BR112013000368B1

BR112013000368B1 - conjunto de ejeção de fluído de resistor térmico e dispositivo de ejeção de fluído

Info

Publication number: BR112013000368B1
Application number: BR112013000368A
Authority: BR
Inventors: D Chung Bradley; Fradl Daniel; P Cook Galen
Original assignee: Hewlett Packard Development Co
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2019-12-03
Also published as: BR112013000368A2; EP2910380B1; US8708461B2; EP2595812A1; PT2910380T; BR122015009041A2; DK2910380T3; JP5788984B2; CN103003073B; PL2910380T3; HUE035825T2; US20130083131A1; KR101726934B1; KR20130105595A; KR20150015508A; CN103003073A; EP2595812A4; JP2013532593A; WO2012011923A1; KR101684727B1

Abstract

conjunto de ejeção de fluído de resistor térmico e dispositivo de ejeção de fluído um conjunto de ejeção de fluído térmico inclui um substrato isolante, e primeiro e segundo eletrodos formados no substrato. uma pluralidade de elementos resistores de larguras variadas é arranjada em paralelo no substrato, e eletricamente acoplada pela primeira extremidade ao primeiro eletrodo e pela segunda extremidade ao segundo eletrodo.

Description

CONJUNTO DE EJEÇÃO DE FLUÍDO DE RESISTOR TÉRMICO E DISPOSITIVO DE EJEÇÃO DE FLUÍDO

Histórico da Invenção [001] Um dispositivo de impressão de jato de tinta é um exemplo de dispositivo de ejeção de fluído, que provê uma ejeção de gotas por demanda DOD (“Drop-On-Demand”).

[002] Em impressoras de jato de tinta convencionais, as cabeças de impressão ejetam gotas de um fluído (i.e. tinta) através de uma pluralidade de bocais em uma mídia de impressão, tal como uma folha de papel. Os bocais (“nozzles”) são dispostos geralmente em um ou mais arranjos, de modo que uma sequência apropriada de ejeção a partir dos bocais produza caracteres ou imagens em uma mídia de impressão, enquanto a cabeça de impressão e a mídia de impressão se movem uma em relação à outra.

[003] Um exemplo de impressora de jato de tinta pode ser uma impressora de jato de tinta térmica (TIJ de Thermal Ink Jet). Em uma impressora TIJ, uma cabeça de impressão inclui um elemento de aquecimento de resistor em uma câmara com fluído, que vaporiza o fluído, criando uma bolha em expansão, que expele uma gota de tinta através de um bocal da impressora. A corrente elétrica que passa pelo elemento aquecedor de resistor gera calor, e vaporiza uma pequena porção do fluído dentro da câmara. Quando o elemento aquecedor resfria, a bolha de vapor colapsa, sugando mais fluído de um reservatório na câmara, em preparação para ejetar uma gota subsequente através do bocal.

[004] Desafortunadamente, ineficiências térmicas/ elétricas no mecanismo de disparo da cabeça de impressão TIJ (o super-aquecimento do fluído forma bolhas de vapor) apresentam um número de desvantagens, que aumentam custo e prejudicam a qualidade global de impressoras TIJ. Uma desvantagem, por exemplo, se refere à diminuição no desempenho de disparo ao longo da vida útil da caneta de jato de tinta, pela formação de resíduos (koga) na superfície de disparo do elemento aquecedor de resistor. Outra desvantagem se refere ao fato de, quando se aumenta a taxa de ejeção de gota ou velocidade de disparo (i.e. para aumentar a resolução da imagem, mantendo a produção de páginas) se refere ao fato de a impressora sobre-aquecer, provocando uma condição de bloqueio de vapor, que impede disparos subsequentes, e pode acarretar danos à cabeça de impressão. Outra desvantagem se refere ao fato de grandes dispositivos eletrônicos e barramentos, que energizam elementos aquecedores termicamente ineficientes, ocupam um espaço precioso na cabeça da impressora TIJ.

