CN103648786A

CN103648786A - 加热电阻器

Info

Publication number: CN103648786A
Application number: CN201180072374.9A
Authority: CN
Inventors: P.马迪洛维奇; L.H.怀特; E.D.托尔尼艾宁
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2014-03-19
Also published as: US20140104344A1; EP2734374A1; US8870351B2; WO2013012417A1; TW201307092A

Abstract

一种流体喷射装置的加热元件，所述加热元件包括环型主体、所述主体的内边缘和所述主体的外边缘，其中，所述内边缘和所述外边缘中的至少一个限定起伏表面轮廓。

Description

加热电阻器

背景技术

一种类型的流体喷射装置是热喷墨打印装置。热喷墨打印装置通过如下方式在诸如纸的介质上形成图像：对应于将要在介质上形成的图像，将流体滴热喷射到介质上。使用加热电阻器从热喷墨打印装置热喷射流体滴。当向加热电阻器供应电力时，加热电阻器的电阻导致该电阻器的温度升高。温度的升高导致形成气泡。该气泡进而推动流体通过小喷口，由此喷射流体滴。

附图说明

图1示出了一种流体喷射装置，该流体喷射装置包括以剖面侧视图示出的热流体喷射机构，其包括根据本发明一个实施例的环型加热电阻器。

图2是图1的热流体喷射机构的顶视图，包括根据本发明一个实施例的示例性环型加热电阻器。

图3是热流体喷射机构的顶视图，包括根据本发明另一个实施例的示例性环型加热电阻器。

具体实施方式

如上所述，热喷墨打印装置是一种流体喷射装置，其通过向加热电阻器施加电力而将流体滴喷射到介质上。加热电阻器的温度从而升高，导致形成气泡，该气泡最终导致墨滴被喷射。通常，加热电阻器的形状为实心矩形。

其他形状的加热电阻器可改善加热电阻器的效率以及热流体喷射装置自身的效率。然而，即使考虑到所得到的改善的效率，与基本的实心矩形不同的形状也可能是不利的。例如，电流将会遵循最小电阻路径，有可能导致不均匀的加热，从而导致长期可靠性问题。

本文公开了一种加热元件，其避免了不均匀加热而同时与简单的矩形加热电阻器相比依然能改善效率。所公开的加热元件至少部分地通过维持电阻器的高的长宽比来管理温度梯度。在一些示例中，加热元件具有环型加热电阻器的形式，该环型加热电阻器具有电阻器主体，电阻器主体具有带有多个峰部的边缘。更特别地，电阻器可具有圆环型加热电阻器的形式，该圆环型加热电阻器限定内和外边缘，内和外边缘中的至少一个是起伏的。

图1是流体喷射装置10的剖面侧视图，其包括示例性的热流体喷射机构100。热流体喷射机构100可形成喷墨打印头的一部分，喷墨打印头可包括若干个这种机构。

流体喷射装置10可以是喷墨打印装置，喷墨打印装置将墨液喷射到诸如纸的介质上以在介质上形成图像。更一般而言，流体喷射装置是一种精确地分配流体的精确分配装置，所述流体例如是墨液、熔融的蜡、聚合物或任何其他流体。流体喷射装置10可喷射基于颜料的墨液、基于染料的墨液、其他类型的墨液或者其他类型的流体。因此，流体喷射装置10可以是任何类型的喷射基本液态流体的精确喷射装置。

因此，流体喷射装置10可以是按需喷射装置，其中，通过在准确限定的位置精确地打印或分配来进行所考虑的基本液态流体的打印或分配，无论是否在被打印或分配的位置形成特定图像。因此，流体喷射装置10可以是任何精确地打印或分配基本液态流体的装置，所述基本液态流体不是实质上或主要由气体（例如空气）组成。这种基本液态流体的示例包括热喷墨打印装置情况下的墨液。基本液态流体的其他示例包括不是实质上或主要由气体（例如空气或其他类型气体）组成的药物、多孔产品、有机物等等。

可以使用控制器20来实施本文描述的热流体喷射机构。控制器20可以被实施为硬件或者机器可读指令和硬件的组合，并且控制流体滴从热流体喷射机构的喷射。这种热流体喷射机构的一个或多个可限定喷墨打印头。

