TW562746B - Compact high-performance, high-density ink jet printhead - Google Patents

Description

五、發明說明（1 ) 本發明一般有關熱噴墨（TIJ)列印頭，尤指一種高性能 列印系統與方法，使用具有間插，高密度配置墨滴產生器 之緊密單色列印頭。 熱噴墨（TIJ)列印機在電腦界較受歡迎及廣泛使用。這 些列印機係由W.J. Lloyd與Η·Τ· Taub說明於Output Hardcopy Devices(Ed. R.C. Durbeck and S. Sherr ^ San Diego : Academic Press， 1988)第 13 章”噴墨裝置”及美國 專利號碼4，490，728與4，313，084。噴墨列印機產生高 品質列印，係緊密與可攜帶，及因為僅墨滴打擊在列印媒 體（如紙張）上，故列印快速且安靜。 噴墨列印機在一陣列特定界定位置列印個別點（或圖 素）的式樣而產生一列印影像。這些點位置，在一直線陣列 中易於觀看的小點，係由所列印式樣界定。因此，列印工 作在以墨點填充點位置式樣即可呈現圖像。 ^噴墨列印機發射小量墨於列印媒體上即可將點列印出 來墨供應裝置，如墨儲存槽，可供應墨給墨滴產生器。 墨滴產生ϋ係由-微處理器或其他控制職制並在接受微 處理器命令的適當時間發射墨滴。墨滴發射正時通 於所列印影像之圖式樣。 〜 一般，墨滴產生器係快速加熱置於蒸發絲發室内一 小量墨’ Μ由-孔口（如喷嘴）來發射墨滴。墨滴蒸發典型 係使用電熱器如一小薄膜（或擊發）電阻器來達成。墨滴發 射係以電流通過一選擇之擊發電阻器，超加熱置於一選擇 擊發室内之墨薄層而達成。此超加熱造成墨薄層的爆 562746

五、發明說明（2) 蒸發並經由列印頭結合噴嘴發射墨滴。

墨滴發射係藉移動載具組成，支持有内含墨滴產生器 之列印頭組成，而定位於列印媒體上。載具組成橫跨列印 媒體表面’並視列印式樣定位列印頭組成。載具組成可沿 一 ’’掃描軸π在列印頭組成與列印媒體之間產生相對移動。 一般，掃描軸係位於與列印媒體寬度平行方向及載具組成 之單一 ”掃描”係表示載具組成使列印組成大約位移橫跨列 印媒體寬度一次。在掃描之間，列印媒體典型沿”媒體（或 紙）前進軸”相對於列印頭前進，即垂直於掃描軸方向（一般 沿列印媒體長度方向）。 ' 當列印頭組成沿掃描軸前進時，產生一間歇線之條 紋。這些間歇線的重疊即產生列印影像之文字或影像的外 形。沿媒體前進軸之列印解析，通常係指這些間歇線沿此 媒體前進軸之密度。因此，在媒體前進軸上間歇線的密度 越南’沿著軸線的列印解析也越大。 沿媒體前進之間歇線密度（即列印解析）可藉增加在列 印頭上墨滴產生器的數量而增加。如此可產生較佳列印解 析及增加列印速度。但由於幾個因素，在增加墨滴產生器 數量的同時，不宜增加列印頭的尺寸。但在現有列印頭上 僅增加墨滴1纟器數量，纟列印工作日夺會大量增力口列印頭 的耗損量。此增加之耗損會造成不當之列印頭熱脫逸。這 些在列印頭上的大量熱脫逸對列印頭工作有負面影響，使 列印品質劣化，列印頭熱故障，甚至使整個列印頭無法工 作。 五、發明說明（3) 可避免大量熱脫逸之技術之-係減緩列印頭速度。作 :技術須在列印頭上提供更多的墨滴產生器，因而抵銷了 f正面效益。另一可用來避免大量熱脫逸之技術係增加列 印頭的尺寸。但此技術之主要缺點係增加列印頭尺寸會增 加列印糸統的成本。由於列印系統價格正快速下降，故大 型列印頭所增加的成本在市場上無法競爭。因此，所需要 的是提供-種緊密，高喷嘴數量，及高性㈣£卩^㈣ 避免熱脫逸的缺點。 要克服上述先前技藝的限制及克服其他的限制，可由 町本發明規格之說明而明瞭，本發明係實施於一種具有 高，度墨滴產生器之緊密單色喷墨列印頭。本發明提供一 種高性能設計，致能高解析與高速列印，同時可有效利用 列P頭工間而減少成本.特別是，本發明緊密，高性能列印 頭包括數個性能改良特點，允許大量的墨滴產生器可裝設 於緊岔列印頭上，同時使諸如熱脫逸問題減至最小。 本發明緊密，單色噴墨列印頭致能高性能列印，包括 高解析與高速列印。特別是，所用來增加列印解析與速度 之技術係增加墨滴產纟器的數量，冑其相對於其他墨滴產 生器群予以間插並以高頻率操作墨滴產生器。此種間插， 南密度配置有助於增加列印頭的有效解析度。本發明包括 墨滴產生器之南密度間插配置，置於一緊密列印頭基板 上。每一墨滴產生器係一薄膜構造，形成於列印頭基板上， 可流體耦合於一墨供應裝置並包括一喷嘴。墨係供應至墨 滴產生器並在適當時間加熱及自結合之喷嘴發射。 五、發明說明（4) 在一較佳實施例中，在緊密列印頭之墨滴產生器密度 超過每平方米墨滴產生器及緊密列印頭含至少350噴 鳴墨滴產生器（及對應噴嘴）係配置成至少三平行列。每 列與相鄰列相對間插（或偏置），提供一比非間插配置者 更大的有效級距。 本發明亦藉裝設產生器於緊密列印頭上而減少具有高 密度墨滴列印頭的相關成本。為提高緊密基板上墨滴產生 器之高密度，本發明包括有數種改良熱效率之技術。改良 熱效率技術之-係提供具有_薄膜構造之熱效率墨滴產生 器，包括高電阻電阻器及一薄鈍化層。 ， 緊在列P頭上墨滴產生器之高密度配置可提供可播帶 弋低成本^裝之同性能列印。特別是利用熱效率墨滴產 生器及提供緊密列印頭獨特之熱控制，本發明可提供高 速’高解析及高品質列印。本發明亦包括高性能列印方法， 即利用本發明之緊密噴墨列印頭。 本發明其他特點與優點，可由以下詳細說明而更完整 的瞭解，參考附圖並以舉例方式說明本發明之原理。另外， 本發明係以申請專利範圍界定，而非如前述摘要或以下詳 細說明加以限制。 本發明可參考以下說明及附圖所說明之較佳實施例而 更進-步瞭解。本發明其他特點與優點，可由以下詳細說 明而更完整的瞭解，來老wh 原理。 參考_並以舉例方式說明本發明之 以下所參考㈣中，所有㈣㈣號碼代表對應組件： 562746

