专利名称：：利用静电墨滴分离的打印方法和设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及的领域是计算机控制的打印设备。具体说，该领域是液态墨滴请求服务型(DOD)打印系统。发明背景到目前为止已发明许多不同类型的数字控制的打印系统，其中有许多类型当前正在生产中使用。这些打印系统使用了各种各样的执行机构、各种各样的标记材料、和各种各样的记录介质。例如，目前正在使用的数字式打印系统包括激光式电光打印机、LED电光打印机、点阵击打式打印机、感热纸打印机、缩微胶片记录器、感热腊打印机、染料扩散热转印打印机、和喷墨打印机。尽管这种常规的方法需要极其昂贵的设备，并且如果印刷一个特定的负页低于几千个复制件一般来说在经济上也不划算，但在目前，电子式打印系统还不能完全取代机械式打印机。因此，需要改进数字控制的打印系统，例如能够在使用标准纸情况下高速度低成本地产生高质量的彩色图象。喷墨式打印技术由于它的非击打式低噪声特征、使用普通纸、并且避免进行色调转印和定影，所以被公认为是数字控制的电子式打印领域中突出的竞争对手。已经发明了多种类型的喷墨打印设备。可将它们分类为连续喷墨(CIJ)或请求服务型(DOD)喷墨。连续喷墨至少可回塑到1929年Hansell的美国专利No.1,941,001。Sweet等人的美国专利No.3,373,437(1967)公开了一种连续喷墨喷嘴阵列，其中使要印刷的墨滴有选择地充电并向记录介质反射。这一技术称之二次反射CIJ，并由几个厂商使用，其中包括ElmjetandScitex。Hertz等人的美国专利3,416,153(1966)公开一种方法，它利用带电的墨滴流的静电扩散来调节穿过一个小孔的墨滴数，在CIJ打印中实现印点的可变光密度。这种方法用于IrisGraphics制造的喷墨打印机中。Kyser等人的美国专利No.3,946,398(1970)公开了一种DOD喷墨打印机，它向一压电晶体施加高压使晶体弯曲，压力施加在墨池上并且根据请求喷出墨滴。后来，发明了多种类型的压电式请求服务型打印机，它们利用了处于弯曲方式、推压方式、剪切方式、和挤压方式的压电晶体。压电DOD打印机使用热熔油墨获得了商业成功(例如，Tektronix和Dataproducts打印机)，对于家用的和办公用的打印机(SeikoEpson)的图象分辨率高达720dpi(点数/英寸)。压电式DOD打印机的优点是能够使用的油墨范围很宽。然而，压电打印机通常需要复杂的高压驱动电路和大型的压电晶体阵列，这对可制造性和性能而论是不利的。Endo等人的英国专利No.2,007,162(1979)公开了一种电热式DOD喷墨打印机，它向一个电热传感器(加热器)施加一个功率脉冲，传感器与喷嘴中的油墨处在热接触当中。加热器迅速地把水基油墨加热到高温，使少量油墨迅速蒸发，形成气泡。这些气泡的形成导致一个压力波，使墨滴沿加热器基底边缘从小孔中喷出。这种技术称之为BubblejetTM(日本的CanonK.K.的商标)。Vaught等人的美国专利No.4,490,728(1982)公开了一种电热式墨滴喷射系统，它也是通过形成气泡操作的。在该系统中，通过在加热器上方的一个孔板中形成的喷嘴，沿垂直于加热器基底平面的方向喷射墨滴。这个系统称之为ThermalInkJet，是由Hewlett-Packard制造的。在其文件中，术语ThermalInkJet来代表Hewlette-Packard系统和通常称之为BubbleietTM的系统这两者。ThermalInkJet式打印在喷射每个液滴的大约2微秒的周期期间一般约需20μJ(微焦耳)。每个加热器的有效功耗为10瓦，这是其本身的一个缺点，并且还必须使用特殊的油墨，使用复杂的驱动器电路，并且加速加热器元件的老化变劣。在技术文献中还介绍了一些其它的喷墨打印系统，但现在还都不能根据商业需要使用。例如，美国专利No.4,275,290公开了一种系统，其中与加热脉冲和静压力一致的预定的打印头喷嘴地址允许油墨自由流到由间隔物隔开、在打印头下方通过的纸上。美国专利No.4,737,803、No.4,748,458公开了喷墨记录系统，其中与加热脉冲和静电吸引场一致的打印头喷嘴中的油墨地址使墨滴喷向打印纸。上述的每一种喷墨打印系统都有优点和缺点。但仍有广泛的需求改进喷墨打印方法，即具有例如在成本、速度、质量、可靠性、电源的使用方法、结构和操作的简便性、耐用性、和消耗品方面的优点。发明综述我的同时递交的申请“液态、油墨打印设备和系统”以及“符合的墨滴选择，墨滴分离复印方法和系统”描述了新的方法和设备，为克服以上讨论的现有技术问题作出了重大的改进。这些发明具有重大的优点，例如，墨滴尺寸和定位精度、可获得的打印速度、电源的使用方法，耐用性和碰到的操作热应力、以及其它的打印机性能特征、可制造性、和所用油墨的特征。本发明的一个重要的目的是进一步加强在那些专利中描述过的结构和方法，从而使打印技术继续进行。本发明的一个重要目的是提供请求服务型墨滴打印的新方法和设备，以便对先前的作法进行改进。本发明提供的优点例如有以下方面墨滴尺寸和定位精度、可实现的打印速度、电源的使用方法、碰到的操作热应力，各种其它的打印性能特征，下面对此要作更加详细地介绍。在其它的重要特征中，本发明的主要优点是其可制造性和其所用油墨的性质。因此，本发明一方面构成一个墨滴请求服务型打印设备，该设备包括包含多个隔开的距离很小的墨滴喷口的阵列的喷嘴装置，与所说喷嘴装置的喷口公共连通的用于提供大量油墨的集合管装置，向所说集合管装置中的油墨施加正压力足以使油墨从所说喷口挤出的装置，激励所选喷口中的油墨使其从所选喷口进一步挤出的装置，以及在所说喷口中的油墨和与所说喷嘴装置相对隔开的打印站之间产生一个电场足以吸引分离从喷嘴装置进一步挤出的油墨的装置。本发明的另一方面是在这样的打印设备中，通过静电吸引从大量油墨中分离出所选油墨滴的一种方法。能向整个打印头施加一恒定的电场。该电场可通过向打印头施加一个电位并且向位于记录介质相对侧的稿台施加一个与其不同的电位来产生。这个电场勿需调制，勿需针对每一个要喷射的墨滴去接通。于是，可使用一个简单的高压电源产生电场，根本不需要高压开关设备。还有，因为加到喷嘴的电场不需要与加到另一个相邻喷嘴的电场隔离，所以喷嘴之间的间隔可以很小。电场设定得不足以从打印头排出墨滴，此时喷嘴中的油墨处在静止位置。墨滴选择方法使所选墨滴的油墨弯月面能从打印头的前表面伸出来。因为液滴半径很小，并且因为墨滴半月面是最接近相对的电极的点，所以电荷在伸出墨滴的半月面处积累。该电荷把电位场产生的力集中到所选墨滴。这个力与油墨压力结合，克服了油墨的表面张力，使所选墨滴从大量墨滴分离出来。所选墨滴然后向稿台加速，击中记录介质。借此，即使当该墨滴选择方法赋与所选墨滴的动能不足以使所说墨滴克服表面张力与大墨油墨分离，墨滴也能打印在打印介质上。附图的简要说明图1(a)表示按本发明的一个典型的打印设备的简化示意方块图；图1(b)表示按本发明的一种喷嘴端部的剖面图；图2(a)-2(f)表示墨滴选择的流体动模拟；图3(a)表示按本发明的一个实施例的一个操作中的喷嘴的有限元件流体动态模拟；图3(b)表示在墨滴选择和分离期间相继的弯月面位置；图3(c)表示在墨滴选择循环期间、在各个点处的温度；图3(d)表示对于各种油墨添加剂的所测表面张力相对于温度的曲线；图3(e)表示加到喷嘴加热器上以产生图3(c)的温度曲线的电源脉冲；图4表示用于本发明实践的打印头驱动电路的示意方块图；图5表示体现本发明特征的A4型纸宽度的彩色打印头的生产效率的投影图，其中表示出带有和不带有故障容差的情况；图6表示使用本发明的一个实施例的打印系统的总体方块图；图7表示用于图8-18所示的计算机模拟的本发明实施例的打印头喷嘴的剖面图；图8(a)表示加到复印头上用于单加热器激励脉冲的一个电源子脉冲；图8(b)表示在墨滴选择过程期间喷嘴各点的温度；图9是墨滴选择过程的弯月面位置相对于时间的曲线；图10是墨滴选择过程期间5μs间隔的弯月面位置和形状的示意图；图11表示在墨滴选择过程之前油墨弯月面的静止位置；图12-17表示在墨滴选择过程期间各个不同的阶段的弯月面位置和等热线；图18表示墨滴选择加热器脉冲开始后50μs的流体的流线；图19(a)-19(e)表示利用静电墨滴分离从热寻址的喷嘴喷出一个墨滴的各个阶段。优选实施例的详细描述按本发明的一个总的方面，构成了一种墨滴请求服务型打印设备，其中，选择要打印的墨滴的装置在选定墨滴和未选定墨滴之间产生一个位置差，但这个位置差却不足以使墨滴克服油墨表面张力从大量油墨水分离出去，并且其中还提供一个交变装置，以便从大量的油墨中分离出所选墨滴。墨滴选择装置同墨滴分离装置分开可明显降低选择哪一个墨滴打印所需的能量。墨滴选择装置必须由至每个喷嘴的单个信号唯一地驱动。墨滴分离装置可以是同时加到所有喷嘴的一个场或条件。可从下表选择墨滴选择装置(但并不局限于此)1)高压油墨的表面张力的电热式降低2)电热式气泡产生，气泡体积不足将引起墨滴喷射3)压电式，容积变化不足将引起墨滴喷射4)静电吸引，每个喷嘴一个电极从以下表格可选择墨滴分离装置(但不局限于此)1)接近程度(记录介质非常接近打印头)2)接近程度再加上振荡的油墨压力3)静电吸引4)磁吸引下述的表“DOD打印技术的目标”表示出墨滴请求服务型打印技术的某些期望特征。该表还列出了一些方法，这里描述的某些实施例或我的其它相关申请都是通过这些方法对现有技术的改进。DOD打印技术的目标在感热式喷墨(TIJ)和压电式喷墨系统中，优选的墨滴速度约为10米/秒，借此可保证，所选墨滴能克服油墨表面张力、从大量油墨中分离出来、并射到记录介质。这些系统的电能转换成墨滴动态的转换效率极低。TIJ系统的效率约为0.02％。这就是说，TIJ打印头的驱动电路必须转接大电流。压电式喷墨头的驱动电路必须转接高电压，或者必须驱动高电容性负载。页宽度的TIJ打印头的总功耗也是极高的。800dpiA4全彩色页宽度TIJ打印头打印一个4彩色黑图象一秒钟可消耗约6千瓦的电能，其中的绝大部分转换成无用的热。排除这些热量的难题也是生产低成本、高速度、高分辨率的小型页宽TIJ系统的障碍。本发明的各实施例的一个重要的特征是显著减小选择要打印的那一个墨滴所需能量的方式。