CN102036822A - 喷墨 - Google Patents

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Abstract

除了其它方面，为了在装置与基底沿处理方向做相对运动期间在基底上喷射流体小滴，第一和第二喷射组件在垂直于处理方向的方向上至少部分重叠，使得第一喷射组件中的一些喷嘴沿处理方向与第二喷射组件中的一些喷嘴对齐，以形成一对或多对对齐的喷嘴。一种机构使至少一对对齐喷嘴中的一个喷嘴喷射第一流体滴，并使另一个喷嘴喷射第二流体滴，所述第一流体滴的尺寸小于所述一个喷嘴形成期望像素所需喷射出来的流体滴的尺寸，所述第二流体滴的尺寸足以与第一流体滴组合形成期望的像素。

Description

喷墨
优先权要求
本申请要求2008年5月22日提交的美国实用新型申请No.12/125,702的利益，其内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及喷墨。
背景技术
喷墨可通过包括喷射组件的喷墨打印头来完成。墨被引入喷墨打印头中，当被启动时，喷射组件喷射墨，并在基底上形成图像。
发明内容
一方面，对于在装置与基底沿处理方向进行相对运动期间喷射流体小滴到基底上，所述装置包括第一和第二喷射组件，它们各自包括喷嘴阵列。第一和第二喷射组件在垂直于所述处理方向的方向上至少部分重叠，使得第一喷射组件中的一些喷嘴与第二喷射组件中的一些喷嘴沿处理方向对齐，以形成一对或多对对齐的喷嘴。所述装置还包括一种机构，其用于使至少一对对齐喷嘴中的一个喷嘴喷射第一流体滴，并使另一个喷嘴喷射第二流体滴，所述第一流体滴的尺寸小于所述一个喷嘴在基底上形成期望像素所需喷射出来的流体滴的尺寸，所述第二流体滴的尺寸足以与第一流体滴组合形成期望的像素。
另一方面，在流体喷射装置与基底沿处理方向进行相对运动期间在基底上形成流体小滴，方法包括：(a)使流体喷射装置的第一喷射组件喷射第一流体滴，第一流体滴的尺寸小于喷嘴在基底上形成期望像素所需喷射出来的流体滴的尺寸；以及(b)使流体喷射装置的第二喷射组件喷射第二流体滴，第二流体滴的尺寸足以与第一流体滴组合形成期望的像素。
实施方式可包括一个或多个以下特征。第一和第二喷射组件各自包括大于100个的喷嘴。第一喷射组件中的一个或多个喷嘴各自沿处理方向与第二喷射组件中的相应喷嘴对齐。第一喷射组件中的各个喷嘴与第二喷射组件中的相应喷嘴对齐。第一和第二喷射组件中的各个喷嘴能够喷射多于一种尺寸的流体滴。第一和第二喷射组件中的各个喷嘴能够喷射三种不同尺寸的流体滴。第一和第二喷射组件中的各个喷嘴能够喷射滴尺寸为30纳克、50纳克或80纳克的流体滴。第一流体滴和第二流体滴的总滴尺寸约为50纳克。第一和第二喷射组件中的对齐喷嘴沿处理方向彼此相距约50mm。所述装置还包括沿着垂直于处理方向的方向的各自包括一个或多个喷射组件的第一和第二喷射组件阵列，第一阵列的喷射组件与第一喷射组件对齐，第二阵列的喷射组件与第二喷射组件对齐。第一喷射组件阵列中的各喷射组件沿垂直于处理方向的方向，与第二喷射组件阵列中的喷射组件的至少一个至少部分重叠。第一喷射组件阵列中的各喷射组件沿垂直于处理方向的方向，与第二喷射组件阵列中的两个喷射组件至少部分重叠。各喷射组件包括多个喷嘴，各喷嘴与相应的重叠喷射组件中的相应喷嘴对齐。喷射组件的第一和第二阵列沿垂直于处理方向的方向具有约25mm到约1m的宽度。
实施方式还可包括一个或多个以下特征。步骤(a)包括喷射滴尺寸为在基底上打印期望像素所需的滴尺寸的一半的第一流体滴。步骤(a)包括喷射滴尺寸为在基底上打印期望像素所需的滴尺寸的1/3的第一流体滴。第一流体滴和第二流体滴的总滴尺寸约为50纳克。
上述方面以及其它方面和特征可表示为方法、装置、***、用于实现某种功能的手段、和其它方式。