Descrição Resumida dos Desenhos [005] As configurações da presente invenção serão descritas por meio de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 mostra um exemplo de caneta de jato de tinta, adequada para incorporar um conjunto de ejeção de fluído, de acordo com uma configuração; A Figura 2A é mostra uma vista em seção transversal de um conjunto de ejeção de fluído parcial, de acordo com uma configuração; A Figura 2B mostra uma vista em seção transversal de um conjunto de ejeção de fluído parcial da Figura 2A girado 90°, de acordo com uma configuração; A Figura 2C mostra uma vista em seção transversal de um conjunto de ejeção de fluído parcial em operação, de acordo com uma configuração; A Figura 2D mostra elementos aquecedores de resistor acoplados em paralelo em um circuito elétrico parcial, de acordo com uma configuração; A Figura 3 mostra uma vista em seção transversal explodida de um exemplo de estrutura de um resistor tridimensional, de acordo com uma configuração;

As Figuras 4A, 4B, 4C, mostram vistas de cima abaixo de estruturas de resistor, com números variáveis de elementos resistores, de acordo com configurações; A Figura 5 mostra uma vista de cima abaixo de uma estrutura de resistor com elementos de resistor, cujas larguras são diferentes dos espaços formados entre os elementos, de acordo com uma configuração;

As Figuras 6A, 6B, 6C, 6D mostram vistas de cima abaixo de estruturas de resistor em uma variedade de diferentes configurações de larguras de elementos de resistor e espaços entre os elementos, de acordo com uma configuração;

As Figuras 7A, 7B, 7C mostram vistas em seção transversal de estruturas de resistor, com dimensões de altura variadas, de acordo com configurações; A Figura 8 mostra uma vista em seção transversal de uma estrutura de resistor, cujos dentes de pente têm cantos chanfrados, de acordo com uma configuração; e A Figura 9 mostra um diagrama de blocos e um conjunto de ejeção de fluído básico, de acordo com uma configuração.

Descrição detalhada Visão Global do Problema e sua Solução [006] Como notado acima, dispositivos térmicos de jato de tinta TIJ apresentam várias desvantagens, geralmente associadas às ineficiências térmicas e elétricas inerentes aos mecanismos de disparo de cabeça de impressão TIJ. As ineficiências térmicas e elétricas são representadas mais especificamente pela não-uniformidade de temperatura através da superfície de nucleação do elemento aquecedor de resistor TIJ (i.e. interface resistor/ fluído, onde ocorre a formação de bolhas), que resulta na necessidade de prover uma quantidade maior de energia ao elemento aquecedor. Aumentar a quantidade de energia de disparo suprida ao elemento aquecedor de resistor TIJ para superar o problema de não-uniformidade de temperatura, contudo, acarreta uma série de outros problemas.

[007] Um problema similar afeta a taxa de ejeção de gota de fluído (i.e. velocidade de disparo) em uma cabeça de impressão TIJ. Uma taxa de ejeção mais alta é vantajosa porque provê uma resolução de imagem mais alta e/ou maior produção de página. No entanto, ineficiências na transferência de energia da superfície de nucleação do elemento de aquecimento de resistor TIJ ao fluído (tinta) produz um calor residual que aumenta a temperatura da cabeça de impressão. Aumentar a taxa de ejeção de gota também aumenta a quantidade de energia suprida pelo elemento aquecedor por um dado período de tempo. Portanto, um calor residual adicional, que é criado aumentando a taxa de ejeção de gota, provoca um correspondente aumento na temperatura da cabeça de impressão, que, ao fim, causa bloqueio de vapor (superaquecimento), que impede o disparo e pode acarretar danos à cabeça de impressão. Portanto, uma transferência ineficiente de energia da superfície do elemento aquecedor à tinta, torna necessário limitar/ reduzir a taxa de ejeção de gotas, que vem a ser uma desvantagem importante, por exemplo, para o mercado de publicação de alta velocidade.

[008] Uma transferência ineficiente com respeito à transferência de energia da superfície do elemento aquecedor de resistor para a tinta também aumenta o custo global de sistemas de impressão de jato de tinta. Grandes FETs (de Field Effect Transistor (Transistores de Efeito-Campo)) e barramentos são necessários para fornecer uma quantidade adicional de energia para energizar grandes bancos de resistores TIJ termicamente ineficientes. Dispositivos e barramentos maiores não apenas ocupam um espaço valioso no silício, mas incluem componentes elétricos parasitas associados, que, ao fim, também limitam a condição de encolher as matrizes de cabeça de impressão. Assim, uma área de projeção (pegada) maior de silício se faz necessário para alojar resistores TIJ ineficientes, fazendo que o silício seja responsável por uma parcela de custo significante sobre o custo global de muitos sistemas de impressão de jato de tinta.

[009] Aumentar a energia de disparo de resistor TIJ para superar a não uniformidade de temperatura através de uma superfície nucleação também cria outro problema relativo à temperaturas mais altas resultantes na superfície do resistor TIJ. Embora o aumento global de temperatura na superfície de nucleação mantenha certas características desejadas de gota de fluído ejetada, tal como peso, velocidade, trajetória, e forma da gota, também adversamente aumenta a formação/ acúmulo de resíduos (“kogation”) na superfície do resistor. Ao longo do tempo, o acúmulo de resíduos prejudica as características de gota, tais como, peso da gota, velocidade da gota, trajetória da gota, e forma da gota, que, ao fim, diminui a qualidade de impressão do sistema de impressão.