第1圖係結合本發明之整個列印系統方_。

第2圖係—舉例之列印系統，結合有本發明緊密 高密度噴墨列印頭’其圖示僅供說明。 高性 第3圖說明第2圖列印“―舉例之載具組成，可用以 支持本發明緊密高性能，高密度噴墨列印頭。 第4圖係本發明列印組成之魏圖，其圖示僅供說明。 第5八圖係本發明舉例列印頭之平面表示用以說明嘴 嘴之配置。 、 第5B圖說明第5A圖列印頭部分之平面圖，其中孔口層 已移除’以便說明墨滴產生器之間插配置。 第5 C圖係第5 A圖列印頭剖面等軸線圖，說明列印頭之 各層。 第6圖係第5圖舉例列印頭之平面表示，其中列印頭之 噴,層已移除’顯示出在噴嘴下方之電阻器式樣。 第7圖係第5A圖列印頭500初基功率路徑之示範實施 例。 第8A圖係第5A圖列印頭單一接地連接引線之示範實 施例。 第8B圖係另一示範實施例，說明第5 A圖所示列印頭之 兩接地連接引線。 第9圖係本發明舉例墨滴產生器剖面透視圖。 第10A圖係第9圖擊發電阻器之平面圖。 第10B圖係第10A圖擊發電阻器側視，說明擊發電阻器 之薄膜構造。 562746 五、發明說明（6) 在以下本發明之說明中，參考其組成部分之附圖，及 其中所顯示者係以本發明特定實施例作說明。顯然亦可採 用其他實他例，及其他構造改變應仍屬本發明範疇。 本發明之特徵在一具有高密度配置間插墨滴產生器之 緊也單色列印頭。此配置提供本發明之高解析及高速列 印。為達成最佳列印系統的性能，本發明多數之特點很重 要。

本發明特點之一係有關使用一高解析列印頭，具有高 頻=作之南噴嘴數量。列印頭解析（與列印文件相對）係根 據每直線英α才噴嘴數量來測定。所量測方向係與媒體前 進軸對齊，及在掃描列印頭的情況，係垂直於掃描轴。在 不粑實施例中，本發明列印頭沿媒體前進軸方向，有一 喷嘴陣列尺寸為1/3英忖及組合解析為每忖丨點（㈣。另 外，此不範實施例列印頭之工作頻率係至少為12他。

,本發明之列印頭係使用一間插配置之墨滴產生器，以 &加列印σσ質，速度與解析。特別是，_多數墨滴產生器 係沿多重轴線設置及以立，以橫向於媒體前進軸方向掃描 列印媒體之相同部分。沿一轴線（或袖群）之每一多數墨滴 產生器各有中心線，及所有軸群之中心線係平行於媒體前 進軸且於媒體前進軸橫向方向彼此間隔分開。每一軸群 之喷嘴係相對於其他群間插，使至少三轴群有一組合解析 (沿媒體前進轴測定）比單_軸群之雙倍解析為大。間插在 列印較少線條時可提供較高解析及可藉在媒體前進轴增加 有效噴嘴密度以提供高解析之高列印速度。本發明列印頭 562746

五、發明3兄明L 7 )