其它特征和优点将在以下详细描述以及权利要求书中变得清楚明了。
附图说明
图1A、1B和1C是喷墨打印头及其一部分的分解透视图。
图2和3是喷墨打印机的示意性俯视图。
图2A、2B和2C是示意性地分成多个像素的打印图像的一部分。
具体实施方式
参考图1A，喷墨可通过包括有组装到由例如硅或碳制成的本体4上的组件6和8的喷墨打印头2来完成。墨经由本体4的墨入口12、14被引入喷墨打印头2中。喷墨打印头2还包括启动组件6、8以喷射墨并在基底16上形成图像17的电子部件10。
参考图1B，本体4包括空腔16，空腔16连接至墨入口12和14，以在组件6和8分别组装到本体4的表面18及其相对表面48(图1C)上时形成墨填充通道。在各表面18、48上，一排开口33或35中的各开口(图1C)连接至本体4中的喷墨通道38和开口39(图1C)。喷射组件6和8各自包括空腔板20，空腔板20具有一个空腔22和一个阵列的空腔24，空腔22的尺寸和位置投射到表面18中时与空腔16的尺寸和位置匹配，空腔24具有向空腔16打开的顶端32和喷射端36。
空腔板20的前后表面分别被尺寸相配的聚合物膜26和加强板28覆盖，并且由空腔24形成墨泵送室。类似于空腔板20上的空腔22，加强板28也包括空腔30，使得组装后使用时，墨从空腔16形成的墨通道注入，经由顶端32进入空腔24形成的泵送室中。
加强板28还包括一排开口31。组装后，开口31的尺寸和相对位置与空腔板上的喷射端36以及本体4的表面18上的开口33的尺寸和相对位置相匹配，使得当墨被泵入泵送室中并到达喷射端36时，它经过加强板28中的开口31和本体4上的相应开口33，流入本体4中的喷墨通道40中，在这里从开口39喷出(图1C)。
参考图1C，喷墨通道38中的每一个对应于组件6或8中的一个泵送室(图1A和1B)，并包括与开口33或35连接的水平部分40、和与本体4的底部46上的开口39连接的垂直部分42。开口33、35沿本体5的一个长维度1交错排列，当投射到表面18和48之一上时，投影形成一排等距开口。开口39也彼此等距，并可排成一排(未示出)或排成平行于本体4的长维度l的两排。在图示示例中，不同排中的开口39沿本体4的长维度l交错排列。两排开口39中的一排连接至本体的后表面48中的开口35，而另一排经由喷墨通道38连接至本体的前表面18中的开口33。
在一些实施例中，可在本体4的底部46安装含有孔的孔板(未示出)。与本体4的底部46发生接触的各孔与开口39对齐，并且这些孔可配置成例如一排或两排，与开口39所配置的排数相对应。这些孔连接至设置于孔板内的通路，通路的另一端连接至在孔板的另一表面中排成单排的开口。墨经由该单排开口喷出至孔板下方的基底。每个泵送室及其相应的喷墨通道38、开口39和孔一起形成喷墨部44(未示出)。
再次参考图1B，厚度为例如约200微米的压电元件34附接至聚合物膜26的外表面，并覆盖泵送室。
压电元件34包括与组装在本体4上的挠性板9上的电子部件10电连接的电极(未示出)。使用时，电子部件10发送信号例如电压脉冲至选定的电极，并启动压电元件34的与选定电极相对应的部分，以改变形状，并施加压力至相应的泵送室，以喷射墨。
打印头2的打印分辨率取决于例如喷射组件6和8中的泵送室的尺寸和密度。在图中所示示例中，喷射组件6和8各自具有多于50、64、100、128、256、500或512个的长形平行泵送室，各泵送室的长度约为5毫米、宽度约为200微米。打印头2能够打印的最大宽度为约20mm～约100mm。关于喷墨打印头的信息还提供于2008年5月22日提交的USSN 12/125,648中(代理人卷号09991-259001)。