[010] Soluções anteriores com respeito aos aspectos adversos de ineficiência térmica e não-uniformidade de elementos resistores resistor TIJ incluíam modificar ambos resistor TIJ e ejeção de fluído (tinta) No entanto, tais soluções traziam desvantagens. Por exemplo, um desenho de resistor suspenso, permitia o aquecimento por ambos lados de um resistor de filme fino, imerso no fluído, melhorando a transferência energia/ calor, decorrente de aumentar a área da superfície de resistor exposta ao fluído. No entanto, a estrutura frágil de filme não era confiável quando exposta a uma violenta nucleação, durante a ejeção de gota, e requeria um processo de fabricação especializado, que aumentava os custos. Outro exemplo era prover um resistor em forma de “rosca”, tendo sua zona central removida, para tentar aumentar a eficiência do resistor e remover pontos quentes nos resistores TIJ. No entanto, a variação da extensão da trajetória elétrica, fundamental para a geometria de rosca curvada, aumentava a densidade da corrente e trazendo problemas de uniformidade de densidade de corrente, que, ao fim, levava a formação de pontos quentes, que produziam uma não-uniformidade de corrente no resistor. Soluções anteriores ao problema de acúmulo de resíduos envolviam primariamente a formulação de tinta, para determinar a combinação química que fosse menos reativa ao longo da vida da cabeça de impressão. No entanto, esta solução acarretava um aumento significativo de custo, enquanto estreitava a disponibilidade de fluídos/ tinta disponíveis para cabeças de impressão TIJ, que, ao fim, limitava os mercados para sistemas de impressão TIJ.

[011] Configurações da presente invenção ajudam a superar desvantagens em dispositivos TIJ (i.e. ineficiências térmicas/ elétricas), relativas a não-uniformidade de temperatura na superfície de nucleação do resistor TIJ, geralmente através de uma estrutura de resistor TIJ, usando múltiplos elementos resistores dispostos em paralelo, cujas larguras/ espaçamentos são ajustados individualmente, para obter uma uniformidade de temperatura na superfície de nucleação. A estrutura de resistor TIJ é uma estrutura tri-dimensional incluindo recessos ou canais formados entre cristas individuais ou “dentes de pente”. A superfície tri-dimensional e larguras e espaçamentos variáveis de elementos resistores contribuem para maior uniformidade de temperatura na superfície de nucleação do resistor TIJ, assim como um aumento na área de superfície de nucleação per unidade de área do material do resistor. A maior área superficial de nucleação e a melhor uniformidade de temperatura na superfície de nucleação aumentam significativamente a eficiência da transferência de energia entre a estrutura de resistor TIJ e o fluído. A eficiência e uniformidade melhoradas, por sua vez, reduzem a quantidade de energia necessária para ejetar gotas de fluído, provendo um número de benefícios, incluindo, por exemplo, a condição de aumentar as taxas de ejeção de fluído, sem, no entanto, provocar bloqueio de vapor, e a condição de diminuir os FETs e larguras de barramento permitem um encolhimento mais agressivo da matriz, e, daí, custos de silício mais baixos, e, ademais, reduz o acúmulo de resíduos, melhorando o desempenho de ejeção de gota ao longo da vida da cabeça de impressão TIJ.

[012] Em uma configuração exemplar, um conjunto de ejeção de fluído de resistor térmico inclui um substrato isolante, incluindo primeiro e segundo eletrodos, formados no substrato. Uma pluralidade de elementos resistores individuais com larguras variáveis, e arranjados em paralelo no substrato são eletricamente acoplados por uma primeira extremidade ao primeiro eletrodo e por uma segunda extremidade ao segundo eletrodo.

[013] Em outra configuração, um dispositivo de ejeção de tinta inclui um conjunto de ejeção de fluído, tendo uma estrutura de resistor com uma pluralidade de elementos resistores. A estrutura de resistor foi formada como uma camada de topo, uma superfície de nucleação irregular tendo cristas separadas por canais em recesso, para vaporizar o fluído quando aquecido pelos elementos resistores. A largura de correspondente crista corresponde a um elemento resistor associado, subjacente à superfície de nucleação.

