专利名称：小滴沉积设备和制造方法
技术领域：
本发明涉及一种小滴沉积设备，更具体地，涉及一种喷墨打印头。
背景技术：
在数字打印机中要求打印头比较宽。在某些应用中，打印头沿着打印板的整个宽度延伸，从而可以打印出大量的高质量的产品。
有些喷墨打印机必需具有很多紧密相间的墨汁腔室和喷嘴，在具有这种特征的喷墨打印机中，其一个或多个喷嘴经常会失效，无论是由于制造差错，或是由于喷嘴堵塞，或是其它使用上的故障。另外，还有执行从墨汁腔室喷射出小滴的执行器、或驱动电路、或将驱动信号提供给执行器的电接触部分之失效的风险。
可以对所制造的甚至仅有一个失效的喷嘴、执行器、驱动电路或电接触部分的打印头进行探测并将其丢弃。然而，由于每个打印头内的喷嘴非常多，和由于制造技术的原因，所述的质量监控可能会导致制造产出的不经济。
在使用打印头时，基于当所打印的基体分度地经过打印头时的赝象的空间相对关系，即使仅有一个打印元件失效都会导致出现显而易见的打印赝象。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种改进的打印方法和改善的打印头，其能够消除由制造缺陷或其它与在打印排上的与标准打印操作的偏离而引起的赝象。
根据本发明的一个方面，其提供一种小滴沉积设备，包括由N个喷射腔室构成的阵列，每个腔室都包括喷嘴窗口，喷射腔室的喷嘴窗口沿狭条方向与至少另一个喷射腔室的喷嘴窗口相交叠，喷嘴形成在所述喷嘴窗口的边界内，喷嘴的设置为使得通过利用不多于N-1个所述喷射腔室，经由所述喷嘴来喷射小滴，以便在所述狭条方向上以预定且一致的间隔在基体上形成点。
执行小滴喷射的执行器可以设置与喷射腔室紧密相邻。执行器会使得腔室部分变形，因此产生压力波动。执行器可以对压力腔室内的液体进行加热，以便产生引起小滴喷射的水泡。
不喷射的腔室可位于阵列端部，或者更优选地位于阵列内部。在不喷射的腔室的喷嘴窗口内可以形成或不形成喷嘴。
喷嘴窗口可以与例如1个、2个、3个、4个、8个、16个或更多个其它喷嘴窗口相交叠，甚至阵列内的所有窗口交叠。
根据一个实施形式，在各自的喷嘴窗口内设有多个喷嘴。这些喷嘴例如可以设置成由两个或三个构成的线性阵列，或者设置成三角形、方形或六边形。
每个阵列都可形成在一个模块内，而多个模块被设置在一起，从而产生较长的阵列或多个平行阵列、或两者都产生。
喷射腔室可以以平行于狭条方向的纵长方向为延长方向。阵列优选与所述狭条方向成一角度地延伸，所述角度优选在30°和90°之间，然而同样也可以对阵列进行其它设置。
根据本发明的第二方面，提出一种用于制造小滴沉积设备的方法，所述方法包括如下步骤设置N个喷射腔室构成的阵列，每个喷射腔室包括喷嘴窗口，喷射腔室的喷嘴窗口沿狭条方向与至少另一个喷射腔室的喷嘴窗口相交叠；对每个喷射腔室的功能进行测试；根据所述测试结果，在不多于N-1个所述喷嘴窗口的边界以内形成喷嘴，喷嘴的设置为使得经由所述喷嘴从所述喷射腔室喷射小滴，以便在所述狭条方向上以预定且一致的间隔在基体上形成点。
根据本发明的第三方面，其提供一种用于制造小滴沉积设备的构件，所述构件包括由N个喷射腔室构成的阵列，每个喷射腔室包括喷嘴窗口，所述构件的设置在于，任选N-1个喷射腔室，各自的喷嘴都可以位于每个所选腔室的喷嘴窗口之内，其中所述喷嘴在打印行上的投影的间隔相等。
如果喷射腔室包含喷嘴，那么喷嘴窗口限定为喷射腔室内这样的区域，即当所用的执行器被相同的波形激励时，从所述区域喷射出的滴的大小和喷射速度是阵列内的所有其它腔室所喷射的滴的平均大小和平均喷射速度。通过基体上的滴位置可以测得速度，同时通过基体上的点的面积可以测得大小。
例如通过利用激光干涉仪或采用其它适当的方法进行位移测量或谐振测量可以对每个喷射腔室进行测试。
下面将只对照附图对本发明的实例加以说明，图中示出图1为根据现有技术的喷墨打印头的示意图。
图2为用于说明制造缺陷的影响的类似于图1的示意图。
图3为喷墨打印头的示意图。
