CN104582969A

CN104582969A - 打印头芯片

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Publication number: CN104582969A
Application number: CN201280075636.1A
Authority: CN
Inventors: M.H.麦肯齐; G.E.克拉克
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: CN104582969B; US9199461B2; WO2014051541A1; EP2864122A1; EP2864122B1; US20150239242A1; EP2864122A4

Abstract

描述了多种构造的打印头芯片。在一示例中，第一打印头芯片具有沿着其垂直于介质路径的主要尺寸设置的第一打印结构，所述第一打印结构相对于所述介质路径包括先导打印结构。第二打印头芯片，独立于所述第一打印头芯片，具有沿着其垂直于所述介质路径的主要尺寸设置的第二打印结构，所述第二打印头芯片沿着所述介质路径相对于所述第一打印头芯片错开，所述第二打印结构相对于所述介质路径包括先导打印结构。所述第二打印结构的一部分覆盖所述第一打印结构的一部分，程度为处于第一和第二打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔的线性函数和最小值之间。

Description

打印头芯片

背景技术

在一些喷墨打印机中，固定的介质宽度的打印头组件，通常被称为打印杆，用于在移动经过打印杆的纸或其它打印介质上进行打印。打印杆可包括打印头的页宽阵列，以在较少的道次中或者甚至是在单道次中横跨介质宽度进行打印。以页宽阵列打印头进行打印可能由于打印头芯片之间的间距而遭受打印质量缺陷。

附图说明

相对于以下附图描述本发明的一些实施例：

图1是包括交错和覆盖式打印头芯片的页宽阵列的示例性打印系统的示意图。

图2是图1的一部分的放大视图，示出了示例性的打印系统。

图3示意性地示出了一个示例的打印头芯片及其相关的电气互连件。

图4示出了页宽阵列上的打印头芯片的一种示例性结构的一部分。

图5是流程图，示出了根据一示例性实施方式在沿着介质路径移动的介质上进行打印的打印杆的组装方法。

图6是流程图，示出了根据一示例性实施方式在沿着介质路径移动的介质上进行打印的打印杆的组装方法。

具体实施方式

图1示出了示例性的打印系统20，其中一些部分被示意性地示出。如下面将描述的，打印系统20与多个交错且覆盖的打印头芯片通信，使得打印头芯片可以更紧密地间隔开，以降低打印质量缺陷。打印系统20包括主控制系统22、介质输送器24、页宽阵列26和电气互连件28A、28B、28C、28D、28E、28F、28G和28H(合称为互连件28)。

主控制系统22包括一组部件，用以向页宽阵列26供给电力和电控制信号。主控制系统22包括电源30和控制器32。电源30包括高电压源。控制器32包括一个或多个处理单元和/或一个或多个电子电路，其构造成控制和分配能量和电控制信号至页宽阵列26。由控制器32分配的能量可以用于激励发射电阻，以蒸发和喷射比如墨等打印液体的滴。由控制器32分配的电信号控制这种液滴的发射的正时。控制器32进一步生成控制信号，其控制介质输送器28，以将介质定位成与页宽阵列26相对。通过控制介质定位以与页宽阵列26相对，并且通过控制喷射或发射液滴的正时，控制器32在打印介质上生成图案或图像。

介质输送器24包括构造成相对于页宽阵列26定位打印介质的机构。在一个实施方式中，介质输送器24可以包括一系列滚子，用以驱动一张介质或一幅介质与页宽阵列26相对。在另一实施方式中，介质输送器24可以包括滚筒，围绕所述滚筒，一张或一幅打印介质被支承，同时被承载为与页宽阵列26相对。如图1示出，介质输送器28沿着具有宽度36的介质路径35朝方向34移动打印介质。宽度36通常是可以沿着介质路径35移动的打印介质的最大尺寸。

