CN102114731A

CN102114731A - 用于热喷墨打印的打印头及其打印方法

Info

Publication number: CN102114731A
Application number: CN2009102657604A
Authority: CN
Inventors: 李致淳; 赖伟夫
Original assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Current assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN102114731B

Abstract

本发明涉及一种用于热喷墨打印的打印头及其打印方法。所述打印头包括：衬底，其具有多个小孔，所述多个小孔的每一者中具有一起动元件，其中所述多个小孔布置成单个列，且所述打印头与所述打印头进行扫描的水平方向成一角度而安置；以及起动电路，其用于通过分别将多个起动信号传输到所述多个起动元件来使所述多个起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上。根据本发明，打印速度和分辨率可得到改进。

Description

用于热喷墨打印的打印头及其打印方法

技术领域

本发明涉及打印头。更特定来说，本发明涉及用于热喷墨打印的打印头。

背景技术

喷墨打印机构用于多种不同产品中。打印头的功能是将微小墨滴从小孔内喷射到一打印媒介上。为了打印图像，将打印头安装到打印机中的托架墨盒。托架横越在一空白的打印媒介的表面上，且打印头受控制以依照来自微型计算机或其它控制器的命令在适当时间喷射墨滴。以此方式，通过将墨滴喷射到打印媒介上而形成所要图像或文本的图案。

存在已知的若干墨滴喷射机制，例如热喷墨技术、压电喷墨技术等。这里，我们在专利申请案中实施热喷墨技术。在一般的热喷墨系统中，含有墨通道和蒸发腔室的障壁层形成于喷嘴孔板层与衬底层之间。此衬底层通常含有加热器元件(例如电阻器)阵列，其分别电连接到起动电路(将稍后对其进行描述)且电阻器被选择性地通电以加热蒸发腔室内的墨。在加热后，与经通电的电阻器相关联的喷嘴就会喷射墨滴。

近年来，为了增加打印分辨率的程度、打印速度和热喷墨打印系统的质量而进行了许多研究。打印分辨率取决于在打印头衬底上形成的喷墨孔和加热电阻器的间距，其意味着相邻的喷墨孔和相邻的加热电阻器的间距越小，分辨率越高。现代的电路制造技术允许将大量电阻器放置在单个打印头衬底上。具体来说，伴随不断增加的大量电阻器而来的是大量的互连垫、引线和类似物。组件和互连件的增加导致更大的制造/生产成本，且增加了在制造过程期间将出现缺陷的可能性。第5,635,968号美国专利提供一种用于喷嘴的特殊布置和驱动方法以解决上述问题。

第5,638,101号美国专利在打印期间的单个回合中提供高达每英寸600点的打印分辨率，且起动元件布置在2个阵列中。图1A展示将用2个阵列和交错布置形成每英寸600点的分辨率的喷嘴布置。如图1B中所描绘，喷嘴的两个交错列经通电以打印具有600dpi的分辨率的单个垂直线。如果一个列的喷嘴具有300dpi的分辨率，那么图1A中的交错布置获得双倍的分辨率，即600dpi。

为增加打印速度，第6,860,585号美国专利提供一种不同的喷嘴布置，但其具有较低的分辨率。如图2A中所描绘，第6,860,585号美国专利通过将打印头安装到具有两列喷嘴的托架上而使打印头倾斜。将布置在相同水平线上的喷嘴同时通电。图2B展示通过图2A中的打印头中的2个交错列的喷嘴喷射的墨。因此，通过用于将喷嘴通电的适当时序，此布置可同时打印两个垂直线，以便增加打印速度。然而，牺牲了分辨率。

因此，一种同时改进打印分辨率和打印速度的技术是有其必要性的。

发明内容

本发明可同时改进打印速度和分辨率。此外，本发明的一实施例消除了喷嘴的起动信号的串扰。

本发明的一实施例提供一种用于热喷墨打印的打印头，其包括：一衬底，其具有多个小孔，所述多个小孔的每一者中具有一起动元件，其中所述多个小孔布置成单个列，所述多个起动元件被分类为第一数目的群组，且每一群组包括：第二数目的起动元件，其中一群组中的所述第二数目的起动元件经布置以使得所述第二数目的起动元件中的每一者在不同时间通电，且用于使任何两个邻近起动元件通电的时间差为至少两个预定时间间隔，且经定位以使得两个连续起动的起动元件被至少两个其它起动元件分离，以及起动电路，其用于通过分别将多个起动信号传输到所述多个起动元件来使所述多个起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上；其中所述打印头与所述打印头进行扫描的水平方向成一角度而安置，且所述角度大体上不等于90度。

