用于禁用熱噴墨打印頭中的單個噴嘴的噴嘴禁用系統和方法

專利名稱：用于禁用熱噴墨打印頭中的單個噴嘴的噴嘴禁用系統和方法
用于禁用熱噴墨打印頭中的單個噴嘴的噴嘴禁用系統和方
法
背景技術：
典型地使用兩種技術(熱噴墨打印和壓電噴墨打印)中的一種來實現噴墨打印。在熱噴墨打印中，打印頭具有噴嘴陣列。每個噴嘴典型地包括加熱器元件，該元件用于使得 墨水蒸發，并且將預定大小的墨水氣泡推出到紙張上。典型地，隨著噴嘴數量增加并且氣泡大小減小，打印頭的限制和容限變得更苛刻。 用于生產打印頭的高容限可能導致制造缺陷，這些缺陷可能使得一個或多個加熱器元件電 短路。其它效應也可能引起加熱元件的短路，包括噴嘴內的墨水累積(buildup)。噴嘴內加 熱元件的短路可能會降低來自打印機的輸出的質量。此外，電短路可能引起加熱元件的故 障，或者在某些情況下，可能出現整個打印頭或打印機的級聯故障。


本公開的特征和優點根據以下結合附圖所做出的詳細描述將會很清楚，其中附圖 通過示例的方式一起示出本發明的特征，并且其中圖1是根據本公開實施例的用于檢測熱噴墨打印頭噴嘴中加熱器元件中的短路 的框圖的圖示；圖2是具有噴嘴陣列的熱噴墨打印頭的實施例的圖示；圖3是根據本公開實施例的激發(fire)控制數據鎖存器的圖示；圖4是示出根據本公開實施例的在沒有短路檢測/禁用電路的情況下當已經發生 短路時加熱器電阻器中電流的測量的曲線圖；圖5是示出當使用電流感測電阻器實現短路檢測電路的實施例時加熱器電阻器 的實施例中電流的測量的曲線圖；圖6是根據本公開實施例的被配置為使用電流感測電阻器來測量電流的短路檢 測電路的圖示；圖7是根據本公開實施例的被配置為使用分壓器來測量電壓的短路檢測電路的 圖示；圖8是示出根據本公開實施例的當使用分壓器實現短路檢測電路時加熱器電阻 器中電流的測量的曲線圖；圖9是根據本公開實施例的用于檢測包括短路掃描電路的熱噴墨打印頭噴嘴中 加熱器元件中的短路的框圖的圖示；以及圖10是描述根據本公開實施例的用于禁用具有噴嘴陣列的熱噴墨打印頭中單個 噴嘴的方法的流程圖；現將參照所示示例性實施例，并且在此將使用特定語言來描述所示示例性實施 例。然而應理解不打算由此限制本發明的范圍。
具體實施例方式本公開涉及用于檢測和/或改善一個或多個加熱元件中電短路的影響的系統和 方法。典型地，當檢測到打印頭中的短路時，將整個打印頭或打印頭的很大一部分關閉。關 閉打印頭或其一部分會使得打印停止或者極大地減緩打印。此外，打印頭中某些短路可能 涉及相對昂貴的解決方案，例如購買新的打印頭。根據本公開的實施例，已經認識到一種系統和方法被用于禁用熱噴墨打印頭中具 有短路的加熱器元件的單個噴嘴。用于檢測短路并且禁用與短路的加熱器元件關聯的單 個噴嘴的能力使得甚至當已經檢測到一個或多個短路時打印頭也能夠繼續被使用。此外， 被禁用的噴嘴的鄰近噴嘴可以被用于限制或者消除因被禁用的噴嘴而造成的有害影響。因 此，檢測一個或多個加熱器元件中的短路并且禁用熱噴墨打印頭中的(一個或多個)短路 的加熱器元件(而不禁用其它加熱器元件)能夠減少或者消除因短路的加熱器元件而導致 的對打印的不利影響。此外，快速檢測并且禁用電短路的加熱器元件可以使加熱器元件免 于受損，并且另外，也使整個打印頭和打印機免于受損。
