專利名稱：確定噴墨打印頭中的最小能量脈沖特性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般針對(duì)噴墨打印設(shè)備。更具體地，本發(fā)明針對(duì)一種用于確定被提供給噴墨打印頭中的電阻性加熱元件的能量脈沖的最佳特性，及用于確定電阻性加熱元件的最佳特性的方法。
背景技術(shù)：
一個(gè)熱噴墨打印機(jī)在打印頭掃過(guò)打印媒質(zhì)時(shí)通過(guò)將小墨水滴從一個(gè)噴墨打印頭的一個(gè)噴嘴陣列中噴出而在一個(gè)打印媒質(zhì)上形成一個(gè)圖象。當(dāng)一個(gè)電流脈沖流經(jīng)一個(gè)電阻性加熱元件時(shí)，由于所產(chǎn)生的熱量而使與該加熱元件接觸的墨水集結(jié)而形成墨水滴。通常該陣列的每個(gè)噴嘴有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電阻性加熱元件。任何具體電阻性加熱元件的通電通常由打印機(jī)中的一個(gè)微處理器控制器進(jìn)行控制。
一旦由于從加熱元件傳輸至墨水中的熱能而開始形成墨水氣泡時(shí)，該墨水在熱量上與加熱元件表面是隔離的。因此，在形成氣泡后，任何提供給加熱元件的附加能量并不傳輸至墨水，但卻散布于打印頭的加熱器芯片中。這造成不希望的芯片過(guò)熱。
此問題的一個(gè)解決方法是只向加熱元件提供為將墨水集結(jié)所需最小能量。這要求打印機(jī)控制器精確地控制提供給加熱元件的能量脈沖的特性。由于從加熱元件傳輸給墨水中的熱能能量取決于墨水的特性和加熱元件的特性，因此在確定最小能量脈沖的特性時(shí)必須考慮到墨水和加熱元件的特性。
因此，需要一種噴墨打印機(jī)，它能夠根據(jù)墨水和加熱元件的特性確定提供給電阻性加熱元件的最小能量脈沖的特性。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于提供一個(gè)最佳能量脈沖給噴墨打印頭中的電阻性加熱元件的系統(tǒng)能夠滿足以上和其它需要。本發(fā)明所生成的最佳能量脈沖在電阻性加熱元件的表面上提供一個(gè)最佳能量密度以便在電阻性加熱元件的表面附近實(shí)現(xiàn)墨水的最佳集結(jié)。該系統(tǒng)包括(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)物理尺寸的加熱元件的尺寸值，(b)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)電氣尺寸的加熱元件的電氣值，及(c)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)用于提供加熱元件尺寸值、加熱元件電氣值與表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳值的電流值之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式。該系統(tǒng)還包括(d)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索加熱元件尺寸值、加熱元件電氣值和表達(dá)式，(e)根據(jù)該表達(dá)式確定用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳值的電流值，(f)生成對(duì)應(yīng)于步驟(e)中所確定值的最佳能量脈沖，以及(g)提供最佳能量脈沖給加熱元件。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于提供一個(gè)最佳能量脈沖給一個(gè)噴墨打印頭中由一層保護(hù)覆蓋層所覆蓋的電阻性加熱元件的系統(tǒng)。本發(fā)明所生成的最佳能量脈沖在該電阻性加熱元件的表面提供一個(gè)最佳能量密度以便使鄰近于保護(hù)覆蓋層表面處的墨水實(shí)現(xiàn)最佳集結(jié)。該系統(tǒng)包括(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該保護(hù)覆蓋層的至少一個(gè)物理尺寸的保護(hù)覆蓋層的尺寸值，(b)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)電氣特性的加熱元件的電氣值，(c)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)與墨水的至少一個(gè)特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)，及(d)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)用于提供保護(hù)覆蓋層尺寸值、加熱元件電氣值、墨水相關(guān)系數(shù)與一個(gè)最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式。該系統(tǒng)還包括(e)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索保護(hù)覆蓋層尺寸值、加熱元件電氣值、墨水相關(guān)系數(shù)和表達(dá)式，(f)根據(jù)該表達(dá)式確定最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間，(g)生成對(duì)應(yīng)于步驟(f)中所確定最佳持續(xù)時(shí)間的最佳能量脈沖，以及(h)提供最佳能量脈沖給加熱元件。
因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整提供給打印頭中的電阻性加熱元件的能量脈沖的幅值和持續(xù)時(shí)間，本發(fā)明在加熱元件的表面提供一個(gè)最佳能量密度。這個(gè)最佳能量密度正好足夠大以便使靠近加熱元件的墨水形成一個(gè)氣泡及一小墨水滴。很少或沒有過(guò)多能量被浪費(fèi)以致會(huì)在形成氣泡之后無(wú)法被傳送到墨水中。為在提供最佳能量密度時(shí)調(diào)整能量脈沖的幅值和持續(xù)時(shí)間，本發(fā)明考慮到多個(gè)與打印頭的特性、電阻性加熱元件和保護(hù)覆蓋層的特性以及墨水的特性相關(guān)的因素。通過(guò)將這些因素存于打印頭上和墨盒上的存儲(chǔ)器內(nèi)及通過(guò)以算術(shù)形式表達(dá)這些因素與最佳脈沖能量密度之間的關(guān)系，本發(fā)明能夠確定和提供用于實(shí)際上墨水類型和打印頭設(shè)計(jì)的任何組合的最佳脈沖能量密度。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于提供一種用于確定一層覆蓋打印頭的電阻性加熱元件的保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度的系統(tǒng)，以使能量被最佳地傳輸給附近的墨水。本系統(tǒng)由一個(gè)包括一個(gè)處理器和一個(gè)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)所實(shí)施。該系統(tǒng)包括(a)輸入一個(gè)或多個(gè)用于描述電阻性加熱元件的一個(gè)或多個(gè)物理尺寸的加熱元件尺寸值，(b)輸入一個(gè)或多個(gè)用于描述電阻性加熱元件的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的加熱元件電氣值，(c)輸入一個(gè)或多個(gè)與墨水的一個(gè)或多個(gè)特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)，及(d)輸入一個(gè)或多個(gè)與打印頭的熱特性相關(guān)的打印頭熱值。