專利名稱：電流密集現(xiàn)象減少了的分段電阻器式噴墨墨滴發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的說來涉及噴墨打印機，更具體地說，涉及一種采用結構上能減少電流密集現(xiàn)象的高阻值加熱電阻器的噴墨打印頭墨滴發(fā)生器。
噴墨打印技術工藝充分發(fā)展，許多工業(yè)產(chǎn)品例如計算機的打印機、繪圖機、復印機和傳真機等都成功采用了噴墨技術制取硬拷貝打印輸出。噴墨技術的基本原理在例如下列各期的《Hewlett-Packard公司雜志》的多篇文章中發(fā)表過1985年5月第36卷第5期；1988年8月第39卷第4期；1988年10月第39卷第5期；1992年8月第43卷第4期；1992年12月第43卷第6期和1994年2月第45卷第1期。W.J.Lloyd和H.T.Taub也在《輸出打印校樣機》一書(R.C.Durbeck和S.Sherr主編，美國圣迭戈學術出版社1988年出版，第13章)中介紹過噴墨打印機。
噴墨打印用的熱噴墨打印機一般具有一個或多個往復移動的打印盒，微小墨滴即在這個打印盒中形成，由墨滴發(fā)生器噴射到想在其上打印出字母數(shù)字字符、圖表或影像的打印媒體上。這類打印盒一般有一個打印頭，打印頭的孔板件或板件有許多小噴嘴，墨滴即通過這些小噴嘴噴出。噴嘴底下是一些油墨發(fā)射腔，這是油墨由噴墨器通過噴嘴噴射出去之前停留的封閉空間。油墨通過許多油墨通道提供給油墨發(fā)射腔，油墨通道與油墨源連通，油墨源則可以是在打印盒的儲墨部分，也可以是在單獨的與打印頭間隔一定間距的油墨容器中。
墨滴通過熱噴墨打印機中采用的噴嘴的噴射是通過有選擇地給位于油墨發(fā)射腔中的加熱電阻器通上電脈沖從而快速加熱停留在油墨發(fā)射腔中一定量的油墨進行的。熱能開始從加熱電阻器輸出時，油墨汽泡集結在加熱電阻器表面或其保護層處。油墨汽泡迅速擴展開，迫使液態(tài)油墨通過噴嘴。電脈沖一旦終止且油墨噴射出去后，油墨通道和油墨源來的油墨又將油墨發(fā)射腔填滿。
使一定體積的墨滴噴射出去所需要的電能叫做“接通能”。接通能是一定量足以克服噴射過程在熱效率和機械效率上的不足、形成體積足以使預定量的油墨通過打印頭噴嘴噴射出去的汽泡的電能。電能從加熱電阻器切除之后，汽泡就在發(fā)射腔中以小規(guī)模但激烈的形式爆裂了。蒸汽泡爆裂時，打印頭內在蒸汽泡爆裂附近的零件易受流體機械應力(氣穴現(xiàn)象)的作用，使油墨猛烈撞擊發(fā)射腔中的零件。加熱電阻器特別容易受氣穴現(xiàn)象的作用而損壞。為保護加熱電阻器免受氣穴現(xiàn)象的作用和油墨的化學侵襲，一般在加熱電阻器和附近的構件上覆上一層由一層或多層內層組成的保護層。與油墨接觸的內保護層是個薄而硬的氣穴層，起保護作用使保護對象不致因油墨汽泡爆裂的氣穴作用而損壞。還有另一層內層是鈍化層，一般放在氣穴層、加熱電阻器和相關的各構件之間，起防止化學侵襲的保護作用。熱噴射油墨的化學反應性能強，加熱電阻器及其電氣互連件長期暴露在這種油墨中會遭受化學侵蝕。然而，內保護層具有增加噴射一定體積的墨滴所需接通能的傾向。其它保護加熱電阻器免受氣穴現(xiàn)象和化學侵蝕的措施還有將加熱電阻器分成若干部分，留出中央部位(大部分氣穴能即集中在上發(fā)射熱噴墨發(fā)射腔中的這個中央部位)不放電阻材料。
