TWI474931B - 熱流體噴出裝置晶粒 - Google Patents

Description

熱流體噴出裝置晶粒 發明領域

本發明係有關熱流體噴出技術，更特別係有關熱流體噴出裝置晶粒。

發明背景

熱按需滴落流體噴出裝置藉由使電流通過對應的熱發射電阻，而使得流滴從流體噴出噴嘴噴出。通過電阻的電流使得電阻升溫，而導致與此電阻相鄰的流體之溫度升高。此流體昇溫的結果是，流滴便從流體噴出噴嘴噴出。

絕緣體或其他材料將電阻與流體阻隔開來。若電阻持續與電源連接，那麼即使電阻並未持續接地以使電流不持續流經此電阻，在這個絕緣體中的任何斷裂或是製造瑕疵亦皆可致使快速侵蝕。這種侵蝕可延展到此電阻所在的晶粒及/或列印頭，而使得整個晶粒及/或列印頭失效。

發明概要

依據本發明之一實施例，係特地提出一種用於熱按需滴落流體噴出裝置之晶粒，該晶粒包含：一基體；形成於該基體上的多個熱發射電阻，該等熱發射電阻係以使各個熱發射電阻僅位於多個電阻群中的一個電阻群內的該等電阻群來組織，該等電阻群之數量少於該等熱發射電阻之數量，各個熱發射電阻皆具有第一端與第二端；形成於該基體中的多個低側開關，該等低側開關之數量等於該等熱發射電阻之數量，各個低側開關均將一個對應的熱發射電阻之第二端連接到一個低電壓；以及形成於該基體上的多個高側開關，該等高側開關之數量等於該等電阻群之數量，各個高側開關均將一個對應的電阻群之該等熱發射電阻的第一端連接到電源，該電源提供高於該低電壓的電壓。

依據本發明之另一實施例，係特地提出一種熱按需滴落流體噴出裝置，其包含：一或多個流體供給；以及用以致使該等流體供給的數個流滴從流體噴出裝置中噴出的一或多個晶粒，各個晶粒包含：多個熱發射電阻，該等熱發射電阻係以使各個熱發射電阻僅位於多個電阻群中的一個電阻群內的該等電阻群來組織，該等電阻群之數量少於該等熱發射電阻之數量，各個熱發射電阻皆具有第一端與第二端；多個低側開關，該等低側開關之數量等於該等熱發射電阻之數量，各個低側開關均將一個對應的熱發射電阻之第二端連接到一個低電壓；以及多個高側開關，該等高側開關之數量等於該等電阻群之數量，各個高側開關均將一個對應的電阻群之該等熱發射電阻的第一端連接到電源，該電源提供高於該低電壓的電壓。

圖式簡單說明

第1圖依據本發明之一實施例，為一個熱按需滴落流體噴出裝置晶粒之圖。

第2圖依據本發明之一實施例，為第1圖之晶粒的一部分之圖。

第3圖依據本發明之一實施例，為利用第1與2圖之晶粒的一個用以噴出流滴之方法之流程圖。

第4圖依據本發明之一實施例，為一個代表的熱按需滴落流體噴出裝置之圖。

第5圖依據本發明之一實施例，為描繪以一個靜態頁寬陣列架構來組織的多個晶粒之圖。

第6圖依據本發明之一實施例，為位於一個掃描列印頭架構中的一個晶粒之圖。

較佳實施例之詳細說明

第1圖依據本發明之一實施例，示出一個熱按需滴落流體噴出裝置晶粒100。也就是說，此晶粒100係用於熱按需滴落流體噴出裝置，例如噴墨列印裝置。據稱晶粒100包括一個基體102。於此係以一種廣泛且全部涵括的詞意來使用基體一語，以這樣的詞意，據稱多種裝置及/或部件係於晶粒100之基體102中(即，上)製造或形成的。晶粒100之基體102包括多個電阻群104A、104B、…、104N，集體以電阻群104來指稱。可亦將電阻群104稱為基元。在一個實施例中，在晶粒100上可有四十四個電阻群104。