图4为用于说明可以对一个以上的制造缺陷进行消除的方法的类似于图3的示意图。
图5为根据本发明的一实施形式的模块的布置示意图。
图6为根据本发明的另一实施形式的喷墨打印头的示意图。
图7和图8为根据另一实施形式的喷墨打印机的示意图。
图9、图10和图11为另一实施形式的示意图。
图12为另一实施形式的示意图。
图13为用于说明可替代通道阵列的另一实施形式的示意图。
具体实施例方式
图1为具有通道阵列4的喷墨打印头的示意图。喷嘴2在每个通道内的位置都是相同的，并能够在基体上打印出由点构成的狭条6。该狭条朝向狭条方向8延伸。
如图2所示，有缺陷的喷嘴或执行器10导致在狭条6内出现打印赝象12。这对于大多数应用来说是无法接受的，从而该打印头需要被废弃。
现在对照图3，其示出了根据本发明的打印头，可以看到，喷射腔室的喷射特性至少部分地由喷嘴相对于腔室的位置来确定。
申请人已经发现，每个喷射腔室都有一个喷嘴窗口。喷嘴窗口是喷射腔室或相关的腔室的表面区域，其用于容纳喷嘴，在所述窗口内可以设置有用于所述阵列的“平均”喷嘴，而不会对经由喷嘴进行小滴喷射产生不利影响。“不利的影响”系指可见的或实质性的从“平均”的喷嘴喷射出来的小滴的偏差。可见的偏差由于诸如滴下速度或滴下体积具有差异而产生。
喷嘴窗口在狭条方向上至少与另一个窗口相交叠。可以在喷嘴于喷嘴窗口内形成之前对喷射腔室进行预先测试。通过在喷嘴于喷嘴窗口内形成之前对喷射腔室进行预先测试，可以判定是否可能出现打印赝象。
可以在喷嘴板被连接至喷射腔室之前或者一旦喷嘴板被连接至喷射腔室，就可以对喷嘴窗口进行确定。因此可以在喷嘴板被连接至喷射腔室之前或之后形成喷嘴。
如图3所示，喷射腔室4c有缺陷。根据现有技术方法，这将导致打印赝象。然而，由于4d的喷嘴窗口交叠在4c的喷嘴窗口上，可以利用由从喷射腔室4d喷射出来的小滴所形成的点来对所述赝象加以纠正。
为了可以通过这种方式来取代有缺陷的喷射腔室，有必要在阵列内设置额外的冗余喷射腔室。其中并非所有的喷射腔室都是需要的，例如图3所示的喷射腔室4h，不需要的喷射腔室可以被视为不工作的喷射腔室。
由图4可见，通过对在阵列的第一喷射腔室内的第一喷嘴的位置进行改变，可以克服由于多个连续失效的喷射腔室所引起的赝象。失效的可以在单个的阵列内被克服的喷射腔室的总数目既取决于喷嘴窗口的尺寸，又取决于可对失效的喷射腔室加以取代的喷射腔室的数目。
图5示出位于多排喷射模块60内的一系列通道50。通常，分辨率都为90dpi的四排可以交错，以产生360dpi。然而，在任一排内的单个通道不操作(non-firing)时，整个模块就将废弃。根据本发明，本实例中包括与其它排相同的第五排。不能工作的通道可以在制造期间被探测出来。然后，将在第五排的适当位置上消蚀一个喷嘴，以便产生用于对来自有缺陷的通道的小滴加以取代的小滴。形成第五排所花费的额外成本可能小于将具有四排的未设冗余的设备废弃所产生的成本。
喷嘴窗口足够宽，从而实现喷嘴可以被消蚀到任一排内，以便对被分配到由五个执行器通道构成的排上的四个像素的位置进行确定。预期执行操作的执行器，比方说64个喷嘴，可以具有附加的有源设备。不起作用的通道将不进行喷嘴消蚀处理，但会保持适当的像素间距。
上述可以使用不完善的设备的能力显著地提高用于任何产品的制造产出量。根据所提出的技术方案的最简单的实施形式，每个执行器阵列只允许有一个不工作的设备。但是可以容易地对本发明的构思进行展开，从而同样也适合于具有大量缺陷性元件的设备。从根本上来说，本技术方案要求对模块的每个有源元件都进行测试，以验证其工作水平。这种测试可以是利用激光干涉仪进行位移测量，或者是利用同样的设备或采用电方法进行谐振测量，其中在所述电方法中要利用随后在设备工作时将被使用的电极。反过来，驱动芯片必须能够被编程，从而图像数据可以被分配给相关的输出，从而不工作的元件或者不接收数据或者接收不操作的数据。因此，必须将对激光喷嘴消蚀的控制编程为将喷嘴置入到适当的通道内并且跳过不操作的元件。
