Компактная печатающая головка для струйной печати - RU2279983C2
Код документа: RU2279983C2
Чертежи
Описание
Предшествующий уровень техники
Настоящее изобретение относится в основном к струйной печати, а более конкретно - к тонкопленочной печатающей головке для струйной печати, имеющей высокую плотность упаковки сопел.
Область струйной печати разработана сравнительно хорошо. С использованием технологии струйной печати созданы такие коммерческие изделия как принтеры для компьютеров, графопостроители и аппараты факсимильной связи для получения носителей с отпечатанной информацией. Достижения компании Hewlett-Packard в технологии струйной печати описаны, например, в различных статьях в Hewlett-Packard Journal, том 36, №5 (май 1985), том 39, №5 (октябрь 1988 г.), том 43, №4 (август 1992), том 43, №6 (декабрь 1992) и том 45, №1 (февраль 1994), причем все они включены в данное описание в виде ссылок.
В общем случае, изображение струйной печати формируют в соответствии с точным расположением на носителе печатной информации капелек чернил, испускаемых устройством, формирующим капельки чернил и известным под названием печатающей головки для струйной печати. Как правило, печатающая головка для струйной печати опирается на подвижную каретку печатающего механизма, которая перемещается над поверхностью носителя печатной информации и управляется с обеспечением возможности испускания капелек чернил в подходящие моменты времени в соответствии с командой микрокомпьютера или другого контроллера, причем синхронизация нанесения капелек чернил должна соответствовать рисунку элементов изображения в печатаемом изображении.
Типичная печатающая головка для струйной печати фирмы Hewlett-Packard включает в себя матрицу точно сформированных сопел на перфорированной пластине, которая крепится к барьерному слою для чернил, который, в свою очередь, крепится к тонкопленочной субструктуре, реализующей нагревательные резисторы активизации чернил и устройство для подключения этих резисторов. Барьерный слой для чернил ограничивает (определяет) каналы чернил, включающие в себя камеры чернил, расположенные поверх соответствующих резисторов активизации чернил, а сопла в перфорированной пластине выровнены с соответствующими камерами чернил. Области-генераторы капелек чернил образуются камерами чернил и частями тонкопленочной субструктуры и перфорированной пластины, которые примыкают к камерам чернил.
Тонкопленочная субструктура в типичном случае состоит из подложки, например, из кремния, на которой сформированы различные тонкопленочные слои, которые образуют тонкопленочные резисторы активизации чернил, устройство для подключения этих резисторов, а также межсоединения для контактных площадок, которые предназначены для электрических соединений с печатающей головкой. Барьерный слой для чернил в типичном случае представляет собой полимерный материал, наслоенный в виде сухой пленки на тонкопленочную субструктуру и таким образом, что является фотоформируемым (фотоопределяемым) и отверждаемым как посредством ультрафиолетового излучения, так и нагрева. В печатающей головке для струйной печати, имеющей конструкцию с подачей через щели, чернила подаются из одного или более резервуаров чернил в разные камеры чернил через одну или более сформированных в подложке щелей для подачи чернил.
Пример физической компоновки перфорированной пластины, барьерного слоя для чернил и тонкопленочной субструктуры проиллюстрирован в вышеупомянутом Hewlett-Packard Journal за февраль 1994 г. на с.44. Другие примеры печатающих головок для струйной печати приведены в патенте США №4719477 и патенте США №5317346, обычным образом переуступленных обладателю прав на данную заявку и упоминаемых в данном описании для справок.
Соображения, которые приходится принимать во внимание в связи с тонкопленочными печатающими головками для струйной печати, включают в себя увеличение размера подложки и/или хрупкость подложки по мере использования большего количества генераторов капелек чернил и/или щелей для подачи чернил. Поэтому существует потребность в печатающей головке для струйной печати, которая является компактной и имеет большое количество генераторов капелек чернил.
Краткое описание чертежей
Преимущества и признаки предлагаемого изобретения будут без затруднений поняты специалистами в данной области техники по прочтении нижеследующего подробного описания, приводимого в связи с прилагаемыми чертежами, при этом:
на фиг.1 представлен не в масштабе схематический вид сверху, иллюстрирующий расположение генераторов капелек чернил и простейший выбор печатающей головки для струйной печати, являющейся воплощением изобретения;
на фиг.2 представлен не в масштабе схематический вид сверху, иллюстрирующий расположение генераторов капелек чернил и шин заземления печатающей головки для струйной печати, показанной на фиг.1;
на фиг.3 представлено схематичное перспективное изображение с частичным вырезом печатающей головки для струйной печати, показанной на фиг.1;
на фиг.4 представлен не в масштабе схематичный частичный вид сверху, иллюстрирующий печатающую головку для струйной печати, показанную на фиг.1;
на фиг.5 представлено схематичное изображение обобщенных слоев тонкопленочной субструктуры печатающей головки, показанной на фиг.1;
на фиг.6 представлен частичный вид сверху, обобщенно иллюстрирующий расположение схемы возбуждения на полевых транзисторах и шины заземления печатающей головки, показанной на фиг.1;
на фиг.7 представлена электрическая схема, схематично изображающая электрические соединения нагревательного резистора в схемы возбуждения на полевых транзисторах печатающей головки, показанной на фиг.1;
на фиг.8 представлен схематичный вид сверху, иллюстрирующий примеры дорожек выбора примитива (элемента) печатающей головки, показанной на фиг.1;
на фиг.9 представлен схематичный вид сверху иллюстративной реализации схемы возбуждения на полевых транзисторах и шины заземления печатающей головки, показанной на фиг.1;
на фиг.10 представлено схематичное вертикальное поперечное сечение схемы возбуждения на полевых транзисторах, показанной на фиг.9;
на фиг.11 представлено не в масштабе схематичное перспективное изображение принтера, в котором может быть применена печатающая головка согласно изобретению.