第2圖依據本發明之一實施例，以細節示出一個熱按需滴落流體噴出裝置晶粒100的一部分。於第2圖中，示範性地將電阻群104A描繪成所有電阻群104的代表。電阻群104A包括多個熱發射電阻202A、202B、202C、…、202M，集體以熱發射電阻202來指稱。熱發射電阻202形成於晶粒100之基體102中(即，上)。當使電流通過一個給定熱發射電阻時，在按需滴落的基礎上，此電阻便致使一個流滴從所討論的流體噴出裝置的一個對應流體噴出噴嘴中被熱噴出。

電流係如下文所述地使其通過熱發射電阻202。首先，有對應於熱發射電阻202的低側開關204A、204B、204C、…、204M，集體以低側開關204來指稱。低側開關204可為電晶體或是其他類型的開關。因此，各個熱發射電阻都有一個對應的低側開關。各個低側開關都將一個對應的熱發射電阻之一端連接到低電壓206。所以，若有電流要通過一個給定熱發射電阻，則關閉(即，接通)其對應的低側開關。

其次，在電阻群104A中，所有的熱發射電阻202都有一個高側開關208。高側開關208可為電晶體或是其他類型的開關。高側開關208將各個熱發射電阻202的另外一端連接到電源206，其可為介於十五到三十伏特之間的電壓源。所以，若有電流要通過一個給定熱發射電阻，則除了關閉(即，接通)對應於此電阻之低側開關以外，亦關閉(即，接通)此給定熱發射電阻所處的電阻群之高側開關。將這兩個開關關閉使得於電阻中流通的電流從對應於所討論的熱發射電阻的一個的流體噴出噴嘴中噴出一個流滴。除了在要發射給定熱發射電阻時，所有的低側與高側開關都係維持打開的(即，斷開的)。

低側開關204所連接的低電壓206為一個低電壓，因為電壓206低於由電源206所提供的電壓。換句話說，電源206提供大於低電壓206的電壓。在一個實施例中，就如同在圖式中具體描繪的，低電壓206為接地。在另一個實施例中，低電壓206本身為一個電壓源，但提供比由電源206所提供的電壓更低的電壓。

在一個實施例中，在各個電阻群中可有八個或十二個熱發射電阻。然而，低側開關之數量與熱發射電阻的數量係相同的--因為各個電阻都有一個低側電壓--高側開關之數量與電阻群104之數量相同。這是因為各個電阻群都有一個高側電壓。注意到，各個電阻僅位於電阻群104內的其中一個電阻群中，且電阻群104之數量少於熱發射電阻之數量。

本發明之實施例如下文所述的具有優勢。首先，假設各個熱發射電阻都有一個低側開關，但沒有高側開關的一個替代性方案。也就是說，熱發射電阻的頂端總是連接到電源206，但電阻的底端透過各自的低側開關而連接到低電壓206。如此，為了使電流流過給定熱發射電阻，此電流的低側開關被關閉(即，接通)。

然而，由於電源206頂端總是連接到熱發射電阻，所以這個替代性方案係有缺點的。如此一來，若將一個給定熱發電阻與流體分開的介電質或其他材料具有製造瑕疵或遭受斷裂時，電流將持續地經由此電阻而流向流體，這可作為接地或是低於由電源206所提供之電壓的另一個低電壓。這種持續的電流流動可致使侵蝕延展到整個晶粒100與晶粒100所在的熱按需滴落流體噴出列印頭，而最終使得晶粒整個100及/或列印頭失效。

其次，假設各個熱發射電阻都有一個高側開關，但沒有低側開關的一個不同方案。也就是說，熱發射電阻的底端總是連接到低電壓206，但電阻的頂端均透過各自的高側開關連接到低電源206。如此，為了使電流流過給定熱發射電阻，此電流的高側開關被關閉(即，接通)。

