BR0113457B1

BR0113457B1 - cabeçote de impressão a jato de tinta e cabeçote de impressão a jato de tinta monocromático compacto.

Info

Publication number: BR0113457B1
Application number: BRPI0113457-4A
Authority: BR
Inventors: Joseph M Torgerson; Angela W Bakkom; Mark H Mackenzie; Simon Dodd
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2010-11-30
Also published as: PL359870A1; HK1044744A1; CN1213868C; US6585352B1; KR20020014712A; MXPA03001384A; CA2419242A1; TW562746B; PT1309454E; JP2004505818A; US6866364B2; PL200405B1; AU8830701A; CN1338378A; US20030184614A1; BR0113457A; CN1469809A; RU2276639C2; AR030358A1; KR20080025388A

Description

"CABEÇOTE DE IMPRESSÃO A JATO DE TINTA E CABEÇOTE DEIMPRESSÃO A JATO DE TINTA MONOCROMÁTICO COMPACTO"

Campo da Invenção

A presente invenção está relacionada em geral a cabeçotesde impressão a jato de tinta térmicas (TIJ) e maisespecificamente a um sistema e método para impressão comalto desempenho que usa um cabeçote de impressãomonocromático compacto tendo arranjos escalonados em altadensidade de geradores de gota de tinta.

Antecedentes da Invenção

Impressoras a jato de tinta térmicas (TIJ) são popularese largamente usadas no campo da computação. Estasimpressoras são descritas por W.J. Lloyd e H.T. Taub em"Dispositivos a Jato de Tinta", capítulo 13 deDispositivos de Saída de Cópia de Leitura Direta (Ed.R.C. Durbeck e S.Sherr, San Diego: Academic Press, 1988)e Patentes U.S. Nos. 4.490.728 e 4.313.684. Impressoras ajato de tinta produzem impressão de alta qualidade, sãocompactos e portáteis e imprimem rapidamente esilenciosamente porque apenas a tinta atinge um meio deimpressão (tal como papel).

Uma impressora a jato de tinta produz uma imagem impressaimprimindo uma matriz de pontos individuais (ou pixels)em posições definidas especificamente de um sistema.

Estas posições dos pontos, que são convenientementevisualizadas como sendo pequenos pontos em um sistemaretilíneo, são definidas pela matriz sendo impressa. Aoperação de impressão portanto pode ser descrita como opreenchimento de uma matriz de posições de pontos compontos de tinta.

Impressoras a jato de tinta imprimem pontos ejetando umpequeno volume de tinta sobre o meio de impressão. Umdispositivo de fornecimento de tinta tal como umreservatório de tinta, fornece tinta para os geradores degota de tinta. Os geradores de gota de tinta sãocontrolados por um microprocessador ou outro controladore ejetam gotas de tinta em tempos apropriados mediantecomando pelo microprocessador. A temporização dosejetamentos de gota de tinta geralmente corresponde àmatriz de pixel da imagem sendo impressa.

Em geral, os geradores de gota de tinta ejetam gotas detinta através de um orifício (tal como um bocal)aquecendo rapidamente um volume pequeno de tintalocalizada dentro de uma câmara de descarga ouvaporização. A vaporização das gotas de tinta étipicamente concluída usando um aquecedor elétrico, talcomo um resistor de película fina (ou de disparo) . Oejetamento de uma gota de tinta é alcançado passando umacorrente elétrica através de um resistor de disparoselecionado para superaquecer uma camada fina de tintalocalizada dentro de uma câmara de descarga selecionada.Este superaquecimento provoca uma vaporização explosivada camada fina de tinta e um ejetamento de gota de tintaatravés de um bocal associado do cabeçote de impressão.Os ejetamentos de gota de tinta são posicionados no meiode impressão por um conjunto de carro móvel que dásuporte a um conjunto de cabeçote de impressão contendoos geradores de gotas de tinta. 0 conjunto de carroatravessa por cima da superfície do meio de impressão eposiciona o conjunto de cabeçote de impressão dependendoda matriz sendo impressa. 0 conjunto de carro verificadeslocamento relativo entre o conjunto de cabeçote deimpressão e o meio de impressão ao longo de um "eixo devarredura". Em geral, o eixo de varredura está em umadireção paralela à largura do meio de impressão e umaúnica "varredura" do conjunto de carro significa que oconjunto de carro desloca o conjunto de cabeçote deimpressão uma vez através aproximadamente da largura domeio de impressão. Entre varreduras, o meio de impressãoé tipicamente avançado em relação ao cabeçote deimpressão ao longo de um "eixo de avanço de meio (oupapel)" que é perpendicular ao eixo de varredura (egeralmente ao longo do comprimento do meio de impressão).Quando o conjunto de cabeçote de impressão é movido aolongo do eixo de varredura é gerada uma fileira de linhasintermitentes. A superposição destas linhas intermitentescria a apresentação como texto ou imagem de uma imagemimpressa. A resolução da impressão ao longo do eixo deavanço de meio é freqüentemente mencionada como umadensidade destas linhas intermitentes ao longo do eixo deavanço de meio. Deste modo, quanto mais alta for adensidade das linhas intermitentes no eixo de avanço demeio, maior a resolução da impressão ao longo daqueleeixo.

A densidade das linhas intermitentes ao longo do eixo deavanço de meio (e deste modo a resolução da impressão)pode ser elevada aumentando o número de geradores de gotade tinta no cabeçote de impressão. Isto resulta em melhorresolução da impressão e aumento da velocidade deimpressão. Além do mais, devido a vários fatores, édesejável aumentar o número de geradores de gota de tintasem aumentar o tamanho do cabeçote de impressão. Noentanto, aumentando simplesmente o número de geradores degota de tinta em um cabeçote de impressão existente,aumenta muito a quantidade de calor dissipada no cabeçotede impressão durante as operações de impressão. Estadissipação de calor elevada pode provocar amplitudestérmicas indesejadas do cabeçote de impressão. Estasgrandes amplitudes térmicas no cabeçote de impressãoafetam adversamente a operação do cabeçote de impressão epode provocar defeitos na qualidade da impressão,interrupção térmica do cabeçote de impressão e mesmofalha no cabeçote de impressão como um todo.

Uma técnica que pode ser usada para evitar grandesamplitudes térmicas é reduzir a velocidade do cabeçote deimpressão. Esta técnica no entanto invalida o efeitopositivo de prover mais geradores de gota de tinta nocabeçote de impressão. Uma outra técnica que pode serusada para evitar uma grande amplitude térmica é aumentaro tamanho do cabeçote de impressão. Uma desvantagemprimária desta técnica no entanto é que aumentando otamanho do cabeçote de impressão aumenta o custo dosistema de impressão. Isto é inaceitável porque sistemasde impressão estão reduzindo rapidamente em preço e umsistema de impressão tendo um custo aumentado de umcabeçote de impressão maior não será competitivo nomercado. 0 que é necessário portanto é um caminho paraprover um cabeçote de impressão compacto com altodesempenho e grande número de bocais que não permitaamplitudes térmicas deletérias.

Sumário da Invenção

Para superar as limitações na técnica anterior comodescritas acima e para superar outras limitações que setornarão aparentes mediante leitura e entendimento dapresente especificação, a presente invenção é configuradaem um cabeçote de impressão a jato de tinta monocromáticocompacto tendo alta densidade de geradores de gota detinta. A presente invenção provê um design de altodesempenho que possibilita alta resolução e altavelocidade de impressão enquanto reduz custo devido a umuso eficiente do espaço do cabeçote de impressão. Emparticular, o cabeçote de impressão compacto com altodesempenho da presente invenção inclui vários desempenhospara melhorar aspectos que permitam um grande número degeradores de gota de tinta para serem arranjados em umcabeçote de impressão compacto enquanto minimizaproblemas tais como amplitudes térmicas.