Подробное описание изобретения
В нижеследующем подробном описании и на нескольких чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
Обращаясь теперь к фиг.1-4, отмечаем, что на них условно представлены не в масштабе схематичные виды сверху и перспективные изображения печатающей головки 100 для струйной печати, которая может быть воплощением изобретения и, вообще говоря, включает в себя: (а) тонкопленочную субструктуру или кристалл 11, содержащую подложку, например, из кремния и имеющую сформированные на ней различные тонкопленочные слои; (б) барьерный слой 12 для чернил, расположенный на тонкопленочной субструктуре (11); и (в) перфорированную или пластину (13) с соплами, прикрепленную посредством наслаивания поверх барьерного слоя 12 для чернил.
Тонкопленочная субструктура 11 представляет собой кристалл интегральной схемы, который сформирован, например, в соответствии с обычными технологиями интегральных схем и, как условно показано на фиг.5, в общем случае включает в себя кремниевую подложку IIIa, слой IIIb затворов полевых транзисторов и диэлектрика, резисторный слой IIIc и первый слой IIId металлизации. Если говорить более конкретно, то в верхней части кремниевой подложки IIIa и слоя IIIb затворов полевых транзисторов и диэлектрика сформированы активные устройства, такие как вышеописанные схемы возбуждения на полевых транзисторах, включающие в себя оксидный слой затворов, поликремниевые затворы и слой диэлектрика, смежный с резисторным слоем IIIc. Посредством формирования соответствующего рисунка резисторного слоя IIIc и первого слоя IIId металлизации сформированы тонкопленочные нагревательные резисторы 56. Тонкопленочная субструктура дополнительно включает в себя композиционный слой IIIe пассивации, содержащий, например, слой нитрида кремния и слой карбида кремния, и танталовый слой IIIf механической пассивации, который лежит, по меньшей мере, поверх нагревательных резисторов 56. Поверх танталового слоя IIIf лежит проводящий слой IIIg золота.
Барьерный слой 12 для чернил сформирован из сухой пленки, которая наслоена с приложением тепла и давления на тонкопленочную субструктуру 11 и подвергнута фотоформированию для формирования в ней камер 19 чернил, расположенных поверх нагревательных резисторов 56, и каналов 29 чернил. Контактные площадки 74 из золота, вводимые в контакт для образования внешних электрических соединений, сформированы в слое золота на отстоящих друг от друга в продольном направлении противоположных концах тонкопленочной субструктуры 11 и не покрыты барьерным слоем 12 для чернил. В качестве иллюстративного примера отметим, что материал барьерного слоя содержит сухую пленку фотополимера на акрилатной основе, такую как сухая пленка фотополимера семейства «Parad», поставляемая фирмой duPont de Nemours and Company, Уилмингтон, штат Делавэр, США. Аналогичные сухие пленки включают в себя другие продукты фирмы duPont и сухие пленки, изготавливаемые другими поставщиками химической продукции. Перфорированная пластина 13 включает в себя, например, плоскую подложку, состоящую из полимерного материала, в которой отверстия сформированы посредством лазерной абляции, например, так, как это описано в патенте США №5469199, обычным образом переуступленном обладателю прав на данную заявку и упоминаемом в данном описании для справок. Перфорированная пластина может также содержать металл гальванического покрытия, такой как никель.
Как показано на фиг.3, камеры 19 чернил в барьерном слое 12 для чернил, в частности, расположены поверх соответствующих нагревательных резисторов 56 активизации чернил, а каждая камера 19 чернил ограничена взаимосвязанными краями или стенками проема камеры, сформированными в барьерном слое 12. Каналы 29 чернил ограничены дополнительными проемами, сформированными в барьерном слое 12, и соединены в единое целое с соответствующими камерами 19 активизации чернил. Каналы 29 чернил открываются по направлению к подающему краю соседней щели 71 подачи чернил и получают чернила из такой щели подачи чернил.
Перфорированная пластина 13 включает в себя отверстия или сопла 21, расположенные поверх соответствующих камер 19 чернил, так что каждый нагревательный резистор 56 активизации чернил, соответствующая камера 19 чернил и соответствующее отверстие 21 выровнены и образуют генератор 40 (формирователь) капелек чернил. Каждый из нагревательных резисторов имеет номинальное сопротивление, по меньшей мере, 100 Ом, например около 120 или 130 Ом, и может представлять собой сегментный резистор, как показано на фиг.9, при этом нагревательный резистор 56 состоит из двух резисторных областей 56а, 56b, соединенных областью 59 металлизации. Эта резисторная структура обеспечивает сопротивление, которое больше, чем сопротивление одиночной резисторной области, имеющей ту же самую площадь.
Хотя предлагаемые печатающие головки описываются как имеющие барьерный слой и отдельную перфорированную пластину, следует понять, что эти печатающие головки могут быть реализованы с выполненной как единое целое структурой барьера/отверстий, которую можно изготовить, например, посредством процесса многократного экспонирования с последующим проявлением.
