制裝置依打印數(shù)據(jù)而工作，它產(chǎn)生的信號(hào)能夠有選擇地驅(qū)動(dòng)傳感器各獨(dú)立驅(qū)動(dòng)部分的特定組合，以便產(chǎn)生由打印數(shù)據(jù)所確定的滴量。為了進(jìn)一步控制滴量，在第二個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)把滴速保持在所確定的范圍內(nèi)的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波幅也是能夠改變的。在第一個(gè)實(shí)施例中，壓電傳感器部分的長度是相等的，而在第二個(gè)實(shí)施例中，傳感器部分的長度是不相等的。這種獲得專利的設(shè)計(jì)有一個(gè)不足之處在于它需要一個(gè)比較復(fù)雜的用來激起墨腔中的墨的結(jié)構(gòu)。此外，正如該專利所述，在固定速度下是很難預(yù)測滴量的波幅和脈沖寬度的變化。該專利認(rèn)為，由于影響打印頭操作的相關(guān)的因素很多，所以很難形成一個(gè)滴大小的檢查表。這些因素包括每個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)部分與噴嘴之間的不同距離，以及每個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)部分之間的相互關(guān)系。參閱美國專利第4,730,197號(hào)，該專利描述和說明了墨噴射幾何特性、驅(qū)動(dòng)波形、彎月面共振、壓力腔共振和墨噴射射出特性之間的許多相互作用。
因此，仍然需要一種用于打印頭的技術(shù)，該技術(shù)能夠調(diào)節(jié)滴大小，它有簡化的幾何特性、使用簡化的控制電路并減少數(shù)字打印控制器的數(shù)據(jù)處理要求。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于基本上克服上述的問題并滿足上述的要求。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于調(diào)整在使用具有簡化的幾何特性的打印頭時(shí)所噴射出的滴量。
本發(fā)明的這些和其他目的是通過提供一個(gè)墨噴射打印頭芯片來實(shí)現(xiàn)的，該芯片使用在墨噴射打印頭中，該打印頭有一個(gè)與給墨盒相連接的腔和一個(gè)噴嘴。一個(gè)驅(qū)動(dòng)器有第一驅(qū)動(dòng)部分和第二驅(qū)動(dòng)部分。第一和第二驅(qū)動(dòng)部分基本上放置在離噴嘴相同的距離上，以便簡化打印頭的幾何特性和所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)部分之間的相互關(guān)系。
另外一個(gè)目的是提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的第三驅(qū)動(dòng)部分。還有一個(gè)目的是將打印頭芯片與一個(gè)裝置連接，其目的是有選擇地將具有第一電壓的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)脈沖傳給第一導(dǎo)體，以便驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的第一驅(qū)動(dòng)部分，并有選擇地將具有第二電壓的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)脈沖傳給第二導(dǎo)體，以便驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的第二驅(qū)動(dòng)部分。
本發(fā)明的這些和其它目的是通過提供一個(gè)墨噴射打印頭來實(shí)現(xiàn)的，該墨噴射打印頭有一個(gè)墨噴射打印芯片，該芯片使用在墨噴射打印頭中，該打印頭有一個(gè)與給墨盒相連接的腔和一個(gè)噴嘴。一個(gè)驅(qū)動(dòng)器有第一驅(qū)動(dòng)部分和第二驅(qū)動(dòng)部分。第一和第二驅(qū)動(dòng)部分基本上放置在離噴嘴相同的距離上，以便簡化打印頭的幾何特性和所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)部分之間的相互關(guān)系。
本領(lǐng)域的普通專業(yè)技術(shù)人員從下面的詳細(xì)說明中很容易明白本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，這些說明只不過是通過描述實(shí)施本發(fā)明所設(shè)想的最佳形式來說明和描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。正如將要實(shí)施的一樣，本發(fā)明能夠有其它的不同的實(shí)施例，它的幾個(gè)部分在各種明顯的方面可以作出修改，而不脫離本發(fā)明。因此，附圖和說明事實(shí)上只是用來說明的本發(fā)明的，而不是限制本發(fā)明的。