如所示的，该示例性热流体喷射机构100包括衬底110、位于衬底上的屏障层120、以及位于屏障层上且限定一个或多个喷口的喷嘴层130。衬底110、屏障层120和喷嘴层130一起限定了流体室140。进而，加热元件150可位于流体室140内，布置在衬底上，布置在衬底中或者布置在衬底上方。

在操作中，流体通过限定在衬底和/或屏障层中的入口（未示出）进入流体室140，并且储存在流体室中以便后续喷射。在用电流脉冲激励加热电阻器150时，流体室中的流体被加热，使得膨胀的蒸气泡将流体从喷嘴132喷射。当电流脉冲结束时，加热元件150冷却。蒸气泡从而塌陷并且将更多流体从贮器（未示出）吸入流体室中，以准备用于下一次喷射。在打印期间，该喷射过程可以每秒钟重复成千上万次。

加热元件150可以具有环型电阻器的形式，该环型电阻器限定了围绕（而非穿过）流体室140的中心区域的电流路径。加热元件150可以由氮化硅钨（WSiN）、钽铝合金或者能够在被激励时发热的任何其他合适的电阻性材料制成。尽管没有特别示出，加热元件150可具有外涂层，例如包括电介质涂层，以防止腐蚀（例如，电的、化学的和/或机械的）。另外，外涂层可包括在电介质涂层上的诸如钽（Ta）的保护性涂层，其通常保护电阻器表面抵抗气泡塌陷期间产生的力。

现在参照图2，示出了热流体喷射机构100的局部自上而下视图，但除去了喷嘴层以更加清楚地示出流体室140的内部。在该示例中，流体室140至少部分地由大致圆柱形直立侧壁142和大致平坦的水平底板144限定。

尽管本文关于特定形状和尺寸来示出和讨论流体室140，但流体室的形状和尺寸不限于这方面。相反，设想了流体室的各种形状和尺寸。例如，流体室可以是圆形的、矩形的或者某种其他形状，并且可包括一个或多个直立侧壁。此外，应当理解的是，与喷射机构100相关地示出的流体室140的尺寸仅仅为了图示的目的，并且不意图是成比例的图示。

流体入口146使得流体能够进入流体室，通常经由墨液通道148来提供流体。流体入口和墨液通道可具有各种形状，图2仅示出了其中一种。

如上所述，加热元件150可具有大致圆环型电阻器的形式。因此，加热元件150可包括大致平坦的环型电阻器主体152，环型电阻器主体152可形成在流体室底板144上，形成在流体室底板144中或者形成在流体室底板144上方。环型电阻器主体152可大致关于垂直于图2且与流体室底板144的中心点相交的轴线对称。如所示的，电阻器主体152可限定间隙153，使得电阻器主体具有相对的端部152a、152b。导电引线154a、154b可电连接到电阻器主体152的相对端部152a、152b。导电引线154a、154b可由铝、铜、金、银、铂、其组合或其他类型的导电材料形成。

电阻器主体152是电阻性的，因为该电阻器具有比导体（例如导电引线154a、154b）的电阻更大的电阻。类似地，导电引线154a、154b是导电的，因为它们被认为是导体，具有比电阻器主体152的导电率更大的导电率。电阻器主体152的电阻是导电引线154a、154b的电阻的许多倍（作为一个示例，该电阻的比可以是5000或更高）。

导电引线154a、154b选择性地提供电力以激发该电阻器。例如，电流脉冲可经过导电引线154a，经过电阻器主体152，并且然后经过导电引线154b。电流脉冲将采取最小电阻路径，其通常是经过电阻器主体152的最短路径。

如所示的，加热元件150包括面向流体室140的中心区域的内边缘156a和面向流体室侧壁142的外边缘156b。在该示例中，外边缘156b与流体室侧壁142间隔开，但是这种间隔对于操作本文所述的加热元件150而言不是必须的。

在一些示例中，内边缘156a被径向地形成轮廓，以限定多个面向内的峰部158a。尽管本示例没有特别地示出，外边缘156b可类似地被径向地形成轮廓。

在本示例中，内边缘156a限定起伏边缘轮廓，该起伏边缘轮廓沿着内边缘156a的基本整个范围延伸。因此，从流体室的中心到电阻器主体152的内边缘156a的距离R沿着内边缘156a的整个范围发生变化。在一些示例中，内边缘156a由平滑的波浪线限定，从而形成交替的面向内的峰部158a和谷部158b。因此，内边缘158a和外边缘158b之间的距离可以被看作沿着电阻器主体的圆形路径增大和减小。