Генераторы 40 капелек чернил расположены в виде матриц-столбцов или групп 61, которые простираются вдоль опорной оси L и отстоят друг от друга в продольном или поперечном направлении относительно опорной оси L. Нагревательные резисторы каждой группы генераторов капелек чернил в общем случае выровнены с опорной осью L и имеют предварительно определенный межцентровый промежуток или шаг Р сопел вдоль опорной оси L. Шаг Р сопел может составлять 1/600 дюйма (0,0042 см) или более, например 1/300 дюйма (0, 0085 см). Каждая матрица-столбец 61 генераторов капелек чернил включает в себя, например, 100 или более генераторов капелек чернил (т.е., по меньшей мере, 100 генераторов капелек чернил).
В качестве иллюстративного примера отметим, что тонкопленочная субструктура 11 может быть прямоугольной, при этом ее продольные края 51, 52 являются продольными краями, имеющими размер LS длины, тогда как отстоящие друг от друга в продольном направлении противоположные края 53, 54 имеют ширину или поперечный размер WS, который меньше, чем длина LS тонкопленочной субструктуры 11. Продольная протяженность тонкопленочной субструктуры 11 определяется вдоль краев 51, 52, которые могут быть параллельны опорной оси L. При эксплуатации опорная ось L может быть выровнена с осью, которую в общем случае называют осью продвижения носителей. Для удобства, разделенные в продольном направлении концы тонкопленочной субструктуры также будут обозначаться позициями 53, 54, используемыми для обозначения краев на таких концах.
Хотя генераторы 40 капелек чернил каждой матрицы-столбца 61 генераторов капелек чернил изображены как, по существу, коллинеарные, следует понять, что некоторые из генераторов 40 капелек чернил матрицы генераторов капелек чернил могут быть выполнены отстоящими на незначительное расстояние от центральной линии столбца, например, для того, чтобы компенсировать задержки активизации.
Поскольку каждый из генераторов 40 капелек чернил включает в себя нагревательный резистор 56, эти нагревательные резисторы расположены в группах или матрицах-столбцах, которые соответствуют матрицам-столбцам генераторов капелек чернил. Для удобства матрицы или группы нагревательных резисторов будут обозначаться той же позицией 61.
Более конкретно, тонкопленочная субструктура 11 печатающей головки 100, показанная на фиг.1-4, включает в себя две щели 71 подачи чернил, которые выровнены с опорной осью L и отстоят друг от друга в поперечном направлении относительно опорной оси L. Щели 71 подачи чернил соответственно питают четыре столбца 61 генераторов капелек чернил, соответственно расположенных на противоположных сторонах двух щелей 71 подачи чернил, причем каналы подачи чернил открываются по направлению к краю, образованному соответствующей щелью подачи чернил в тонкопленочной субструктуре. Таким образом, противоположные края каждой щели подачи чернил образуют подающий край, а каждая из двух щелей подачи чернил представляет собой щель подачи чернил с двух краев. В качестве конкретной реализации отметим, что печатающая головка 100, показанная на фиг.1-4, является печатающей головкой одноцветной печати, в которой обе щели 71 подачи чернил обеспечивают подачу чернил одного и того же цвета, например черного, так что все четыре столбца 61 генераторов капелек чернил создают капельки чернил одного и того же цвета.
Обозначенный символом СР шаг столбцов или промежуток между столбцами, расположенными с каждой стороны от одной щели подачи чернил, меньше или равен 630 микрометров (мкм) (т.е. составляет, самое большее, 630 мкм), а обозначенный символом СР' шаг столбцов или промежуток между столбцами, расположенными между щелями подачи чернил, меньше или равен 800 мкм (т.е. составляет, самое большее, 800 мкм).
В частности, конфигурация предусматривает такой шаг сопел, разнесение или смещение сопел от одного столбца к соседнему столбцу вдоль опорной оси L, и такой объем капельки чернил, что обеспечивается получение интервала между точками вдоль опорной оси L за один проход при одноцветной печати, составляющего четверть шага Р сопел, находящегося в диапазоне от 1/300 дюйма до 1/600 дюйма. Объем капельки может находиться в диапазоне от 3 до 7 пиколитров для чернил на основе красок (в качестве конкретного примера отметим значение около 5 пиколитров) и в диапазоне от 12 до 19 пиколитров для чернил на основе пигментов (в качестве конкретного примера отметим значение около 16 пиколитров). Для шага сопел, составляющего 1/300 дюйма, разнесение или смещение вдоль опорной оси L между соседними столбцами сопел в заданном поперечном направлении может составлять 1/1200 дюйма (0,0021 см). Иными словами, второй столбец слева смещен на 1/1200 дюйма вдоль выбранного направления вдоль опорной оси L относительно крайнего левого столбца. Третий столбец слева смещен на 1/1200 дюйма вдоль выбранного направления вдоль опорной оси L относительно второго столбца слева. Четвертый столбец слева смещен на 1/1200 дюйма вдоль выбранного направления вдоль опорной оси L относительно третьего столбца слева.
Таким образом, шаг Р сопел, составляющий 1/300 дюйма, должен обеспечивать получение промежутка между точками за один проход при одноцветной печати, составляющего 1/1200 дюйма, который соответствует разрешению при печати за один проход, имеющему значение 1200 точек на дюйм. Шаг Р сопел, составляющий 1/600 дюйма, должен обеспечивать получение промежутка между точками за один проход при одноцветной печати, составляющего 1/2400 дюйма, который соответствует разрешению при печати за один проход, имеющему значение 2400 точек на дюйм.