為了更清楚地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在涉及下列結(jié)合附圖所作的說明，在說明中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。其中

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的頂部噴射打印頭的側(cè)視圖；圖2為本發(fā)明的打印頭加熱裝置的第一個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖2A為沿圖2中的剖線2A-2A截開的剖面圖，它僅僅表示電阻性元件和有關(guān)的導(dǎo)管；圖2B為代替圖2A的一個(gè)側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明打印頭第二個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖3A為沿圖3中的剖線3A-3A截開的剖面圖，它僅僅表示電阻性元件和有關(guān)的導(dǎo)管；圖3B為圖3和圖3A中的打印頭的頂視圖，它表示在相同電場分布情況下的氣泡形成；圖3C為圖3和圖3B中的打印頭的頂視圖，它表示在非均勻電場分布情況下的氣泡形成；圖4為本發(fā)明打印頭第三個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖4A為沿圖4中的剖線4A-4A截開的剖面圖，它僅僅表示電阻性元件和有關(guān)的導(dǎo)管；圖5為本發(fā)明打印頭第四個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖5A為沿圖5中的剖線5A-5A截開的剖面圖5B為沿圖5中的剖線5B-5B截開的剖面圖；圖6為本發(fā)明打印頭第五個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖6A為沿圖6中的剖線6A-6A截開的剖面圖；和圖6B為沿圖6中的剖線6B-6B截開的剖面圖。
首先參照?qǐng)D1，它表示一般墨噴射打印頭的滴定值噴射器。這種打印頭是與下面有關(guān)的實(shí)施例1-5所述的加熱裝置一起使用的常用打印頭。下面有關(guān)滴定值打印頭的主要說明反映本發(fā)明的操作環(huán)境，而不打算對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的每個(gè)元件進(jìn)行全面描述。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，多個(gè)滴噴射元件20通常平行排列成一行。滴噴射元件20是在固定在芯片23上的隔板22上形成，并集中在噴嘴板24的下面。為方便起見，以圖1所表示的方向來描述本發(fā)明，因此，在這里所使用的，如“上面”、“下面”和“左面”的術(shù)語是在相對(duì)的方向上來說明的。在隔板22和芯片23中形成的是一個(gè)通孔26。噴嘴板24包括一個(gè)布置在通孔26上方的墨儲(chǔ)存區(qū)28。從墨儲(chǔ)存區(qū)28兩側(cè)延伸的是一對(duì)墨輸送通道30，每個(gè)通道30與一個(gè)單獨(dú)的加熱腔32相連。裝在第個(gè)加熱腔32中的是一個(gè)單獨(dú)的加熱元件34，該加熱元件是本發(fā)明的主題。在噴嘴板24中形成的并從加熱腔32中向上延伸的是噴嘴36。墨是從通道26穿過墨儲(chǔ)存區(qū)28進(jìn)入加熱腔32。加熱元件34的作用使所噴出的墨穿一個(gè)單獨(dú)的噴嘴36。正如圖1所示，加熱元件34距離噴嘴板24的頂面38有一固定的距離，這樣加熱元件34的整個(gè)頂面離噴嘴36的出口具有相同的距離。
來自通道的墨被保留在每個(gè)墨輸送通道30內(nèi)，直到它隨著來自控制裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖而被加熱腔32中的加熱元件34迅速加熱并氣化為止。這個(gè)迅速氣化的墨形成一個(gè)氣泡，它將使一些墨通過噴嘴36噴射到復(fù)印紙40上。該微滴撞擊到紙上的與所生產(chǎn)圖象有關(guān)的特殊的位置上，并形成一個(gè)墨跡，它有一個(gè)與所噴射的微滴量直接有關(guān)的直徑。
參閱圖2-6，所述的加熱裝置是根據(jù)本發(fā)明的原理制成的。關(guān)于圖1-3，僅僅描述了一個(gè)可操作的薄膜層。而未描述的層被認(rèn)為與在標(biāo)準(zhǔn)熱敏墨噴射的運(yùn)用中所找到的層是一樣的，并為本領(lǐng)域中的普通專業(yè)技術(shù)人員所熟知的。
還應(yīng)該清楚，盡管本發(fā)明使用了用于墨滴形成的加熱元件(驅(qū)動(dòng)器)，但在實(shí)施本發(fā)明過程中也可以使用其它的墨滴形成的方法，例如，電磁螺旋管驅(qū)動(dòng)器和壓電驅(qū)動(dòng)器。