與先前所描述的替代性方案比較之下，由於電源206並非總是連接到熱發射電阻，故這個替代性方案係有優勢的。如此一來，若將一個給定熱發電阻與流體分開的介電質或其他材料具有製造瑕疵或是遭受斷裂時，電流將不會持續地經由此電阻而流向流體。如此，便能防止侵蝕延展到整個晶粒100與晶粒100所在的熱按需滴落流體噴出列印頭，而最終防止整個晶粒100及/或列印頭失效。

然而，這個替代性方案本身係有缺陷的。這是因為高側開關以及與其相關的驅動電路可在晶粒100上佔據相當大的空間。然而，晶粒100越大，製造晶粒100的成本就更高。換句話說，在晶粒100上的空間是很珍貴的，而要將晶粒100上這麼多的空間交付給用於熱發射電阻的各個高側開關可為無益的。

為了克服這個議題，一個趨勢是，各個熱發射電阻仍然具有一個高側開關，但將高側開關轉移到晶粒外，以使其不在晶粒100之基體102中(即，上)形成。這個途徑解決了高側開關在晶粒100上佔據太多空間的問題，因為高側電阻不再位於晶粒100上了。然而，此途徑引入了另一個問題，就是必須要加上複雜的內部連接，以個別地將各個高側開關連接到一個對應的熱發射電阻。如此，最終的結果仍是要加上多餘的成本與複雜度。

因此，發明人創新地判斷，如於上文在第一個替代性方案中所描述的，對於位在晶粒100上的各個熱發射電阻仍維持一個低側開關，而亦針對多個熱發射電阻(即，針對各個電阻群104)而加入一個高側開關可解決所有上述的問題。例如，考慮有528個熱發射電阻的情況。一個實施例將這528個熱發射電阻組織在四十四個電阻群104上，一個電阻群有十二個電阻。

在這個實施例中，只有四十四個高側開關--每個電阻群一個，而非如上文之第二個替代性方案中的528個高側開關。因此，晶粒100上貢獻在高側開關上的空間量便顯著地減少了將近92%(即，)。如此，便保留了第二個替代性方案的優點--具有通過高側開關而連接到電源206的熱發射電阻頂端，以使電阻不會持續地與電源206連接。然而，卻明顯地改善了第二個替代性方案的缺點--高側開關在晶粒100上所佔據的空間量。

在此實施例中，仍然為各個熱發射電阻維持一個低側開關，因為熱發射電阻必須要能夠個別地發射，以使流滴能夠個別地從對應的流體噴出噴嘴中噴出。然而，低側開關與其所對應的驅動電路，至少在某部份上，並不像高側開關在晶粒100上佔據那麼多的空間，因為他們並不像高側開關一樣直接連接到電源206。如此，為各個熱發射電阻保持一個低側開關就不像最初所疑慮的那樣成為問題。

因此，藉由非直觀地以一種不明顯的方式對晶粒100加上高側開關，而不對應地從晶粒100上移除任何低側開關，發明人對這個惱人的問題研發出一種創新的解決方法。替代性的解決方法，諸如將現有的低側開關以在晶粒上或不在晶粒上的高側開關來替換，在比較上係較不具優勢的。對各個熱發射電阻群組加上一個在晶粒上的高側開關，而不是針對各個個別的電阻加上一個高側開關，這樣的洞見係具有優勢的。因為熱發射電阻仍然必須要能夠個別發射，所以並不移除低側開關。

第3圖依據本發明之一實施例，示出利用晶粒100以從一個流體噴出噴嘴噴出流滴的一個方法300。為了示範，假設對應於電阻群104A之熱發射電阻202A的流體噴出噴嘴係要噴出一個流滴。一開始，在晶粒100上的所有的低側開關與高側開關都是打開的(即，斷開的)(302)。