一般噴墨打印頭的加熱電阻器采用薄膜電阻材料配置在半導體襯底的氧化層上。氧化層上繪制成電氣導線的布線圖案，形成與各薄膜加熱電阻器之間的電氣通路。鑒于高密度(高DPI-網(wǎng)點/英寸)打印頭采用大量加熱電阻器時導線的數(shù)目多起來，因此目前引用了各種復接技術來減少加熱電阻器連接到設在打印機中電路所需要的導線數(shù)目。這方面可參看例如美國專利5，541，629“與打印機的互連線減少了的打印頭”，和美國專利5，134，425“電阻加熱基質”。各導線盡管導電性能良好也會給加熱電阻器的通路帶來一定量不希望有的電阻。這個不希望有的附加電阻消耗一部分原本可供加熱電阻器使用的電力。若加熱電阻小，所提取供集結蒸汽泡的電流量較大，從而使浪費在導線附加電阻上的能量大。即，若加熱電阻器阻值與導線(和其它元件)附加電阻阻值的電阻比太小，則打印頭的效率因上述浪費掉的電能而下降。
材料阻止電流流通的能力是叫做電阻率的一種性能。電阻率隨制造電阻器所使用的材料而變化，與電阻器的幾何尺寸(即制造電阻器的電阻膜的厚度)無關。電阻率與電阻的關系可用下式表示R=ρL/A其中R=電阻(歐)，ρ=電阻率(歐-厘米)，L=電阻器的長度，A=電阻器的橫截面積。熱噴墨打印一般應用的薄膜電阻器在分析和設計加熱電阻器時通常使用叫做薄層電阻(R薄層)的性能。薄層電阻等于電阻率除以薄膜電阻器的厚度，電阻與薄層電阻的關系可用下式表示R=R薄層(L/W)其中L=電阻材料的長度，W=電阻材料的寬度。這樣，只要計算出矩形和方形幾何尺寸的長度和寬度就可求出某材料制成的薄膜厚度固定的薄膜電阻器的電阻值。
現(xiàn)行的大多數(shù)熱噴墨打印機采用大致呈方形、阻值為35至40歐的加熱電阻器。如果有可能使用阻值較高的電阻器，則集結油墨汽泡所需要的能量可能會在電壓較高電流較低的情況下傳遞給薄膜加熱電阻器，消耗在附加電阻的能量減少了，供電給加熱電阻器的電源可以采用體積較小、價錢較便宜的那一種。然而，提高電阻值盡管總的電流減小了，但電流密度卻增大了。電流密度高會使局部溫度升高，產(chǎn)生使材料電致徙動的強大電場，從而縮短電子電路的壽命。此外，在電流經(jīng)常通斷的應用場合，例如在熱噴墨加熱電阻器中，過度的熱循環(huán)產(chǎn)生熱脹和冷縮現(xiàn)象，從而因疲勞而出故障。
本發(fā)明噴墨打印機的分段式加熱電阻器包括第一段加熱電阻器和第二段加熱電阻器。一個耦合器件提供在第一和第二電阻器段之間的串聯(lián)耦合。耦合器件中的電流密集現(xiàn)象因一個控制器件而得以減少。


圖1A是可采用本發(fā)明的打印機一個例子的立體圖。
圖1B是可應用在圖1A的打印機中的打印盒件的立體圖。
圖2是圖1A各功能元件的示意圖。
圖3是可應用在圖1B打印盒的打印頭中的墨滴發(fā)生器經(jīng)放大的圖。
圖4是圖3墨滴發(fā)生器的剖視圖。
圖5是采用短接條的分段式加熱電阻器的平面圖。
圖6A，6B，6C是采用分段短接條和電流控制器件的分段式加熱電阻器的平面圖。
圖7是圖6B和6C中所示的分段式加熱電阻器的電氣原理圖。
圖8是分段式加熱電阻器、分段短接條和平衡電阻器另一個實施例的平面圖。
圖9是分段式加熱電阻器和電流控制器件另一個實施例的平面圖。
熱噴墨打印機中使用的加熱電阻器提高電阻的主要方法有三。第一種方法是在襯底氧化層上淀積一層較薄的電阻層。這種方法的缺點是，薄膜隨著其厚度的減小，其表面變得容易損傷，薄膜越薄，越難以控制其厚度。第二種方法是采用固有電阻率比公知的鉭鋁膜高的不同材料。加熱電阻器所處的環(huán)境條件極端，再加上要求成本低缺陷少的薄膜工藝，因而縮短了這種方法短期受歡迎的時間。第三種方法是從幾何條件方面重新構制薄膜電阻器，這樣做可以提高加熱電阻器的電阻。本發(fā)明即根據(jù)第三種方法提出的。