为此，把选择墨滴的方式同保证所选墨滴从大量的油墨分离并在记录介质上形成圆点的方式分开。只有墨滴选择装置必须由加到每个喷嘴的各个信号驱动。墨滴分离装置可以是同时加到所有喷嘴上的一个场或条件。下述表格“墨滴选择方式”表示按本发明选择墨滴的某些可能的方式。只要求墨滴选择方式能产生所选墨滴位置的足够大的变化，使墨滴分离方式能够在选定的和未被选定的墨滴之间进行鉴别。墨滴选择方式还可使用其它的墨滴选择方式。对于水基油墨的优选墨滴选择方式是方法1“高压油墨的表面张力的电热式减小”。和其它系统相比，这个墨滴选择方式有许多优点，其中包括低功率操作(约为TIJ的1％)、与CMOSVLSI芯片制造兼容、低电压操作(约10伏)、高喷嘴密度、低温度操作、以及宽范围的适用油墨组分。油墨的表面张力必须随温度的增加而减小。用于热熔的或油基的油墨的优选墨滴选择方式是方法2“油墨粘度的电热式减小，并结合使用振荡的油墨压力”。这种墨滴选择方式特别适用于随温度增加粘度大幅度减小、但表面张力减小很小的油墨。具有较高分子量的非极性的油墨载体中时会产生这种情况，特别可应用于热熔的或油基的油墨。下述表格“墨滴分离方式”表示从大量油墨分离出所选墨滴并且保证所选墨滴在打印介质上形成圆点的某些可能的方法。墨滴分离方式在选中的墨滴和未选中的墨滴之间进行鉴别以保证未选中的墨滴在打印介质上不会形成圆点。墨滴分离方式也可使用其它的墨滴分离方式。优选的墨滴分离装置取决于打算使用的场合。对于大多数的应用，方法1“静电吸引”或方法2“交流电场”是最为适宜的。对于使用平滑的涂层纸或薄膜、基本非高速的情况下，方法3“接近程度”可能是适当的。对于高速、高质量的系统，可以使用方法4“转印接近”。方法6“磁吸引”适合于便携式打印系统，其中的打印介质太粗粘，不能进行接近打印，并且静电式墨滴分离所需的高压是不希望的。根本就不存在适用于所有情况的绝对“最好”的分离方式。在下述澳大利亚专利说明书(申请日1995年4月12日)中描述了本发明的各种类型的打印系统的更进一步的细节，这里参考引用了它们公开的内容《液体油墨容错打印机》(‘ALiquidinkEaultTolerant(LIFT)printingmechanism’)(申请号PN2308)；《液体油墨容错打印中的电热滴选择》(‘ElectrothermaldropselectioninLIFTprinting’)(申请号PN2309)《采用打印介质邻近方法的液体油墨容错打印中的墨滴选择》(‘DropseparationinLIFTprintingbyprintmediaproximity’)(申请号PN2310)《通过改变打印头到介质的距离来调节液体油墨容错邻近打印中的墨滴大小》(‘DropsizeadjustmentinProximityLIFTprintingbyvaryingheadtomediadistance’)(申请号PN2311)；《采用声学油墨波的液体油墨容错邻近打印》(‘AugmentingProximityLIFTprintingwithacousticinkwaves’)(申请号PN2312)；《液体油墨容错打印中的静电墨滴分离》(‘ElectrostaticdropseparationinLIFTprinting’)(申请号PN2313)；《在邻近的液体油墨容错打印中的多个同时墨滴尺寸》(‘MultiplesimultaneousdropsizesinProximityLIFTprinting’)(申请号PN2321)《热激励打印头中的自冷却操作》(‘Selfcoolingoperationinthermallyactivatedprintheads’)(申请号PN2322)and《热降低粘滞的液体油墨容错打印》(‘ThermalViscosityReductionLIFTprinting’)(申请号PN2323)。图1(a)表示按本发明的一个优选打印系统的简化示意图。图象源52可以是来自扫描器或计算机的光栅图象数据，或者是页面描述语言(PDL)形式的外形图象数据，或者是其它形式的数字图象表示。通过图象处理系统53把这个图象数据转换成一个象素映像的页图象。这个图象处理系统在PDL图象数据情况下可以是一光栅图象处理器(RIR)，或者在光栅图象数据情况下可以是象素图象控制器。由图象处理单元53产生的连续色调数据是中间色调的。通过数字式中间色调单元54完成中间色调。把中间色调的位象数据存入图象存贮器72中。按照打印机和系统的配置，图象存贮器72可以是全页面存贮器，或者是一区段存贮器。加热器控制电路71从图象存贮器72读出数据，并且向作为打印头50的一部分的喷嘴加热器(图1(b)中的103)施加一个随时间而变的电脉冲。在适当的时间把这些脉冲加到适当的喷嘴上，使所选的墨滴在记录介质51上的由图象存贮器72的数据指定的适当位置形成斑点。通过输纸系统65使记录介质51相对于打印头50移动，输纸系统65由输纸控制系统66电控，控制系统66又由微控制器315控制。图1(a)所示的输纸系统只是示意的，许多不同的结构配置都是可能的。在页宽度打印头的情况下，最方便的作法是，移动记录介质51使之通过静止的打印头50。然而，对于扫描打印系统，通常最方便的作法是，沿一个轴(子扫描方向)移动打印头50，并且沿一垂直轴(主扫描方向)移动记录介质51，让它们作相对的光栅移动。微控制器315还可控制油墨压力调节器63以及加热器控制电路71。对于利用表面张力减小的打印，油墨包含在处于一定压力下的一个油墨罐64中。在静止状态(无墨滴喷出)，油墨压力不足以克服油墨表面张力排出墨滴。在油墨压力调节器63的控制下通过向油墨罐64施加压力可得到恒定的油墨压力。另外，对于较大的打印系统，通过把罐64中油墨的上表面定位在打印头50上方的一个适当的距离，就可以极其精确地产生并控制油墨压力。通过一个简单的浮动阀(未示出)就可调节这个油墨高度。对于利用粘度降低进行的打印，油墨要包含在处于一定压力下的罐64内，并且要使油墨压力振荡。产生这种振荡的装置可以是装在油墨通道(未示出)中的压电式致动器。当正确地安排了墨滴分离方式时，所选墨滴前进，在记录介质51上形成斑点，而未选中的墨滴仍旧作为大量墨滴的一部分。通过油墨通道装置75把油墨分配给打印头50的后表面。油墨最好通过一些蚀刻通打印头50的硅基片的槽和/或孔，流动到设置了定位喷嘴和致动器的前表面。对于感热式选择，喷嘴致动器是电热加热器。在按本发明的某些类型打印机中，需要外场74以保证所选墨滴从大量油墨分离并移向记录介质51。惯用的外场74是一恒定电场，这是因为很容易使油墨成为导电的。在此情况下，送纸机构或稿台67可由导电材料制成，并将它用作产生电场的一个电极。另一电极可以是打印头50本身。另一个实施例采用了打印介质的接近程度作为区别选中的墨滴和未选中的墨滴的方式。对于小的墨滴尺寸，墨滴上的重力极小，约为表面张力的10-4，因为在大多数情况下可忽略重力。这就使打印头50和记录介质51能相对于局部重力场在任何方向取向。这是对便携式打印机的一项重要的要求。图1(b)是利用改进的CMOS工艺制造的本发明的单个微观喷嘴端部的实施例的详细的放大剖面图。喷嘴是在基片101中蚀刻的，可以是硅、玻璃、金属、或任何其它合适材料。如果使用非半导体材料的基片，则可在基片上淀积半导体材料(如非晶硅)，并且可在半导体表面层中形成集成的驱动晶体管和数据分配电路。单晶硅(SCS)基片有几个优点，其中包括1)在SCS中可制造高性能的驱动晶体管和其它电路；2)可在使用标准的VLSI处理设备的现有工厂中制造打印头；3)SCS具有很高的机械强度和刚性；以及4)SCS具有很高的热传导性。在该实例中，喷嘴为圆柱形式，加热器103为环形。喷嘴端部104是从制造CMOS驱动电路期间淀积的二氧化硅层102上形成的。用氮化硅钝化喷嘴尖端。突出的喷嘴端部控制高压油墨100在打印头表面上的接触点。打印头表面也是疏水性的，以防止油墨穿过打印头前端意外地扩张开来。喷嘴还可能有许多其它的配置，本发明的喷嘴实施例可在所用的材料、尺寸、和形状方面都有所变化。从形成有加热量和驱动电子电路的基片蚀刻的单块式喷嘴具有不需要有喷口板的优点。省去喷口板在制造和组装过程中能明显节约成本费用。省去喷口板的最近的一些方法包括使用“涡流”致动器，例如授与xerox的Domoto等人的美国专利No.4,580,158(1986)、以及授与Hewlett-Packard的Milier等人的美国专利No.5,371,527(1994)中描述的致动器。但这些致动器操作复杂并且难以制作。本发明的省去了用于打印头的喷口板的优选方法把喷口包含在致动器基片内。对于使用各种墨滴分离技术的打印头都可使用这种类型的喷嘴。借助于静电墨滴分离的操作作为第一个实例，图2表示利用表面张力的热致减小的操作和静电墨滴分离。图2表示使用FIDAP(由FluidDynamicsInc.ofIllinois，USA可得到的一种市售的流体动态模拟软件包)实现的能量传输和流体动态模拟的结果。这种模拟是感热墨滴选择喷嘴的实施例，其直径为8μm，周围温度为30℃。加到加热器的总能量为276nJ(10-9焦耳)，每4nJ加69个脉冲。油墨压力高于周围空气压力10kPa(千珀)，油墨在30℃的粘度为1.84cP(厘泊)。油墨是水基的，并且包括0.1％棕榈酸的溶液，以实现随温度升高而加大表面张力的减小。从喷嘴的中心轴至40μm的径向距离喷嘴端部的剖面被示出。利用材料的相应的密度、热容量、和导热性来模拟喷嘴的各种材料中的热流，这些材料包括硅、氮化硅、非晶的二氧化硅、结晶的二氧化硅、和水基油墨。模拟的时间间隔是0.1μs。图2(a)表示一静止状态，刚好在加热器启动之前。由于确保油墨压力加上外部静电场不足以克服在该环境温度下的油墨的表面张力，达到一种平衡，使油墨在该静止状态不会从喷嘴逸出。在静止状态，油墨的弯月面不会从打印头表面明显突出出来，所以静电场不会明显集中在弯月面上。图2(b)表示加热器激励脉冲开始后5μs间隔在5℃时的等热线。当激励加热器时，迅速加热了与喷嘴端部接触的油墨。表面张力的减小使弯月面的被加热的部分相对于冷的油墨弯月面迅速膨胀。这就产生一个对流，把热量迅速传输到喷嘴端部的部分油墨表面上。这个热量必须在油墨表面的上方分配，而不只是在与加热器接触的那些油墨上分配。这是因为固体加热器的粘性滞后阻止与加热器直接接触的油墨移动。