該系統(tǒng)還包括(e)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索一個(gè)用于提供一個(gè)或多個(gè)加熱元件尺寸值、一個(gè)或多個(gè)加熱元件電氣值、一個(gè)或多個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)、一個(gè)或多個(gè)熱值與保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度之間的算術(shù)關(guān)系的一個(gè)表達(dá)式。該系統(tǒng)還包括(f)根據(jù)該表達(dá)式確定用于表示保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度的厚度值。


參考結(jié)合附圖所闡述的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)更為明顯，在這些并不按照尺寸畫出的附圖中相同的參考字符標(biāo)志多個(gè)附圖中的相同或類似元件，附圖中圖1是根據(jù)一個(gè)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的噴墨打印機(jī)的功能框圖；圖2A和2B闡述根據(jù)一個(gè)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的噴墨加熱器芯片基片上的電阻性加熱元件的平面圖和剖面圖；圖3是用于標(biāo)示作為電阻性加熱元件表面上的能量密度的函數(shù)的歸一化小墨水滴質(zhì)量的響應(yīng)曲線的一條曲線；圖4是與一個(gè)有限元件熱傳輸模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)相比較的作為加熱元件功率密度的函數(shù)的用于集結(jié)的能量密度的回歸方程的曲線；圖5闡述用于確定施加于一個(gè)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電阻性加熱元件上的一個(gè)能量脈沖的最佳特性的系統(tǒng)的流程圖；圖6和7闡述根據(jù)一個(gè)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于表示作為加熱元件功率密度的函數(shù)的最大加熱元件厚度的示例性響應(yīng)曲線；及圖8闡述用于確定根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的噴墨打印頭中的電阻性加熱元件最佳厚度的系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的噴墨打印機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例的功能框圖。優(yōu)選地，該打印機(jī)包括一個(gè)安裝于一個(gè)滑架12上的可替換打印頭10，該滑架12允許打印頭在打印媒質(zhì)上平移。當(dāng)被安裝于打印機(jī)中時(shí)，該打印頭10在電氣上被連至一個(gè)打印機(jī)控制器14和一個(gè)電源16。由于控制器14和電源16優(yōu)選地被置于打印機(jī)中的固定位置而不是安裝于滑架12上，打印頭10與控制器14和電源16之間的電氣連接是通過(guò)一條軟TAB電路18實(shí)現(xiàn)的。
如圖1中所示，控制器14從一個(gè)主計(jì)算機(jī)接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，并且根據(jù)圖像數(shù)據(jù)生成控制信號(hào)以便控制打印頭10的操作。控制器14還控制電源16以便生成線20上的一個(gè)電源電壓Vs。
如以下更詳細(xì)地討論的，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，打印機(jī)包括一個(gè)存儲(chǔ)模塊24，用于存儲(chǔ)打印機(jī)和/或打印頭10的操作專用的操作參數(shù)和算術(shù)表達(dá)式。打印頭10還優(yōu)選地包括一個(gè)存儲(chǔ)模塊26，用于存儲(chǔ)打印頭10專用的參數(shù)。
優(yōu)選地，墨水被保存于一個(gè)可替換墨水盒例如附屬于打印頭10并且被架于滑架12上的墨盒28中。在優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)墨水盒存儲(chǔ)模塊30例如一個(gè)非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)器件被安裝于墨水盒28內(nèi)。如以下將更詳細(xì)地描述的，存儲(chǔ)模塊30存儲(chǔ)與墨水特性相關(guān)的參數(shù)。如圖1中所示，打印機(jī)控制器14在電氣上連至墨盒存儲(chǔ)模塊30以使控制器14可以訪問模塊30內(nèi)的存儲(chǔ)器位置。
打印頭10包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路32，它從電源16接收電源電壓Vs和從控制器14接收控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器電路32將控制信號(hào)解碼，及根據(jù)控制信號(hào)和Vs選擇性地生成一個(gè)或多個(gè)電阻性加熱元件34上的電壓脈沖。加熱元件34上的一個(gè)電壓脈沖促使電流流過(guò)加熱元件34的電阻材料。電流的流動(dòng)促使加熱元件34以發(fā)熱形式消耗功率。當(dāng)電壓脈沖的幅值和寬度足夠大以便在加熱元件34表面上生成一定最小能量密度時(shí)，由加熱元件34所散發(fā)的熱量促使哪些與加熱元件34表面接觸的墨水集結(jié)起來(lái)。墨水集結(jié)后形成一個(gè)氣泡，從而促使一小滴墨水被叢鄰近的噴嘴中排出。
在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)加熱元件通常具有矩形形狀，如圖2A中所示。因此，每個(gè)加熱元件34具有一個(gè)寬度和一個(gè)長(zhǎng)度，它們被分別稱為Whtr和Lhtr。圖2B是圖2A中在剖面線I-I處所取的剖面圖，其中每個(gè)加熱元件34包含一個(gè)由保護(hù)覆蓋層40所覆蓋的電阻層38。電阻層38通常由鋁化鉭(TaAl)或氮化鉭(TaN)或二硼化鉿(HfB2)或某些其它具有高電阻率和耐高溫性的合適材料組成。為保護(hù)電阻層38免受墨水的腐蝕和破裂氣泡的空穴效應(yīng)的影響，通常要求使用一層薄膜復(fù)合疊層來(lái)覆蓋電阻層38，包括氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)和鉭(Ta)薄膜。SiN+SiC+Ta復(fù)合層形成保護(hù)覆蓋層40。形成保護(hù)覆蓋層40的SiN+SiC+Ta復(fù)合層的總厚度或高度此處被稱為hpo。