Operation”，與本申請案同一天提出申請。

供所有四組合軸群的有效級距12〇〇(11^(沿媒體軸測定）。較 佳的，四軸群之引線係對齊於1/3〇〇吋之内，使所有四軸群 組合之有效級距，在列印掃描時所涵蓋之條紋端對端有 本發明另一特點包括使用大量喷嘴之有效空間規劃， 使列印頭的尺寸減至最小，及致能在較低成本的列印系統 中使用列印頭。此空間有效規劃包括一高方向比基板，具 有很緊密配置之兩中央饋墨槽及具有共用接地引線之墨滴 產生器初基。本發明另一特點包括墨滴產生器之能源效率 設計。利較高電阻之電阻器，具有較低熱阻抗保護層，使 產生之每一滴轉移至基板之熱能可以減至最小。 第1圖係結合本發明之整個列印系統方塊圖。列印系統 100可用來在媒體上列印，如列印媒體102(可用紙）上之墨 列印系統100係耦合至主系統105(如電腦或微處理器）以便 產生列印資料。列印系統100包括一控制器110，一電源供 應120, 一列印媒體運送裝置125，·一載具組成13〇及一多數 五、發明說明（8) 切換裝置135。一墨供應裝置115係流體耦合於列印頭組成 15〇，用以選擇性提供墨至列印頭組成15Θ。列印媒體運送 裝置125提供一裝置供相對於列印系統1〇〇移動列印媒體 (例如紙）。同樣，載具組成130支持列印頭組成1 50及提 供裝置，在接受控制器110之指令時可移動列印頭組成 150至列印媒體1〇2上之特定位置。 列印頭組成150包括一緊密列印頭構造16〇。以下將詳 、’’田況明，本發明列印頭構造丨6〇含有一多數的不同層，包括 一基板（未圖示）。列印頭基板可以是單一單晶基板，由任 何適當材料製成（宜具有低熱膨脹係數），例如矽等。列印 頭構造⑽亦包括_高密度，間插配置之墨滴產生器165形 成於列印頭基板中。墨滴產生器】6〇之配置包括一熱效率設 计，允許大數量之墨滴產生器設置於相對緊密之列印頭基 板，不致有大的熱脫逸。另外，每一墨滴產生器165之配置 包括夕數元件，用以使墨滴自列印頭組成1 50射出。緊密 列印頭構造160亦包括一電氣介面m，可提供能量至切換 裝置135，然後再提供電源至高密度，間插之墨滴產生器 的配置。 在列印系統100工作時，電源供應12〇提供一控制電壓 至控制器110,列印媒體運送裝置125，載具組成13〇及列印 頭，.且成1 50。另外，控制器11 〇接收自主系統丨〇5之列印資料 並將資料處理成列印機控制資訊與影像資料。所處理之資 料，影像資料與其他靜態與動態產生之資料係提供至列印 媒體運送裝置125’載具組成13〇及列印頭組成15〇，以便 562746 五、發明說明（9) 效控制列印系統100。 第2圖係舉例之列印系統，結合有本發明高性能，高密 度噴墨列印頭，其圖示僅供說明。如第2圖所顯示，列印系 統200包括一盤222用以支撐列印媒體當列印工作啟始，列 印媒體即自盤222運送至列印系統，以使用媒體前進轴 227方向之送紙器226為佳。然後在列印系統2〇〇内以^方向 運送列印媒體及在入口相反方向輸出至輸出盤228。其他列 印媒體路控，如直線紙張路徑，亦可使用。 在進入列印系統2〇〇，列印媒體即暫停於列印區23〇， 然後載具組成130，用以支持本發明至少一列印頭組成 150，即於掃描軸234方向橫向移動（掃描）於列印媒體，在 上面列印墨滴條紋。列印頭組成15〇係可拆卸的裝設或永久 裝設於載具組成130。另外，列印頭組成15〇係耦合於墨供 應裝置115。墨供應裝置115可以是―自含式墨供應裝置^ 自含式墨儲存槽）。或者，列印頭組成15〇可以是流體耦合， 經由可撓性管線，至墨供應裝置115。另_替代方式，墨口供 應裝置可以是-或多個墨容器，分離或可自列印頭組成 15 0分離及可拆卸的裝設於載具組成丨3 〇。 第3圖說明第2圖列印系統之舉例載具組成，用以支持 本發明高性能，高密度噴墨列印頭。載具組成13()包括一掃 描載具320,用以支持列印頭15〇，可拆卸的或永久裝設於 掃描載具320。控制器11G_合於掃描載具32()及提供控制 資訊至列印頭組成150。 掃描載具320係可沿掃描軸234直線路徑方向移動。載 562746 五、發明說明（ίο) 具馬達350，如步進器馬達，根據位置控制器354(可與控制 器通訊）命令，沿掃描軸234運送掃描載具320。位置控制器 354提供有記憶體358,可致能位置控制器354瞭解其沿掃描 軸234之位置。位置控制器354係耦合於滾子馬達362(如步 進器馬達），可增量運送列印媒體102。列印媒體1〇2係藉施 加壓力於列印媒體102與一滾子370之間而移動。使列印系 統200電氣組件動作之電力（如載具馬達350與滾子馬達 362) ’以及使列印頭組成15〇發射墨滴之能量係由電源供應 120所提供。 一般而言，列印工作之發生係自盤222饋送列印媒體 102及轉動滾子馬達362與滾子370，於媒體前進軸227方向 運送列印媒體102至列印區230。當列印媒體1〇2正確定位於 列印區230時，載具馬達350定位（或掃描）掃描載具32〇與列 印頭組成1 50於掃描軸234之列印媒體丨〇2上以便列印。在一 單掃描或多重掃描之後，列印媒體1〇2即由滾子馬達362在 媒體前進軸227增量移位，以便定位列印區23〇另一列印媒 體102位置掃描載具320再次橫向掃描列印媒體1〇2列印另 一墨滴條紋。此程序重複直至所要列印資料已列印於列印 媒體102上，即列印媒體102在該點輸出於輸出盤228中。 本發明緊密列印頭包括一高密度間插配置之墨滴產生 器，可提供高速高解析列印。墨滴產生器高密度配置有一 熱效率設計，允許墨滴產生器高密度配置設置於緊密列印 基板上。在較佳實施例中，緊密列印基板有一墨滴產生器 密度大約超過每平方毫米10墨滴。另外，在較佳實施例中°，