如图2所示，峰部158a可布置在电阻器主体152的相对端部152a、152b处。因此，内边缘156a和外边缘156b之间的距离趋向于在电阻器主体152的相对端部处或附近比在沿着电阻器主体152的圆形路径的一些位置处更大。这趋向于最小化在此类相对端部处出现“热点”的可能性，否则“热点”可能导致电阻器损坏和/或电阻器失效。

电阻器的宽度W可被定义为内边缘156a和外边缘156b之间的最小距离。如将要进一步说明的，这种宽度至少部分地决定了当电流经过电阻器时电阻器的温度梯度。

电阻器的长度L可被定义为可完整地在电阻器内画出的最小圆周路径。如上所述，电流路径将会是最小电阻路径，其通常是经过电阻器主体152的最短路径。因此，通常可通过选择内边缘156a和/或外边缘156b的适当轮廓来控制电流路径。在图2中，长度L大致对应于沿着谷部158b的底部的基本圆形路径。该基本圆形路径是经过电阻器主体152的最短路径，从而可对应于经过电阻器主体的电流路径。

在一些示例中，边缘轮廓可被限定为给电阻器提供相对高的有效长宽比，其通常在15比1或更大的量级。相对高的有效长宽比有助于最小化电阻器“热点”，否则“热点”可能导致电阻器损坏和/或电阻器失效。

图3是另一种热流体喷射机构200的局部自上而下视图，除去了喷嘴层以更加清楚地示出流体室240的内部。如所示的，流体室240是大致圆柱形的，并且至少部分地由大致圆形直立侧壁242和大致水平的底板244限定。流体入口246使得流体能够进入流体室，通常经由墨液通道248来提供流体。再次应当理解的是，流体室240的尺寸和形状仅仅为了图示的目的，并且不意图是限制性的。

在图3中，热流体喷射机构200包括加热元件250，加热元件250具有大致圆环型电阻器的形式。因此，加热元件150可包括大致平坦的环型电阻器主体252。电阻器主体252可形成在流体室底板244上，形成在流体室底板244中或者形成在流体室底板244上方，并且可限定间隙253，使得电阻器限定相对的端部252a、252b。导电引线254a、254b可电连接到电阻器252的相对端部252a、252b。

在施加电流脉冲时，电流可经过导电引线254a，经过电阻器主体252，并且然后经过导电引线254b。经过电阻器主体的电流路径将会是最小电阻路径，其通常是的导电引线254a、254b之间的最小电阻路径。如将要描述的，电阻器主体252可被形成轮廓以确保经过电阻器的最短路径（平均起来）是经过电阻器主体的径向中心。换句话说，经过电阻器主体252的最短路径包括在电阻器路径（对应于长度L）的内部和外部的基本相等量的电阻器材料。

电阻器主体252限定面向流体室240的中心的内边缘256a和面向流体室侧壁242的外边缘256b。在图3中，内边缘256a和外边缘256b均具有起伏边缘轮廓。因此，从流体室的中心到内边缘256a的距离R1和从流体室的中心到外边缘256b的距离R2均可沿着电阻器的圆形路径发生变化。如所示的，内边缘256a和外边缘256b可以一致地变化，从而限定具有起伏圆形路径的电阻器。在一些示例中，宽度W（电阻器的内和外边缘之间的距离）可以沿着电阻器的起伏圆形路径是相对恒定的。

依然参照图3，将会看到内边缘256a限定了交替的面向内的峰部258a和谷部258b。类似地，将会看到外边缘256b限定了交替的面向外的峰部259a和谷部259b。如图所示，面向内的峰部258a可以沿径向方向对应于面向外的谷部259b，并且面向内的谷部258b可以沿径向方向对应于面向外的峰部259a。这样，电阻器主体252的宽度可以沿着电阻器主体的起伏圆形路径是相对恒定的。

在一些示例中，交替的面向内的峰部和谷部可限定面向内的正弦曲线轮廓。交替的面向外的峰部和谷部可类似地限定面向外的正弦曲线轮廓。这种正弦曲线轮廓可对准，以使得电阻器主体的宽度W沿着电阻器主体252的路径是恒定的。例如，面向内的峰部258a可沿径向方向与面向外的谷部259b对准，并且面向内的谷部258b可沿径向方向与面向外的峰部259a对准。

