CN101480875A - 喷墨打印头及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷墨打印头，用于根据通过温度传感器探测到的墨温度来精确确定相关喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴，且因此，能提供高质量喷墨打印头产品和改善打印质量以及稳定性。该喷墨打印头包括供墨孔，墨通过其被导入；多个墨腔室，每个墨腔室具有一个喷嘴，墨通过该喷嘴喷射；多个独立流通路径，用以连接多个墨腔室和供墨孔；温度传感器，其设置于每个独立流通路径中的每个流通路径内，并且当产生在相应的多个墨腔室之一中的墨泡向后移动到供墨孔时，用于探测相关的独立流通路径中的墨温度。

Description

喷墨打印头及方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨打印头，更具体地，涉及一种喷墨打印头，其包括用以探测单个喷嘴中墨温度的温度传感器以及方法。

背景技术

传统的喷墨打印头是一种通过将墨微滴喷射到打印介质的所需位置上来形成图像的设备。

喷墨打印头按照墨滴喷射机构通常分为热驱动型或压电驱动型。在这些类型中，热驱动型打印头利用热源产生墨气泡，并通过气泡的膨胀来喷射液滴。

通常，通过即时加热墨而产生的气泡来喷射墨滴的热驱动型打印头包括排列在半导体基板上的多个墨腔室，容纳在每个腔室中的加热器，以及设置在每个墨腔室中的喷嘴。如果容纳在墨腔室中的墨被各个加热器加热，则被加热的墨就会通过喷嘴喷射出来。

在上述喷墨打印头中，如果多个喷嘴中的某些喷嘴由于被堵塞或由于对应于喷嘴的加热器失灵，或者由于加热器的电源电路中出现误差而不能喷墨，则会在打印介质中形成白线，从而降低了打印质量。

上述被损坏的、且因此不能喷墨的喷嘴被称为“故障喷嘴”。为了仅使用不同于故障喷嘴的正常喷嘴而执行打印作业，需要探测故障喷嘴。

作为探测故障喷嘴方法的范例，韩国已注册专利No.10-0636236中公开了一种通过扫描在打印单元中已打印的结果来探测故障喷嘴的方法。

在该方法中，在已通过喷嘴在打印介质上喷射墨而打印出测试图案之后，扫描传感器扫描该测试图案以检探测故障喷嘴的位置。

然而，上述传统的故障喷嘴探测方法是有问题的，其中故障喷嘴的探测包括打印和扫描测试图案的烦琐且复杂的处理。另一个问题是快速探测到故障喷嘴是不可能的。

日本专利延迟公开No.1993-0309832公开了一种喷墨记录头，在该喷墨记录头中，以所测得的打印头的温度为基础，确定从打印头墨喷射是正常的还是有故障的。

然而，由于在上述公开文件中所公开的喷墨记录头仅通过测量喷墨记录头的平均温度来起到探测墨喷射是否正常的作用，且不能测量各个喷嘴的温度，故存在这样的问题，即不能精确检测出产生白线的每个故障喷嘴。

发明内容

本发明提供了一种喷墨打印头，该喷墨打印头可以精确探测每个喷嘴中墨的温度，最终在众多喷嘴中发现故障喷嘴，(以及其方法)。

本发明的其他方法和/或效用将部分地从下面的描述中阐明，部分地从描述中变得明显，或可以通过实践本发明而获知。

本发明前述的和/或其它方面和效用可以通过提供一种喷墨打印头而获得，该喷墨打印头包括供墨孔，墨通过该供墨孔被导入；多个墨腔室，每个墨腔室都具有喷嘴，墨通过喷嘴喷出；多个独立的流通路径，用以连接墨腔室和供墨孔；以及温度传感器，其设置于多个独立的流通路径的每个流通路径中，并且当产生在多个墨腔室中相关联的一个腔室内的墨泡向后移动到供墨孔时，探测相关联的独立流通路径中的墨温度。