[014] Em outra configuração, uma estrutura de resistor térmico inclui uma pluralidade de elementos resistores acoplados em paralelo, e tendo larguras não-uniformes. Há um espaço entre cada dois elementos resistores. Uma camada de cavitação de filme fino é formada sobre os elementos resistores e os espaços, de modo que uma crista seja formada em cada elemento resistor, e um canal seja formado em cada espaço, sendo que a camada de cavitação forma uma superfície de nucleação, para transferir calor dos elementos resistores para vaporizar o fluído em uma câmara, e ejetar a gota de tinta a partir da câmara.

Configurações Ilustrativas [015] A Figura 1 mostra um exemplo de caneta de jato de tinta 100 adequada para incorporar o conjunto de ejeção de fluído 102 descrito nesta, de acordo com uma configuração, onde, o conjunto de ejeção de fluído 102 é descrito como sendo uma cabeça de impressão para ejetar gotas de fluído 102. A caneta de jato de tinta 100 inclui um corpo de cartucho de caneta 104, uma cabeça de impressão 102, e contatos elétricos 106. Geradores de gota de fluído 200 (ver Figura 2) na cabeça de impressão 102 são energizados por sinais elétricos, providos nos contatos 106, para ejeção de fluído de bocais selecionados 108. O fluído pode ser qualquer fluído adequado, usado em processos de impressão, tal como, vários fluídos imprimíveis, composições de pré-tratamento, fixadores, etc. Em alguns exemplos, o fluído pode ser um fluído diferente de um fluído imprimível. A caneta 100 pode conter seu próprio reservatório de fluído no corpo do cartucho 104 ou receber o fluído de um reservatório externo (não mostrado), tal como um reservatório de fluído conectado à caneta 100 via um tubo. Canetas 100 incluindo reservatório de fluído são geralmente descartáveis, quando o fluído se esgota.

[016] A Figura 2A mostra uma vista em seção transversal de um conjunto de ejeção de fluído parcial 102, de acordo com uma configuração da presente invenção. A Figura 2B mostra uma vista em seção transversal do mesmo conjunto de ejeção de fluído parcial 102 da Figura 2A, girado 90° de acordo com configuração da presente invenção. O conjunto de ejeção de fluído parcial 102 é mostrado como sendo um conjunto gerador de gota de fluído individual 200. O conjunto gerador de gota 200 inclui um substrato de piso rígido 200, e uma placa de bocal de topo rígido (ou flexível) 204, incluindo uma saída de bocal 206 da qual as gotas de fluído são ejetadas. O substrato 202 é tipicamente um substrato de silício, incluindo uma camada de óxido 208 na superfície de topo. Uma pilha de filme fino 210 geralmente inclui uma camada de óxido, uma camada metálica definindo uma pluralidade de elementos aquecedores de resistor 212, trilhas de eletrodo condutivas 214 (Figura 2B) e uma camada de passivação 216, e camada de cavitação 218 (i.e. tântalo). A pilha de filme fino 210 forma uma estrutura de resistor tri-dimensional 300 incluindo recessos ou canais formados entre cristas individuais ou “dentes de pente”, como discutido em detalhes com respeito às Figuras 3 a 8.

[017] O conjunto gerador de gotas de fluído 20 também inclui um número de paredes laterais, tal como as paredes laterais 220A, 220B, coletivamente chamadas paredes laterais 220. As paredes laterais 220 separam o piso do substrato 202 da placa de bocal 204. O piso de substrato 202, placa de bocal 204, e paredes laterais 220 definem uma câmara de fluído 222, que contém o fluído a ser ejetado, na forma de gotas de fluído, através da saída de fluído 206. A parede lateral 220B tem uma entrada de fluído 224, para receber o fluído que eventualmente é ejetado na forma de gotas através da saída de bocal 206. A colocação da entrada de fluído 224,no entanto, não se limita à parede lateral 220B. Em outras configurações, por exemplo, a entrada de fluído 224 pode ser disposta em outras paredes laterais 208, ou no piso de substrato 202, ou compreender múltiplas entradas de fluído que podem ser colocadas em várias paredes laterais 220 ou no substrato 202.