圖1A的立體圖示出了可采用本發(fā)明的噴墨打印裝置的一個例子，打印機101。象繪圖機、復印機和傳真機之類的打印設備采用本發(fā)明也有好處。打印機外殼103中裝有一個印版，紙張之類的輸入打印媒體105由本技術領域周知的機構傳送到印版上。打印機101內的一個滑座夾持有一個或一套能噴射黑油墨或彩色油墨墨滴的專用打印盒。其它一些實施例可以包括一個不時從一個或多個靠流體連接的軸外墨斗得到補充的半永久性打印頭機構，或一個打印盒中有兩種或以上顏色的油墨的單一打印盒和各顏色指定使用的油墨噴嘴，或單色打印盒或打印機構，本發(fā)明適用于至少這些可供選擇的方案使用的打印頭。圖1B示出了可用予本發(fā)明中裝有兩個打印盒110和111的滑座109?；?09一般裝在打印機中的一個滑桿或類似機構上，實際上沿滑桿受到推動力的作用而往復平移或橫貫打印媒體105來回掃描。掃描軸X在圖1A中以箭頭表示?；?09掃描時，墨滴有選擇地從該套打印盒110和111的打印頭以預定的印幅形式噴射到打印媒體105上，通過點陣處理形成影像或字母數(shù)字字符。通常，點陣處理由用戶的計算機(圖中未示出)確定，各項指令傳送給打印機101中主要由微處理器組成的電子控制器(圖中未示出)。其它方法有的是將數(shù)據(jù)在用戶的計算機中光柵化再連同打印機的控制指令一起發(fā)送給打印機。這個操作是在用戶計算機的打印機驅動軟件的控制下進行的。打印機翻譯這些指令和光柵化數(shù)據(jù)，以確定令哪些墨滴發(fā)生器發(fā)射油墨。墨滴軌跡軸線Z用箭頭表示。打印出一個打印墨跡之后，打印媒體105沿打印媒體軸線Y(圖中以箭頭表示)移動適當距離，準備打印下一個墨跡。本發(fā)明也適用于那些采用其它使打印頭與打印媒體之間作相對運動的裝置的噴墨打印機，例如那些打印頭不動(例如沿頁寬方向排列)而使打印媒體沿一個或多個方向移動的噴墨打印機，適用于那些打印媒體不動、打印頭沿一個或多個方向移動的噴墨打印機(例如平臺繪圖機)，此外，本發(fā)明還適用于各種打印系統(tǒng)，包括大幅面裝置、復印機、傳真機、照相復印機等等。
圖1B中，可以看到噴墨滑座109和打印盒110，111沿Z方向處于打印機101中。從Z方向看滑座和打印盒時，可以看到各打印盒的打印頭113，115。在一個最佳實例中，油墨存放在各打印頭110，115的頭體部分中，通過內部通道流向各打印頭。在本發(fā)明適宜彩色打印的一個實施例中，三組孔板(對應于青、品紅、黃三種顏色)配置在打印頭115多孔孔板的表面上。各色油墨在打印機指令的控制下有選擇地噴射出去。打印機通過電氣接線和聚合物軟帶117上有關的導電跡線(圖中未示出)與打印頭115連接。在最佳實施例中，軟帶117一般如圖中所示繞打印盒的邊緣彎曲并加以固定。同樣，單色油墨(黑色)存放在打印盒110盛油墨的部分，按一定路徑流向打印頭113的單一孔板群?？刂菩盘栐谂渲迷诰酆衔飵?19上的導電跡線上從打印機耦合到打印頭上。
從圖2可知，紙張由紙張傳送機構從輸入的存紙盤傳送到打印頭下方的打印機打印區(qū)。紙張傳送機構包括輥子207、印版電動機209和牽引裝置(圖中未示出)。在一個最佳實施例中，滑座電動機211沿垂直于紙張輸入方向Y的±X方以遞增的作用力拉動噴墨打印頭110，111，使具橫掃整個紙面。印版電動機209和滑座電動機211一般由紙張和打印盒位置控制器213控制。這類定位控制裝置的例子在題為“采用組合讀/寫頭處理和存儲讀出信號和給熱啟動噴墨元件提供發(fā)射信號的設備和有關方法”的美國專利5，070，410中有介紹。