CN102131646B

CN102131646B - 喷墨

Info

Publication number: CN102131646B
Application number: CN200980132928.2A
Authority: CN
Inventors: 塞缪尔·达比; 罗杰·塞里恩
Original assignee: Fujifilm Dimatix Inc
Current assignee: Fujifilm Dimatix Inc
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: EP2296899A4; EP2296899A1; KR20110029163A; JP2011526850A; WO2010002555A1; US8608267B2; CN102131646A; EP2296899B1; US20090322815A1

Abstract

除了别的以外，一种用于喷墨的方法，包括：减小从喷墨组件喷出的墨滴的特性的预期变化，所述减小包括使施加到喷射组件的电压响应于所述预期变化。

Description

喷墨

本申请要求享有2008年6月30日提交的美国临时申请No.61/076,789的权益，该申请通过引用结合于此。

技术领域

本说明涉及喷墨。

背景技术

喷墨可使用包括喷射组件的喷墨打印头来完成。墨被引入喷墨打印头中，当被启动时，喷射组件喷墨并在基材上形成图像。

发明内容

一方面，一种在喷墨中使用的方法，包括：减小从喷墨组件喷出的墨滴的特性的预期变化，所述减小包括使施加到喷射组件的电压响应于所述预期变化。。

另一方面，一种在喷墨打印中使用的方法，包括：确定喷射组件的喷射频率与从所述喷射组件喷出的墨滴的特性之间的数量关系；和将确定出的数量关系用于改变所述墨滴的特性。

又一方面，一种喷墨打印系统，包括：喷射组件；和用于确定从所述喷射组件喷出的墨滴的特性的预期变化、并基于所述预期变化将电压施加到所述喷射组件的单元。

实施方案可包括以下特征的一个或多个。墨滴的特性包括墨滴的质量。墨滴的特性包括墨滴的速度。基于墨滴的喷射频率来预期墨滴的特性。所述频率基于墨滴喷射到的基材的运送速度而确定。使用所述频率与所述特性之间的预定数量关系来确定以该频率喷射的墨滴的特性。通过将所述特性与标准进行比较来确定所述特性的预期变化。施加到喷射组件的电压是脉冲形式的。使电压响应于所述预期变化包括改变脉冲的幅值。使电压响应于所述预期变化包括改变脉冲的宽度。脉冲的形式至少包括方形、三角形、或梯形。基于所述预期变化产生电压。放大所产生的电压并且将所述电压施加到喷射组件。施加到喷射组件的电压的范围在大约70V至大约150V之间。所述墨滴具有大约1皮升至大约80皮升的尺寸。所述墨滴具有大约1米/秒至大约12米/秒的速度。频率的范围从大约1千赫兹至大约25千赫兹。

实施方案还可包括以下特征的一个或多个。所述数量关系是非线性的。通过改变施加到喷射组件的电压来改变所述墨滴的特性。

实施方案还可包括以下特征的一个或多个。所述喷墨打印系统还包括：编码器，用于确定墨滴被喷射到的基材的运送速度；和微处理器，用于基于所述运送速度计算喷射组件的频率。所述单元包括用于接收频率的控制器。所述控制器连接到用于确定所述特性的预期变化和用于减小所述预期变化的电压的微处理器。所述微处理器确定所述电压的脉冲幅值。所述微处理器确定所述电压的脉冲宽度。所述微处理器包括存储所述频率与所述墨滴的所述特性之间的预定关系的介质。所述单元包括用于产生所述电压的脉冲发生器。所述喷射组件包括100至2000个喷嘴。所述喷墨打印系统还包括用于将施加到所述喷射组件的所述电压进行放大的放大器。所述喷墨打印系统还包括附加的喷射组件，每个附加的喷射组件在相应喷射组件的喷射频率与从所述喷射组件喷出的墨滴的特性之间具有预定关系。

