[发明专利]电流密集现象减少了的分段电阻器式喷墨墨滴发生器

说明书

本发明总的说来涉及喷墨打印机，更具体地说，涉及一种采用结构上能减少电流密集现象的高阻值加热电阻器的喷墨打印头墨滴发生器。

喷墨打印技术工艺充分发展，许多工业产品例如计算机的打印机、绘图机、复印机和传真机等都成功采用了喷墨技术制取硬拷贝打印输出。喷墨技术的基本原理在例如下列各期的《Hewlett-Packard公司杂志》的多篇文章中发表过：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《输出打印校样机》一书(R.C.Durbeck和S.Sherr主编，美国圣迭戈学术出版社1988年出版，第13章)中介绍过喷墨打印机。

喷墨打印用的热喷墨打印机一般具有一个或多个往复移动的打印盒，微小墨滴即在这个打印盒中形成，由墨滴发生器喷射到想在其上打印出字母数字字符、图表或影像的打印媒体上。这类打印盒一般有一个打印头，打印头的孔板件或板件有许多小喷嘴，墨滴即通过这些小喷嘴喷出。喷嘴底下是一些油墨发射腔，这是油墨由喷墨器通过喷嘴喷射出去之前停留的封闭空间。油墨通过许多油墨通道提供给油墨发射腔，油墨通道与油墨源连通，油墨源则可以是在打印盒的储墨部分，也可以是在单独的与打印头间隔一定间距的油墨容器中。

墨滴通过热喷墨打印机中采用的喷嘴的喷射是通过有选择地给位于油墨发射腔中的加热电阻器通上电脉冲从而快速加热停留在油墨发射腔中一定量的油墨进行的。热能开始从加热电阻器输出时，油墨汽泡集结在加热电阻器表面或其保护层处。油墨汽泡迅速扩展开，迫使液态油墨通过喷嘴。电脉冲一旦终止且油墨喷射出去后，油墨通道和油墨源来的油墨又将油墨发射腔填满。

使一定体积的墨滴喷射出去所需要的电能叫做“接通能”。接通能是一定量足以克服喷射过程在热效率和机械效率上的不足、形成体积足以使预定量的油墨通过打印头喷嘴喷射出去的汽泡的电能。电能从加热电阻器切除之后，汽泡就在发射腔中以小规模但激烈的形式爆裂了。蒸汽泡爆裂时，打印头内在蒸汽泡爆裂附近的零件易受流体机械应力(气穴现象)的作用，使油墨猛烈撞击发射腔中的零件。加热电阻器特别容易受气穴现象的作用而损坏。为保护加热电阻器免受气穴现象的作用和油墨的化学侵袭，一般在加热电阻器和附近的构件上覆上一层由一层或多层内层组成的保护层。与油墨接触的内保护层是个薄而硬的气穴层，起保护作用使保护对象不致因油墨汽泡爆裂的气穴作用而损坏。还有另一层内层是钝化层，一般放在气穴层、加热电阻器和相关的各构件之间，起防止化学侵袭的保护作用。热喷射油墨的化学反应性能强，加热电阻器及其电气互连件长期暴露在这种油墨中会遭受化学侵蚀。然而，内保护层具有增加喷射一定体积的墨滴所需接通能的倾向。其它保护加热电阻器免受气穴现象和化学侵蚀的措施还有：将加热电阻器分成若干部分，留出中央部位(大部分气穴能即集中在上发射热喷墨发射腔中的这个中央部位)不放电阻材料。

一般喷墨打印头的加热电阻器采用薄膜电阻材料配置在半导体衬底的氧化层上。氧化层上绘制成电气导线的布线图案，形成与各薄膜加热电阻器之间的电气通路。鉴于高密度(高DPI-网点/英寸)打印头采用大量加热电阻器时导线的数目多起来，因此目前引用了各种复接技术来减少加热电阻器连接到设在打印机中电路所需要的导线数目。这方面可参看例如美国专利5，541，629“与打印机的互连线减少了的打印头”，和美国专利5，134，425“电阻加热基质”。各导线尽管导电性能良好也会给加热电阻器的通路带来一定量不希望有的电阻。这个不希望有的附加电阻消耗一部分原本可供加热电阻器使用的电力。若加热电阻小，所提取供集结蒸汽泡的电流量较大，从而使浪费在导线附加电阻上的能量大。即，若加热电阻器阻值与导线(和其它元件)附加电阻阻值的电阻比太小，则打印头的效率因上述浪费掉的电能而下降。

材料阻止电流流通的能力是叫做电阻率的一种性能。电阻率随制造电阻器所使用的材料而变化，与电阻器的几何尺寸(即制造电阻器的电阻膜的厚度)无关。电阻率与电阻的关系可用下式表示：

R=ρL/A其中R=电阻(欧)，ρ=电阻率(欧-厘米)，L=电阻器的长度，A=电阻器的横截面积。热喷墨打印一般应用的薄膜电阻器在分析和设计加热电阻器时通常使用叫做薄层电阻(R_薄层)的性能。薄层电阻等于电阻率除以薄膜电阻器的厚度，电阻与薄层电阻的关系可用下式表示：