0 cabeçote de impressão a jato de tinta monocromáticocompacto da presente invenção possibilita impressão comalto desempenho que inclui impressão de alta resolução ealta velocidade. Em particular, uma técnica usada paraaumentar a resolução e a velocidade de impressão éaumentar o número de geradores de gota de tinta, deslocá-los em relação a grupos de outros geradores de gota detinta e operar os geradores de gota de tinta a uma altafreqüência. Estes arranjos escalonados em alta densidadeajudam a aumentar uma resolução efetiva do cabeçote deimpressão. A presente invenção inclui arranjosescalonados em alta densidade de geradores de gota detinta dispostos em um substrato de cabeçote de impressãocompacto. Cada gerador de gota de tinta é uma estruturade película fina formada em substrato de cabeçote deimpressão que é fluidicamente acoplada a um dispositivode fornecimento de tinta e inclui um bocal. A tinta éfornecida aos geradores de gota de tinta e ao tempoapropriado aquecida e ejetada do bocal associado.

Em uma configuração preferida, a densidade do gerador degota de tinta no cabeçote de impressão compacto excede 10geradores de gota de tinta por milímetro quadrado e ocabeçote de impressão compacto contém pelo menos 350bocais. Os geradores de gota de tinta (e bocaiscorrespondentes) são arranjados em pelo menos três linhasparalelas. Cada linha é deslocada (ou defasada) emrelação a uma linha adjacente para prover um afastamentoefetivo maior do que arranjos não-escalonados.

A presente invenção também reduz custos associados com umcabeçote de impressão tendo uma alta densidade degeradores de gota de tinta ao colocar os geradores em umcabeçote de impressão compacto. Para facilitar uma altadensidade de geradores de gota de tinta em um substratocompacto a presente invenção inclui várias técnicas paramelhorar a eficiência térmica. Uma técnica para melhorara eficiência térmica é prover geradores de gota de tintaeficientes termicamente tendo uma estrutura de películafina que inclui resistores de alta resistência e umacamada fina de passivação.

Os arranjos em alta densidade dos geradores de gota detinta em um cabeçote de impressão compacto provêimpressão de alto desempenho em um pacote portátil e decusto baixo. Especificamente, ao usar geradores de gotade tinta eficientes termicamente e prover controletérmico excepcional do cabeçote de impressão compacto, apresente invenção pode prover impressão de altavelocidade, alta resolução e alta qualidade. A presenteinvenção também inclui um método de impressão de altodesempenho usando o cabeçote de impressão a jato de tintacompacto da presente invenção.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção assimcomo um entendimento mais completo desta ficarão claros apartir da descrição detalhada seguinte obtida emconjunção com os desenhos que a acompanham ilustrandocomo forma de exemplo os princípios da invenção. Além domais, é pretendido que o escopo da invenção seja limitadopelas reivindicações e não pelo sumário anterior ou peladescrição detalhada seguinte.

Breve Descrição dos Desenhos

A presente invenção pode ser adicionalmente entendidapela referência à descrição seguinte e desenhos anexadosque ilustram a configuração preferida. Outrascaracterísticas e vantagens ficarão claras a partir dadescrição detalhada seguinte da configuração preferidaobtida em conjunção com os desenhos que a acompanham, osquais ilustram como forma de exemplo os princípios dapresente invenção.

Referindo-se agora aos desenhos nos quais números dereferências iguais representam partes correspondentes emtodas as partes:

A Fig.l é um diagrama de bloco de um sistema de impressãototal incorporando a presente invenção.

A Fig.2 é um sistema de impressão exemplificativo queincorpora o cabeçote de impressão a jato de tintacompacto de alta densidade e alto desempenho da presenteinvenção e é apresentada com propósitos apenasilustrativos.

A Fig.3 ilustra um conjunto de carro exemplificativo dosistema de impressão da Fig.2 que dá suporte ao cabeçotede impressão a jato de tinta compacto de alta densidade ealto desempenho da presente invenção.

A Fig.4 e uma vista em perspectiva do conjunto decabeçote de impressão da presente invenção e éapresentado por propósitos apenas ilustrativos.

A Fig.5A é uma representação da vista plana de umcabeçote de impressão exemplificativa da presenteinvenção ilustrando a disposição de bocais.

A Fig.5B descreve uma vista plana de uma porção docabeçote de impressão da Fig.5A com a camada de orifícioremovida e ilustrando os arranjos escalonados dosgeradores de gota de tinta.

A Fig.5C é uma vista isométrica em corte do cabeçote deimpressão da Fig.5A ilustrando as várias camadas docabeçote de impressão.

A Fig.6 é uma representação da vista plana do cabeçote deimpressão exemplificativa da Fig.5 com a camada de bocaldo cabeçote de impressão removida e revelando a matriz deresistores que é a base dos bocais.

A Fig.7 é uma configuração exemplificativa da rota daenergia primitiva para o cabeçote de impressão 500apresentada na Fig.5A.

A Fig.8A é uma configuração exemplificativa ilustrando umúnico fio de conexão de aterramento para o cabeçote deimpressão apresentada na Fig.5A.

A Fig.8B é uma outra configuração exemplificativailustrando dois fios de conexão de aterramento para ocabeçote de impressão apresentada na Fig.5A.

A Fig.9 é uma vista em perspectiva em corte de um geradorde gota de tinta exemplificativo da presente invenção.

A Fig.10A é uma vista plana do resistor de descargaapresentado na Fig.9.

A Fig.10B é uma vista de lado do resistor de descarga daFig.10A ilustrando a estrutura de película fina doresistor de descarga.

Descrição Detalhada das Configurações Preferidas

Na descrição seguinte da invenção é feita referência aosdesenhos que a acompanham, na qual é apresentado comoforma de ilustração um exemplo específico através do quala invenção pode ser praticada. É para ser entendido queoutras configurações podem ser utilizadas e mudançasestruturais podem ser feitas sem se afastarem do escopoda presente invenção.A presente invenção é configurada em um cabeçote deimpressão monocromático compacto tendo arranjosescalonados em alta densidade de geradores de gota detinta. Estes arranjos provêem a presente invenção comimpressão de alta resolução e alta velocidade. Paraalcançar ótimo desempenho no sistema de impressão, umnúmero de aspectos da presente invenção é importante.

Um aspecto da presente invenção envolve o uso de umcabeçote de impressão de alta resolução tendo um altonúmero de bocais que opera em alta freqüência. Aresolução de um cabeçote de impressão (quando em oposiçãoa um documento impresso) é medida de acordo com um númerode bocais por polegada linear. Isto é medido em umadireção que é alinhada com o eixo de avanço de meio e, nocaso de cabeçotes de impressão de varredura,transversalmente ao eixo de varredura. Em umaconfiguração exemplificativa, o cabeçote de impressão dapresente invenção tem um tamanho de sistema de bocal deum terço de uma polegada e uma resolução combinada de1200 pontos por polegada (dpi) medido ao longo do eixo deavanço de meio. Além disso, a freqüência de operação docabeçote de impressão nesta configuração exemplificativaé de pelo menos 12 quilohertz (kHz).

0 cabeçote de impressão da presente invenção usa arranjosescalonados de geradores de gota de tinta para aumentar aqualidade, a velocidade e a resolução da impressão. Emparticular, uma pluralidade de geradores de gota de tintaé disposta ao longo de eixos múltiplos e é posicionadapara varrer através da mesma porção de meios de impressãona direção do eixo de avanço de meio. Cada pluralidade degeradores de gota de tinta ao longo de um eixo (ou gruposde eixo) tem linhas centrais e as linhas centrais detodos os grupos de eixo são paralelas ao eixo de avançode meio e são espaçadas entre si em uma direçãotransversal ao eixo de avanço de meio. Os bocais de cadagrupo de eixo são escalonados em relação aos outrosgrupos de eixo tal que pelo menos três grupos de eixotenham uma resolução combinada (medida ao longo do eixode avanço de meio) maior do que o dobro da resolução deum único grupo de eixo. 0 deslocamento prove impressão demaior resolução em menos passagens e prove altavelocidade de impressão com alta resolução aumentando adensidade efetiva do bocal no eixo de avanço de meio.Detalhes adicionais do cabeçote de impressão da presenteinvenção são discutidos em pedidos de patente da Hewlett-Packard número de procurador No. 109 92 318-1 número desérie _ co-pendente, intitulado "Cabeçote de

Impressão a Jato de Tinta de alta densidade e AltoDesempenho tendo Operação Multímodo" por Joe Torgerson etal. e preenchido na mesma data do presente pedido.Em uma configuração exemplificativa, o cabeçote deimpressão contém quatro grupos de eixo tendo linhascentrais que são mutuamente paralelas e são espaçadasentre si em uma direção transversal às linhas centrais.Cada grupo de eixo tem um afastamento de eixo (ouresolução) de aproximadamente 300 dpi. Os arranjosescalonados providos pela presente invenção provêem umafastamento efetivo de todos os quatro grupos de eixocombinados de 12 00 dpi (medidos ao longo do eixo domeio). Preferivelmente, as extremidades dos quatro gruposde eixo são alinhadas para dentro 1/300 avos de umapolegada para que o afastamento efetivo da combinação detodos os quatro grupos de eixo seja de 1200 dpi deextremidade a extremidade por fileira coberta durante umavarredura de impressão.