[018] A Figura 2C mostra uma vista em seção transversal de conjunto de ejeção de fluído parcial 102 em operação, de acordo com uma configuração da presente invenção. Durante operação, o gerador de gotas 200 ejeta gotas de fluído 226 pelo bocal 206, fazendo passar uma corrente elétrica nos elementos resistores 212. Os elementos aquecedores de resistor individuais 212 são eletricamente acoplados em paralelo entre trilhas de eletrodo condutivas 214, como mostrado geralmente no diagrama de circuito elétrico parcial da Figura 2D. A corrente 232, que passa através de elementos resistores 212, gera calor e vaporiza uma pequena porção do fluído 226 na superfície da estrutura de resistor 300 (i.e. camada de cavitação de tântalo 218/ interface fluídica próxima aos elementos aquecedores de resistor 212, onde se formam bolhas de vapor) na câmara de disparo 22. Quando um pulso de corrente é suprido, o calor provido pelos elementos resistores 212 cria uma bolha de vapor 228 em rápida expansão que faz sair uma pequena gota de vapor 230 da câmara de disparo do bocal 206. Quando elementos resistores 212 resfriam, a bolha de vapor rapidamente colapsa, sugando mais fluído pela entrada 224 para dentro da câmara de disparo 222, em preparação para ejetar a gota subsequente 226 pelo bocal 206.

[019] A Figura 3 mostra uma vista explodida em seção transversal, de um exemplo de estrutura de resistor tridimensional parcial 300 de acordo com uma configuração da presente invenção. O número de elementos resistores 212 em uma dada estrutura de resistor 300 é variável. Embora um número de significativas melhorias com respeito à uniformidade de temperatura através da superfície de nucleação da estrutura de resistor 300 tenha sido conseguido com uma estrutura de resistor 300 tendo seis ou sete elementos resistores 212 (que produz um considerável ganho em eficiência térmica e elétrica) o número de elementos resistores 212 na estrutura de resistor 300 pode variar significativamente, além destes números, com base na superfície de nucleação requerida, assim como na escolha da largura de espaçamento e altura do elemento resistor.

[020] Em cada elemento resistor 212 na estrutura de resistor 300 tem um espaço 302. Em geral, a largura 304 de cada elemento resistor 212 e o espaço entre cada dois elementos 212 são variáveis. As larguras dos elementos resistores 212 e os espaços 302 naturalmente variam, dependendo do número de elementos presentes na estrutura de resistor 300. Por exemplo, para uma dada estrutura de resistor 300, tendo uma particular largura, quando o número de elementos 212 aumenta na estrutura 300, as larguras dos elementos 304 e/ou espaços 302 entre os elementos 212 diminuem. Em adição, no entanto, as larguras de elementos 304 e espaços 302 também podem variar em base individual, através da estrutura 300 independentemente do número de elementos 212 na estrutura 300. Por exemplo, uma estrutura de resistor 300 incluindo sete elementos resistores 212, sendo que elementos diferentes ou todos os sete elementos podem ter larguras 304 diferentes.

[021] Similarmente aos elementos resistores individuais 212, os espaços 302 entre os elementos resistores 212 também podem variar em base individual na estrutura 300 independentemente do número de elementos resistores 212 na estrutura de resistor 300. Ademais, cada elemento resistor 212 presente na estrutura de resistor 300 resulta em uma formação de dentes de pente com altura 306 que também pode variar. Assim, há três dimensões variáveis na estrutura de resistor 300, incluindo a largura de cada elemento resistor 212, espaçamento 302 entre cada dois elementos resistores 212, e altura de cada formação de dentes de pente, associada a cada elemento resistor 212.

[022] Em geral, largura, espaçamento, e altura de elemento variáveis no resistor de pente provêem um perfil térmico customizado. O número de elementos resistores 212, larguras 304, espaçamento 302 variáveis dos elementos resistores 212 mais a altura variável 302 dos dentes de pente melhoram a eficiência da transferência de energia térmica entre os elementos resistores 212 e o fluído 226, e permitem um significativo grau de controle, com respeito à distribuição de temperatura através da superfície de nucleação da estrutura de resistor 300, de modo a maximizar a uniformidade de temperatura. Mais especificamente, como mostrado na Figura 3, a estrutura de resistor 300 resulta uma quantidade aumentada de área de superfície de nucleação 308 per área combinada de elementos resistores 212, que aumenta a quantidade de transferência de energia térmica ao fluído 226 (e diminui as perdas de energia térmica residual na cabeça de impressão). A quantidade aumentada da área de superfície de nucleação 308 e sua condição de controlar a proximidade com os elementos resistores ativos 212 (i.e. variando largura 304, espaçamento 302, e altura 306 dos dentes de pente) provê uma grande quantidade de controle, com respeito à uniformidade de temperatura e distribuição de energia térmica, através de toda a área superficial da estrutura de resistor 300.