页宽阵列26包括支承件38、打印液体供应源39和打印头芯片40A、40B、40C、40D、40E、40F、40G和40H(合称为打印头芯片40)。支承件38包括一个或多个结构，其横跨介质路径35的宽度36以交错、覆盖的方式保持、定位和支承打印头芯片40。在示例性实施方式中，支承件38交错和覆盖打印机芯片40，使得由介质输送器34移动的介质的整个所需打印宽度或跨距，可以相对于页宽阵列26在单个道次中或在较少的道次中被打印。

打印液体供应源39，其中之一在图2中示意性地示出，包括打印液体的贮存器。供应源流体地连接至芯片40中的每个，以便供应打印液体至芯片40。在一个实施方式中，打印液体供应源39供应多种颜色的墨至打印头芯片40中的每个。例如，在一个实施方式中，打印液体供应源39供应青色、绛红色、黄色和黑色的墨至芯片40中的每个。在一个实施方式中，打印液体供应源39由支承件38支承。在另一实施方式中，打印液体供应源39包括离轴供应源。

打印头芯片40包括个体结构，由其提供喷嘴和液体发射致动器，用于喷射比如墨等打印液体的滴。图2更详细地示出了打印头芯片40C和40D以及分别与它们相关联的电气互连件28C和28D。如图2所示，打印头芯片40中的每个具有主要尺寸即长度L和次要尺寸即宽度W。每个打印头芯片40的长度L延伸垂直于介质路径35的方向34，同时部分地覆盖相邻打印头芯片40的长度L。每个打印头芯片40的宽度W沿与介质路径35的方向34平行的方向延伸。

互连件28包括结构44，其支承或承载导电线条或迹线46，以将电能(用于发射电阻和电信号或控制电压以启动将电力供应至发射电阻的电力)从控制器22传输至相关打印头芯片40的发射致动器。互连件28沿着相关芯片40的主要尺寸即长度L与它们的相关打印头芯片40中的每个电连接。互连件28与相关打印头芯片40的相对端部48和50间隔开。互连件28不在相继打印头芯片40的侧面54和56之间延伸。因为互连件28与相对端部48、50间隔开并且不在相继打印头芯片40的侧面54和56之间延伸，所以互连件28不妨碍或干涉相继打印头芯片40的覆盖。作为结果，芯片40可以沿方向34(介质轴线或介质前进方向)彼此更紧密地间隔开，以降低相继芯片40的侧面54和56之间的间距S。

因为打印系统20降低了相继打印头芯片40的侧面54、56之间的间距S，所以打印系统20具有降低的打印区域宽度PZW，其增强点位置精度和性能。在通过打印头芯片40中的每个沉积不同颜色的墨的实施方式中，降低打印区域宽度PZW允许不同的芯片40在时间上更接近地在打印介质上沉积颜料小滴，以获得增强的且更准确的颜色混合和/或半色调。在介质输送器24使用位于打印区域的相对侧的一个或多个滚子60驱动或引导打印介质与芯片40相对的实施方式中，减小具有PZW的打印区域允许这些滚子60(在图2中以虚线示出)相邻于打印区域彼此更紧密地间隔开。作为结果，由滚子60导致的打印介质相对于打印头芯片40的偏斜或要不然不正确的定位被降低，以进一步增强打印质量。

在示出的示例性实施方式中，互连件28中的每个物理地和电气地连接至相关的打印头芯片40，同时在长度L的相对端部之间居中。作为结果，位于互连件28的每侧的相继打印头芯片40可以相对于中间打印头芯片40相等地覆盖。在另一些实施方式中，互连件28可以非对称地在芯片40的端部48、50之间物理地和电气地连接至相关的打印头芯片40。

图3示意性地示出了一个示例的打印头芯片40C及其相关的电气互连件28C。其它打印头芯片40中的每个和它们的相关电气互连件28可以大致相同于所示出的打印头芯片40C和电气互连件28C。如图3所示，打印头芯片40C包括衬底70，其形成或提供液体供给槽72A、72B、72C和72D(合称为槽72)，以将接收自供应源39(图2所示)的打印液体引导至沿着槽72中的每个的相对侧延伸的喷嘴74中的每个。在一个实施方式中，液体供给槽72供应青色、绛红色、黄色和黑色的墨至位于槽72的两侧的相关喷嘴74。