本发明前述的和/或其它方面和效用可以通过提供一种喷墨打印头而获得，该喷墨打印头包括供墨孔，墨通过该供墨孔被导入；多个墨腔室，每个墨腔室都具有喷嘴，墨通过喷嘴喷出；多个独立的流通路径，用以连接多个墨腔室和供墨孔；温度传感器，其设置于多个独立的流通路径的每个流通路径中，并且当产生在多个墨腔室中相关联的一个腔室内的墨泡向后移动到供墨孔时，探测相关联的独立流通路径中的墨温度；以及控制器，根据温度传感器探测到墨的温度，确定相应的喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴。

本发明前述的和/或其它方面和效用可以通过提供一种喷墨打印头而获得，该喷墨打印头包括半导体基板；供墨孔，其在半导体基板预定的区域上打孔形成，墨通过该供墨孔被导入；多个墨腔室，其排列在供墨孔的相对侧上，并布置在半导体基板上；多个独立的流通路径，用以连接多个墨腔室和供墨孔；多个喷嘴，分别布置在多个墨腔室的顶端；多个加热器，分别布置在多个墨腔室的底面；以及温度传感器，设置于多个独立的流通路径的每个流通路径中，并用于探测相应的独立流通路径中的墨温度。

本发明前述的和/或其它方面和效用也可以通过提供一种用以在打印介质上喷射墨的喷墨打印头而获得，该喷墨打印头包括多个喷嘴，用以通过其在打印介质上喷射墨；供墨孔，用以向多个喷嘴供墨；多个温度传感器，用以对应于多个喷嘴，并且当墨泡从多个喷嘴中的每一个向供墨孔移动时用以探测墨温度；以及比较输出单元，用以比较探测到的温度和温度的参考值，从而确定多个喷嘴中的一个是否是故障喷嘴。

比较输出单元可以通过比较参考电压值和与每个所探测到的温度相对应的信号值，确定多个喷嘴中的一个是否是故障喷嘴。

与每个所探测到的温度相对应的信号值从每个温度传感器中的一个输出。

当参考电压值低于所探测到的墨温度所对应的信号值时，多个喷嘴中的一个可被确定为是故障喷嘴。

喷墨打印头还可包括多个独立流通路径，用以连接多个喷嘴和供墨孔。

多个温度传感器可位于多个独立的流通路径的每个流通路径上。

本发明前述的和/或其它方面和效用可以通过提供一种成像设备而获得，该成像设备包括打印单元，其包括具有用以容纳墨的墨腔室和加热器的喷墨打印头，以及喷嘴；温度传感器，布置在通向墨腔室的路径上以探测墨温度；以及控制器，用以控制加热器，并根据对加热器的控制和探测到的温度来确定故障喷嘴。

本发明前述的和/或其它方面和效用还可以通过提供一种在喷墨打印头装置中探测故障喷嘴的方法而获得，该方法包括为产生墨泡并通过喷嘴喷射而控制加热器加热墨，探测墨温度，以及根据对加热器控制和探测到的温度确定故障喷嘴。

确定故障喷嘴还包括用参考值和所探测到的温度作比较。

附图说明

从下面实施例的描述中，结合附图，本发明示范性实施例的这些和/或其它方面和效用将变得明显和更容易理解，在附图中：

图1是示出依据本发明一个示范性实施例的喷墨打印头的布置图；

图2是图1的局部剖面图；

图3是图1部分切除的透视图；

图4是根据本发明的示范性实施例，用以通过设置在每个独立的流通路径中的温度传感器来探测相关的喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴的电路的控制方块图；

图5是用以解释根据图4中温度传感器探测的温度来确定相应的喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴的原理的图表；以及

图6是示出从图4中相应的组成元件中所输出信号的图。

图7是根据本发明另一个实施例的成像设备700的方块图。

图8是根据本发明的一个实施例，示出在喷墨打印头装置中探测故障喷嘴的方法的图表。

具体实施方式

现在将对本发明实施例做出详细参考，其示例在附图中示出，其中相同的参考数字始终表示相同的元件。下面将通过参考附图描述实施例，用以解释本发明。

图1是示出依据本发明一个示范性实施例的喷墨打印头的布置图。图2是图1的局部剖面图。图3是图1部分切除的透视图。

根据本发明一个示范性实施例的喷墨打印头是热驱动型喷墨打印头，其使用热源产生墨泡，并通过墨泡膨胀来喷射墨滴。

参考图1-3，喷墨打印头20包括半导体基板21，其具有穿透而形成的供墨孔22。半导体基板21可以是广泛用于集成电路的硅基板。供墨孔22形成在半导体基板21的下部中，并且与墨储存容器(未示出)相连。供墨孔22具有如图1所示的矩形形状。