Более конкретно, в качестве иллюстративного примера отметим, что при реализации, предусматривающей наличие четырех матриц-столбцов 61, каждая (каждый) из которых имеет, по меньшей мере, 100 (например, 104) генераторов капелек чернил, имеющих шаг Р сопел, составляющий 1/300 дюйма, длина LS тонкопленочной субструктуры 11 может составлять примерно 11,65 миллиметров, а ширина WS тонкопленочной субструктуры может составлять примерно 3,29 миллиметра или менее, например может находиться в диапазоне от примерно 2,95 миллиметра до примерно 3,29 миллиметра. В общем случае, характеристическое отношение длины к ширине (т.е. LS/WS) тонкопленочной субструктуры может быть более 3,5.
В конкретных реализациях, имеющих от 100 до 104 генераторов капелек чернил в столбце, печатающая головка имеет плотность упаковки сопел в диапазоне от 10,43 сопел/мм2 до 12,10 сопел/мм2. В более обобщенном определении, печатающая головка имеет плотность упаковки сопел, по меньшей мере, 10,43 сопел/мм2.
Каждый из генераторов капелек чернил выполнен с возможностью возбуждения на максимальной частоте, находящейся в диапазоне от примерно 15 кГц до примерно 18 кГц, посредством схем возбуждения. Например, как условно показано на фиг.6 для примерной матрицы-столбца 61 генераторов капелек чернил, в тонкопленочной субструктуре 11 печатающей головки 100 рядом с матрицами-столбцами 61 генераторов 40 капелек чернил расположены и связаны с ними соответствующие матрицы-столбцы 81 схем возбуждения на полевых транзисторах. Каждая матрица 81 схем возбуждения на полевых транзисторах включает в себя множество схем 85 возбуждения на полевых транзисторах, имеющих электроды стоков, соответственно соединенные с соответствующими нагревательными резисторами 56 посредством выводов 57а нагревательных резисторов. С каждой матрицей 81 схем возбуждения на полевых транзисторах и соответствующей матрицей генераторов капелек чернил связана шина-столбец 181 заземления, с которой электрически соединены электроды истоков всех схем 85 возбуждения на полевых транзисторах соответствующей матрицы 81 схем возбуждения на полевых транзисторах. Каждая матрица-столбец 81 схем возбуждения на полевых транзисторах и соответствующая шина 181 заземления простираются в продольном направлении вдоль соответствующей матрицы-столбца 61 генераторов капелек чернил и, по меньшей мере, частично имеют одинаковую протяженность с соответствующей матрицей-столбцом 61. Каждая шина 81 заземления электрически соединена, по меньшей мере, с одной контактной площадкой 74 на одном конце структуры печатающей головки и, по меньшей мере, с одной контактной площадкой 74 на другом конце структуры печатающей головки, как схематически показано на фиг.1 и 2.
Шины 181 заземления и выводы 57а нагревательных резисторов сформированы в слое IIIc металлизации (фиг.5) тонкопленочной субструктуры 11, как и выводы 57b нагревательных резисторов и электроды стоков и истоков схем 85 возбуждения на полевых транзисторах, подробнее описанные ниже.
Схемы 85 возбуждения на полевых транзисторах каждой матрицы-столбца схем возбуждения на полевых транзисторах управляются соответствующей матрицей-столбцом 31 декодирующих логических схем 35, которые декодируют информацию адреса на соседней шине 33 адреса, которая соединена с соответствующими контактными площадками 74 (фиг.6). Информация адреса идентифицирует генераторы капелек чернил, которые следует возбудить энергией активизации чернил, как раскрыто ниже, и используется декодирующими логическими схемами 35 для включения схемы возбуждения на полевом транзисторе адресованного или выбранного генератора капелек чернил.
Как схематично показано на фиг.7, один вывод каждого нагревательного резистора 56 соединен посредством дорожки выбора примитива (элемента) с контактной площадкой 74, которая принимает сигнал PS выбора элемента. Таким образом, поскольку другой вывод каждого нагревательного резистора 56 соединен с выводом стока соответствующей схемы 85 возбуждения на полевом транзисторе, энергия PS активизации чернил подводится к нагревающему резистору 56, если соответствующая схема возбуждения на полевом транзисторе включена под управлением соответствующей декодирующей логической схемы 35.
Как условно показано на фиг.8 для взятой в качестве примера матрицы-столбца 61 генераторов капелек чернил, генераторы капелек чернил матрицы-столбца 61 генераторов капелек чернил могут быть разбиты на четыре группы 61а, 61b, 61с, 61d элементов смежных соседних генераторов капелек чернил, а нагревательные резисторы 56 конкретной группы элементов электрически соединены с одной и той же из четырех дорожек 86а, 86b, 86с, 86d выбора элементов, так что генераторы капелек чернил конкретной группы элементов подключены параллельно с возможностью переключения к одному и тому же сигналу PS выбора элементов для активизации чернил. Для конкретного примера, в котором число N генераторов капелек чернил в матрице является целым кратным числа 4, каждая группа элементов включает в себя N/4 генераторов капелек чернил. Для справок отметим, что группы 61а, 61b, 61с, 61d элементов расположены последовательно от поперечного края 53 до поперечного края 54.