图6示出3个模块，每个模块都支持18个像素，尽管实际上这些数字当然会大很多。每个通道都具有消蚀窗口，所述消蚀窗口为其中喷嘴被消蚀的区域(图6未示出通道)。这些模块总共具有20个消蚀窗口，位于模块阵列各端的那些消蚀窗口是备用的(这意味着，在没有失效元件产生时不进行消蚀)。如图所示，在不要求冗余的情况下打印一个完整的狭条。
根据图7所示的实施形式，每个通道内都形成有三个喷嘴，这些喷嘴处于一个线阵列内。另外本发明的这种设置(以及图6所示的设置)已在EP1552469中披露，其内容通过引用被结合于此。根据这种设置，使用多个喷嘴或采用其它喷嘴设置来形成“超级像素”。针对每排输入像素，都会打印出两排重叠的连续的超级像素，每个打印像素能够容纳用于N个超级像素的组分。根据一实例，超级像素为输入像素的两倍宽，超级像素排相对于新排超级像素偏移半个超级像素那么宽。因此设有冗余，以防止打印元件损失。根据本发明，最好可以将不完善的设备装配成宽阵列(因此明显提高打印能力)，并且也最好利用发明EP1552469来消除(现场)操作故障，由此提高阵列(或打印头)的“可靠性/寿命”。
图8示出第一模块的同样的布局，其具有两个不操作的通道。相应地对喷嘴消蚀的样式进行了更改，从而获得完整的狭条的结构。
图9示出了根据本发明的一种简单的布局形式。在每个模块上都可以设置任意数目的滴喷射元件，图中示出每个模块上具有11个所述元件。
图10示出在备用的消蚀窗口内被消蚀的喷嘴是如何对模块之间的边界上的图像进行修整或优化的。从喷嘴12a和12b喷出给像素12的墨汁量可以用来对模块之间的边界上的墨汁量变化或墨汁配置变化加以纠正。
通过利用对不完善的模块的能力，可以提高产出能力。此点如图11所示，其中模块#1和#2具有不操作的元件。消蚀过程编程为，通过跳过已知的不操作的元件来提供连续的像素狭条。
如图11所示，消蚀过程提供标准的喷嘴设置，其中相邻的腔室易于与狭条上相邻的喷嘴相对应。然而，已经发现最好对腔室阵列基于打印性能的特性的了解来选取喷嘴样式。例如，发现有特性不一致的阵列区域，那么根据本发明的特定实施形式，可以选取能够消除不一致所引起的影响的喷嘴样式。考虑到已知一对相邻的执行器或通道可工作但它们的性能有所下降这种情况，此时对喷嘴的选取应使得那两个执行器不与狭条上的相邻的像素相对应。此点可以实现执行器的不一致在打印的图像上被消除或分离，因此不易看出潜在的缺陷。来自相邻腔室的像素的延展范围可以在页上区分开，或者可替代地，通过这种方式可‘重新排序的’腔室的数目也可以取决于喷嘴窗口的延展范围。
如图12所示，模块#1的所有喷嘴都处于操作状态。模块#2和#3具有不操作的元件，每个元件示出了可替代的喷嘴样式，以实现完整的像素狭条。由图可见，模块#2的喷嘴样式‘不规则’，这会导致从某些相邻的通道被打印的像素在打印出来的狭条上并不相邻。尽管图12示出的像素样式呈方形，但最好结合上述的“超级像素”来描述这种特征。
就现有技术中所指的侧面枪(side shooter)类型的打印头而言，其中喷嘴在喷射腔室或通道的伸长的侧表面上形成，喷嘴窗口跨越该伸长的侧表面的长度的部分延伸。这种前述实施形式假定最多的构造。根据本发明也可以采用所谓的端部枪(end shooter)，其中喷嘴在伸长的通道的端部表面上形成。在这种情况下，喷嘴窗口可以基本占用所述的整个端部表面。
图13示出了这种设置，其中伸长的通道(仅通过附图中的各自的端部表面130来看)的长度方向垂直于纸面。
初始通道间距为141微米，同时阵列通道130倾斜，从而(沿着狭条方向132的)像素间距为35微米(720dpi)。如图所示，通过测试，通道7和通道10被确定为不起作用。因此在通道4、5、6、7、9、11、12、13(其中通道1、2和3用作冗余)上进行喷嘴消蚀。需要强调的是，通道8和9上的喷嘴保持在其初始位置，所述初始位置位于通道纵向中心线上。通道4、5和6中的喷嘴在以通道130的端部表面表示的喷嘴窗口内偏移。在通道11、12和13内形成的喷嘴类似地也在喷嘴窗口内偏移，但朝向相反的方向偏移。可以看出，通过这种方式，喷嘴4、5、6、8、9、11、12、13在狭条方向132上的投影的间隔相等。