本发明的另一实施例提供一种用于热喷墨打印的打印头，其包括：一衬底，其具有多个小孔，所述多个小孔的每一者中具有一起动元件，其中所述多个小孔布置成至少两列，其中所述多个起动元件被分类为第一数目的群组，且每一群组包括第二数目的起动元件，其中一群组中的所述第二数目的起动元件经布置以使得所述第二数目的起动元件中的每一者在不同时间通电，且用于使任何两个邻近起动元件通电的时间差为至少两个预定时间间隔，其中所述群组中的所述第二数目的起动元件经定位以使得两个连续起动的起动元件被至少两个其它起动元件分离，以及起动电路，其用于通过分别将多个起动信号传输到所述多个起动元件来使所述多个起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上，其中在一个列中起动元件独立于在另一列中起动元件而通电；且其中所述打印头与所述打印头进行扫描的水平方向成一角度而安置；且所述角度大体上不等于90度。

本发明的另一实施例提供一种打印方法，其用于具有分类为多个群组的多个起动元件的打印头，所述方法包括：分别通过多个起动信号使所述多个起动元件中的每一者通电，其中以不同时序使一群组中的所述起动元件中的每一者通电，任何两个邻近喷嘴通电的时序之间的差是至少两个预定时间间隔且其中所述多个起动元件经定位以使得两个连续起动的起动元件被至少两个其它起动元件分离。

为了使本发明的前述和其它目的、特征和优点更易于理解，下文详细描述伴有图的优选实施例。

附图说明

图1A说明布置在2个交错列中的习知喷嘴。

图1B说明由图1A中的喷嘴打印的点。

图2A说明具有更好的打印速度的另一习知喷嘴布置。

图2B说明由图2A中的喷嘴打印的点。

图3说明本发明的优选实施例的打印头的定向。

图4A说明本发明的优选实施例的喷嘴布置。

图4B说明基本群组中的喷嘴的位置和喷嘴的起动序列，其中在x轴的方向上的尺度是被放大的。

图5说明打印头和打印媒介的相对移动。

图6是用于使每个基本群组中的喷嘴通电的时序图。

图7是用于本发明的优选实施例的打印头中的基本群组的喷嘴的起动电路的示意图。

具体实施方式

本申请案的优选实施例提供一种用于热喷墨打印的打印头，其包括：衬底，其具有多个小孔，所述多个小孔的每一者中具有一起动元件，其中所述多个小孔布置成单个列，且所述打印头与所述打印头进行扫描的水平方向成一角度而安置；以及起动电路，其用于通过分别将多个起动信号传输到所述多个起动元件来使所述多个起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上。

请参看图3，其展示根据本发明的一实施例的打印头100的定向。图3中的箭头表示打印头相对于打印媒介(例如空白纸)的运动。打印头100包括衬底，所述衬底上具有多个小孔102。每一小孔对应于用于注射墨的起动元件。根据图3中所示的优选实施例，小孔(或喷嘴)布置成单个列，且打印头与其进行扫描的水平方向成一角度θ而安置。所述打印头进一步包括起动电路，其用于使所述起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上。所述起动电路分别将起动信号传输到每一起动元件，将稍后对其进行介绍。通过适当地界定每一喷嘴的起动时序，打印头上的喷嘴将在打印期间在打印媒介上绘制垂直线。归因于打印头的定向与图3中的箭头之间的角度θ，斜置打印头的垂直分辨率好于垂直安置的打印头的分辨率。在本实施例中，θ为135度。如果垂直于箭头而安置的打印头具有212dpi的分辨率，那么具有135度θ的打印头具有约300dpi(即，212*√2)的分辨率。在优选实施例中，在使打印头倾斜135度θ时，打印头分辨率在本发明中高达600dpi。对于相同的打印头，通过改变θ的值而实现不同的垂直分辨率。在其它实施例中，θ可不受限制且可由所要的分辨率改变。根据优选实施例，θ处于10-80度或100-170度的范围中。

为解决起动信号之间的串扰问题，本发明提供一种独特的喷嘴布置。图4A展示打印头上的喷嘴的布置。喷嘴被分类为第一数目的基本群组P1、P2……PN，且每一基本群组包括第二数目的喷嘴H1、H2……HM。根据本发明，第一数目为23且第二数目为13。基本群组中的喷嘴形成大体上但非精确的直线。图4B说明基本群组中的喷嘴H1、H2、H3……H13的位置，且其中在x轴的方向上具有放大的尺度。图4B还展示每一喷嘴的起动序列A1、A2、A3……A13。通过规则1和/或规则2来布置在基本群组中的喷嘴，其中规则1为用于起动任何两个邻近喷嘴的时序之间的差为至少两个预定时间间隔，规则2为两个连续起动的喷嘴间被至少两个其它起动元件分离。

