CN101301816B - 具有可动冗余喷嘴阵列的喷墨打印头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于喷墨打印机的打印头，在该打印头中包括主喷嘴阵列和辅助喷嘴阵列，主喷嘴阵列中的喷嘴沿打印处理方向与辅助喷嘴阵列中的喷嘴对准；用于在主喷嘴阵列和辅助喷嘴阵列中检测有缺陷喷嘴的检测系统；第一操作模式，其具有用于选择性启用辅助喷嘴阵列中与主喷嘴阵列中有缺陷喷嘴对准的喷嘴的装置；和第二操作模式，其具有响应检测装置的装置，用于若主喷嘴阵列和辅助喷嘴阵列中的有缺陷喷嘴对准时则相对于主喷嘴阵列沿着到第一位置的路径平移辅助喷嘴阵列，以便相对于辅助喷嘴阵列中的喷嘴重新对准主喷嘴阵列中的喷嘴。

Description

具有可动冗余喷嘴阵列的喷墨打印头

技术领域

本申请的示范性实施例涉及一种喷墨打印机，该喷墨打印机具有打印头和允许高品质打印的控制器。更详细地讲，该示范性实施例涉及一种具有一组双打印头阵列的喷墨打印机，其中，第二喷嘴阵列相对于第一喷嘴阵列沿交叉处理方向是可动的，且在一个阵列中的单个喷嘴沿扫描或处理方向被定位成与第二阵列中的对应喷嘴对齐或接近于对齐。

背景技术

墨滴按需喷射打印系统响应在打印头内通过压电器件或诸如电阻器的热转换器所产生的压力脉冲而自打印头喷嘴中喷出墨滴。喷出的墨滴落到记录介质上通常称为像素的特定位置上，在此各墨滴形成记录介质上的斑点。打印头将墨水容纳在多个通道内，通常每一喷嘴对应于一个通道，这些通道将打印头中的墨水腔与喷嘴相互连接。

在对其而言本申请的示范性实施例为例子的热喷墨打印系统中，通过对通常与每个通道都关联的电阻器施加电流脉冲而生成压力脉冲。各电阻器可单独地寻址以便加热并随时汽化与其接触的墨水。当将电压脉冲施加到选定的电阻器上时，临时性的汽泡在相关通道内变大并破裂，从而自通道中排出一些墨水使其经由通道喷嘴凸出。当电阻器上的气泡破裂时，经由喷嘴凸出的墨水作为微滴自喷嘴喷出。喷出的微滴于是落到记录介质上。当墨滴碰上记录介质上的目标像素时，便在其上形成斑点。墨滴自其喷出的通道然后通过毛细管作用被再次填满，而这又自供墨腔中汲取墨水。

在一般的压电式喷墨打印系统中，通过对压电器件施加电脉冲而产生喷出墨滴的压力脉冲，且在一般情况下每个墨水通道内都设有一个压电器件。各压电器件可单独地寻址以便使其弯曲或变形、并对与其接触的墨水体积加压。随着电压脉冲被施加到选定的压电器件上，一些墨水从墨水通道中排出而墨滴则自各压电器件的关联喷嘴中机械地喷出。就像在热喷墨打印中那样，喷出的微滴落到记录介质的目标像素上。墨滴自其喷出的通道通过毛细管作用自墨水源中被再次填满。有关压电式喷墨打印机的示例，请参考美国专利3,946,398。

热喷墨打印头可包括一个或多个打印头模组件，每个都具有加热器部分和通道部分。通道部分包括引入墨水与气泡发生电阻器相接触的墨水通道阵列，而气泡发生电阻器相应地设置在加热器部分上。此外，加热器部分还可具有集成的寻址电子器件和激励晶体管。单个模组件(die assembly)中的通道阵列不能足够地覆盖例如诸如标准纸张的整个记录介质页面宽度。因此，仅具有一个模组件的打印头在记录介质保持不动时扫过记录介质的页面，然后在扫描之间推进记录介质。备选地，可将多个模组件对接在一起以便产生全幅打印头，例如就像美国专利4,829,324和美国专利5,221,397中所公开的打印头那样。

