調節(jié)打印頭溫度的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種裝置，包括模擬存儲器、溫度傳感器、比較器、以及脈沖電路。模擬存儲器被充電到與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓。溫度傳感器測量打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個的熱電壓。比較器通過比較所述參考電壓與所述熱電壓而獲得比較結果。脈沖電路基于所述比較結果選擇性地把一系列升溫脈沖傳送到打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個。
【專利說明】調節(jié)打印頭溫度的方法和裝置
【背景技術】
[0001]噴墨打印頭通常用于打印。為了獲得高的打印質量，把噴墨打印頭保持在預定的溫度是重要的。噴墨打印頭典型地使用熱感測電阻器來調節(jié)噴墨打印頭的加熱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]本公開的非限制性示例在下文中被描述，參考在此的附圖進行理解并且不限制權利要求的范圍。在所述圖中，在多于一個圖中出現(xiàn)的同樣和類似的結構、元件或其部分在它們出現(xiàn)的圖中通常被標注為相同或類似的標記。圖中圖示的組件和特征的尺寸主要是出于方便和表達清晰的目的而被選擇，并且不必然按比例繪制。參考所述附圖:
圖1圖示示例裝置的框圖；
圖2圖示依據(jù)示例的包括圖1中的裝置的打印頭；
圖3圖示用于與圖2中的打印頭一起使用的溫度調節(jié)電路單元的示例；以及 圖4圖示依據(jù)示例的調節(jié)打印頭溫度的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0003]在接下來的詳細描述中，參考形成其一部分的附圖，并且其通過圖示本公開可以在其中實施的特定示例的方式被描繪。應當理解的是，在不脫離本公開的范圍的情況下結構或邏輯上的改變可以被做出并且其他示例可以被利用。因此，接下來的詳細描述將不從限制的意義上去理解，并且本公開的范圍由所附的權利要求限定。
[0004]噴墨打印頭通常用于打印。噴墨打印頭的溫度被調節(jié)以獲得高的打印質量。熱感測電阻器通常用于調節(jié)噴墨打印頭的加熱。由于成本限制，典型地，僅有一個熱感測電阻器被放置在打印頭上。例如，所述一個熱感測電阻器可以通過對橫跨整個打印頭的溫度求平均來調節(jié)所述打印頭的溫度。使用一個熱感測電阻器的問題是所述橫跨打印頭的溫度可能變化到足夠大的范圍(level)，其中所述溫度升高超過生成高打印質量的溫度或下降低于生成高打印質量的溫度。溫度的變化(諸如，預定溫度范圍以外的三攝氏度的變化)可能會導致對打印質量具有明顯影響的熱梯度。
[0005]例如，由于熱噴墨(thermal inkjets)在打印頭的中心區(qū)域比在打印頭的外側部分觸發(fā)(firing)更多墨滴，所以在打印頭中心的熱噴墨在繁重打印期間可能會達到超過高質量打印所需溫度的溫度。相反地，在打印頭中心的熱噴墨在休息期間可能會達到低于高質量打印所需溫度的溫度。橫跨打印頭的溫度不均勻的另一個因素是打印頭上噴墨對區(qū)域的比例。相比于每個噴墨嘴有最小區(qū)域的肋的中心的區(qū)域，在打印頭的末端，每個噴墨嘴有更大的區(qū)域(被附加的電路、電墊和其他特征所占用)。如此，打印頭的末端可能會處于比中心低的溫度，在高密度、高速度的打印中尤其如此。因此，被求平均的溫度可能不能說明打印頭的高于或低于高質量打印所需的預定溫度范圍的各部分，并且可能導致橫跨打印頭的熱梯度。
[0006]在此提供了使用低成本方法均勻地調節(jié)橫跨整個打印頭的打印頭溫度。在示例中，提供一種調節(jié)噴墨打印頭溫度的方法、裝置、以及打印頭。在示例中，所述裝置包括模擬存儲器、溫度傳感器、比較器和脈沖電路。模擬存儲器被充電到與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓。溫度傳感器測量打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個的熱電壓。比較器通過比較所述參考電壓與所述熱電壓而獲得比較結果。脈沖電路基于所述比較結果選擇性地把一系列升溫脈沖傳送到打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個。