本发明已仅以实例被加以说明，并且在不超出本发明的范围的前提下可做出各种改型。在说明书、(适当的)权利要求和附图中所披露的各种特征可以单独地或以任意适当的组合来设置。同时根据本发明，可以将伸长的墨汁通道特别地设计为每个通道的一个壁面由压电材料构成，本发明可用于许多其它的装置，包括压电装置和诸如热喷射打印的非压电装置。
权利要求
1.一种小滴沉积设备，其包括由N个喷射腔室构成的阵列，每个腔室都包括喷嘴窗口，喷射腔室的喷嘴窗口沿一狭条方向与至少另一个喷射腔室的喷嘴窗口相交叠，喷嘴形成在所述喷嘴窗口的边界内，所述喷嘴的设置为使得通过利用不多于N-1个所述喷射腔室，经由所述喷嘴来喷射小滴，以便在所述狭条方向上以预定且一致的间隔在基体上形成点。
2.如权利要求1所述的小滴沉积设备，其中不多于N-1个的所述喷射腔室被形成有喷嘴。
3.如权利要求1所述的小滴沉积设备，进一步包括用于执行小滴喷射的执行器，所述执行器用于使得腔室的部分变形，因此产生压力波动。
4.如前述权利要求中任一项所述的小滴沉积设备，其中在各自的喷嘴窗口内设有多个喷嘴。
5.如前述权利要求中任一项所述的小滴沉积设备，其中所述喷射腔室以平行于所述狭条方向的纵长方向为延长方向。
6.如前述权利要求中任一项所述的小滴沉积设备，其中所述喷射腔室以垂直于所述狭条方向的纵长方向为延长方向。
7.如前述权利要求中任一项所述的小滴沉积设备，其中对所述喷嘴的设置被选择以使得由从至少一些相邻的腔室喷射的小滴形成的点在打印出来的狭条上并不相邻。
8.一种用于制造小滴沉积设备的方法，所述方法包括如下步骤设置由N个喷射腔室构成的阵列，每个喷射腔室包括喷嘴窗口，喷射腔室的喷嘴窗口沿一狭条方向与至少另一个喷射腔室的喷嘴窗口相交叠；对每个喷射腔室的功能进行测试；根据所述测试的结果，在不多于N-1个所述喷嘴窗口的边界内形成喷嘴，所述喷嘴的设置为使得经由所述喷嘴从所述喷射腔室喷射小滴，以便在所述狭条方向上以预定且一致的间隔在基体上形成点。
9.如权利要求8所述的方法，其中形成喷嘴的步骤包括下述步骤在预先连接至喷射腔室阵列的喷嘴板中形成开口。
10.如权利要求8所述的方法，其中形成喷嘴的步骤包括下述步骤在喷嘴板内形成开口并且随后将所述喷嘴板连接至喷射腔室阵列。
11.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其中在喷嘴窗口内设有一个以上的喷嘴。
12.如权利要求8至11中任一项所述的方法，其中对所述喷嘴的设置被选择以使得沿着狭条将由于喷射腔室沿喷射腔室阵列的功能上的不一致所引起的可视化效果消除。
13.如权利要求8至12中任一项所述的方法，其中所述喷嘴的设置被选择以使得由从至少一些相邻的腔室喷射的小滴形成的点在打印出来的狭条上并不相邻。
14.一种用于制造小滴沉积设备的构件，所述构件包括由N个喷射腔室构成的阵列，每个喷射腔室包括喷嘴窗口，所述构件的设置在于，任选N-1个所述喷射腔室，各自的喷嘴能够定位于每个所选腔室的喷嘴窗口之内，其中所述喷嘴在打印行上的投影的间隔相等。
全文摘要
为了提高制造产出率，喷墨打印机内的喷射腔室阵列包括至少一个冗余的喷射腔室。对于每个喷射腔室，都有一可能的喷嘴窗口(14)，并且这些喷嘴窗口相交叠。在喷嘴形成之前对所述喷射腔室(4)进行测试，以判别出任何不起作用的腔室，喷嘴适当地定位于各自的喷嘴窗口内，以便在基体上产生等间隔地的点，其中至少一个喷射腔室未被使用。
文档编号B41J2/16GK1980794SQ200580022397
公开日2007年6月13日 申请日期2005年7月4日 优先权日2004年7月2日
发明者保罗·雷蒙德·德鲁里 申请人:萨尔技术有限公司