打印头及喷墨式打印方法与流程

本发明大致涉及微流体喷射芯片的设计，尤其涉及用于控制微流体喷射芯片的系统和方法。

背景技术：

在典型的喷射加热器芯片设计中，首先需要固定下来的变量之一是墨滴布置的垂直分辨率。根据该出发点，可以定义诸如加热器寻址矩阵、输入数据寄存器长度和芯片时钟速度之类的其它特性。利用该方法，具有相似特性(不包括垂直分辨率)的多个芯片通常具有的电接口不兼容，其需要针对每种设计的独特asic、驱动板卡和载板。虽然这可以为特定设计提供划算的材料账单，但此类节约可能被增长的研发资源和投放市场的时间所抵消。因此，这种设计方法最适合具有长产品生命周期的高容量设计。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的是提供一种改进的芯片架构，该芯片架构能够使得研发周期更短并实现适应个体用户需求的定制设计。

技术方案

根据本发明示例性实施例的一种打印头，包括：一个或多个流体通道，与流体源流体连通，所述一个或多个流体通道中的每一个流体通道与第一数量的加热元件关联，所述加热元件被分成多个第二数量的加热元件形成的组从而形成多个原始组；以及电气接口，包括至少一个移位寄存器，所述至少一个移位寄存器接收原始地址数据，以允许针对所述加热元件选择性地施加电信号，使得流体根据图像数据从所述打印头中喷射出来，所述原始组的所述数量取决于所述打印头的打印分辨率，使得所述至少一个移位寄存器用于寻址每个加热器所需的多个比特不依赖于所述打印头的所述打印分辨率。

根据本发明示例性实施例的一种喷墨式打印机，包括：外壳；滑动架，用于沿着布置在所述外壳内的轴进行往复运动；一个或多个打印头组件，布置在所述滑动架上，使得所述一个或多个打印头组件根据控制机制随着滑动架沿所述轴的往复运动将墨喷射到打印媒介上，其中所述一个或多个打印头组件中的至少一个打印头组件包括：打印头，所述打印头包括：一个或多个墨通道，与墨源流体连通，所述一个或多个墨通道中的每个墨通道与第一数量的加热元件关联，所述加热元件被分成多个第二数量的加热元件形成的组从而形成多个原始组；以及电气接口，包括至少一个移位寄存器，所述至少一个移位寄存器接收原始地址数据，以允许针对所述加热元件选择性地施加电信号，使得墨根据图像数据从所述打印头中喷射出来，所述原始组的所述数量取决于所述打印头的打印分辨率，使得所述至少一个移位寄存器寻址每个加热器所需的多个比特不依赖于所述打印头的所述打印分辨率。

根据本发明示例性实施例的一种打印头，包括：控制器，用于通过生成如下数据来激活第一数量的加热元件：原始地址数据，对应于多个原始组，每个原始组包括从所述第一数量的加热元件中划分出来的第二数量的加热元件；以及加热器地址数据，对应于每个原始组内第二数量的加热元件；其中，所述原始组的数量依赖于所述打印头的分辨率，所述加热元件的第二数量不依赖于所述打印头的分辨率；其中所述控制器还配置为将所述原始地址数据发送到电气接口，所述电气接口包括至少一个移位寄存器，所述至少一个移位寄存器接收所述原始地址数据。

根据本发明示意性实施例的一种喷墨打印方法，包括：将衬底上的第一数量的加热元件布置成多个原始组；生成对应于多个原始组的原始地址数据；将所述原始地址数据发送到打印头的至少一个移位寄存器，所述至少一个移位寄存器具有依赖于所述打印头的加热元件的多个原始组的多个比特，每个原始组包括所述第一数量的加热元件中第二数量的加热元件，所述比特的数量不依赖于所述打印头的打印分辨率，使得所述打印头配置为被电气接口控制，所述电气接口对于所述打印头的不同打印分辨率而言是通用的；以及通过所述至少一个移位寄存器选择性地将一个或多个电信号施加到所述加热元件，以将与所述加热元件流体连通的一个或多个流体通道供应的墨进行喷射。