[0007]圖1圖示裝置100的結構圖。裝置100可以包括能夠與各種打印頭(諸如，熱噴墨打印頭)一起使用的溫度調節(jié)電路單元。裝置100包括模擬存儲器12，溫度傳感器14，比較器16，脈沖電路18，以及到打印頭的至少一個局部區(qū)域的連接10。模擬存儲器12被充電到與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓。溫度傳感器14測量與打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個的溫度成比例的熱電壓。這個電壓也被稱為“感測電壓”。比較器16通過比較所述參考電壓與所述熱電壓而獲得比較結果。脈沖電路18選擇性地把一系列升溫脈沖傳送到位于脈沖電路18和打印頭的至少一個局部區(qū)域之間的所述連接。例如，脈沖電路18可以是由電路19 (諸如，與(AND)門)控制的升溫脈沖電路，當打印頭處于打印模式時電路19發(fā)送信號以傳送升溫脈沖。來自脈沖電路18的升溫脈沖的傳送也取決于來自比較器16的比較結果。例如，當比較結果表明所述熱電壓是等于所述參考電壓和高于所述參考電壓中的至少一個時，則所述局部區(qū)域的溫度低于預定溫度并且應當被加熱。因此，當打印頭處于準備發(fā)送升溫脈沖的打印模式并且來自比較器16的輸出(諸如，邏輯I)被輸入到所述AND門的時候，升溫脈沖被傳送到打印頭的至少一個局部區(qū)域。
[0008]圖2圖示具有圖1的裝置100的打印頭200的示例。所述電路可以被放置在打印頭200上噴嘴開口(如圖2所示)之間和/或在噴墨打印頭的末端。打印頭200包括槽22、噴嘴開口 24、以及可以被用作遍布整個打印頭200 (除槽22位于的區(qū)域之外)的溫度傳感器的硅二極管。噴嘴開口 24提供用于把流體(諸如墨水)噴射到介質上的通道。硅二極管作為電路100中的溫度傳感器14存在，并且被安置成與打印頭200上的噴嘴開口 24相鄰。所述硅二極管可以例如是正向偏置硅二極管。硅二極管管理來自所述裝置100的升溫脈沖的傳送，以當打印頭200處于打印模式時加熱和/或保持所述打印頭200在一期望溫度。所述打印模式可以包括例如打印頭200正在準備打印和/或處于打印作業(yè)中的時期。
[0009]打印頭200被圖示劃分成多個局部區(qū)域20。每個局部區(qū)域20可以表示打印頭200的較小部分(諸如，基元(primitive))。例如，局部區(qū)域20可以是包括一組噴墨嘴(諸如，一組8個熱噴墨嘴開口 24)的基元。打印頭200被劃分成局部區(qū)域20以使用裝置100(諸如，溫度調節(jié)電路單元)調節(jié)打印頭200較小部分的溫度。通過調節(jié)打印頭200的局部區(qū)域20的溫度，整個打印頭的溫度可以被均勻地調節(jié)而不依賴于例如平均數(shù)。因此，所述溫度調節(jié)允許局部區(qū)域20僅當需要時才被加熱到所述預定溫度，并且可以減少其溫度高于和/或低于所述預定溫度的打印頭部分。
[0010]圖3圖示裝置100作為溫度調節(jié)電路單元300的示例。溫度調節(jié)電路單元300包括模擬存儲器12、溫度傳感器14、比較器16、以及脈沖電路18。在第一狀態(tài)，模擬存儲器12被充電到與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓。模擬存儲器12可以是低成本的電容器31，諸如:金屬-氧化物硅電容器(M0SCAP)、金屬-氧化物-金屬(MOM)電容器、或者多晶硅-絕緣層-多晶硅(PIP)電容器。模擬存儲器12也可以存儲所述參考電壓。例如，閉合電路可以被形成在所述電容器和數(shù)模轉換器30之間，以把所述電容器充電到所述參考電壓。數(shù)模轉換器30可以是所述打印頭的全局公用設備，該設備可連接到多個熱控制電路，從而使得一個數(shù)模轉換器30可以設置橫跨整個打印頭20的溫度。所述閉合電路可以允許所述數(shù)模轉換器通過生成與期望的參考電壓相對應的差分驅動和緩沖電壓的方式，把與打印頭200的預定溫度相對應的參考電壓施加到所述電容器。參考電壓被切換到所述電容器，以把所述電容器充電到所述參考電壓。數(shù)模轉換器30可以使用普通的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)構建。