喷墨打印头可结合到小车型打印机或全幅阵列型打印机中。小车型打印机可具有带有单个模组件或数个模组件的打印头，其中的数个模组件邻接在一起用于部分宽度大小(partial width size)的打印头。由于在小车型打印机中部分宽度的打印头对于单一模和复合模都以大致相同的方式工作，故仅将论述具有单一模打印头的打印机。当然，仅有的区别在于部分宽度大小的打印头将打印更大行的信息。包含墨水通道和喷嘴的单一模打印头，可密封地装接在用完可仍掉的供墨盒上，而组合式打印头-盒组件则可更换地装接在往复运动的小车上以便在记录介质保持不动时每次打印一行信息。各信息行等于打印头中喷嘴列的高度。在打印一行后，记录介质至多步进与打印行高度相等的距离，以便下一打印行与先前打印行接近或重叠。该过程重复进行直至打印了全部图像为止。

与此相反，页宽式打印机包含不动的打印头，该打印头足够的长以便跨越记录介质的纸宽打印。在打印过程中，记录介质沿大致垂直于打印头长度的方向以常速或变速不断地移动经过全幅打印头。例如在美国专利5,192,959中描述了全幅阵列打印机的另一个示例。

喷墨打印系统通常基于自信息输出装置例如个人电脑中所接收的信息而喷出墨滴。通常，该种接收信息例如诸如采用整版位图的光栅形式或者是写成页面描述语言的图像形式。光栅包含一系列的扫描线，其中的扫描线由表示单个信息单元或像素的位组成。各扫描行包含足够的信息以便以线性方式自一个喷嘴中横跨记录介质喷出单独的墨滴线。例如，喷墨打印机可打印原样的位图信息，或者可打印写成页面描述语言的、一旦在其转换成像素信息位图时的图像。

有关喷墨打印打印机的难题是喷墨打印头因喷嘴玷污而引起的随机故障，而这种喷嘴的玷污会制约喷墨打印头在高品质生产应用中的实用性。在高速生产系统所需要的单通道系统中，即使是变弱的或误导的射流都可导致可见图像条痕形式的缺陷。由于这些故障本质上是不可预知的，故为了保证故障在影响大部分工作之前被检测到而需要某种形式的固定的输出监控。即便带有这样的监控，停止印刷以便更换或净化打印头对生产率的影响也会是显著的。

喷墨系统用于高品质生产打印的应用受到很大地限制。现行的系统通常用于诸如直接邮件/事务文件的低品质应用或者应用于具有低生产率的像素交错方案(例如平版印刷的标志图样)。已经使用网状清洁器和气流技术以便降低接触打印头的纸屑数量，但喷墨打印头的随机故障仍然存在。

发明内容

本发明提供了用于喷墨打印机的包括主阵列和辅助阵列的全幅阵列，所述主阵列中的喷嘴沿打印处理方向与所述辅助阵列中的喷嘴对准；用于在打印输出中检测有缺陷像素的检测系统；用于选择性地启用所述辅助阵列中与所述主喷嘴阵列中有缺陷喷嘴对准的喷嘴的装置；和响应所述检测装置的装置，用于若所述主喷嘴阵列和所述辅助喷嘴阵列中的有缺陷喷嘴对准时则相对于所述主喷嘴阵列沿着到第一位置的路径平移所述辅助喷嘴阵列，以便相对于所述辅助喷嘴阵列中的喷嘴重新对准所述主喷嘴阵列中的喷嘴。

附图说明

现在将借助于示例参考附图描述本申请的示范性实施例，图中相同的标号表示相同的元件，附图中：

图1为根据本申请示范性实施例的喷墨打印机的示意性侧视图，该喷墨打印机具有可用于打印系统和方法的典型打印头；

图2和图3为两个打印头的平面图，该打印头通过使用本发明的原理而具有对准的线性喷嘴阵列；

图4为本发明中打印头操作的方法流程图；和

图5举例说明了模拟本发明的可动冗余系统对比静止冗余系统和非冗余系统的结果。

具体实施方式

图1中，以侧视图示出了小车型热喷墨打印机10的示意图。喷墨打印机10采用安装在小车14上、具有顶部射出结构的移动式热喷墨打印头12，而小车14在导轨15上横越记录介质来回行进。在图1所示的打印头取向中，打印头沿着垂直于绘图表面的导轨移动。备选地，打印机10可采用固定式全幅打印头(未示出)，在其中，记录介质通过送给辊(未示出)以常速或变速不断地运动经过那里。