所有提及的公开、专利申请、专利及其它参考资料均通过引用整体结合于此。

本发明的其它特征和优点从以下的详细描述和权利要求将变得显而易见。

附图说明

图1A是喷墨打印头的分解透视图。

图1B是喷射组件的分解透视图。

图1C是喷射组件的一部分的分解透视图。

图2是喷墨打印机的框图。

图3A和3B是墨滴质量对喷射频率和墨滴速率对喷射频率的曲线图。

图3C是查阅表。

具体实施方式

参考图1A，喷墨可使用包括组装在套圈元件10中的至少一个喷射组件4的喷墨打印头2来完成。套圈元件10附接到集流板(manifold plate)12，集流板12附接到具有孔16的板14。在使用时，打印头2和基材18沿垂直于喷射组件(见图1B)的长度6的处理方向y彼此相对运动，并且在相对运动过程中，将墨通过套圈元件10加载进喷射组件4并且通过孔16喷射出来在基材18上形成图像8。

参考图1B，喷射组件4具有包括一个或多个墨通道24和墨填充通道26的主体20。空腔板和增强板(未示出)附接到主体20的相反表面以在各表面上形成井穴(well)22的阵列(未全部示出)。每个井穴22可以是长形的，并且主体20可包括陶瓷、烧结碳、或硅。各墨通道24接收来自墨储存器(未示出)的墨并且将墨输送到墨填充通道26。当所述相反表面被聚合物膜32和32′覆盖时，长形的泵送室由井穴22形成，各自包括：墨入口28，用于接收来自墨填充通道26的墨；和墨出口端30，用于将墨通过喷墨通道(未示出)导回主体20中并在主体20的底部的一排开口(未示出)的一个处喷出。在一些实施例中，孔板14(图1A)直接附接至主体20的底部。孔板14上的每个孔16对应一个开口，并且墨通过孔16喷射到基材18(图1A)上。在一些实施例中，当两个或更多个喷射组件4如图1A所示地组装在打印头2中时，集流板12布置在主体20的底部与孔板12之间并且将在主体20的底部的多排开口汇聚成供墨穿过的单排开口。

通常，各泵送室，连同它对应的喷墨通道、开口、和孔，可称为喷射组件的喷嘴(jet)。关于喷射组件4的信息也在2008年5月22日提交的USSN12/125,648中提供，该申请通过引用结合于此。

喷射组件4还包括用于触发由井穴22形成的泵送室进行喷墨的电子部件29。例如，电子部件包括位于聚合物膜32和32′上的两套电极33和33′，这两套电极通过引线(未示出)连接到相应的柔性电路31、31′和集成电路34和34′，关于待打印图像的信息加载在所述电路上。压电元件36和36′分别附接到各聚合物膜32和32′的外侧，并且每个压电元件包括与聚合物膜32和32′接触的一套电极35和35′。

集成电路34和34′各包括一套开关，每个开关对应于主体20中的一个泵送室。基于所加载的图像数据，在一次喷射事件中，与需要用于喷墨的泵送室对应的开关设置成开，而与剩余的泵送室对应的开关设置成关。然后，集成电路34和34′将电压脉冲传送到处理与开关处于“开”状态所对应的那些泵送室的电极35，以启动压电元件34和34′的在这些腔室上方的部分。

参考图1C，压电元件36上的电极35与电接触件33对齐，使得电极能够如上所述地被集成电路34单独处理。每个电极35置于并且尺寸做成对应于主体20中的泵送室。具体地，每个电极35具有长形的区域56，该区域56的长度和宽度稍窄于各泵送室的尺寸，使得在电极35的周边与各泵送室的侧边和端部之间存在间隙58。各电极区域56在泵送室上居中，并且是覆盖压电元件36的喷射区域的驱动电极。压电元件34的第二电极52通常对应于主体20的位于泵送室外侧的区域。电极52是共同的(接地)电极并且可以是梳状的(如所示)或者可以是能被单独处理的电极带。电接触件33和电极35充分地重叠，以获得电接触件33与压电元件36的良好的电接触和容易的对齐。关于喷墨模块2的信息也在美国专利No.6,755,511中提供，该专利通过引用结合于此。