現(xiàn)在來看圖2和2A，它顯示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例構(gòu)成的打印頭加熱器。加熱元件50最好是由在墨噴射打印機(jī)應(yīng)用中通常使用的電阻性的加熱元件。加熱元件50包括一電阻性元件52，它被分成一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)部分54和一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部分56，所述的第一和第二部分都是矩形。第一驅(qū)動(dòng)部分54有一個(gè)左邊緣58和一個(gè)右邊緣60、一個(gè)頂邊緣62和一個(gè)底邊緣。左邊緣58連接導(dǎo)體C1a，它們兩個(gè)的寬度都為w。頂邊緣62和底邊緣64的長度都為a。
第二驅(qū)動(dòng)部分56有一個(gè)左邊緣70、一個(gè)右邊緣72、一個(gè)頂邊緣74和一個(gè)底邊緣76。右邊緣72靠近第二個(gè)導(dǎo)體C2a，它們兩個(gè)的寬度都是w。頂邊緣74和底邊緣7的長度都為A。第三個(gè)導(dǎo)體C3a放在第一驅(qū)動(dòng)部分54和第二驅(qū)動(dòng)部分56之間。導(dǎo)體C3a有一個(gè)左邊緣80和一個(gè)右邊緣82，所述左邊緣80與第一驅(qū)動(dòng)部分54的右邊緣60靠近并與之接觸，所述右邊緣82與第二驅(qū)動(dòng)部分56的左邊緣70靠近并與之接觸。導(dǎo)體C3a有一個(gè)與頂邊緣62和74找平的頂邊緣83。元件54和56的電阻可以通過改變導(dǎo)體C1a、C2a、C3a的寬度正如圖2中所示，從電阻性元件52向外延伸而改變。
導(dǎo)體C1a、C2a和C3a都與控制裝置電連接。所述控制裝置與第一直流電壓源V1電連接、第二直流電壓源V2和公共部分，如地連接。在操作中，控制裝置充當(dāng)一個(gè)開關(guān)作用，以便將導(dǎo)體C1a與V1、導(dǎo)體C2a與V2和導(dǎo)體C3a與公共部分連接，從而驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分54和56。另一方面，也可以將導(dǎo)體C3a直接與公共部分連接。
現(xiàn)在參閱圖2A，加熱器結(jié)構(gòu)50有一個(gè)平的上表面88和一個(gè)平的下表面90，它們分別由導(dǎo)體C1a、C2a、C3a和第一驅(qū)動(dòng)部分54、第二驅(qū)動(dòng)部分56組成。在圖2A所示的實(shí)施例中，三個(gè)導(dǎo)體都是用相同的遮光方式構(gòu)成的，所以它們是相同的薄膜層。在操作中，如果兩個(gè)加熱部分54和56的長度分別為A和B，那么其長度之比就決定了通過單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或聯(lián)合驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)部分所獲得的噴射墨量的之比。如果假設(shè)加熱器長度選擇為a＝2b，那么加熱元件50就變成三種最典型的滴噴射器，所噴射的墨量的變化比率大約為1∶2∶3。通過驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體C2a和C3a之間的部分來獲得最小的噴滴。通過驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體C1a和C3a之間的部分54來獲得中等的噴滴。通過同時(shí)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分54和56來獲得最大的噴滴。在本實(shí)施例中，與本專利中所描述的所有實(shí)施一樣，所提供的裝置可以用來將在第一電壓下的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)脈沖通過第一導(dǎo)體來傳輸，和用來將在第二電壓下的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)脈沖通過第二導(dǎo)體來傳輸。在第一個(gè)實(shí)施例中，將電壓傳給驅(qū)動(dòng)部分56的導(dǎo)體C2a。正如本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員所熟知的一樣，改變?cè)撁}沖的時(shí)間和寬度就可以獲得不同大小的滴。
圖2中的所有結(jié)構(gòu)也可以用圖2B所示的結(jié)構(gòu)來完成。圖2B中的元件執(zhí)行功能與圖2A中的元件執(zhí)行功能相同，圖2B中的元件將采用共同的數(shù)字標(biāo)號(hào)。如圖2B所示，電阻性的元件52形成了一個(gè)基層，在這個(gè)基層上固定有導(dǎo)體，C’1a、C’2a和C’3a。就這種布置而言，電阻性的驅(qū)動(dòng)元件52的第一驅(qū)動(dòng)部分54基本上在導(dǎo)體C’1a和C’3a之間形成，電阻性的驅(qū)動(dòng)元件52的第二驅(qū)動(dòng)部分56基本上在導(dǎo)體C’2a和C’3a之間形成。
能夠把圖2、2A和2B所示的實(shí)施例應(yīng)用到頂部射擊式或側(cè)面射擊式噴墨打印頭中。當(dāng)把它用在頂部射擊式噴墨打印頭中時(shí)，可以在相連接的加熱器上方設(shè)置一個(gè)噴嘴，或者設(shè)置兩個(gè)噴嘴，每個(gè)加熱器上方使用一個(gè)噴嘴。
