列印多種型號墨滴的裝置及其製造方法

2023-10-05 09:29:54 1

>在與本文同時提出的名為「雙層彩色列印的改進」(Improvementsinbi-levelcolorprinting)的澳大利亞專利說明書中說明了這種算法。在圖21中，在一個300dpi的雷射印表機上，灰度標是採用45°篩選(有序顫抖的集束點)通過半色調處理來表示的。這種表示被附加在圖像人工製品上(例如在圖21中可以看到的45線人工製品)，遮蔽了為減少胡椒幹擾所做的矯正，並且使灰色調看起來′比較平滑′且沒有幹擾。圖22是可能出現在一個象素中的油墨墨滴與象素光學密度的關係曲線。象素光學密度的正常範圍是0(黑色)到1(白色)。在算法中採用的重疊係數控制圖23(b)中所示重疊區域的寬度。當重疊是象素光學密度範圍的1/18時(5.5％)，結果如圖21所示。3％到10％之間的重疊可以獲得最佳效果(取決於列印解析度、紙型及油墨特性)。多種墨滴型號列印頭的流體動態模擬為了在印表機中產生一定體積的墨滴，噴嘴的具體直逕取決於許多因素，這其中包括1)所用的墨滴分離方法；2)油墨粘度；3)油墨表面張力以及油墨表面張力與溫度的關係；4)加熱器脈衝能量；5)加熱器脈衝間隔；6)加熱脈衝與油墨之間的熱耦合；7)(列印頭基片的)環境溫度；8)補償環境溫度變化的方法；以及9)油墨壓力。這些參數可以受到精確地控制，並且使其具有足夠的穩定性，以便確保穩定的圖像質量。為了獲得最佳的圖像質量，高光學密度點與低光學密度點的光學密度比例應該是精確的。對於二進位加權的圖像格式，高光學密度點的光學密度是低光學密度點的二倍。為獲得2∶1光學密度比例所需的墨滴體積比例取決於油墨和紙型的選擇，但是，對於常用的油墨和紙型組合來說，該比例接近2∶1。流體動態模擬是針對可以使用4∶2∶1的二進位加權墨滴型號的噴嘴執行的。這些模擬是針對同一個列印頭上的噴嘴，因此，驅動電壓，加熱器脈衝間隔、環境溫度、油墨特性、噴嘴的結構和材料以及其他參數都是固定的。要改變的參數只有噴嘴直徑，油墨壓力以及提供給加熱器的能量。提供給加熱器的能量可以通過一個與噴嘴加熱器串聯的電阻來改變。該電阻可以用離噴嘴不遠的加熱器材料的延長部分製成。供主油墨墨滴使用的噴嘴半徑是10μm，供大約一半體積的墨滴使用的半徑是7μm，供大約四分之一體積墨滴使用的半徑是5μm。圖10中所示的列印頭外形僅使用10μm和7μm半徑的噴嘴。沒有必要把噴嘴半徑精確地調整到所需的墨滴型號，因為還可以通過改變油墨壓力等其他參數來調整墨滴型號，不需要製作新的列印頭。圖23(a)到23(f)表示採用FIDAP模擬軟體執行的流體動態模擬的合成結果。各種情況下的模擬都是按0.1μs的節拍在100μs期間完成的。噴嘴尖端是圓筒形的，環境溫度是30℃。在開始模擬時，油墨彎液面處在其靜止位置附近，並且流速全為零。從20μs開始向加熱器提供持續18μs的隨時間變化的功率脈衝。從20μs開始的脈衝使得油墨彎液面能在墨滴選擇脈衝到來之前到達其靜止位置。在模擬中僅模仿了墨滴選擇過程。墨滴分離過程可以採用接近，靜電，或是其他手段。選定墨滴與未選擇墨滴的分離是依靠選定墨滴與未選擇墨滴之間在彎液面位置上的物理差別。在墨滴選擇脈衝前、後，彎液面中心位置之間適合墨滴分離的軸向差別是15μs。圖23(a)，23(c)和23(e)分別是10μm，7μm和5μm半徑噴嘴的彎液面中心位置與時間的關係曲線。在觀察對比這些曲線時應該考慮曲線之間在垂直標度上的變化。最重要的特徵是彎液面位置達到了大約20μm，在這一點上，墨滴分離裝置(在模擬中沒有模仿)能保證使選定的墨滴與油墨主體分離，並且轉移到記錄媒體上。在墨滴選擇脈衝之後，彎液面位置的振蕩就消失了，這是因為滲出的墨滴在最初具有非球形的自然狀態墨滴從最初的長橢球形變成球形，再變成扁橢球形，在此之間反覆振蕩。這些振蕩並不重要，這是因為墨滴分離裝置在墨滴選擇之後已經變成了油墨彎液面位置的主要決定因素。圖23(b)，23(d)和23(f)分別是10μm，7μm和5μm半徑噴嘴的彎液面形狀在各個瞬時的圖形。從20μs處開始墨滴選擇脈衝時起，直到18μs的脈衝結束之後4μs，即42μs處為至，按照2μs的間隔表示彎液面位置。在圖23(b)，23(d)和23(f)中，100是油墨，101是矽基片，102是SiO2,103表示環形加熱器一側的位置，108是Si3N4鈍化層，109是疏水的表面塗層。