電阻層38和保護(hù)覆蓋層40被淀積于一片加熱器芯片基片33上?；?3通常是一片400-800微米厚的硅芯片，其中1.0-3.0微米厚的頂層42是熱絕緣材料，例如二氧化硅(SiO2)、磷化硼參雜的玻璃(BPSG)、磷參雜的玻璃(PSG)或玻璃纖維(SOG)。由于硅的熱擴(kuò)散率大約大于墨水的600倍，熱絕緣層42的用途是當(dāng)電流流過(guò)電阻層38時(shí)防止熱能擴(kuò)散入硅基片33內(nèi)。
如圖2A和2B中所示，元件34的一條邊優(yōu)選地在電氣上連至一個(gè)導(dǎo)電引線35。導(dǎo)電引線35的另一端連至一個(gè)開關(guān)器件例如一個(gè)功率FET。該開關(guān)器件優(yōu)選地也放置于基片33上。開關(guān)器件的另一端優(yōu)選地接地。在優(yōu)選實(shí)施例中，加熱元件34的另一條邊在電氣上連至一條導(dǎo)電引線37，后者將加熱元件34連至一個(gè)電源。在操作中，當(dāng)開關(guān)器件被激勵(lì)時(shí)，電流從電源流過(guò)導(dǎo)電引線35和37和加熱元件34后接地。在一個(gè)選代實(shí)施例中，開關(guān)器件和導(dǎo)電引線35被連至電源，而導(dǎo)電引線37被接地。
導(dǎo)電引線35和37通常由鋁(Al)、鋁銅合金(AlCu)、硅化鋁(AlSi)或某些其它低電阻率的鋁合金組成。由于墨水對(duì)鋁有腐蝕性，導(dǎo)電引線35和37通常由用于覆蓋加熱器34的相同SiN+SiC+Ta保護(hù)層所覆蓋。
一般而言，提供給加熱元件34表面的能量密度EDhtr由下式給出EDhtr=Phtr×tpwAhtr,---(1)]]>其中Phtr是提供給加熱元件34的能量脈沖的功率，tpw是單位時(shí)間內(nèi)的脈沖寬度及Ahtr是加熱元件34的面積。
提供給加熱元件34的能量脈沖功率可以表達(dá)如下Phtr=Vhtr2Rhtr,---(2)]]>其中Vhtr是加熱元件34上的脈沖電壓幅值及Rhtr是加熱元件34的電阻。根據(jù)等式(1)和(2)，EDhtr可以表達(dá)如下EDhtr=Vhtr2AhtrRhtr×tpw.---(3)]]>因此，在打印機(jī)操作期間，加熱元件34表面處的能量密度EDhtr可以通過(guò)對(duì)由驅(qū)動(dòng)器電路32提供給加熱元件34的電壓脈沖的脈沖幅值和/或?qū)挾冗M(jìn)行調(diào)整而得到調(diào)整。
當(dāng)加熱元件34表面處的能量密度EDhtr足夠大時(shí)，形成一個(gè)氣泡，它促使一小滴墨水從元件34表面分離出來(lái)。圖3顯示一條典型的響應(yīng)曲線，用于表示作為提供給加熱元件34表面的能量密度EDhtr的函數(shù)的小墨水滴的歸一化質(zhì)量。圖3中繪制的數(shù)據(jù)點(diǎn)是使用五個(gè)不同每個(gè)全都具有1056μm2的面積的加熱元件34的打印頭(a-e)進(jìn)行測(cè)量的。已經(jīng)確定這種響應(yīng)也適用于其面積為從300μm2至2300μm2的加熱元件。這種響應(yīng)的二進(jìn)制特性是由于熱傳導(dǎo)和墨水氣泡集結(jié)過(guò)程。在電壓脈沖被加于加熱元件34上的時(shí)刻tpw，熱量被從加熱元件34表面?zhèn)鲗?dǎo)至墨水。當(dāng)元件34表面處的墨水達(dá)到超熱界限時(shí)，它變?yōu)檎羝?，因而形成墨水氣泡。在氣泡生長(zhǎng)階段，有一層水蒸氣的絕緣層阻止進(jìn)一步將熱量傳導(dǎo)入墨水。因?yàn)闅馀輰⒛c加熱元件34表面隔熱，階段變換過(guò)程所需全部潛熱必須來(lái)自集結(jié)前存于墨水中的熱能。在集結(jié)后，提供給加熱元件34的附加能量并不傳輸給墨水。因此，圖3中所示響應(yīng)曲線的“膝”標(biāo)示通常發(fā)生墨水集結(jié)的最小能量密度。由于特別希望不要提供比墨水集結(jié)所需能量更多的能量給加熱元件34，此處將圖1中所示的最小能量密度稱為最佳能量密度EDopt。
因此希望操作打印頭10以便通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整提供給元件34的能量脈沖的幅值和持續(xù)時(shí)間而提供加熱元件34表面處的最佳能量密度EDopt。調(diào)整能量脈沖的幅值和持續(xù)時(shí)間而提供最佳能量密度EDopt的做法要求考慮多個(gè)與打印頭10特性、加熱元件34特性和墨水特性相關(guān)的因素。如果已知這些因素和它們之間的相互關(guān)系，則可以實(shí)際上為墨水類型和打印頭加熱器芯片設(shè)計(jì)的任何組合確定和控制EDopt。
根據(jù)使用不同厚度加熱元件34的經(jīng)驗(yàn)和根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有限元熱傳輸模型，已經(jīng)確定一組回歸方程，用于確定多個(gè)影響最佳能量密度EDopt的變量之間的關(guān)系。這些回歸方程表述如下。EDopt=b2+b3hpo+b4(22+ΔT)+bsPD×10-9---(4)]]>topt=EDoptPD---(5)]]>iopt=WhtrPDRs---(6)]]>hmax=1b3{b1RsΔTRxWhtr2+RsLhtrWhtr-[b2+b4(22+ΔT)+b5PD×10-9]}---(7)]]>
在以上等式中EDopt是加熱元件34表面處的最佳能量密度(焦耳/米2)；b2，b3，b4和b5是墨水相關(guān)系數(shù)；hpo是加熱元件34的保護(hù)覆蓋層的厚度(微米)；ΔT是打印頭偏離溫度值(攝氏度)；PD是加熱元件功率密度(瓦/米2)；top是能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間(脈沖寬度)(秒)；iopt是流經(jīng)加熱元件34以便生成能量脈沖的電流幅值(安倍)；Whtr是加熱元件34的寬度(米)；Rs是加熱元件34的電阻層38的電阻率；(這也稱為片電阻，及它的單位是每平方的歐姆。加熱器的DC電阻可以簡(jiǎn)單地通過(guò)將電阻率(或片電阻)Rs乘以Lhtr/Whtr比而確定)。
hmax是保護(hù)覆蓋層40的最大最佳厚度(微米)；Rx是功率開關(guān)器件35和與加熱元件34串連的金屬引線(例如引線37)的電阻(歐姆)；Lhtr是加熱元件34的長(zhǎng)度(米)；及b1是與小墨水滴的質(zhì)量和打印頭10的點(diǎn)火頻率相關(guān)的系數(shù)。這些變量的進(jìn)一步解釋和示例值將在以下討論中提供。
參照?qǐng)D3。最佳能量密度操作點(diǎn)EDopt是在曲線的膝處確定的。熱動(dòng)力學(xué)的另一個(gè)感興趣的問題是雛形蒸汽形成的開始時(shí)間(即集結(jié)開始)，它在圖3中被確定為ED*。這是一部分雛形蒸汽開始出現(xiàn)于加熱器表面但尚未集合為單個(gè)均勻的氣泡時(shí)的點(diǎn)。這是感興趣的點(diǎn)，因?yàn)樗淮_定為開始形成蒸汽所需時(shí)間(即t*＝ED*/PD)。
能夠通過(guò)畫出ED*與PD的曲線而收集另一些信息，如圖4中所示。彎曲部分確定熱波開始通過(guò)熱絕緣層42傳播的時(shí)間。在大于1.5GW/m2的區(qū)域中，加熱率非常高。這些高加熱率所造成的結(jié)果是在熱波還沒有通過(guò)用于將電阻層38與基片33隔離的絕緣層42進(jìn)行傳播時(shí)就已經(jīng)達(dá)到超熱界限。在高功率密度狀態(tài)下，ED*與PD的響應(yīng)曲線是近似平的，從而標(biāo)示很少或沒有熱能通過(guò)絕緣層42進(jìn)入硅33。這是非常希望達(dá)到的條件，因?yàn)橐坏岵ㄒ呀?jīng)穿透絕緣層42，主要熱傳導(dǎo)路徑就從器件的墨水側(cè)轉(zhuǎn)移到器件的硅側(cè)。如前所述，硅的熱擴(kuò)散率大約大于水的600倍，所以明智而審慎地確定熱絕緣層42的尺寸是很重要的。