Um outro aspecto da presente invenção inclui o uso de umleiaute eficiente em espaço do grande número de bocaispara minimizar o tamanho do cabeçote de impressão epossibilitar o uso do cabeçote de impressão em um sistemade impressão de custo relativamente baixo. Este leiauteeficiente em espaço inclui um substrato com alta taxatendo duas fendas centrais alimentadoras de tinta que têmarranjos muito compactos e primitivos de geradores degota de tinta tendo fios de aterramento comuns. Um outroaspecto ainda da presente invenção inclui um designeficiente em energia para os geradores de gota de tinta.Usando resistores de resistência relativamente alta quetêm camadas de proteção de impedância térmicarelativamente baixa, a quantidade de energia térmicatransferida para o substrato por gerador de gota éminimi zada.

A Fig.l é um diagrama de bloco de um sistema de impressãototal incorporando a presente invenção. O sistema deimpressão 100 pode ser usado para imprimir em um meio,tal como tinta em um meio de impressão 102 (que pode serpapel). 0 sistema de impressão 100 é acoplado a umsistema hospedeiro 105 (tal como um computador oumicroprocessador) para produzir dados de impressão. 0sistema de impressão 100 inclui uma controladora 110, umfornecimento de energia 120, um dispositivo de transportede meio de impressão 12 5, um conjunto de carro 13 0 e umapluralidade de dispositivos de comutação 135. Umdispositivo de fornecimento de tinta 115 é fluidicamenteacoplado a um conjunto de cabeçote de impressão 150 paraprover seletivamente tinta para o conjunto de cabeçote deimpressão 150. O dispositivo de transporte de meio deimpressão 12 5 provê um meio de mover um meio de impressão102 (tal como papel) relativo ao sistema de impressão100. Similarmente, o conjunto de carro 130 dá suporte aoconjunto de cabeçote de impressão 150 e provê um meio demover o conjunto de cabeçote de impressão 150 para umalocalização específica sobre o meio de impressão 102 comoinstruído pela controladora 110.

O conjunto de cabeçote de impressão 150 inclui umaestrutura compacta de cabeçote de impressão 160. Comodescrito em detalhes abaixo, a estrutura de cabeçote deimpressão 160 da presente invenção contém uma pluralidadede várias camadas incluindo um substrato (nãoapresentado). 0 substrato de cabeçote de impressão podeser um único substrato monolítico que é feito de qualquermaterial apropriado (preferencialmente tendo umcoeficiente baixo de expansão térmica) tal como porexemplo silicone. A estrutura do cabeçote de impressão160 também inclui arranjos escalonados em alta densidadede geradores de gota de tinta 165 formado no substrato decabeçote de impressão. Os arranjos de geradores de gotade tinta 165 incluem um design eficiente termicamente quepermite que um grande número de geradores de gota detinta seja disposto em um substrato de cabeçote deimpressão relativamente compacto sem grandes amplitudestérmicas. Além disso, cada uma das disposições degeradores de gota de tinta 165 inclui uma pluralidade deelementos para fazer com que uma gota de tinta sejaejetada do conjunto de cabeçote de impressão 150. Aestrutura compacta do cabeçote de impressão 160 tambéminclui uma interface elétrica 170 que prove energia paraos dispositivos de comutação 135 que por sua vez provêemenergia para os arranjos escalonados em alta densidadedos geradores de gota de tinta 165.

Durante a operação do sistema de impressão 100, ofornecimento de energia 12 0 provê uma voltagem controladapara a controladora 110, o dispositivo de transporte domeio de impressão 125, o conjunto de carro 130 e oconjunto de cabeçote de impressão 150. Além disso, acontroladora 110 recebe os dados de impressão do sistemahospedeiro 105 e processa os dados em informações decontrole da impressora e dados de imagem. Os dadosprocessados, dados de imagem e outros dados geradosestática e dinamicamente são providos para o dispositivode transporte do meio de impressão 125, o conjunto decarro 130 e o conjunto de cabeçote de impressão 150 paracontrolar eficientemente o sistema de impressão 100.

A Fig.2 é um sistema de impressão exemplificativo queincorpora o cabeçote de impressão a jato de tinta de altadensidade e alto desempenho da presente invenção e éapresentada para propósitos apenas ilustrativos. Comoapresentado na Fig.2, o sistema de impressão 200 incluiuma bandeja 222 para retenção do meio de impressão.Quando uma operação de impressão é iniciada, o meio deimpressão é transportado para dentro do sistema deimpressão 200 a partir da bandeja 222 preferivelmenteusando um alimentador de folhas 22 6 em uma direção de umeixo de avanço do meio 227. 0 meio de impressão é entãotransportado em uma direção em forma de U dentro dosistema de impressão 200 e termina na direção oposta daentrada em direção a uma bandeja de saída 228. Outrostrajetos de meio de impressão tal como um trajeto depapel reto também podem ser usados.

Após entrada no sistema de impressão 200, o meio deimpressão fica parado dentro de uma zona de impressão 230e o conjunto de carro 13 0 que dá suporte a pelo menos umconjunto de cabeçote de impressão 150 da presenteinvenção, é então movido (ou varrido) através do meio deimpressão em uma direção do eixo de varredura 234 paraimprimir uma fileira de gotas de tinta. O conjunto decabeçote de impressão 150 pode ser removivelmente montadoou permanentemente montado ao conjunto de carro 130. Alémdisso, o conjunto de cabeçote de impressão 150 é acopladoao dispositivo de fornecimento de tinta 115. Odispositivo de fornecimento de tinta 115 pode ser umdispositivo de fornecimento de tinta independente (talcomo um reservatório de tinta independente).

Alternativamente, o conjunto de cabeçote de impressão 150pode ser acoplado fluidicamente via um conduite flexívelao dispositivo de fornecimento de tinta 115. Como umaalternativa adicional, o dispositivo de fornecimento detinta 115 pode ser um ou mais conteiners de tintaseparados ou separáveis do conjunto de cabeçote deimpressão 150 e removivelmente montado ao conjunto decarro 13 0.

A Fig.3 ilustra um conjunto de carro exemplificativo dosistema de impressão da Fig.2 que dá suporte ao cabeçotede impressão a jato de tinta de alta densidade e altodesempenho da presente invenção. 0 conjunto de carro 13 0inclui um carro de varredura 32 0 que dá suporte aoconjunto de cabeçote de impressão 150 que pode serremovível ou permanentemente montado ao carro devarredura 320. A controladora 110 é acoplada ao carro devarredura 320 e provê informações de controle ao conjuntode cabeçote de impressão 150.

O carro de varredura 32 0 é móvel ao longo de uma direçãode trajeto reto no eixo de varredura 234. Um motor docarro 3 50 tal como motor escalonador transporta o carrode varredura 320 ao longo do eixo de varredura 234 deacordo com comandos de uma controladora de posição 354(que está em comunicação com a controladora 110) . Acontroladora de posição 354 é provida de memória 358 parapossibilitar que a controladora de posição 354 saiba suaposição ao longo do eixo de varredura 234. A controladorade posição 354 é acoplada a um motor do rolo de impressão362 (tal como um motor escalonador) que transporta o meiode impressão 102 de forma incrementada. 0 meio deimpressão 102 é movido por uma pressão aplicada entre omeio de impressão 102 e um rolo de impressão 370. Aenergia elétrica para fazer funcionar os componenteselétricos do sistema de impressão 200 (tal como o motordo carro 350 e motor do rolo de impressão 362) assim comoa energia para fazer o conjunto de cabeçote de impressão150 ejetar gotas de tinta é provida pelo fornecimento deenergia 12 0.

