背景技術:
在集成電路晶片上制造熱噴墨打印頭。首先制造驅動電子和控制特征,然后添加加熱電阻器列,以及最后添加例如由可光成像環(huán)氧樹脂形成的結構層,并處理該結構層以形成液滴生成器。針對打印頭的液滴尺寸通常是均勻的。然而,這使得文檔的高速打印成為問題,因為可以以較高速度打印的大液滴也并不解析圖像。打印頭可以通過作業(yè)而斷開,但是網絡印刷可能具有數(shù)百個打印頭,這使得該選項變得困難。
附圖說明
在以下詳細描述中并且參照繪圖描述了某些示例。
圖1是使用噴墨打印頭在打印介質上形成圖像的示例印刷機的繪圖;
圖2a和2b是可以用于使用噴墨打印頭形成圖像的打印系統(tǒng)的示例的框圖;
圖3是示例打印配置中(例如打印桿中)的噴墨打印頭集群的繪圖;
圖4是示例打印頭的俯視圖,其示出了在電阻器之上的相鄰噴嘴;
圖5是兩個液滴生成器的近距離俯視圖,其示出了不同的噴嘴設計;
圖6a和6b是來自關于圖5描述的噴嘴的點圖案的繪圖;
圖7是打印頭上的hdw和ldw液滴生成器的圖案的繪圖;
圖8是用于不同墨水色調的墨水密度的曲線圖,其可以用于線性化光柵以例如確定哪些液滴生成器要引發(fā);
圖9a和9b是示出僅利用hdw液滴生成器打印的圖片對比僅利用ldw液滴生成器打印的圖片之間的差異的繪圖;以及
圖10是使用具有hdw液滴生成器和ldw液滴生成器的打印機打印文檔的示例方法的過程流程圖。
具體實施方式
在本文的示例中描述了被設計成產生兩種液滴尺寸(稱為間隙雙液滴重量(iddw))的噴墨打印頭。這些噴墨打印頭使液滴生成器(包括加熱電阻器和噴嘴)的尺寸交替。如本文所使用的,液滴生成器是在打印介質處噴射墨滴的裝置。液滴生成器包括流入區(qū),該流入區(qū)包括將墨源與噴射室流體地耦合的流室。噴射室具有在表面上的加熱電阻器和設置為接近加熱電阻器的噴嘴。當引發(fā)脈沖施加到加熱電阻器時,在噴射室內形成蒸汽或溶劑氣泡,所述蒸汽或溶劑氣泡迫使墨滴從噴嘴離開。
每個打印頭具有在高液滴重量(hdw)和低液滴重量(ldw)之間交替的液滴生成器的多個列或陣列。hdw可以在約6-11納克(ng)的范圍內或為約9ng,而ldw可在約3-5ng的范圍內或為約4ng。液滴生成器針對流體或墨流通道共享相同的堆疊厚度,并且以基本上相同的節(jié)距為中心,以確保正確的液滴放置,例如對于每英寸1200點(dpi)約21.2微米(μm)。
這些噴墨打印頭在增加的質量和減小的液滴重量的情況下為圖像提供用于文本和圖形的高速打印和較低速打印。在一個示例中,控制系統(tǒng)可以取決于輸入來確定要使用哪種類型的液滴生成器??刂葡到y(tǒng)可以僅使用hdw液滴生成器用于文本和圖形的高速打印,使用所有l(wèi)dw液滴生成器用于圖像的高質量打印,或使用ldw液滴生成器和hdw液滴生成器的混合用于通用用途。
此外,在一些示例中,通過使用用于hdw液滴生成器的噴嘴的非圓形孔(ncb)和用于ldw液滴生成器的噴嘴的圓形孔來改善打印的液滴形狀和打印頭布局。ncb允許對于以下而言必要的孔面積:hdw液滴生成器在打印頭y軸適配在可用空間內同時還減少液滴尾部長度,這向線和文本給予清晰邊緣。在ldw液滴生成器的噴嘴上使用的圓形孔在用于hdw液滴生成器的噴嘴的相鄰ncb之間良好封裝并產生較長液滴尾部,所述較長液滴尾部分為兩個或更多個較小液滴。這些小液滴對于減少圖像中的顆粒而言是理想的。
圖1是使用噴墨打印頭在打印介質上形成圖像的印刷機100的示例的繪圖。印刷機100可以從大輥102饋送連續(xù)的紙張。紙可以被饋送通過多個打印系統(tǒng),例如打印系統(tǒng)104和106。在第一打印系統(tǒng)104中,容納多個打印頭的打印桿將墨滴噴射到紙上。第二打印系統(tǒng)106中的打印頭可以用于打印附加的顏色。例如,第一系統(tǒng)104可以打印黑色(k),而第二系統(tǒng)106可以打印青色、品紅色和黃色(cmy)。例如取決于所期望的顏色和印刷機100的速度,打印系統(tǒng)104和106不限于兩個或所提及的顏色組合,因為可以使用任何數(shù)量的系統(tǒng)。