在圖4中還顯示低功率密度狀態(tài)下的響應(yīng)曲線。在低功率密度狀態(tài)下，集結(jié)時(shí)的能量密度開始以指數(shù)曲線上升，因?yàn)榕c低功率密度相關(guān)聯(lián)的長(zhǎng)脈沖時(shí)間允許熱波傳透絕緣層42并且擴(kuò)散入硅基片33中。
再次將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析和有限元模型結(jié)合使用，發(fā)現(xiàn)以下表達(dá)式能夠預(yù)測(cè)ED*。ED*=α1+α2hpo+α3(22+ΔT)+α4PD×10-9,where---(4a)]]>α1，α2，α3，and α4are ink-specific coefficients；其中a1，a2，a3和a4是墨水有關(guān)系數(shù)；ΔT、PD和hpo是先前所確定的；及ED*是膜沸騰開始時(shí)的加熱器能量密度(J/m2)。
a1，a2，a3和a4的典型值列于以下表I中。
表I.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的一個(gè)典型相關(guān)關(guān)系，二維有限元熱傳輸模型和等式(4a)被顯示于圖4中。這組具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果是使用一個(gè)具有29.5微米的長(zhǎng)度和寬度的加熱元件34和基于色素墨水而獲得的。圖4的曲線C1對(duì)應(yīng)于等式(4a)，曲線C2對(duì)應(yīng)于熱傳輸模型，及三角符號(hào)(Δ)對(duì)應(yīng)于測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)。對(duì)于曲線C1，以下值用于等式(4a)中a1＝729，a2＝1212，a3＝-8.54，a4＝1020，ΔT＝0和hpo＝0.26μm(SiN)+0.43μm(SiC)+0.52μm(Ta)。
如前所述，本發(fā)明確定EDopt，因?yàn)檫@確定加熱器在操作中如何接收脈沖。然而ED*點(diǎn)在本質(zhì)上是難于理解的，因?yàn)榇蛴☆^產(chǎn)品在此點(diǎn)上無(wú)法操作。由于這些原因，系數(shù)a1，a2，a3和a4并不存于優(yōu)選實(shí)施例的存儲(chǔ)模塊中。
一般而言，基于色素墨水和基于染料墨水所用墨水相關(guān)系數(shù)(an，bn)之所以不同是因?yàn)樵跉馀萆L(zhǎng)過(guò)程的高壓階段期間，氣泡壁經(jīng)受其數(shù)量級(jí)為地心重力的一百萬(wàn)倍的加速度。這對(duì)于基于染料墨水不是問題，但基于色素墨水具有一定尺寸的著色顆粒。色素顆粒被保持于溶液中，該溶液具有水、彌散劑、著色劑和濕潤(rùn)劑之間的電磁力的微妙平衡。這些弱力不足以在高加速度下將著色顆粒保持于溶液中。在氣泡生長(zhǎng)過(guò)程的高壓力/高加速度階段，這些顆粒中的一部分被從墨水中剝離而留于加熱器表面頂部。這些著色沉淀物層在液體墨水與加熱元件34之間提供一層熱絕緣。此厚度非?？斓亟⑵鹨粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)(通常在第一千百次點(diǎn)火內(nèi))。破壞的氣泡企圖擦除著色層。破壞氣泡的擦除作用與加速氣泡壁的剝離作用相反，保持著色層不要無(wú)限制地建立。
根據(jù)等式(4)和(5)，最佳脈沖寬度top可以表達(dá)如下topt=b2+b3hpo+b4(22+ΔT)+bsPD×10-9PD,---(8)]]>一般而言，加熱元件34的電阻Rhtr可以表達(dá)如下Rhtr=Rs×LhtrWhtr.---(9)]]>根據(jù)等式(6)和(9)，能量脈沖的最佳電壓電平可以表達(dá)為
Vopt＝iopt×Rhtr，(10)或Vopt=Lhtr×PD×Rs.---(11)]]>由于電阻是由驅(qū)動(dòng)器電路32引入的，通過(guò)電源16與驅(qū)動(dòng)器電路32之間的TAB電路中的電氣連接和驅(qū)動(dòng)器電路32與加熱元件34之間的電氣連接，因此在電源16與加熱元件34之間存在一個(gè)電壓降。因此，加熱元件34上的最佳電壓Vopt并不等同于電源電壓Vs。考慮到電源16與加熱元件34之間的此處稱為Rd的總電阻，為在加熱元件34上提供Vopt所需的電源電壓Vs可表達(dá)如下Vs=Vopt×Rhtr+RdRhtr=Vopt×(RdRhtr+1)=Vopt×(RdWhtrRsLhtr+1).---(12)]]>根據(jù)等式(11)和(12)，Vs的最佳值可表達(dá)如下Vs=Lhtr×PD×Rs×(RdWhtrRsLhtr+1).---(13)]]>根據(jù)等式(8)和(13)，打印機(jī)控制器14對(duì)脈沖寬度topt和/或電源電壓Vs進(jìn)行調(diào)整以便根據(jù)以上所列變量的各值為墨水和加熱器芯片的任何組合獲得最佳能量密度EDopt。根據(jù)本發(fā)明，這些值或被存于打印頭存儲(chǔ)模塊26中或被存于墨水盒存儲(chǔ)模塊30中。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，系數(shù)b1，b2，b3，b4和b5，加熱元件尺寸值hpo，Whtr和Lhtr，加熱元件功率密度PD，邏輯開關(guān)器件電阻Rx和加熱元件34的電阻率Rs都存于打印頭存儲(chǔ)模塊26中。打印頭運(yùn)行點(diǎn)偏離溫度ΔT優(yōu)選地存于墨水盒存儲(chǔ)模塊30中。一個(gè)用于確定墨水盒28中的墨水類型的墨水識(shí)別符也優(yōu)選地存于墨水盒存儲(chǔ)模塊30中。
優(yōu)選地，以上所列回歸方程被存于打印機(jī)存儲(chǔ)模塊24中。如以下將更詳細(xì)地描述的，打印機(jī)控制器14從存儲(chǔ)模塊24中檢索各方程，從墨水盒存儲(chǔ)模塊30和打印頭存儲(chǔ)模塊26中檢索各變量值，及根據(jù)它們來(lái)確定脈沖寬度topt和電流i的最佳值。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1和圖5中闡述的流程圖描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的操作。優(yōu)選地，在制造墨水盒28期間，用作墨水識(shí)別符和打印頭運(yùn)行點(diǎn)偏離溫度ΔT的各值存于墨水盒存儲(chǔ)模塊30中(步驟100)。例如，墨水識(shí)別符可以具有一個(gè)0值用于標(biāo)示被裝載于墨水盒中的是基于色素墨水，或者一個(gè)1值用于標(biāo)示基于染料墨水。ΔT的典型范圍是在10℃和40℃之間。
在制造打印頭10期間和其后，Whtr，Lhtr，hpo，PD，Rs，b2，b3，b4和b5的各值存于打印頭存儲(chǔ)模塊26中(步驟102)。加熱元件長(zhǎng)度、寬度和厚度Whtr、Lhtr和hpo的典型值分別是29.5μm、29.5μm和1.21μm。具有TaAl電阻層38的加熱元件34的電阻率的典型值是28.2Ω/平方。功率密度PD的一個(gè)典型值是2.5GW/m2。在優(yōu)選實(shí)施例中，墨水相關(guān)系數(shù)的兩組值b2，b3，b4和b5被存儲(chǔ)一組用于基于染料墨水和另一組用于基于色素墨水。這些系數(shù)的典型值列于表II表II.