[023] As dimensões particulares e relativas das larguras 304 e espaçamento 302 dos elementos resistores, e altura 306 dos dentes de pente exercem um impacto variado com respeito ao desempenho de ejeção de gotas de fluído a partir de um gerador de gotas 200, por sua contribuição com respeito à melhora de eficiência térmica e uniformidade de temperatura na superfície da estrutura de resistor 300. Por exemplo, o desempenho de ejeção de gotas de fluído (peso, velocidade, trajetória, e forma da gota) tende a melhorar, à medida que as larguras 304 e espaçamentos 302 dos elementos resistores 212 ficam menores. Correntemente, se considera que uma faixa entre 0,25 μm e 3,00 μm para largura de elemento resistor 304 e espaçamento 302 dos elementos proporcione os benefícios mais substanciais com respeito ao desempenho. A faixa de altura 306 correntemente considerada a mais significativa entre 0,25 μm e 1,00 μm (i.e. limite inferior) é contemplada com vista a melhorar as técnicas de fabricação. Ademais, os benefícios fundamentais ainda podem existir em dimensões ainda menores, tal como, em torno de 0,1 μm, por exemplo.

[024] As Figuras 4A, 4B, 4C são vistas de cima abaixo de estruturas de resistor 300 com números variáveis de elementos resistores 202, de acordo com configurações da presente invenção. Como indicado acima, as estruturas de resistor 300, mostrando números particulares de elementos resistores 212, são apenas exemplares, e não pretendem limitar o número de elementos 212, que pode estar presente em uma estrutura de resistor. Ademais, o número de elementos 212 em cada estrutura 300 pode variar além dos exemplos providos. Portanto, por meio de exemplo, as estruturas de resistor 300 na Figura 4A tem dois elementos resistores 212. Nas Figuras 4B e 4C, as estruturas de resistor 30 têm três e quatro elementos resistores 212, respectivamente. Em adição a demonstrar que as estruturas de resistor 300 podem ter um número variável de elementos resistores 212, as Figuras 4A a 4C pretendem mostrar como as larguras 304 dos elementos 312 e espaços 304 entre os elementos variam, dependendo do número de elementos resistores 212 na estrutura 300. À medida que o número de elementos resistores 212 aumenta de dois para quatro, as larguras de elemento 304 e espaços 302 entre os elementos 212 diminuem.

[025] Embora as estruturas de resistor 300 nas Figuras 4A a 4C mostrem exemplos, onde as larguras 304 dos elementos 212 e espaços 302 são iguais, em outras configurações, as larguras 304 e espaços 302 são diferentes. Por exemplo, a Figura 5 mostra uma vista de cima abaixo de uma estrutura de resistor 300, incluindo elementos resistores 212, cujas larguras 304 são diferentes dos espaços 302 formados entre os elementos 212, de acordo com uma configuração da presente invenção.

Neste exemplo, as larguras 304 dos elementos 212 são iguais entre si, e os espaços 302 entre os elementos 212 também são iguais entre si, mas as larguras são diferentes dos espaços. Especificamente, as larguras 304 dos elementos 212 são mais largas que os espaços 302. Em outras configurações, no entanto, as larguras 304 dos elementos 212 são mais estreitas que os espaços 302 entre os elementos.

[026] As Figuras 6A, 6B, 6C, 6D mostram vistas de cima abaixo de estruturas de resistor 300, havendo uma variedade de configurações de diferença de larguras 304 de elementos resistores 212 e espaços entre os elementos, de acordo com configurações da presente invenção. Na configuração mostrada na Figura 6A, sete elementos resistores 212 são separados por seis espaços 302, através da superfície da estrutura de resistor 300. As larguras 304 dos elementos 212 são mais largas em direção às bordas da estrutura, e mais estreitas em direção ao centro. Os espaços 302 são uniformes através da estrutura 300. Na configuração mostrada na Figura 6B, sete elementos resistores 212 são de novo separados por seis espaços 302, através da superfície da estrutura de resistor 300. No entanto, as larguras 304 dos elementos 212 são mais estreitas em direção às bordas da estrutura 300, e mais largas em direção ao centro. De novo, os espaços 302 são uniformes através da estrutura 300. Na configuração mostrada na Figura 6C, quatro elementos resistores 212 são separados por três espaços 302, através da superfície da estrutura de resistor 300. Neste caso, as larguras 304 dos elementos 212 e os espaços 302 entre os elementos ficam mais estreitas em direção ao centro da estrutura 300, e mais largas em direção à estrutura. Na configuração mostrada na Figura 6D, cinco elementos resistores 212 são separados por quatro espaços 302, através da superfície da estrutura de resistor 300. Neste caso, as larguras 304 dos elementos 212 ficam mais estreitas em direção ao centro da estrutura 300, e mais largas em direção às bordas, enquanto os espaços 302, entre os elementos ficam mais largos em direção ao centro da estrutura 300 e mais estreitos em direção às bordas. Portanto, virtualmente é possível qualquer configuração de elementos resistores 212, larguras 304, e espaços 302, através da estrutura de resistor 300, para conseguir uma uniformidade de temperatura ótima através da estrutura 300 e eficiência de transferência de temperatura ótima entre a estrutura 300 e o fluído 226.