喷嘴74包括开口，穿过所述开口将打印液体滴喷射到打印介质上。在一个实施方式中，打印头芯片40包括热阻式打印头，其中与每个喷嘴大致相对的发射致动器或电阻被供应电流，以将这类电阻加热至一定的温度，使得与每个喷嘴相对的发射室内的液体蒸发，以穿过喷嘴74排出剩余的打印液体。在另一实施方式中，打印头芯片40可以包括压阻式打印头，其中穿越压阻材料施加电压，以使膜片改变形状，从而穿过相关的喷嘴74排出发射室中的打印液体。在再一些实施方式中，可以使用其它液体排出或发射机构来穿过这种喷嘴74选择性地喷射打印液体。

为了促进向与喷嘴74中的每个相关联的发射机构供应电流，打印头芯片40C进一步包括电连接器76和导电迹线78。电连接器76包括导电垫、插孔或者其它机构或表面，通过它们，芯片40C的迹线78可以电连接至电气互连件28C的相应导电迹线46。电连接器76沿着打印头芯片40C的主要尺寸或长度L延伸，以促进互连件44与打印头芯片40C的主要尺寸或长度L的电连接。在所示示例中，电连接器76包括导电接触垫或接触表面，迹线46的电引线80与其连接。在另一些实施方式中，电连接器76可以包括其它结构，其促进互连件28C的迹线46与芯片40C的迹线78的电连接或电联接。

导电迹线78(其一部分在图3中示意性地示出)包括在衬底70上形成的导电材料的线条。导电迹线78传输电力以及电控制信号至与喷嘴74中的每个相关联的发射机构。如图3所示，导电迹线78从电连接器76垂直于介质路径35沿向外方向84、86延伸，围绕槽72的端部延伸，并在槽72之间沿向内方向88、90延伸。导电迹线78进一步连接至用于喷嘴74中的每个的发射致动器或液体排出机构。在一个实施方式中，导电迹线78在槽72之间从芯片40C的一端延伸至另一端。在另一实施方式中，导电迹线78在槽72之间从两个端部48、50延伸，一个迹线78从芯片40C的左端48延伸第一部分的距离，而另一迹线78从芯片40C的右端50延伸一部分距离。在再一些实施方式中，可以采用其它迹线图案或布局。

在一个实施方式中，电气互连件28各自包括柔性电路。在另一实施方式中，电气互连件28各自包括刚性电路板。尽管系统20被示为包括八个打印头芯片40，但是在另一些实施方式中，系统20可以具有其它数量的打印头芯片40。例如，在介质路径35为8.5英寸宽的一个实施方式中，系统20包括10个交错和覆盖的打印头芯片40，它们共同跨越8.5英寸。在另一些实施方式中，系统20可以具有其它构造和尺寸，以适应其它介质路径宽度。

图4示出了页宽阵列上的打印头芯片的一种示例性结构400的一部分。在该示例中，示出了页宽阵列26的打印头芯片40C和40D。打印头芯片40C上的打印结构404A、404B、404C和404D(合称为打印结构404)表示用于向打印介质上喷射墨的四组槽和喷嘴(例如，青色、绛红色、黄色和黑色墨中的每一个)。同样地，打印头40D上的打印结构402A、402B、402C和402D(合称为打印结构402)表示用于向打印介质上喷射墨的四组槽和喷嘴。打印头芯片40C和40D的其它具体细节已经省略以为清楚起见，但应该明白的是，每个这种芯片可如上述图3中所示那样构成。打印头芯片40C包括长边缘410(主要尺寸)和短边缘406(次要尺寸)。打印头芯片40D包括长边缘408(主要尺寸)和短边缘405(次要尺寸)。

箭头450表示介质沿着介质路径移动的方向。如上所述，页宽阵列包括两行交错的打印头芯片。为了该示例的目的，假定打印头芯片40D处于第一行中，而打印头芯片40C处于第二行中。为清楚起见，已经省略了第一和第二行中的其它打印头芯片40。应该明白的是，行间的其它相邻打印头芯片可具有与图4所示的打印头芯片40C和40D类似的构造。