參照?qǐng)D3和3A，它表示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的打印頭加熱裝置。加熱元件100包括一個(gè)平的矩形的電阻性元件102、一個(gè)與控制裝置連接的導(dǎo)體C1b、一個(gè)與控制裝置連接的導(dǎo)體C2b和一個(gè)與控制裝置連接的導(dǎo)體C3b。所述控制裝置與第一直流電壓源V1、第二直流電壓源V2和公共部分，如地連接?？刂蒲b置起到一個(gè)開關(guān)，用來連接導(dǎo)體C1b和V1、導(dǎo)體C2b和V2、和導(dǎo)體C3b和公共部分。另一方面，導(dǎo)體C2b能夠直接與公共部分連接，導(dǎo)體C3b與V2直接連接。電阻性元件102有一個(gè)頂部邊緣104、一個(gè)底部邊緣106、一個(gè)左邊緣108、一個(gè)右邊緣110和一個(gè)上表面112。導(dǎo)體C1b有一個(gè)頂部邊緣114、一個(gè)底部邊緣116、一個(gè)右邊緣118和一個(gè)平的下表面(圖中未示出)。導(dǎo)體C3b有一個(gè)頂部邊緣122、一個(gè)底部邊緣124、一個(gè)右邊緣126和一個(gè)平的底面128。導(dǎo)體C1b和C3b的寬度分別為A和B。導(dǎo)體C1b和C3b固定在電阻性元件102的頂部表面112上。導(dǎo)體C1b的右邊緣118和導(dǎo)體C3b的右邊緣126稍稍搭接在電阻性元件102的左邊緣108上。當(dāng)導(dǎo)體C3b的底部邊緣106和底部邊緣124對(duì)齊時(shí)，導(dǎo)體C1b的頂部邊緣114也和頂部邊緣104對(duì)齊。導(dǎo)體C1b的頂部邊緣116和導(dǎo)體C3b的頂部邊緣122相互之間隔開形成一個(gè)間隙。
導(dǎo)體C2b有一個(gè)與頂部邊緣104對(duì)齊的頂部邊緣130、一個(gè)與電阻性元件102對(duì)齊的底部邊緣106和一個(gè)與電阻性元件102搭接一點(diǎn)的左邊緣134。第一與第二導(dǎo)體的寬度之比決定最小的中等大小的滴的有關(guān)尺寸。第二實(shí)施例也可以起到上面描述的第一實(shí)施例中的三種形式的噴射裝置的作用。
參照?qǐng)D3B和3C，它表示了一個(gè)用來改變滴量的另一種結(jié)構(gòu)。控制裝置與可變電壓源V1相連，穩(wěn)定電壓源V2與公共部分相連。
當(dāng)V1為圖3B所示的地電位時(shí)，加熱器中的電場是不均勻布的，以便讓整個(gè)加熱器表面區(qū)域參加核化/氣泡過程，從而噴出一個(gè)不均勻的微滴量，形成一個(gè)不均勻的氣泡。
當(dāng)V1增加時(shí)，在C1b附近的電場將降低，如圖3C所示。這將直接影響到在該區(qū)域的電力消耗和氣泡的最后大小。當(dāng)V1增加到V2時(shí)，盡管氣泡將形成如圖3C所示的非均勻的形狀，而氣泡尺寸將會(huì)縮小。
參照?qǐng)D4和4A，它表示本發(fā)明第三實(shí)施例的打印頭加熱裝置。一個(gè)加熱元件150包括一個(gè)平的矩形電阻性元件152、一個(gè)第一導(dǎo)體(被分成兩個(gè)對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)部分C1c1和C1c2)、一個(gè)第二導(dǎo)體C2c、一處第三導(dǎo)體C3c和一個(gè)絕緣體I。電阻性元件152有一個(gè)頂邊緣154、一個(gè)底部邊緣156、一個(gè)左邊緣158、和一個(gè)右邊緣160。第一導(dǎo)體C1c1有一個(gè)與電阻性元件的頂部邊緣158對(duì)齊的頂部邊緣162、一個(gè)底部；邊緣164、和一個(gè)與電阻性元件152的左邊緣158部分電接觸的右邊緣166。第一導(dǎo)體的另一部分C1c2有頂部邊緣168、一個(gè)與電阻性元件152的底部邊緣156對(duì)齊的底部邊緣170和一個(gè)右邊緣172。模仿的絕緣體層I將導(dǎo)體C1c和C3c隔開。絕緣體有一個(gè)與導(dǎo)體C1c1頂部邊緣164接觸的頂部邊緣174、一個(gè)與導(dǎo)C1c2接觸的底部邊緣176和一個(gè)超過電阻性元件152的左邊緣158向里延伸的右邊緣178。
第三個(gè)導(dǎo)體C3c有一個(gè)部分180和一個(gè)向下延伸的部分182。導(dǎo)體C3c的下表面184與絕緣體I接觸。向下延伸部分180的下表面186與電阻性元件152的上表面188接觸。第二個(gè)導(dǎo)體C2c有一個(gè)與電阻性元件152的頂部邊緣154對(duì)齊的頂部邊緣190、一個(gè)與電阻性元件152的底部邊緣156對(duì)齊的底部邊緣192、和一個(gè)與電阻性元件152的右邊緣160稍微搭接的左邊緣194。