参考图2，能够以例如相同最大分辨率打印的图1A的一个或多个打印头2(打印头2中的两个命名为2a和2b；所示打印头2的总数和各打印头2的喷嘴数量是示意性的)，可并入所谓的单通(single-pass)喷墨打印机45中。打印期间，打印机45保持静止，基于关于打印前获得的图像43的信息和关于从检测器52送出的基底的运动的即时信息，控制器50发送信号至各打印头2的电子部件10(图1A和1B)，以启动相关的泵送室，来喷射墨到经过打印机45下方并沿处理方向y移动的基底41的适当位置。
多个打印头2交错排列在相关联的排中，例如排47和49，它们的长维度l排列成横跨基底41，例如垂直于处理方向y，以覆盖基底宽度W1c，其范围是从小于25毫米到1米及1米以上。排47和49之一中的各打印头2与另一排中的至少一个例如两个打印头2在拼合区域48重叠。各拼合区域48包括约1个至约4个喷嘴44，或更多，例如各打印头2的16个喷嘴44，其中一个打印头2的各喷嘴44例如喷嘴44a，与重叠打印头2的相应喷嘴44例如喷嘴44b，沿处理方向y对齐。
在一些实施例中，图像43的各像素例如像素54由打印头2的单个喷嘴44打印，打印头2能够以一个期望的均匀尺寸喷射墨滴。例如，一种打印头2能够喷射质量约为30纳克(nano-gram)的墨滴，另一种打印头2能够喷射质量约为50纳克的墨滴，或者再一种打印头2能够喷射质量约为80纳克的墨滴。具体说，墨只从重叠喷嘴中的一个喷出，例如喷嘴44a或喷嘴44b，以打印位于基底40的沿处理方向y经过拼合区域48下方的那部分上的图像43的各像素。到底选择两个对齐喷嘴44中的哪一个可以是随机的或规则的，例如轮流进行，通过例如控制器50来配置。
参考图2A和2B，图像43的一部分51通过两个重叠的打印头2打印在基底41上(排47中打印头2a的喷嘴标示为a，排49中打印头2b的喷嘴标示为b)。部分51的各像素被放大，并表示为正方形53。在图示示例中，两列像素落入拼合区域48中，每一个由对齐的喷嘴44(a或b)中的一个打印，轮流地(图2A)或随机地(图2B)。拼合区域48外，各像素由一个可用的喷嘴a或b打印。
在各拼合区域48中通过来自两个对齐喷嘴中的一个的墨滴进行打印，能使图像的由不同打印头横跨基底41打印的部分之间的接缝平滑化，并减少或掩盖不想要的低质打印，例如条纹或图像伪影，其由沿着以及垂直于处理方向y的相邻阵列中的打印头2的可能对齐不良引起，这又由不同打印头之间的理想上应该是相同的但可能存在的性质差异引起，或者由一个或多个打印头上的弯曲的或缺少的喷嘴引起。
参考图2C，当打印图像43的部分51(图2)时，一些像素，例如由喷嘴44在拼合区域48中打印的像素，各自也可由对齐的喷嘴44一起沿处理方向y协作地打印。在一些实施例中，控制器50构造成允许各打印头2的电子部件10以受控频率发送具有选定的多个波形的电压脉冲，来启动泵送室，并从各喷嘴44喷射具有不同性质例如尺寸的墨滴。例如，打印头2的各喷嘴44能够喷射这样的墨滴，其质量是以下喷嘴的墨滴的质量的例如1/2、1/3或1/4，该喷嘴能够只以一种期望的均匀尺寸喷射墨滴，其打印头具有相同的物理性质，例如泵送室的维度和密度。例如，这种喷嘴44可喷射滴尺寸为约10纳克至约30纳克、约50纳克、或约80纳克的墨滴。在一些实施例中，喷嘴44能够喷射的最小墨滴的尺寸约为喷嘴44能够喷射的最大墨滴尺寸的例如10％、20％、25％或30％，和/或高达约例如50％、60％、70％、80％或90％。关于具有能够喷射具有不同性质的墨滴的打印头的信息也提供于2004年3月15日提交的USSN 10/800,467(代理人卷号09991-123001)、和2007年1月11日提交的USSN 11/652,325(代理人卷号09991-252001)中，这里通过引用并入本文。