打印头12每次一行地将墨滴17喷射到停留在打印台板18上的记录介质16上，且其中的一个由电动马达21驱动的送给辊19和20能够保持精确的运动品质。电动马达21用于在打印每一行之后对正和单步移动记录介质16经过打印头12，直至打印完整个记录介质表面区域为止或者如果少于一页时则直至打印完全部信息为止。当已完成在记录介质上的打印时，具有已打印信息的记录介质被传送至收集盘22。典型的文档进给器24一经打印机控制器26请求时，便从供给托盘25的记录介质盒(未示出)或记录介质堆16中将一张记录介质16移送至送给辊19、20。为了更详细地描述具有顶部射出结构的打印头，请参考美国专利4,568,953和美国专利4,789,425，其中的相关部分通过引用结合到本文中。打印机控制器26促使记录介质16被及时地传送至打印台板18和打印头12以便在其上打印信息，就像随后将要论述的那样。

现在集中到本发明上，在图2和图3中描绘了打印头12的喷嘴端面28的平面图，图中示出了两个线性喷嘴阵列，主喷嘴阵列和辅助喷嘴阵列沿箭头31所示的打印处理方向对准。主线性喷嘴阵列称作N1，而辅助线性喷嘴阵列称作N2。

辅助线性喷嘴阵列N2相对于主线性喷嘴阵列N1是可动的，且可沿平移组件50和60(如图3所示)所需的交叉处理方向重新定位，该平移组件50和60可操作地连接至辅助线性喷嘴阵列N2。平移组件能够以小的增量(即数量级为喷嘴-喷嘴间距)移动辅助阵列N2、并具有与在静止实施例中N2相对于N1的初始设定所需要一致的定位精度。对于每英寸具有超过100个喷嘴的喷墨打印头，已示范出该性能的一个执行方案是如图3所示的步进电机/导螺杆组合。

可动的线性喷嘴阵列N2优选稍宽(例如多10％的喷嘴)于主阵列N1，以便在保持喷嘴两两之间覆盖范围的同时增加可采取的步进数。尽管这不是必需的，但它将会提高可动系统超过相等尺寸阵列所能完成的期望益处。备选地，两阵列的功能宽度可以降低以便不必实际地构建单独的较宽线性喷嘴阵列而达到相同的效果。

检测系统70监控已打印图像变弱的、误导的或漏失的像素并将该信息提供给控制器65。控制器再确认对应的喷嘴位置并确定采取何种动作。如果主阵列N1中的喷嘴没有标识为故障，则控制器此时照这样地操作并启用辅助或备用阵列N2中的对应喷嘴。如果主阵列喷嘴已标识为故障，则控制器基于其最近的可接受位置的计算而启动阵列N2的平移移动。(可接受位置是指在两阵列之间故障喷嘴没有对齐的位置)。一旦完成平移移动后，则阵列N2中的备用喷嘴被启用而打印继续。

优选地，检测系统70采用全幅电子耦合器件(CCD)阵列，其能够以高达600×600dpi的分辨率检测变弱的或漏失的像素并以超过80ips的处理速度检查输出薄片。其它的执行方案也是可能的，包括那些直接地监控喷嘴功能而非监控纸上最终标记的方案。自动检测系统的使用对于本发明并非必需的。输出的人工检查尽管为低效的方式，但也是可采用的。

在考虑到它的原理性元件的构成和布置时，应相信的是现在根据对其操作的描述并参考图4的流程图可全面地了解本发明。

检测系统(70)监控打印输出以便提供变弱的或漏失标记的数字元件(即喷墨系统中的喷嘴)的证据。对于喷墨系统而言，这些故障主要地归因于尘粒/纸张纤维阻塞孔口并且实际上是随机的。周期性地，打印测试图案准许同时地监控所有的喷嘴。图案本身可以在打印介质的未使用部分(例如页与页之间)中打印或者是占据整个的输出页面，但应将横越整个打印区域延伸。一旦在测试图案中检测到漏失或变弱的像素时(步骤201)，则将信息送到控制器中，该控制器对应于该像素位置计算喷嘴在主阵列(N1)中的位置。控制器随后根据存储器决定该喷嘴先前是否已标识为故障(步骤202)。如果没有，则其记录故障并在辅助阵列N2中开启对应喷嘴(沿交叉处理方向)而打印则重新开始(步骤203至步骤205)。如果主阵列N1中的喷嘴先前已标识为故障，则控制器确定辅助阵列N2可接受的重定位(步骤207)，其减小所需的移动尺寸(即步进数)。(可接受的意思指在横越整个打印区域彼此对准的两个阵列中没有故障喷嘴的情况)。一旦这已确定后，平移移动自身被启动并启用辅助阵列N2中的数字元件(步骤208)。打印随后重新开始。