這樣，紙張105安置在打印盒110和111可按輸入打印機墨滴發(fā)射控制器215和電源217中的數(shù)據(jù)的要求噴射墨滴，將墨跡放到紙面上的位置。這些油墨網(wǎng)點是打印盒110和111借助打印盒電動機211橫貫打印媒體移動時由從打印頭在平行于掃描方向的一個帶中經(jīng)選擇的一些孔板噴射出來的墨滴形成的。打印盒110和111到達其在打印媒體105打印墨跡末端的行程終端時，位置控制器213和印版電動機209一般使打印媒體遞增地前進。打印盒一旦到達其在滑桿X方向上行程的終端，不是沿支撐機構返回、同時繼續(xù)打印，就是返回而不進行打印。打印媒體可按相當于打印頭噴墨部分寬度或寬度與各噴嘴之間的間隙有關的一部分的遞增量前進。打印媒體的、打印盒的定位和能產(chǎn)生適當油墨影像或字符的油墨噴射器的選擇都由位置控制器213確定。控制器可采用一般電子硬件的結構，操作指令從一般的存儲器216提供。打印媒體一旦打印完畢就排入打印機的出口槽中，由用戶拿開。
圖3舉例說明了打印頭中墨滴發(fā)生器的一個例子。如圖中所示，墨滴發(fā)生器有一個噴嘴、一個發(fā)射腔和一個噴墨器。墨滴發(fā)生器的其它實施例采用一個以上彼此配合的噴嘴、發(fā)射腔和/或噴墨器。墨滴發(fā)生器藉流體通路與油墨源連接。
圖3中，油墨發(fā)射腔301的最佳實例連同相應的噴嘴303和分段加熱電阻器309一起示出。許多分立的噴嘴一般在孔板上配置成預定的形式，使從選擇的噴嘴噴射的油墨在打印媒體上形成印刷品清晰的字符或影像。通常，打印媒體保持在平行于孔板外表面的位置。加熱電阻器都選擇得可由打印機中的微處理器和有關電路以與計算機給打印機提供的數(shù)據(jù)有關的形式啟動，使從所選擇的各噴嘴噴射出的油墨在打印媒體上形成印刷品清晰的字符或影像。油墨經(jīng)孔口307提供給發(fā)射腔301，以補充因分段加熱電阻器309放出的熱能而汽化從而從孔板303噴射出去的油墨。油墨發(fā)射腔為孔板305、層狀半導體襯底313和發(fā)射腔壁315組成的腔壁所包圍。在最佳實施例中，存放在打印盒外殼212墨斗中的流體油墨借助于毛細管作用力流入發(fā)射室301，填滿發(fā)射室301。
油墨一旦在發(fā)射腔301中就停留在那里，直到受到通電后的分段加熱電阻器309產(chǎn)生的熱能的作用才迅速汽化。襯底一般為硅之類的半導體。硅用熱氧化法或汽相淀積法處理，在其上形成薄氧化硅層。接著，在氧化硅上淀積形成一定線路圖形的電阻材料膜，制取分段加熱電阻器309。電阻材料膜最限是鉭鋁(TaAl)膜，這是熱噴墨打印頭制造技術領域中周知的電阻加熱材料。接著，淀積一層薄鋁層，形成電導體。
圖4中示出了發(fā)射室301及具有關構件的剖面。襯底313在最佳實施例中由硅基層401、二氧化硅層403和磷硅酸鹽玻璃(PSG)層405組成，硅基層401用熱氧化法或汽相淀積法處理，在其上形成薄二氧化硅層403，薄PSG層405在二氧化硅層403上形成。二氧化硅和PSG形成厚約17000埃的電絕緣層，電絕緣層上淀積有鉭鋁(TaAl)電阻材料制成的不連續(xù)TaAl層407。鉭鋁層的淀積厚度約為900埃，產(chǎn)生單位面積約為30歐的電阻率。在一個最佳實施例中，電阻層按慣例用磁控管濺射法淀積，再經(jīng)過屏蔽和腐蝕處理，形成電阻材料組成的不連續(xù)、電氣上獨立的部位，例如409和411部位。