分別與第一直流電壓源V1、第二直流電壓源V2和公共部分連接的控制裝置。導(dǎo)體C1c1、C1c2、和導(dǎo)體C2c用一個(gè)屏敝方法制造。導(dǎo)體C3c用后屏敝方法制造。能夠使用第三實(shí)施作為三種形式的滴噴射器，驅(qū)動(dòng)成對(duì)的導(dǎo)體。為了獲得中等滴，就要驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體C1c1和C1c2。為了獲得大的滴，就要驅(qū)動(dòng)所有的導(dǎo)體。控制裝置作為一個(gè)開關(guān)，用來連接導(dǎo)體C1c1和C1c2與V1、導(dǎo)體C2c與V2、和導(dǎo)體C2c與公共部分。此外，導(dǎo)體C2c也能直接與公共部分連接。
另外，導(dǎo)體C1c1和C1c2也可以用放在絕緣體I下面的單個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成。
在第三實(shí)施例中，滴量也可以用上面圖3B和3C所示的相同的方法來改變。導(dǎo)體C1c1和C1c2能夠通過控制裝置與可變電壓源V1連接。導(dǎo)體C2c與公共部分或地連接。導(dǎo)體C3c與直流電壓源V2連接。
參照?qǐng)D5、5A和5B，它表示了本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的打印頭加熱裝置。一個(gè)加熱元件200包括一個(gè)平的第一矩形電阻性元件202、一個(gè)平的第二矩形電阻性元件204、一個(gè)平的第三矩形電阻性元件206、和一個(gè)第一導(dǎo)體208、一個(gè)第二導(dǎo)體210和一個(gè)第三導(dǎo)體212。
第一電阻性元件202有一個(gè)頂部邊緣214、一個(gè)底部邊緣216和一個(gè)右邊緣218。第二電阻性元件204有一個(gè)頂部邊緣220、一個(gè)底部邊緣222、一個(gè)右邊緣224和一個(gè)左邊緣226。第三電阻性元件206有一個(gè)頂部邊緣228、一個(gè)底部邊緣230和一個(gè)左邊緣232。第一電阻性元件202和第三電阻性元件206是對(duì)稱的，并且它們對(duì)稱布置在第二電阻性元件204附近。
第一電阻性元件202有一個(gè)右邊緣218，它與第二電阻性元件204的左邊緣226有一定間隔。第三電阻性元件206有一個(gè)左邊緣232，它與第二電阻性元件204的右邊緣224有一定間隔。頂部邊緣214、、220、和228對(duì)齊。底部邊緣222和230對(duì)齊。
電阻性元件202、204、206都為矩形且是平的。如圖5所示，第二電阻性元件204有一個(gè)截面區(qū)域比其它電阻性元件202或206截面區(qū)域要大。如圖5所示，電阻性元件202和206具有相同的橫截面。
第一導(dǎo)體208有一個(gè)細(xì)長部分240，該部分結(jié)束于一個(gè)橫向布置的橫向部分242。第一延伸的部分244從橫向部分242延伸，結(jié)束于與頂部邊緣214稍稍搭接的邊緣246，這樣底部表面處在第一電阻性元件202的上表面250上并與其電接觸。同樣的，右邊的延伸部分252超過頂部邊緣228并結(jié)束于邊緣254，這樣右延伸部分252的底表面256放在第三電阻性元件206的上表面258，并且同時(shí)電接觸。
第二導(dǎo)體210有一個(gè)細(xì)長的部分266，它與第一導(dǎo)體208的細(xì)長部分240有一間距。向下延伸部分268從細(xì)長部分266向下延伸，而且它有一個(gè)與第二電阻性元件204的上表面272接觸的表面270。
第一導(dǎo)體208、第二導(dǎo)體210和第三導(dǎo)體212都與控制裝置連接?？刂蒲b置與第一直流電壓源V1、第二直流電壓源V2連接，并與公共部分連接?？刂蒲b置作為一個(gè)開關(guān)，它用來連接第一導(dǎo)體208與V1、第二導(dǎo)體210與V2、和第三導(dǎo)體212與公共部分。另外，導(dǎo)體22也可以直接與公共部分連接。
第三導(dǎo)體212有一個(gè)上邊緣280，它與底部邊緣216、222和230平行。圖5A所示的導(dǎo)體212的表面282分別布置在第一電阻性元件202、第二電阻性元件204和第三電阻性元件206的表面284上、286和288上，這樣第三導(dǎo)體212與電阻性元件202、204、206電接觸。
參照?qǐng)D5B，它是一個(gè)側(cè)視圖。盡管對(duì)本發(fā)明來說不是必須的，但為了完整性，示出了加熱元件200的薄膜層。底層300為硅。覆蓋在底層300上的是由二氧化硅構(gòu)成的第二層302。在第二層302上所形成的第三層304是一層硼磷硅玻璃。第一、第二和第三電阻性元件202、204、206在第三層上形成。第一導(dǎo)體208和第二導(dǎo)體210是由布置在電阻性元件202、204、206上的部分構(gòu)成的。覆蓋所有的但向下延伸的部分268是一層氮化硅306。覆蓋在整個(gè)氮化硅層上的是一層碳化硅308。
第四實(shí)施例對(duì)于三種形式的滴噴射器是適用的。為了獲得小的滴，就驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體210。為了獲得大的滴，就驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體208。這兩種大小的滴的比率是由元件202、205和204的相應(yīng)的橫截面所決定的(假設(shè)第一和第二直流電壓源的電壓是相等的)。為了獲得最大的滴，就驅(qū)動(dòng)所有的導(dǎo)體。
