CN101332712A - 检测故障喷嘴的方法和使用该方法的喷墨打印头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测故障喷嘴的方法和使用该方法的喷墨打印头。当故障喷嘴产生时，可以用简单的过程立即检测故障喷嘴。检测用在喷墨打印头中的故障喷嘴的方法可包括检测每个喷嘴的温度；和当检测的温度偏离预定温度范围时，确定该喷嘴是故障喷嘴，该喷墨打印头设置有多个充满墨的腔室，与腔室相对应的多个加热器，以及与加热器相对应的多个喷嘴。

Description

检测故障喷嘴的方法和使用该方法的喷墨打印头
技术领域
本发明涉及一种检测故障喷嘴的方法和使用该方法的喷墨打印头，并且更具体地，涉及这样一种检测故障喷嘴的方法和使用该方法的喷墨打印头，其可以通过测量设置在喷墨打印头中的各个喷嘴的温度来检测故障喷嘴。
背景技术
喷墨打印头是通过将墨滴喷射到打印介质的所需位置上形成图像的装置。
喷墨打印头根据墨滴喷射机构主要分为电热型和压电型。电热型打印头通过使用热源而在墨中产生气泡，并且通过气泡的膨胀力而喷射墨滴。
电热型打印头通常包括：由硅晶片构成的基板、形成在基板上以供应墨的供墨孔、在基板上形成流动通道和多个腔室的流动通道层、设置在流动通道层上且具有与墨腔相对应的多个喷嘴的喷嘴层、以及与墨腔相对应设置以加热墨腔中墨的多个加热器。
在喷墨打印头中，如果当与各个喷嘴相对应的加热器或致动器的任何部分工作不正常时多个喷嘴的任何部分堵塞或损坏，或向加热器或致动器供应电能的电路故障时，在打印介质上形成空白行，这会导致打印质量的下降。
损坏或不能喷射墨的喷嘴被称为故障喷嘴。已经开发了检测故障喷嘴和补偿故障喷嘴以防止打印质量下降的技术。
在韩国专利注册No.10-636236中公开了用于检测故障喷嘴的方法的例子。该公开的方法是通过扫描打印单元打印的结果来检测故障喷嘴。
换句话说，传统方法包括通过将墨经由喷嘴喷射到打印介质上打印测试图案，并且使用扫描传感器扫描测试图案以检测故障喷嘴。
但是，用于检测故障喷嘴的传统方法麻烦且复杂，并且不能很快地检测到故障喷嘴，因为要执行打印测试图案和通过扫描找出故障喷嘴的过程。
此外，传统检测技术通过在预定时间打印之后以规则间隔重复打印测试图案来找出故障喷嘴。但是，如果故障喷嘴刚好在故障喷嘴检测过程之后产生，那么在下一次故障喷嘴检测过程之前就不能确定低质量图像。换句话说，传统检测技术不能在故障喷嘴产生时立即检测故障喷嘴。
再者，传统故障喷嘴检测浪费墨。也就是说，由于在故障喷嘴检测过程中必须在打印介质上喷射墨，打印介质或墨被不必要地消耗。
再者，因为故障喷嘴的位置信息是使用扫描传感器检测的，故很难更精确地检测故障喷嘴的位置。
日本专利公开No.H05-309832披露了一种喷墨记录头，其检测打印头温度、且根据检测的温度确定打印头的喷墨是否很好地执行。
但是，这里公开的喷墨记录头仅通过测量记录头的平均温度来检测墨是否良好地喷射，而不测量各个喷嘴的单独温度。因此，不能精确地检测产生空白行的各个故障喷嘴。
发明内容
本发明提供一种检测故障喷嘴的方法和使用该方法的喷墨打印头，该方法当故障喷嘴发生时可以用简单的过程立即检测故障喷嘴。
本发明还提供一种检测故障喷嘴的方法和使用该方法的喷墨打印头，该方法可以检测故障喷嘴的精确位置。
本发明的其它方面和/或效用将部分地从下面的说明书中阐明，并且部分地将从说明书中变得明显，或可以通过本发明的实践而获知。
本发明的前述和/或其它方面和效用通过提供一种检测用在喷墨打印头中的故障喷嘴的方法而实现，该喷墨打印头设置有多个充满墨的腔室，与腔室相对应的多个加热器，以及与加热器相对应的多个喷嘴，该方法包括检测每个喷嘴的温度，并且当检测的温度偏离预定温度范围时，确定该喷嘴是故障喷嘴。