将图4B中所描绘的布置作为实例。基本群组中的喷嘴被命名为H1、H2、H3……H13，且分别具有起动序列A5、A13、A8……A11。实心圆表示每一喷嘴的位置。因此，以H7(A1)、H10(A2)、H4(A3)、H12(A4)、H1(A5)、H5(A6)、H9(A7)、H3(A8)、H11(A9)、H6(A10)、H13(A11)、H8(A12)、H2(A13)的序列起动这些喷嘴。规则1规定用于使任何两个邻近喷嘴通电的时序之间的差为至少两个预定时间间隔。举例来说，用于使H1(A5)和H2(A13)通电的时序差为8个时间间隔，且用于使H2(A13)和H3(A8)通电的时序差为5个时间间隔。在本实施例中，预定时间间隔处于100ns到10μs的范围内。规则2规定任何两个连续起动的喷嘴被至少两个其它起动元件分离。举例来说，y轴上的喷嘴H7(A1)和H10(A2)之间的距离为三个喷嘴位置，y轴上的喷嘴H10(A2)和H4(A3)之间的距离为六个喷嘴位置，且y轴上的喷嘴H4(A3)和H12(A4)之间的距离为八个喷嘴位置。如图4B中所描绘，所有喷嘴遵循规则1和规则2。根据本发明的一实施例，每一基本群组中的喷嘴布置是相同的且遵循规则1和规则2。然而，规则1或规则2都可防止起动信号的串扰，且因此可单独地或同时地应用于本发明。在优选实施例中，同时利用规则1和规则2。

假定喷嘴H1的位置为开始点，在图4A的本实施例中，在以下表1中描述基本群组1中的每一喷嘴在X-Y坐标上的位置。

喷嘴编号	X(um)	Y(um)	起动序列	Δ
					1	0	0	A4
2	5.748	-65.611	A1	Δ1
					3	2.156	-121.882	A7	Δ2
4	-1.437	-178.154	A13	Δ3
					5	0.719	-240.173	A10	Δ4
6	3.592	-302.91	A5	Δ5
					7	-2.873	-356.308	A2	Δ6
8	5.029	-424.074	A8	Δ7
					9	1.437	-480.346	A11	Δ8
10	-2.155	-536.67	A3	Δ9
					11	2.874	-601.51	A6	Δ10
12	-0.718	-657.782	A12	Δ11
					13	4.311	-722.674	A9	Δ12

表1

在表1中，Δ表示投射在x轴上的喷嘴H1与H13之间的距离，其中的预定数目的Δ对应于基本群组1中的每个喷嘴的起动序列。每一基本群组重复相同的喷嘴布置和起动序列以在打印期间一次仅起动每一群组中的一个喷嘴。如图5中所描绘，当打印头向打印扫描方向倾斜135度时，如表2中所示，喷嘴的位置改变。当旋转一角度时，通过表1上的X的坐标且乘以√2加上水平移位而导出表2上的新X的坐标，其中此实施例中的角度为135度。新Y的坐标是从表1上的Y的坐标及X坐标之Δ间的关系且除以√2而提取。

表2

为形成打印媒介上的垂直线，图6中描绘用于使每个基本群组P1、P2……P23中的喷嘴H1、H2……H13通电的时序图。根据本实施例中的喷嘴布置，喷嘴H1的起动时序不具有延迟，喷嘴H2的起动时序具有(42.33um*1+Δ1*√2)除以打印头与打印媒介之间的相对移动速率的延迟；喷嘴H3的起动时序具有(42.33um*2+Δ2*√2)除以打印头与打印媒介之间的相对移动速率的延迟；喷嘴H4的起动时序具有(42.33um*3+Δ3*√2)除以打印头与打印媒介之间的相对移动速率的延迟……依此类推。

请注意，基本群组中的喷嘴布置应遵循上文提到的规则1和/或规则2，且不限于图4B中所示的布置。当喷嘴布置改变时，Δ的值改变，且因此喷嘴的起动时序改变。因此，如果打印头倾斜的角度或相对移动速率改变，那么起动时序改变。在打印头倾斜的角度、打印头的相对移动速率或喷嘴布置改变时，所属领域的技术人员可容易基于上文揭示内容导出详细起动时序。

本发明的另一优选实施例还提供一种用于热喷墨打印的打印头，其包括：衬底，其具有多个小孔，所述多个小孔的每一者中具有一起动元件，其中所述多个小孔布置成至少两列，且所述打印头与所述打印头进行扫描的水平方向成一角度而安置；以及起动电路，其用于通过分别将多个起动信号传输到所述多个起动元件来使所述多个起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上，其中使一个列中的所述多个起动元件独立于另一列中的所述多个起动元件而通电。由于本实施例中的打印头使一列以上起动元件独立通电，所以可增加打印速度。

图7展示用于优选实施例的打印头中的基本群组的起动元件的起动电路的示意图。每一MOSFET的栅极电连接到起动元件的位址。当位址被触发时，起动元件被起动信号通电且随后喷射墨。