图2(c)表示加热器激励脉冲开始间隔为20μs在5℃的等热线。温度的升高使表面张力下降，破坏了力的平衡。当已加热了整个弯月面时，油墨开始流动。图2(d)表示加热器激励脉冲开始后20μs间隔在5℃时的等热线。油墨压力已使油墨流到一个新的弯月面位置，从打印头伸出。静电场通过伸出的导电墨滴集中起来。图2(e)表示加热器激励脉冲开始后30μs间隔+5℃的等热线，因为加热器脉冲持续时间是24μs，所以这也是在加热器脉冲结束后的6μs。由于通过氧化层的热传导以及进入流动的油墨的热传导，使喷嘴端部迅速冷却。喷嘴端部被油墨有效地“水冷”。静电吸引使墨滴开始向记录介质加速前进。如果加热器脉冲明显缩短(在此情况下，小于16μs)，则油墨就不会向打印介质加速，而会代之以返回到喷嘴。图2(f)表示加热器脉冲结束后26μs间隔+5℃时的等热线。喷嘴端部的温度现在比周围温度高不到5℃。这使得喷嘴端部附近的表面张力增大。当从喷嘴抽拉油墨的速率超过流过喷嘴的粘滞限制速率时，喷嘴端部区域中的油墨的“断面收缩”，并且所选墨滴与大量油墨分离。所选墨滴然后在外部静电场的影响下前进到记录介质。喷嘴端部的弯月面随后返回到它的静止位置，为下一个加热脉冲选择下一个墨滴作好准备。对于每个加热脉冲选择并分离一个墨滴，并在记录介质上形成一个斑点。当电控加热脉冲时，就可实现墨滴请求服务型喷墨操作。图3(a)表示自加热器激励脉冲起始时开始5μs间隔的墨滴选择循环期间的相继的弯月面位置。图3(b)是弯月面位置相对于时间的曲线，在弯月面的中心的点的移动。加热器脉冲开始10μs后进入模拟。图3(c)表示喷嘴中各点的温度相对于时间的合成曲线。图的垂直轴是温度，单位是100℃。图的水平轴为时间，单位为10μs。通过FIDAP、使用0.1μs的时间间隔来计算图3(b)所示的温度曲线。局部环境温度是30℃。图中表示3个点的温度变化A喷嘴端部这里表示在钝化层、油墨和空气之间的接触点的圆心的温度变化过程。B弯月面中点这里是喷嘴尖端和弯月面中心之间的油墨弯月面中点的圆心。C芯片表面这里是在打印头表面上距喷嘴中心20μm的一个点。温度只升高几度。这表明，可把有源电路定位在非常靠近喷嘴的位置而不会因温度升高影响有源电路的性能和寿命。图3(e)表示加到加热器的功率。优化的操作要求在加热器脉冲开始时温度急剧上升、在脉冲持续期间维持略低于油墨沸点的温度、并且在脉冲结束时温度迅速下降。为实现这一点，要在脉冲持续时间改变加到加热器上的平均能量。在这种情况下，通过0.1μs的子脉冲(其中每个子脉冲具有4nJ的能量)的脉冲频率调制来实现这种变化。加到加热器上的峰值功率是40mW，在加热器脉冲持续时间的平均功率是11.5mW。在这种情况下的子脉冲频率为5兆赫。在不明显影响打印头操作的条件下能很容易地改变这个频率。较高的子脉冲频率可以对加到加热器上的功率进行更加精细的控制。13.5兆赫的子脉冲频率是恰当的，因为这一频率也适合于把射频干扰(RFI)的效果减至最小。具有负的表面张力温度系数的油墨对油墨表面张力随温度上升而减小的要求不是主要的限制，因为绝大多数纯净液体和许多混合物都有这一性质。对于一任意的液体，有关表面张力和温度的严格方程是得不到的。但是由Ramsay和shields导出的下述经验方程对许多液体来说是令人满意的。rT=k(Tc-T-6)(Mxρ)23]]>其中，rT是在温度T的表面张力，k是一个常数，Tc是液体的临界温度，M是液体的克分子质量，x是液体的结合度，ρ是液体密度。这个方程表示当温度达到液体的临界温度时，大多数液体的表明张力下降到零。对于大多数液体，临界温度要比在大气压的沸点高出许多，所以为了以实际喷射温度附近的小的温度变化实现油墨的表面张力的大的变化，建议添加表面活性剂。表面活性剂的选择是很重要的。例如，用于感热式喷墨打印机的水基油墨通常包括异丙醇(2-丙醇)来减小表面张力和促进迅速干燥。异丙醇的沸点为82.4℃，低于水的沸点。当温度上升时，醇挥发得比水快，使醇浓度减小并且使表面张力增加。使用诸如1-己醛(沸点为158℃)之类的表面活性剂来获得相反的结果并得到随温度上升略微减小的表面张力。然而，期望得到的是随温度升高表面张力的减小相当大以把操作幅度变为最大。最好在30℃的温度范围内表面张力减小20mN/m，以实现大的操作裕度，而为实现按照本发明的打印头的操作可使用10mN/m这样小的值。具有大的-ΔrT的油墨可以使用几种方法实现表面张力随温度升高产生大的负变化。两种这样的方法是1)油墨可包含表面活性剂的低浓度溶液，该表面活性剂在环境温度下是固体，但在一个阈值温度会熔化。期望它的颗粒尺寸小于1000。对于水基油墨，适当的表面活性剂熔点在50℃和90℃之间，最好在60℃和90℃之间。2)油墨可包含具有相的反转温度(PIT)的油/水微乳胶，相的反转温度高于最高环境温度但低于油墨沸点。为了稳定，微乳胶的PIT最好高于最高非操作温度20℃或更多。适宜的PIT约为80℃。具有表面活性剂溶液的油墨可把油墨制备成在期望的操作温度范围内熔化的表面活性剂小颗粒的溶液。这样的表面活性剂的实例包括具有14至30个碳原子的羧酸，例如因为具有小颗粒尺寸的溶液的熔点通常略小于大块材料的熔点，所以最好选择羧酸的熔点，使其略高于期望的墨滴选择温度。花生酸就是一个很好的实例。这些羧酸可以以高纯度和低成本得到。所需的表面活性剂的数量极小，所以增加它们给油墨增加的成本不多。可以使用链长略加改变的羧酸的混合物把熔点扩展成一个温度范围。这样的混合物的成本略低于纯酸的成本。不必把表面活性剂的选择限制在简单的无支链的羧酸上。可以使用具有支链的、或苯基的、或其它疏水部分的表面活性剂。另外，也不必非使用羧酸不可。许多高度极化的部分(moiey)都适合于表面活性剂的亲水端。期望极化端是可在水中离解的，所以可以对表面活性剂颗粒的表面进行充电的帮助扩散并防止絮凝。对于羧酸，可通过添加碱(如氢氧化钠，或氢氧化钾)来实现这一点。带有表面活性剂溶液的油墨的制备可以先单独制备高浓度表面活性剂溶液，然后再按所需的浓度将其加到油墨中。产生表面活性剂溶液的实例过程如以下所述1)在无氧气氛中，向纯水中加入羧酸。2)加热该混合物到高于羧酸熔点的温度。使水沸腾。3)超声照射混合物，直到羧酸微粒的典型尺寸在100和1000之间时为止。4)让混合物冷却。5)从混合物顶部轻轻倒除较大的颗粒6)加一种碱(如，NaOH)以便在颗粒的表面离解羧酸分子。pH值约为8是适合的。这一步骤并非绝对必要，但有助于稳定溶液。7)离心该溶液。因为羧酸的密度低于水，所以较小的颗粒积累在离心设备的外部，较大的颗粒集中在中央。8)使用微孔过滤器过渡溶液以去除大于5000的任何颗粒。9)把该表面活性剂溶液加到油墨制品中。只要求该溶液有极稀的浓度。油墨制品还要包含染料(一种或多种)或者颜料(一种或多种)、杀菌剂、油墨导电性增强剂(如果使用静电墨滴分离的话)、湿润剂，以及其它所需的试剂。因为在墨滴喷射过程没有气泡形成，所以一般不需要消泡剂。正离子表面活性剂溶液用负离子表面活性剂溶液制成的油墨一般来说不适用于正离子染料或颜料。这是因为正离子颜料或染料可能与负离子表面活性剂絮凝或沉淀。为了能够使用正离子染料或颜料，需要正离子表面活性剂溶液。烷基胺族适合于这一目的。在下述表中表示出各种适宜的烷基胺制备阳离子表面活性剂溶液的方法基本上类似于制备阴离子表面活性剂溶液的方法，只是以酸代替碱来调节pH值平衡并增加表面活性剂颗粒上的电荷，使用HCl的合适pH值是6。微乳胶基油墨像某个温度阈值那样，实现表面张力大幅度减小的另一种方式是把油墨建在微乳胶上。用期望的喷射阈值温度附近的相的反转温度(PIT)选择微乳胶。低于PIT，微乳胶是水中油(O/W)；高于PIT，微乳胶是油中水(W/O)。在低温，形成微乳胶的表面活性剂最好是油周围的高曲率表面；在明显高于PIT的温度，表面活性剂最好是水周围的高曲率表面。在接近PIT的温度，微乳胶形成按拓扑方式连接水和油的一个连续的“海棉状结构”。有两个减小表面张力的机理。在PIT附近，表面活性剂最好是一些具有极低曲率的表面。结果，表面活性剂分子迁移到油墨/空气的界面，该界面的曲率比油乳胶的曲率小得多。这就减小了水的表面张力。高于相反转温度，微乳胶从O/W变到W/O，因此油墨/空气界面从水/空气变到油/空气。油/空气界面的表面张力较低。制备微乳胶基油墨的可能性范围很广。对于快速墨滴喷射，最好选择低粘度的油。在许多情况下，水是适宜的极性溶剂。但在某些情况下可能需要不同的极性溶剂。在这些情况下，应选择具有高表面张力的极性溶剂，从而可实现表面张力的大幅度减小。可对表面活性剂进行选择以使相反转温度在期望的范围内。例如可使用聚(氧乙烯)烷基苯基醚(乙氧化烷基酚，通式CnH2n+1C4H6(CH2CH2O)mOH)。增加m可增加表面活性剂的亲水性，增加n可增加疏水性。m值约为10并且n值约为8是适宜的。低成本的商用制品是各种克分子比的环氧乙烷基和烷基酚的聚合作用的结果，氧乙烯基的准确数目在所选平均值附近变化。这些商用制品已经足够，不需要具有特定数目氧乙烯基的高纯度的表面活性剂。这种表面活性剂的结构式是C8H17C4H6(CH2CH2O)nOH(平均n＝10)。异名包括Octoxynol-10、PEG-10辛基苯基醚、和POE(10)辛基苯基醚。HLB是13.6，熔点是7℃，始凝点是65℃。这种表面活性剂的商用制品有各种品牌名称。在下表中列出了厂家和品牌名称这些产品都可以大批量低价供应(每磅重量小于1美元；对于带有5％浓度的表面活性剂的成品微乳胶油墨，小于10美分/升。)其它适用的乙氧化烷基酚列入下表除表面张力控制外，微乳胶基油墨具有如下优点1)微乳胶是热动态稳定的，并且不会分离。因此存放时间可能极长。这对于不常使用的办公室和便携式打印机来说尤其重要。2)微乳胶用特定尺寸墨滴自然形成，不需要彻底搅拌、离心、或过渡，就可保证特定范围的乳化油滴尺寸。3)包含在油墨中的油量能够十分高，因此可以使用可溶解在油中、或可溶解在水、或者可溶解在油和水中的染料。还可以使用两种染料的混合物，其中的一种染料可溶解在水中，另一种染料可溶解在油中，从而可以获得特殊的颜色。4)可防止混油的颜料絮凝，因为它们吸附在油微滴内。5)使用微乳胶可减小不同染料颜色在打印介质的表面上混合。6)微乳胶的粘度极低。7)可减小或消除对湿润剂的要求。