在第二系統(tǒng)106之后,打印的紙可以被卷取在卷取輥108上以供之后處理。在一些示例中,其他單元可以替換卷取輥108,例如片材切割器和粘合劑等等。印刷機100可以具有非常高的操作和打印速度,并因此,打印頭的設計對于實現(xiàn)該速度可以是重要的。在一個示例中,紙或其他打印介質可以以每分鐘約800英尺或者每分鐘約244米那樣快移動。此外,印刷機100可以每月打印約1.29億個字母大小的圖像。本文描述的技術不限于圖1的印刷機100,而是可以供任何噴墨打印系統(tǒng)使用,例如從個人打印機到印刷機100。
圖2a和2b是可以用于使用噴墨打印頭形成圖像的打印系統(tǒng)200的示例的框圖。如圖2a中所示,打印系統(tǒng)200包括打印桿202和墨水供應組件206,打印桿202包括多個打印頭204。墨水供應組件206包括墨水儲液器208。從墨水儲液器208,墨水210被提供到打印桿202以饋送到打印頭204。墨水供應組件206和打印頭202可以使用單向墨水輸送系統(tǒng)或再循環(huán)墨水輸送系統(tǒng)。在單向墨水輸送系統(tǒng)中,在打印期間,基本上所有供應給打印桿202的墨水都被消耗。在再循環(huán)墨水輸送系統(tǒng)中,在打印期間消耗供應給打印桿202的墨水210的一部分,并且墨水的另一部分返回到墨水供應組件。在示例中,墨水供應組件206與打印桿202分離,并且通過諸如供應管(未示出)的管狀連接將墨水210供應給打印桿202。在其他示例中,打印桿202可以包括例如在單個用戶打印機中的墨水供應組件206和墨水儲液器208連同打印頭202。在任一示例中,墨水供應組件206的墨水儲液器208可以被移除和更換或再填充。
從打印頭204,墨水210作為墨滴212從噴嘴朝打印介質214(例如紙、聚酯薄膜、卡片紙等)噴射。在一些示例中,可以使用其他介質,例如增強附著的經處理的紙。打印頭204的噴嘴被布置在一個或多個列或陣列中,使得隨著打印桿202和打印介質214相對于彼此移動,墨水210的適當排序的噴射可以形成要在打印介質214上打印的字符、符號、圖形或其他圖像。墨水210不限于用于在紙上形成可見圖像的有色液體。例如,墨水210可以是用于印刷電路和諸如太陽能電池的其他項目的電活性物質。此外,可以使用其他類型的材料,例如金屬或磁性墨水210。在一些示例中,打印系統(tǒng)200可以用于其他類型的應用,諸如三維打印和數(shù)字滴定等等。在那些示例中,墨水210可以涵蓋任何數(shù)量的其他化學品,例如酸、堿、塑性流體、醫(yī)療測試流體等。
在本文描述的示例中,打印頭204具有iddw設計。在iddw設計中,取決于要打印的圖像的類型,可以從打印頭204噴射兩種不同尺寸的墨滴212中的一種。噴墨打印系統(tǒng)200維持高打印速度是合乎期望的,并因此,打印頭204可被設計成提供類似速度用于使用每種液滴尺寸進行打印。然而,在一些示例中,打印速度可以取決于各類型液滴(例如hdw與ldw)的比率而進行調整。
安裝組件216可以用于相對于打印介質214定位打印桿202。在示例中,安裝組件216可處于固定位置,將多個打印頭204保持在打印介質214上方。在另一示例中,安裝組件216可以包括馬達,例如如果打印桿202僅包括一至四個打印頭204,則所述馬達使打印桿202跨打印介質214來回移動。介質運送組件218相對于打印桿202移動打印介質214,例如,垂直于打印桿202移動打印介質214。在圖1的示例中,介質運送組件218可以包括輥102和108,以及用于將紙拉過打印系統(tǒng)104和106的任何數(shù)量的機動夾送輥。如果打印桿202移動,則介質運送組件218可以將打印介質214轉位(index)到新的位置。在其中打印桿202未被移動的示例中,介質運送組件218可以連續(xù)地移動打印介質214。