參照?qǐng)D6、6A和6B，它表示本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的打印頭加熱裝置。加熱元件350包括一個(gè)平的矩形的第一電阻性元件352、一個(gè)平的矩形的第二電阻性元件354、一個(gè)平的矩形的第三電阻性元件356、一個(gè)第一導(dǎo)體358、一個(gè)第二導(dǎo)體360、一個(gè)第三導(dǎo)體362、和一個(gè)第四導(dǎo)體363。
第一電阻性元件352有一個(gè)頂部邊緣364、一個(gè)底部邊緣368和一個(gè)右邊緣370。第二電阻性元件354有一個(gè)頂部邊緣372、一個(gè)底部邊緣374、一個(gè)右邊緣378和一個(gè)左邊緣376。第三電阻性元件356有一個(gè)與頂部邊緣364對(duì)齊的頂部邊緣380、一個(gè)與底部邊緣366對(duì)齊的底部邊緣382、一個(gè)與右邊緣370具有相同長度的左邊緣384，和一個(gè)右邊緣386。右邊緣378的長度小于右邊緣370的長度。第一電阻性元件352和第三電阻性元件356對(duì)稱布置在第二電阻性元件354的附近，以便第一電阻性元件352的右邊緣370靠近第二電阻性元件354的左邊緣376并與它有一定的間距。同樣的，第三電阻性元件356的左邊緣384靠近第二電阻性元件354的右邊緣378并與它有一定的間距。
第一導(dǎo)體358有一個(gè)細(xì)長部分388，它結(jié)束于橫向部分390。如圖6A所示，橫向部分390有一個(gè)左部分394和一個(gè)右部分396。左部分394有一個(gè)布置在第一電阻性元件352的下表面398下面的上表面392，和一個(gè)布置在第三電阻性元件356的下表面400的下面的上表面402。
參照?qǐng)D6B，圖6B所示的是一側(cè)視圖。盡管剖面線6B-6B穿過第三電阻性元件356，但還是能明白，由于第一電阻性元件352與第三電阻性元件356是對(duì)稱的，下面描述適合這兩個(gè)元件。第三電阻性元件356有一個(gè)水平部分420，從它的一端延伸的是第一個(gè)向下延伸部分422和從的另一端延伸的是第地向下延伸部分424。向下延伸部分422有一個(gè)下表面430，它與第一導(dǎo)體358的上表面電接觸。同樣的，向下延伸部分424的下表面434與第三導(dǎo)體356的上表面436電接觸。
水平部分420的下表面438與第三導(dǎo)體356的上表面440垂直間隔一段距離。第二導(dǎo)體354有下表面(未示出)，它直接與第二導(dǎo)體360的上表面440接觸。
返回來參照?qǐng)D6，第三導(dǎo)體362有一個(gè)細(xì)長部分和一個(gè)橫向部分452，橫向部分被分成一個(gè)左側(cè)454和一個(gè)右側(cè)456。導(dǎo)體358、360、362和363都與控制裝置連接?？刂蒲b置作為一個(gè)開關(guān)，它用于導(dǎo)體358與V1、導(dǎo)體360與V2、和導(dǎo)體362與公共部分。另外，導(dǎo)體362和363能夠直接與公共部分連接。第五實(shí)施例適合用于通過驅(qū)動(dòng)一對(duì)導(dǎo)體的三種噴射形式。為了獲得小的滴，就驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體360。為了獲得大的滴，就驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體358。兩種滴之間的尺寸之比是由相應(yīng)的橫截面所決定的(假設(shè)第一和第二直流電壓源的電壓是相等的)。
通過前面的詳細(xì)描述，墨噴射打印頭加熱裝置已經(jīng)描述得很清楚了，所述的墨噴射打印頭加熱裝置能夠調(diào)節(jié)所噴射的墨滴的大小，而不需要復(fù)雜的電路，而且確定滴大小的因素之間的關(guān)系既簡單又明了。
對(duì)于普通專業(yè)技術(shù)人員來說，本發(fā)明能夠完成上面所提到的全部任務(wù)是很清楚的。在閱讀前面的說明之后，普通專業(yè)技術(shù)人員將能夠作出各種變化、同等物的替換和本發(fā)明其它方面的變化，如這里所公開的一樣。因此，這里獲得所授權(quán)的保護(hù)范圍僅僅是由權(quán)利要求所確定的范圍和等同物所確定。
權(quán)利要求