В частности, на фиг.8 показан схематичный вид сверху дорожек 86а, 86b, 86с, 86d выбора элементов для соответствующей матрицы-столбца 61 генераторов капелек и соответствующей матрицы-столбца 81 схем 85 возбуждения на полевых транзисторах (фиг.6) при реализации, например, в виде дорожек в слое IIIg металлизации из золота (фиг.5), который расположен поверх и электрически отделен от соответствующей матрицы 81 схем возбуждения на полевых транзисторах и заземляющей шины 181. Дорожки 86а, 86b, 86с, 86d выбора элементов соответственно электрически соединены с четырьмя группами 61а, 61b, 61с, 61d элементов посредством выводов 57b резисторов (фиг.8), сформированных в слое IIIc металлизации, и переходных отверстий 58 для межсоединений (фиг.9), которые проходят между дорожками выбора элементов и выводами 57b резисторов.
Первая дорожка 86а выбора элементов проходит в продольном направлении вдоль первой группы 61а элементов и пролегает поверх части выводов 57b нагревательных резисторов (фиг.9), которые соответственно соединены с нагревательными резисторами 56 первой группы 61а элементов, и соединена посредством переходных отверстий 58 (фиг.9) с этими выводами 57b нагревательных резисторов. Вторая дорожка 86b выбора элементов включает в себя участок, который проходит вдоль второй группы 61b элементов и пролегает поверх части выводов 57b нагревательных резисторов (фиг.9), которые соответственно соединены с нагревательными резисторами 56 второй группы 61b элементов, и соединена посредством переходных отверстий 58 с этими выводами 57b нагревательных резисторов. Вторая дорожка 86b выбора элементов включает в себя дополнительный участок, который проходит вдоль первой дорожки 86а выбора элементов на той стороне первой дорожки 86а выбора элементов, которая противоположна нагревательным резисторам 56 первой группы 61а элементов. Вторая дорожка 86b выбора элементов является, по существу, L-образной, причем второй участок является более узким, чем первый участок, чтобы обеспечить возможность обойти первую дорожку 86а выбора элементов, которая является более узкой, чем более широкий участок второй дорожки 86b выбора элементов.
Первая и вторая дорожки 86а и 86b выбора элементов в основном имеют одинаковую протяженность в продольном направлении с первой и второй группами 61а, 61b элементов и соответственно соединены должным образом с соответствующими контактными площадками 74, расположенными на поперечном краю 53, который является ближайшим к первой и второй дорожкам 86а, 86b выбора элементов.
Четвертая дорожка 86d выбора элементов простирается в продольном направлении вдоль четвертой группы 61d элементов и пролегает поверх части выводов 57b нагревательных резисторов (фиг.9), которые соединены с нагревательными резисторами 56 четвертой группы 61d элементов, и соединена посредством переходных отверстий 58 с этими выводами 57b нагревательных резисторов. Третья дорожка 86с выбора элементов включает в себя участок, который проходит вдоль третьей группы 61с элементов и пролегает поверх части выводов 57b нагревательных резисторов (фиг.9), которые соединены с нагревательными резисторами 56 третьей группы 61с элементов, и соединена посредством переходных отверстий с этими выводами 57b нагревательных резисторов. Третья дорожка 86с выбора элементов включает в себя дополнительный участок, который проходит вдоль четвертой дорожки 86d выбора элементов. Третья дорожка 86с выбора элементов является, по существу, L-образной, причем второй участок является более узким, чем первый участок, чтобы обеспечить возможность обойти четвертую дорожку 86d выбора элементов, которая является более узкой, чем более широкий участок третьей дорожки 86с выбора элементов.
Третья и четвертая дорожки 8бс и 86d выбора элементов в основном имеют одинаковую протяженность в продольном направлении с третьей и четвертой группами 61с, 61d элементов и соответственно соединены должным образом с соответствующими контактными площадками 74, расположенными на поперечном краю 54, который является ближайшим к третьей и четвертой дорожкам 86с, 86d выбора элементов.
В качестве конкретного примера отметим, что дорожки 86а, 86b, 86с, 86d выбора элементов для матрицы-столбца 61 генераторов капелек чернил пролегают поверх схем возбуждения на полевых транзисторах и шины заземления, связанной с этой матрицей-столбцом генераторов капелек чернил, и содержатся в области, которая имеет в продольном направлении одинаковую протяженность с соответствующей матрицей-столбцом 61. Таким образом, четыре дорожки выбора элементов для четырех элементов матрицы-столбца 61 генераторов капелек чернил проходят вдоль этой матрицы по направлению к концам подложки печатающей головки. Более конкретно, первая пара дорожек выбора элементов для первой пары групп 61а, 61b элементов, расположенных на одной половине длины подложки печатающей головки, заключена в области, которая проходит вдоль этой первой пары групп элементов, тогда как вторая пара дорожек выбора элементов для второй пары групп 61с, 61d элементов, расположенных на другой половине длины подложки печатающей головки, заключена в области, которая проходит вдоль этой второй пары групп элементов.
Чтобы упростить наименования, отметим, что дорожки 86 выбора элементов и соответствующая шина заземления, которые электрически соединяют нагревательные резисторы 56 и соответствующие схемы 85 возбуждения на полевых транзисторах с контактными площадками 74, все вместе называются дорожками электропитания. Также для упрощения наименований отметим, что дорожки 86 выбора элементов можно называть дорожками электропитания, находящимися на стороне высокого потенциала, или незаземленными дорожками электропитания.