Em geral, uma operação de impressão ocorre alimentando omeio de impressão 102 a partir da bandeja 222 etransportando o meio de impressão 102 para dentro da zonade impressão 230 rodando o motor do rolo de impressão 362e deste modo o rolo de impressão 370 no eixo de avanço domeio 227. Quando o meio de impressão 102 é posicionadocorretamente na zona de impressão 230, o motor do carro350 posiciona (ou varre) o carro de varredura 320 e oconjunto de cabeçote de impressão 150 acima do meio deimpressão 102 no eixo de varredura 234 para imprimir.

Depois de uma única varredura ou múltiplas varreduras, omeio de impressão 102 é então escalonado de formaincrementada pelo motor do rolo de impressão 362 no eixode avanço do meio 227 por este meio posicionando umaoutra área do meio de impressão 102 na zona de impressão230. 0 carro de varredura 320 novamente varre através domeio de impressão 102 para imprimir uma outra fileira degotas de tinta. 0 processo é repetido até que os dadosdesejados de impressão tenham sido impressos no meio deimpressão 102 até o ponto em que o meio de impressão éejetado dentro da bandeja de saída 22 8.

O cabeçote de impressão compacto da presente invençãoinclui arranjos escalonados em alta densidade degeradores de gota de tinta que provê impressão com altaresolução em alta velocidade. Os arranjos em altadensidade de geradores de gota de tinta têm um designeficiente termicamente para permitir que uma altadensidade de geradores de gota de tinta seja disposta emum substrato compacto do cabeçote de impressão. Em umaconfiguração preferida, o substrato compacto do cabeçotede impressão tem uma densidade de gerador de gota detinta excedendo aproximadamente 10 geradores de gota detinta por milímetro quadrado. Além do mais, em umaconfiguração preferida os geradores de gota de tinta sãoarranjados em grupos ao longo de pelo menos quatro eixos(cada um conhecido como um grupo de eixo) com cada grupode eixo tendo uma pluralidade de bocais. A pluralidade debocais para cada grupo de eixo é de aproximadamente umterço de uma polegada em comprimento resultando emaproximadamente doze bocais por milímetro quadrado. 0gerador de gota de tinta eficiente termicamente dapresente invenção é uma estrutura de película fina queinclui uma estrutura de resistor eficiente termicamentetendo uma alta resistência e uma passivação fina.

Um outro aspecto da presente invenção é ter um númeroreduzido de linhas de entrada para o cabeçote deimpressão em relação ao número de geradores de gota detinta localizados no substrato compacto do cabeçote deimpressão. Em particular, os geradores de gota de tintasão arranjados em grupos chamados primitivos e napresente invenção o número de conexões de aterramento daimpressora é menor do que o número de primitivos. Em umaconfiguração preferida, existem quatro conexões deaterramento para dezesseis primitivos. Além do mais, umoutro aspecto é ter gotas de tinta sendo ejetadas com umpeso baixo de gota a uma alta freqüência de ejetamento.

Por exemplo, em uma configuração preferida as gotas detinta têm um peso de gota de tinta de cerca de 15nanogramas e são ejetadas em uma freqüência de ejetamentode mais de 12 quilohertz (kHz).

A Fig.4 é uma vista em perspectiva do conjunto decabeçote de impressão da presente invenção e éapresentada para propósitos apenas ilustrativos. Umadescrição detalhada da presente invenção segue comreferência o conjunto de cabeçote de impressão típicousado com um sistema de impressão típico, tal como aimpressora 200 da Fig.2. No entanto, a presente invençãopode ser incorporada em qualquer cabeçote de impressão econfiguração de impressora. Referindo-se às Figs.1 e 2junto com a Fig.4, o conjunto de cabeçote de impressão150 é composto de um conjunto de cabeçote a jato de tintatérmica 402 e um corpo do cabeçote de impressão 404. Oconjunto de cabeçote a jato de tinta térmica 402 pode serum material flexível geralmente mencionado como umconjunto de Ligamento de Fita Automatizada (TAB) e podeconter atenuadores interconectados 412. Os atenuadoresinterconectados 412 são presos apropriadamente aoconjunto de cabeçote de impressão 150 (também chamadocartucho de impressão) por exemplo por um materialadesivo. Os atenuadores de contato 408 se alinham com eeletricamente eletrodos de contato (não apresentados) noconjunto de carro 130.

A Fig.5A é uma representação da vista plana de umcabeçote de impressão exemplificativa da presenteinvenção ilustrando a disposição de bocais. Deve sernotado que a Fig.5A é uma ilustração simplificada. Porexemplo, o número de bocais ilustrado tem sidoimensamente reduzido a partir da configuração comercialpretendida ou exemplificativa. Um cabeçote de impressãoexemplificativa 500 inclui um substrato compacto 510tendo uma pluralidade de geradores de gota de tinta,atenuadores de entrada 515 e uma camada de orifício 520.A camada de orifício 520 contém uma pluralidade de bocais530 que corresponde à pluralidade de geradores de gota detinta.

Em uma configuração exemplificativa da Fig.5A, o cabeçotede impressão tem uma resolução de bocal combinada deaproximadamente 1200 pontos por polegada (dpi). Relatadode uma outra forma, o afastamento combinado (ou efetivo)do cabeçote de impressão é de 1/2000 avos de uma polegadamedida ao longo de um eixo de referência L. Os bocais docabeçote de impressão operam com uma freqüência deoperação que pode exceder 12 kHz.

Para alcançar uma alta resolução de impressão, o cabeçotede impressão exemplificativa da presente invenção comoapresentada na Fig.5A tem os bocais dispostos em quatrogrupos de eixo (apresentados como Grupos de 1 a 4 naFig.5A). Cada grupo de eixo tem uma linha central(apresentada como linhas tracejadas na Fig.5A) que égeralmente paralela às linhas centrais dos outros gruposde eixo e ao eixo de referência L . Em operação, o eixode referência L é alinhado com o eixo de avanço do meio227. Cada grupo de eixo tem um afastamento do eixo Pmedido em relação ao eixo de referência L. Os bocais decada grupo de eixo são escalonados em relação aos bocaisdos outros grupos de eixo e em relação ao eixo dereferência L. Como apresentado na Fig.5A, cada grupo deeixo tem um afastamento do eixo de P, e o afastamentoefetivo para a combinação de todos os quatro grupos deeixo é de P/4 em relação ao eixo de referência L. (ou umquarto do afastamento de qualquer grupo de eixo). Além domais, o Grupo Ieo Grupo 3 podem ser combinados paraprover um afastamento efetivo de P/2. Similarmente, oGrupo 2 e o Grupo 4 podem ser combinados para prover umafastamento efetivo de P/2 . Nessa configuraçãoexemplificativa, o afastamento do eixo P de cada grupo deeixo é de 1/300 avos de uma polegada, mas esta técnica dedeslocamento de três ou mais grupos de eixo para proveruma resolução aumentada pode ser aplicada em qualquerafastamento de eixo. Enquanto os bocais de cada grupo deeixo são ilustrados para serem substancialmentecolineares, deve ser observado que alguns dos bocais deum grupo de eixo podem estar ligeiramente longe da linhacentral do grupo de eixo. Isto pode ocorrer por exemploquando existe uma necessidade de compensar por retardosda descarga.