在至少一个示例性实施例中，对于所述一个或多个流体通道中的每个流体通道，所述第一数量的加热元件被布置在位于所述流体通道一侧的第一列和位于所述流体通道的另一侧的第二列。

在至少一个示例性实施例中，根据以下公式计算所述原始组的数量：(加热元件的所述第一数量)/(加热元件的所述第二数量)。

在至少一个示例性实施例中，根据以下公式计算加热元件的所述第一数量：(每通道的分辨率)×(打印条带)，其中，所述打印条带的单位是英寸。

在至少一个示例性实施例中，所述打印头具有1200dpi的打印分辨率，并且所述原始组的数量为40。

在至少一个示例性实施例中，所述打印头具有600dpi的打印分辨率，并且所述原始组的数量为20。

在至少一个示例性实施例中，所述打印头具有300dpi的打印分辨率，并且所述原始组的数量为10。

在至少一个示例性实施例中，所述打印头具有300dpi、600dpi或1200dpi的打印分辨率，并且比特的数量为40。

在至少一个示例性实施例中，加热元件的所述第二数量为34。

在至少一个示例性实施例中，加热元件的所述第二数量在8到40的范围内。

其中在将所述衬底上的第一数量的加热元件布置成多个原始组之前，在所述衬底上设置至少一个移位寄存器。

根据下文中的详细描述、附图和所附权利要求，本发明实施例的其它特征和优点将变得更加清晰。

发明的有益效果

根据本发明的打印头能够提供一种改进的芯片架构，该芯片架构能够使得研发周期更短并实现适应个体用户需求的定制设计。

附图说明

结合附图考虑，参考下文中的详细描述可以更加充分地理解本发明示例性实施例的特征和优点，其中：

图1是常规喷墨式打印头的透视图；

图2是常规喷墨式打印机的透视图；

图3是示出根据本发明示例性实施例的打印头的布局的框图；

图4是示出根据本发明另一个示例性实施例的打印头的布局的框图；

图5是示出根据本发明另一个示例性实施例的打印头的布局的框图；

图6是示出根据本发明另一个示例性实施例的打印头的布局的框图；以及

图7是示出根据本发明另一个示例性实施例的打印头的布局的框图。

具体实施方式

此处使用的标题仅仅是出于组织结构方面的目的，并非意在限制说明书或权利要求的范围。正如本申请通篇所使用的，词语“可以”和“能够”以宽松的含义(即，意味着具有可能性)使用，而不是强制性的含义(即，意味着必须)。相似地，词语“包括”、“包含”及其变形是指“包括但不限于”。为了便于理解，在合适的地方使用相似的标号来表示附图所共有的相似元素。

根据本发明示例性实施例的寻址架构能够设计具有不同分辨率的加热器芯片，并且可以使用通用电气接口来控制加热器芯片。这允许基于通用基础芯片设计实现多种垂直墨滴分辨率。本发明实现了对常规喷墨式加热芯片设计的显著改进。例如，可以在具有不同分辨率的芯片之间使用通用电气接口。由于可以根据业务需要的指示针对多种分辨率使用单个基础芯片，因此这可以简化打印引擎研发并且还允许在制造期间有更多灵活性。

这种设计的一个方面是随着加热器分辨率的改变，用于寻址加热器的数据流也可能改变。期望设计能够驱动多种分辨率的打印头的单个打印引擎而不影响电气接口。

参考图1，本发明涉及到的一种喷墨式打印头大致用10表示。打印头10具有由任何适当材料制成的外壳12，该外壳12用于容纳墨。其形状可以变化且通常取决于承载或容纳该打印头的外部装置。外壳在其内部具有至少一个用于容纳初始或可重复装填的墨源的隔室16。在一个实施例中，该隔室具有单个腔且容纳黑墨、感光墨、青墨、品红墨或黄墨的墨源。在其他实施例中，隔室具有多个腔并容纳三种墨源。优选地，隔室包括青色、品红色和黄色的墨。在另外的实施例中，隔室容纳多种黑墨、感光墨、青墨、品红墨或黄墨。可以理解的是，尽管隔室16被示出为局部地集成在打印头的外壳12中，但其也可以选择性地连接至远端墨源并且例如从管道接收供应。