检测可以使用沉积在每个喷嘴附近的薄膜热电偶。
薄膜热电偶可以构成为K型热电偶。
预定温度范围可以从40℃到80℃。
本发明的前述和/或其它方面和效用还可以通过提供一种喷墨打印头而实现，该喷墨打印头包括：多个喷嘴模块，其包括充满墨的腔室，与腔室相对应的喷嘴，以及加热腔室中墨的加热器；温度检测部件，其设置在各个喷嘴模块中以检测喷嘴的温度；和控制部件，其确定是否产生了故障喷嘴。当检测的喷嘴温度偏离预定温度范围时，控制部件确定该喷嘴是故障喷嘴。
喷墨打印头可以进一步包括形成有喷嘴的喷嘴层。
温度检测部件可以设置在喷嘴层上、邻近喷嘴。
温度检测部件可以构造成薄膜热电偶。
预定温度范围可以从40℃到80℃。
本发明的前述和/或其它方面和效用还可以通过提供一种喷墨打印头而实现，该喷墨打印头包括：基板，其形成有加热器和保护加热器的钝化层；流动通道层，其限定与加热器相对应的腔室；喷嘴层，其形成有与腔室相对应的喷嘴；温度检测部件，其设置在喷嘴层上、邻近喷嘴，以检测各个喷嘴的温度；和控制部件，其确定是否产生了故障喷嘴。当温度检测部件检测到的温度偏离预定温度范围时，控制部件确定该喷嘴是故障喷嘴。
温度检测部件可以构造成沉积在喷嘴层上的薄膜热电偶。
控制部件可以控制加热器的开/关状态，并且当加热器开启时，温度检测部件可以检测喷嘴的温度。
附图说明
从下面实施例的描述中，结合附图，本发明实施例的这些和/或其它方面和效用将可以变得明显和更容易理解，附图中：
图1是示意性地示出根据本发明实施例的喷墨打印头的平面图；
图2是沿图1的I-I线的截面图；
图3是示意性地示出根据图1实施例的喷墨打印头的部分截面透视图；和
图4是根据本发明实施例的喷墨打印头的控制框图。
具体实施方式
现在将对本发明优选实施例进行详细参考，其示例在附图中示出，相同的附图标记始终表示相同的元件。下面描述实施例是为了通过参考附图解释本发明。
图1是示意性地示出根据本发明实施例的喷墨打印头的平面图，图2是沿图1的I-I线的截面图，和图3是示出根据图1实施例的喷墨打印头的部分截面透视图。
本实施例的喷墨打印头优选是电热型喷墨打印头，其使用热源在墨中产生气泡，并且通过气泡的膨胀力喷射墨滴。
如图1-3所示，喷墨打印头的实施例可以包括基板10，其上设置有作为用于喷墨的喷射压力产生元件的加热器11，并且电极12形成在加热器11上。至少钝化层13和防气蚀层14之一可以附加形成在电极12上。另外，限定腔室21a的流动通道层20可以设置在基板10上，以及形成用于喷墨的喷嘴31的喷嘴层30可以设置在流动通道层20上。粘合层15可以设置在流动通道层20和基板10之间，从而流动通道层20稳定地结合到基板10上。温度检测部件43优选形成在喷嘴层30附近或与之邻近，以检测喷嘴31的温度。
基板10可以由硅晶片构成，并且形成有供墨孔10a，墨从墨存储部件(未示出)通过该供墨孔供应。设置在基板10上的加热器11可以由典型的薄膜加热器构成，并且通过将从电极12传输的电信号转换成热能来加热腔室21a中的墨。加热器11可以由耐热材料制成，诸如氮化钽(TaN)或钽-铝(Ta-Al)。通过沉积具有充分传导性的金属材料(诸如铝(Al))形成电极12。沉积的金属层通过光刻工艺和蚀刻工艺以预定布线图形成在加热器11上。电极12接收来自典型CMOS逻辑和功率晶体管的信号，并且将信号传递到加热器11。
可以在加热器11和基板10之间设置蓄热层16，作为由氧化硅膜构成的绝缘层。蓄热层16的功能是防止加热器11产生的热逸出到基板10上。
钝化层13保护加热器11和电极12，防止加热器11和电极12被氧化或直接接触墨。钝化层13可由具有良好绝缘性和传热效率的氮化硅(SiN)膜构成。防气蚀层14可以设置在钝化层13上、加热器11的与喷嘴31相对应的热生成区域之上。