圖1示出用于檢測熱噴墨打印頭噴嘴中加熱器元件中的短路的框圖的一個示例 實施例。該框圖包括熱噴墨打印頭102。熱噴墨打印頭可以包括噴嘴陣列202，如圖2所示。 加熱器元件(未示出)可以耦合到噴嘴陣列中的單個噴嘴204。在一個實施例中，陣列中的 每個噴嘴可以耦合到分開的加熱器元件。可選地，多個噴嘴均可以耦合到分開的加熱器元 件，并且陣列中一個或多個噴嘴可以不包括加熱器元件。如可以理解的，加熱器元件可以位 于噴嘴內或者鄰近于噴嘴，只要該元件足夠接近以在預定時間量內將噴嘴內的墨水加熱到 期望溫度。在一個實施例中，加熱器元件可以是加熱器電阻器，其被配置為當電流通過加熱 器電阻器時對噴嘴內的墨水以電阻方式(resistively)進行加熱。返回圖1，短路檢測電路104被配置為檢測加熱器元件中的短路。可以通過測量 加熱器元件中的電流和電壓之一來檢測加熱器元件中的短路。當測定的電流大于預定值， 或者測定的電壓小于期望量時，可以確定加熱器元件至少部分地短路到地(shorted to ground)0加熱器元件可能因各種情形而短路到地。例如，熱噴墨打印頭102典型地通過使 用光刻工藝而制造有若干不同的層。制造誤差可能使得加熱器元件變為短路到打印頭內的 接地層。在另一示例中，灰塵或墨水顆粒可以變為寄留(lodge)在噴嘴204內，并且使得加 熱器電阻器變為短路到地。此外，來自外部電源的功率驟增可能導致可以造成短路的加熱 器電阻器、噴嘴或打印頭的某個其它部分內的損壞。還可能出現可能導致在打印頭中的一 個或多個加熱器元件中的短路的各種其它事件。一旦已經檢測到短路，就可以將信號從短路檢測電路104發送到激發控制電路 106。短路檢測電路和激發控制電路可以附連到打印頭。可選地，短路檢測電路和激發控制 電路可以位于分開的位置處，并且電耦合到打印頭。激發控制電路可以被用于控制何時從打印頭102中噴嘴陣列202中的一個或多個 噴嘴204噴射墨水。例如，每個加熱器元件可以連接到鎖存器，例如數據鎖存器302。數據 鎖存器可以被用于控制何時通過加熱器元件發送電流脈沖以使得加熱器元件以電阻方式 加熱并且噴射來自加熱器元件所耦合到的噴嘴的墨水的一部分。在一個實施例中，當期望應當對噴嘴進行激發時，可以將數字高或“1”發送到數據鎖存器302的D輸入。然后可以將使能信號發送到E輸入，以使得噴嘴能夠激發。可以通 過同時將使能信號同步地發送到所有鎖存器來同時對所有期望的噴嘴進行激發。可選地， 可以按所選模式來對噴嘴進行激發，或者所選噴嘴可以獨立于其它噴嘴而被激發。 當將電流脈沖發送到與特定噴嘴關聯的加熱器電阻器時，可以測量電流或電壓，如 前所述。當與單個噴嘴204關聯的所選加熱器電阻器的測量在所選邊界之外時，可以將來自 短路檢測電路104的信號發送到激發控制電路106，以重置數據鎖存器302。可以通過將數據 鎖存器的“CLR”輸入處的使能線保持為低或將數字低或“0”發送到D輸入以清除鎖存器來完 成該操作。噴嘴陣列202中的每個加熱器電阻器可以耦合到短路檢測電路和激發控制電路。 當然，數據鎖存器是用于控制噴嘴陣列中加熱器電阻器的激發的各種方式之一。可以理解，不 同類型的數字電路或模擬電路可以被用于使得加熱器電阻器的激發能夠被控制。當短路檢測電路104測量到一個或多個加熱器電阻器在所選界限之外時，可以將 信號發送到激發控制電路106中的數據鎖存器302，從而禁止短路的加熱器電阻器被激發。 在一個實施例中，當確定所選加熱器電阻器短路到地時，可以永久禁用該加熱器電阻器。在 另一實施例中，每次在對每個加熱器電阻器進行激發之前，可以測量該加熱器電阻器。這樣 使得當與噴嘴關聯的加熱器電阻器中的短路的原因是暫時性的(例如功率尖峰)時能夠再 次使用該噴嘴。圖4示出當已經發生短路時加熱器電阻器中的電流的測量。加熱器電阻器中電流 水平的典型值當加熱器電阻器關斷時近似為零，而當電路被接通或者激發時可以是大約50 毫安(mA)。功率輸入和制造的變化可能改變每個加熱器電阻器中的實際電流。然而，在激 發期間，電流典型地小于90毫安。在一個實施例中，在曲線圖中可見，在開始測量之后的近似775納秒(ns)出現電 流尖峰。短路使得控制電子裝置在32. 25伏特的電壓下以超過500mA的水平飽和。在這個 功率水平，加熱器電阻器、噴嘴、控制電子裝置、以及噴墨頭可能快速受損。