微流体喷射元件和具有简化接口的微流体喷射元件的操作方法技术

本发明专利技术提供了一种用于热激活的微流体喷射元件的控制电路以及从该热激活的微流体喷射元件分配流体组合物的方法。该热激活的微流体喷射元件包括多个喷嘴和与每个喷嘴相关联的热致动器，以及控制电路，该控制电路包括：通过预先确定的序列递增的逻辑电路，其中该序列由该热激活的微流体喷射元件的物理布局限定；与该逻辑电路电连通的第一输入；与每个热致动器电连通的第二输入，其中该第一输入和该第二输入用于对该热激活的微流体喷射元件上的每个热致动器进行选择和通电。个热致动器进行选择和通电。个热致动器进行选择和通电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体喷射元件和具有简化接口的微流体喷射元件的操作方法


[0001]本公开涉及微流体喷射元件和微流体喷射元件的操作方法，并且更具体地讲，涉及微流体喷射元件和具有被优化用于将流体组合物分配到环境中的简化接口的微流体喷射元件的操作方法。

技术介绍

[0002]消费者和工业喷墨打印是熟知的。在此类应用中，已知喷射芯片中的各个喷嘴应当可单独寻址，使得它们可根据需要致动。当喷射头经过待打印的介质时，形成图像，该图像需要来自控制元件的一定数据速率，该控制元件控制喷嘴的致动。该数据速率可通过多条信号线和数字数据被传递到喷射芯片中的信号传导速率的组合来实现。信号线和信号传导速率一起形成通信信道，该通信信道必须能够在喷射头以所需速度行进的同时传递足够的信息以形成所需图像。
[0003]当设计其中信号线的数量不过多的打印系统时，必须实现折衷，从而增加系统的尺寸和复杂性。如果信号线的数量少，并且与喷射芯片的通信协议不是有效的，则到芯片中的信号传导速率会变得很高以至于不可能保持可接受的信号完整性。以下示例说明了在设计此类打印系统时所做的选择。
[0004]对于喷墨打印应用，优化微流体喷射元件以产生高分辨率图像，同时最小化总打印时间。出于这些原因，喷射芯片上的热致动器(即，加热器)通常将被排列成提供半英寸或更大的打印幅，其中热致动器与热致动器的间距为42.3μm(1/600英寸)或21.2μm(1/1200英寸)。
[0005]作为说明，描述了16.9mm(三分之二英寸)，47.2滴/毫米(1200滴/英寸)打印头与总共800个热致动器的喷嘴放置和寻址架构。
[0006]图1示出了用于该现有技术示例的热致动器放置。如图所示，流体通孔的一侧上的热致动器竖直间隔42.3μm(1/600英寸)，相对侧上的热致动器也间隔1/600英寸，但竖直偏移21.2μm(1/1200英寸)。这允许单程打印以21.2μm(1/1200英寸)竖直节距在每个点处放置一滴墨。
[0007]如果期望的打印图案分辨率为竖直21.2μm(1/1200英寸)和水平42.3μm(1/600英寸)，则现在必须考虑如何在头部沿水平方向移动时寻址和致动热致动器。
[0008]图2示出了21.2μm
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21.2μm(1/1200英寸
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1/1200英寸)网格，其带有可接受的现有技术液滴放置图案的一个示例。如果在该示例中考虑HTR1，则可以看到其在每42.3μm(1/600英寸)的打印头移动之后被致动。为了优化打印速度，期望以流体料盒特性所允许的最高频率致动热致动器。对于该示例，将假定18kHz的热致动器。考虑以下关系：
[0009]速度＝距离/时间，
[0010]所计算的打印头速度被确定为762mm/s(30英寸/秒)。
[0011]通过所定义的这些参数，对于以762mm/s(30英寸/秒)移动的打印头，所有800个热
致动器必须在42.3μm(1/600英寸)的行程中被寻址和致动。在该示例中，寻址所有致动器的时间将为55.55μs。如果每个热致动器被单独寻址，则每个致动器的时间切片将为55.55μs/800＝69.4ns。对于热微流体喷射元件，该时间不足以喷射液滴，因为使流体成核所需的时间通常大于400ns。
[0012]出于该原因，并且为了降低所需的数据速率，定义了地址矩阵，其允许在同一时间切片中致动多个热致动器。地址矩阵通常被定义为被称为基元(P)和地址(A)的热致动器组。对于800热致动器示例，可接受的地址矩阵可以是20P
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40A＝800。这现在将时间切片定义为55.55μs/40＝1.39μs。
[0013]对于许多应用而言，这是可接受的成核时间。然而，对于一些热敏打印系统，期望以两个单独的脉冲提供喷射能量以改善喷射液滴的速度。在这种情况下，将需要进一步增加时间切片。这可通过改变P
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A地址矩阵的比率来完成。考虑是否增加基元P组的数量的一个方面是，这也增加了热致动器所需的同时电流量。对于该示例，在20处同时触发的数量是固定的，因此地址矩阵将通过将地址A减少到20来改变。
[0014]为了允许将能量施加到致动器的方式的更多灵活性(重叠、交错等)，将第三变量添加到地址矩阵，即触发(F)。在该示例中，地址矩阵现在被定义为20P