为了在基材18(图1A)上打印二维图像8的每条线38，从集成电路34和34′发出的适当的电压脉冲使压电元件36和36′改变它们的形状并且将压力施加到选出的用于喷射墨滴的泵送室。随着基材沿y方向运动，打印出连续的线条。这样，要在基材18上沿处理方向y每英寸打印给定数量的线条，则必须为给定泵送室提供的电压脉冲的频率与基材18沿处理方向y的运送速度有关。沿y方向和垂直于y方向的方向打印出的图像的分辨率可通过每英寸的点数(dpi)来表示。在一些实施例中，喷射组件4或喷墨模块2能够沿各方向打印分辨率大于100dpi、大于200dpi、大于400dpi、大于500dpi、大于800dpi、大于1000dpi、或甚至更大分辨率的图像。

喷出的墨滴的质量和速率随喷射的频率而变化，因此也随基材的运送速度而变化。

在图2中，电压脉冲从脉冲单元46提供到与图1A的喷墨打印头4具有相同特征的喷墨打印头40的压电元件，以将墨滴42喷出孔44到基材48上。脉冲单元46还从接收的来自编码器50的信号来测量基材48沿处理方向y的当前运送速度，所述编码器50耦接成感应载运基材48的传送器52的运动。

编码器50可以是与传送器52互连的轴角编码器(shaft angle encoder)，并且可提供能够用于确定基材48的运送速度的信号流。基材48的运送速度与将电压脉冲供给到喷墨打印头40并将墨从泵送室喷出的喷射频率相关联。在一些实施例中，喷墨打印头40的喷射频率可使用微处理器基于运送速度来通过计算而确定。例如，编码器50设置在运送基材18的运送带(未示出)上，并且产生与带速相关的脉冲流。例如，运送速度越高，则每秒脉冲数越大，因此变化频率越高。微处理器(未示出)可用于测量脉冲流的上升沿之间的时间周期，然后使用于下公式：频率(赫兹)＝1/周期(秒)，来确定喷墨打印头40的工作喷射频率。

或者，可使用频率电压转换器基于运送速度来生成例如1到10伏的模拟电压。通过与频率电压转换器互连的模拟数字转换器来从电压转换得到运送速度和喷射频率的数字表示。例如，频率电压转换器使用来自编码器50的重复脉冲给电路充电，以产生表示基材18的运送速度的模拟电压。

喷射组件响应于不同的喷射频率而有差别地进行喷墨，喷射频率相应地随基材18的运送速度的变化、和/或喷射组件的性能的变化、所用墨的例如粘度等性质、和/或喷墨的工作温度而变化。例如，以不同喷射频率喷出孔44的墨滴42可具有不同的特性，例如质量或速度。为实现高质量打印，期望在不同的喷射频率下喷射组件的性能一致。

为了生成特性均匀的墨滴，因此期望理解基材48的运送速度或喷墨打印头40的喷射频率与墨滴42的特性之间的关系，并且减小墨滴42的特性的波动。喷墨打印头40的喷射频率是打印头40在每个像素处设置墨滴的频率。打印头40中的各独立喷嘴可按与打印头40的喷射频率不同的工作频率工作。

参考图3A和3B，墨滴的质量和速率从一个喷射频率到另一个频率发生不规则波动。例如，当喷射组件12的喷射频率为14.5千赫兹时，墨滴具有较小的质量和较低的速率，这可能导致浅打印或错位打印。此外，当喷射频率增大到25.5千赫兹时，墨滴的质量和速率比以14.5千赫兹的喷射频率喷射的墨滴的质量和速率大约高100％。根据打印要求和其它相关条件，墨滴可具有：大约1皮升(pico-liter)至大约100皮升的尺寸，例如1皮升至80皮升；和大约1米/秒至大约20米/秒的速度，例如1米/秒至12米/秒。