В общем случае, паразитное сопротивление (или сопротивление в открытом состоянии) каждой из схем 85 возбуждения на полевых транзисторах выполнено так, что обеспечивает компенсацию изменения в паразитном сопротивлении, создаваемого для разных схем 85 возбуждения на полевых транзисторах посредством паразитного тракта, образованного дорожками электропитания, а значит, и уменьшение энергии, подводимой к нагревательным резисторам. В частности, дорожки электропитания образуют паразитный тракт, который создает паразитное сопротивление для схем на полевых транзисторах, изменяющееся в зависимости от места на тракте, а паразитное сопротивление каждой из схем 85 возбуждения на полевых транзисторах выбирают так, что комбинация паразитного сопротивления каждой схемы 85 возбуждения на полевых транзисторах и паразитного сопротивления дорожек электропитания, создаваемого для этой схемы возбуждения на полевых транзисторах, лишь незначительно изменяется от одного генератора капелек чернил к другому. Поскольку все нагревательные резисторы 56 имеют, по существу, одно и то же сопротивление, паразитное сопротивление каждой схемы 85 возбуждения на полевых транзисторах конфигурировано таким образом, что обеспечивает компенсацию изменения паразитного сопротивления соответствующих дорожек электропитания, создаваемого для разных схем 85 возбуждения на полевых транзисторах. Таким образом, в той степени, в какой, по существу, одинаковые значения энергии обеспечиваются к контактным площадкам, соединенным с дорожками электропитания, можно подводить, по существу, равные значения энергии к разным нагревательным резисторам 56.
Переходя к более конкретному рассмотрению фиг.9 и 10, отмечаем, что каждая из схем 85 возбуждения на полевых транзисторах содержит множество электрически соединенных отводов 87 электродов стоков, расположенных поверх отводов 89 областей стоков, сформированных в кремниевой подложке IIIa (фиг.5), и множество электрически взаимосвязанных отводов 97 электродов истоков, расположенных поверх отводов 99 областей истоков, сформированных в кремниевой подложке IIIa. Поликремниевые отводы 91 затворов, которые взаимосвязаны на соответствующих концах, расположены на тонком оксидном слое 93 затворов, сформированном на кремниевой подложке IIIa. Слой 95 фосфосиликатного стекла отделяет электроды 87 стоков и электроды 97 истоков от кремниевой подложки IIIa. Множество проводящих контактов 88 стоков электрически соединяет электроды 87 стоков с областями 89 стоков, тогда как множество проводящих контактов 98 истоков электрически соединяет электроды 97 истоков с областями 99 истоков.
Площадь, занимаемая каждой схемой возбуждения на полевых транзисторах, предпочтительно является малой, а сопротивление в открытом состоянии каждой схемы возбуждения на полевых транзисторах предпочтительно является низким, например меньшим или равным 14 или 16 Ом (т.е. составляющим, по большей мере, 14 или 16 Ом), что требует наличия эффективных схем возбуждения на полевых транзисторах. Например, сопротивление Ron в открытом состоянии может быть связано с площадью А схемы возбуждения на полевом транзисторе следующим образом:
Ron<(250000 Ом·микрометр2)/А, где площадь А выражена в микрометрах2 (мкм2). Такую связь можно реализовать, например, с помощью оксидного слоя 93 затвора, имеющего толщину, которая меньше или равна 800 ангстрем (т.е. составляет, самое большее, 800 ангстрем), или длину затвора, которая меньше 4 мкм. Кроме того, наличие сопротивления нагревательного резистора, по меньшей мере, 100 Ом обеспечивает изготовление меньших схем на полевых транзисторах, чем в случае, если бы нагревательные резисторы имели меньшее сопротивление, поскольку - из соображения распределения энергии между паразитными сопротивлениями и нагревательными резисторами - при большей величине нагревательного резистора допустимо большее сопротивление в открытом состоянии полевого транзистора.
В качестве конкретного примера отметим, что электроды 87 стоков, области 89 стоков, электроды 97 истоков, области 99 истоков и поликремниевые отводы 91 затворов могут проходить, по существу, перпендикулярно или поперечно по отношению к опорной оси L и к продольному направлению шин 181 заземления. Кроме того, для каждой схемы 85 на полевом транзисторе протяженность областей 89 стока и областей 99 истока в поперечном направлении относительно опорной оси L является такой же, как протяженность отводов затворов в поперечном направлении относительно опорной оси L, как показано на фиг.6, что определяет протяженность активных областей в поперечном направлении относительно опорной оси L. Чтобы упростить наименования, отметим, что протяженность отводов 87 электродов стоков, отводов 89 области стоков, отводов 97 электродов истоков, отводов 99 областей истоков и поликремниевых отводов 91 затворов можно назвать продольной протяженностью таких элементов, поскольку такие элементы являются длинными и узкими, похожими на полоски или отводы (линейки).
В качестве иллюстративного примера отметим, что сопротивление в открытом состоянии каждой из схем 85 на полевых транзисторах индивидуально конфигурируется путем регулирования продольной протяженности или длины непрерывного бесконтактного сегмента отводов областей стоков, при этом непрерывный бесконтактный сегмент не содержит электрические контакты 88. Например, непрерывные бесконтактные сегменты отводов областей стоков могут начинаться на концах областей 89 стоков, которые наиболее удалены от нагревательного резистора 56. Сопротивление в открытом состоянии конкретной схемы 85 на полевых транзисторах увеличивается с увеличением длины непрерывного бесконтактного сегмента отвода области стока, а такую длину для некоторой конкретной схемы на полевом транзисторе выбирают с обеспечением возможности определения сопротивления в открытом состоянии этой схемы на полевом транзисторе.