控制器220從諸如計算機的主機系統(tǒng)222接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以通過網絡連接224傳輸,網絡連接224可以是電連接、光纖連接或無線連接等等。數(shù)據(jù)220可以包括要打印的文檔或文件,或者可以包括更多的元素項目,諸如光柵化文檔或文檔的彩色平面??刂破?20可以臨時將數(shù)據(jù)存儲在本地存儲器中以供分析。分析可以包括確定從打印頭204噴射墨滴的定時控制以及打印介質202的運動和打印桿202的任何運動??刂破?20可以通過控制線路226來操作打印系統(tǒng)的個體部分。相應地,控制器220定義了在打印介質214上形成字符、符號、圖形或其他圖像的噴射墨滴212的圖案。例如,控制器220可以確定何時使用hdw液滴生成器和ldw液滴生成器用于打印特定圖像,如關于圖2b所進一步描述的。
噴墨打印系統(tǒng)200不限于圖2中所示的項目。例如,控制器220可以是在網絡中耦合的集群計算系統(tǒng),其具有用于系統(tǒng)的個體部分的單獨的計算控制。例如,單獨的控制器可以與安裝組件216、打印桿202、墨水供應組件206和介質運送組件218中的每一個相關聯(lián)。在該示例中,控制線路226可以是將這些單獨控制器耦合到單個網絡中的網絡連接。在其他示例中,安裝組件216可以不是與打印桿202分離的項目,例如,如果打印桿202固定就位的話。
圖2b是圖2a的控制器220的框圖??刂破?20可以具有處理器228,處理器228被配置為執(zhí)行存儲的指令,通過總線230耦合到存儲設備232,存儲設備232存儲可由處理器228執(zhí)行的指令。處理器228可以是單核處理器、多核處理器、計算集群或任何數(shù)量的其他配置。如本文所使用的,存儲設備232是非暫時性機器可讀介質。存儲設備234可以包括短期和長期存儲二者。短期存儲可以包括隨機存取存儲器(ram)、動態(tài)隨機存取存儲器(dram)、閃速存儲器或任何其他合適的存儲器系統(tǒng),以及它們的任何組合。長期存儲可以包括只讀存儲器(rom)、ram驅動、非易失性ram、硬驅動、光學驅動、拇指驅動、驅動陣列、遠程驅動陣列或任何其他合適的系統(tǒng),以及它們的任何組合。
網絡接口控制器(nic)234可以通過總線230耦合到處理器228。nic234可以通過網絡將控制器220耦合到主機222,所述網絡諸如局域網(lan)、廣域網(wan)或因特網等等。
存儲設備232可以包括用于向噴墨打印系統(tǒng)200提供功能性的多個模塊或代碼塊。圖像模塊236可引導處理器238獲取和存儲來自主機222的圖像,諸如文檔。圖像可以是圖片、文本文檔、便攜文檔格式(pdf)文件或任何數(shù)量的其他文件。
rip模塊238包括引導處理器對圖像進行光柵化的代碼。光柵化將圖像劃分為層或光柵,其中每個光柵表示墨水的顏色,當光柵組合時將給出初始圖像顏色。例如,一種光柵化技術將圖像劃分成cmyk光柵。cmyk表示青色、品紅色、黃色和黑色光柵。cmyk光柵可用于以成本有效的方式表示所有顏色??梢允褂闷渌鈻欧桨?,例如使用特殊顏色來增強圖像再現(xiàn)的六平面方案。例如,一種稱為高保真六色的這樣的方案將橙色和綠色墨水添加到標準cmyk調色板,以增強所打印文檔的外觀。