如果辅助阵列可接受的重定位是不可能的(步骤209)，则控制器将状态告知操作者以便能启动清洁或更换阵列中的一个或两个。

本发明的有利特征在于有缺陷的喷嘴信息(即有缺陷喷嘴的位置)被保存在存储器中，而该存储器优选位于结合到喷嘴阵列的芯片上。这通过使用阵列中(即N1和N2)的一个或两个与不同的阵列(N3等)相结合以便能断开故障喷嘴的重叠，从而容许阵列生命进一步地延伸(如果不能明确有缺陷的喷嘴)。例如，先前使用的阵列可结合当前使用的阵列以便接纳额外的使用。

图5举例说明了模拟静止和可动冗余系统有关完全随机的喷嘴故障的结果(对于喷嘴故障模式的分类，结果将会变化但显示出相同的关系)。图中描绘了静止冗余系统和可动冗余系统对比非冗余系统所导出的系统寿命(MTBF)的改善。(系统寿命定义为诸如清洁或更换阵列的维护动作之间的间隔)。在所考虑的喷嘴分类内，静止冗余导致系统寿命较非冗余系统提高10倍至25倍。通过允许辅助或冗余阵列相对于主阵列的移动，通过冗余所导出的值可以2.0至2.5倍的因数扩展。如上所述，假定可动阵列的″功能宽度″稍大于主阵列的(～10％)。

本图表假定仅辅助阵列是可动的。如果两个阵列相对于打印区域都可动，则系统寿命在这些结果上可获得20％至25％的附加增益。

尽管上述描述举例说明了优选实施例，但其它变型也是可能的，而且对于本领域技术人员将是显而易见的所有的这种变型都认为包括在本申请由以下权利要求所限定的范畴内。

应明白的是，上述公开及其它的各种特征和功能或其备选方案可期望结合到许多其它不同的系统或应用中。此外，本领域技术人员随后可作出的目前未预见到或未预先考虑的各种备选方案、修改、变型或其改进也认为落入以下权利要求的保护范围内。除非在权利要求中具体地叙述，权利要求的步骤或部件不应暗指或从任何其它权利要求的说明中导出有关任何特别的次序、数目、位置、尺寸、形状、角度、颜色或材质。

Claims (9)

1.一种用于喷墨打印机的打印头，包括：

所述打印头中的主喷嘴阵列和辅助喷嘴阵列，所述主喷嘴阵列中的喷嘴沿打印处理方向与所述辅助喷嘴阵列中的喷嘴对准；

用于在所述主喷嘴阵列和所述辅助喷嘴阵列中检测有缺陷喷嘴的检测装置；

用于选择性地启用所述辅助喷嘴阵列中与所述主喷嘴阵列中有缺陷喷嘴对准的喷嘴的装置；和

响应所述检测装置的平移装置，用于若所述主喷嘴阵列和所述辅助喷嘴阵列中的有缺陷喷嘴对准时则相对于所述主喷嘴阵列沿着到第一位置的路径平移所述辅助喷嘴阵列，以便相对于所述辅助喷嘴阵列中的喷嘴重新对准所述主喷嘴阵列中的所述喷嘴。

2.根据权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述辅助喷嘴阵列在实体上宽于所述主喷嘴阵列。

3.根据权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述辅助喷嘴阵列在功能上宽于所述主喷嘴阵列。

4.根据权利要求1所述的打印头，其特征在于，当所述检测装置在所述主喷嘴阵列或所述辅助喷嘴阵列中检测到有缺陷喷嘴时，所述平移装置相对于所述主喷嘴阵列沿着到第二位置的路径平移所述辅助喷嘴阵列。

5.根据权利要求4所述的打印头，其特征在于，所述打印头还包括响应所述平移装置和所述检测装置的控制器，以便相对于所述辅助喷嘴阵列中的喷嘴对准所述主喷嘴阵列中的所述喷嘴。

6.根据权利要求5所述的打印头，其特征在于，所述打印头还包括用于保存在所述主喷嘴阵列或所述辅助喷嘴阵列中的有缺陷喷嘴位置的装置。

7.根据权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述打印头还包括可更换所述主喷嘴阵列或所述辅助喷嘴阵列的第三喷嘴阵列。

8.根据权利要求7所述的打印头，其特征在于，所述第三喷嘴阵列具有有缺陷的喷嘴。

9.根据权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述打印头为具有选择性可寻址压电器件的压电式喷墨打印头，所述压电器件当电脉冲施加到其上时选择性地喷出墨滴。

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