多个墨腔室23以在供墨孔22的相对侧上对准的方式排列在半导体基板21上。墨腔室23分别通过独立流通路径41与供墨孔22相连通。如果储存在墨储存容器中的墨通过供墨孔22被导入到半导体基板21中，墨会通过各个独立流通路径41被传输到多个墨腔室23中。那样，供墨孔22作为普通流通路径，用以导引墨进入各个独立流通路径41。

喷嘴32位于各个墨腔室23的顶部，从而从供墨孔22传输到墨腔室23中的墨通过喷嘴32喷出。所有的喷嘴32形成于喷嘴板43中，而喷嘴板43形成在腔室层38上。喷嘴板43被构造以覆盖供墨孔22、独立流通路径41和墨腔室23。

作为墨喷射装置的多个加热器34设置于各个墨腔室23的底面。

每个加热器34的两个端部与排列在相关的加热器34上的电极35电连接。保护层36设置在加热器34和电极35上以覆盖它们。保护层36起到使加热器34和电极35与墨绝缘并保护它们的作用。墨通过加热器34加热以喷射到外面。

在墨喷射上，气蚀现象出现在喷射墨相反的方向，导致对保护层36和加热器34的物理损伤。因此，为了防止保护层36和加热器34被(气蚀)现象物理损伤，(防气蚀层37)更进一步地设置在位于墨腔室23和独立流通路径41内的保护层36上。

多个金属衬垫26排列在喷墨打印头20的两端上。

金属衬垫26定位在和半导体基板21上的电极35同样高的位置上。金属衬垫26用于电连接打印头20和外部电路(未示出)。

基板加热器25布置在金属衬垫26和墨腔室23之间。基板加热器25定位在半导体基板21上的加热器34同样的高度上，用于加热半导体基板21。基板加热器25电连接金属衬垫26。如果进入半导体基板21的墨温度低于喷射的合适温度，半导体基板21会被基板加热器25加热以升高墨的温度。

逻辑电路区域51、功率晶体管区域(power transistor region)53和地址区域52被限定在半导体基板21上。CMOS晶体管被限定在逻辑电路区域51上，用以执行寻址或解码的操作。MOS晶体管位于功率晶体管区域53上，且分别与加热器34电连接。MOS晶体管包括限定在半导体基板21上的源极区和/或漏极区，且门电极位于源极区和漏极区之间的槽区域上。逻辑电路区域51通过位于地址区域52上的地址线(address lines)，打开位于功率晶体管区域53上的MOS晶体管。如果位于功率晶体管区域53内的一个特殊的MOS晶体管由于接受到从外部电路传来的信号而打开，则电流会被应用到与MOS晶体管相连接的加热器34上。因此，加热器34被加热到一个预定的温度，这样在相关的墨腔室23中接收的墨内产生预定大小的气泡。结果，在墨腔室23中接收的墨通过气泡的膨胀，穿过相应的喷嘴32，以墨滴的形状被喷射出去。

隔离层33放入半导体基层21和加热器34之间。隔离层33可以是二氧化硅(SiO₂)层。

用以连接各个墨腔室23和供墨孔22的独立流通路径41还提供有用以探测从供墨孔22进入的墨的温度的温度传感器24。温度传感器24以1比1的比例设置在各个独立流通路径41中。更具体地，温度传感器24设置在保护层36上与供墨孔22相邻的位置，且因此用于探测进入供墨孔22的墨温度。温度传感器24可以构造为各种形状。在一个实例中，每个温度传感器24包括温度探测装置，其通过半导体掺杂处理，掺杂了高浓度的P+或N+的杂质，以及环绕在温度探测装置周围的凹陷，以使外部电磁干扰减到最小。