[027] As Figuras 7A, 7B, 7C mostram vistas em seção transversal de estruturas de resistor 300, que demonstram dimensões variáveis de altura 306 de dentes de pente, de acordo com configurações da presente invenção. A altura 306 é a distância da superfície da estrutura de resistor 300 (i.e. superfície da camada de cavitação de tântalo 218) no topo 700 dos dentes de pente à superfície da estrutura de resistor 300 na base 702 de um dente de pente. Similarmente à largura 304 e espaçamento 302 dos elementos resistores 212, a altura 306 dos dentes de pente é variável. Variar a largura, 304 espaçamento 302 e altura 306 dos dentes de pente a estrutura 300 provê controle com respeito à quantidade de área superficial de nucleação 308 e sua proximidade aos elementos resistores 212. Assim, variar a dimensão da altura 306, também ajuda a otimizar a uniformidade de temperatura e a eficiência de transferência de energia térmica através da superfície da estrutura de resistor 300. Ademais, limitar ou minimizar a altura 306 também pode ajudar a controlar ajustar a vida útil do resistor.

[028] Na configuração mostrada na Figura 7A, a altura 306 da formação de dente de pente da estrutura de resistor 300 é mostrada em um limite superior exemplar, enquanto, na configuração mostrada na Figura 7B, a altura 306 está em um limite inferior exemplar. Como notado acima, uma faixa de altura 306 entre 0,25 μm e 1,00 μm correntemente é considerada a faixa que provê os benefícios de desempenho mais substanciais, mas esta faixa não pretende ser limitante, uma vez que os benefícios podem ser providos por outras alturas, por exemplo, mesmo uma altura reduzida a 0 μη, (i.e. superfície de nucleação plana) pode influenciar a otimização da vida do resistor. A Figura 7C mostra uma estrutura de resistor 300, onde a altura 306 dos dentes de pente varia através da superfície da estrutura 300. Assim, à medida que as larguras 304 e espaçamentos 302 dos elementos variam através de uma particular estrutura de resistor 300, a altura 306 dos dentes de pente também varia.

[029] A Figura 8 mostra uma vista em seção transversal de uma estrutura de resistor 300, cujos dentes de pente não têm cantos chanfrados, de acordo com uma configuração da presente invenção. Os cantos chanfrados 800 dos dentes de pente (i.e. na superfície da camada de cavitação de tântalo 218) aumentam a área superficial de nucleação da estrutura de resistor 300. Em adição, os cantos chanfrados 800 adicionalmente customizam a proximidade da área superficial de nucleação em torno dos elementos resistores 212 individuais, para prover uma uniformidade de temperatura adicional através da superfície da estrutura 300. Sem os chanfros 800, os cantos agudos dos dentes de pente são adicionalmente afastados dos elementos 212, e, por conseguinte, têm uma variação maior em temperatura que aquelas áreas superficiais mais uniformemente próximas dos elementos resistores 212. Como mostrado na Figura 8, o contorno da camada de passivação subjacente 216 pode também seguir a forma chanfrada dos cantos 800. Ademais, geralmente devido ao processo de deposição do filme, os filmes finos nas paredes laterais verticais íngremes dos dentes de pente tipicamente têm cerca de metade da espessura dos filmes da superfície de topo horizontal. Esta diferença da cobertura do filme nas paredes laterais encurta a extensão da trajetória térmica dos elementos de resistor 212 para os canais ou espaços 302, que ajuda a transferir calor lateralmente dos elementos para os espaços de canal 302.

[030] A Figura 9 mostra um diagrama de blocos de um dispositivo de ejeção de tinta básico, de acordo com uma configuração da presente invenção. O dispositivo de ejeção de tinta 900 inclui um controlador eletrônico 902, e conjunto de ejeção de fluído 102. O conjunto de ejeção de fluído 102 pode ter qualquer configuração de conjunto de ejeção de fluído 102 quer descrito, ilustrado, e/ou contemplado na presente invenção. O controlador eletrônico 902 tipicamente inclui um processador, firmware, ou outros componentes eletrônicos, para comunicar com o conjunto 102, e controlá-lo, de modo a ejetar gotas de fluído de maneira precisa.