-13 - 562746 五、發明說明（ 墨滴產生器係沿至少四軸f畚一 =…數”。每-::二=::: 母+方笔未約十二喷嘴。本發明熱效率 膜構造，包括-熱效率電阻器構造，且有 化層。 一有阿電阻與一薄鈍 本發明另-特點係具有一列印頭輸入引線數 於緊密列印頭基板上之墨滴產生器數量為少。特別是，= 滴產生器係配置成稱為初基之群，在本發明中’列印叙 接地連接數量係小於初基數量。在—較佳實施例中，卜 個接地連接。另外，另有-特點係墨滴以高發： =發射-低滴重量。例如，在一較佳實施例中，墨滴之 置約15奈克’以大於1細Z之發射頻率發射。 第4圖係本發明列印頭組成之透視圖，其圖示僅供說 明。以下參考使用於一典型列印系統一典型列印頭組成詳 細成明本發明’如第2圖列印機2〇〇所示。但本發明可社人 於任何列印頭與列印機組態中。參考第⑷圖及第4圖^ 印頭組成150係由-熱噴墨頭組成術與—列印頭本趙4〇4 組成。熱噴墨独成術可以是彈性材料，通稱為膠帶自動 接合（TAB)組成’並可包含互接塾片412。互接墊片川可 適當固定於列印頭組成150(亦稱為Η印載具），例如，以一 黏性材料固定。接觸塾片408與載具組成13〇上之電極（未圖 示）對齊及電氣接觸。 第5圖係本發明舉例列印頭之平面示意圖，用以說明其 噴嘴配置。注意第5Α圖係-簡化說明。例如，其所說明之 14 562746 五、發明說明（l2) 喷嘴數量已比範例或所要商用實施例大為減少。—舉例列 印頭爾括-緊密基板510，纟中具有一多數墨滴產生 益’輸入墊片5i5及一孔口層52〇。孔口層52〇含有一多數喷 嘴530與多數墨滴產生器對應。 ' 在第5A圖之舉例實施例中，列印頭有一組合喷嘴解析 約每时1200點（dpi)。以另-方式說，歹4印頭之組合（或有效） 級距係沿參考軸L所量測為1/12〇〇忖。列印頭喷嘴各工作於 超過12kHz之工作頻率。 要達成一尚列印解析，本發明舉例列印頭，如第5 A圖 所示，其喷嘴係配置成四軸群（如第5A圖之群卜4所示）。各 軸群有一中心線（如第5A圖之虛線所示）大致平行於其他軸 群之中心線及參考軸L。在工作中，參考軸L係對齊於媒體 前軸227。各軸群有一相對於參考軸[量測之軸級距p。各 軸群之噴嘴係相對於其他軸群及相對於參考軸L間插設 置。如第5 A圖所示，各軸群有一軸級距p ,及所有四軸群 組合之有效級距係相對於參考軸L之p/4(或是任何單一軸 群之1/4級距）。另外，群1與群3可以組合提供一有效級距 P/2。同樣，群2與4可組合提供一有效級距P/2。在此舉例 實施例中，各軸群之軸級距卩係丨/300吋，但間插三或更多 軸群以提供更高解析之技術可應用於任何軸級距中。同時 各軸群之噴嘴係以實質共直線說明，須注意軸群有些喷嘴 可能稍偏離軸群之中心線。例如，此可能發生於當擊發延 遲需要補償的時候。 第5B圖係說明第5A圖列印頭部分之平面圖示，其孔口 15 562746 五、發明說明（l3 層已移除，以便說明墨滴產生器之間插配置。別是列印頭 5〇〇包括墨滴產生器540置於緊密基板510上。噴嘴530置於 墨滴產生器540之上並配置成軸群，包括群卜群2,3與群4。 墨滴產生器之軸群係彼此相對於參考軸L橫向間隔隔開。 在一較佳實施例中，參考軸L係與媒體前進軸227對齊。一 單一墨滴產生器軸群有一特定軸解析，在列印媒體上一列 印頭500之單一路徑係以2除以軸級距界定（1/p)。在一舉例 實施例中，軸解析^/?)係約300dpi。利用此間插之軸群配 置，當與所有四軸群工作時，組合軸群之有效解析可增加 至約4/P ’當與適當選擇之成對四軸群工作時，約為2/P。 一特別軸之軸級距（P)等於所投影，或根據參考軸乙所 里測之兩最接近墨滴產生器之間中心·對-中心之間隔。在 一較佳實施例中，？係約等於1/300吋。群1，2，3，與4係 彼此相對沿參考軸L以p/4間插（若p約等於1/3〇〇吋，即等於 1/1200于）如第5B圖所說明，此所提供之組合中心·對·中心 間隔（同樣沿參考軸L量測）等於p/4(在舉例實施例中為 1/1200吋）。以此配置，1與3(以pn表示）組合中心·對-中心 門隔等於P/2，或1/600吋。群2與4組合中心對中心間隔（以 P24表示）亦等於p/2。此高密度間插配置允許本發明列印頭 以緊密列印頭設計提供高性能列印。 第5C圖係第5A圖列印頭5〇〇剖面等軸線圖，說明列印 頭5〇0各層。列印頭500包括緊密列印頭基板51〇(如石夕）及具 有各種裝置與薄膜層形成上面。列印頭5〇〇亦包括孔口層 520置於覆蓋在基板51〇上之障壁層55〇上面。基板51〇包括 16 562746 五、發明說明（Μ) 墨滴產生器配置成高密度，間插之配置，包括群1内第一多 數墨滴產生器560及群2内第二多數墨滴產生器565配置於 第一饋墨槽5 7 0周圍。在此舉例實施例中，提供有一第二饋 墨槽572,群3與群4即配置於第二饋墨槽572周圍。喷嘴53〇 係形成於孔口層520内，配置成使每一噴嘴530有一下方墨 滴產生器。墨係經由第一饋墨槽570供應至墨滴產生器，在 該處加熱並經由噴嘴530發射。 典型使用一炎層程序，將孔口層520附接於障壁層 550。雖然第5C圖說明障壁層55〇及孔口層52〇係分離個別 層，但他們在另一實施例中亦可形成一體之障壁與孔口 層。一擊發室575係由孔口層520與障壁層550二者一起界 定。擊發室575係電阻器58〇加熱墨之處，直至墨滴經噴嘴 530迫出為止。 本务明包括一墨滴產生器高密度配置設置於一緊密列 印頭基板上。列印頭有一伸長（或窄寬度）形狀及，在一較 佳實施例中，緊密列印頭基板係一矩形，具有約3毫米寬度 與約12毫米長度。在此緊密列印頭基板上含有至少35〇喷 嘴，以416噴嘴數量為佳。在較佳實施例中，產生每平方毫 米具有約12噴嘴之緊密列印頭。 由列印頭基板上所含墨滴產生器將墨自喷嘴發射，喷 嘴係配置於至少四間插列，每一列具有丨〇4喷嘴，及每一列 噴嘴長度約為1/3忖。四列喷嘴係在兩伸長饋墨槽周圍配置 成對，每一饋墨槽具有約200微米寬。較佳的，每一饋墨槽 係與列印頭中心相距約680微米。