图4是根据本发明的一个示范性实施例的电路的控制方块图，该电路通过设置在每个独立流通路径内的温度传感器，探测相关喷嘴是正常喷嘴还是故障喷嘴。图5是用以解释根据图4中温度传感器探测的温度来确定相应的喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴的原理的图表。图6是示出从图4中相应的组成元件中所输出信号的图。

如图4所示，每个温度传感器24与比较输出单元53a电连接。比较输出单元53a放大温度传感器24的输出信号，并将放大的信号和参考的电压值相比较，从而输出以对应于该比较结果的电压信号值。值得注意的是所提供的比较输出单元53a的数量和温度传感器24一致，且每个比较输出单元53a电连接一个控制器58。换言之，比较输出单元53a与温度传感器24可以以1比1的比例相对应。

如上所述，温度传感器24位于独立流通路径41中，该独立流通路径与各个喷嘴32相对应，用以连接墨腔室23和普通供墨孔22，并且反过来，该比较输出单元53a位于功率晶体管区域53中。以从独立流通路径41流回来的墨温度变化为基础，从而，可以确定关于各个独立流通路径41上的信息。

现在，将描述温度传感器24安置在各个独立流通路径41中的原因。例如，首先考虑普通喷嘴，如果产生于墨腔室23中的气泡膨胀，墨滴会穿过喷嘴32喷射，并且外部空气会通过喷嘴32被导入到墨腔室23中。气泡向后移动到供墨孔22，与外部空气共存。在这种情况下，墨温度会被标示为“A”。相反，考虑故障喷嘴，即使产生在墨腔室23中的气泡膨胀，墨滴也不会穿过喷嘴32喷射到外部空气中，并且外部空气也不会通过喷嘴32被导入到墨腔室23中。同样地，气泡向后移动到供墨孔22。在这种情况下，墨温度会被标示为“B”。可理解由于接触到外部空气，墨温度“A”低于初始墨温度，因此，由于缺乏外部空气，墨温度“B”保持在高的值，且因此，在正常的喷嘴中墨温度“A”低于在故障喷嘴中的墨温度“B”。即，以通过温度探测器24探测到的墨温度为基础，有可能确定如图5所示的相关喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴。

温度传感器24中的温度传感装置包括多个P-通道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，用以执行温度探测PMOS1至PMOS4；用于接地反向电流保护PMOS5的P-通道MOSFET；以及电阻R1。PMOS1到PMOS4并联，PMOS1到PMOS4的门极一般与PMOS5的漏极相连接，该PMOS5具有相互连接的门极和源极。PMOS1的源极与PMOS2的漏极连接，PMOS2的源极与PMOS3的漏极连接，PMOS3的源极与PMOS4的漏极连接，PMOS4的源极通过在中间插入电阻R1与PMOS5的源极连接。PMOS5的源极与接地端VSS1连接。

比较输出单元53a包括放大器54，用以放大温度传感器24的输出信号Vp4d；比较器55，用于比较经放大器54放大的电压信号Vi3out和预设的参考电压信号Vref，并输出对应于比较结果的电压信号；以及移位电阻56和57，用以锁定并传导比较器55的输出信号Vout(“H”或“L”)至控制器58。当参考电压信号Vref大于放大的电压信号Vi3out时，比较器55输出“H”(其通过设置于比较器55内的换流器转换极性)，并当参考电压信号Vref小于放大的电压信号Vi3out时输出“L”。这里，“H”表示相应的喷嘴是正常喷嘴，且“L”表示相应的喷嘴是故障喷嘴。

基于比较输出信号单元53a的输出信号，控制器58确定相关喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴。

例如，如图6所示，当3.3V电压应用到温度传感器24的VDD1上时，温度传感器的输出信号值Vp4d在0.2°时有0.80V的测量值，且在125°时有0.62V的测量值。由于初始输出电压水平低，故采用放大器54以放大该电压。放大的电压信号Vi3out在0.2°时具有3.23V的测量值，且在125°时有2.53V的测量值。比较器55比较放大的电压信号Vi3out和参考电压信号Vref，以输出最终输出信号Vout。如果参考电压信号Vref大于放大的电压信号Vi3out，则输出信号为“H”。相反地，如果参考电压信号Vref小于放大的电压信号Vi3out，输出信号为“L”。这里，“H”表示相应的喷嘴是正常喷嘴，且“L”表示相应的喷嘴是故障喷嘴，如图5所示。最终输出信号Vout通过移位电阻56和57被锁定并传导到控制器58。以这种方式，由于单个墨腔室中的墨温度可以用温度传感器24探测出来，因而各个喷嘴可以单独确定，所对应的各个喷嘴是正常喷嘴或者是故障喷嘴。