A Fig.5B descreve uma vista plana de uma porção docabeçote de impressão da Fig.5A com a camada de orifícioremovida e ilustrando os arranjos escalonados degeradores de gota de tinta. Especificamente, o cabeçotede impressão 500 inclui geradores de gota de tinta 540dispostos no substrato compacto 510. Os bocais 530recobrindo os geradores de gota de tinta 540 sãoarranjados dentro dos grupos de eixo, incluindo o Grupo1, o Grupo 2, o Grupo 3 e o Grupo 4. Os grupos de eixo degeradores de gota de tinta são espaçados entre sitransversalmente em relação ao eixo de referência L. Emuma configuração preferida, o eixo de referência L éalinhado com o eixo de avanço do meio 227. Um único grupode eixo de geradores de gota de tinta tem uma certaresolução de eixo definida como 1 dividido por umafastamento do eixo (l/P) para uma única passagem docabeçote de impressão 500 sobre o meio de impressão. Emuma configuração exemplificativa, a resolução de eixo(l/P) é de aproximadamente 300 dpi. Usando estes arranjosescalonados dos grupos de eixo, a resolução efetiva dosgrupos de eixo combinados é aumentada paraaproximadamente 4/P quando em operação com todos osquatro grupos de eixo e aproximadamente 2/P quando emoperação com um par bem selecionado dos quatro grupos deeixo.

Este afastamento de eixo (P) de um grupo de eixoparticular eqüivale ao espaço de centro a centro entredois geradores de gota de tinta mais próximos projetadossobre ou medido de acordo com o eixo de referência L. Emuma configuração preferida, P é aproximadamente igual a1/300 avos de uma polegada. Os grupos 1, 2, 3 e 4 sãoescalonados um em relação ao outro ao longo do eixo dereferência L por P/4 (ou 1/1200 avos de uma polegada se Pfor aproximadamente igual a 1/300 avos de uma polegada)para quaisquer dois grupos de eixo que sejam vizinhosmais próximos. Como ilustrado na Fig. 5B, esta prove umespaço de centro a centro combinado (novamente medido aolongo do eixo de referência L) igual a P/4 (1/1200 avosde uma polegada em uma configuração exemplificativa). Comesta disposição, o espaço de centro a centro combinadodos Grupos 1 e 3 (designado como P13) eqüivale a P/2 ou1/600 avos de uma polegada. O espaço de centro a centrocombinado de Grupos 2 e 4 (designado como P24) tambémeqüivale a P/2. Estes arranjos escalonados em altadensidade permitem que o cabeçote de impressão dapresente invenção proveja impressão com alto desempenhoem um design de cabeçote de impressão compacto.

A Fig.5C é uma vista isométrica em corte do cabeçote deimpressão 500 da Fig.5A ilustrando as várias camadas docabeçote de impressão 500. O cabeçote de impressão 500inclui o substrato compacto do cabeçote de impressão 510(tal como silicone) e tem vários dispositivos e camadasde películas finas formadas. O cabeçote de impressão 500também inclui uma camada de orifício 520 disposta em umacamada-barreira 550 que por sua vez recobre o substrato510. O substrato 510 inclui geradores de gota de tintaque são arranjados em arranjos escalonados em altadensidade incluindo uma primeira pluralidade de geradoresde gota de tinta 560 dentro do Grupo 1 e uma segundapluralidade de geradores de gota de tinta 565 dentro doGrupo 2 arranjados em volta de uma primeira fendaalimentadora de tinta 570. Nesta configuraçãoexemplificativa, uma segunda fenda alimentadora de tinta72 é provida por onde o Grupo 3 e o Grupo 4 sãoarranjados em volta da segunda fenda alimentadora de5 tinta 572. Os bocais 530 são formados dentro da camada deorifício 520 e arranjados de forma que cada bocal 530tenha um gerador de gota de tinta subjacente. A tinta éfornecida através da primeira fenda alimentadora de tinta570 para os geradores de gota de tinta onde é aquecida eejetada através dos bocais 530.

Um processo de laminação é tipicamente usado para fixar acamada de orifício 520 à camada-barreira 550. Embora aFig.5C descreva a camada-barreira 550 e a camada deorifício 520 como sendo camadas discretas separadas, elaspodem também ser formadas em uma configuração alternativacomo uma barreira integral e uma camada de orifício. Umacâmara de descarga 575 é definida tanto pela camada deorifício 520 como pela camada-barreira 550 juntas. Acâmara de descarga 575 fica onde a tinta é aquecida porum resistor 580 até a gota ser expelida através do bocal 530.

A presente invenção inclui arranjos de alta densidade degeradores de gota de tinta dispostos em um substratocompacto do cabeçote de impressão. O cabeçote deimpressão tem uma forma alongada (ou largura estreita) e,em uma configuração preferida, o substrato compacto docabeçote de impressão é um retângulo tendo uma largura deaproximadamente 3 milímetros e um comprimento deaproximadamente 12 milímetros. Tem pelo menos 350 bocaiscontidos neste substrato compacto do cabeçote deimpressão com um número preferido de 416 bocais. Em umaconfiguração preferida, o resultado é um cabeçote deimpressão compacto tendo aproximadamente 12 bocais pormilímetro quadrado.

Os geradores de gota de tinta contidos no substrato decabeçote de impressão ejetam tinta dos bocais que sãoarranjados em pelo menos quatro linhas deslocadas tendo104 bocais cada, com cada linha de bocais de cerca de 1/3de uma polegada em comprimento. As quatro linhas debocais são colocadas em pares em volta de duas fendasalimentadoras de tinta alongadas, com cada fendaalimentadora de tinta tendo uma largura deaproximadamente 2 00 micros. Preferivelmente, cada fendaalimentadora de tinta é colocada com aproximadamente 680micros do centro do cabeçote de impressão.

A Fig.6 é uma representação da vista plana do cabeçote deimpressão exemplificativa da Fig.5 com a camada de bocaldo cabeçote de impressão removida e mostrando a matriz deresistores 580 que recobre os bocais. Cada bocal dapresente invenção tem um resistor 580 operável subjacentee correspondente. 0 número de resistores ilustrado naFig.6 foi reduzido para propósitos de simplificação dailustração.

Os resistores 580 são arranjados em um substratoaltamente compacto do cabeçote de impressão 510 de formaque a densidade dos resistores seja de pelo menos 10resistores por milímetro quadrado do substrato decabeçote de impressão 510. Estes arranjos de altadensidade permitem que o custo do cabeçote de impressãoseja mais baixo do que muitos outros cabeçotes deimpressão tendo menos bocais. Em uma configuraçãoexemplificativa, existem aproximadamente 12 resistorespor milímetro quadrado do substrato de cabeçote deimpressão 510. Deve ser observado que a área de quaisquerfendas alimentadoras de tinta está incluída em um cálculoda densidade do resistor.

O substrato de cabeçote de impressão 510 como apresentadona Fig.6 tem um fator forma alongado com um comprimentodo substrato 510 geralmente alinhado com o eixo dereferência L. Em uma configuração preferida, pelo menos350 geradores de gota de tinta são arranjados sobre osubstrato 510 tendo uma largura de menos do queaproximadamente 3 milímetros e um comprimento de menos doque 12 milímetros aproximadamente. Em uma configuraçãopreferida, o substrato 510 contém 416 resistores e temuma largura de aproximadamente 2,9 milímetros e umcomprimento de aproximadamente 11,5 milímetros.

O substrato de cabeçote de impressão 510 tem duas fendasalimentadoras de tinta alongadas incluindo a primeirafenda alimentadora de tinta 570 e a segunda fendaalimentadora de tinta 572. Cada uma das fendasalimentadoras de tinta 570, 572 provê tinta de umdispositivo de fornecimento de tinta para resistores 580em dois grupos de eixo. Por exemplo, como apresentado naFig.6, a primeira fenda alimentadora de tinta 570 provêtinta para resistores nos Grupos 1 e 2 e a segunda fendaalimentadora de tinta 572 provê tinta para resistores nosGrupos 3 e 4. Cada uma das fendas alimentadoras de tinta570, 572 tem uma linha central (apresentada como linhastracejadas na Fig.6) que é geralmente paralela ao eixo dereferência L e divide aproximadamente cada uma das fendasalimentadoras de tinta 570, 572 igualmente ao longo deseus comprimentos respectivos. As linhas centrais dasfendas alimentadoras de tinta 570, 572 são espaçadas etransversais entre si em uma direção aproximadamenteparalela ao eixo de referência L. Cada uma das fendasalimentadoras de tinta 570, 572 tem duas bordaslongitudinais que geralmente são o comprimento da fenda.

