打印頭校準(zhǔn)和打印的制作方法
【專利說明】打印頭校準(zhǔn)和打印 技術(shù)背景
[0001] 本發(fā)明涉及靜電噴墨打印技術(shù)，更具體地，涉及諸如WO 93/11866及相關(guān)專利說 明書中所述類型的打印頭和打印機(jī)。
[0002] 該類型的靜電打印機(jī)使用施加的電場將分散在化學(xué)上為惰性的、絕緣的載液中的 帶電固體粒子噴射至第一聚集，然后噴射固體粒子。因?yàn)樗┘拥碾妶鰧?dǎo)致電泳，并且?guī)щ?粒子在電場中朝向基質(zhì)移動(dòng)直至遇到墨的表面，所以發(fā)生聚集。當(dāng)所施加的電場產(chǎn)生大到 足以克服表面張力的電泳力時(shí)發(fā)生噴射。電場通過在噴射位置與基質(zhì)之間創(chuàng)建電勢(shì)差來產(chǎn) 生；創(chuàng)建電勢(shì)差通過對(duì)在噴射位置處和/或在噴射位置周圍的電極施加電壓來實(shí)現(xiàn)。
[0003] 從其發(fā)生噴射的位置由打印頭的幾何形狀以及產(chǎn)生電場的電極的位置和形狀來 確定。通常，打印頭包括來自打印頭主體的一個(gè)或多個(gè)突出部，并且這些突出部（還被稱為 噴射豎立構(gòu)件）在其表面上具有電極。施加至電極的偏壓的極性與帶電粒子的極性一致， 以使得電泳力的方向朝向基質(zhì)的方向。另外，打印頭結(jié)構(gòu)的整體幾何形狀以及電極的位置 被設(shè)計(jì)成使得在突出部的末端周圍的高度局部化的區(qū)域處方式聚集以及隨后的噴射。
[0004] 為了可靠地操作，墨必須持續(xù)地流過噴射位置以補(bǔ)充已噴射的粒子。為了使得能 夠進(jìn)行該流動(dòng)，墨必須為低粘度，通常為幾厘泊。被噴射的材料由于粒子聚集而更粘；結(jié)果， 由于撞擊時(shí)材料不會(huì)顯著散開，所以該技術(shù)能夠用于在非吸收的基質(zhì)上打印。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)描述了各種打印頭設(shè)計(jì)，例如WO 93/11866、WO 97/27058、WO 97/27056、WO 98/32609、WO 01/30576 和 WO 03/101741 中所描述的，它們均涉及 WO 93/11866中所描述的所謂的Tonejet"方法。
[0006] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中所述類型的靜電打印頭1的末端區(qū)域的附圖，示出了幾個(gè)噴射 豎立構(gòu)件2,每個(gè)噴射豎立構(gòu)件都具有末端21。每兩個(gè)噴射豎立構(gòu)件之間為壁3,壁3又被 稱為頰狀件，其限定了各個(gè)噴射單元5的邊界。在各個(gè)單元中，墨在兩個(gè)路徑4內(nèi)流動(dòng)，其 中，兩個(gè)路徑4在噴射豎立構(gòu)件2的每個(gè)側(cè)部上，并且，在使用中，墨彎月面被定在頰狀部的 上部與噴射豎立構(gòu)件的上部之間。在該幾何形狀中，Z-軸的正方向被限定為從基質(zhì)指向打 印頭，X-軸沿噴射豎立構(gòu)件的末端的線指向，并且y _軸垂直于Z-軸和X-軸。
[0007] 圖2是相同打印頭1中單個(gè)噴射單元5在X-Z平面中的示意圖，所述示意圖沿y 軸方向進(jìn)行查看并通過豎立構(gòu)件2的末端的中間進(jìn)行剖切。該附圖示出了頰狀件3、限定 噴射位置6的位置、墨路徑4、噴射電極7的位置以及墨彎月面8的位置的豎立構(gòu)件2。實(shí) 箭頭9示出了噴射方向，并且還指向基質(zhì)。每個(gè)豎立構(gòu)件2及其相關(guān)聯(lián)的電極和墨路徑實(shí) 際上都形成了噴射通道。通常，噴射通道之間的節(jié)距為168μπι(這提供了 150dpi的打印密 度）。在圖2所示的示例中，墨通常遠(yuǎn)離讀取裝置流入頁面中。
[0008] 圖3是相同打印頭1在y-z平面上的示意圖，示出了沿X-軸方向的噴射豎立構(gòu)件 的側(cè)視圖。該附圖示出了噴射豎立構(gòu)件2、電極7在豎立構(gòu)件上的位置以及被稱為中間電極 (10)的組件。中間電極10為其內(nèi)表面（有時(shí)在其整個(gè)表面上）具有電極101的結(jié)構(gòu)，在使 用中，電極101被偏置成不同于噴射豎立構(gòu)件2上的噴射電極7的電勢(shì)。中間電極10可進(jìn) 行圖案化，以使得每個(gè)噴射豎立構(gòu)件2都具有可獨(dú)立編址的、面向噴射豎立構(gòu)件2電極，或 者中間電極10可進(jìn)行均勻地金屬化鍍金，以使得中間電極10的整個(gè)表面都在恒定的偏壓 下進(jìn)行保持。中間電極10通過從外電場篩選噴射通道來擔(dān)當(dāng)靜電屏蔽，并且允許小心控制 在噴射位置6處的電場。