17 562746 五、發明說明（15) 第6圖係第5圖舉例列印頭之平面示意圖，其列印頭噴 嘴層移除，露出噴嘴下方之電阻器58G式樣。本發明每_、嘴 嘴有-對應置於下方之可操作電阻器58()。第6圖所說明之 電阻器數量係減少以便簡化說明。

電阻器580係配置於高緊密列印頭基板51()，使列印頭 基板510每平方毫米至少有1G電阻器的密度。此高密度配置 允許列印頭成本較許多其他噴嘴少之列印頭還要低。在一 舉例實施例中，列印頭基板510每平方毫米約有丨2電阻器。 須注意任何饋墨槽面積係包括在電阻器密度的計算中。 第6圖所示列印頭基板51〇有一伸長式樣因數，基板5ι〇 長度大致與參考軸L對齊。在一較佳實施例中，至少35〇墨 滴產生器係配置於寬度約小於3毫米及長度約小於12毫米 之基板5 10上。在一較佳實施例中，基板51〇含416電阻器及 有一約2.9毫米寬度及一約丨丨.5毫米長度。

列印頭基板510有兩伸長饋墨槽，包括第一饋墨槽57〇 及第二饋墨槽572。每一饋墨槽57〇, 572自墨供應裝置供墨 至電兩軸群之電阻器580。例如，如第6圖示，第一饋墨槽 570提供墨至群1與2之電阻器及第二饋墨槽572提供墨至群 3與4之電阻器。每一饋墨槽57〇，572有一中心線（如第6圖 之短線所示）大致與參考軸L平行及大約將饋墨槽57〇，572 沿其個別長度相等的加以分割。饋墨槽57〇，572中心線係 間隔分開及彼此橫向大約平行於參考軸L。每一饋墨槽 570，572有兩縱向邊緣大致為槽長度·特別是第一饋墨槽 570包括一第一縱向邊緣610與配置成群1電阻器相鄰及一 18 562746 五、發明說明（l6) 第二縱向邊緣620與配置成群2電阻器相鄰。同樣，第二饋 墨槽572包括一第三縱向邊緣630及一第四縱向邊緣640具 有群3與4相鄰於個別的邊緣。 列印頭基板510長度之相對端係具有輸入墊片515之端 部分’可提供各軸群電阻器的能量。切換電路（如多數電晶 體）耦合自輸入墊片515之傳送信號至軸群電阻器。此技術 有助於減少列印頭基板5 10之寬度。 每一電阻器580係耦合於一切換電路（如場效電晶體 (FET))，以提供電流脈波至電阻器58〇〇這些切換電路以下 將詳細討論。電阻器580與其個別切換電路係配置成稱為初 基（如第圖號碼1-16所示）之各群。在第6圖所示之舉例實施 例中’母一軸群係分成4初基·較佳的，每一初基各有％喷 嘴，即每一軸群總數為1〇4喷嘴。雖然第6圖為簡化僅說明 每一初基四電阻器（及對應之墨滴產生器），須知大多數的 列印頭設計都會大於每初基1〇電阻器（及墨滴產生器）。 較佳的，南密度墨滴產生器配置係使用低重量墨滴。 低重量墨滴係較小且提供比重量大的墨滴所能達成的更細 的解析列印。使用低重量墨滴與高密度陣列墨滴產生器使 本發明能提供高列印速度之高列印解析。在一較佳實施例 中，本發明使用重量約15奈克（ng)之黑色墨滴，較佳之範 圍為14至16ng。 =般’本發明-較佳實施例係以高發射頻率操作墨滴 產生器’有助於使用低重量墨滴且仍能保持高列印速度。 較佳的，此發射頻率係在料(kHz)的範i此高發射頻率 562746 17 五、發明說明（ 、门在度墨滴產生器陣列組合可提供高速列印與高解析。 力、•幸乂佳貝％例中，本發明墨滴產生器使用之發射頻率 超過12kHz。較佳之頻率圍係約^至哪沿，18他係較佳 值。 、、本發明包括-高性能但經濟之列印頭，使用緊密設計 <咸乂成本，其熱效率允許緊密列印頭基板可利用高性能 °又5十°特別是列印頭熱效率設設計可致能高密度墨滴產生 器^置於緊密列印頭基板上，同時使熱脫逸減至最小。