線性化模塊240使用一維表將每個光柵劃分成兩個平面,一個平面表示hdw液滴,并且一個平面表示ldw液滴??梢匀珀P于圖8所描述的那樣形成一維表。
半色調化模塊242使用斷點表將每個平面的連續(xù)色調轉換為個體液滴。例如,斷點表可以表示平面的某個區(qū)域之上對應于沒有墨滴、一個墨滴或兩個墨滴的強度水平。
掩蔽模塊244將打印桿202和打印頭204當中的半色調平面的液滴進行劃分。這創(chuàng)建了打印輸出的映射。打印模塊246然后針對每種顏色將ldw平面與hdw平面合并,并將所得控制數(shù)據(jù)發(fā)送到打印桿202和打印頭204。例如,處理器228可以通過耦合到總線230的打印機接口248來發(fā)送控制數(shù)據(jù)。
用于噴墨打印系統(tǒng)200的控制器220不限于關于圖2b描述的配置,而是可以包括任何數(shù)量的其他配置。例如,模塊的代碼可以以任何數(shù)量的其他配置來布置,同時保留相同的通用功能。在另一示例中,模塊可以從控制器220移出,并且可以遠程地運行,例如由主機222運行。
圖3是示例打印配置中(例如打印桿202中)的噴墨打印頭204的集群的繪圖。類似編號的項目如關于圖2所描述的。圖3中示出的打印桿202可以在不移動打印頭的配置中使用。相應地,打印頭204可以以重疊配置附著到打印桿202,以給出完整覆蓋。每個打印頭204具有多個噴嘴區(qū)302,例如使hdw液滴生成器和ldw液滴生成器交替的噴嘴列。
圖4是示例打印頭400的俯視圖,其示出分別在電阻器406和408之上的相鄰噴嘴402和404。為了簡單起見,僅標記噴嘴402和404以及電阻器406和408中每一個的代表性樣品。較小的噴嘴402位于較窄的電阻器406之上以提供ldw液滴,例如重量為約4納克(ng)。較大的噴嘴404位于較寬的電阻器408之上以提供hdw液滴,例如重量為約9ng。墨水再填充區(qū)410通過流入區(qū)412耦合到每個噴嘴402和404。為了簡化繪圖,只標記了一部分流入區(qū)。
電阻器節(jié)距414可以在y方向416上恒定,例如約21.1μm,對應于每英寸約1200點(dpi),以便確保正確的液滴放置。hdw液滴生成器包括較大的噴嘴404、較寬的電阻器408、定位為接近噴嘴和電阻器的噴射室,以及相關聯(lián)的流入區(qū)412。ldw液滴生成器包括較小的噴嘴402、較窄的電阻器406、定位為接近噴嘴和電阻器的噴射室,以及相關聯(lián)的流入區(qū)412。
盡管hdw和ldw液滴生成器與常規(guī)設計不同,但制備打印頭400的過程類似于許多噴墨打印頭。驅動晶體管和控制電子器件首先通過常規(guī)半導體工藝制造。導體層沉積在晶片之上,并被蝕刻以形成電阻器窗口。電阻器材料層沉積在導體層和電阻器窗口之上,并被掩蔽和蝕刻以形成跡線以及電阻器406和408。在形成跡線以及電阻器406和408之后,可以沉積保護層,并且然后可光成像環(huán)氧樹脂層可以被施加并成像,以在電阻器406和408之上形成基底、流通道、噴射室,并在噴射室之上形成噴嘴402和408。
圖5是兩個液滴生成器的近距離俯視圖500,其示出了不同的噴嘴設計。類似編號的項目如關于圖4所描述的。在本文描述的示例中,頂層(例如噴嘴402和404)的布局被用于創(chuàng)建可以在節(jié)距上打印多個液滴尺寸的打印頭。如本文所描述的,液滴重量和液滴速度取決于電阻器406和408的區(qū)域與噴嘴402和404的孔或區(qū)域的相互作用。例如,用于9-10ng液滴的孔在約280至340μm^2之間的范圍內,而用于3-4ng液滴的孔在約160至200μm^2之間。如果噴嘴為圓形,則直徑將分別為約19-20μm和12-14μm。由于每個液滴生成器之間的壁為約5μm,所以針對21.5μm節(jié)距的間距將為約32μm。上述直徑在該測量內將不適配。