打印头40的喷射频率与墨滴的质量之间的数量关系、以及喷射频率与墨滴喷射的速率之间的数量关系，都是非线性的并且具有相似的趋势。为了使墨滴质量和速率在所有频率下更均匀，可基于这些已知的数量关系来调节待施加于喷射组件的电压脉冲。例如，在14.5千赫兹的喷射频率时，可将较高的电压脉冲输送到喷墨打印头40，以使压电元件在泵送室上方产生较高的压力，来补偿由已知关系表明的预期的小的滴质量和低的滴速率。相比之下，在25.5千赫兹的喷射频率时，可输送较低的电压以使压电元件在对送腔室提供适当的压力，来减小预期的大的滴质量和高的滴速率。

在一些实施例中，例如当使用相同类型的墨时，相同类型的喷墨打印头在这些数量关系上表现出相似的趋势。这容许使用这些数量关系在以体系化方式包括相同类型喷墨打印头的喷墨打印机上产生具有均匀速度的均匀墨滴以获得高质量图像。实际上，类似于图3A和3B所示那样的数量关系是预先确定的，例如通过经验来确定，以用于一种类型的喷墨打印头和墨，并且选择墨滴的期望质量和速率的标准。

基于选取的标准和确定的数量关系，在各喷射频率，计算出墨滴质量和速率相对于所述标准的预期变化。为了减小预期变化并且使墨滴特性一致地符合标准，计算出附加到与喷射频率相关联的初始电压脉冲的补偿电压，并将所述补偿电压加到初始电压脉冲，以提供得到补偿的电压脉冲。在一些实施例中，补偿电压具有负的幅值并且从初始电压脉冲中减除以降低墨滴质量和速率。在一些实施例中，补偿电压具有正的幅值并且增加到初始电压以增大墨滴质量和速率。

在一些实施方式中，对于所使用的各类型的墨，使用各种已得到补偿的电压脉冲参数例如幅值、上升/下降时间、和宽度，来对从打印头喷出的墨滴的特性进行了测试，在测试中使用摄像装置来视觉地查看墨滴是如何喷射和形成的。通过经验来修正和选取描述已补偿电压脉冲的参数，以提供在整个喷射频率范围内具有稳定打印质量的墨滴形成方式。

如上所述由基材48的运送速度获得的喷射频率与喷墨打印头40的所有泵送室相关联，并且可以不同于，例如大于单个喷嘴的工作频率，因为在每个时刻，基于待打印图像的要求只有一部分喷嘴在进行喷墨。因此，在喷墨打印头40的一个喷射频率，不同的单个喷嘴的墨滴特性的变化是不同的。例如，在确定的14.5千赫兹的打印头喷射频率，一些喷嘴不喷墨，而一些喷嘴如果每隔一个像素进行打印则以7.25千赫兹的频率进行喷射，或者再一些喷嘴如果比每隔一个的素进行打印还少时则以更低的频率进行喷射。根据图3A和3B的数量关系，从这些不同的喷嘴以这些不同的工作频率喷出的墨滴的质量和速率是不同的，并且需要对施加到相应泵送室的电压脉冲进行不同的调节，以使墨滴均匀。

在一些实施例中，当打印头40具有对应的喷射频率时，补偿电压施加至当时正在打印的所有喷嘴。即使只有一些喷嘴在打印头40的喷射频率工作，补偿电压的一致施加也会改善图像质量。

在一些实施例中，为了减小从不同的单个喷嘴喷出的墨滴特性的总体变化，进一步调节对应于喷墨打印头40的喷射频率的补偿电压，例如，将电压的幅值调节为计算值或确定值的90％、80％、70％、60％、或50％。

参考图3C，示出了记录与打印头40的各喷射频率相关联的计算或调节后的已补偿电压脉冲的查阅表80。在一些实施例中，查阅表80记录电压脉冲的信息，包括例如幅值、上升时间、下降时间、和/或宽度。在如图所示的示例中，标准脉冲电压选取成具有大约80伏的幅值、大约10微秒的宽度、大约2微秒的上升时间、和大约2微秒的下降时间。使用图3A和3B的墨滴特性与喷射频率之间的确定的数量关系和标准，在预期会生成轻墨滴质量和低速率的9千赫兹的喷射频率，预估出10伏的补偿电压，并且已补偿的电压具有大约90伏的幅值和大约11微秒的延长脉冲宽度。当喷射频率为预期会生成重墨滴质量和高速率的24千赫兹时，预估出-15伏的补偿电压，并且已补偿的电压具有大约65伏的幅值和大约8微秒的缩短脉冲宽度。