本 方式之致此一向性能且緊密設計之相關列印頭電 路。特別是列印頭電路係設計成僅需低功率即可操作每一 墨滴產生器，且其產生之熱能最小。 技術包括提供一特別初基與一初基功率引線（用以 提仏功率至特別初基），可分離自各初基功率引線激能其餘 之每一初基。故一特別初基功率引線係耦合至所有與特別 初基内各切換電路結合之初基功率引線。在一較佳實施例 中，其切換電路係FETs，特別初基選擇引線係耦合至特別 初基内每一 FET之各源極或洩極連接。 本發明另一技術係有關以耗合於每一多數初基單一切 換$置之各閘極引線來分離激能閘極引線。閘極引線數係1 至N(其中N係最大初基之電阻器數量）。在一較佳實施例 中’初基各有26電阻器（N-2)，即有26閘極引線。當切換裝 置係FETs時，初基中之各FET有一閘極引線連接至其閘 極。當一特別切換裝置致動時，一電流脈波自一初基功率 引線流經切換電路，流經力熱器電阻器，及經回線或接地 20 五、發明說明（IS) 引線流回來。為致動一特別切換裝置，閉引線與結合之初 基功率引線必須同時致動或激能。 在列印頭工作時，閘引線係依序一次致動一個。結果， -次僅能致動一特別初基。但有些或所有初基可同時工 作，因為，每一閘極引線係連接至多數初基之一切換裝置。 在一較佳實施例中，每-初基對每_26開極引線最多有一 閘極連接。由於列㈣統在王料循環於雜引線，初基 内-次僅有-墨滴產生器能工作。但由於大多數閘極引線 係由初基共用，故複數個初基可同時擊發。在一較佳實施 例中，至少三個初基，以四個為佳，重叠於掃描軸（即橫向 於紙軸及橫向於軸L)可同時工作。此允許在單一掃描中涵 蓋更完整及更高解析的範圍。 第7圖係第5A圖列印頭500初基功率傳遞之舉例實施 例。特別之初基有一初基功率引線耦合第一端至輸入墊片 515之一的對應初基接觸墊片（第7圖1^-1>16所示），及沿邊 緣耦合至與特別初基功率引線對應之切換裝置。例如，如 第7圖所示，初基12有一初基功率引線7〇〇，耦合於第一端 作為初基12之接觸墊片71〇(在輸入墊片515頂列遠端右側 上）及沿邊緣720耦合至初基U之切換裝置（未圖示）。在一 舉例實施例中，每一初基功率引線係連接至該初基内每一 FET之源或洩極連接。這些接觸墊片（ρι_ρΐ6)係用來輸入所 需能量以激能列印頭500上之每一初基。 第8A與8B圖係說明本發明列印頭5〇0接地連接引線之 實施例。如先前所討論，每一饋墨槽57〇，572有兩縱向邊 21 562746 五、發明說明（l9 ) 緣。與每一縱向邊緣相鄰者係電阻器四軸群之一。為減少 輸入墊片5 15之數量，一個以上之初基共用相同接地連接引 線。在第8A與8B兩實施例中，每一軸群兩端係共同連接， 以減少接近緊密列印頭基板5 10中心與基板5 10端電阻器相 對間之接地引線寄生電阻差。

第8A圖係一舉例實施例說明第5A圖列印頭500單一接 地連接引線。在此實施例中，一單一接地連接引線8丨〇係用 來連接所有16初基至接地。故所有初基係由一單一接地連 接引線連接至地。或另外的，第8]3圖係另一舉例實施例說 明第5A圖列印頭500之兩接地連接引線·在此特別實施例中 有一第一接地連接引線820與一第二接地連接引線83〇。兩 接地連接引線820，830各連接特別饋墨槽周圍所有的初基 至接地。例如，如第8B圖所示，第一接地連接引線82〇連 接第-饋墨槽57〇周圍之初基至接地及第二接地連接引線 830連接第二饋墨槽572周圍之初基至接地。