图7是根据本发明另一个实施例的成像设备700的方块图。该成像设备700包括打印单元720，其包括具有用以存储墨的墨腔室(未示出)和加热器(未示出)的喷墨打印头20，以及喷嘴(未示出)。使用者操作外部设备(如电脑，笔记本电脑，掌上电脑等)通过路径710d发送信号到控制单元710来开始打印操作过程。当控制单元710接受到外部设备经路径710d传来的信号时，控制单元激活供给单元730，以通过路径710b向打印单元720供给纸张，并通过路径710a向打印单元720发送信号，以通过加热墨来开始打印进程。供给单元730通过路径710c向打印单元720发送信号以使打印单元720为进入的、以在其上进行打印的纸张做好准备。也有温度传感器(未示出)布置在通往墨腔室的路径上以探测墨的温度。当墨的温度被探测到，控制单元10控制加热器并根据对加热器的控制和探测到的温度确定故障喷嘴。

如图8所示，本发明的一个实施例包括在喷墨打印头装置中探测故障喷嘴的方法。操作820包括控制加热器加热墨来产生墨泡，并通过喷嘴喷射墨。操作840包括探测墨温度。最终，操作860包括根据对加热器的控制和探测到的温度来确定故障喷嘴。

从以上说明中显而易见的是，本发明提供了具有如下效果的喷墨打印头。

首先，作为在每个独立流通路径中提供用以连接相应的墨腔室和供墨孔的温度传感器的结果，故障喷嘴和正常喷嘴间温差可被精确地探测出。这具有在大量的喷嘴中探测故障喷嘴的效果，因而可提供高质量的喷墨打印头产品并避免其他可能的问题。

第二，根据本发明，相对简单的电路方框图可以实现。这具有使组成元件相对于常规结构不需要作很大改动的优点。

第三，由于每个独立喷嘴是否是故障喷嘴可以精确探测到，本发明可有效地提供高质量的喷墨打印头产品，更进一步，改善喷墨打印头的打印质量和稳定性。

尽管已经示出并描述了本发明的几个实施例，本领域技术人员可以理解在不背离本发明原则和精神的条件下可对这些实施例进行改变，本发明的范围限定在附加的权利要求及其等价物中。

Claims (21)

1、一种喷墨打印头，包括：

供墨孔，墨通过其被导入；

多个墨腔室，每个墨腔室具有一喷嘴，墨通过该喷嘴喷射；

多个独立流通路径，用以连接所述多个墨腔室和供墨孔；以及

温度传感器，其设置于所述多个独立的流通路径中的每个流通路径内，并且用于当产生在相应的多个墨腔室之一中的墨泡向后移动到供墨孔时，探测相关的独立流通路径内的墨温度。

2、如权利要求1所述的喷墨打印头，其中，所述温度传感器包括：

多个并联的P-通道MOSFET，以执行温度探测；以及

P-通道MOSFET，用以防止接地反向电流。

3、如权利要求1所述的喷墨打印头，其中，还包括：

比较输出单元，用以放大温度传感器的输出信号，并和参考电压信号值相比较，从而输出与比较结果相对应的电压信号。

4、如权利要求3所述的喷墨打印头，其中，所述比较输出单元布置在功率晶体管区域中，所述功率晶体管区域设置在喷墨打印头上并驱动加热器，该加热器用于加热多个墨腔室中的墨以产生墨泡。