在微乳胶基油墨中的染料和颜料水中油类混合物的油含量可很高(可高达40％)，还可形成微乳胶。这就允许装入很多染料和颜料。可以使用染料和颜料的混合物。具有染料和颜料两者的微乳胶基油墨的实例如下1)水2)可溶于水的染料3)表面活性剂4)油5)混油的颜料下表表示可以使用的微乳胶的油和水相中的色料的9种基本组合。第9种组合，由于没有色料，可以用于打印透明涂层、紫外油墨、和有选择的辉光最亮部分。因为许多染料都是双亲的，所以当油-水边界层具有极大的表面面积时在该边界层中可溶解大量的染料。在每个相中，还可以有多种染料或颜粒，并且在每个相中还可以有染料和颜料的混合物。当使用多种染料或颜料时，最终得到的油墨的吸收光谱将是所用不同色料的吸收光谱的加权平均值。其中存在两个问题1)因为要对两种色料的吸收峰进行平均，所以吸收谱有展宽的趋势。这种展宽将使颜色“模糊不清”。为获得明亮的颜色，不仅需要根据人的感觉的颜色、而且需要根据它们的吸收光谱来仔细选择染料和颜料。2)在不同的基底上油墨的颜色可能不同。如果染料和颜料组合起来使用，在吸附性较大的纸上，因为染料能被吸附进纸内，所以染料的颜色对于打印的油墨颜色趋于具有较小的贡献，而颜料则趋于“坐在纸的顶部”(“setontop”ofthepaper)。在某些情况下这种情况可以作为优点来利用。在墨滴选择温度范围内具有克拉夫特(温度)点的表面活性剂对于离子表面活性剂存在一个温度(克拉夫特点)，低于该温度，溶解度十分低，并且溶液基本上不包含胶态离子。高于克拉夫特温度，胶态离子形成变为可能，并且表面活性剂的溶解度迅速增加。如果在一特定温度，临界胶态离子浓度(CMC)超过了表面活性剂的溶解度，那么在最大溶解度点(而不是在CMC)，将得到最小的表面张力。在克拉夫特点以下，表面活性剂通常就没有什么效果了。利用这个因素来实现表面张力的减小随温度的升高而加大。在环境温度，只有一部分表面活性剂处在溶液中。当接通喷嘴加热器时，温度升高，更多的表面活性剂进入溶液，使表面张力减小。应该利用克拉夫特点来选择表面活性剂，克拉夫特点接近于油墨升温范围的上限。这给出了在环境温度下溶液中表面活性剂的浓度与墨滴选择温度下溶液中表面活性剂的浓度之间的一个最大的余量。表面活性剂的浓度应近似等于在克拉夫特点的CMC。表面张力以此方式减小到升高的温度下的一个最大量，并且减小到环境温度下的一个最小量。下表表示克拉夫特点在期望范围内的某些在市场上可以得到的表面活性剂。在墨滴选择温度范围内有始凝点的表面活性剂利用聚氧乙烯(POE)链的非离子型表面活性剂可用来产生表面张力随温度升高而下降的油墨。在低的温度，POE链是亲水的，并且维持表面活性剂在溶液中。随着温度的升高，围绕分子的POE部分构成的水受到扰动，并且使POE部分变为疏水性。在较高的温度，表面活性剂受到水的排斥越来越大，在空气/油墨界面处导致表面活性剂的浓度的增加，从而降低了表面张力。非离子型表面活性剂的POE部分变为亲水性的温度与该表面活性剂的始凝点相关连。因为始凝点一般超过100℃，所以POE链本身是非常不适用的。聚氧丙烯(POP)可在POE/POP嵌段共聚物中与POE组合起来，以降低POE链的始凝点而又不会在低的温度下引入很强烈的疏水性。可以得到对称的POE/POP嵌段共聚物的两个主要的构型。它们是1)在分子的两端，具有POE链段、并在分子的中心具有POP链段的表面活性剂，例如poloxamer类表面活性剂(属CAS9003-11-6类)2)在分子的两段具有POP链段、并在分子的中心具有POE链段的表面活性剂，例如meroxapol类表面活性剂(属CAS9003-11-6类)在下述的表中表示出在室温下具有高表面张力的某些在市场上可以购得的poloxamer和meroxapol种类，以及40℃以上100℃以下的始凝点。使用众所周知的技术可很容易合成其它各类的poloxamer和meroxapol。期望的特性是尽可能高的室温表面张力、和40℃-100℃之间的并且最好是60℃-80℃之间的始凝点。Meroxapol〔HO(CHCH3CH2O)x(CH2CH2O)Y(CHCH3CH2O)ZOH〕类(其中平均的x和z约为4，且平均的y约是15)可能是适宜的。如果用盐来提高油墨的导电性，则应该考虑盐对表面活性剂始凝点的作用结果。通过打断水的结构的离子(如，I-)可提高POE表面活性剂的始凝点，因为这将使更多的水分子可用来形成与POE氧孤对结合的氢链。通过形成水结构的离子(如，Cl-，OH-)可减小POE表面活性剂的始凝点，因为较少的水分子可用来形成氢链。溴化物离子具有相对较小的效果。通过改变嵌段共聚物表面活性剂中POE和POP链的长度，并且通过改变为提高导电性而加入的盐的选择对象(如，Cl-到Br-到I-)，就可以在期望的温度范围“调谐”油墨组分。NaCl可能是提高油墨导电性的盐的最佳选择，因为它的成本低并且无毒性。NaCl会使非离子型表面活性剂的始凝点略微降低一点。热熔油墨在室温下油墨不必是液态。通过把打印头和油墨罐加热到高于油墨熔点的温度就可以使用固体“热熔”油墨。必须确定热熔油墨的组分，使热熔的油墨的表面张力能随温度的升高而减小。大约2mN/m的减小是使用腊和其它基底的许多这样的制品的典型值。然而，为了在依靠表面张力的减小而不是粘度的减小时实现良好的操作裕度，期望的表面张力减小约为20mN/m。因为水基油墨受到水的沸点的限制，所以对于热熔油墨的静止温度和墨滴选择温度之间的温差可能大于对于水基油墨的这个温差。油墨在静止温度必须是液态。静止温度应高于例如打印页可能碰到的最高环境温度。静止温度还应该尽实际可能地低，以减小加热打印头所需的功率，并且在静止温度和墨滴喷射温度之间提供最大的余量。在60℃和90℃之间的静止温度一般是适合的，当然，还可以使用其它温度。墨滴喷射温度在60℃和200℃之间一般来说是适宜的。加大表面张力随温度升高而减小的方法有多种。1)弥散表面活性剂的微细颗粒，它的熔点要明显高于静止温度但又要明显低于墨滴喷射温度，可将其在液相中时加到热熔油墨中。2)具有PIT的一种极化的/非极化的微乳胶，该PIT最好高出极化和非极化化合物这两者的熔点至少20℃。为实现表面张力随温度上升大幅度减小，期望热熔油墨载体在静止温度具有相当大的表面张力(大于30mN/m)。一般来说，这就排除了烷烃，如腊。适合的材料一般具有很强的分子内吸力，通过多个氢链，例如熔点为88℃的多元醇(如Hexanetetrol)，就可得到这种材料。各种溶液的表面张力减小图3(d)表示包含下列添加剂的各种水性制品的表面张力和温度的关系的测量结果1)硬脂酸溶液2)棕榈酸溶液3)Pluronic10R5(BASF的商标)溶液4)PluronicL35(BASF的商标)溶液5)PluronicL44(BASF的商标)溶液在下述澳大利亚专利说明书中描述了适用于本发明的打印系统的油墨，这里参考引用了它们公开的内容；《以微乳状液为基础的油墨组分》(‘Inkcompositionbasedonamicroemulsion’)(申请号PN5223，1995年9月6日提交)；《含有表面活性剂溶胶的油墨组分》(‘Inkcompositioncontainingsurfactantsol’)(申请号PN5224，1995年9月6日提交)；《适用于DOD打印机的克拉夫特点接近墨滴选择温度溶胶的油墨组分》(‘InkcompositionforDODprinterswithKrafftpointnearthedropselectiontemperaturesol’)(申请号PN6240，1995年10月30日提交)；《以微乳状液为基础的油墨中的染料和颜料》(‘Dyeandpigmentinamicroemulsionbasedink’)(申请号PN6241，1995年10月30日提交)。利用粘度减小的操作作为第二个实例，按以下所述进行利用热致粘度减小和接近式墨滴分离的实施例的操作，其中结合使用热熔油墨。打印机操作之前，让固体油墨在罐64中熔化。罐、油墨至打印头的通道、油墨沟道75、和打印头50都维持在油墨100为液体、但有相当大粘度(例如，约100厘泊(CP))的温度。油墨100通过油墨的表面张力保持在喷嘴内。油墨100的配制要使油墨的粘度随温度升高而减小。油墨压力的振荡频率是墨滴从喷嘴喷射的频率的整数倍。油墨压力振荡在喷嘴端部引起油墨的半月面振荡，但由于油墨的粘度很大，所以该振荡很小。在正常的操作温度，这些振荡的幅度不足以引起墨滴分离。当激励加热器103时，使形成所选墨滴的油墨加热，使油墨的粘度减小到最好小于5cP的一个数值。在油墨压力循环的高压部分期间，粘度的减小将使油墨的弯月面进一步移动。把记录介质51安排得充分靠近打印头50，使所选墨滴接触记录介质51，但还要把记录介质51安排得充分远，使未被选中的墨滴不会接触记录介质51。在选中的墨滴部分与记录介质51接触时，该墨滴部分迅速冷下来，并附着到记录介质上。随着油墨压力的下落，油墨开始返回到喷嘴内。大量油墨(油墨体)与在记录介质上冷却的油墨分开。然后，在喷嘴端部的油墨的弯月面返回到低幅度振荡。随着剩余热量耗散到大量(块)油墨和打印头上时，油墨的粘度又增大到静止水平。对于每个加热脉冲，一个墨滴被选择、分离，并在记录介质51上形成一个斑点。因为加热脉冲是电控的，所以可以实现墨滴请求服务型喷墨操作。