接下去，按慣例用磁控管濺射法在鉭鋁層部位409，411上淀積厚約5000埃的鋁硅銅(AlSiCu)合金導體層，經(jīng)過腐蝕處理，形成不連續(xù)的獨立電導體(例如導體415和417)和互連部位。為保護加熱電阻器，在導體層和電阻層的整個上表面淀積一層復合材料層。雙鈍化材料層包括第一層厚約2500埃的氮化硅層419，和覆蓋在其上的第二層厚約1250埃的惰性碳化硅層421。此鈍化層(419，421)對在其下面的材料具有良好的粘附性，且保護它免受油墨的侵蝕，此外還具電絕緣性能。接著，將加熱電阻器309上方的部位及其與電導體有關的電氣接線掩蔽起來，并按慣例濺射淀積上3000埃厚的鉭氣穴層423。在氣穴層需要電互連互連材料的部位可以有選擇地加上金層425。應用在熱噴墨的半導體加工的例子可參看題為“熱噴墨打印頭制造工藝及其制取的集成電路(IC)構件”的美國專利4，862，197。另一種熱噴墨半導體工藝可參看題為“噴墨打印機的薄膜打印頭裝置”的美國專利5，883，650。
在一個最佳實施例中，發(fā)射腔301和給墨通道的各邊敷有聚合物阻擋層315。這個阻擋層最好由對油墨的腐蝕作用基本上無反應的有機聚合物塑料制成，一般配置在襯底313及其各種保護層上。為達到所要求的結構，阻擋層接著光刻成所要求的形狀，然后加以腐蝕。一般說來，阻擋層315在打印頭與孔板105組裝之后的最度約為15微米。
孔板305由阻擋層315固定在襯底313上。在某些打印盒中，孔板305由鍍金的鎳制成，以達到抵制油墨腐蝕作用的效果。其它打印盒的孔板有的用聚酰胺材料制成，可制成普通的電氣互連構件。在另一個實施例中，孔板和阻擋層在襯底上形成一個整體。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，采用了阻值較高的加熱電阻器來解決上述問題，特別是附加電阻中不希望有的能耗問題和電源中要求高電流容量的問題。這里，提高加熱電阻器的阻值是通過改變加熱電阻器的幾何尺寸進行的，具體地說，將加熱電阻器分成長度比寬度大的兩段。鑒于加熱電阻器最好安置在汽泡可以最佳狀態(tài)集結在頂射(墨滴垂直于加熱電阻器平面的噴射)中的打印頭上的一個緊湊位置，因而將兩段電阻器沿長度方向并排配置，如圖5中所示。從圖中可以看到，加熱電阻器段501配置得使其一個長邊基本上平行于加熱電阻器段503的長邊。電流I輸入經(jīng)導體505輸入電阻器段501配置在其一個短邊(寬度)邊緣的輸入端口507。此電流在最佳實例中由叫做“短接條”511的耦合器件耦合到電阻器段503配置在其一個短邊(寬度)的輸入端口509。短接條是導體膜配置在加熱電阻器段501的輸出端口513與加熱器段503的輸入端口509之間的部分。電流I輸出經(jīng)與加熱電阻器段503的輸出端口517連接的導體515返回到電源?？梢钥吹剑瑳]有另外的電流源或電流吸收器時，I輸入=I輸出。加熱電阻器段501和503的輸出端口513和517分別配置在兩加熱電阻器端與各輸入端口相對的短邊(寬度)邊緣。
由于兩電阻器段配置在緊湊的部位，因而電流改變方向需要通過耦合器件或短接條部分511進行。組成電流的諸電子的通路在兩加熱電阻器段的兩前后緊接的各角之間是較短的(從而使較短通路的附加電阻小于較長通路)，因而流經(jīng)此較短通路的電流(圖5中用箭頭521表示)比流經(jīng)其它任何通路的電流(圖5中用箭頭523表示)多。電流的這種集中現(xiàn)象歷來叫做“電流密集”現(xiàn)象。這種電流密集現(xiàn)象產(chǎn)生的高電流密度會使溫度局部升高且產(chǎn)生高得足以引起電致處徒動的電場強度，因而會縮短電子電路的壽命。在電流循環(huán)性通斷的應用場合，例如在熱噴墨打印頭中，溫度快速變化會使打印頭襯底和配置在襯底上的膜層熱脹冷縮。在熱脹冷縮量因不同材料的熱膨脹速度不同而不同的部位，例如加熱電阻器段與導體短接條的接合處，材料的疲勞應力會使故障早期出現(xiàn)。