明每一墨滴產生器係熱效率，可致能墨滴產生器 以南密度裝設於緊密列印頭基板上。為達成此熱效率，每 一墨滴產生器包括-薄膜電阻器it，以減少每一電阻器所 而之功率特別是’本發明使用高電阻電阻器以減少激能 電阻器所需之功率 _ 、 〉專鈍化層以減少因寄生能量耗損造 成之輸入功率舞指 、兩電阻器構造有助於列印系統使用高 頻列印擊發，gp可讲,P 同 p 了減少列印頭所需功率及消除因功率需求 增加導致的主要埶台t 電阻4增加°換句話說’減少功率需求致能 印頭所使用之功率減少’因此允許列印頭 22 五、發明說明（20) 工作於較低溫度並減少熱脫逸。 特別是第9圖係本發明舉例墨滴產生器之剖面透視 圖。墨滴產生器540係設置於緊密列印頭基板51〇之上及包 括一溥膜電阻器構造580(如第l〇A與1(^圖之詳圖）。在電 阻器構造580上覆蓋有障壁層55〇及一孔口層52〇，二者將在 以下進一步討論。薄膜電阻器構造5 8〇頂部及障壁及孔口層 550 520形成一擊發室，墨即在該處由電阻器構造蒸發 並經由孔口發射（如喷嘴530)。較佳的，孔口直係在約1〇至 20微米之間的範圍，一範例值約為16微米。墨滴產生器54〇 母、°且件與層可分離或一體形成，各種形成這些組件與層 之方法皆係公知技藝。例如，障壁與孔口層55〇，52〇可分 離施加或一體形成，然後再施加在下方之緊密列印頭基板 510 ° 本發明減少熱脫逸所使用技術之一係藉增加擊發電阻 器580之電阻，減少擊發電阻器58〇所需之功率，使連接軌 電阻（或寄生電阻）與總電阻之比率減少。此電阻比率係直 接與連接執之功率耗損有關，即一般公知之"寄生功率損失 每電阻器580有連接軌，即連接電阻器58〇至各電氣連 接之連接執。在傳統設計中，連接執電阻可以高達或大 於擊發電阻器580的電阻。此寄生功率損會造成高達ι/3輸 b置耗損於連接執内。寄生功率損耗在本發明變得更明 顯，因為高電阻器密度（緊密列印頭每一單位面積之電阻器 數量）及連接執的空間較小及較大的總功率需求。 本發明藉增加每一擊發電阻器58〇之電阻而減少 562746

功率損耗，使連接内之功率耗損減少。較佳的，每一擊發 電阻器580之電阻至少70歐姆，較佳值為100歐姆以上。較 高的電阻可藉減少電阻器580厚度達成或利用高阻率之電 阻為材料。然而，在較佳實施例中，電阻器的厚度與電阻 為材料之電阻率並未改變，而是以增加電阻器路徑長度來 獲传一較高之電阻。此可由將電阻器本體分裂成多數分段 達成，這些分段係以一耦合裝置或傳導鏈路加以串聯。分 裂電阻器會增加擊發電阻器580之電阻，因為每一分段電阻 係與先則的分段串聯相加。電阻器電阻的增加亦增加了總 電阻（同時保持連接執電軌接近定值），故能減少寄生功率 損失（執電阻與總電阻之比率）。

第10A圖係第9圖擊發電阻器之平面圖。在此舉例實施 例中，擊發電阻器58〇包含一第一分段1〇〇4及一第二分段 1〇〇8，以一耦合裝置或導體1012串接。一用以接收電氣信 號之輸入墊片1〇16係置於第一分段1〇〇4之鄰近及一輸出墊 片1020用以傳輸電氣信號係置於第二分段丨〇〇8之鄰近。在 此較佳實施例中，一電流控制裝置丨〇21係用來減少會在耗 合裝置1012處聚之電流。此電流控制裝置1〇2丨可以岔斷流 經搞合裝置1012之直線電流路徑。在第ι〇Α圖所示之舉例 實施例中，電流控制裝置1〇21係形成於第一分段丨〇〇4與第 二分段1008間耦合裝置1〇12上之凹槽1021。在此舉例實施 例中’每一分段1〇〇4，1〇〇8係約24微米長及13微米寬。此 k供一總數約4個方塊，每一方塊具有約2 9歐姆之電阻，即 產生總電阻130歐姆（包括連接執）。較佳的，寄生電阻係約

562746 五、發明說明（22) 在7至8百分比之間的範圍内，並與約5奈克之墨滴重量 調諧。或者，至少80歐姆之電阻可產生約12百分比之寄生 電阻相對分段之間間隙1022的寬度係約3微米。 本發明使用之另一技術係在改良熱效率，即減少薄膜 電阻器構造580上鈍化層之熱電阻。一較薄之鈍化層裝置所 需激能電阻器的能量亦較少。此即表示墨滴產生器需耗損 之熱能較少，即產生較佳之熱效率。本發明此目的之達成 係藉減少鈍化層厚度，允許以最小能量激能電阻器5 8〇並發 射墨滴。較佳的，較薄之鈍化層僅需小於1.4毫焦耳能量來 激此電阻器580，其較佳能量範圍係約在〇8至1〇微焦耳之 間激肖b電阻器5 80所需之功率亦受到軌電阻與總電阻（寄 生功率損失）之比率的影響。本發明宜利用軌電阻與總電阻 之低比率（一低寄生功率損失）及一較薄鈍化層來減少列印 頭上之熱脫逸。 第10B圖係第1 〇A圖擊發電阻器之側視，顯示擊發電阻 器580之薄膜構造。第ιοΒ圖係沿第i〇a圖電阻器580AA，之 截面圖。在此舉例實施例中，電阻器層1〇23係由TaAl製成， 覆蓋於緊密列印頭基板51〇(以矽製為佳）上之pSG 1〇24與 FOX 1026層上方。在一較佳實施例中，電阻器層丨〇23係約 900埃厚。覆蓋在電阻器層丨〇23部分係一包含AiSiCu之傳導 層 1032 〇 電阻器層1023係由含Si3N4之第一鈍化層1034及含 SiC之第二鈍化層1036保護免以損壞。在一較佳實施例中， 鈍化層1034厚度係2570埃及第二鈍化層ι〇36厚度係128〇 562746 五、發明說明（23) 埃。第一鈍化層1034與第二鈍化層1036的組合即包含了全 部的鈍化層。較佳的，總鈍化層係保持小於約5〇〇〇埃，較 佳範圍係約在3500至4500埃之間。在此鈍化層度，激能電 阻器層1023所需之能量小於1.4毫焦耳。 覆蓋在第二鈍化層1036上係一空化層1040用以保護電 阻器層1023與鈍化層1〇34，1036受到因墨滴空化及崩潰而 遭損壞。較佳的，空化層1〇4〇係包含鋰（Ta)，厚度為3〇〇〇 埃。障壁層550(宜約14毫米厚）及孔口層520(宜約25微米厚） 覆蓋於空化層1040上。空化層1〇4〇,障壁層550與孔口層520 形成一擊發室575，即電阻器層1 〇23蒸發墨之處並由形成於 孔口層520之噴嘴530發射。 本發明以上說明之較佳實施例僅供描述與說明。並非 全部涵蓋或限制本發明於所揭露之精確式樣。許多修改與 變化可由以上之說明而至少顯然。本發明之範圍應以所申 請專利範圍為準，而非由上述說明加以限制。 26 562746