1.一種用于墨噴射打印頭的墨噴射打印頭芯片，該打印頭有一個(gè)與一給墨盒和噴嘴相連接的腔，所述的芯片包括一個(gè)具有第一驅(qū)動(dòng)部分和一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)裝置；其中所述的第一驅(qū)動(dòng)部分和所述的第二驅(qū)動(dòng)部分被放置在離噴嘴的距離基本相等的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，它還包括一個(gè)與所述的第一驅(qū)動(dòng)部分連接的第一導(dǎo)體；一個(gè)與所述的第二驅(qū)動(dòng)部分連接的第二導(dǎo)體；和一個(gè)與公共部分連接的第三導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的墨噴射打印頭芯片，其中所述的芯片與打印機(jī)連接，該打印機(jī)有一個(gè)裝置是用來將在第一電壓下的單個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖提供給所述的第一導(dǎo)體，以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器的第一部分，和用來將在第二電壓下的單個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖提供給所述的第二導(dǎo)體，以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器的第二部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的第一、第二和第三導(dǎo)體放置在同一個(gè)平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的電阻性元件被所述的第三導(dǎo)體分成所述的第一部分和第二部分，所述的第三導(dǎo)體與所述的第一和第二驅(qū)動(dòng)部分之間為電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的第一部分的截面區(qū)域是所述的第二部分的截面區(qū)域的兩倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，它還包括一個(gè)第三驅(qū)動(dòng)部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的第一導(dǎo)體與所述的第一驅(qū)動(dòng)部分的第一寬度端連接，所述的第二導(dǎo)體與第二寬度端連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的第三導(dǎo)體與所述的驅(qū)動(dòng)器的長度端連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)第一邊緣和一個(gè)第二邊緣，所述第一邊緣有一個(gè)長度，所述第一導(dǎo)體沿著所述長度的一部分上固定在所述第一邊緣，所述第二導(dǎo)體與所述第一導(dǎo)體間隔開并沿著所述長度的不同部分上固定在所述的第一邊緣上，所述第三導(dǎo)體沿著所述第二邊緣的整個(gè)長度上與所述的第二邊緣連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的第一導(dǎo)體固定到所述的第一邊緣的那部分長度與所述的第二導(dǎo)體固定在所述第一邊緣上的那部分長度是不同的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)第一邊緣和一個(gè)第二邊緣，所述第一導(dǎo)體在與所述第一邊緣的主要部分上與其相連接，所述的第三導(dǎo)體在與所述的第二邊緣的主要部分上與其相連接，它還包括一個(gè)絕緣體，它覆蓋一部分所述第一導(dǎo)體和一部分所述的驅(qū)動(dòng)器，其中所述第三導(dǎo)體與所述驅(qū)動(dòng)器上表面連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的有選擇輸送裝置，它能同時(shí)給所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體輸送獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)脈沖。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的有選擇輸送裝置，它能在不同的時(shí)間分別給所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體輸送獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)脈沖。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)器是平的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)電阻性元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)壓電元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的電阻性元件被放置在噴嘴的下面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的墨噴射打印頭是一個(gè)頂射式(top-shooter type)打印頭。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墨噴射打印頭芯片，其特征在于所述的墨噴射打印頭是一個(gè)側(cè)射式(side-shooter type)打印頭。