圖5示出當使用電流感測電阻器實現圖1的短路檢測電路104時一個實施例的加 熱器電阻器中的電流的測量。圖5示出當對加熱器電阻器進行激發時電流在小于一微秒內 增加到近似70mA。電流然后出現尖峰，指示已經發生短路，并且電路檢測到短路，并清除激 發控制數據鎖存器，以關閉對加熱器電阻器的供電，加熱器電阻器然后返回到近似0mA。在 短路發生后不到50ns，使用測量流過加熱器電阻器的電流的電流感測電阻器將加熱器電阻 器關閉。圖6示出被配置為使用電流感測電阻器測量電流的示例短路檢測電路。電流可以 輸入到加熱器電阻器602。可以將電流感測電阻器604定位成在加熱器電阻器的接地回路 腳(ground return leg)中與加熱器電阻器串聯。當對加熱器電阻器進行激發時，電流感測 電阻器產生電壓降。可以由差分感測放大器606來監控感測電阻器兩端的所得差分電壓。當感測電阻器差分電壓超過預定閾值時，可以將感測放大器606調諧為解扣 (trip)，以指示短路。例如，在一個實施例中，可以將感測放大器調諧為在大于90mA的水平 處解扣。電流感測電阻器可以具有大約5歐姆的值。當然，因制造容限的限制，可以預期示 例值周圍的值的范圍。可以將感測放大器的輸出608發送到激發控制電路106 (圖1)。在 一個實施例中，該輸出可以清除激發控制數據鎖存器302(圖3)。清除激發控制數據鎖存器 可以阻止基本上任何電流流過加熱器電阻器602。
在另一實施例中，短路檢測電路可以被配置為測量電壓。例如，可以由分壓器電路 來感測加熱器電阻器702的高側(high side)上的電壓，如圖7所示。兩個金屬氧化物半 導體(MOS)器件704和706可以形成分壓器。分壓器的輸出產生與正被感測的電壓成比例 的電壓。如果正被感測的電壓足夠低，指示短路，則可以由形成調諧反相器(inverter)的 放大器708生成輸出信號710。可以將該輸出信號發送到短路檢測電路106(圖1)。在一 個實施例中，該輸出可以清除激發控制數據鎖存器302(圖3)。清除激發控制數據鎖存器可 以阻止基本上任何電流流過加熱器電阻器。圖8示出當如圖7所示使用分壓器實現圖1的短路檢測電路104時加熱器電阻器 中的電流的測量。圖8示出當對加熱器電阻器進行激發時，電流增加到大約70mA。在大約 1微秒之后，發生短路，并且電流達到超過145mA的尖峰。短路被檢測到，并且從分壓器電路 (圖7)發送輸出信號，以清除激發控制數據鎖存器302 (圖3)。電流水平在大約200ns之 后返回到近似零毫安，說明對加熱器電阻器的供電被關閉。在另一實施例中，短路掃描電路902可以與短路檢測電路104和激發控制電路106 合并，如圖9所示。短路掃描電路可以用于將短路的加熱器電阻器報告給打印機或控制打 印機的軟件。例如，可以將激發控制電路中的所有激發控制鎖存器302(圖3)設置為數字 高。然后可以對所有加熱器電阻器進行激發。短路的任何鎖存器將由它們的關聯短路檢測 電路104重置為數字低。可以使用軟件或硬件來掃描并且分析激發控制鎖存器302 (圖3) 中包含的數據，以確定哪些鎖存器被重置。該信息可以被用于確定打印頭何時可以從清潔 以移除過量墨水或其它廢物獲益。
此外，當已經禁用噴嘴，鄰近噴嘴可以被用于補償并且輸出用于(一個或多個)被 禁用的噴嘴的墨水，以使得打印頭的輸出表現得如同沒有缺陷噴嘴一樣。用于使用鄰近噴 嘴補償被禁用噴嘴的能力使得即使相當大數量的噴嘴被短路也能夠完成打印作業。此外， 短路檢測電路可以使得在明顯損壞加熱器電阻器、打印頭、或周圍電路之前能夠關閉每個 短路的加熱器電阻器，且同時使得打印頭能夠繼續被使用。另一實施例提供一種用于禁用熱噴墨打印頭中的單個噴嘴的方法。打印頭可以包 括噴嘴陣列，其中多個噴嘴均耦合到加熱器電阻器。所述方法包括操作對于噴嘴陣列中的 每個噴嘴使用短路檢測電路感測1010加熱器電阻器中的短路，其中，短路檢測電路被配置 為檢測加熱器元件中的短路。