如上所述，电阻器的长度L可被定义为可完整地在电阻器内画出的最小圆周路径。电流路径将会是最小电阻路径（通常是经过电阻器主体252的最短路径）。在图3中，电流路径大致对应于沿着面向内的谷部258b和面向外的谷部259b两者的底部的圆形路径（对应于长度L）。因此，电流路径可以被看作与面向内的谷部258b和面向外的谷部259b两者沿切向方向相交。可通过选择电阻器主体252的内和外边缘的适当轮廓来控制电阻器热梯度。

当向环型加热电阻器250施加电流时，电阻器的加热沿着电阻器主体的长度L是大致均匀的。这是因为电流基本均匀地流过电阻器主体。例如，由于内和外边缘是互补的，名义电流路径实际上被限定为经过电阻器主体的中心。因此，在名义电流路径的内部和名义电流路径的外部，热量都是均匀分布的。

在电阻器边缘由波浪线限定的情况下，如图3所示，内和/或外边缘的周期和幅度可被限定为适应期望的电阻器宽度W。这种宽度可被选择为实现电阻器宽度上的期望温度梯度和/或实现被喷射的流体滴的期望特性。

Claims

1.一种流体喷射装置的加热元件，所述加热元件包括：

环型主体；

所述主体的内边缘；和

所述主体的外边缘；

其中，所述内边缘和所述外边缘中的至少一个限定起伏边缘轮廓。

2.如权利要求1所述的加热元件，其中，所述内边缘被径向地形成轮廓，以限定多个面向内的峰部和谷部。

3.如权利要求2所述的加热元件，其中，所述外边缘被径向地形成轮廓，以限定多个面向外的峰部和谷部。

4.如权利要求1所述的加热元件，其中，所述内边缘和外边缘各自限定峰部和谷部，所述内边缘的峰部沿径向方向对应于所述外边缘的谷部，并且所述内边缘的谷部沿径向方向对应于所述外边缘的峰部。

5.如权利要求4所述的加热元件，其中，所述内边缘的谷部和所述外边缘的谷部限定经过所述电阻器主体的电流路径。

6.如权利要求5所述的加热元件，其中，所述电流路径是基本圆形的。

7.如权利要求1所述的加热元件，其中，所述起伏表面轮廓沿着所述内边缘和所述外边缘中的至少一个的基本整个范围延伸。

8.如权利要求1所述的加热元件，其中，所述起伏表面轮廓限定平滑波浪轮廓。

9.如权利要求1所述的加热元件，其中，所述环型主体具有至少15比1的长宽比。

10.一种流体喷射机构，包括：

衬底；

位于所述衬底上的屏障层；

位于所述屏障层上的喷嘴层，所述衬底、所述屏障层和所述喷嘴层一起形成具有室底板的流体室；和

环型电阻器，所述环型电阻器具有位于所述室底板上的电阻器主体，所述电阻器主体限定内边缘，所述内边缘具有多个面向内的峰部。

11.如权利要求10所述的流体喷射机构，其中，所述电阻器主体还限定外边缘，所述外边缘具有多个面向外的峰部。

12.如权利要求11所述的流体喷射机构，其中，所述电阻器主体限定交替的面向内的峰部和谷部以及交替的面向外的峰部和谷部，面向内的峰部沿径向方向与面向外的谷部对准，并且面向内的谷部沿径向方向与面向外的峰部对准。

13.如权利要求12所述的流体喷射机构，其中，所述交替的面向内的峰部和谷部限定面向内的正弦曲线轮廓，并且所述交替的面向外的峰部和谷部限定面向外的正弦曲线轮廓。

14.如权利要求13所述的流体喷射机构，其中，所述电阻器主体限定电流路径，所述电流路径与所述面向内的谷部和面向外的谷部沿切向方向相交。

15.一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括流体喷射机构，所述流体喷射机构具有被容纳在流体室内的加热电阻器，所述加热电阻器包括：

平坦的环型电阻器主体；

具有第一正弦曲线边缘轮廓的内边缘；和

具有第二正弦曲线边缘轮廓的外边缘，所述内边缘和外边缘是互补的，以沿着经过所述电阻器的电流路径维持一致的电阻器宽度。