[0011]在第二個狀態(tài)，位于所述DAC和模擬存儲器12之間的電路開路。模擬存儲器12把參考電壓傳送到比較器16，并且溫度傳感器14把局部區(qū)域20的熱電壓傳送到所述比較器
16。定時信號也可以被用于把模擬存儲器12的輸出連接到比較器16的負輸入端，并且把打印頭200上局部區(qū)域20的熱電壓連接到所述比較器16的正輸入端。溫度傳感器14測量打印頭200的多個局部區(qū)域20中的至少一個的熱電壓。局部電流源29把偏置電流提供到硅二極管。熱電壓在多個局部區(qū)域20的至少一個中的一組正向偏置硅二極管32兩端被測量。正向偏置娃二極管32可以采用全局電流(global current)偏置,從而以電壓的形式獲得正向偏置娃二極管32的溫度。正向偏置娃二極管32被用作用于打印頭200的局部區(qū)域20的溫度傳感器14，因為所述硅二極管32具有強的熱系數(shù)(例如，大約-2.2 mV/degreeC (毫伏/攝氏度))。另外，所述硅二極管32可以驅動一個雙晶體管電流源，并且把兩個晶體管電流鏡像到比較器16中以將其偏置。這樣減少了對于額外偏置電路的需求。
[0012]參考圖3，比較器16通過比較模擬存儲器12的參考電壓與正向偏置硅二極管32兩端的熱電壓而獲得比較結果。當由正向偏置硅二極管32兩端的電壓確定的打印頭200的溫度下降到低于以參考電壓的形式接收自模擬存儲器12的預定溫度時，比較器16和與(AND)門34 —起傳送升溫脈沖到打印頭200。例如，從比較器16傳送的比較結果可以是邏輯1，其可以是表明溫度傳感器14正在提供比電容器的參考電壓高的熱電壓(表明在傳感器位置的溫度比由存儲在電容器31中的參考電壓指示的溫度低)的數(shù)字輸出。比較器16的輸出可以被傳送到AND門34，所述AND門34也接收來自脈沖電路18 (圖示作升溫脈沖電路39，其對所述打印頭200可以是全局公用的)的信號。當升溫脈沖電路39被使能并且比較器16傳送邏輯I時，AND門34起作用以允許升溫脈沖處于如下所述的第三狀態(tài)。
[0013]在第三狀態(tài)，升溫脈沖電路39基于所述比較結果(例如，當所述比較結果表明所述熱電壓高于所述參考電壓時)選擇性地把一系列升溫脈沖傳送到打印頭200的至少一個局部區(qū)域20。升溫脈沖電路39可以被連接到打印頭200，以便當所述比較結果表明需要進行升溫時一系列升溫脈沖將被傳送到打印頭200的局部區(qū)域的特定噴嘴。升溫脈沖是不提供足夠能量到熱噴墨電阻器以觸發(fā)墨滴的窄的子觸發(fā)脈沖。升溫脈沖在打印頭200上全局地生成(例如，每個打印頭一個脈沖電路)，并且被本地選通到熱噴墨電阻器的基元組或局部區(qū)域，以加熱打印頭200的一小部分(即，所述局部區(qū)域或基元范圍)中的一個或多個噴嘴。所述窄的子觸發(fā)脈沖或升溫脈沖旨在升溫，但不是在打印頭200中煮沸墨水。例如，所述升溫脈沖電路39可以使用作為開關的金屬氧化物半導體晶體管38 (諸如，橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)晶體管)連接到打印頭200上的至少一個觸發(fā)電阻器33。至少一個觸發(fā)電阻器33可以把打印頭200的那個局部區(qū)域20升溫?？商娲?，單獨的加熱器(諸如，像上面那樣被連接的單獨噴墨觸發(fā)電阻器33)可以被使用。
[0014]特別地，當所述升溫脈沖電路39被設置為使能時，所述AND門34的輸出將取決于比較器16的輸出(例如，所述比較結果)。比較器16的輸出決定升溫脈沖是否經(jīng)由或(OR)門36被傳送到打印頭200，如果比較器的輸出是邏輯I，則升溫脈沖被從升溫脈沖電路39傳送到OR門36。OR門36被連接到AND門34的輸出，并且也被連接到打印頭200上的觸發(fā)脈沖電路35。當打印頭200處于打印模式，觸發(fā)脈沖電路35將產(chǎn)生觸發(fā)脈沖通過OR門34到達打印頭200以觸發(fā)所期望的墨滴。觸發(fā)脈沖比升溫脈沖長，并且具有足夠熱度以引起噴墨的觸發(fā)，這觸發(fā)墨滴。觸發(fā)脈沖被連接到OR門36，以便所述觸發(fā)脈沖可以不被阻擋。