在制造打印機(jī)期間，或在隨后的打印機(jī)維修期間，一個(gè)用于根據(jù)等式(8)計(jì)算topt的固件模塊存于打印機(jī)存儲(chǔ)模塊24中(步驟104)。一個(gè)用于根據(jù)等式(6)或(11)計(jì)算iopt或Vopt的固件模塊也存于打印機(jī)存儲(chǔ)模塊24中(步驟106)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)打印機(jī)通電時(shí)，打印機(jī)控制器14訪問墨水盒存儲(chǔ)模塊30和檢索墨水識(shí)別符和ΔT的各值(步驟108)。根據(jù)墨水識(shí)別符的值，即1或0，控制器14確定從打印頭存儲(chǔ)模塊26中檢索b2，b3，b4和b5(表II)中的哪些值(步驟110)。控制器14然后訪問打印頭存儲(chǔ)模塊26和檢索b2，b3，b4，b5，Whtr，Lhtr，hpo，PD和Rs的各值(步驟112)。
優(yōu)選地，控制器14然后從打印機(jī)存儲(chǔ)模塊24中檢索用于計(jì)算topt的固件模塊(步驟114)，和根據(jù)在步驟108和112中檢索的值確定topt(步驟116)。例如，對(duì)于基于色素墨水，控制器14根據(jù)下式確定topttopt=b2+b3hpo+b4(22+ΔT)+bsPD×10-9PD;---(8)]]>topt=502.6+(2050.2)(1.21)-(16.337)(22+40)+2905.82.52.5×109=1.253μsec.]]>因此，對(duì)于此例子，最佳脈沖寬度是1.253微妙。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，控制器14從打印機(jī)存儲(chǔ)模塊24中檢索用于根據(jù)等式(11)計(jì)算Vopt的固件模塊(步驟118)，及根據(jù)步驟112中檢索的值確定Vopt(步驟120)。例如，控制器14根據(jù)下式確定VoptVopt=Lhtr×PD×Rs;---(11)]]>Vopt=29.5×10-6×2.5×109×28.2=7.83volts.]]>根據(jù)從等式(11)中確定的值Vopt，控制器14控制電源16以便相應(yīng)地設(shè)置電源電壓Vs。因此控制器14根據(jù)下式設(shè)置電源電壓Vs=Vopt×(RdRhtr+1)=7.83×(Rd28.2+1)volts,---(12)]]>
其中Rd是電源16與加熱元件34之間的總電阻。
雖然等式(12)中的Rd的總值中還有電源與接地之間的不同其它實(shí)際電阻，但實(shí)際上存于優(yōu)選實(shí)施例的存儲(chǔ)模塊26中的值只是功率FET的現(xiàn)行電阻和基片33上的電源與接地引線35與37的電阻。其他電阻值例如電纜和互相連接對(duì)于打印頭10而言是外部值，并且與位于基片33上的元件相比較非常小。一個(gè)可行的可選項(xiàng)是不存儲(chǔ)Rd項(xiàng)中的芯片外元件值。然而，能夠理解，電纜和互相連接和打印頭10外部的其他元件的正常電阻值可以存于打印機(jī)存儲(chǔ)模塊24中。這些外部電阻值可以從打印機(jī)存儲(chǔ)模塊24中提取出來(lái)并且被加至用于構(gòu)成Rd項(xiàng)的打印頭電阻值中。
根據(jù)來(lái)自主計(jì)算機(jī)的圖像數(shù)據(jù)，打印機(jī)控制器14控制驅(qū)動(dòng)器電路32以便選擇性地提供能量脈沖給加熱元件34，其中該能量脈沖具有一個(gè)電壓幅值Vopt(7.83伏)和一個(gè)脈沖寬度topt(1.253微秒)(步驟122和124)。
當(dāng)噴墨打印頭的點(diǎn)火頻率增加時(shí)，在設(shè)計(jì)噴墨打印頭時(shí)的一個(gè)目標(biāo)是減少消耗于打印頭中的功率，從而減少打印頭所生成的熱量。減少功率消耗的一個(gè)很實(shí)際的手段是減少為恰當(dāng)?shù)貒姵鲆恍〉文璧拿總€(gè)脈沖的能量。因此，一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)是將圖3響應(yīng)曲線的膝推向左方。這通過(guò)在形成加熱元件34時(shí)使用較薄膜而完成的。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，加熱元件34的SiN+SiC+Ta保護(hù)層40的最大厚度根據(jù)等式(7)確定hmax=1b3{b1RsΔTRxWhtr2+RsLhtrWhtr-[b2+b4(22+ΔT)+b5PD×10-9]},---(7)]]>其中b1是經(jīng)驗(yàn)確定的系數(shù)，它的值依賴于打印頭的點(diǎn)火頻率和由打印頭產(chǎn)生的小墨水滴的正常質(zhì)量。
墨水系數(shù)b1取決于打印頭10的散熱機(jī)制。大部分熱量通過(guò)對(duì)流散去(即通過(guò)器件中墨水的質(zhì)量流通)。換言之，當(dāng)打印密度增加時(shí)，輸入功率也增加，而墨水的質(zhì)量流動(dòng)亦然。當(dāng)液體墨水在流向紙張的途中流過(guò)硅芯片時(shí)，它通過(guò)對(duì)流拾取熱能。當(dāng)墨水被噴向紙張時(shí)，它留下芯片的控制容積，隨著攜帶有限數(shù)量的熱能。由于主功率消耗機(jī)制是對(duì)流，及對(duì)流取決于質(zhì)量流動(dòng)率，可以合理地假設(shè)在頭與頭之間的宏觀熱傳輸機(jī)制之間存在有限的差別，因?yàn)轭A(yù)料到頭與頭之間的微觀小墨水滴質(zhì)量是有某些差別的。由于此原因，對(duì)b1有一個(gè)最大似然估計(jì)和b1的保守值。最大似然估計(jì)假設(shè)一個(gè)正常打印頭輸送正常尺寸的小墨水滴(即正常的質(zhì)量流通率)。保守估計(jì)假設(shè)小墨水滴處于所預(yù)料尺寸范圍的最低端，因而減少對(duì)流熱傳輸機(jī)制。類似地，由于一個(gè)彩色打印頭所產(chǎn)生的小墨水滴的質(zhì)量通常比一個(gè)單色打印頭所產(chǎn)生的小墨水滴質(zhì)量小得多，彩色打印頭的b1系數(shù)不同于單色打印頭，因?yàn)槊恳煌叩馁|(zhì)量流通率是不同的。
一個(gè)提供20％打印媒質(zhì)覆蓋、每秒打印6.8頁(yè)(PPM)的單色打印頭使用28納克小墨水滴，b1的最大似然值是1.364×10-7，及其保守值是1.186×10-7。一個(gè)提供每種顏色10％打印媒質(zhì)覆蓋、每秒打印2.6頁(yè)(PPM)的三色打印頭使用7納克小墨水滴，b1的最大似然值是7.042×10-8，及其保守值是5.780×10-8。等式(7)中的Rx是考慮到驅(qū)動(dòng)器電路32內(nèi)的電路電阻的電阻值。例如，Rx包括功率FET開關(guān)器件35的源極至漏極電阻及驅(qū)動(dòng)器電路32內(nèi)的相關(guān)聯(lián)金屬引線和接地引線37的電阻。Rx的一個(gè)典型值是7.2Ω。
因此，根據(jù)等式(7)，根據(jù)下式確定一個(gè)使用基于色素墨水的單色打印頭10的hmax典型值hmax=12050.2{1.364×10-7×28.2×407.2×(29.5×10-6)2+28.2×(29.5×10-6)2-[502.6-16.337(22+40)+2905.82.5]}]]>hmax＝2.118μm圖6中顯示一條根據(jù)等式(7)的關(guān)系的曲線，用于顯示一個(gè)單色打印頭的最大保護(hù)覆蓋層厚度hmax，作為加熱元件功率密度PD的函數(shù)，該打印頭產(chǎn)生28納克基于色素小墨水滴和在6.8PPM時(shí)提供20％覆蓋。圖6中所畫不同曲線針對(duì)打印頭偏離溫度ΔT的不同值，其范圍從10℃到50℃。圖6的曲線適用于其Rs為28.2Ω/平方、Lhtr和Whtr都是29.5μm和Rx為7.2Ω的打印頭。
圖7闡述一條三色打印頭的作為PD函數(shù)的hmax的曲線，該三色打印頭產(chǎn)生7納克基于染料小墨水滴和在2.6PPM時(shí)提供10％覆蓋。圖7的曲線適用于其Rs為28.2Ω/平方、Lhtr為37.5μm和Whtr為14.0μm和Rx為4.3Ω的打印頭。
使用等式(7)的關(guān)系，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)系統(tǒng)，用于確定一個(gè)具體噴墨打印頭的最大覆蓋層厚度hmax。優(yōu)選地，該系統(tǒng)被實(shí)施為一個(gè)運(yùn)行于計(jì)算機(jī)處理器例如一個(gè)膝上計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站計(jì)算機(jī)上的一個(gè)計(jì)算機(jī)算法。參照?qǐng)D8，當(dāng)該系統(tǒng)被執(zhí)行時(shí)，表示等式(7)的關(guān)系的算法被從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中檢索(步驟200)。從一個(gè)輸入設(shè)備例如鍵盤或存儲(chǔ)器位置輸入Whtr和Lhtr的已知值至該算法中(步驟202)。PD，Rs，b1，b2，b3，b4，b5和ΔT的已知值也被輸入至算法中(步驟204、206和208)。該系統(tǒng)然后根據(jù)等式(7)的關(guān)系和Whtr，Lhtr，PD，Rs，b1，b2，b3，b4，b5和ΔT的已知值確定hmax。優(yōu)選地，所計(jì)算的hmax值然後通過(guò)一個(gè)輸出設(shè)備例如一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或打印機(jī)被提供給用戶。