五、發明說明（24) • 元件標號對照 100，200...列印系統 515...輸入墊片 102…列印媒體 520"•孑L 口層 10 5...主糸統 530··.噴嘴 110...控制器 560，565…墨滴產生器 115…墨供應裝置 570，572...饋墨槽 120…電源供應 550...障壁層 125...運送裝置 575…擊發室 130…載具組成 580...電阻器 135…切換裝置 610，620，630…縱南邊緣 150…列印頭組成 700...初基功率引線 160...列印頭構造 710...接觸墊片 165…墨滴產生器 720...邊緣 222..·盤 810，820，830…連接引線 227...前進軸 1004，1008…分段 226…送紙器 1012…耦合裝置 228...輸出盤 1016…輸入墊片 230…歹丨J印區 1020…輸出墊片 234...掃描軸 1021...電流控制裝置 320…掃描載具 1022...間隙 350...載具馬達 1024·..PSG 層 354...位置控制器 1026... FOX 層 358.，..記憶體 1032…電阻器層 362...滾子馬達 1032...傳導層 370...滾子 1034，1036·.·鈍化層 500…歹丨J印頭 1040...空化層 510...基板 27

Claims (1)

1. 562746 A B c D Ό •mV y 六、申請專利範圍 第90117678號申請案申請專利範圍修正本 92.01.30. 1. 一種喷墨列印頭，包括一墨供應裝置用以提供某種顏 色之墨’包含： 一列印頭基板；及 多數墨滴產生器流體耦合於墨供應裝置及形成於 列印頭基板中，其列印頭基板密度約大於每平方毫米 十個墨滴產生器，多數墨滴產生器配置成至少四間插 j 之軸群，沿著大約平行且彼此横向間隔之軸線。 2·根據申請專利範圍第丨項之喷墨列印頭，其中墨滴產生 器密度係約在列印頭基板每平方毫米丨丨與13個墨滴產 生器之間。 ί Si (: <1 \ t 裝 訂 3 ·根據申請專利範圍第丨項之喷墨列印頭，其中每一多數 墨滴產生器包括一薄膜電阻器構造具有至少7〇歐姆之 電阻。 4.根據申請專利範圍第丨項之喷墨列印頭，其中多數墨滴 產生器係相對於各軸沿軸間插配置，以減少有效列印 頭級距至約沿一單一軸配置之多數墨滴產生器的1/4。 5· —種緊密單色喷墨列印頭，包含： 一列印頭基板； 至少350個墨滴產生器置於列印頭基板上及置於一 小於約36平方毫米之緊密區域内。 6. 根據中請專利範圍第5項之噴墨列印頭，其中緊密區域 有一長度約小於12毫米及寬度約小於3亳米。 7. 根射請專利範圍第5項之喷墨列印頭，其中該等墨滴 本紙張尺度適用中國國本標準（CNS ) A4規格（2ι〇χ297公楚）_ 28 562746

   六、申請專利範圍

   產生器係組構為： $ -多數墨滴產生器沿第一軸配置形成一第一軸 群； 第一多數墨滴產生器沿第二軸配置形成一第二軸 群及相對於第一軸群形成間插； 第一多數墨滴產生器沿第三車由配置形成—第三軸 #及相對於第-與第二軸群形成間插； 其中第一’第二與第三軸係互相平行及彼此橫向 間隔分開。 8· —種緊密單色喷墨列印頭，包含： 一列印頭基板； 墨滴產生器置於列印頭基板上及置於一小於約36 平方毫米之緊密區域内，墨滴產生器另包含： 第一多數墨滴產生器沿第一軸配置成第一軸群； 第二多數墨滴產生器沿第二軸配置形成一第二軸 群及相對於第一軸群形成間插； 第二多數墨滴產生器沿第三軸配置形成一第三軸 群及相對於第一與第二軸群形成間插； 其中第一，第二與第三軸係互相平行及彼此橫向 間隔分開。 9·根據申請專利範圍第8項之喷墨列印頭，其中緊密區域 長度約小於12毫米及寬度約小於3毫米。 10·根據申請專利範圍第8項之喷墨列印頭，包含至少35〇 個墨滴產生器置於一緊密區域内。 本紙張尺度適用中@ S家標準（CNS ) A4規格（21GX297公楚） 一 "~" 裝 訂 線 29 562746 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 11.根據申請專利範圍第8項之喷墨列印頭，其中每一墨滴 產生器包括一具有高電阻之薄膜電阻器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

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