為解決電流密集的問題，本發(fā)明的一個特點是提高電流在整個短接條的分布程度。這是通過用電流控制器件600提高短接條的作用達到的。此電流控制器件由導電膜的一個與電阻器段501和503串聯(lián)連接經(jīng)修正和/或失去的部分組成?？刂破骷?00最好是耦合器件511薄層電阻大小變化著的部分，以達到減少耦合器件511中電流集中或電流密集間問題的效果。電流控制器件600最好包括耦合器件511位于其較短電流通路521部位、薄層電阻較高的部位。按理的極限講，除去導電層在較短電流通路521部位的部分，其效果相當于該部位無窮大的薄層電阻。在一個最佳實施例中，電流控制器件600采用結合短接條形成的電流平衡元件。如圖6B中所示，平衡電阻器601將短接條部分511分成兩短接條段511a和511b。在電阻材料先淀積在半導體襯底的氧化層上再被覆上導電膜的一個最佳實施例中，平衡電阻器601最限通過腐蝕平衡電阻器601部位中導電膜的短接條部分形成，從而使電阻材料層外露，且形成(不為配置在電阻材料層頂部的導電層所短接的)一個電阻器。不然導電膜也可以按掩蔽和淀積步驟有選擇地淀積。雖然平衡元件最好是電阻器，但其它元件，例如一些并聯(lián)的二極管或類似的限流器件也可用于本發(fā)明中。
平衡電阻器601在上述最佳實施例中構制成梯形或三角形錐形的幾何形狀，其最寬的底端位于短接條原先電流密集的部位。平衡電阻器還構制得使其最窄的頂端離電流密集的部位最遠。錐形的幾何形狀，如圖6B中所示那樣配置，其形成的電阻器，阻值逐漸增加，在其底邊的阻值增加得最大，在其頂部的阻值增加得最小。這里用的“逐漸增加的阻值”一詞是指從平衡電阻器601輸入端口603邊緣上的一點至平衡電阻器601輸出端口605邊緣上的一點在沒有來自橫貫平衡電阻器601任何其它路徑的關聯(lián)電阻影響的情況下按基本上直線的路徑測出的阻值。把流經(jīng)短接條段511a、平衡電阻器601和短接條段511b的電流的路徑長度也考慮進去時，電流從加熱電阻器段501的輸出端口513流到加熱電阻器段503的輸入端口509所遇到的電阻基本相同。
再談談另一種方式。參看圖7。為幫助說明本發(fā)明在這一方面的工作情況，畫出了電阻器的模型圖。電流經(jīng)導體505＇流入加熱電阻器段501＇(其阻值為RH)。在加熱電阻器段501＇的輸出端，電流分成多路，其中兩路假設為路徑701和路徑703。在路徑701中，電流的一個分量流經(jīng)短接條段511a實際上較短的路徑705(其附加電阻值為r1)，流經(jīng)平衡電阻器601實際上較長的路徑707(其阻值為RA)并流經(jīng)短接條段511b另一個實際上較短的路徑709(其附加阻值為r1)。在路徑711中，電流的另一個分量流徑短接條段511a實際上較長的路徑(其附加阻值為r2)，流經(jīng)平衡電阻器601實際上較短的路713(其阻值為Ra)并流經(jīng)短接條段511b的另一個實際上較長的路徑(其附加阻值為r1)。電流在加熱電阻器段503＇(其阻值為RH)的輸入端再匯合，經(jīng)導體515＇返回。為使電流平衡并防止電流密集現(xiàn)象，平衡電阻器601和短接條段511a和511b設計得使其滿足下列條件r1＜r2，RH＞RA＞RB，且RA+2r1=RB+2r2，從而使流經(jīng)路徑701的電流分量大致等于流經(jīng)路徑703的電流分量，由此避免了電流密集現(xiàn)象。