粘附至外壳12的一个表面18的是柔性电路的一部分19，具体地，所述柔性电路是带式自动接合(tab)电路20。tab电路20的另一部分21被粘附至外壳的另一个表面22。在该实施例中，这两个表面18和22围绕外壳的边缘23相互垂直地布置。

tab电路20在其上支持多个输入/输出(i/o)连接器24，所述i/o连接器24用于在使用期间将加热器芯片25连接至诸如打印机、传真机、复印机、照片打印机、绘图仪、多合一设备等的外部设备。多个电导体26在tab电路20上用于使i/o连接器24与加热器25的输入端子(接合焊盘28)连接并短路。本领域技术人员了解多种用于促成这类连接的技术。为了简单起见，图1仅示出八个i/o连接器24、八个电导体26和八个接合焊盘28，但是当前，打印头的数量可以更多，任何数量都等同地包含于本文中。进一步地，本领域技术人员应当理解的是，尽管连接器、导体和接合焊盘的数量彼此相等，但实际打印头中这些数量也可以不相等。

加热器芯片25包含多个流体点火元件的列34，这些流体点火元件用于在使用期间从隔室16喷射墨。流体点火元件可以实现为热电阻式加热元件(简称加热器)，其形成为硅衬底上的薄膜层，或者虽然基于加热器芯片这一名称暗示热技术，然而流体点火元件也可以实现为压电元件。为了简单起见，列34中的多个流体点火元件示出为邻近墨通道32的排成一排的五个点，但实际上可以包括成百上千个流体点火元件。如下所述，多个流体点火元件中竖直地相邻的流体点火元件可以具有或不具有横向间隔间隙或彼此交错。通常，流体点火元件具有与其所在的打印机的每英寸点数分辨率相当的竖直间距间隔。一些示例包括1/300英寸、1/600英寸、1/1200英寸或1/2400英寸等大小的沿着通道的纵长范围的间距。为了形成该通道，已知有多种工艺，这些工艺切割或蚀刻出贯穿加热器芯片的厚度的通道32。一些更加优选的工艺包括喷砂处理或诸如干蚀刻、湿蚀刻、反应离子蚀刻、深反应离子蚀刻等之类的蚀刻。喷嘴板(未示出)中具有与各个加热器对准的孔口，以便在使用期间喷射墨。喷嘴板可以是贴附有粘合剂或环氧基树脂的薄膜层。

参考图2，喷墨式打印机形式的容纳打印头10的外部设备大致用40表示。打印机40包括滑动架42，该滑动架42具有多个用于容纳一个或更多打印头10的插槽44。如本领域熟知的，滑动架42通过提供至驱动带50的动力沿着轴48在打印区域46上方(依照控制器57的输出59)进行往复运动。相对于诸如一张纸52之类的打印媒介执行滑动架42的往复运动，该纸沿着从输入托板54、通过打印区域46、再到输出托板56的纸张路径在打印机40中行进。

当在打印区域中时，滑动架42在通常垂直于如箭头所示的纸张52行进的行进方向的往复运动方向上做往复运动。在这种时刻，依照打印机微处理器或其他控制器57的命令，促使来自隔室16(图1)的墨滴从加热器芯片25喷射。墨滴发射时序对应正在打印的图像的像素图案。通常，这种图案是在电连接至控制器57的设备中产生(经由ext输入(ext.input))，该装置装配在打印机的外部，包括但不限于电脑、扫描仪、照相机、可视显示单元或个人数据助理等。

为了打印或发射单个墨滴，以少量电流对流体点火元件(图1中，列34的各点)进行唯一寻址，以便快速加热少量的墨。这使得墨在加热器和喷嘴板之间的局部墨腔中蒸发，并通过喷嘴板朝打印媒介喷射，变为由喷嘴板投射。发射这种墨滴所需的点火脉冲可以实现为单个或分离的点火脉冲，并基于接合焊盘28、电导体26、i/o连接器24和控制器57之间的连接在加热器芯片的输入端子(例如，接合焊盘28)处接收。内部加热器芯片布线从输入端子向一个或多个流体点火元件传送点火脉冲。