然而,使用雙弧多項式橢圓作為用于hdw液滴生成器的噴嘴404的非圓形孔(ncb)減小了孔在y方向416上的外延,從而允許噴嘴404在節(jié)距上適配。此外,用于ldw液滴生成器的噴嘴402的較小圓形孔(cb)的位置落在使噴嘴402和404之間的空間最大化的位置。這增加了結構的機械強度并限制了噴嘴402和404之間的流體相互作用。
圖6a和6b是來自關于圖5描述的噴嘴的點圖案的繪圖。還參考圖5,hdw噴嘴404提供圖6a中示出的液滴圖案。ncb給出了大主液滴602與小衛(wèi)星液滴604。這種布置對于文本和圖形是合乎期望的,因為它可以為線提供清晰可辨的邊緣。由ncb產生的hdw液滴在尾液滴中具有相對小得多的墨水體積,從而提供更好的、更清晰可辨的邊緣。此外,與每秒墨水體積相比,打印速度上的熱限制更多是每秒液滴的函數(shù)。因此,利用hdw液滴生成器進行打印給出更多墨水通量能力。
ldw噴嘴402提供圖6b中示出的圖案。cb給出了兩個相似尺寸的點606和608。這種布置對于圖像是合乎期望的,因為ldw液滴的較小、較不可見的點覆蓋較多的空白空間,從而提供具有較少顆粒的較平滑、較均勻的圖像。然而,使用更多的點來制備特定色調。此外,以較高打印機速度,ldw液滴的頭部和尾部可能變得不可接受地遠離,例如大于約600dpi像素尺寸,導致文本和圖像的模糊。結果,打印介質的速度可以至少部分地通過打印中使用的hdw液滴與ldw液滴的比率進行控制。例如,以hdw液滴與ldw液滴的較高比率,線的速度可以逼近設計速度,例如每分鐘約1000英尺(每分鐘約300米)或更高。以hdw液滴與ldw液滴的低比率,速度可能降低至例如每分鐘800英尺(每分鐘244米)或更低。
圖7是打印頭上的hdw液滴生成器和ldw液滴生成器的圖案700的繪圖。ldw液滴生成器的噴嘴標記為cb4,并且hdw液滴生成器的噴嘴標記為ncb9。ldw噴嘴和hdw噴嘴在打印介質的運動方向上在墨水饋送槽702的相對側彼此相對地設置。通過以這種方式布置設計,當僅在高速模式使用hdw噴嘴時,打印的y點節(jié)距704為約1/1200英寸(1/490cm),因為來自墨水饋送槽702兩側的hdw噴嘴被使用。對于僅使用ldw噴嘴的打印也是相同情況。放置在墨水饋送槽702每一側的兩行液滴生成器的每一行可以被稱為墨水槽706。
來自液滴生成器的液滴重量大多數(shù)情況下通過電阻器的區(qū)域和噴嘴的孔來確定。液滴重量將隨著任一者的增加而增加。然而,為了獲取正確的液滴速度,電阻器的區(qū)域和噴嘴的孔之間的正確平衡是必要的。
在一些示例中,對于沿著電阻器列往下的ldw和hdw對中的任何一個可用的總節(jié)距為21μm。在用于每個液滴生成器的電阻器寬度與電阻器間的間距之間對空間分區(qū)。間距通過環(huán)氧樹脂的最小可加工寬度確定,所述間距必須分離兩個相鄰液滴生成器的電阻器。對于該材料而言最少需要7μm,并因此兩個電阻器寬度之和不能超過28μm。該參數(shù)與對于每個液滴重量而言所需的區(qū)域和所期望的引發(fā)脈沖(例如電壓和脈沖寬度)組合,以便定電阻器的尺寸。
圖8是用于不同墨水色調的墨水密度的曲線圖,其可以用于線性化光柵以例如確定哪些液滴生成器要引發(fā)。y軸802表示輸出墨水密度,例如從所有液滴生成器釋放的墨水的總量。x軸804表示輸入色調,例如,每個點處顏色的深度。圖8中的示例是針對黑色光柵。
規(guī)則可以通過光柵中色調的深度和由每個液滴生成器提供的覆蓋來確定。例如,在淺和中等色調中,如線806所指示,僅ldw液滴產生器可用于提供較平滑的紋理。