本發(fā)明的一個最佳實施例實際上采用了總阻值(RH+RA)約為140歐的加熱電阻器。如圖6B所示最佳實施例中所繪制的那樣，平衡電阻器可測定出的總阻值為4歐，電阻器的實際尺寸底邊b≌2.3微米，截頭頂邊a≌1.8微米，截頭三角形高度h≌25微米，這與三角形各邊的長度有關。加熱電阻器501和503的寬度分別為W≌9微米，長度分別為1≌20微米。兩加熱電阻器段和平電阻器的鉭鋁薄膜厚900埃左右。應該指出的是，隨著高度h的增加(即短接條變得更寬)，電流分布的范圍擴大(可使用的專用電子通路增加)，從而使可測定出的總阻值增加。
在另一個加熱電阻器無需集中在受限制的部位(例如在噴嘴分布配置或數(shù)目多且相互配合的結構中)但短接條部分需要有一個拐彎或角隅的實施例中，可應用本發(fā)明來最大限度地減小短接條中電流密集現(xiàn)象的影響。圖8加熱電阻器結構的短接條中需要有一個90度彎。加熱電阻器由兩電阻器801、803，彼此用平衡電阻器807分成兩部分805a和805b的短接條導體互連起來組成。
此外，還可以考慮用電流控制器件來平衡耦合器件中的電流的其它方式，如圖9中所示。例如，電流控制器件600可以是耦合器件511位于電流密集部位的失去部分或阻值較高的部分901。901部分可以取任何形狀或幾何尺寸，只要能將耦合器件511中電流密集現(xiàn)明減少到可接受的水平即可。不然，為最大限度地減小耦合器件511中最大的電流密度，耦合器件511也可采用阻值等級隨至電阻器段501和503的間距而呈階梯式遞增或類化的那一種。另一種方法是用薄層電阻變化的電阻片制最耦合器件511，其中耦合器件與電阻器段501和501接觸處的薄層電阻值較高。在此情況下，薄層電阻的這種變化可以說是耦合器件511電流控制器件的部分。
這樣，這里介紹了一種通過改進分段電阻器的加熱電阻器的幾何尺寸能增加阻值的熱噴墨滴發(fā)生器，通過采用平衡電阻器作為短接條導體的一部分減少了電流密集現(xiàn)象。
權利要求
1．噴墨打印頭的一種分段加熱電阻器，包括第一加熱電阻器段(501)和第二加熱電阻器段(503)；耦合器件(511)，電氣上將所述第一加熱電阻器段串聯(lián)耦合到所述第二加熱電阻器段上；和電流控制器件(601)，配置在所述耦合器件中減少所述耦合器件中的電流密集現(xiàn)象。
2．如權利要求1所述的分段加熱電阻器，其特征在于，所述耦合器件還配置在所述第一加熱電阻器段與所述第二加熱電阻器段之間，從而使流入所述加熱電阻器段的電流改變至少90度的流向，流入所述第二加熱電阻器段中。
3．如權利要求1所述的分段加熱電阻器，其特征在于，所述電流控制器件還包括一個電阻率增加的部分。
4．如權利要求3所述的分段加熱電阻器，其特征在于，所述電阻率增加的區(qū)域呈錐形幾何形狀，包括一個窄端部分和一個寬端部分，所述寬端部分位于所述耦合器件中，起減小流入最接近所述寬端的所述耦合器件中的電流的作用。
5．如權利要求1所述的分段加熱電阻器，其特征在于，所述第一加熱電阻器段和所述第二加熱電阻器段還包括相應的端部(513，509)，所述耦合器件還包括兩個將所述第一加熱電阻器段和所述第二加熱電阻器段的相應端部連接起來的導電材料部位(511a，511b)，毗鄰所述相應端部的電流控制器件將所述耦合器件斷開成所述兩個部位，從而當電流從所述第一加熱電阻器段的端部通過所述耦合器件流向所述第二加熱電阻器段的所述端部時起減少電流密集現(xiàn)象的作用。