5、如权利要求4所述的喷墨打印头，其中，布置在功率晶体管区域中的比较输出单元设置成数目与温度传感器的数目相同。

6、一种喷墨打印头，包括：

供墨孔，墨通过其被导入；

多个墨腔室，每个墨腔室具有一喷嘴，墨通过该喷嘴喷射；

多个独立流通路径，用以连接所述多个墨腔室和供墨孔；

温度传感器，其设置于多个独立流通路径中的每个流通路径内，并且用于当产生在相应的多个墨腔室之一中的墨泡向后移动到供墨孔时，探测相关的独立流通路径内的墨温度，；和

控制器，其根据温度传感器探测到的墨温度来确定相关喷嘴是正常喷嘴还是故障喷嘴。

7、如权利要求6所述的喷墨打印头，其中，还包括：

比较输出单元，用以放大和比较温度传感器的输出信号，并输出与比较结果相对应的电压信号。

8、如权利要求7所述的喷墨打印头，其中，所述比较输出单元布置在功率晶体管区域中，所述功率晶体管区域设置在喷墨打印头上并驱动加热器，所述加热器用于加热多个墨腔室中的墨以产生墨泡。

9、如权利要求8所述的喷墨打印头，其中，布置在功率晶体管区域中的比较输出单元设置成数目与温度传感器的数目相同。

10、一种喷墨打印头，包括：

半导体基板；

供墨孔，其在所述半导体基板预定的区域上打孔形成，墨通过该供墨孔被导引；

多个墨腔室，其排列在供墨孔的相对侧上，并布置在所述半导体基板上；

多个独立流通路径，用以连接所述多个墨腔室和供墨孔；

多个喷嘴，分别布置在所述多个墨腔室的顶端；

多个加热器，分别布置在所述多个墨腔室的底面；以及

温度传感器，设置于所述多个独立流通路径的每个独立流通路径中，用于探测相应独立流通路径中墨的温度。

11、如权利要求10所述的喷墨打印头，其中，还包括：

比较输出单元，用以放大和比较温度传感器的输出信号，并输出与比较结果对对应的电压信号；以及

控制器，其根据比较输出单元的输出信号来确定相关喷嘴是正常喷嘴还是故障喷嘴。

12、如权利要求11所述的喷墨打印头，其中，所述比较输出单元布置在功率晶体管区域中，所述功率晶体管区域驱动用于加热多个墨腔室中的墨以产生墨泡的加热器，比较输出单元的数目设置成与温度传感器的数目相同。

13、一种用于在打印介质上喷射墨的喷墨打印头，包括：

多个喷嘴，用以通过其在打印介质上喷射墨；

供墨孔，用以向多个喷嘴供墨；

多个温度传感器，用以对应于所述多个喷嘴，并且用以当墨泡从多个喷嘴向供墨孔移动时探测墨温度；以及

比较输出单元，用以比较参考值和探测到的温度，从而确定多个喷嘴之一是否是故障喷嘴。

14、如权利要求13所述的喷墨打印头，其中，所述比较输出单元通过比较参考电压值和对应于每个探测到的温度的信号值来确定多个喷嘴之一是否是故障喷嘴。

15、如权利要求14所述的喷墨打印头，其中，对应于每个探测到的温度的信号值是由每个温度传感器中的一个输出的。

16、如权利要求13所述的喷墨打印头，其中，当参考电压值低于对应于所探测到的墨温度的信号值时，多个喷嘴之一被确定为故障喷嘴。

17、如权利要求13所述的喷墨打印头，其中，还包括：多个独立流通路径，用以使所述多个喷嘴和供墨孔连接。

18、如权利要求17所述的喷墨打印头，其中，所述多个温度传感器的每个位于所述多个独立流通路径的每个流通路径上。

19、一种成像设备，包括：

打印单元，其包括喷墨打印头及喷嘴，所述喷墨打印头具有用于储存墨的墨腔室和加热器；

温度传感器，其布置在通往墨腔室的路径上，用以探测墨温度；以及

控制器，用以控制加热器，根据对加热器的控制和探测到的温度来确定故障喷嘴。

20、一种在喷墨打印头装置中探测故障喷嘴的方法，该方法包括：

控制加热器加热墨以产生墨泡，并从喷嘴喷射墨；

探测墨温度；以及

根据对加热器的控制和所探测到的温度来确定故障喷嘴。

21、如权利要求20所述的方法，其中确定故障喷嘴还包括：

比较参考值和探测到的温度。

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