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20A
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2F＝800。
[0015]图3示出了最终现有技术地址A矩阵的时序图。如图所示，通过引入第四变量扩展地址(EA)，进一步减少了地址A的数量。在这种情况下，这样做不是增加时间切片的持续时间，而是减小硅芯片上所需的地址总线的宽度。因此，最终地址矩阵为：
[0016]20P
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5A
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2F
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4EA＝800。
[0017]另外如图3所示，添加了两个循环D1和D2，其中没有致动热致动器。这是使用移动打印头时的典型做法。在来自打印机的反馈指示打印头移动过快或过慢的情况下，插入这些时间周期、死循环以允许打印头位置校正和定时同步。
[0018]图4表示沿着热致动器阵列的基元P的一种可能的现有技术分组。每个基元P表示40个热致动器。在40个时间切片中的每个时间切片中，由选定的基元P的数量确定所致动的热致动器的数量。这可为0至20。
[0019]图1至图4所示的示例性实施方案示出当考虑传统的现有技术打印头系统时的设计约束。在打印应用中，地址矩阵由热致动器的空间图案、所需的打印分辨率、打印速度和热致动器的流体响应限定。在打印应用中，通常使用两个或更多个串行数据输入将基元P和地址A数据转移到打印头中。
[0020]图5示出了用于将打印数据串行地加载到打印头中的现有技术时序图。该配置需要时钟(CLK)、数据(ADATA/PDATA)、负载(LOAD)和触发(FIRE1、FIRE2)。未示出的是用于清除芯片寄存器的复位(RST)信号。在该配置中，芯片需要总共7个数字输入。
[0021]在每个时间切片期间，打印机将发送新的ADATA和PDATA输入流。为了将数据转移到芯片中，每个数据位需要一个时钟边沿。在数据流完成之后，使用LOAD信号将数据锁存到内部寄存器中。一旦当前时间切片的ADATA和PDATA被锁存，FIRE1和FIRE2信号便用于激活热致动器。
[0022]如时序图所示，下一个时间切片的数据被计时到芯片中，而前一个时间切片的热致动器被激活。
[0023]单个ADATA或PDATA寄存器可以是40位或更长。为了实现合理的打印速度，CLK速率
通常为16MHz至48MHz。
[0024]如该示例中所示，具有打印图像的能力的微流体喷射元件可具有相当大的复杂性并且需要显著的计算和输入/输出速度。
[0025]除了如上所述在介质上打印墨之外，另一个分配应用是将流体分散到环境中的应用，诸如将液体组合物分散到空气中。对于这样的应用，不需要形成图像，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从热激活的微流体喷射元件递送流体组合物的方法，所述热激活的微流体喷射元件包括多个喷嘴和与每个喷嘴相关联的热致动器，所述方法包括：将所述热激活的微流体装置连接到功率源；将第一电脉冲递送到从预先确定的序列选择热致动器的第一输入，其中所述预先确定的序列由所述热激活的微流体装置的物理布局限定；向第二输入供应具有明确限定的宽度的第二电脉冲以激活选定的热致动器；以及从与所述选定的热致动器相关联的所述喷嘴喷射流体组合物。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括从存储位序列读取存储位的步骤，其中所述存储位的值呈现在输出引脚上。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，所述方法还包括写入当前选自存储位序列的存储位的步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其中存储位的数量和喷嘴的数量不相等。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电脉冲由第一输入递送，其中所述第一输入与纹波计数器和地址解码器电连通。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中喷嘴的所述预先确定的序列布置在所述热激活的微流体喷射元件上，使得在所述预先确定的序列中数值相邻的喷嘴不是物理上相邻的。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二电脉冲的持续时间对应于与选定的喷嘴相关联的所述热致动器被激活的时间。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电脉冲从预先确定的序列选择两个或更多个热致动器，并且其中所述第二电脉冲激活所述两个或更多个热致动器，并且其中从与所述热致动器相关联的所述喷嘴喷射流体组合物的所述步骤还包括从与所述两个或更多个热致动器相关联的所述喷嘴喷射流体组合物。9.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬，
申请(专利权)人：宝洁公司，
类型：发明
国别省市：