業(yè)內(nèi)人士顯然從以上描述和附圖知道，可在本發(fā)明的實(shí)施例中作出修改和/或變動(dòng)。因此明顯地認(rèn)為以上描述和附圖只是用于闡述優(yōu)選實(shí)施例而不限于此，以及本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍由所附權(quán)利要求書所確定。
權(quán)利要求
1.一種用于提供最佳能量脈沖給噴墨打印頭中的電阻性加熱元件的系統(tǒng)，該能量脈沖從而在該電阻性加熱元件表面處提供一個(gè)最佳能量密度以便實(shí)現(xiàn)位于電阻性加熱元件表面鄰近處的墨水的最佳集結(jié)，該系統(tǒng)包括(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)物理尺寸的加熱元件尺寸值；(b)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)電氣尺寸的加熱元件電氣值；(c)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)用于提供至少一個(gè)加熱元件尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值與表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式；(d)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索至少一個(gè)加熱元件尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值和至少一個(gè)表達(dá)式；(e)根據(jù)至少一個(gè)表達(dá)式確定用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值；(f)生成對(duì)應(yīng)于步驟(e)中所確定值的最佳能量脈沖；及(g)提供最佳能量脈沖給加熱元件。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括(h)步驟(b)包括存儲(chǔ)一個(gè)加熱元件功率密度值和一個(gè)加熱元件電阻率值；(i)步驟(c)包括存儲(chǔ)一個(gè)用于提供至少一個(gè)加熱元件尺寸值、至少一個(gè)加熱元件功率密度值，加熱元件電阻率值和用于表示流經(jīng)加熱元件的電流的最佳幅值的電流值之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式；及(j)步驟(d)包括從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索加熱元件功率密度值和加熱元件電阻率值。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，還包括(k)步驟(a)包括在存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)一個(gè)加熱元件寬度值；(l)步驟(i)包括存儲(chǔ)一個(gè)用于提供至少一個(gè)加熱元件寬度值、加熱元件功率密度值、加熱元件電阻率值和用于表示流經(jīng)加熱元件的電流的最佳幅值的電流值之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式；及(m)步驟(d)包括從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索加熱元件寬度值。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中該表達(dá)式提供i=WhtrPDRs,]]>其中i是用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值；Whtr是加熱元件寬度值；PD是加熱元件功率密度值；Rs是加熱元件電阻率值。
5.一種用于提供一個(gè)最佳能量脈沖給一個(gè)噴墨打印頭中由一層保護(hù)覆蓋層所覆蓋的電阻性加熱元件的系統(tǒng)，該能量脈沖從而在該電阻性加熱元件的表面提供一個(gè)最佳能量密度以使鄰近于用于覆蓋電阻性加熱元件的保護(hù)覆蓋層的表面處的墨水實(shí)現(xiàn)最佳集結(jié)，該系統(tǒng)包括(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該保護(hù)覆蓋層的至少一個(gè)物理尺寸的保護(hù)覆蓋層尺寸值；(b)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)電氣尺寸的加熱元件電氣值；(c)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)與墨水的至少一個(gè)特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)；(d)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)用于提供至少一個(gè)保護(hù)覆蓋層尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)與一個(gè)最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式；(e)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索至少一個(gè)保護(hù)覆蓋層尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)和表達(dá)式；(f)根據(jù)至少一個(gè)表達(dá)式確定最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間；(g)生成具有在步驟(f)中所確定的最佳持續(xù)時(shí)間的最佳能量脈沖；及(h)提供最佳能量脈沖給加熱元件。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，還包括(i)在存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)一個(gè)用于描述打印頭的運(yùn)行點(diǎn)偏離溫度的打印頭偏離溫度值；(j)步驟(d)包括存儲(chǔ)一個(gè)用于提供至少一個(gè)打印頭偏離溫度值、至少一個(gè)保護(hù)覆蓋層尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)和最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式；及(k)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索至少一個(gè)打印頭偏離溫度值。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中該表達(dá)式提供top=b2+b3h+b4(22+ΔT)+bsPD×10-9PD,]]>其中top是能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間；ΔT是打印頭偏離溫度值；PD是加熱元件功率密度；h是保護(hù)覆蓋層的厚度值；及b2，b3，b4和b5是墨水相關(guān)系數(shù)。
8.一種用于提供一個(gè)最佳能量脈沖給一個(gè)噴墨打印頭中由一層保護(hù)覆蓋層所覆蓋的電阻性加熱元件的系統(tǒng)，該能量脈沖從而在該電阻性加熱元件的表面提供一個(gè)最佳能量密度以便使鄰近于用于覆蓋電阻性加熱元件的保護(hù)覆蓋層的表面處的墨水實(shí)現(xiàn)最佳集結(jié)，該系統(tǒng)包括(a)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)加熱元件寬度值；(b)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)保護(hù)覆蓋層厚度值；(c)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)加熱元件功率密度值和一個(gè)加熱元件電阻率值；(d)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)至少一個(gè)與墨水的至少一個(gè)特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)；(e)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)用于描述打印頭的一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)偏離溫度的打印頭偏離溫度值；(f)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)一個(gè)用于提供加熱元件寬度值、加熱元件功率密度值、加熱元件電阻率值和一個(gè)用于表示流經(jīng)加熱元件的電流以便根據(jù)下式生成最佳能量脈沖的最佳幅值的電流值之間的算術(shù)關(guān)系的第一表達(dá)式；i=WhtrPDRs,]]>其中i是流經(jīng)加熱元件以便生成能量脈沖的電流的最佳幅值；Whtr是加熱元件寬度值；及Rs是加熱元件電阻率值。