参考打印头芯片40C，尺寸414表示打印结构404与打印头芯片40C的短边缘406之间的距离。如图3中所示，打印结构404与打印头芯片40C的短边缘之间的区域可用于引设电连接件。在芯片40C的相对短边缘420与打印结构404之间存在类似的距离。打印头芯片40D具有类似的构造。

尺寸412表示芯片40D上的先导打印结构(即，打印结构402D)与芯片40C上的先导打印结构(即，打印结构404D)之间的距离。所谓“先导打印结构”，是指打印头芯片上的打印结构中相对于介质路径的方向首先出现的打印结构。尺寸412在本文中被称为“芯片到芯片交错”或“芯片-芯片交错度”。

尺寸416表示打印头芯片40D上的打印结构402的边缘418与打印头芯片40C上的打印结构404的边缘420之间的距离。也就是说，打印头芯片40D上的打印结构402的一部分覆盖打印头芯片40C上的打印结构404的一部分。尺寸416表示两个打印头芯片40C和40D的打印结构之间的覆盖程度。尺寸416在本文中被称为“芯片到芯片打印区域覆盖度”或简称为“覆盖度”。

芯片到芯片交错允许介质位置的误差积累的时间，并且可在芯片边界区域处产生缺陷。另外，低成本制造工艺不允许阵列中的个体打印头芯片的精确对齐。为了应对该对齐波动，可覆盖芯片的打印区域。该覆盖提供过渡区域，其可用于使打印缺陷最少化，并确保喷嘴可用于在整个页面内喷射墨，尽管打印头芯片位置有波动。然而，该覆盖应该最小化，被降低个体芯片和总组件成本。因此，覆盖尺寸的选择对于提供最高打印质量同时使成本最小化来说可能是至关重要的。

制造期间，打印头芯片位置可能与理想位置不同。较低成本的制造工艺呈现出较大的芯片位置波动。发明人已确定的是，用于确保覆盖介质全宽度所需的最小覆盖度约等于所使用的制造工艺的芯片位置波动量。同时，介质移动误差随介质移动的距离而增大。发明人已发现，较大的芯片-芯片交错度导致需要较大的覆盖度。另外，发明人已发现，打印质量取决于通过覆盖所建立的过渡区域。

对于具有特定芯片-芯片交错度的矩形打印头而言，最佳覆盖度处于相邻且交错的打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔的线性函数与最小值之间。在一示例中，最小值约等于从用于设置打印头芯片的制造工艺通过经验确定的芯片位置波动。小于该最小值的任何覆盖度可能导致小于页宽的覆盖率和/或其它打印质量劣化。最佳覆盖度的上边界是芯片-芯片交错度的线性函数。在一示例中，该线性函数可具有bx+c的形式，其中c是最小值(例如，芯片位置波动)，x是芯片-芯片交错度，而b是正实数。在一非限制性示例中，发明人已发现，b为0.1的值导致覆盖度的最佳范围。

在一非限制性示例中，一些低成本制造工艺可呈现出大约100μm的芯片位置波动(dpv)。一示例性芯片-芯片交错度为大约6000μm。因此，在本示例中，最佳覆盖度实现为100μm～700μm(100μm+6000μm x0.1μm)。如果打印头喷嘴配置为提供1200每英寸点数(dpi)，则6000μm的芯片-芯片交错度的最佳芯片覆盖度就喷嘴而言为5～33个喷嘴。本领域技术人员应理解给出特定dpi的以μm为单位的距离与喷嘴之间的转换关系。