在图示示例中，两个对齐的喷嘴44，具体说图2的打印头2a和2b的喷嘴a和b，喷射墨滴以协作打印一个像素，打印像素的一部分。例如，重叠的喷嘴44之一，例如喷嘴44a，喷射的墨滴尺寸是打印期望像素所需墨滴尺寸的例如1/2、1/3、1/4、1/5、或其他份量。控制器50配置成，基于基底41的传送速度和沿处理方向y对齐的喷嘴44之间的相对距离p，来启动重叠喷嘴44中的另一个，例如喷嘴44b，以在适当时间喷射墨滴，补偿已经喷射的墨滴中的相应一个的尺寸，从而在基底上互补地打印完整的期望像素。不在拼合区域48中的喷嘴44，虽然也能打印一个像素的一部分，喷射墨滴以在基底41上打印图像43的整个像素。在拼合区域48中使用两个对齐的喷嘴，使得横跨基底41由不同打印头22在接缝附近打印的图像43的部分的质量差异不明显，并增强图像43的整体质量。此外，在拼合区域48中从两个对齐的喷嘴44喷墨，能减少由例如拼合区域48中重叠打印头2中的一个的弯曲或弱喷嘴等故障喷嘴引起的可能弱像质。
参考图3，在打印机58中所示的打印头配置中，打印头2，例如命名为打印头2c～2h的六个打印头2，可配置在单通喷墨打印机58中的两个相关联的排54和56中，其中每个打印头包括能够如上所述喷射具有一种或多种性质例如尺寸的墨滴的喷嘴44(图示喷嘴44的总数是示意性的)。至少一个打印头2的各喷嘴44与重叠打印头2的相应喷嘴沿处理方向y对齐。在图示示例中，除分别配置在打印机58的两个长端64、66附近的打印头2c、2h外，各个打印头2b～2e包括类似于图2的拼合区域48的两个拼合区域68和70。
各拼合区域68、70含有来自沿处理方向y对齐的重叠打印头的喷嘴44。拼合区域68和70中的一个可包括若干个例如0个、1个、2个、和多至喷嘴44总数一半的喷嘴44，各喷嘴与一重叠打印头的相应喷嘴对齐，而相同打印头的拼合区域68和70中的另一个包括剩余的喷嘴44，其与另一重叠打印头的相应喷嘴对齐。
打印头2c和2h各自含有不定区域(dangling zone)72，其中喷嘴44没有沿处理方向y对齐的相应喷嘴。各不定区域72中的喷嘴44的总数取决于各拼合区域70中对齐喷嘴的总数。在一些实施例中，当拼合区域70含有零个对齐喷嘴44时，排54中的各打印头与排56中的相应打印头完全重叠，从而不存在不定区域72。
在一些实施方式中，大于或小于六个的打印头2a-2f可按上述方法使用，取决于基底60的需要打印机58覆盖以在基底60上打印图像44的宽度W3。打印机58可构造成使得，当各喷嘴44能够只以一种期望的均匀性质喷射墨滴时，图像62的各像素，例如像素64、66、68或70，只由两个对齐喷嘴44中的一个喷射的墨沿处理方向y打印。当各喷嘴44能够喷射具有大于等于两种性质的墨滴时，图像62的各像素由从两个对齐的喷嘴44喷射的墨沿处理方向y协作打印。
打印机58中打印头的广泛重叠，允许打印机中的较多喷嘴44具有沿处理方向y对齐的相应喷嘴，以进一步降低由打印头中的一个的例如弯曲或弱喷嘴等故障喷嘴引起的可能弱像质，并使图像62的由不同打印头打印的部分的质量差异模糊化。
其它实施例也落入权利要求书的范围内。
例如，打印机45和48各自可包括沿处理方向y层叠的更多结合的打印头排，例如打印头排47和49、以及打印头排54和56。每一对排可打印不同于其它对的颜色。在打印机45和48的每一个中，各打印头2可使其长维度l与处理方向y形成不同于90度的角度。也可使用除图1A描述外的打印头，例如2008年5月22日提交的USSN 12/125,648(代理人卷号09991-259001)和U.S.5,265,315中描述的由烧结碳或硅制成的打印头，它们通过引用并入本文。
当打印机45或48中没有喷射或喷射很少时，可通过使墨缓慢流入各打印头2的两个墨入口12和14中的一个，经过墨通道16，流出墨入口12和14中的另一个，来实现墨的再循环。