判定所討論的流體噴出噴嘴要噴出一個流滴(304)後，方法300即響應地執行下列部份。流體噴出噴嘴本身所對應的對應於熱發射電阻202A的低側開關204A被關閉(即，接通)(306)。這麼做使得熱發射電阻202A連接到低電壓206。熱發射電阻202A所在的對應於電阻群104A的高側開關208被關閉(即，接通)(308)。這麼做使得熱發射電阻202A連接到電源206。注意到，可以任何順序來執行部份306與308，其皆含括於後附申請專利範圍中。例如，部份306可先於部份308而執行，或者是，部份308可先於部份306而執行。此外，部份306與308可至少實質上地同時執行。

如此一來，只有電阻群104A的熱發射電阻202A發射(即，有電流通過)，這使得只有對應於電阻202A的流體發射噴嘴噴出一個流滴(310)。在電阻群104A中的其他熱發射電阻202並不發射，因為在他們由於高側開關208關閉而連接到電源206時，其所對應的低側開關204仍然是打開的，以使電阻不與接地或是低於由電源206所提供之電壓的低電壓連接。所有其他電阻群104的熱發射電阻也不發射，因為他們所有的高側與低側開關仍然是打開的。一旦熱發射電阻202A發射以後，低側開關204A與高側開關208就又跟之前一樣重新打開(312)。亦可以任何順序來重新打開開關204A與208。例如，開關204A可在開關208之前響應、開關208可在開關204A之前響應、或開關204A與208可至少實質上地同時響應。

在一個實施例中，在打開高側開關208之後與打開低側開關204A之前，低側開關204A被保持關閉一段時間，以確保所有剩餘電荷都至少實質上地完。全放電。這麼作確保在電阻202A上沒有殘餘的電荷，例如，可透過肇因於製造瑕疵的在電阻202A與流體間的另一個路徑以其他方式放電的電荷。如此，確保沒有任何電荷剩餘在電阻202A上減少了這種製造瑕疵可導致或加速失敗之潛在能力。在另一個實施例中，一旦高側開關208已打開，則可取而代之的執行在 低側開關204A之網路上下方的一個微弱的拉力，以至少實質上地完全對任何剩餘的電荷放電。

第4圖依據本發明之一實施例，示出一個基礎的熱按需滴落流體噴出裝置400之圖。於第4圖中，流體噴出裝置400係示為包括一或多個流體供給402、一或多個晶粒404及一或多個流體噴出噴嘴406。流體噴出裝置400可，且典型上，除了流體供給402、晶粒404與流體噴出噴嘴406之外尚包括其他部件，及/或替代流體供給402、晶粒404與流體噴出噴嘴406而包括其他部件。

流體噴出裝置400可為一個噴墨列印裝置，其為諸如印表機的，將墨水噴射在諸如紙張的媒體上，以在媒體上形成包括文字之影像的裝置。流體噴出裝置400更通常為準確地分配諸如墨水之液體的一個流體噴出精密分配裝置。流體噴出裝置100可噴出顏料式墨水、染料式墨水或其他類型的墨水或另一種類型的流體。本發明之數個實施例可因此適用於任何類型的分配流體的流體噴射精密分配裝置。

流體噴射精密分配裝置因此為一個按需滴落裝置，於其中，無論有沒有在被列印或分配於其上之物製造出特定影像，係藉由精確地列印或準確地分配到具體位置，而達到所討論的實質上為液體的流體之列印或分配。如此，一個流體噴射精密分配裝置可相比於一個連續精密分配裝置，其中，一種實質上為液體的流體連續地從中分配。連續精密分配裝置的一個範例為一個連續噴墨列印裝置。

流體噴射精密分配裝置精確地列印或分配實質上為液體的流體，因為後者並非實質上或主要由諸如空氣的氣體形成。這種實質上為液態的流體在噴墨列印裝置的情況中包括墨水。其他實質上為液態之流體的例子包括藥物、細胞產品、有機物、燃料等等，其並非實質上或主要係由諸如空氣的氣體或其他類型的氣體所組成的，如可由在此技藝中具有通常知識者所識出的。