[0009] 實(shí)箭頭11示出了噴射方向，并且再次指向基質(zhì)的方向。在圖3中，墨通常從左向 右流動(dòng)。
[0010] 在操作中，通常保持基質(zhì)接地（0V)，并在中間電極10與基質(zhì)之間施加電壓Vie。在 中間電極10與噴射豎立構(gòu)件2和頰狀件3上的電極7之間施加另一電勢(shì)差V b，以使得這些 電極的電勢(shì)為VIE+VB。選擇Vb的幅度以使得在噴射位置6形成聚集粒子但不噴射粒子的電 場。當(dāng)所施加的偏壓％高于某一對(duì)應(yīng)于當(dāng)作用于粒子上的電泳力恰好和墨的表面張力相 平衡時(shí)的電場強(qiáng)度的閾值電壓％時(shí)，自發(fā)地發(fā)生噴射。因此，通常將V B選擇為小于Vs。在 施加 VJt，墨彎月面向前移動(dòng)以覆蓋更多的噴射豎立構(gòu)件2。為了噴射聚集的粒子，對(duì)噴射 豎立構(gòu)件2施加幅值為Vp的另一電壓脈沖，以使得噴射豎立構(gòu)件2與中間電極10之間的 電勢(shì)差SV B+VP。噴射將在電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間中持續(xù)。這些偏壓的典型值為Vie= 500伏 特、Vb= 1000伏特以及V P= 300伏特。
[0011] 在使用中實(shí)際施加的電壓可能來源于待打印的位圖圖像的個(gè)體像素的位值。位圖 圖像使用常規(guī)圖形設(shè)計(jì)軟件（諸如Adobe Photoshop)創(chuàng)建或處理并被保存至存儲(chǔ)器中，可 通過多種方法（并行端口、USB端口、特制的數(shù)據(jù)傳輸硬件）將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器輸出至打印頭 驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備，在打印頭驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備中產(chǎn)生施加至打印頭的噴射電極的電壓脈沖。
[0012] 該類型的靜電打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠通過調(diào)節(jié)電壓脈沖的持續(xù)時(shí)間或幅度來 實(shí)現(xiàn)灰度級(jí)打印。可產(chǎn)生電壓脈沖，以使得從位圖數(shù)據(jù)導(dǎo)出各個(gè)脈沖的幅度，或者使得從位 圖數(shù)據(jù)導(dǎo)出脈沖持續(xù)時(shí)間，或者使用這兩種技術(shù)的組合。
[0013] 靜電噴墨打印頭的噴射特征取決于噴射器的幾何形狀以及噴射器處電極的位置。 這些因素的變化能夠引起這個(gè)打印的光學(xué)密度或顏色的變化。
[0014] 待解決的問題是，從靜電噴墨打印系統(tǒng)產(chǎn)生改進(jìn)的且更均勻的噴射性能，靜電噴 墨打印系統(tǒng)的原始性能在打印頭整個(gè)產(chǎn)生穩(wěn)定的變化模式。該改變的特征的現(xiàn)有知識(shí)使得 能夠校準(zhǔn)打印系統(tǒng)的響應(yīng)，從而顯著提高打印頭的均勻度性能。
[0015] 靜電噴墨打印頭可利用至打印頭噴射器上的電脈沖的持續(xù)時(shí)間和/或幅度來進(jìn) 行控制，從而調(diào)節(jié)從噴射器的噴射。與壓電或熱噴墨打印頭不同，在壓電或熱噴墨打印頭 中，微滴的尺寸主要為壓力腔室和噴嘴的外形尺寸的函數(shù)，從靜電打印頭噴射器噴射的墨 的體積能夠通過作用于噴射器內(nèi)的墨上的電場的幅度和/或持續(xù)時(shí)間來控制，該電場的幅 度和/或持續(xù)時(shí)間則由施加在打印頭的電極上的電壓波形來確定。這使得能夠?yàn)榇龑?shí)現(xiàn)的 整個(gè)噴射器陣列的噴射性能的穩(wěn)定變化進(jìn)行補(bǔ)償。能夠控制脈沖持續(xù)時(shí)間和幅度的方式在 在圖4A和4B中被示意性地示出。