在1995年4月12日提交的下列澳大利亚专利说明书中描述了按本发明的单块式打印头的制造方法，在这里参照引用了它们的公开内容《整体的液体油墨容错打印头》(‘AmonolithicLIFTprintinghead’)(申请号PN2301)；《整体的液体油墨容错打印头的制造工艺》(‘AmanufacturingprocessformonolithicLIFTprintingheads’)(申请号PN2302)；《用于液体油墨容错打印头的自对准头》(‘Aself-alignedheaterdesingforLIFTprintheads’)(申请号PN2303)；《集成的四色液体油墨容错打印头》(‘IntegratedfourcolorLIFTprintheads’)(申请号PN2304)；《整体的液体油墨容错打印头中的电源条件的降低》(‘PowerrequirementreductioninmonolithicLIFTprintingheads’)(申请号PN2305)；《采用各向异性湿法刻蚀的整体的液体油墨容错打印头的制造工艺》(‘AmanufacturingprocessformonolithicLIFTprintheadsusinganisotropicwetetching’)(申请号PN2306)；《整体的墨滴请求服务型打印头的喷嘴位移》(‘Nozzleplacementinmonolithicdrop-on-demandprintheads’)(申请号PN2307)；《整体的液体油墨容错打印头的加热器结构》(‘HeaterstructureformonolithicLIFTprintheads’)(申请号PN2346)；《整体的液体油墨容错打印头的电源连接》(‘PowersupplyconnectionformonolithicLIFTprintheads’)(申请号PN2347)；《邻近型液体油墨容错打印头的外连接》(‘ExternalconnectionsforProximityLIFTprintheads’)(申请号PN2348)；和《整体的液体油墨容错打印头的自对准制造工艺》(‘Aself-alignedmanufacturingprocessformonolithicLIFTprintheads’)(申请号PN2349)；和《液体油墨容错打印头的CMOS工艺制造》(‘CMOSprocesscompatiblefabricationofLIFTprintheads’)(申请号PN5222，1995年9月6日提交)；《具有喷咀圈加热器的液体油墨容错打印头的制造工艺》(‘AmanufacturingprocessforLIFTprintheadswithnozzlerimheaters’)(申请号PN6238，1995年10月30日提交)；《调制器液体油墨容错打印头》(‘AmodularLIFTprinthead’)(申请号PN6237，1995年10月30日提交)；《增加打印喷咀的充料密度的方法》(‘Methodofincreasingpackingdensityofprintingnozzles’)(申请号PN6236，1995年10月30日提交)；以及《减少同时打印的墨滴间的静电相互作用的喷咀分布》(‘Nozzledispersionforreducedelectrostaticinteractionbetweensimultaneouslyprinteddroplets’)(申请号PN6239，1995年10月30日提交)。打印头的控制在下述的1995年4月12日提交的澳大利亚专利说明书中描述了在本发明的打印头中提供页图象数据和控制打印头温度的方式，在这里参考引用了它们公开的内容《液体油墨容错打印头的集成驱动电路》(‘IntergrateddrivecircuitryinLIFTprintheads’)(申请号PN2295)；《液体油墨容错打印中的喷咀清洁程序》(‘AnozzleclearingprocedureforLiquidInkFaultTolerant(LIFT)printing’)(申请号PN2294)；《液体油墨容错打印系统中的加热器温度功率补偿》(‘HeaterpowercompensationfortemperatureinLIFTprintingsystems’)(申请号PN2314)；《液体油墨容错打印系统中的加热器功率对热滞的加热器功率补偿》(‘HeaterpowercompensationforthermallaginLIFTprintingsystems’)(申请号PN2315)；《液体油墨容错打印系统中的对打印密度的加热器功率补偿》(‘HeaterpowercompensationforprintdensityinLIFTprintingsystems’)(申请号PN2316)；《打印头的温度脉冲的精确控制》(‘Accuratecontroloftemperaturepulsesinprintingheads’)(申请号PN2317)《整体的液体油墨容错打印头中的数据分布》(‘DatadistributioninmonolithicLIFTprintheads’)(申请号；PN2318)；《液体油墨容错打印系统中的页面图象和容错路由装置》(‘PageimageandfaulttoleranceroutingdeviceforLIFTprintingsystems’)(申请号PN2319)；和(液体油墨容错打印头的可遥控的加压液体油墨盒‘AremovablepressurizedliquidinkcartridgeforLIFTprinters’)(申请号PN2320)。打印头的图象处理本发明的打印系统的目的旨在获得使用胶印印刷的人们所能承受的彩色出版物那样的印刷质量。为此，要使用约1600dpi(点数/英寸)的打印分辨率。但1600dpi打印实现起来非常困难和昂贵。但，若对于青色和晶红色使用每个象素2位，并且对于黄色和黑色使用每个象素1位，就可利用800dpi实现类似的结果。这种彩色模型这里称之为CC’MM’YK。如还需要进行高质量的单色图象复印，则对于黑色还可使用每个象素两位。这种彩色模式这里称之为CC’MM’YKK’。在下述1995年4月12日提交的澳大利亚专利说明书中描述了适用于本发明的系统和其它一些打印系统的彩色模式、网点阶调、数据压缩、和实时扩大系统，在这里参照引用了它们公开的内容《两水平彩色打印用的四水平油墨装置》(‘Fourlevelinksetforbi-levelcolorprinting’)(申请号PN2339)；《页面图象的补偿系统》(‘Compressionsystemforpageimages’)(申请号PN2340)；《用于压缩的页面图象的实时膨胀装置》(‘Real-timeexpansionapparatusforcompressedpageimages’)(申请号PN2341)；and《数字采用打印头的高容量压缩的文件图象存贮》(‘Highcapacitycompresseddocumentimagestoragefordigitalcolorprinters’)(申请号PN2342)；《改进的文本JPEG压缩》(‘ImprovingJPEGcompressioninthepresenceoftext’)(申请号PN2343)；《压缩的页面图象的扩展和半色调装置》(‘Anexpansionandhalftoningdeviceforcompressedpageimages’)(申请号PN2344)；and《图象半色调的改进》(‘Improvementsinimagehalftoning’)(申请号PN2345)。按本发明的打印头的应用本发明的打印设备和方法有很宽的适用范围，其中包括(但不限于)以下各项彩色和单色的办公室打印，小量数字打印，高速数字打印，工艺彩色打印，现场彩色打印，胶印机辅助打印，使用扫描打印头的低成本打印机，使用页宽度打印头的高速打印机，便携式彩色和单色打印机，彩色和单色复印机，彩色和单色传真机，组合式打印机，传真和复印设备，标签打印，大格式绘图机，照像复制，数字式照像处理的打印机，加入数字式“即影”(一步成像)照相机中的便携式打印机，视频打印，光CD图象的打印，用于“个人数字式助理器”的便携式打印机，壁纸打印，室内标记打印，广告牌打印，和织物打印。在下述1995年4月12日提交的澳大利亚专利说明书中描述了基于本发明的打印系统，在这里参考引用了它们公开的内容《具有高容量数字页面图象存贮的高速彩色办公室打印机》(‘Ahighspeedcolorofficeprinterwithahighcapacitydigitalpageimagestore’)(申请号PN2329)；《具有高容量数字页面图象存贮的短程数字彩色打印机》(‘Ashortrundigitalcolorprinterwithahighcapacitydigitalpageimagestore’)(申请号PN2330)；《采用液体油墨容错打印技术的数字彩色印刷机》(‘AdigitalcolorprintingpressusingLIFTprintingtechnology’)(申请号PN2331)；《模块数字印刷机》(‘Amodulardigitalprintingpress’)(申请号PN2332)；《高速数字织物打印机》(‘Ahighspeeddigitalfabricprinter’)(申请号PN2333)；《彩色图象复印系统》(‘Acolorphotographcopyingsystem’)(申请号PN2334)；《采用液体油墨容错打印系统的高速彩色复印机》(‘AhighspeedcolorphotocopierusingaLIFTprintingsystem’)(申请号PN2335)；《采用液体油墨容错打印技术的小型彩色复印机》(‘AportablecolorphotocopierusingLIFTprintingtechnology’)(申请号PN2336)；《采用液体油墨容错打印系统的图象处理系统》(‘AphotographprocessingsystemusingLIFTprintingtechnology’)(申请号PN2337)；《采用液体油墨容错打印系统的普通纸传真机》(‘AplainpaperfacsimilemachineusingaLIFTprintingsystem’)(申请号PN2338)；《具有集成的打印机的光盘CD系统》(‘APhotoCDsystemwithintegratedprinter’)(申请号PN2293)；《采用液体油墨容错打印技术的彩色绘图机》(‘AcolorplotterusingLIFTprintingtechnology’)(申请号PN2291)；《具有集成的液体油墨容错彩色打印系统的笔记本电脑》(‘AnotebookcomputerwithintegratedLIFTcolorprintingsystem’)(申请号PN2292)《采用液体油墨容错打印系统的小型打印机》(‘AportableprinterusingaLIFTprintingsystem’)(申请号PN2300)；《具有在线时基询问和定型杂志打印》(‘Faxmachinewithon-linedatabaseinterrogationandcustomizedmagazineprinting’)(申请号PN2299)；《微型彩色打印机》(‘Miniatureportablecolorprinter’)(申请号PN2298)；《具有液体油墨容错打印系统的彩色视频打印机》(‘AcolorvideoprinterusingaLIFTprintingsystem’)(申请号PN2296)；和《使用液体油墨容错打印系统的集成化打印机、复印机、扫描仪和传真机》(‘Anintegratedprinter，copier，scanner，andfacsimileusingaLIFTprintingsystem’)(申请号PN2297)。