Em particular, a primeira fenda alimentadora de tinta 570inclui uma primeira borda longitudinal 610 adjacente quesão resistores arranjados no Grupo 1 e uma segunda bordalongitudinal 620 adjacente que são resistores arranjadosno Grupo 2. Similarmente, uma segunda fenda alimentadorade tinta 572 inclui uma terceira borda longitudinal 630 euma quarta borda longitudinal 64 0 tendo os Grupos 3 e 4adjacentes à borda respectiva.

Nas extremidades opostas do comprimento do substrato decabeçote de impressão 510 estão porções de extremidadeque têm atenuadores de entrada 515 que provêem energiapara os resistores de cada grupo de eixo. O conjunto decircuitos de comutação (tal como uma pluralidade detransistores) acopla sinais sendo enviados dosatenuadores de entrada 515 para os resistores nos gruposde eixo. Esta técnica ajuda a reduzir o comprimento dosubstrato de cabeçote de impressão 510.

Cada um dos resistores 580 é acoplado a um circuito decomutação (tal como um transistor de efeito de campo(FET)) que prove pulsos de corrente para o resistor 580.

Estes circuitos de comutação são discutidos em detalhesabaixo. Os resistores 580, junto com seus circuitos decomutação respectivos, são arranjados em grupos chamadosprimitivos (como apresentado na Fig.6 pelos numerais de 1a 16). Em uma configuração exemplificativa apresentada naFig.6, cada um dos grupos de eixo é dividido em 4primitivos. Preferivelmente, cada um dos primitivos tem26 bocais para um total de 104 bocais por grupo de eixo.

Embora para propósito de simplicidade a Fig.6 ilustraapenas quatro resistores (e geradores de gota de tintacorrespondentes) por primitivo, é entendido que a maioriados designs do cabeçote de impressão tenderá a ter maisdo que 10 resistores (e geradores de gota de tinta) porprimitivo.

Preferivelmente, os arranjos de alta densidade degeradores de gota de tinta usam gotas de tinta com pesobaixo. Uma gota de tinta de peso baixo é menor e provêuma impressão de resolução melhor do que é a alcançadacom gotas de tinta de peso maior. Usando gota de tinta depeso baixo com um sistema de alta densidade de geradoresde gota de tinta provê-se a presente invenção com altaresolução de impressão em altas velocidades de impressão.

Em uma configuração preferida, a presente invenção usagotas de tinta preta que pesa aproximadamente 15nanogramas (ng) com faixa preferida de 14 a 16 ng.

Em geral, uma configuração preferida da presente invençãoopera os geradores de gota de tinta a uma alta freqüênciade ejetamento para facilitar o uso das gotas de tinta depeso baixo e ainda manter uma velocidade alta deimpressão. Preferivelmente, esta freqüência de ejetamentoestá na faixa de quilohertz (kHz) . Esta alta freqüênciade ejetamento combinada com o sistema de alta densidadedos geradores de gota de tinta provê impressão de altavelocidade com alta resolução.

Em uma configuração preferida, os geradores de gota detinta da presente invenção usam uma freqüência deejetamento em excesso de 12 kHz. Uma faixa de freqüênciapreferida é de aproximadamente 15 a 18 kHz com 18 kHzcomo o valor preferido.

A presente invenção inclui um cabeçote de impressãoeconômica ainda com alto desempenho que usa um designcompacto para reduzir custo e é eficiente termicamentepara permitir que o design de alto desempenho seja usadoem um substrato compacto do cabeçote de impressão. Emparticular, o design eficiente termicamente do cabeçotede impressão possibilita uma alta densidade de geradoresde gota de tinta para ser colocado em um substratocompacto do cabeçote de impressão enquanto minimiza asamplitudes térmicas. De uma forma a presente invençãopossibilita que um design compacto ainda de altodesempenho envolva um conjunto de circuitos de cabeçotede impressão. Especificamente, o conjunto de circuitos docabeçote de impressão é projetado tal que seja requeridabaixa energia para operar cada gerador de gota de tinta eseja produzido um mínimo de energia térmica.

Uma técnica inclui prover um primitivo particular com umfio primitivos de energia (que provê energia ao primitivoparticular) que é separadamente energizável de cada umdos fios primitivos de energia para cada um dosprimitivos restantes. Deste modo, um fio primitivo deenergia particular é acoplado a todos os fios primitivosde energia associados com cada um dos circuitos decomutação dentro de um primitivo particular. Em umaconfiguração preferida onde os circuitos de comutação sãoFETs, o fio selecionado primitivo particular é acoplado acada uma das conexões de drenagem ou de fonte para cadaFET dentro do primitivo particular.Uma outra técnica da invenção diz respeito a linhas decircuito energizáveis separadamente com cada linha decircuito acoplada a um único dispositivo de comutação decada um de uma pluralidade de primitivos. 0 número delinhas de circuito é 1 para N (onde N é o número deresistores no maior primitivo). Em uma configuraçãopreferida, cada um dos primitivos tem 26 resistores(N=26) e desta forma existem 26 fios de circuito. Quandoos dispositivos de comutação são FETs, cada FET em umprimitivo tem um dos fios de circuito conectado ao seucircuito. Quando um dispositivo de comutação particular éativado um pulso de corrente circula de um fio primitivode energia através do circuito de comutação, através doresistor de aquecimento, e de volta através de um fio deaterramento ou retorno. Para um dispositivo de comutaçãoparticular ser ativado, o fio de circuito e o fioprimitivo de energia associados com aquele dispositivo decomutação tem que ser simultaneamente ativados ouenergizados.

Durante a operação do cabeçote de impressão, os fios decircuito são ativados um por vez e em seqüência. Comoresultado, apenas um dispositivo de comutação em umprimitivo particular pode ser ativado por vez. Noentanto, alguns ou todos os primitivos podem ser operadossimultaneamente uma vez que cada fio de circuito éconectado a um dispositivo de comutação de umapluralidade de primitivos. Em uma configuração preferida,cada primitivo tem no máximo uma conexão de circuito paracada um dos 26 fios de circuito. Uma vez que o sistema deimpressão gira através dos fios de circuito durante aoperação, apenas um gerador de gota de tinta pode seroperado por vez dentro de um primitivo. No entanto, umavez que a maioria dos fios de circuito é dividida pelosprimitivos, múltiplos primitivos podem ser descarregadossimultaneamente. Em uma configuração preferida, existempelo menos três e preferivelmente quatro primitivos quese sobrepõem no eixo de varredura (que é transversal aoeixo do papel e transversal ao eixo L) que pode seroperado simultaneamente. Isto permite cobertura daresolução mais alta e muito mais completa em uma únicavarredura.

A Fig.7 é uma configuração exemplificativa de roteiro deenergia primitivo para o cabeçote de impressão 500apresentada na Fig.5A. Para um primitivo particular,existe um fio primitivo de energia que é acoplado em umaprimeira extremidade até um atenuador de contatoprimitivo correspondente que é um dos atenuadores deentrada 515 (apresentado como de Pl a P16 na Fig.7) eacoplado ao longo de uma borda aos dispositivos decomutação correspondentes até aquele fio primitivo deenergia particular. Por exemplo, como apresentado naFig.7, o primitivo 12 tem um fio primitivo de energia 700acoplado em uma primeira extremidade como um atenuador decontato 710 primitivo 12 (no lado direito mais afastadoda linha da parte superior de atenuadores de entrada 515)e ao longo de uma borda 720 acoplada aos dispositivos decomutação do primitivo 11 (não apresentado) . Em umaconfiguração exemplificativa, cada fio primitivo deenergia é conectado nas conexões de drenagem ou de fontepara cada FET dentro daquele primitivo. Estes atenuadoresde contato (de Pl a P16) são usados para entrada daenergia demandada para energizar cada um dos primitivosno cabeçote de impressão 500.