[0015]溫度調節(jié)電路單元300可以進一步包括用于一個或多個打印頭的全局控制單元37，全局控制單元37接收來自溫度傳感器14的與所述溫度成比例的電壓，并且使用溫度電壓v2以及參考電壓Vl來確定打印頭200的多個局部區(qū)域20中的至少一個的實際溫度。然后，所述實際溫度例如可以從一電壓獲得，該電壓感測自打印頭200上的正向偏置硅二極管32，被稱為感測電壓或與溫度成比例的電壓。所述來自正向偏置硅二極管32的感測電壓可以被傳送到所述控制單元37。所述控制單元37可以包括一個或多個通過門(passgate)和一個控制信號。所述感測電壓可以被傳送通過所述通過門并且被傳送到放大器和比較器系統(tǒng)，以把所述感測電壓從模擬信號轉換到可以被從打印頭200的外部獲得的數(shù)字溫度。
[0016]所述溫度調節(jié)電路單元300具有低的成本，因為多個局部區(qū)域20中的每一個均具有感測和決策電路，所述感測和決策電路可以包括十二個晶體管、一至兩個二極管、以及一個電容器。由于晶體管的數(shù)量少，所以該電路的尺寸極小。所述溫度調節(jié)電路也符合成本效益，因為相同的觸發(fā)電阻器和LDMOS晶體管可以被用于發(fā)送觸發(fā)脈沖和升溫脈沖。此外，溫度調節(jié)電路單元300可以通過使用測量使比較器16跳變(trip)所需的電壓的方法(諸如，使用已知晶片溫度的晶片測試)容易地被校準。然后，所述電壓值可以被寫入每個打印頭200上的非易失性(NV)存儲器。另外，溫度調節(jié)電路單元300可以使用觀察比較器16在測試模式下的輸出的掃描方法被測試。
[0017]圖4圖示調節(jié)打印頭溫度的方法的流程圖400。在方框40，所示方法把電容器充電到與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓。所述電容器可以采用數(shù)模轉換器被充電，所述數(shù)模轉換器生成所述參考電壓并且使用定時信號來控制所述電壓的生成和電容器的充電。定時信號可以全局地在打印頭上生成并且在溫度調節(jié)電路單元的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間直接轉換。所述方法監(jiān)控打印頭的溫度(在方框42)。所述監(jiān)控可以包括測量代表多個局部區(qū)域中的至少一個的實際溫度的熱電壓的硅二極管(如方框44中圖示)。由比較模擬存儲器上的電壓與所述熱電壓的比較器比較所述熱電壓與所述參考電壓，以獲得用于多個局部區(qū)域中的每一個的比較結果(如方框46中圖示)。在方框48中，來自升溫脈沖電路的一系列升溫脈沖被選擇性地使能，以基于所述比較結果把所述系列升溫脈沖傳送到多個局部區(qū)域中的至少一個。例如，當所述比較結果表明多個局部區(qū)域中的至少一個的熱電壓是等于所述參考電壓和大于所述參考電壓中的至少一個時，因為較低的感測電壓意味著高的溫度，所以在這種情形下我們不讓升溫脈沖通過。所述系列升溫脈沖的傳送也可以取決于打印頭上的開關，所述開關可以被設置為使能或禁止所述系列升溫脈沖。所述方法可以被實現(xiàn)成使得額外的能量僅被添加到打印頭上需要加熱的部分，以保持所述打印頭在一預定溫度。通過限制添加到打印頭上額外能量，減小了所述熱梯度，這降低了明顯打印缺陷的發(fā)生。[0018]所述方法也可以使用溫度傳感器從所述熱電壓獲得至少一個局部區(qū)域的所述實際溫度，以使所述實際溫度在溫度調節(jié)電路單元外部可見。然后，所述實際溫度可以由打印設備和/或相關的系統(tǒng)利用，諸如，向用戶提供實際溫度讀數(shù)。
[0019]本公開已被使用其示例的非限制性的詳細說明所描述并且不旨在限制本公開的范圍。應當理解的是:相對于示例描述的特征和/或操作可以與其他示例一起使用，并且不是所有本公開的示例均具有在特定附圖中圖示或相對于示例之一描述的所有特征和/或操作。本領域的人員將能夠想到示例的變化。此外，術語“包含”、“包括”、“具有”以及其變化當在本公開和/或權利要求中使用時將意味著:“包括但不必然限于”。