流體供給402包括由流體噴出裝置402所噴出的流體。可各將晶粒404如已說明的晶粒100來實施。流體噴出噴嘴406典型上為晶粒404之部分。流體噴出噴嘴406特別為流滴由流體噴出裝置400利用晶粒404從流體供給402噴出，所經由的出口或孔洞，如已於上文特別關於晶粒100所說明的。

第5圖依據本發明之一實施例，示出可將晶粒404以一個頁寬陣列502來相對於一個媒體薄片504之寬而橫向地固定放置。晶粒404包括晶粒404A、404B、……、404L。媒體薄片504具有一個寬和一個長，其中寬比長短。寬之軸係以側向的或橫向的這些詞語來指涉，而長之軸係以縱向的這樣的詞語來指涉。

於是晶粒404之陣列502以靜態的方式被橫向地跨越媒體薄片504之寬而置放。媒體薄片504被致使要縱向地穿過流體噴出裝置400前進，如由箭頭506所指出的。當媒體薄片504縱向前進時，在陣列502中的晶粒404將流體噴到媒體薄片504上。由於陣列502橫向地邊到邊地跨越媒體薄片504，且由於媒體薄片504縱向前進，所以晶粒404可維持靜態且固定的，且仍能將流體噴到整個媒體薄片504上。

第6圖依據本發明之一實施例，示出晶粒404可相對於媒體薄片504之寬而橫向固定地置放。晶粒404可包括一或多個晶粒。晶粒404被設於可相對於媒體薄片504之寬橫向移動的一個掃描列印頭602上，如由箭頭604所指出的。比較之下，媒體薄片504縱向地前進穿越流體噴出裝置400，如由箭頭506所指出的。

因此，媒體薄片504被致使縱向地前進到在其長上的多個不同的縱向條帶。掃描列印頭602於各個條帶橫向地移動或掃描，如由箭頭604所指出的。當列印頭602橫向移動時，晶粒404可將流體噴到媒體薄片504的當前條帶上。之後這個程序被重複，以使流體可被噴到整個媒體薄片504上。

100、404、404A~404L‧‧‧晶粒

102‧‧‧基體

104、104A~104N‧‧‧電阻群

202、202A~202M‧‧‧電阻

204、204A~204M、208‧‧‧開關

206‧‧‧電壓

210‧‧‧電源

300‧‧‧方法

302~312‧‧‧部份

400‧‧‧流體噴出裝置

402‧‧‧流體供給

406‧‧‧流體噴出噴嘴

502‧‧‧陣列

504‧‧‧媒體薄片

506、604‧‧‧箭頭

602‧‧‧列印頭

第1圖依據本發明之一實施例，為一個熱按需滴落流體噴出裝置晶粒之圖。

第2圖依據本發明之一實施例，為第1圖之晶粒的一部分之圖。

第3圖依據本發明之一實施例，為利用第1與2圖之晶粒的一個用以噴出流滴之方法之流程圖。

第4圖依據本發明之一實施例，為一個代表的熱按需滴落流體噴出裝置之圖。

第5圖依據本發明之一實施例，為描繪以一個靜態頁寬陣列架構來組織的多個晶粒之圖。

第6圖依據本發明之一實施例，為位於一個掃描列印頭架構中的一個晶粒之圖。

100．．．晶粒

102．．．基體

104A．．．電阻群

202、202A～202M．．．電阻

204、204A～204M、208．．．開關

206．．．電壓

210．．．電源

Claims (10)