[031] Em uma configuração, o dispositivo de ejeção de tinta 900 pode ser um dispositivo de impressão de jato de tinta. Assim, o dispositivo de ejeção de tinta 900 também pode incluir um reservatório de fluído/ tinta e conjunto 904 para suprir fluído a um conjunto de ejeção de fluído 102, um conjunto de transporte de mídia 906 para prover uma mídia para receber padrões/ arranjos de gotas ejetadas, e uma fonte de alimentação de energia. Em geral, o controlador eletrônico 902 recebe dados 910 de um sistema hospedeiro (host), tal como, um computador. Os dados representam, por exemplo, um documento e/ou arquivo, que deve ser impresso, e constituir uma tarefa de impressão, incluindo um ou mais comandos de tarefa de impressora e/ou parâmetro de comando. A partir dos dados, o controlador eletrônico 902 define um padrão/ arranjo de gotas para formar caracteres e/ou símbolos e/ou imagens.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Conjunto de ejeção de fluído de resistor térmico, compreendendo: - um substrato isolante (202); - primeiro e segundo eletrodos (214) formados no substrato (202); e caracterizado pelo fato de que - uma pluralidade de elementos resistores individuais (212) de larguras variadas (304), arranjada no substrato (202), cada um da pluralidade de elementos resistores (212) individuais sendo eletricamente acoplada por uma primeira extremidade ao primeiro eletrodo (214) e por uma segunda extremidade ao segundo eletrodo (214).

2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um espaço (302) entre cada dois elementos resistores individuais (212), cada espaço (302) tendo a mesma largura (304).

3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um espaço (302) entre cada dois elementos resistores (212) individuais, sendo que pelo menos dois espaços (302) têm larguras diferentes (304).

4. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os elementos resistores (212) formarem uma estrutura de resistor (300), e de as larguras variadas (304) dos elementos resistores (212) serem mais largas em direção às bordas da estrutura de resistor (300), e mais estreitas em direção ao centro da estrutura de resistor (300).

5. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os elementos resistores (212) formarem uma estrutura de resistor (300), e de as larguras variadas (304) dos elementos resistores (212) serem mais estreitas em direção às bordas da estrutura de resistor (300), e mais largas em direção ao centro da estrutura de resistor (300).

6. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender uma estrutura de dente de pente tri-dimensional, associada a cada elemento resistor individual (212), cada estrutura de dente de pente tendo uma crista (700) formada no elemento resistor (212) associado, e um canal (702) formado em um espaço (302) em qualquer lado do elemento resistor (212) associado.

7. Conjunto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de cada estrutura de dente de pente ter uma altura (306) se estendendo do topo da crista (700) para o topo do canal (702).

8. Conjunto, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de cada estrutura de dente de pente ter a mesma altura (306).

9. Conjunto, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de as alturas (306) associadas às estruturas de dente de pente não serem todas iguais.

10. Conjunto, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de os cantos (800) de cada estrutura de dente de pente serem chanfrados.

11. Conjunto de ejeção de fluído de resistor térmico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - um espaço (302) entre cada dois elementos resistores (212); e - uma camada de filme fino (210) formado sobre elementos resistores (212) e espaços (302), de modo que uma crista (700) seja formado em cada elemento resistor (212), e um canal (702) formado em cada espaço (302), a camada formando uma superfície de nucleação para transferir calor dos elementos resistores (212) para vaporizar e ejetar as gotas de fluído a partir da câmara.

12. Dispositivo de ejeção de fluído, caracterizado por compreender um conjunto de ejeção de fluído de resistor térmico, conforme definido na reivindicação 1; e - uma superfície de nucleação irregular (308) tendo cristas (700) salientes separados por canais (702) em recesso e formados como camadas de topo da estrutura de resistor (300) para vaporizar fluído quando aquecido pelos elementos resistores (212), em que a largura (304) de cada crista (700) saliente corresponde a um elemento resistor (212) associado subjacente à superfície de nucleação.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de as larguras (304) das cristas salientes não serem todas iguais.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um controlador eletrônico (902), para controlar a vaporização do fluído aquecendo os elementos resistores (212) de maneira precisa de acordo com comandos em uma tarefa de impressão.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: - uma câmara de fluído (212), e uma saída de bocal (206), disposta na câmara de fluído (222), para ejetar gotas de fluído através da vaporização do fluído na câmara de fluído (222).