As Figs. 8A e 8B ilustram duas configurações de fios deconexão de aterramento para o cabeçote de impressão 500da presente invenção. Como discutido anteriormente, cadauma das fendas alimentadoras de tinta 570, 572 tem duasbordas longitudinais. Adjacente a cada borda longitudinalestá um dos quatro grupos de eixo dos resistores. Parareduzir o número de atenuadores de entrada 515, mais deum primitivo divide o mesmo fio de conexão deaterramento. Em ambas as configurações das Figs. 8A e 8B,as duas extremidades de cada grupo de eixo são geralmenteconectadas para reduzir a diferença da resistênciaparasita do fio de aterramento entre resistores próximosdo centro do substrato compacto do cabeçote de impressão510 em relação às extremidades do substrato 510.

A Fig.8A é uma configuração exemplificativa que ilustraum único fio de conexão de aterramento para o cabeçote deimpressão 500 apresentado na Fig.5A. Nesta configuração,é usado um único fio de conexão de aterramento 810 paraconectar todos os 16 primitivos à terra. Deste modo,todos os 16 primitivos são conectados por um único fio deconexão de aterramento à terra. Alternativamente, aFig.8B é uma outra configuração exemplificativa queilustra dois fios de conexão de aterramento para ocabeçote de impressão 500 apresentado na Fig.5A. Nestaconfiguração particular existe um primeiro fio de conexãode aterramento 820 e um segundo fio de conexão deaterramento 830. Cada um dos dois fios de conexão deaterramento 820, 830 conectam todos os primitivos dafenda alimentadora de tinta particular próxima à terra.

Por exemplo, como apresentado na Fig.8B, o primeiro fiode conexão de aterramento 820 conecta os primitivospróximos à primeira fenda alimentadora de tinta 570 àterra e o segundo fio de conexão de aterramento 830conecta os primitivos próximos à segunda fendaalimentadora de tinta 572 à terra.

Cada um dos geradores de gota de tinta da presenteinvenção é eficiente termicamente para possibilitar queos geradores de gota de tinta sejam acondicionados sobreo substrato compacto do cabeçote de impressão a uma altadensidade. Para alcançar esta eficiência térmica, cadagerador de gota de tinta inclui uma estrutura de resistorde película fina que reduz a energia demandada por cadaresistor. Em particular, a presente invenção usaresistores de alta resistência para reduzir a energiademandada para energizar o resistor e uma camada fina depassivação para reduzir a energia de entrada dissipadadevido à dissipação da energia parasita. Ambas asestruturas de resistor facilitam usando rupturas naimpressão de alta freqüência no sistema de impressão aoreduzir as demandas de energia do cabeçote de impressão eao eliminar um aumento maior em energia térmica devido aum aumento da demanda de energia. Em outras palavras,reduzindo a demanda de energia possibilita menos energiaa ser usada pelo cabeçote de impressão mesmo que existammais resistores, deste modo permitindo que o cabeçote deimpressão opere a uma temperatura mais baixa e comamplitudes térmicas reduzidas.

Em particular, a Fig.9 é uma vista em perspectiva emcorte de um gerador de gota de tinta exemplificativo dapresente invenção. 0 gerador de gota de tinta 540 édisposto em um substrato compacto do cabeçote deimpressão 510 e inclui uma estrutura de resistor depelícula fina 580 (apresentado em maior detalhe nas Figs.10A e 10B). Sobrepondo a estrutura do resistor 580 está acamada-barreira 550 e uma camada de orifício 520, ambasdiscutidas adicionalmente abaixo. A parte superior daestrutura do resistor de película fina 580 e as camadasbarreira e de orifício 550 e 520 formam uma câmara dedescarga onde a tinta é vaporizada pela estrutura doresistor 580 e ejetada através de um orifício (tal comoum bocal 530) . Preferivelmente, o diâmetro do orifícioestá dentro de uma faixa de cerca de 10 e 20 micros comum valor exemplificativo de aproximadamente 16 micros.Cada componente e camada do gerador de gota de tinta 54 0podem ser formadas separadamente ou integralmente evários métodos para formação destes componentes e camadassão conhecidos na técnica. Por exemplo as camadasbarreira e de orifício 550, 520 podem ser aplicadasseparadamente ou formadas integralmente e então aplicadasao substrato compacto do cabeçote de impressão subjacente510.

Uma técnica usada pela presente invenção para reduziramplitudes térmicas é diminuir a energia demandada paradar descarga a um resistor 580 aumentando a resistênciados resistores de descarga 580 para que a taxa deresistência de rastreio de conexão (ou resistênciaparasita) para resistência total seja reduzida. Esta taxade resistência está diretamente relacionada à energiadissipada nos rastreios de conexão e é conhecida como aperda de energia parasita. Cada resistor 580 temrastreios de conexão que conectam o resistor 580 a váriasconexões elétricas. Em designs convencionais, aresistência dos rastreios de conexão pode ser de até umterço ou mais da resistência do resistor de descarga 580.

Esta perda de energia parasita pode fazer com que até umterço da energia de entrada seja dissipada dentro dosrastreios de conexão. A perda de energia parasita ficaainda mais significante na presente invenção porqueexiste uma densidade alta de resistor (o número deresistores por área de unidade do cabeçote de impressãocompacto) e existe menos espaço para os rastreios deconexão e uma maior demanda de energia total.

A presente invenção diminui a perda de energia parasitaaumentando a resistência de cada resistor de descarga 580desta forma diminuindo a energia dissipada dentro dosrastreios de conexão. Preferivelmente, a resistência decada resistor de descarga 580 é de pelo menos 70 ohms comum valor preferido acima de 100 ohms. Resistência maisalta pode ser alcançada reduzindo a espessura do resistor580 ou usando um material de resistor de resistividademais alta. Em uma configuração preferida, no entanto, aespessura do resistor a resistividade do material doresistor são inalterados e o comprimento do trajeto doresistor é aumentado para obter uma resistência mal alta.

Isto é alcançado dividindo o corpo do resistor em umapluralidade de segmentos que são conectados em série porum dispositivo de acoplamento ou fio condutor. Esteresistor separado aumenta a resistência do resistor dedescarga 580 porque a resistência de cada segmento éacrescentada ao segmento anterior na série. Um aumento naresistência do resistor também aumenta a resistênciatotal (ao manter a resistência de rastreio de conexãoquase constante) e deste modo reduz a perda da energiaparasita (a taxa da resistência de rastreio para aresistência total).

A Fig.lOA é uma vista plana do resistor de descargaapresentado na Fig.9. Nesta configuração exemplificativa,o resistor de descarga 580 compreende um primeirosegmento 10 04 e um segundo segmento 1008 que sãoconectados em série por um dispositivo de acoplamento oucondutor 1012. Um atenuador de entrada 1016 pararecebimento de sinais elétricos está localizado adjacenteao primeiro segmento 1004 e um atenuador de saída 1020para transmissão de sinais elétricos está localizadoadjacente ao segundo segmento 1008. Nesta configuraçãopreferida, um dispositivo de controle da corrente 1021 éusado para reduzir excesso de corrente que de outramaneira ocorreria no dispositivo de acoplamento 1012 .

Este dispositivo de controle da corrente 1021 interrompede uma outra maneira o trajeto reto da corrente atravésdo dispositivo de acoplamento 1012. Na configuraçãoexemplificativa apresentada na Fig. 10A, o dispositivo decontrole de corrente 1021 é um entalhe 1021 formado nodispositivo de acoplamento 1012 entre o primeiro segmento1004 e o segundo segmento 1008.

Nesta configuração exemplificativa, cada segmento 1004,1008 é de aproximadamente 24 micros de comprimento e 13micros de largura. Isto provê um total de aproximadamentequatro quadrados, com cada quadrado tendo uma resistênciade cerca de 29 ohms, resultando em uma resistência totalde 130 ohms (incluindo os rastreios de conexão).