儘管圖形的名稱是＂溫度等值線圖形＂，但是並沒有表示溫度等值線。從圖23的模擬結果中可見，墨滴的體積按照期望隨著噴嘴半徑而變化。墨滴體積與噴嘴半徑之間的關係是非線性的，並且墨滴體積大約與噴嘴半徑的平方成正比地增大。採用公知的半導體和微型機械加工製作工藝可以既便利又精確地把不同半徑的噴嘴製作在一個矽基片上。包含各種半徑噴嘴的列印頭製作工藝與僅有一種噴嘴半徑的列印頭的製作工藝相同。只需要在適當的製版印刷步驟中改變掩模圖形就可以獲得不同半徑的噴嘴。以上說明了本發明的幾個最佳實施例。熟悉本領域的人員顯然能在不脫離本發明範圍的條件下進行修改。權利要求1.用於按需投放列印系統的一種列印頭，上述列印頭包括第一組多個噴嘴裝置，用於列印第一預定顏色的油墨，並且包含與第一組噴嘴半徑不同的第二組多個噴嘴裝置，上述第二組多個噴嘴裝置適合列印第一預定顏色的油墨墨滴，但是墨滴的體積與上述第一組多個噴嘴裝置列印的墨滴體積不同。2.按照權利要求1的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是還包括第三組多個噴嘴裝置，它列印的顏色與上述第一和第二組噴嘴裝置列印的顏色不同。3.按照權利要求1的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是列印深藍、深紅和黃色油墨，並且包括至少用於深藍和深紅色油墨的半徑不同的兩組多個噴嘴裝置。4.按照權利要求3的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是還包括用於列印黑色油墨的多個噴嘴裝置。5.按照權利要求1的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是上述第二組多個噴嘴裝置的半徑介於上述第一組多個噴嘴裝置半徑的50％到90％之間。6.按照權利要求1的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是上述第二組多個噴嘴裝置的半徑介於上述第一組多個噴嘴的半徑的60％到80％之間。7.按照權利要求1的用於按需投放列印系統中的列印頭的製造方法，其特徵是上述第二組多個噴嘴是與上述第一組多個噴嘴同時製成的。8.按照權利要求7的用於按需投放列印系統中的列印頭的製造方法，其特徵是上述噴嘴是通過微電子印刷工藝在一個矽片上形成的。9.按照權利要求1的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是進一步包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)壓力裝置，用於至少在墨滴選擇和分離期間使上述油墨體受到至少高於環境壓力2％的壓力；(d)墨滴選擇裝置，用於選擇預定的噴嘴，並在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產生彎液面位置的差別；以及(e)墨滴分離裝置，用於使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。10.按照權利要求1的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是進一步包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)墨滴選擇裝置，用於選擇預定的噴嘴，並在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用於使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時允許油墨保留在未選擇的噴嘴中，上述墨滴選擇裝置能夠在沒有上述墨滴分離裝置的條件下產生上述彎液面位置差。11.按照權利要求1的用於按需投放列印系統的列印頭，其特徵是進一步包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體，上述油墨的表面張力在30℃以上的溫度範圍至少按10mN/m的速度降低；(c)墨滴選擇裝置，用於選擇預定的噴嘴，並在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用於使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。