(g)在存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)一個(gè)用于提供保護(hù)覆蓋層厚度值、加熱元件功率密度值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)、打印頭偏離溫度值和用于根據(jù)下式在電阻性加熱元件表面提供最佳能量密度的最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間之間的算術(shù)關(guān)系的第二表達(dá)式top=b2+b3h+b4(22+ΔT)+bsPD×10-9PD,]]>其中top是能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間；ΔT是打印頭偏離溫度值；PD是加熱元件功率密度值；h是保護(hù)覆蓋層的厚度值；及b2，b3，b4和b5是墨水相關(guān)系數(shù)。(h)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索加熱元件寬度值、保護(hù)覆蓋層厚度值、加熱元件功率密度值、加熱元件電阻率值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)和打印頭偏離溫度值；(i)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索第一表達(dá)式；(j)根據(jù)第一表達(dá)式確定用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值；(k)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索第二表達(dá)式；(l)根據(jù)第二表達(dá)式確定用于表示最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間的時(shí)間值；(m)根據(jù)步驟(j)中確定的電流值生成具有對(duì)應(yīng)于步驟(l)中所確定時(shí)間值的持續(xù)時(shí)間的最佳能量脈沖；及(n)提供最佳能量脈沖給加熱元件。
9.一個(gè)噴墨打印設(shè)備，用于通過(guò)將小墨水滴噴在打印媒質(zhì)上而在一個(gè)打印媒質(zhì)上形成一個(gè)圖象，該設(shè)備包括一個(gè)噴墨打印頭，它具有至少一個(gè)用于接收電氣能量脈沖的電阻性加熱元件，用于根據(jù)能量脈沖在電阻性加熱元件表面處提供一個(gè)能量密度，及用于將熱能傳輸入位于電阻性加熱元件表面鄰近處的墨水，從而促使一小滴墨水從打印頭噴出；一個(gè)第一存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)物理尺寸的加熱元件的尺寸值，和至少一個(gè)用于描述該電阻性加熱元件的至少一個(gè)電氣特性的加熱元件的電氣值；一個(gè)處理器，用于訪問第一存儲(chǔ)模塊以便檢索至少一個(gè)加熱元件尺寸值和至少一個(gè)加熱元件電氣值，及用于根據(jù)至少一個(gè)加熱元件尺寸值和至少一個(gè)加熱元件電氣值確定用于在電阻性加熱元件表面處提供最佳能量密度的最佳能量脈沖的至少一個(gè)特性；及一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路，用于選擇性地提供最佳能量脈沖給電阻性加熱元件。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，還包括一個(gè)處理器，用于根據(jù)至少一個(gè)加熱元件尺寸值和至少一個(gè)加熱元件電氣值確定一個(gè)用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，還包括一個(gè)第二存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)一個(gè)用于提供至少一個(gè)加熱元件尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值和一個(gè)用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值之間的算術(shù)關(guān)系的第一表達(dá)式；一個(gè)處理器，用于訪問第二存儲(chǔ)模塊以便檢索第一表達(dá)式，及用于根據(jù)第一表達(dá)式確定用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值；及一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路，用于選擇性地提供電流的最佳幅值給加熱元件以便生成最佳能量脈沖。
12.權(quán)利要求10的設(shè)備，還包括一個(gè)第一存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)一個(gè)加熱元件功率密度值和一個(gè)加熱元件電阻率值；及一個(gè)處理器，用于訪問第一存儲(chǔ)模塊以便檢索加熱元件功率密度值、加熱元件電阻率值和至少一個(gè)加熱元件尺寸值，及用于根據(jù)至少一部分加熱元件功率密度值、加熱元件電阻率值和至少一個(gè)加熱元件尺寸值確定用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值。
13.權(quán)利要求11的設(shè)備，還包括一個(gè)第一存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)一個(gè)加熱元件功率密度值、一個(gè)加熱元件電阻率值和一個(gè)加熱元件寬度值；一個(gè)第二存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)第一表達(dá)式i=WhtrPDRs,]]>其中i是用于表示流經(jīng)加熱元件以便生成最佳能量脈沖的電流的最佳幅值的電流值；Whtr是加熱元件寬度值；PD是加熱元件功率密度值；及Rs是加熱元件電阻率值；及一個(gè)處理器，用于從第一存儲(chǔ)模塊中檢索加熱元件功率密度值、加熱元件寬度值和加熱元件電阻率值，及用于根據(jù)第一表達(dá)式確定用于表示流經(jīng)加熱元件的電流的最佳幅值的電流值。
14.權(quán)利要求9的設(shè)備，還包括一個(gè)第三存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)至少一個(gè)用于識(shí)別墨水類型的墨水類型識(shí)別符；及一個(gè)處理器，用于訪問第三存儲(chǔ)模塊以便檢索墨水類型識(shí)別符，及用于根據(jù)至少一部分墨水類型識(shí)別符確定用于在電阻性加熱元件表面處提供最佳能量密度的能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
15.權(quán)利要求9的設(shè)備，還包括一個(gè)第一存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)加熱元件功率密度值；及一個(gè)處理器，用于訪問第一存儲(chǔ)模塊以便檢索加熱元件功率密度值，及用于根據(jù)至少一部分加熱元件功率密度值確定最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
16.權(quán)利要求9的設(shè)備，還包括一個(gè)第三存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)一個(gè)打印頭偏離溫度值；及一個(gè)處理器，用于訪問第三存儲(chǔ)模塊以便檢索打印頭偏離溫度值，及用于根據(jù)至少一部分打印頭偏離溫度值確定最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
17.權(quán)利要求9的設(shè)備，還包括至少一個(gè)加熱元件，由一層保護(hù)覆蓋層所覆蓋；一個(gè)第一存儲(chǔ)模塊，還用于存儲(chǔ)保護(hù)覆蓋厚度值；及一個(gè)處理器，用于訪問第一存儲(chǔ)模塊以便檢索保護(hù)覆蓋厚度值，及用于根據(jù)至少一部分保護(hù)覆蓋厚度值確定最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