打印头对环境条件的补偿期望墨滴请求服务型打印系统具有一致的并且可预计的墨滴大小和位置。不期望墨滴尺寸和位置的变化将引起最终的打印件光密度的变化，降低感觉到的打印质量。为了将这些效果减小到不太明显的水平，可对许多环境变量进行补偿。通过改变加到喷嘴加热器上的功率，就可对某些因素进行有效的补偿。对于一个打印头实施例的最佳温度分布图包括在喷嘴端部有效区温度瞬时升高到喷射温度、在脉冲持续时间维持该区在喷射温度、然后该区瞬时冷却到环境温度。由于在按本发明所制造的喷嘴中使用的各种材料有蓄热能力和导热性，所以不能实现这一最佳分布。但，通过使用打印头的有限元件模拟的迭代加细计算导出的曲线对功率脉冲整形，就可实现性能改进。通过各种技术都可随时改变加到加热器上的功率，这些技术包括(但不限于)1)改变加到加热器上的电压；2)调制一系列短脉冲的宽度(PWM)3)调制一系列短脉冲的频率(PFM)为了获得准确的结果，需要进行用自由表面模型的瞬态流体动态模拟，这是因为油墨中的对流、以及油墨的流动都会明显影响由特定的功率曲线得到的温度。实际的作法是，通过在打印头基片上加入适当的数字电路来逐个控制加到每个喷嘴上的功率。实现这一设想的一种方式是“散播”一系列不同的脉冲系列，使它们穿过打印头芯片，并且使用多路转换电路为每个喷嘴选择一个适宜的脉冲系列。在表“对环境因素的补偿”中列出了可以补偿的环境因素的实例。该表给出了对哪些环境因素进行了全部的(对整个打印头)、每个芯片(对于一个多芯片组合的打印头中的每个芯片)、以及每个喷嘴的补偿。对于环境因素的补偿大部分应用场合不需要对所有这些变量进行补偿。某些变量的作用也极小，只在需要极高的图象质量时才需要补偿。打印头驱动电路图4是表示按本发明的实例打印头驱动电路的电操作的示意方块图。该控制电路利用了加到打印头的电源电压的模拟调制以实现加热器的功率调制，不是对加到每个喷嘴的功率进行逐个的控制。图4所示的方块图用于使用800dpi页宽度打印头的系统，打印使用CC’MM’YK彩色模型的工艺彩色。打印头50总共有79488个喷嘴，39744个主喷嘴和39744个多余喷嘴。把主喷嘴和多余喷嘴都分成6种颜色，每种颜色又分成8个驱动状态。每个驱动状态都有一个移位寄存器，该移位寄存器把来自打印头控制器ASIC400的串行信号转换成并行信号，用于允许打印头驱动电路操作。总共有96个移位寄存器，每个移位寄存器都为828个喷嘴提供数据。每个移位寄存器都由828个移位寄存器级217组成，级217的输出通过与非门215与相选通信号逻辑与。与非门215的输出驱动一个反相缓冲器216，缓冲器216又控制驱动晶体管201。驱动晶体管201驱动电热式加热器200，该加热器200可以是如图1(b)所示的加热器103。为了在选通脉冲期间保持移位的数据有效，要停止至移位寄存器的时钟，通过时钟制动器218使选通脉冲有效，为清楚起见将制动器218表示成单个的门，但它最好是多种无假信号(glitchfree)，时钟控制电路中的任何一个。因为移位寄存器的时钟停止了，所以不再需要打印头中的并行数据锁存，但对HeadControlASIC400中的控制电路增加了一定的复杂性。根据故障状总线的适当信号的状态，数据路由器219把数据送到主喷嘴或送到多余喷嘴。图4中所示打印头是简化了的，没有表示出改善生产效率的各种装置，如块故障容错。由这里公开的设备能够很容易地导出用于不同配置的打印头的驱动电路。在负面或区段存贮器1513中存贮代表要印在记录介质上的圆点图案的数字信息，存贮器1513可以和图1(a)中的图象存贮器72相同。使用由地址多路转换器417选择的地址和由存贮器接口418产生的控制信号，从页面或区段存贮器1513读出代表一种颜色的点的32位字中的数据。这些地址是由地址产生器411产生的，它形成“每种颜色电路”410的一部分，对于b种颜色分量中的每一种都存在一个电路410。这些地址是根据喷嘴相对于打印介质的位置产生的。因为对于不同的打印头喷嘴的这个相当位置可能是不同的，所以地址产生器411最好是可编程的。地址产生器411在正常情况下产生相应于主喷嘴的位置的地址。但在出现故障喷嘴时，可在故障图RAM412中标记出包含故障的喷嘴的堵塞位置。在打印该页面时读出故障图RAM412。如果存贮器表示出有喷嘴堵塞的故障，则要改变地址，使地址产生器411产生对应于多余喷嘴位置的地址。通过锁存器413锁存从页面或区段存贮器1513读出的数据，并通过多路转换器414把该数据转换成4个依次排列的字节。调节这些字节的定时关系，使它们和代表通过FIFO415的其他颜色的数据的定时关系一致。这个数据然后由缓冲器430缓冲，形成至打印头50的48位主数据总线。因为打印头距打印头控制器ASIC可能有相当长的距离，所以要对这个数据进行缓冲。来自故障图RAM412的数据还要形成至FIFO416的输入。这个数据的定时关系要和FIFO415的数据输出关系一致，并且要由缓冲器431缓冲以形成故障状态总线。可编程电源320为打印头50提供功率。电源320的电压由DAC313控制，DAC313是一个RAM和DAC组合(RAMDAC)316的一部分。RAMDAC316包含一个双端口的RAM317。通过微控制器315给双端口RAM317的内容编程。通过改变双端口RAM317的内容可对温度进行补偿。这些数值是根据由感热式传感器300检测到的温度通过微控制器315计算出来的。感热式传感器300的信号连接到模/数转换器(ADC)311。ADC311最好包含在微控制器315中。打印头控制器ASIC400包含用于热滞后补偿和打印密度的控制电路。热滞后补偿要求加到打印头50的电源电压是与加到加热器的允许脉冲同步的随时间迅速变化的电压。为此，要对可编程电源320编程以产生这个电压。根据从双端口RAM317读出的数据，DAC313产生模拟的随时间变化的编程电压。按照计数器403产生的地址读出该数据。计数器403在一个选通脉冲周期期间产生一个完整的地址循环。因为计数器403是由系统时钟408计时的，并且使用计数器403的最大计数计时选通计数器404，所以可以保证这种同步。选通计数器404的计数由解码器405解码，并由缓冲器432缓冲，以产生用于打印头50的选通脉冲。计数器403可以包括一个预定标器，其条件是该计数的状态数要小于一个选通脉冲内的时钟周期数。16个电压状态就足够精确补偿加热器的热滞后。通过在计数器403和双端口RAM317之间进行四位的连接，就可以规定这16个状态。但这16个状态可能不是按时间线性分开的。为了允许这些状态存在非线性的定时关系，计数器403还可包括一个ROM或其它的器件，以使计数器403能按非线性方式计数。此外，还可以使用数目小于16的状态。对于打印密度的补偿，通过计数在每个选通周期内要被打印墨滴的象素数目(“on”的象素)来检测打印密度。通过“on”象素计数器402计数on象素。对于8个选通阶段的每一个都有一个on象素计数器402。在按本发明的打印头中的选通阶段的数目取决于特定的设计。尽管没有选通阶段数目一定是2的乘方的要求，但4，8，和16都是很方便的数。on象素计数器402可由组合逻辑象素计数器420组成，计数器420能确定少量数据中有多少位是接通的。然后用加法器421和累加器422累加这个数目。锁存器423保持累加的值在选通脉冲持续时间内有效。多路转换器401选择由选通计数器404确定的、对应于现行选通阶段的、锁存器423的输出。多路转换器401的输出形成双端口RAM317的地址的一部分。“on”象素数目的确切计数是不必要的，这个计数的4个最高有效位就已足够。把4位热滞后补偿地址与4位打印密度补偿地址组合起来，这意味着双端口RAM317有一个8位的地址。这就是说，双端口RAM317包含256个数，它们是在一个2维的阵列内。这两维是时间(热滞后补偿)和打印密度。还可以包括一个第三维温度。由于打印头的环境温度变化缓慢，所以微控制器315有足够的时间去计算在当前的温度下补偿热滞后和打印密度的由256个数组成的矩阵。微控制器周期性地(例如，每秒几次)检测当前的打印头温度并计算该矩阵。对打印头50的时钟由打印头时钟产生器407由系统时钟408产生，并且被缓冲器406缓冲。为便于检验打印头控制器ASIC，还可包括JTAG检验电路499。与感热式喷墨技术的比较在表格“感热式喷墨和本发明之间的比较”中对按本发明的打印的各个方面和感热式喷墨打印技术作了比较。在本发明和感热式喷墨技术之间进行了直接的比较，因为两者都是墨滴请求服务型系统，都是使用感热式致动器和液体油墨操作的，虽有它们似乎相似，但两种技术的操作原理不同。感热式喷墨打印机利用了下述基本操作原理。通过电阻加热产生的热脉冲导致气泡在液体油墨中急速形成。使油墨过热，就可实现快速、一致的气泡的形成，因此在气泡成核完成以前必须向油墨传输足够多的热量。对于水基油墨，需要约为280℃-400℃的油墨温度。气泡的形成引起了压力波，迫使来自喷口的墨滴具有很高的速度。然后气泡塌陷，从墨罐抽出油墨重新填充喷嘴。感热式喷墨技术由于喷嘴填充密度高、并且使用了非常成熟的集成电路制造技术，所以获得了巨大的商业成功。但感热式喷墨打印技术面临着严重的技术难题，包括多个部件的精密制造、器件的效率、图象分辨率、“胡椒”噪声、打印速度、驱动晶体管功率，浪费的功率耗散，伴生墨滴形成，热应力、微小的热膨胀、合成油层、空隙腐蚀、精馏扩散，以及油墨配制中的困难。和感热式喷墨打印相比；按本发明的打印有许多优点，完全消除了或基本上消除了感热式喷墨技术的许多固有的问题。