防气蚀层14保护加热器11不受当腔室21a中的气泡收缩和皱缩时产生的气蚀力的影响，并且保护加热器11不被墨腐蚀。防气蚀层14是通过在钝化层13上沉积预定厚度的钽(Ta)形成的。
流动通道层20限定墨通道21(例如21a和21b)，其连接供墨孔10a和喷嘴31。各个墨通道21可包括充满墨的腔室21a和连接供墨孔10a和腔室21a的节流器21b。
形成温度检测部件43的第一金属层41和第二金属层42都设置在喷嘴板30上以检测喷嘴31的温度。
根据本发明实施例，当形成(或提供)直接在参考层或基板上时或形成(例如提供)在覆盖参考层的另一层或图案上时，层(例如特征)被认为是形成(或提供)在另一层或基板“上”。
温度检测部件43可以构造成薄膜热电偶。使用电阻的温度系数(TCR)的温度传感器可用作温度传感器来检测温度。但是，使用TCR的温度传感器仅检测相对大面积的平均温度，因为它是使用金属的电阻变化值来检测温度的，而不能检测特定点的温度。因而，优选该实施例设置有使用热电偶的温度检测部件43。
热电偶是这样一种温度传感器，其中两种不同类型的金属布置成闭合回路，在闭合回路中形成在彼此接触的两种类型的金属之间的两个接合点之一连接到高温侧，而另一接合点连接到低温侧。这种热电偶使用塞贝克(Seeback)效应，因此根据闭合回路中金属的类型和两个接合点之间的温差产生电动势。
在该实施例中，热电偶如此构造，使得彼此接触的两种类型金属之间的一个接合点直接耦合到将被检测温度的区域，而两种金属的相应另一开放(例如，非接触的)端耦合到数据采集板，由此容易得到温度信号。基于该温度信号，热电偶可以方便地检测所需区域的温度。根据构成热电偶的两种金属的类型，热电偶可以分为不同的类型。
优选地，使用镍铬合金和镍铝合金的K型热电偶用在图1的实施例中。
通过使用包括镍铬合金和镍铝合金的K型热电偶，温度检测部件43如此形成，使得第一金属层41的一端和第二金属层42的一端结合到喷嘴层30上、邻近喷嘴31，从而容易地检测喷嘴31的温度。
第一金属层41可以通过溅射或化学蒸镀而沉积镍铬合金并将其图案化而形成。类似地，第二金属层42可以通过溅射或化学蒸镀而沉积镍铝合金并将其图案化而形成。
喷嘴31的温度通过温度检测部件43而检测。检测到的温度的模拟信号通过A/D转换器(未示出)转换成数字信号，并且数字信号传送给控制部件50(将在后面介绍)。
图4是根据本发明实施例的喷墨打印头的控制框图。根据该实施例的喷墨打印头还可包括控制部件50和加热器驱动部件51。
控制部件50根据输入信号通过加热器驱动部件51驱动加热器11。
单位喷嘴模块包括由流动通道层20限定的腔室21a、设置在腔室21a下面的加热器11、设置在腔室21a上面的喷嘴31、以及检测喷嘴31的温度的温度检测部件43，在喷墨打印头中形成多个该单位喷嘴模块。
在喷嘴模块中，通过驱动由控制部件50控制的加热器11，在腔室21a的墨中产生气泡，并且通过气泡的膨胀力，墨滴通过喷嘴31排出。
当加热器11被驱动时，温度检测部件43连续检测喷嘴31的温度。由温度检测部件43检测的温度信号传送到控制部件50。
当在正常状态下通过控制部件50的信号使加热器11产生热量时，由于腔室21a中加热的墨通过喷嘴31喷射，喷嘴31保持在预定温度范围内。换句话说，当墨通过喷嘴31正常喷射时，喷嘴31保持在约60℃±20℃的温度范围内，此时在墨中产生气泡。
如果在喷嘴31堵塞时加热器11产生热量，因为腔室21a中的墨不能通过喷嘴31中喷出，喷嘴31的温度连续升高到超过80℃。
而且，如果加热器11工作不正常而不能产生热，加热器11保持在环境温度。