[0020]值得注意的是，一些上述的示例可以包括對于本公開可能不是必要的并且旨在舉例的結構和動作的細節(jié)、結構、或動作。在此所述的結構和動作能夠由執(zhí)行相同功能的等效物替換，即使如本領域所知的所述結構或動作是不同的。因此，本公開的范圍僅由權利要求中使用的元件和限制限定。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 模擬存儲器，包括與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓； 溫度傳感器，測量打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個的熱電壓； 比較器，通過比較所述參考電壓與所述熱電壓而獲得比較結果；以及脈沖電路，基于所述比較結果選擇性地把一系列升溫脈沖傳送到打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述熱電壓在多個局部區(qū)域的至少一個中的一組正向偏置硅二極管的兩端被測量。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，進一步包括控制單元，所述控制單元從所述溫度傳感器接收所述熱電壓并且確定打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個的實際溫度。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，進一步包括數(shù)模轉換器，所述數(shù)模轉換器生成與打印頭的期望溫度相對應的參考電壓并且把所述模擬存儲器充電到所述參考電壓。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述模擬存儲器存儲所述參考電壓。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述模擬存儲器是電容器。
7.—種打印頭，包括: 溫度調節(jié)電路單元，包括: 模擬存儲器，被充電到與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓； 溫度傳感器，測量代表打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個的實際溫度的熱電壓；比較器，通過比較來自模擬存儲器的所述參考電壓與來自溫度傳感器的所述熱電壓而獲得比較結果；以及 升溫脈沖電路，基于所述比較結果選擇性地把一系列升溫脈沖傳送到打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個。
8.根據(jù)權利要求7所述的打印頭，其中，所述熱電壓在多個局部區(qū)域的至少一個中的一組正向偏置硅二極管的兩端被測量。
9.根據(jù)權利要求7所述的打印頭，進一步包括控制單元，所述控制單元從所述溫度傳感器接收所述熱電壓并且確定打印頭的至少一個局部區(qū)域的實際溫度。
10.根據(jù)權利要求7所述的打印頭，其中，所述溫度調節(jié)電路單元進一步包括數(shù)模轉換器，所述數(shù)模轉換器生成與打印頭的期望溫度相對應的參考電壓并且把所述模擬存儲器充電到所述參考電壓。
11.根據(jù)權利要求7所述的打印頭，其中，所述模擬存儲器是電容器。
12.—種調節(jié)打印頭溫度的方法，所述方法包括: 把模擬存儲器充電到與打印頭的預定溫度相對應的參考電壓；以及 監(jiān)控所述打印頭的溫度，通過如下步驟: 測量代表打印頭的多個局部區(qū)域中的至少一個的實際溫度的熱電壓； 采用比較器比較所述參考電壓與所述熱電壓以獲得用于多個局域區(qū)域中的每一個的比較結果； 基于所述比較結果選擇性地從升溫脈沖電路使能一系列升溫脈沖到多個局部區(qū)域中的至少一個。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，進一步包括:使用溫度傳感器從所述熱電壓獲得多個局部區(qū)域中的至少一個的實際溫度。
14.根據(jù)權利要求12所述的方法，進一步包括:使用打印頭上的開關使能所述系列升溫脈沖的傳送。
15.根據(jù)權利要求12所述的方法，進一步包括:使用定時信號來采用數(shù)模轉換器生成所述參考電壓并且采用數(shù)模轉換器把所述模擬存儲器充電到所述參考電壓，其中，所述模擬存儲器是電容器。
【文檔編號】B41J2/175GK103619601SQ201180072055
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2011年7月1日 優(yōu)先權日:2011年7月1日
【發(fā)明者】A.L.范布羅克林, M.亨特, P.J.弗里克, A.L.戈蔡爾, J.M.加納 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)