[0016] 響應(yīng)于所施加的電壓脈沖而噴射的墨的體積由墨彎月面的位置、作用于墨上的電 場以及以上所述的所施加的脈沖的持續(xù)時(shí)間來管理。理想地，打印頭中的每個(gè)噴射器都會(huì) 相同地作業(yè)，即，對(duì)于相同的所施加的脈沖同時(shí)噴射相同體積的墨。然而，整個(gè)打印頭的噴 射器幾何外形、電極位置或者彎月面位置的變化將引起噴射器性能的變化，從而導(dǎo)致在整 個(gè)打印頭寬度上的打印的光學(xué)密度的變化。這種變化通常表現(xiàn)為打印密度從打印頭的一側(cè) 至另一側(cè)的平緩的弓形，并且是穩(wěn)定的且為個(gè)體打印頭的特性。同樣地，這種變化能夠通過 分別為每個(gè)噴射器或連續(xù)的噴射器小組選擇均衡整個(gè)打印頭的打印性能的一組脈沖電壓 和/或持續(xù)時(shí)間來進(jìn)行補(bǔ)償。校準(zhǔn)過程既均衡了整個(gè)打印頭的性能，又校準(zhǔn)了單個(gè)過程中 打印頭的色調(diào)再生曲線（光學(xué)密度對(duì)圖像灰度級(jí)）。
[0017] 另外，墨在噴射器處對(duì)所施加的電壓的響應(yīng)取決于偏壓電場（即，通過在噴射之 間施加至噴射器上的偏壓生成的電場）。在實(shí)踐中，偏壓V b被設(shè)定成恰好低于電壓V s，其 中，自發(fā)噴射在電壓Vs發(fā)生。為了使墨快速地響應(yīng)噴射脈沖，保持V B與V s相近（實(shí)踐中比 Vs約低20V)很重要。然而，以上所述的噴射器幾何外形和電極位置的變化可能引起整個(gè)打 印頭內(nèi)V s的變化，從而取決于其在整個(gè)陣列的位置引起噴射器的響應(yīng)的變化。
[0018] US2006/018561公開了一種打印機(jī)，其通過變更構(gòu)成圖像所需的點(diǎn)圖案來為整個(gè) 打印頭的性能的變化進(jìn)行調(diào)整，從而生成新的圖像，然后執(zhí)行將新圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)驅(qū) 動(dòng)脈沖值的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換并進(jìn)而轉(zhuǎn)換成未校準(zhǔn)的點(diǎn)尺寸。該校準(zhǔn)通過為打印頭中的每個(gè)通道 (參照?qǐng)D8)創(chuàng)建一系列的測(cè)試打印頁來實(shí)現(xiàn)，以使得對(duì)圖像數(shù)據(jù)本身進(jìn)行校準(zhǔn)而不是對(duì)噴 射體積進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0019] US2011/0234677公開了用于在掃描打印頭進(jìn)行多次交錯(cuò)通過來構(gòu)建圖像時(shí)方發(fā) 生的條帶的補(bǔ)償方法。噴射尺寸和/或角度的誤差以及不同通過上某些噴嘴的并置會(huì)造成 深淺線條，深淺線條不會(huì)與個(gè)體噴嘴一一對(duì)應(yīng)。因而，US2011/0234677教示了對(duì)圖像進(jìn)行 調(diào)整（參照?qǐng)D8)，從而對(duì)采用已知的交錯(cuò)方案打印的打印頁中的條帶進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，?方法從給定的打印頭生成條帶的特征圖案。如果采用不同的交錯(cuò)方案，即便是相同的打印 頭，也必須重新進(jìn)行修正。該方法具體地不會(huì)通過打印脈沖值的修正來個(gè)體校準(zhǔn)打印頭通 道，而是生成新圖像數(shù)據(jù)，然后以標(biāo)準(zhǔn)方式將新圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0020] W02012/040424公開了在透明膜上的顏色配置噴墨打印。該打印涉及打印包含 灰度斑塊斑塊的測(cè)試圖案、測(cè)量灰度斑塊的密度以及基于所期待的密度與實(shí)際密度之間 的偏差調(diào)整輸出像素值，所有這些都是公知的用于獲取期望色調(diào)再生曲線的顏色配置。 W02012/040424教示的是，先對(duì)灰度圖像的像素值施加修正，然后對(duì)圖像進(jìn)行半調(diào)處理（篩 選至小部分固定的點(diǎn)尺寸）。該方法不會(huì)執(zhí)行任何點(diǎn)尺寸控制（即，不會(huì)對(duì)噴射體積進(jìn)行控 制以獲取期望的點(diǎn)尺寸），同樣也不執(zhí)行打印