В качестве другого примера отметим, что сопротивление в открытом состоянии каждой схемы 85 на полевом транзисторе можно конфигурировать путем выбора размера схемы на полевом транзисторе. Например, протяженность схемы на полевом транзисторе в поперечном направлении относительно опорной оси L можно выбрать с возможностью определения сопротивления в открытом состоянии.
Для типичной реализации, в которой дорожки электропитания для конкретной схемы 85 на полевом транзисторе проведены подходящими прямыми путями к контактным площадкам 74 на ближайшем из разделенных в продольном направлении концов структуры печатающей головки, паразитное сопротивление увеличивается с расстоянием от ближайшего конца печатающей головки, а сопротивление в открытом состоянии схем 85 возбуждения на полевых транзисторах уменьшается (делая схему на полевом транзисторе эффективнее) с расстоянием от такого ближайшего конца, так чтобы скомпенсировать увеличение паразитного сопротивления дорожки электропитания. В качестве конкретного примера применительно к непрерывным бесконтактным сегментам отводов стоков соответствующих схем 85 возбуждения на полевых транзисторах, начинающимся на концах отводов областей стоков, наиболее удаленных от нагревательных резисторов 56, отметим, что длины таких сегментов уменьшаются с расстоянием от ближайшего из разделенных в продольном направлении концов структуры печатающей головки.
Каждая шина 181 заземления сформирована из того же тонкопленочного слоя металлизации, что и электроды 87 стоков и электроды 97 истоков схем 85 на полевых транзисторах, а активные площади каждой из схем на полевых транзисторах состоят из областей 89, 99 стоков и истоков и поликремниевых затворов 91, преимущественно проходящих под соответствующей шиной 181 заземления. Это позволяет шине заземления и матрицам схем на полевых транзисторах занимать более узкие области, что, в свою очередь, обеспечивает получение более узкой, а значит, и более дешевой тонкопленочной субструктуры.
Кроме того, в реализации, в которой непрерывные бесконтактные сегменты отводов областей стоков начинаются на концах отводов областей стоков, которые наиболее удалены от нагревательных резисторов 56, протяженность каждой шины 181 заземления в поперечном или боковом направлении относительно опорной оси L и по направлению к соответствующим нагревательным резисторам 56 может увеличиваться по мере увеличения длины непрерывных бесконтактных участков отводов стоков, поскольку электроды стоков не должны проходить поверх таких непрерывных бесконтактных участков отводов стоков. Иными словами, ширина W шины 181 заземления может быть увеличена путем увеличения расстояния, на которое шина заземления перекрывает активные области схем 85 возбуждения на полевых транзисторах, в зависимости от длины непрерывных бесконтактных сегментов областей стоков. Это достигается без увеличения ширины области, занимаемой шиной 181 заземления и соответствующей ей матрицей 81 схем возбуждения на полевых транзисторах, потому что это увеличение достигается путем увеличения протяженности перекрытия между шиной заземления и активными областями схем 85 возбуждения на полевых транзисторах. В сущности, при любой конкретной схеме 85 на полевых транзисторах шина заземления может перекрывать активную область в поперечном направлении относительно опорной оси L, по существу, на длину бесконтактных сегментов областей стоков.
Для конкретного примера, в котором непрерывные бесконтактные сегменты областей стоков начинаются на концах отводов областей стоков, которые наиболее удалены от нагревательных резисторов 56, и при этом длины таких непрерывных бесконтактных сегментов отводов стоков уменьшаются с расстоянием от ближайшего конца структуры печатающей головки, модулирование или изменение ширины W шины 181 заземления с изменением длины непрерывных бесконтактных сегментов областей стоков обеспечивает шину 181 заземления, имеющую ширину W, которая увеличивается с приближением к ближайшему концу структуры печатающей головки, как показано на фиг.8. Поскольку величина общих токов возрастает с приближением к контактным площадкам 74, такая форма с выгодой обеспечивает уменьшенное сопротивление шины заземления с приближением к контактным площадкам 74.
Сопротивление шины заземления также можно уменьшить, продолжая части шины 181 заземления в поперечном направлении в отстоящие друг от друга зоны между декодирующими логическими схемами 35. Например, такие части можно продолжать в поперечном направлении за активные области на ширину той области, в которой сформированы декодирующие логические схемы 35.
Нижеследующие части схем, связанные с матрицей-столбцом генераторов капелек чернил, могут содержаться в соответствующих областях, имеющих нижеуказанные ширины, которые обозначены на фиг.6 и 8 символами, следующим за обозначением ширины.
Эти ширины измерены в направлении, перпендикулярном или поперечном по отношению к продольной протяженности подложки печатающей головки, которая ориентирована в направлении опорной оси L.