Preferivelmente, a resistência parasita estáaproximadamente na faixa de cerca de 7 a 8 porcento eestá sintonizada para um peso de gota de tinta de cercade 5 nanogramas (ng.). Alternativamente, a resistência depelo menos 80 ohms resultaria em uma resistência parasitade aproximadamente 12 porcento. A largura de umafastamento 1022 entre o segmento oposto é deaproximadamente 3 micros.Uma outra técnica usada pela presente invenção paramelhorar a eficiência térmica é reduzir a resistênciatérmica de uma camada de passivação na estrutura doresistor de película fina 580. Uma camada de passivaçãomais fina significa que é demandada menos energia paraenergizar o resistor. Isto significa que menos energiatérmica precisa ser dissipada do gerador de gota de tintae resulta em melhor eficiência térmica. A presenteinvenção conclui isto reduzindo a espessura da camada depassivação para permitir uma quantidade mínima de energiapara energizar o resistor 580 e fazer com que a gota detinta seja ejetada. Preferivelmente, com a camada depassivação mais fina, é demandada energia de menos de 1,4microjoule para energizar o resistor 580, com uma faixapreferida de energia estando entre cerca de 0,8 e 1,0microjoule. A energia demandada para energizar o resistor580 é também afetada por uma taxa de resistência derastreio para resistência total (perda de energiaparasita), com uma perda de energia parasita menorgeralmente significando que menos energia é demandada. Apresente invenção preferivelmente reduz amplitudestérmicas no cabeçote de impressão usando tanto uma taxabaixa de resistência de rastreio para resistência total(uma perda de energia parasita baixa) como uma camada depassivação mais fina.

A Fig.lOB é uma vista de lado do resistor de descarga daFig.lOA apresentando a estrutura de película fina doresistor de descarga 580. A Fig.lOB é uma vista de cortetransversal tomada ao longo da linha AA' do resistor 580apresentado na Fig. 10A. Nesta configuraçãoexemplificativa, a camada de resistor 1023 é feita de TaAl e recobre uma camada de PSG 1024 e FOX 1026 dispostossobre o substrato compacto do cabeçote de impressão 510(preferivelmente feito de silicone). Em uma configuraçãopreferida, a camada do resistor 1023 é de aproximadamente900 angstrom de espessura. Sobrepondo uma porção dacamada do resistor 1023 está uma camada condutora 1032composta de AlSiCu.

A camada do resistor 1023 é protegida de avaria por umaprimeira camada de passivação 1034 composta de Si3N4 euma segunda camada de passivação 103 6 composa de SiC.Emuma configuração preferida, a espessura da primeiracamada de passivação 1034 é de 2570 angstroms e aespessura da segunda camada de passivação 1036 é de 1280angstrom. A combinação da primeira camada de passivação1034 e uma segunda camada de passivação 1036 compreendeuma camada de passivação total. Preferivelmente, a camadade passivação total é mantida com uma espessura de menosdo que cerca de 5000 angstroms com uma faixa preferida decerca de 3500 a 4500 angstroms. A esta espessura dacamada de passivação, a energia demandada para energizara camada do resistor 1023 é de menos do que 1,4microj oule.

Sobrepondo a segunda camada de passivação 1036 está umacamada de cavitação 104 0 que protege a camada do resistor1023 e as camadas de passivação 1034, 1036 de avariadevido a cavitação e colapso de gota de tinta.

Preferivelmente, a camada de cavitação 1040 é composta detantálio (Ta) tendo uma espessura de 3000 angstroms. Acamada-barreira 550 (preferivelmente de aproximadamente14 micros de espessura) e a camada de orifício 520(preferencialmente de aproximadamente 2 5 micros deespessura) recobrem a camada de cavitação 1040. A camadade cavitação 1040, a camada-barreira 550 e a camada deorifício 520 criam uma câmara de descarga 575 onde atinta é vaporizada pela camada do resistor 1023 e ejetadado bocal 530 criado na camada de orifício 520.

A descrição anterior das configurações preferidas dainvenção foi apresentada para os propósitos de ilustraçãoe descrição. Não se tem a intenção de ser exaustivo ou delimitar a invenção à forma precisa apresentada. Muitasmodificações e variações são possíveis em vista doensinamento acima. Tem-se a intenção de que o escopo dainvenção seja limitado não por esta descrição detalhadada invenção, mas também pelas reivindicações aquianexadas.

Claims

1. Cabeçote de impressão a jato de tinta, incluindo umdispositivo de fornecimento de tinta (115) para provertinta de uma certa cor, caracterizado pelo fato decompreender: um substrato de cabeçote de impressão (160) ;e uma pluralidade de geradores de gota de tinta (165)fluidamente acoplados ao dispositivo de fornecimento detinta (115) e formados no substrato de cabeçote deimpressão (160) em uma densidade de mais do queaproximadamente dez geradores de gota de tinta pormilímetro quadrado do substrato de cabeçote de impressão(160) , a pluralidade de geradores de gota de tinta (165)arranjados em pelo menos quatro grupos de eixoescalonados ao longo de eixos que estão aproximadamenteparalelos e espaçados transversalmente entre si.

2. Cabeçote de impressão a jato de tinta, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de a densidadedos geradores de gota de tinta ser entre aproximadamenteonze e treze geradores de gota de tinta por milímetroquadrado do substrato de cabeçote de impressão (160).

3. Cabeçote de impressão a jato de tinta, de acordo com areivindicação 1, caracteri zado pelo fato de cadapluralidade de geradores de gota de tinta (165) incluiruma estrutura de resistor de película fina (580) tendouma resistência de pelo menos setenta ohms.

4. Cabeçote de impressão a jato de tinta, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidadede geradores de gota de tinta (165) arranjados ao longodos eixos serem escalonados em relação a cada um doseixos para diminuir um afastamento efetivo do cabeçote deimpressão para aproximadamente um quarto de umapluralidade de geradores de gota de tinta arranjados aolongo de um único eixo.

5. Cabeçote de impressão a jato de tinta monocromáticocompacto, caracterizado pelo fato de compreender umsubstrato de cabeçote de impressão (160) ; pelo menostrezentos e cinqüenta geradores de gota de tinta (560)dispostos no substrato de cabeçote de impressão (160) edispostos dentro de uma área compacta.

6. Cabeçote de impressão a jato de tinta, de acordo com areivindicação 5, caracteri zado pelo fato de a áreacompacta ter um comprimento de menos do que dozemilímetros aproximadamente e largura de menos do que trêsmilímetros aproximadamente.

7. Cabeçote de impressão a jato de tinta, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreenderadicionalmente: uma primeira pluralidade de geradores degota de tinta (560) arranjados ao longo de um primeiroeixo para formar um primeiro grupo de eixo; uma segundapluralidade de geradores de gota de tinta (565)arranjados ao longo de um segundo eixo para formar umsegundo grupo de eixo e escalonados em relação aoprimeiro grupo de eixo; uma terceira pluralidade degeradores de gota de tinta arranjados ao longo de umterceiro eixo para formar um terceiro grupo de eixo eescalonados com relação ao primeiro e segundo grupos deeixo; sendo que o primeiro, segundo e terceiro eixos sãomutuamente paralelos e espaçados transversalmente entre si.

8. Cabeçote de impressão a jato de tinta monocromáticocompacto, caracterizado pelo fato de compreender: umsubstrato de cabeçote de impressão (160) ; geradores degota de tinta (165) dispostos no substrato de cabeçote deimpressão (160) e dispostos dentro de uma área compacta,os geradores de gota de tinta (165) compreendendoadicionalmente: uma primeira pluralidade de geradores degota de tinta arranjados ao longo de um primeiro eixopara formar um primeiro grupo de eixo; uma segundapluralidade de geradores de gota de tinta (565) dispostosao longo de um segundo eixo para formar um segundo grupode eixo e escalonados com relação ao primeiro grupo deeixo; uma terceira pluralidade de geradores de gota detinta arranjados ao longo de um terceiro eixo para formarum terceiro grupo de eixo e escalonados com relação aoprimeiro e segundo grupos de eixo; sendo que o primeiro,segundo e terceiro eixos são mutuamente paralelos eespaçados transversalmente entre si.

9. Cabeçote de impressão a jato de tinta, de acordo com areivindicação 8, caracteri zado pelo fato de a áreacompacta ter um comprimento de menos do queaproximadamente doze milímetros e uma largura de menos doque aproximadamente três milímetros.

10. Cabeçote de impressão a jato de tinta, de acordo coma reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreenderpelo menos trezentos e cinqüenta geradores de gota detinta dispostos dentro da área compacta.

11. Cabeçote de impressão a jato de tinta (150), deacordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato decada um dos geradores de gota de tinta incluir umresistor de película fina (580) tendo uma altaresistência.