1. 一種熱按需滴落流體噴出裝置，其包含：一或多個流體供給源；以及用以致使該等流體供給源的數個流滴從該流體噴出裝置中噴出的一或多個晶粒，各個晶粒包含：多個熱發射電阻器，該等熱發射電阻器係橫跨多個電阻器群來組構，以使各個熱發射電阻器僅位於該等多個電阻器群中的一群內，該等電阻器群之數量少於該等熱發射電阻器之數量，各個熱發射電阻器具有一第一端部與一第二端部；多個低側開關，該等低側開關之數量等於該等熱發射電阻器之數量，各個低側開關將一個對應熱發射電阻器之第二端部連接到一個低電壓；以及多個高側開關，該等高側開關之數量等於該等電阻器群之數量，各個高側開關將一個對應的電阻器群中之該等熱發射電阻器的第一端部連接到電源，該電源提供高於該低電壓的一電壓，其中該流體噴出裝置係組配來：(a)將對應於一特定熱發射電阻器之一低側開關閉路，(b)將對應於一特定電阻器群之熱發射電阻器的一高側開關閉路，該群包括該特定熱發射電阻器，其中(a)及(b)以包含下列狀況之一的順序來執 行：(b)早於(a)執行，及(a)和(b)至少實質上同時執行，以及(c)在該低側開關及該高側開關已閉路之後，以包含下列動作之一的順序來將該低側開關及該高側開關開路：在該高側開關開路前將該低側開關開路，在該低側開關開路前將該高側開關開路，及至少實質上同時將該低側開關和該高側開關開路。
2. 如請求項1之流體噴出裝置，其中當致使電流通過一個給定熱發射電阻器，該給定熱發射電阻器便致使一個流滴從該流體噴出裝置的一個對應的流體噴出噴嘴中熱噴出。
3. 如請求項1之流體噴出裝置，其中為了致使電流通過一個給定熱發射電阻器，對應於該給定熱發射電阻器的該低側開關被閉路，且對應於該給定熱發射電阻器所處的該電阻器群之該高側開關被閉路。
4. 如請求項1之流體噴出裝置，其中除了在要將流滴從該流體噴出裝置中熱噴出時以外，該等低側開關與該等該高側開關各均保持開路狀態。
5. 如請求項1之流體噴出裝置，其中該等晶粒係固定地設在一個陣列中，該陣列係橫向地設置於一媒體薄片之寬上，該媒體薄片係縱向地經過該流體噴出裝置前進。
6. 如請求項1之流體噴出裝置，另包含一掃描列印頭，用來在一媒體薄片縱向地行進經過該流體噴出裝置時，橫跨該媒體薄片橫向地移動，該等晶粒安置於該掃描列印 頭內。
7. 一種用以噴出流滴之方法，其包含：響應於判定一熱按需滴落流體噴出裝置之一流體噴出噴嘴要將一流滴噴在一媒體薄片上，而：(a)將對應於該流體噴出裝置之一晶粒的一特定熱發射電阻器之一低側開關閉路，該特定熱發射電阻器對應於該流體噴出噴嘴，該低側開關個別地將該特定熱發射電阻器連接到一低電壓；(b)將對應於該晶粒的一特定電阻器群的熱發射電阻器之一高側開關閉路，該群包括該特定熱發射電阻器，該高側開關將該特定電阻器群中全部的熱發射電阻器連接至電源，該特定熱發射電阻器除了該特定電阻器群之外不位於任何電阻器群中，該電源提供大於該低電壓之一電壓，其中(a)和(b)以包含下列狀況之一的順序來執行：(b)早於(a)執行，及(a)和(b)至少實質上同時執行；以及在該低側開關及該高側開關已閉路之後，以包含下列動作之一的順序來將該低側開關及該高側開關開路：在該高側開關開路前將該低側開關開路，在該低側開關開路前將該高側開關開路，及至少實質上同時將該低側開關和該高側開關開路。
8. 如請求項7之方法，其中在該高側開關開路後，經一段時間後該低側開關才被開路，以至少實質上完全放光任何剩餘電荷。
9. 如請求項7之方法，其中將該低側開關及該高側開關閉路致使電流只通過該特定熱發射電阻器，而非其它的熱發射電阻器，以使得通過該特定熱發射電阻器之電流導致該流滴從流體噴出噴嘴熱噴出。
10. 如請求項7之方法，另包含初始地將該低側開關及該高側開關開路，以使在該低側開關及該高側開關已閉路之後，將該低側開關及該高側開關重新開路。