感热式喷墨和本发明的比较效率和故障容错在大多数情况下，单块集成电路如果在制造时不完全正常就不能再修复了。从单位长度晶片生产出可操作的器件的百分数称之为效率。效率对制造成本有直接影响。以5％的效率得到的器件比以50％的效率制造的同一器件的成本高10倍。有三个主要效率测量值1)制造效率2)晶片种类效率3)最后检验效率对于大型模具，晶片种类效率一般来说对总效率的限制是最大的。按本发明的全页宽度彩色打印头与典型的VLSI电路相比是极大的。好的晶片种类效率对这种打印头的成本有效制造来说是至关重要的。图5是本发明的单块全宽度彩色A4打印头实施例的晶体种类效率对缺陷密度的曲线图。该打印长是215mm长×5mm宽。Murphy方法是广泛使用的效率预计方法，按此方法计算非故障容错198。对于每平方厘米一个故障的故障密度，Murphy方法预计出的效率小于1％。这就是说，它制造出来的99％打印头必须报废。这样低的效率是非常不理想的，因为打印头制造成本非常高，不可接受。Murphy方法还能近似得到缺陷不均匀分布的结果。图5还包括非故障容错效率曲线197，效率曲线197通过引入缺陷群聚因子明显模拟缺陷群。缺陷群聚因子不是制造过程中的可控参数，而是制造过程的一个特征。期望制造过程的缺陷群聚因子约为2，在这种情况下，效率的投影与Murphy方法紧密符合。对低效率问题的解决方案是在芯片上用多余的功能单元取代故障的功能单元，从而引入故障容错。在存贮器芯片和大多数圆片规模集成(WSI)器件中，芯片上多余子单元的物理位置不是很重要的。但在打印头中，多余子单元可能包含一个或多个打印致动器。它们相对于打印的页必须有一个固定的空间关系。为了能够在和出故障的致动器位置相同的位置上打印一个圆点，多余的致动器不得沿非扫描方向移动。但是，可以用沿扫描方向移动的多余的致动器取代出故障的致动器。为了保证多余的致动器能在和出故障的致动器相同的位置打印圆点，可以改变多余的致动器的定时数据以补偿沿扫描方向的移动。为了能够替换所有的喷嘴，必须有一整套备用喷嘴，这将产生100％的冗余度。100％冗余度的要求一般要占用超过两倍的芯片区域，大大地减小了替换多余单元之前的原来的效率，使故障容错的大部分优点不复存在。但是，对于按本发明的打印头实施例，通过要打印的页宽度、打印头芯片的易脆性，以及对制造向芯片的背面提供油墨的油墨沟道的限制来确定打印头芯片的最小物理尺寸。对于打印A4尺寸纸的一个全宽度全彩色打印头的最小物理尺寸约为215mm×5mm。这个尺寸允许当使用1.5μmCMOS制造技术时包括100％冗余度而不会明显增加芯片面积。因此，可以包括高水平的故障容错而不会明显减小原来的效率。当在器件中包括故障容错时，就不可能使用标准的效率方程。相反，必须具体分析故障容错的程度和机制，并将它们包括在方程中。图5表示一个全宽度彩色A4打印头的故障容锗种类效率199，它包括了各种形式的故障容错，它的模型已包括在效率方程中。这个曲线表示投影的效率与缺陷密度和缺陷群聚这两者之间的关系。图5中所示的效率投影表明，彻底实施的故障容错可把晶片种类效率在相同制造条件下从不到1％增加到超过90％。这可使制造成本减少100倍。强烈推荐使用故障容错来改善包含数千个打印喷嘴的打印头的效率和可靠性，从而使页宽度打印头实际可用。然而，故障容错不是本发明的主要部分。在下列1995年4月12日提交的澳大利亚专利说明书中描述了墨滴请求服务型打印系统中的故障容错，这里参考引用了它们所公开的内容《打印机构中的集成容错》(‘Integratedfaulttoleranceinprintingmechanisms’)(申请号PN2324)；《集成打印头中的块容错》(‘Blockfaulttoleranceinintegratedprintingheads’)(申请号PN2325)；《集成打印头中的容错喷咀复制》(‘Nozzleduplicationforfaulttoleranceinintegratedprintingheads’)(申请号PN2326)；《打印头中的错误喷咀检测》(‘Detectionoffaultynozzlesinprintingheads’)(申请号PN2327)；《高容量印刷机中的容错》(‘Faulttoleranceinhighvolumeprintingpresses’)(申请号PN2328)。打印系统实施例图6表示使用本发明的打印头的数字式电子打印系统的示意图。其中，表示一单块打印头50打印由射向记录介质51的多个墨滴构成的图象60。这个介质一般是纸，但也可以是架起来的透明膜、布、或可接受墨滴的许多其它的基本平直的表面。通过图象源52提供要打印的图象，该图象可以是任何一种能够转换成两维象素阵列的图象类型。典型的图象源是图象扫描器、数字式存贮的图象、按照页面描述语言(PDL)编码的图象(如，AdobePostscript，AdobePostscriptLevel2，或Hewlett-PackardPCL5)、由基于过程调用的光栅产生器(rasterizer)产生的页面图象(如AppleQuickDraw，AppleQuickdrawGx，或MicrosoftGDI)、或者以电子形式的原文(如，ASCII)。然后通过图象处理系统53把这个图象数据转换成适合于特定打印系统的两维的象素阵列。图象可以是彩色的或单色的，该数据一般在每个象素1位和32位之间，这取决于图象源和打印系统的技术指标。若源图象是页面描述，则图象处理系统可以是一个光栅图象处理器(RIP)；或者，若源图象来自扫描器，则图象处理系统可以是一个两维的图象处理系统。如果要求连续色调图象，则半色调系统54是必要的。适宜类型的半色调是基于扩散的圆点的依次的高频抖动或错误的扩散。通常称之为随机加网或频率调制加网的这些变化是适宜的。通常用于胶印的半色调系统(顺序的群聚圆点高频抖动)并不是推荐的系统，因为使用这种技术不必要地浪费了有效的图象分辨率。半色调系统的输出是具有本发明的打印系统的分辨率的二进制单色或彩色图象。通过数据相位电路55(可以集成在图4所示的打印头控制器ASIC400中)来处理该二进制图象，电路55以正确的顺序向数据移位寄存器56提供象素数据。要求数据的顺序能够补偿喷嘴的排列和纸的移动。当已把数据装入移位寄存器56时，把数据并行地提供给加热器驱动电路57。驱动电路57在正确的时间用脉冲成形电路61和电压调节器62产生的电压脉冲电连接相应的加热器58。加热器58加热喷嘴59的端部，影响了油墨的物理特征。墨滴60以对应于加到加热器驱动电路的数字脉冲的图案从喷嘴逸出。通过压力调节器63调节墨罐64中油墨的压力。选中的墨滴60通过所选的墨滴分离方式从大量的油墨中分离出来，并与记录介质51接触。打印期间，输纸系统65相对于打印头50连续移动记录介质51。如果打印头50是记录介质51的打印区的全宽度，则只需沿一个方向移动记录介质51，并且打印头可保持固定。如果使用较小的打印头，则必须用一个光栅扫描系统。为此，一般沿记录介质51的短边扫描打印头，同时沿其长边移动记录介质51。喷嘴动态的计算机模拟通过计算机已对按本发明的打印头的操作细节作了大范围的模拟。图8-18是借助于表面张力减小采用电热式墨滴选择并结合静电墨滴分离的优选喷嘴实施例操作的实例模拟结果。计算机模拟在确定难以直接观察的现象的特征的过程中是极有用的。喷嘴操作难以用实验观察到的原因有以下几个，其中包括1)有用的喷嘴是微小的，重要的现象只发生在小于1mm的尺寸；2)墨滴喷射的时间刻度是几个微秒，需要极快速度的观察；3)重要的现象发生在不透明的固体材料的内部，使直接观察不可能；4)某些重要的参数，如热流和流体速度矢量场，以任何量度都难以直接观察；5)实验的喷嘴的制造费用高。计算机模拟解决了上述难题。用于流体动力学模拟的引导软件信息包是FIDAP，由美国、Illinois的FluidDynamicsInternationalInc.生产。FIDAP是FDI登记的一个商标。还可以通过商业途径得到其它的模拟程序，但选择FIDAP是因为它在瞬态流体动力学、能量输送、以及表面张力计算中的高精度。所用的FIDAP版本是FIDAP7.51。这些模拟组合了能量输送和流体动力学的各个方面。因为实例喷嘴是圆柱形式，所以采用了轴对称的模拟。共有4个不同于圆柱形式的方案。它们是至加热器的连接、由纸的运动引起的片层空气流、重力(如果打印头不是竖直的话)、以及基片中存在相邻的喷嘴。这些因素对墨滴喷射的影响效果都很微小。为了获得利用FIDAP7.51对于微秒级瞬变过程、微米级大小，瞬变自由表面模拟随可变表面张力的收敛结果，必须使模拟无量纲化。因为和墨滴选择有关的大多数现象都发生在喷嘴端部区，所以只对喷嘴端部区进行模拟。这个模拟从喷嘴对称轴向外到40μm的距离。在模拟开始，整个喷嘴和油墨处在设备的环境温度，在此情况下为30℃。在操作期间，设备的环境温度略高于周围空气温度，因为在许多墨滴喷射的周期后才达到基于打印密度的一个平衡温度。墨滴带走了每个墨滴选择的大部分能量。由于硅的导热性高并且由于在油墨中有对流，所以喷嘴中剩余的能量极其均匀地分布在各次墨滴喷射之间。模拟的喷嘴的几何条件图7表示在这种模拟中模拟的优选喷嘴实施例的几何条件和尺寸。在一个单晶硅基片2020上制造成喷嘴。该基片有一个外延的掺硼硅层2018，用作喷嘴制造期间的蚀刻阻挡层。外延硅层2019设有一个有源的基片，用于制造CMOS驱动晶体管和数据分配电路。在这一基片上，淀积几层CMOS工艺。它们是感热氧化物层2021；第一中间电平氧化物层2022、第一电平金属2023、第二中间电平氧化物层2024、第二电平金属2025、和钝化氧化物层2026。晶片的随后工艺是形成喷嘴和加热器。这些结构包括有效加热器2027(a)、由“备用”加热器材料2027(b)形成的ESD屏蔽、和氮化硅钝化层2028。加热器在从各种氧化物层蚀刻的窄“凸缘”的顶部。该凸缘用于减小加热器周围的材料的“热团”，并且用于防止油墨穿过打印头表面流掉。该打印头填充的是导电的油墨2031。采用与油墨电接触的一个电极和位于记录介质后面的另一个电极把电场加到打印头上。喷嘴直径为8μm，该图是按比例制图。计算的理论基础在FDI出版的FIDAP7.0理论手册(1993年4月)中详细地描述了使用有限元件方法进行流体动力学和能量传输计算的理论基础、和将这一理论基础应用到FIDAP计算机程序的方式，这时参照引用了其中公开的内容。