在暗色調中,如線808所指示,由于顆粒歸因于白色空間覆蓋而不可見,所以僅可以使用hdw液滴生成器。此外,在邊緣很重要的情況下,例如對于暗文本和線,僅可以使用hdw液滴生成器。
在一些區(qū)中,如線810所指示,可以使用ldw液滴生成器和hdw液滴生成器的組合。這可以從二者提供一些優(yōu)點,例如,hdw液滴生成器可以提供更多的總墨水,同時ldw液滴生成器可以減輕任何可見顆粒的影響。因為hdw液滴生成器和ldw液滴生成器絕不會同時被大量使用,因此針對整個墨水槽706(圖7)的平均引發(fā)頻率不高于針對一個液滴重量本身的引發(fā)頻率。平均而言,ldw液滴生成器可以用于頁面上大約60%到70%的打印,而hdw液滴生成器可以用于頁面上大約30%到40%的打印。
圖9a和9b是示出僅利用hdw液滴生成器打印的圖片對比僅利用ldw液滴生成器打印的圖片之間的差異的繪圖。圖9a中的圖像專門利用hdw液滴生成器來打印,并且示出比圖9b中的圖像更多的顆粒結構,圖9b中的圖像專門利用ldw液滴生成器來打印。
圖10是使用具有hdw液滴生成器和ldw液滴生成器的打印機打印文檔的示例方法1000的過程流程圖。參考圖2,方法1000可以由噴墨打印系統(tǒng)200中的控制器220完全執(zhí)行。然而,在一些示例中,方法1000的某部分或甚至全部可以在主機222上執(zhí)行。方法1000在框1002以輸入文檔開始。如本文所描述的,輸入文檔可以由主機發(fā)送到控制器,或者可以由網絡上的另一系統(tǒng)提供。在一些示例中,主機或控制器可以起到隊列的作用,存儲用于順序打印的多個輸入文檔。在框1004,輸入文檔被光柵化以創(chuàng)建彩色光柵1006。如本文所描述的,每個彩色光柵1006是對應于由打印系統(tǒng)使用的墨水的彩色平面或圖像。
在框1008,彩色光柵1006被線性化以創(chuàng)建表示hdw打印和ldw打印的平面1010??梢允褂脧妮敵瞿芏葘Ρ容斎肷{的曲線圖發(fā)展出的規(guī)則來執(zhí)行線性化,如關于圖8所描述的。
在框1012,hdw和ldw平面1010可以被處理以生成半色調平面1014。如本文所描述的,半色調平面1014通過打印相關聯(lián)液滴重量的0、1或2個液滴(例如hdw液滴或ldw液滴)來表示每個位置處的顏色強度或色調。在一些示例中,對于ldw液滴,液滴的數(shù)量可以成比例地較高。
在框1016,可以掩蔽hdw和ldw半色調平面1014,以創(chuàng)建hdw和ldw打印頭映射1018,其將特定的液滴映射到特定的打印桿、打印頭和墨水槽。在框1020,hdw和ldw打印頭映射1020被合并以創(chuàng)建單個打印數(shù)據(jù)流,其被發(fā)送到打印頭1022。
所描述的方法1000不限于所示的打印頭設計,而是可以供其他可能的設計使用。例如,包括交錯行的hdw液滴生成器的第一打印頭可以在打印介質從第二打印頭的運動的線中,第二打印頭包括ldw液滴生成器。在該示例中,第一打印頭中的每個hdw液滴生成器可以在與第二打印頭中對應ldw液滴生成器的點節(jié)距上。盡管這種布置或其他布置將不是和本文所描述的組合打印頭一樣合乎期望的,但是在該布置中,方法1000仍然可以用于打印文檔。
除了二維打印之外,本文所描述的噴墨打印頭還可用在其他應用中。例如,在三維打印或數(shù)字滴定中,等等。在這些示例中,不同尺寸的液滴生成器可能由于其他原因而受益。在數(shù)字滴定中,hdw液滴生成器可用于快速逼近終點,而ldw液滴生成器可用于準確地確定終點。
本示例可能易于有各種修改和替代形式,并且已經僅僅出于說明性目的而被示出。此外,應理解,本技術不旨在限于本文公開的具體示例。實際上,所附權利要求的范圍被認為包括對于所公開主題所屬領域的技術人員清楚的所有替代、修改和等同物。