使用上述一般关系给予不同参数能确定最佳覆盖度。芯片-芯片交错度越大，最佳覆盖度的范围就越大。相反地，芯片-芯片交错度越小，最佳覆盖度的范围就越小。

图5是流程图，示出了根据一示例性实施方式在沿着介质路径移动的介质上进行打印的打印杆的组装方法500。方法500开始于步骤502，其中将第一打印头芯片置于在支承结构上。在步骤504，将第二打印头芯片置于支承结构上，与第一打印头芯片交错，并覆盖第一打印头芯片，使得第一打印头芯片上的打印结构的一部分覆盖第二打印头芯片上的打印结构的一部分，程度为处于第一和第二打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔的线性函数与最小值之间。在一示例中，最小值约等于从用于设置第一和第二打印头芯片的制造工艺通过经验确定的芯片位置波动。在一示例中，线性函数呈bx+c的形式，其中x为芯片-芯片交错度，c为最小值，而b为正实数。在一示例中，b为大约0.1。

返回图4，以上已经描述了最佳芯片覆盖度。以下描述最佳芯片-芯片交错度。打印头在介质移动方向上的空间间隔(打印头交错)允许纸张位置的误差积累的时间，其可在芯片重叠区域处产生打印缺陷。一般来说，较低成本的介质处理系统将导致纸张位置的较大误差。此外，介质轴线上的空间间隔可能影响从未测量和未补偿的瞬时纸张移动生成的缺陷的发生和大小。已知当单页介质边缘在压紧装置之间过渡时，会发生这些移动。

打印头芯片在纸张移动方向上的空间间隔是不受约束打印区域中的显著发送者。这是纸张必须移动经过而没有约束的距离，但是必须被控制为尽量保持平坦，以确保点状形状和位置。该间隔的最小化允许采用较低成本的反向弯曲打印区域。

流体路由需求由可制造性和空气管理的组合驱动。空气管理要求发散性的流体截面和大的路径，以允许流体在存在空气的情况下流动。通过较大的特征和公差还允许了制造成本和能力。例如，塑料部件难以模制显著小于1mm的尺寸。

可从芯片定位能力和芯片尺寸确定最小间隔和总体宽度。例如，低成本制造工艺具有大约100μm的位置波动。在一示例中，向芯片位置波动添加打印头芯片的宽度可用于确定最小芯片-芯片交错距离。

虽然最小芯片-芯片交错距离对于最佳打印质量来说是可获得的和所需的，但是使用这种最小距离可驱动制造成本和/或复杂性，并危害流体路由。较大的值在较低成本页宽打印系统中是可能可接受的。可从用于打印缺陷的最大许容点位误差和介质的预期位置波动的函数确定最大间隔。

在一非限制性示例中，打印头芯片宽度为大约5mm。假定芯片位置波动为大约100μm，则芯片-芯片交错度的最小值将为5.1mm。发明人已确定，给定介质的预期位置波动以及用于低成本单道次页宽打印系统的所需最大许容点位误差，最大芯片-芯片交错度为6mm。此外，沿着介质路径介于第一芯片上的任何槽与第二相邻且交错的芯片上的任何槽之间的距离应该不大于10mm。

使用最佳的芯片-芯片交错度，将提供生成良好打印质量的最低成本单道次打印系统。芯片-芯片交错度的最佳化允许使用较低成本的介质处理方案，允许高速打印，并且不需要使用昂贵的非矩形打印头芯片。

图6是流程图，示出了根据一示例性实施方式在沿着介质路径移动的介质上进行打印的打印杆的组装方法600。方法600开始于步骤602，其中将第一打印头芯片置于支承结构上。在步骤604，将第二打印头芯片置于支承结构上，相对于第一打印头芯片错开，程度为处于从用于第一和第二打印结构的最大许容点位误差和介质的预期位置波动的函数计算出的最大值与最小值之间。在一示例中，最小值等于第一或第二打印头芯片的宽度加上从用于设置第一和第二打印头芯片的制造工艺通过经验确定的芯片位置波动。在一示例中，对于5mm宽芯片来说，芯片-芯片交错度的最小值为大约5.1mm，而芯片-芯片交错度的最大值为大约6mm。在一示例中，第一打印结构中任一个与第二打印结构中任一个之间的间隔不超过大约10mm。