材料特征在下述表格“用于FIDAP模拟的材料的性质”中给出了可用于制造按本发明的复印头的材料的近似物理性质。在该模拟中使用的“油墨”的性质是具有25％颜料填料的水基油墨的性质。该油墨包含由棕榈酸(16酸)的细微颗粒组成的悬浮液，以实现表面张力随温度升高的明显下降。使用表面张力计测量各个温度的表面张力。在表格“用于FIDAP模拟的材料的性质”中表示出使用FIDAP程序用于实例模拟的数值。大部分数值出自直接测量、或第72版的物理和化学的CRC手册，或第14版的Lange’s化学手册。用于FIDAP模拟的材料的性质流体动力学模拟图8(a)表示加到加热器的功率。加到加热器上的最大功率是40mW(毫瓦)。该功率是脉冲频率调制的，以获得对于加热器的功率的期望的瞬时分布。每个功率脉冲的持续时间是0.1μs，每个脉冲向加热器传递4nJ的能量。启动墨滴选择脉冲10μs后进入模拟，以使弯月面能确立它的静止位置。在墨滴选择脉冲期间传递到加热器的总能量为276nJ。图8(b)表示模拟期间喷嘴上各点的温度。点A是油墨弯月面和喷嘴凸缘的接触点。为了得到最佳的操作，期望这一点尽可能升高接近油墨的沸点、不超过沸点，并且在墨滴选择脉冲持续时间维持在这一温度。“带有尖峰的”温度曲线是由于加到加热器的功率的脉冲频率调制引起的。通过提高脉冲频率并且按比例减小脉冲能量。可减小这个“尖峰”。点B是在油墨半月面上的一点，靠近弯月面中心和喷嘴端部之间的中点。点C是硅表面上的一点，距喷嘴中心20μm。这表明，在选择墨滴时的温升在离开喷嘴很短的距离处是极小的值。这就允许把有源的器件(如驱动晶体管)放在非常靠近喷嘴的位置。图9表示在弯月面中心点的位置和时间的关系。隔为5μs，一直到加热器脉冲启动后60μs为止。图11表示墨滴选择脉冲刚开始之前喷嘴中的等温线，即9μs进入模拟。表面张力与油墨压力及外部恒定电场的组合效果平衡。图12表示墨滴选择脉冲开始后5μs喷嘴中的等温线，即15μs进入模拟。喷嘴端部的表面张力的减小使这一点的表面膨胀，迅速携带弯月面周围的热量。当表面张力不再有足够的大小来平衡油墨压力和外部恒定电场的组合效果时油墨就要开始移动。由于在喷嘴壁有粘滞滞后，所以弯月面的中心的移动比外部快。在图12-17中，表示从35℃开始的以5℃为间隔增高的等温线。图13表示在墨滴选择脉冲开始后10μs喷嘴中的等温线，即进入模拟20μs。图14表示在墨滴选择脉冲开始后20μs喷嘴中的等温线，即进入模拟30μs。图16表示在墨滴选择脉冲开始后30μs喷嘴中的等温线，即进入模拟40μs。这是在墨滴选择脉冲结束后6μs，喷嘴已开始冷却。图17表示在墨滴选择脉冲开始后40μs喷嘴中的等温线，即进入模拟50μs。从这一模拟显然可以看出，墨滴选择脉冲的绝大部分能量是由所选墨滴带走的。图17表示墨滴选择脉冲开始后50μs喷嘴中的等温线，即进入模拟60μs。在这里，所选的墨滴正开始“截面收缩”，并且墨滴分离过程开始。图18表示在和图17相同的时间喷嘴中的流线。在墨滴喷射循环中的3个相继的阶段的近似持续时间是1)ms加热器激励循环2)ms达到墨滴分离3)ms返回静止位置。这些时间总计124μs，从而得到约为8千赫的最大墨滴重复速率(圆点频率)。使用静电分离的打印头的墨滴喷射循环图19(a)-图19(e)表示利用静电墨滴分离的打印操作原理。在这种情况下，通过电热传感器选择墨滴，该传感器把喷嘴端部的油墨加热，使弯月面的温度升高。升高的温度使表面张力下降到临界表面张力以下，使油墨从喷嘴端部外溢。因为墨滴半径很小，并且因为墨滴的弯月面是至相对于电极的最近点，所以在突出来的墨滴的弯月面上电荷不断积累。这个电荷把电场产生的力集中到所选墨滴。这个力再加上油墨压力能克服已减小了的油墨表面张力，使所选墨滴与大量油墨分离。然后，所选墨滴向稿台加速，击中记录介质。图19(a)-图19(e)所示的喷嘴是用在“用于单块式LIFT型打印头的自动对准的制造方法”中描述的方法制造的那种类型的喷嘴。图19(a)-19(e)是按比例制图的，其中的喷嘴半径为20μm，只是图中所示的打印头，记录介质、和稿台之间的距离比推荐的距离小得多。推荐的距离在0.3mm和1mm之间。在图19(a)-19(e)中，稿台和产生电场51的一对电极之一之间是打印介质，标号5是打印介质运动方向，标号74代表电力线，100是大量油墨，101是硅，102是二氧化硅，103是电热致动器(也称之为“加热器”，105是掺硼的硅层，106是连接加热器和驱动电路的一个电极，108是一钝化层，109是打印头疏水层。打印头组件和大量油墨是产生电场的电极对中的另一个电极。图19(a)表示静止位置的喷嘴。油墨处在高压力下，导致油墨弯月面膨胀隆起。油墨弯月面的隆起使电场略加集中。由油墨压力和电场产生的组合力与油墨表面张力处于平衡之中。图19(b)表示激励脉冲加到加热器103短时间后的喷嘴。热量传到油墨表面，在这里所产生的温升使油墨表面张力局部减小。表面张力的这种减小可能是油墨固有性质的结果，但最好通过在油墨中包含一种试剂，该试剂能使表面张力在油墨被加热的温度下有明显的下降，从而加大了油墨表面张力的下降。这时的电场变得更加集中在油墨弯月面。图19(c)表示短时间后墨滴的进展情况。由于从喷嘴端部到弯月面的中心存在表面张力梯度，所以，所选墨滴取大致圆柱形。在此阶段，作用在油墨上的电力变得足够大，可从喷嘴吸引油墨，当然，油墨的大部分移动还是由正的油墨压力引起的。图19(d)表示断开加热器一个短时间后墨滴的进展情况。表面张力开始增加，使油墨开始流回到喷嘴内。因为所选墨滴尖端的油墨沿记录介质的方向还受到吸引作用，所以油墨弯月面开始“截面收缩”。由于记录介质在移动，所以在打印头和记录介质51之间产生空气层流，这使所选墨滴略有“倾斜”。图19(e)表示的是所选墨滴从大量油墨分离后的所选墨滴。所选墨滴在电场中变为部分极化，但还保持部分电荷。只由电场引起的净力沿稿台67方向，所以所选墨滴加速飞向稿台，击中记录介质51。喷嘴中剩余油墨的弯月面在返回到静止位置之前略有振荡。一旦该弯月面充分返回到它的静止位置，喷嘴就为喷射另一个墨滴作好了准备。以上描述了本发明的各种一般的和优选的实施例。在不偏离本发明范围的条件下，还可作出对本领域普通技术人员显而易见的改进。权利要求1.一种墨滴请求服务型打印设备，包括(a)喷嘴装置，包括隔开的但很靠近的墨滴喷口阵列；(b)集合管装置，与所说喷嘴装置的喷口共同沟通，用于提供大量油墨；(c)向所说集合管装置中的油墨施加正压力、足以使油墨从所说喷口突出出来的装置；(d)地址装置，用于激励所选喷口中的油墨使油墨从所选喷口进一步突出出来；以及(e)在所说喷口中的油墨和与所说喷嘴装置相对并隔开的一个打印站之间产生一个电场的装置，该电场足以吸引分离从喷嘴装置进一步突出出来的油墨。2.如权利要求1的发明，其中，要对所说正压力和所说电场幅度进行选择，以便在不受所说地址装置激励时不足以引起墨滴从所说大量油墨分离。3.如权利要求2的发明，其中，所说地址装置包括加热靠近所选喷口的凸缘的油墨的装置。4.如权利要求3的发明，其中，由所说地址装置施加的能量小于每个墨滴喷射2nJ。5.如权利要求3的发明，其中，所说电场在约500V/mm和约2000V/mm之间的范围内。6.如权利要求5的发明，其中，所说喷口和所说打印站之间的间距在从约0.3到1.0mm的范围内。7.如权利要求6的发明，其中，所说喷口装置的喷口半径约为20μm。8.如权利要求3的发明，其中，所说正向压力至少高出环境压力2％。9.如权利要求3的发明，其中，所说压力约为1.1大气压。10.如权利要求3的发明，其中，所说地址装置的脉冲功率约为每个加热器6mA。11.如权利要求3的发明，其中，所说地址装置的脉冲电压约10V。12.如权利要求3的发明，其中，所说地址装置为每个油滴选择施加约1μJ。13.一种在打印头中从大量油墨中分离出所选墨滴的方法，该打印头包括一个喷口阵列和一个油墨集合管，所说方法包括如下步骤(a)使所说所选墨滴从所说打印头喷口突出出来；以及(b)向所选墨滴和未被选中墨滴加一电场，所说静电场的电场强度足以将所说选中墨滴自所说大量油墨运动到足够远，以产生墨滴分离，所说电场强度还不能太大，否则将使所说未被选中的墨滴也从所说大量油墨分离出来。14.如权利要求13的方法，其中，所说的步骤(a)还包括向所说集合管中的油墨加一个正的约1.1大气压的压力，并且用约为1μJ的功率加热所说喷口中的油墨。15.如权利要求13的方法，其中，所说的电场强度在约500V/mm和约2000V/mm之间。16.一种墨滴请求服务型打印机，包括一个喷嘴阵列和向所说阵列提供大量油墨的装置，所说打印机包括(a)压力装置，用于使油墨从所有喷嘴突出到第一区；(b)选择装置，用于使所说所选墨滴从所选喷嘴突出到更远的第二区；以及(c)用于向所选墨滴和未被选中的墨滴施加电场的装置，所说电场的电场强度要足够大以便将所说所选墨滴从所说大量油墨移动足够远从而可进行墨滴分离，所说电场强度还不能太大，否则将使所说未被选中的墨滴也从所说大量油墨分离出来。全文摘要使用所选墨滴的符合力地址把一个恒定的电场加到墨滴请求服务型打印头上。该电场是通过向打印头加一电位并且向位于记录介质相对侧上的稿台加一不同的电位产生。这个场不需调制，不需对每个要喷射的墨滴都接通。因此，可使用简单的高压电源来产生电场。不需要高压转接设备。因为加到一个喷嘴的场不需要与加到相邻喷嘴的场隔开，所以喷嘴之间的间距很小。该电场不能太强，否则当喷嘴中的油墨在静止位置时墨滴就要从打印头拉出。这种墨滴选择方法使所选墨滴的油墨弯月面从打印头的前表面突出出来。因为墨滴半径很小，并且因为墨滴弯月面是距相对的电极的最近点，所以电荷在突出的墨滴的弯月面上积累。这个电荷把电场产生的力集中到所选墨滴上。这个力再加上油墨压力能克服油墨的表面张力，使所选墨滴从大量油墨分离出来。所选墨滴然后向稿台加速，击中记录介质。通过这一措施，即使当墨滴选择方法没有给所选墨滴提供足够大的动能以使所选墨滴能克服表面张力并从大量油墨分离出来，也能在打印介质上打印墨滴。文档编号B41J2/14GK1152277SQ96190330公开日1997年6月18日申请日期1996年4月9日优先权日1995年4月12日发明者K·西尔弗布鲁克申请人:伊斯曼柯达公司