在一些实施例中，可使用多个打印头来打印图像，并且各打印头可具有关联的查阅表。

再次参考图2，查阅表存储在脉冲单元46的脉冲控制单元62中的微处理器66的存储器中。在一些实施例中，微处理器66具有通信接口69。在一些实施例中，脉冲控制单元62使用期望的电压脉冲波形的程序化参数，例如幅值、脉冲宽度、及上升和下降时间，来生成脉冲电压波形的期望形状和尺寸。在使用时，脉冲控制器62接收由编码器50生成的表示基材48的运送速度的信号，并且将该信号编码成与运送速度相关联的喷射频率，以便在正确的时间以适当的dpi分辨率生成脉冲电压。

微处理器66利用喷射频率的信息，在所存储的查阅表中找到对应于该喷射频率的电压脉冲的信息。

基于从脉冲控制单元62发送的信息，在脉冲单元46的脉冲发生单元64中产生待施加到打印头40的压电元件的电压脉冲。脉冲发生单元64包括脉冲发生器70和脉冲整形器72。脉冲发生器70包括基于从脉冲控制单元62接收的信息产生电压脉冲的数字模拟(D/A)转换器。在一些实施例中，D/A转换器产生的电压脉冲具有：例如大约5伏、10伏、或15伏、和/或达到例如大约30伏的幅值；例如大约1微秒、或2微秒、和/或达到例如大约4微秒、或大约5微秒的上升时间；例如1微秒、或2微秒、和/或达到例如大约4微秒、或大约5微秒的下降时间；和例如大约2微秒、4微秒、5微秒、和/或达到例如大约15微秒、20微秒、或大约25微秒的宽度。

通常，从D/A转换器产生的电压脉冲具有低幅值，从而有必要在施加到喷墨打印头40之前成比例地放大，这将在后面描述。从脉冲发生器70产生的脉冲在脉冲整形器72处由脉冲整形滤波器滤波，以提供期望的波形。

脉冲整形滤波器的示例包括，例如，琐细矩形波串(trivial boxcar)滤波器，正弦形滤波器，上升余弦滤波器，和高斯滤波器。电压脉冲的波形示例包括，例如正弦波、锯齿波、方波、三角波、梯形波及它们的组合。

来自脉冲整形器72的电压脉冲输送到放大器76。高电压源78连接到放大器76以提供高电压。放大的电压脉冲可具有例如至少大约30V、60V、65V、或70V、和/或高达例如大约160V、155V、或150V的幅值。已放大的电压脉冲施加到喷墨打印头40，以使墨按期望的墨滴质量和速率喷射到基材48上。

脉冲单元46对运送速度变化的系统响应时间为毫秒级。这使墨脉冲单元46能够响应于与喷墨打印机40的喷射频率相关联的墨滴特性的预期变化，并且有效地减小预期变化以生成高质量图像。

其它实施例在权利要求中。

例如，除图1A所描述的打印头外，可使用例如2008年5月22日提交的SUNS 12/125,648中描述的打印头和US5,265,315中描述的由硅制成的打印头，两者均通过引用结合于此。例如，喷射组件4可包括具有加工在主体20的表面上的井穴的主体20。可不使用空腔板并且通过使用聚合物膜密封在主体20中加工的井穴而形成泵送室。可由附接到聚合物膜的与接触主体20的内表面相反的外表面上的压电元件来启动泵送室。在一些实施方案中，压电元件可直接密封井穴以形成泵送室，而无需井穴与压电元件之间的聚合物膜。泵送室的启动可使用与参考图1A-1C所讨论的例如电极和集成电路等元件来完成。由这种喷射组件打印出的墨滴和图像的特征，例如墨滴的尺寸和图像的分辨率，相似于由图1A-1C的喷射组件打印出的。