Обращаясь теперь к фиг.11, отмечаем, что здесь представлено схематичное перспективное изображение примера печатающего устройства 20 для струйной печати, в котором могут быть применены вышеописанные печатающие головки. Печатающее устройство 20 для струйной печати, показанное на фиг.11, включает в себя шасси 122, окруженное корпусом или ограждением 124, в типичном случае выполненным из формованной пластмассы. Шасси 122 сформировано, например, из листового металла и включает в себя вертикальную панель 122а. Листы носителей печатной информации по отдельности подаются через зону 125 печати с помощью адаптивной системы 126 транспортировки носителей печатной информации, которая включает в себя подающий лоток 128 для хранения носителей печатной информации перед печатью. Носители печатной информации могут относиться к любому типу подходящего листового материала для печати, такого как бумага, стопка карточек, диапозитивы, майлар и т.п., но для удобства восприятия иллюстративных конкретных вариантов осуществления ниже описывается использование бумаги в качестве носителя печатной информации. Для подачи листов носителя печатной информации с подающего лотка 128 в зону печати 125 можно использовать ряд обычных валиков с приводом от электродвигателя, включающих в себя приводной валик 129, приводимый в движение шаговым электродвигателем. После печати приводной валик 129 перемещает отпечатанный лист к паре отводимых выходных сушащих крыльевых элементов 130, которые показаны выдвинутыми с возможностью приема отпечатанного листа. Крыльевые элементы 130 удерживают вновь отпечатанный лист в течение короткого времени над любыми ранее отпечатанными листами, продолжающими сушиться в выходном лотке 132, перед шарнирным разведением упомянутых элементов в стороны, как показано изогнутыми стрелками 133, после чего упомянутый вновь отпечатанный лист падает в выходной лоток 132. Система транспортировки носителей печатной информации может включать в себя ряд регулировочных механизмов для настройки на разные типоразмеры носителей печатной информации, включая бумагу форматов 25,4×40,6 см, 35×45 см, А-4, конверты и т.д., например скользящий рычаг 134 регулирования длины и щель 135 подачи конвертов.
Принтер, показанный на фиг.11, также включает в себя контроллер 136 принтера, условно изображенный в виде микропроцессора, расположенный на печатной плате 139, опертой на задней стороне вертикальной панели 122а шасси. Контроллер 126 принтера получает команды от главного устройства, такого как персональный компьютер (не показано), и управляет работой принтера, в том числе продвижением носителей печатной информации через зону 125 печати, движением каретки 140 печатающего механизма и подачей сигналов в генераторы 40 капелек чернил.
Направляющая 138 скольжения каретки печатающего механизма, имеющая продольную ось, параллельную оси сканирования каретки, опирается на шасси 122, обуславливая опирание при скольжении каретки 140 печатающего механизма для возвратно-поступательного скольжения или сканирования вдоль оси сканирования каретки. Каретка 140 печатающего механизма служит опорой первому и второму сменным картриджам 150, 152 печатающей головки для струйной печати (каждый из которых иногда называют «пером», «картриджем для печати» или просто «картриджем»). Картриджи 150, 152 для печати включают в себя соответствующие печатающие головки 154, 156, которые соответственно имеют обращенные, как правило, вниз сопла для выброса чернил в основном вниз на часть носителя печатной информации, находящуюся в зоне 125 печати. В частности, картриджи 150, 152 для печати зажаты в каретке 140 печатающего механизма с помощью защелочного механизма, который включает в себя зажимные рукоятки, защелочные элементы или выступы 170, 172.
Для справок отметим, что носитель печатной информации продвигается через зону 125 печати вдоль оси носителя, которая параллельна касательной к той части носителя печатной информации, которая находится под соплами картриджей 150, 152 и пересекается этими соплами. Если ось носителя и ось каретки находятся в одной и той же плоскости, как показано на фиг.9, то они могут быть перпендикулярны друг другу.
Механизм, препятствующий вращению, расположенный на задней поверхности каретки печатающего механизма, сцеплен с горизонтально расположенной планкой 185, препятствующей повороту, которая выполнена как единое целое с вертикальной панелью 122а шасси 122, например, для предотвращения поворота вперед каретки 140 печатающего механизма вокруг направляющей 138 скольжения.
В качестве иллюстративного примера отметим, что картридж 150 для печати представляет собой картридж для одноцветной печати, тогда как картридж 152 для печати представляет собой картридж для трехцветной печати.
Каретка 140 печатающего механизма приводится в движение вдоль направляющей 138 скольжения бесконечным пассиком 158, который может приводиться в движение обычным образом, а для определения положения каретки 140 печатающего механизма вдоль оси сканирования каретки, например, в соответствии с обычными методами используется кодовая линейка 159.
Хотя выше описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления изобретения, специалисты в данной области техники смогут внести в него различные модификации и изменения в рамках объема и сущности изобретения, ограниченных нижеследующей формулой изобретения.
Реферат
Изобретение относится к струйной печати. Печатающая головка для струйной печати содержит подложку печатающей головки, которая включает в себя множество тонкопленочных слоев, четыре расположенные бок о бок матрицы-столбца генераторов капелек, которые сформированы в упомянутой подложке печатающей головки и расположены в продольном направлении. Также печатающая головка содержит схемы возбуждения, которые сформированы в упомянутой подложке для возбуждения каждого генератора капелек чернил на частоте, находящейся в диапазоне от примерно 15 кГц до примерно 18 кГц, а также первую щель подачи чернил, вторую щель подачи чернил, причем упомянутая подложка печатающей головки имеет плотность упаковки генераторов капелек чернил, равную, по меньшей мере, 10,43 генераторов капелек чернил на квадратный миллиметр. При этом упомянутая первая матрица-столбец генераторов капелек и упомянутая вторая матрица-столбец генераторов капелек расположены с каждой из двух сторон упомянутой первой щели подачи чернил, а упомянутая третья матрица-столбец генераторов капелек и упомянутая четвертая матрица-столбец генераторов капелек расположены с каждой из двух сторон упомянутой второй щели подачи чернил. Предложенное изобретение обеспечивает изготовление компактной печатающей головки, которая имеет большое количество генераторов капелек чернил. 32 з.п. ф-лы, 11 ил.