鉴于上述，由本发明提供的打印头至少具有以下优点：(1)减少串扰；(2)增加相同打印头区域中的喷嘴的数目；以及(3)改进打印速度。遵照规则1(用于使任何两个邻近喷嘴通电的时序之间的差为至少两个预定时间间隔)和/或规则2(两个连续起动的喷嘴被至少两个其它起动元件分离)的喷嘴布置可显著减少起动信号之间的串扰。与传统的喷嘴布置相比，由于打印头经倾斜且喷嘴布置在单个列中，本发明在相同的打印头区域中含有更多的喷嘴，且其分辨率好于直接安置的打印头。因此，在相同的打印头区域的情况下，本发明的打印头延长了，其引起更长的打印刈幅进而得到更高的打印速度。

所属领域的技术人员将明白，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明的结构作出各种修改和变化。鉴于前述内容，希望本发明涵盖本发明的修改和变化，只要所述修改和变化处于所附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims

1.一种用于热喷墨打印的打印头，其包括：

一衬底，其具有多个小孔，所述多个小孔的每一者中具有一起动元件，其中所述多个小孔布置成单个列，所述多个起动元件被分类为第一数目的群组，且每一群组包括：

第二数目的起动元件，其中一群组中的所述第二数目的起动元件经布置以使得所述第二数目的起动元件中的每一者在不同时间通电，且用于使任何两个邻近起动元件通电的时间差为至少两个预定时间间隔，且经定位以使得两个连续起动的起动元件被至少两个其它起动元件分离，以及

起动电路，其用于通过分别将多个起动信号传输到所述多个起动元件来使所述多个起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上；

其中所述打印头与所述打印头进行扫描的水平方向成一角度而安置，且所述角度大体上不等于90度。

2.根据权利要求1所述的打印头，其中用于使所述多个起动元件中的一起动元件通电的时序是基于所述起动元件在所述打印头上的位置、所述打印媒介与所述打印头之间的相对移动速率和所述打印头与所述打印头进行扫描的方向之间的所述角度而确定的。

3.根据权利要求1所述的打印头，其中每一群组中的所述第二数目的起动元件以相同方式布置。

4.根据权利要求1所述的打印头，其中所述角度处于10-80度或100-170度的范围中。

5.根据权利要求1所述的打印头，其中所述角度为135度。

6.根据权利要求1所述的打印头，其中所述预定时间间隔处于100ns到10μs的范围中。

7.一种用于热喷墨打印的打印头，其包括：

一衬底，其具有多个小孔，所述多个小孔的每一者中具有一起动元件，其中所述多个小孔布置成至少两列，其中所述多个起动元件被分类为第一数目的群组，且每一群组包括第二数目的起动元件，其中一群组中的所述第二数目的起动元件经布置以使得所述第二数目的起动元件中的每一者在不同时间通电，且用于使任何两个邻近起动元件通电的时间差为至少两个预定时间间隔，其中所述群组中的所述第二数目的起动元件经定位以使得两个连续起动的起动元件被至少两个其它起动元件分离，以及

起动电路，其用于通过分别将多个起动信号传输到所述多个起动元件来使所述多个起动元件通电以将墨喷射在打印媒介上，其中在一个列中起动元件独立于在另一列中起动元件而通电；

且其中所述打印头与所述打印头进行扫描的水平方向成一角度而安置；且所述角度大体上不等于90度。

8.根据权利要求7所述的打印头，其中用于使所述多个起动元件中的一起动元件通电的时序是基于所述起动元件在所述打印头上的位置、所述打印媒介与所述打印头之间的相对移动速率和所述打印头与所述打印头进行扫描的方向之间的所述角度而确定的。

9.根据权利要求7所述的打印头，其中每一群组中的所述第二数目的起动元件以相同方式布置。

10.根据权利要求7所述的打印头，其中所述角度处于10-80度或100-170度的范围中。

11.根据权利要求7所述的打印头，其中所述角度为约135度。

12.根据权利要求7所述的打印头，其中所述预定时间间隔处于100ns到10μs的范围中。

13.一种打印方法，其用于具有分类为多个群组的多个起动元件的打印头，所述方法包括：

分别通过多个起动信号使所述多个起动元件中的每一者通电，

其中在不同时间使所述起动元件中的每一者通电，且用于使任何两个邻近起动元件通电的时间差是至少两个预定时间间隔；且

其中所述多个起动元件经定位以使得两个连续起动的起动元件被至少两个其它起动元件分离。

14.根据权利要求13所述的方法，其中用于使所述多个起动元件中的一者通电的时序是基于所述起动元件在所述打印头上的位置、打印媒介与所述打印头之间的相对移动速率和所述打印头与所述打印头进行扫描的方向之间的角度而确定的。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述预定时间间隔处于100ns到10μs的范围中。