许多打印机配备有具有用户选择界面60的控制面板58，作为控制器57的输入62，以便提供额外的打印机能力和鲁棒性。

图3是根据本发明示例性实施例示出的大致由附图标号100表示的打印头的布局图。打印头100上的每个加热器a具有唯一的地址，所述地址至少具有二维地址矩阵。打印头100包括流体通道110和多个加热器a的多个组p1至p10(本文中也称为“原始组”)。因此，打印头上加热器的总数是p×a。如图3示例性所示，总共340个用于通道110的加热器中，p1至p10中的每个组包括34个加热器。

表1示出了用于300dpi、600dpi和1200dpi打印头的三种可行配置。打印条带大约为1.13英寸，加热器地址a的数量固定为34。应当理解的是，每组的加热器数量以及地址a的数量并非一定为34，在另外的示例性实施例中，每组的加热器数量可以大于或小于34。例如，每组的加热器数量可以在8至40的范围内。如表格1所示，三种芯片地址的唯一区别是原始组或p个组的数量。

表1

通过将地址的数量固定为34，容纳编码后的值所需的片上寄存器的长度可以固定为6比特(以便编码34个地址中的每个地址的十进制值)。对于所有三种分辨率都是这样，从而允许针对地址数据有通用的电气接口。

在1200dpi的情况中，原始组的数量被设置为40，这样为了寻址每个原始组，总共需要40比特。图4说明了1200dpi情况的寻址。如图所示，利用两个移位寄存器来寻址打印头300的原始组p1至p40，每个原始组用1比特。总共有40个pdata比特被分到两个寄存器(即，移位寄存器1和移位寄存器2各占20比特)。

图5说明了600dpi情况下的寻址。由于与1200dpi的情况相比只需要一半的地址，因而打印头400的原始组的数量可以设置为20，该数量是1200dpi情况下所用原始组数量的一半。1200dpi的情况所用的pdata比特移位寄存器也可以在600dpi的情况下使用。但是，移位寄存器内的每四个元件(r1至r4)的组现在可以用于寻址多个原始组中对应的原始组对，而不是对应的四个原始组。

图6说明了300dpi情况下的寻址。由于与1200dpi的情况相比只需要1/4的地址，因而打印头500的基元的数量可以设置为10，该数量是1200dpi的情况下所用基元数量的1/4。1200dpi的情况下所用的pdata比特移位寄存器也可以用在300dpi的情况中。但是，移位寄存器内的每四个元件(r1至r4)的组现在可以用于寻址单个原始组，而不是对应的四个原始组。

进一步探讨300dpi的情况(其内容通过引用以其整体并入本文)，图7示出了四个并联连接且用于驱动单个加热器元件a的功率fet(即fet1、fet2、fet3和fet4)。每个功率fet具有对应的预驱动电路(未示出)，该预驱动电路用于为fet充电(打开)和放电(关闭)，以便在寻址的时候切换加热器电流。通过为每个fet保持唯一的预驱动和寄存器比特并且将各多个fet并联，加热器芯片驱动电路现在可以选择最适合该应用的驱动强度。选择驱动强度的能力可允许加热器芯片控制电路调整点火电流的升和降时间。

表2示出了300、600和1200dpi的情况下用于选择原始组的值。示出的是选择所有原始组所需的最小值，其中，x参数表示如果需要可以增大驱动强度的情况。

表2

进一步考虑300dpi的情况，表3示出了用于选择最小驱动强度的值，而表4示出了用于选择最大驱动强度的值。

表3

表4

在此示例中，为了保持通用电气接口，针对全部三种情况下的pdata寄存器都固定为20比特。

尽管已经说明并描述本发明的特定实施例，但本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种其它的变化和改型。因此，所附权利要求旨在涵盖本发明范围内的所有这种变化和改型。

附图标号列表

10、100、300、400、500：打印头

12：外壳

16：隔室

18、22：表面

19、21：部

20：tab电路

23：边缘

24：i/o连接器

25：加热器芯片

26：电导体

28：接合焊盘

32：墨通道

34：列

40：喷墨式打印机

42：滑动架

44：插槽

46：打印区域

48：轴

50：驱动带

52：纸

54：输入托板

56：输出托板

57：控制器

58：控制面板

59：输出

60：用户选择界面

62：输入

110：流体通道