12.具有多種不同油墨顏色的按需投放列印設備，上述設備包括(a)第一列列印噴嘴，以及向上述第一列噴嘴供應第一種顏色油墨的第一供應裝置；以及(b)第二列列印噴嘴，以及向上述第二列噴嘴供應第二種顏色油墨的第二供應裝置，上述第二列噴嘴具有小於上述第一列噴嘴的預定半徑。13.按照權利要求12的設備，其特徵是還包括第三列列印噴嘴，以及向上述第三列噴嘴供應第三種顏色油墨的第三供應裝置。14.按照權利要求13的設備，其特徵是還包括第四列列印噴嘴，以及向上述第四列噴嘴供應第四種顏色油墨的第四供應裝置。15.按照權利要求14的設備，其特徵是上述第三列噴嘴與上述第一列噴嘴的半徑大致相等，而上述第四列噴嘴與上述第二列噴嘴的半徑大致相等。16.按照權利要求12的設備，其特徵是還包括連接到油墨源的第五列列印噴嘴，並且其噴嘴具有小於上述第二列噴嘴的預定半徑。17.按照權利要求16的設備，其特徵是上述第三列噴嘴連接到供應上述第二種顏色油墨的裝置。18.按照權利要求15的設備，其特徵是還包括半徑小於上述第二列噴嘴的第五和第六列噴嘴。19.按照權利要求18的設備，其特徵是上述第一列連接到黃色油墨，上述第二列連接到深藍色油墨，上述第三列連接到黑色油墨，上述第四列連接到深紅色油墨，上述第五列連接到深藍色油墨，而上述第六列連接到深紅色油墨。20.按照權利要求12的設備，其特徵是還包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)壓力裝置，用於至少在墨滴選擇和分離期間使上述油墨體受到至少高於環境壓力2％的壓力；(d)墨滴選擇裝置，用於選擇預定的噴嘴，並在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產生彎液面位置的差別；以及(e)墨滴分離裝置，用於使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。21.按照權利要求12的設備，其特徵是還包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)墨滴選擇裝置，用於選擇預定的噴嘴，並在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用於使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時允許油墨保留在未選擇的噴嘴中，上述墨滴選擇裝置能夠在沒有上述墨滴分離裝置的條件下產生上述彎液面位置差。22.按照權利要求12的設備，其特徵是還包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體，上述油墨的表面張力在30℃以上的溫度範圍至少按10mN/m的速度降低；(c)墨滴選擇裝置，用於選擇預定的噴嘴，並在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用於使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。全文摘要本發明是一種具有不同半徑噴嘴的列印頭，它允許在同一個列印頭中有多種墨滴型號。這樣就可以加重墨滴型號，從而實現多層次列印，用同樣的解析度獲得較高的列印質量。具有六行噴嘴的列印頭可以使用CC′MM′YK彩色系統來提高列印質量。這一系統需要三種不同的光學密度黃色和黑色採用全光學密度，深藍和深紅色的最高有效位採用2/3光學密度，而深藍和深紅色的最低有效位採用1/3光學密度。為了獲得各種光學密度，各種顏色成分的墨滴體積可以是不同的。列印頭的製造方法是在矽晶片上採用微電子印刷工藝，蝕刻穿過晶片的油墨通道和獨立的噴嘴。在一個列印頭上可以同時製作成千上萬個噴嘴。各個油墨噴嘴的半徑是由各種印刷工藝期間使用的掩模圖形確定的，並且可以同時製作不同半徑的噴嘴，並不需要額外的製造工序。文檔編號B41J2/16GK1150778SQ96190331公開日1997年5月28日申請日期1996年4月9日優先權日1995年4月12日發明者K·西爾弗布盧克申請人:伊斯曼柯達公司