应该理解的是，将打印流体称为墨只是为了说明起见，并且上述喷射组件内各部件的定语“墨”也是示例性的。喷射组件可用于分配或沉积除墨外的各种打印流体到基底上。流体可包括非成像流体(non-image formingfluid)。例如，可选择性地沉积三维模型膏来建立模型。可在分析阵列上沉积生物学样品。

Claims (19)

1.一种喷射流体的装置，用于在所述装置与基底沿处理方向进行相对运动的期间向基底上喷射流体小滴，所述装置包括：
第一和第二喷射组件，它们各自包括喷嘴阵列，第一和第二喷射组件在垂直于所述处理方向的方向上至少部分重叠，使得第一喷射组件中的一些喷嘴与第二喷射组件中的一些喷嘴沿处理方向对齐，以形成一对或多对对齐的喷嘴；和
一种机构，用于使至少一对对齐喷嘴中的一个喷嘴喷射第一流体滴，并使另一个喷嘴喷射第二流体滴，所述第一流体滴的尺寸小于所述一个喷嘴在基底上形成期望像素所需喷射出来的流体滴的尺寸，所述第二流体滴的尺寸足以与第一流体滴组合形成期望的像素。
2.如权利要求1所述的装置，其中，第一和第二喷射组件各自包括大于100个的喷嘴。
3.如权利要求1所述的装置，其中，第一喷射组件中有大于4个的喷嘴各自沿处理方向与第二喷射组件中的相应喷嘴对齐。
4.如权利要求1所述的装置，其中，第一喷射组件中的各个喷嘴与第二喷射组件中的相应喷嘴对齐。
5.如权利要求1所述的装置，其中，第一和第二喷射组件中的各个喷嘴能够喷射多于一种尺寸的流体滴。
6.如权利要求1所述的装置，其中，第一和第二喷射组件中的各个喷嘴能够喷射三种不同尺寸的流体滴。
7.如权利要求1所述的装置，其中，第一和第二喷射组件中的各个喷嘴能够喷射滴尺寸为30纳克、50纳克或80纳克的流体滴。
8.如权利要求1所述的装置，其中，第一和第二喷射组件中的各个喷嘴能够喷射滴尺寸为约10纳克到约30纳克的流体滴。
9.如权利要求1所述的装置，其中，第一流体滴和第二流体滴的总滴尺寸约为50纳克。
10.如权利要求1所述的装置，其中，第一和第二喷射组件中的对齐喷嘴沿处理方向彼此相距约50mm。
11.如权利要求1所述的装置，其中，还包括沿着垂直于处理方向的方向的各自包括一个或多个喷射组件的第一和第二喷射组件阵列，第一阵列的喷射组件与第一喷射组件对齐，第二阵列的喷射组件与第二喷射组件对齐。
12.如权利要求11所述的装置，其中，第一喷射组件阵列中的各喷射组件沿垂直于处理方向的方向，与第二喷射组件阵列中的喷射组件的至少一个至少部分重叠。
13.如权利要求11所述的装置，其中，第一喷射组件阵列中的各喷射组件沿垂直于处理方向的方向，与第二喷射组件阵列中的两个喷射组件至少部分重叠。
14.如权利要求11所述的装置，其中，各喷射组件包括多个喷嘴，各喷嘴与相应的重叠喷射组件中的相应喷嘴对齐。
15.如权利要求11所述的装置，其中，喷射组件的第一和第二阵列沿垂直于处理方向的方向具有约25mm到约1m的宽度。
16.一种在流体喷射装置与基底沿处理方向进行相对运动的期间在基底上形成流体小滴的方法，包括：
(a)使流体喷射装置的第一喷射组件喷射第一流体滴，第一流体滴的尺寸小于喷嘴在基底上形成期望像素所需喷射出来的流体滴的尺寸；以及
(b)使流体喷射装置的第二喷射组件喷射第二流体滴，第二流体滴的尺寸足以与第一流体滴组合形成期望的像素。
17.如权利要求16所述的方法，其中，步骤(a)包括喷射滴尺寸为在基底上打印期望像素所需的滴尺寸的一半的第一流体滴。
18.如权利要求16所述的方法，其中，步骤(a)包括喷射滴尺寸为在基底上打印期望像素所需的滴尺寸的1/3的第一流体滴。
19.如权利要求16所述的方法，其中，第一流体滴和第二流体滴的总滴尺寸约为50纳克。
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