在前面的描述中，给出了许多细节，以便理解本发明。然而，本领域的技术人员应该明白的是，本发明可以在没有这些细节的情况下实施。虽然已经相对于有限数量的实施例公开了本发明，但是本领域技术人员应理解由此进行的许多修改和变型。所意图的是，所附权利要求书覆盖这些修改和变型，正如落入本发明的真实精神和范围内一样。

Claims

1. 一种用于在沿着介质路径移动的介质上进行打印的设备，包括：

第一打印头芯片，其具有沿着其垂直于所述介质路径的主要尺寸设置的第一打印结构，所述第一打印结构相对于所述介质路径包括先导打印结构；和

第二打印头芯片，其独立于所述第一打印头芯片，所述第二打印头芯片具有沿着其垂直于所述介质路径的主要尺寸设置的第二打印结构，所述第二打印头芯片沿着所述介质路径相对于所述第一打印头芯片错开，所述第二打印结构相对于所述介质路径包括先导打印结构；

其中，所述第二打印结构的一部分覆盖所述第一打印结构的一部分，程度为处于第一和第二打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔的线性函数和最小值之间。

2. 如权利要求1所述的设备，其中，所述线性函数呈bx+c的形式，其中x为第一和第二打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔，b为正实数，而c为所述最小值。

3. 如权利要求2所述的设备，其中，b约等于0.1。

4. 如权利要求3所述的设备，其中，所述最小值约等于100μm。

5. 如权利要求4所述的设备，其中，第一和第二打印头芯片的相应先导边缘之间的间隔约等于6000μm。

6. 如权利要求1所述的设备，其中，所述最小值等于从用于设置第一和第二打印头芯片的制造工艺通过经验确定的芯片位置波动。

7. 如权利要求1所述的设备，其中，第一和第二打印头芯片是矩形的。

8. 一种用于在沿着介质路径移动的介质上进行打印的设备，包括：

横跨所述介质路径的第一行独立打印头芯片，第一行中的每个打印头芯片具有相对于所述介质路径包括先导打印结构的打印结构；

沿着所述介质路径相对于所述第一行错开的横跨所述介质路径的第二行独立打印头芯片，第二行中的每个打印头芯片具有相对于所述介质路径包括先导打印结构的打印结构；

其中，第一行的打印头芯片上的打印结构的一些部分覆盖第二行的打印头芯片上的打印结构的一些部分，各自的程度为处于第一行和第二行中的打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔的线性函数和最小值之间。

9. 如权利要求8所述的设备，其中，所述线性函数呈bx+c的形式，其中x为第一行和第二行中的打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔，b为正实数，而c为所述最小值。

10. 如权利要求9所述的设备，其中，b约等于0.1。

11. 如权利要求10所述的设备，其中，所述最小值约等于100μm。

12. 如权利要求11所述的设备，其中，第一和第二打印头芯片的相应先导边缘之间的间隔约等于6000μm。

13. 如权利要求8所述的设备，其中，第一行和第二行中的打印头芯片是矩形的。

14. 一种用于在沿着介质路径移动的介质上进行打印的打印杆的组装方法，包括：

将第一打印头芯片置于支承结构上，所述第一打印头芯片具有沿着其垂直于所述介质路径的主要尺寸设置的第一打印结构，所述第一打印结构相对于所述介质路径包括先导打印结构；以及

将第二打印头芯片置于所述支承结构上，所述第二打印头芯片具有沿着其垂直于所述介质路径的主要尺寸设置的第二打印结构，所述第二打印头芯片设置成使得所述第二打印头芯片沿着所述介质路径相对于所述第一打印头芯片错开，所述第二打印结构相对于所述介质路径包括先导打印结构，所述第二打印结构的一部分覆盖所述第一打印结构的一部分，程度为处于第一和第二打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔的线性函数和最小值之间。

15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述线性函数呈bx+c的形式，其中x为第一和第二打印头芯片的相应先导打印结构之间的间隔，b为正实数，而c为所述最小值。

16. 如权利要求15所述的方法，其中，所述最小值等于从用于设置第一和第二打印头芯片的制造工艺通过经验确定的芯片位置波动。