6．噴墨打印機打印盒中減少電流密集現(xiàn)象的一種方法，包括下列步驟將電流源的電流加到分段加熱電阻器第一段(501)的輸入端口(507)，使墨滴從打印盒噴射出來；將來自所述加熱電阻器第一段輸出端(513)的電流加到形成多個供所述加上去的電流流通的路徑的短接條(511)上，所述多個路徑的第一路徑具有第一附加電阻值為r2，所述多個路徑的第二路徑具有第二附加電阻值為r1，所述第一附加電阻值大于所述第二附加電阻值；將流經(jīng)所述第一路徑的電流加到第一阻值為RB的平衡元件(601)部分，并將流經(jīng)所述第二路徑的電流加到第二阻值為RA的平衡元件部分，所述第一阻值小于所述第二阻值，從而使所述流經(jīng)所述第一路徑的電流為所述流經(jīng)所述第二路徑的電流所平衡，從而使流經(jīng)所述短接條的電流平衡；和將所述來自所述短接條的平衡電流耦合到所述分段電阻器第二部分(503)的輸入端口(509)上。
7．如權利要求6所述的方法，其特征在于，它還包括使流經(jīng)所述第一路徑的電流與流經(jīng)所述第二路徑的電流基本相等的步驟。
8．一種制造噴墨打印盒打印頭的方法，包括下列步驟在襯底上配置第一電阻器段(501)和第二電阻器段(503)；用薄膜導體短接條(511)將所述第一電阻器段電耦合到所述第二電阻器段上，所述短接條具有第一短接條段(511a)和第二短接條段(511b)；在所述襯底上配置所述第一短接條段的連接邊緣(513)，所述第一短接條連接邊緣的一端最接近所述第二電阻器段，所述第一短接條連接邊緣的另一端遠離所述第二電阻器段；在所述襯底上配置所述第二短接條的連接邊緣(509)，所述第二短接條連接邊緣的一端最接近所述第一電阻器段，所述第二短接條連接邊緣的另一端遠離所述第一電阻器段；和用電阻(601)將所述第一短接條段電阻耦合到所述第二短接條段上，所述電阻(601)在所述最接近的第一短接條導體段連接邊緣與所述最接近的第二短接條段連接邊緣之間的阻值大于在所述遠側第一短接條導體段連接邊緣與所述遠側第二短接條段連接邊緣之間的阻值。
9．如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述電阻耦合步驟還包括下列步驟在所述襯底上配置一個平衡電阻器，在所述第一短接條段連接邊緣與所述第二短接條段連接邊緣之間呈截頭三角形的幾何形狀；將所述截頭三角形幾何形狀的底邊最接近所述第一電阻器段配置；將所述截頭三角形幾何形狀的頂部遠離所述第一電阻器段配置；使所述截頭三角形幾何形狀平衡電阻器的第一邊與所述第一短接條段連接邊緣接觸；和使所述截頭三角形幾何形狀平衡電阻器的第二邊與所述第二短接條段連接邊緣接觸。
10．如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述配置所述第一加熱電阻器段和所述第二加熱電阻器段的步驟還包括毗鄰所述第二加熱電阻器段配置所述第一加熱電阻器段的步驟。
全文摘要
為解決附加電阻消耗電能而使效率低的問題和使電源經(jīng)濟實惠,在熱噴墨打印頭采用了阻值增高的加熱電阻器。采用了為電流平衡電阻器(601)所分隔的短接條(511)減小高阻值分段加熱電阻器中較高的電流密度。
文檔編號B41J2/14GK1287054SQ0012689
公開日2001年3月14日 申請日期2000年8月30日 優(yōu)先權日1999年8月30日
發(fā)明者M·吉雷, N·C·拉薩, S·普拉卡斯 申請人:惠普公司