21.一種墨噴射打印頭，它有一個(gè)用于墨噴射打印頭的墨噴射打印頭芯片，所述打印頭有一個(gè)與一部分墨和噴嘴相連接的腔，所述的芯片包括一個(gè)具有第一驅(qū)動(dòng)部分和一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)裝置；其中所述的第一驅(qū)動(dòng)部分和所述的第二驅(qū)動(dòng)部分被放置在離噴嘴的距離基本相等的位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的墨噴射打印頭，它還包括一個(gè)與所述的第一驅(qū)動(dòng)部分連接的第一導(dǎo)體；一個(gè)與所述的第二驅(qū)動(dòng)部分連接的第二導(dǎo)體；和一個(gè)與公共部分連接的第三導(dǎo)體。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的墨噴射打印頭，其特征在于所述的芯片與打印機(jī)連接，該打印機(jī)有一個(gè)裝置是用來將在第一電壓下的單個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖提供給所述的第一導(dǎo)體，以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器的第一部分，和用來將在第二電壓下的單個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖提供給所述的第二導(dǎo)體，以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器的第二部分；和第三導(dǎo)體與公共部分和所述的驅(qū)動(dòng)器連接。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的墨噴射打印頭，它還包括一個(gè)第三驅(qū)動(dòng)部分。
25.一種墨噴射打印設(shè)備，它有一個(gè)帶有墨噴射打印頭芯片的打印頭，所述的打印頭有一個(gè)與一部分墨和噴嘴相連接的腔，所述的芯片包括一個(gè)具有第一驅(qū)動(dòng)部分和一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)裝置；其中所述的第一驅(qū)動(dòng)部分和所述的第二驅(qū)動(dòng)部分被放置在離噴嘴的距離基本相等的位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的墨噴射打印設(shè)備，它還包括一個(gè)與所述的第一驅(qū)動(dòng)部分連接的第一導(dǎo)體；一個(gè)與所述的第二驅(qū)動(dòng)部分連接的第二導(dǎo)體；和一個(gè)與公共部分連接的第三導(dǎo)體。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的墨噴射打印設(shè)備，它還包括一個(gè)用來將在第一電壓下的單個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖提供給所述的第一導(dǎo)體，以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器的第一部分，和用來將在第二電壓下的單個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖提供給所述的第二導(dǎo)體，以驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器的第二部分的裝置；和一個(gè)與公共部分和所述的驅(qū)動(dòng)器相連接的第三導(dǎo)體。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的墨噴射打印設(shè)備，它還包括一個(gè)第三驅(qū)動(dòng)部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于調(diào)節(jié)滴大小的墨噴射打印設(shè)備。通過提供一個(gè)用于墨噴射打印頭使用的墨噴射打印頭芯片來實(shí)現(xiàn)滴大小的調(diào)節(jié)。該芯片有一個(gè)與一部分墨和噴嘴相連接的腔,所述的芯片包括一個(gè)具有第一驅(qū)動(dòng)部分和一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)部分的驅(qū)動(dòng)裝置。所述的第一驅(qū)動(dòng)部分和所述的第二驅(qū)動(dòng)部分被放置在離噴嘴的距離基本相等的位置。
文檔編號(hào)B41J2/16GK1190620SQ98104109
公開日1998年8月19日 申請(qǐng)日期1998年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月24日
發(fā)明者羅伯特·威爾遜·康奈爾, 斯蒂文·羅伯特·康普林, 杰克·威廉·莫里斯, 詹姆斯·哈羅德·鮑爾, 勞倫斯·拉塞爾·斯圖爾德 申請(qǐng)人:萊克斯馬克國際公司