当产生故障喷嘴时，即，喷嘴31堵塞或加热器11不产生热时，喷嘴31的温度偏离预定温度范围(约60℃±20℃)。因而，如果控制部件50连续地监控喷嘴31的温度并且确定喷嘴31的温度偏离了上述温度范围，控制部件50确定相应的喷嘴模块的喷嘴31是故障喷嘴。
优选地，为了减少故障喷嘴的判断错误，如果喷嘴31的检测温度小于40℃，则控制部件确定加热器没有产生热量。而如果喷嘴31的检测温度大于80℃，则控制部件确定喷嘴31堵塞并且检测故障喷嘴。
在检测故障喷嘴之后，通过各种故障喷嘴补偿方法防止打印质量的下降。多个涉及故障喷嘴补偿方法的专利已由本申请人提出且已被注册。故障喷嘴补偿方法的一个例子是在韩国专利公开No.2006-0067056中披露的。由于各种故障喷嘴补偿方法可以适用于本发明，则省略其说明。
由于进行打印操作的随时可以通过上述检测过程检测故障喷嘴，与使用扫描操作的传统故障喷嘴检测方法相比，本发明的方法可以迅速确定故障喷嘴。
而且，可以省略一系列打印和扫描的复杂过程，并且不执行不必要的打印操作，因此防止打印介质或墨的浪费。
而且，由于通过测量各个喷嘴的温度来确定是否产生故障喷嘴，可以获得故障喷嘴的精确检测。
从上述说明中明显的是，当与使用扫描操作的传统故障喷嘴检测方法相比时，根据本实施例的故障喷嘴检测方法和使用该方法的喷墨打印头可以迅速检测故障喷嘴，因为本发明的方法通过在执行打印操作的随时使用各个喷嘴的温度确定是否产生了故障喷嘴。
此外，由于通过测量各个喷嘴的温度确定是否产生了故障喷嘴，可以获得故障喷嘴的精确检测。
再者，可以通过简单的过程检测故障喷嘴，并且可以不执行不必要的打印操作，因此防止打印介质或墨的浪费。
尽管已经示出并描述了本发明的几个实施例，但是应该意识到，本领域的技术人员在不背离本发明原则和精神的情况下可以对该实施例进行改变，本发明的范围由权利要求书及其等价文件限定。

Claims (11)

1.一种检测用在喷墨打印头中的故障喷嘴的方法，该喷墨打印头设置有多个充满墨的腔室，与腔室相对应的多个加热器，以及与加热器相对应的多个喷嘴，该方法包括：
检测每个喷嘴的温度；和
当检测的温度偏离预定温度范围时，确定该喷嘴是故障喷嘴。
2.如权利要求1所述的方法，其中检测使用沉积在每个喷嘴附近的薄膜热电偶。
3.如权利要求2所述的方法，其中薄膜热电偶构造成K型热电偶。
4.如权利要求1所述的方法，其中预定温度范围从约40℃到80℃。
5.一种喷墨打印头，包括：
多个喷嘴模块，其包括充满墨的腔室，与腔室相对应的喷嘴，以及加热腔室中墨的加热器；
温度检测部件，其设置在各个喷嘴模块中以检测喷嘴的温度；和
控制部件，其确定是否产生了故障喷嘴，
其中当检测的喷嘴温度偏离预定温度范围时，控制部件确定该喷嘴是故障喷嘴。
6.如权利要求5所述的喷墨打印头，还包括：
形成有喷嘴的喷嘴层，
其中温度检测部件设置在喷嘴层上、邻近喷嘴。
7.如权利要求5所述的喷墨打印头，其中温度检测部件构造成薄膜热电偶。
8.如权利要求5所述的喷墨打印头，其中预定温度范围从约40℃到80℃。
9.一种喷墨打印头，包括：
基板，其形成有加热器和保护加热器的钝化层；
流动通道层，其限定与加热器相对应的腔室；
喷嘴层，其形成有与腔室相对应的喷嘴；
温度检测部件，其设置在喷嘴层上、邻近喷嘴，以检测各个喷嘴的温度；和
控制部件，其确定是否产生了故障喷嘴，
其中当温度检测部件检测到的温度偏离预定温度范围时，控制部件确定该喷嘴是故障喷嘴。
10.如权利要求9所述的喷墨打印头，其中温度检测部件构成为沉积在喷嘴层上的薄膜热电偶。
11.如权利要求9所述的喷墨打印头，其中控制部件控制加热器的开/关状态，并且当加热器开启时温度检测部件检测喷嘴的温度。
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