18.權(quán)利要求9的設(shè)備，還包括至少一個(gè)加熱元件，由一層保護(hù)覆蓋層所覆蓋；一個(gè)第一存儲(chǔ)模塊，還用于存儲(chǔ)至少一個(gè)保護(hù)覆蓋層尺寸值和至少一個(gè)與墨水的至少一個(gè)特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)；及一個(gè)第二存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)一個(gè)用于提供至少一個(gè)保護(hù)覆蓋層尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)、和一個(gè)用于表示在電阻性加熱元件表面提供最佳能量密度的最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間的值之間的算術(shù)關(guān)系的第二表達(dá)式；及一個(gè)處理器，用于訪問第二存儲(chǔ)模塊以便檢索第二表達(dá)式，及用于根據(jù)該第二表達(dá)式確定最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
19.權(quán)利要求18的設(shè)備，還包括一個(gè)第一存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)加熱元件功率密度值、一個(gè)保護(hù)覆蓋層厚度值和至少四個(gè)與墨水特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)；一個(gè)第三存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)一個(gè)打印頭偏離溫度值；第二存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)第二表達(dá)式top=b2+b3h+b4(22+ΔT)+bsPD×10-9PD,]]>其中top是能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間；ΔT是打印頭偏離溫度值；PD是加熱元件功率密度值；h是保護(hù)覆蓋層的厚度值；及b2，b3，b4和b5是墨水相關(guān)系數(shù)；及一個(gè)處理器，用于從第一存儲(chǔ)模塊中檢索加熱元件功率密度值、保護(hù)覆蓋層厚度值和至少四個(gè)與墨水特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)，用于從第三存儲(chǔ)模塊中檢索打印頭偏離溫度值，從第二存儲(chǔ)模塊中檢索第二表達(dá)式，及用于根據(jù)第二表達(dá)式確定最佳能量脈沖的最佳持續(xù)時(shí)間。
20.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中第一存儲(chǔ)模塊位于噴墨打印頭上。
21.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中第三存儲(chǔ)模塊位于一個(gè)墨水盒上。
22.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中至少一個(gè)電阻性加熱元件被一層具有根據(jù)下式所確定的厚度的保護(hù)覆蓋層所覆蓋h=1b3{b1RsΔTRxWhtr2+RsLhtrWhtr-[b2+b4(22+ΔT)+b5PD×10-9]},]]>其中h是保護(hù)覆蓋層的厚度；Whtr是電阻性加熱元件的寬度；Lhtr電阻性加熱元件的長(zhǎng)度；ΔT是打印頭的偏離溫度；PD是電阻性加熱元件上的功率密度；Rs是電阻性加熱元件的電阻率；Rx是與電阻性加熱元件相關(guān)聯(lián)的開關(guān)器件的電阻；及b1，b2，b3，b4和b5是墨水相關(guān)系數(shù)。
23.一種用于確定一層用于覆蓋電阻性加熱元件的保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度的系統(tǒng)，該電阻性加熱元件被提供有一個(gè)能量脈沖以便在電阻性加熱元件表面處建立一個(gè)最佳能量密度，從而使鄰近于保護(hù)覆蓋層表面的墨水實(shí)現(xiàn)最佳集結(jié)，該系統(tǒng)由一個(gè)包括一個(gè)處理器和一個(gè)存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)所實(shí)施，該系統(tǒng)包括(a)輸入至少一個(gè)用于描述電阻性加熱元件的至少一個(gè)物理尺寸的加熱元件的尺寸值；(b)輸入至少一個(gè)用于描述電阻性加熱元件的至少一個(gè)電氣特性的加熱元件的電氣值；(c)輸入至少一個(gè)與墨水的至少一個(gè)特性相關(guān)的墨水相關(guān)系數(shù)；(d)輸入至少一個(gè)與打印頭的熱特性相關(guān)的打印頭熱值；(e)從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索一個(gè)用于提供至少一個(gè)加熱元件尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)、至少一個(gè)熱值及保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度之間的算術(shù)關(guān)系的一個(gè)表達(dá)式；及(f)根據(jù)該表達(dá)式確定用于表示保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度的厚度值。
24.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，還包括(g)輸入至少一個(gè)用于描述至少一個(gè)與加熱元件相關(guān)聯(lián)的開關(guān)器件的至少一個(gè)電氣特性的開關(guān)器件的電氣值；及(h)步驟(e)包括從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索一個(gè)用于提供至少一個(gè)加熱元件尺寸值、至少一個(gè)加熱元件電氣值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)、至少一個(gè)熱值、至少一個(gè)開關(guān)器件電氣值和保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式。
25.權(quán)利要求24的系統(tǒng)，還包括(i)步驟(a)包括輸入一個(gè)加熱元件寬度值和一個(gè)加熱元件長(zhǎng)度值；及(j)步驟(b)包括輸入一個(gè)加熱元件功率密度值和加熱元件電阻率值。(k)步驟(d)包括輸入一個(gè)打印頭偏離溫度值；及(l)步驟(e)包括從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索一個(gè)用于提供加熱元件寬度值、加熱元件長(zhǎng)度值、加熱元件功率密度值、加熱元件電阻率值、至少一個(gè)墨水相關(guān)系數(shù)、打印頭偏離溫度值、至少一個(gè)開關(guān)器件電氣值和保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式。
26.權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中表達(dá)式提供hmax=1b3{b1RsΔTRxWhtr2+RsLhtrWhtr-[b2+b4(22+ΔT)+b5PD×10-9]},]]>其中hmax是保護(hù)覆蓋層的最大最佳厚度；Whtr是加熱元件的寬度值；Lhtr是加熱元件的長(zhǎng)度值；ΔT是打印頭的偏離溫度值；PD是電阻性加熱元件上的功率密度值；Rs是加熱元件的電阻率值；Rx是開關(guān)器件的電阻值；及b1，b2，b3，b4和b5是墨水相關(guān)系數(shù)。
全文摘要
一種用于提供最佳能量脈沖給噴墨打印頭(10)中的電阻性加熱元件(34)的系統(tǒng)。該最佳能量脈沖在加熱元件(34)表面處提供一個(gè)最佳能量密度以便實(shí)現(xiàn)位于加熱元件(34)表面鄰近處的墨水的最佳集結(jié)。該系統(tǒng)包括在存儲(chǔ)器(26)中存儲(chǔ)與加熱元件尺寸、加熱元件電氣特性和墨水特性相關(guān)的各值。存于存儲(chǔ)器中的還有用于提供加熱元件尺寸值、加熱元件電氣值、墨水特性與最佳能量脈沖的幅值和持續(xù)時(shí)間之間的算術(shù)關(guān)系的表達(dá)式。該系統(tǒng)還包括從存儲(chǔ)器內(nèi)檢索各存儲(chǔ)值和各表達(dá)式并且根據(jù)各表達(dá)式確定最佳能量脈沖的幅值和持續(xù)時(shí)間。該系統(tǒng)還根據(jù)所確定的幅值和持續(xù)時(shí)間生成最佳能量脈沖及提供最佳能量脈沖給加熱元件(34)。由最佳能量脈沖所提供的能量密度足夠大以便使靠近加熱元件的墨水形成一個(gè)氣泡及一小滴墨水，但還不夠大到會(huì)在形成氣泡之后被浪費(fèi)而無(wú)法被傳送到墨水中。
文檔編號(hào)B41J2/14GK1454147SQ01815429
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2001年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月8日
發(fā)明者羅伯特·W·科奈爾 申請(qǐng)人:萊克斯馬克國(guó)際公司