Claims

1.一种用于喷墨的方法，包括：

使用喷射频率和特性之间的预定的数量关系，确定从喷墨组件以一喷射频率喷出的墨滴的特性，

减小所述墨滴的特性的预期变化，所述减小包括使施加到所述喷射组件的电压响应于所述预期变化，

其中，基于墨滴喷射的喷射频率来预期墨滴的特性。

2.如权利要求1所述的方法，其中，墨滴的特性的变化包括墨滴的质量。

3.如权利要求1所述的方法，其中，墨滴的特性的变化包括墨滴的速度。

4.如权利要求1所述的方法，包括基于墨滴被喷射到的基材的运送速度来确定所述喷射频率。

5.如权利要求1所述的方法，包括通过将所述特性与一标准进行比较来确定所述特性的预期变化。

6.如权利要求1所述的方法，其中，施加到所述喷射组件的电压是脉冲形式的。

7.如权利要求6所述的方法，其中，使所述电压响应于所述预期变化包括改变脉冲的幅值。

8.如权利要求6所述的方法，其中，使所述电压响应于所述预期变化包括改变脉冲的宽度。

9.如权利要求6所述的方法，其中，所述脉冲的形式至少包括方形、三角形、或梯形。

10.如权利要求1所述的方法，包括基于所述预期变化产生所述电压。

11.如权利要求10所述的方法，包括放大所产生的电压并且将所述电压施加到所述喷射组件。

12.如权利要求1所述的方法，其中，施加到所述喷射组件的电压范围在70V至150V之间。

13.如权利要求1所述的方法，其中，墨滴具有1皮升至80皮升的尺寸。

14.如权利要求1所述的方法，其中，墨滴具有1米/秒至12米/秒的速度。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述喷射频率处于从1千赫兹至25千赫兹的范围。

16.一种喷墨打印系统，其包括：

喷射组件；以及

用于确定从所述喷射组件喷射的墨滴的特性的预期变化和基于所述预期变化将电压施加至喷射组件的单元，其中，基于喷射的墨滴的频率预期墨滴的特性变化。

17.如权利要求1所述的方法，其中，所述数量关系是非线性的。

18.如权利要求1所述的方法，包括通过改变施加到所述喷射组件的电压来改变墨滴的特性。

19.一种喷墨打印系统，包括：

喷射组件；

用于确定从所述喷射组件喷出的墨滴的特性的预期变化、并基于所述预期变化将电压施加到所述喷射组件的单元，其中，基于喷射墨滴的喷射频率来预期墨滴的特性的变化，和

微处理器，其包括存储喷射频率和墨滴的特性之间的预定关系的介质。

20.如权利要求19所述的喷墨打印系统，还包括：编码器，用于确定所述墨滴被喷射到的基材的运送速度；并且所述微处理器基于所述运送速度来计算所述喷射组件的喷射频率。

21.如权利要求19所述的喷墨打印系统，其中，所述单元包括用于接收所述喷射频率的控制器。

22.如权利要求21所述的喷墨打印系统，其中，所述控制器连接到用于确定所述特性的预期变化和用于减小所述预期变化的电压的所述微处理器。

23.如权利要求22所述的喷墨打印系统，其中，所述微处理器确定所述电压的脉冲幅值。

24.如权利要求22所述的喷墨打印系统，其中，所述微处理器确定所述电压的脉冲宽度。

25.如权利要求19所述的喷墨打印系统，其中，所述单元包括用于产生所述电压的脉冲发生器。

26.如权利要求19所述的喷墨打印系统，其中，所述喷射组件包括100至2000个喷嘴。

27.如权利要求19所述的喷墨打印系统，还包括用于将施加到所述喷射组件的电压进行放大的放大器。

28.如权利要求19所述的喷墨打印系统，还包括附加的喷射组件，每个附加的喷射组件在相应喷射组件的喷射频率与从所述喷射组件喷出的墨滴的特性之间具有预定关系。