方法1000的附加操作包括當所述短路檢測電路測量到耦合到所述噴嘴的加熱 器元件中的短路時，使用被配置為禁用所述噴嘴陣列中的噴嘴中的所述加熱器元件以提供 被禁用噴嘴的激發控制電路來致使1020所述噴嘴在預定時間量內不能輸出墨水。所述預 定時間量可以是打印機頭的單次通過(single pass)、小于打印機頭的單次通過、大于打印 機頭的單次通過、或永久。如前所述，在一個或多個加熱器元件中感測的短路在性質上可以是臨時的。每次 對關聯的噴嘴進行激發時，可以對打印頭中噴嘴陣列中的每個加熱器元件檢查短路。雖然前述示例在一個或多個特定應用中說明了本公開的原理，但本領域普通技術 人員顯而易見的是，在不需要應用創造性能力的情況下，以及在不脫離本發明的原理和概 念的情況下，可以進行實現方式的形式、使用和細節方面的很多修改。相應地，除了由以下 記載的權利要求書限定之外，并不打算限制本發明。
權利要求
一種噴嘴禁用系統，包括熱噴墨打印頭，其具有噴嘴陣列；加熱器元件，其耦合到所述噴嘴陣列中的單個噴嘴；用于所述加熱器元件的短路檢測電路，其中，所述短路檢測電路被配置為檢測所述加熱器元件中的短路；以及激發控制電路，其被配置為當所述短路檢測電路測量到耦合到所述噴嘴陣列中的所述單個噴嘴的加熱器元件中的短路時，禁用所述加熱器元件以在預定時間量內提供單個被禁用的噴嘴。
2.如權利要求1中的系統，其中，所述加熱器元件是加熱器電阻器，其被配置為對噴嘴 中的墨水進行加熱。
3.如權利要求2中的系統，其中，所述短路檢測電路包括電流感測電阻器，其被配置為 測量所述加熱器電阻器中的電流水平以檢測短路。
4.如權利要求2中的系統，其中，所述短路檢測電路包括分壓器，其被配置為感測所述 加熱器電阻器的高側上的電壓。
5.如權利要求4中的系統，其中，所述分壓器由第一和第二金屬氧化物半導體組成，所 述第一和第二金屬氧化物半導體耦合到用于形成調諧反相器的放大器。
6.如權利要求1中的系統，其中，分開的短路檢測電路耦合到所述噴嘴陣列中的每個 加熱器元件，并且每個短路檢測電路被配置為每次對噴嘴進行激發時都檢測所述噴嘴陣列 中的每個加熱器元件的短路。
7.如權利要求1中的系統，還包括短路掃描電路，其被配置為報告每個加熱器元件的 短路狀態。
8.如權利要求1中的系統，還包括短路掃描電路，其被配置為報告每個加熱器元件的 短路狀態。
9.如權利要求1中的系統，其中，所述激發控制電路被配置為當在所述短路檢測電路 中檢測到短路時，在小于100納秒內將所述加熱器元件中的電流基本上減小到近似0mA。
10.一種用于禁用具有噴嘴陣列的熱噴墨打印頭中的單個噴嘴的方法，其中，多個噴嘴 均耦合到加熱器元件，所述方法包括對于所述噴嘴陣列中的每個噴嘴，使用短路檢測電路感測加熱器元件中的短路，其中， 所述短路檢測電路被配置為檢測所述加熱器元件中的短路；以及當所述短路檢測電路測量到耦合到所述噴嘴的加熱器元件中的短路時，使用被配置為 禁用所述噴嘴陣列中的噴嘴中的所述加熱器元件以提供被禁用噴嘴的激發控制電路來致 使所述噴嘴在預定時間量內不能輸出墨水。
11.如權利要求中的方法，還包括使用包括電流感測元件的短路檢測電路來感測加 熱器元件中的短路。
12.如權利要求10中的方法，還包括使用包括電流感測元件的短路檢測電路來感測 加熱器元件中的短路。
13.如權利要求10中的方法，還包括使用短路掃描電路來報告所述噴嘴陣列中任何 被禁用的加熱器元件。
14.如權利要求10中的方法，還包括通過從所述噴嘴陣列中的鄰近噴嘴發射墨水來補償被禁用的噴嘴。
15.如權利要求10中的方法，還包括將所述短路檢測電路和所述激發控制電路附連 到所述熱噴墨打印頭。
全文摘要
在一個實施例中，一種噴嘴禁用系統包括熱噴墨打印頭，具有噴嘴陣列；加熱器元件，耦合到所述噴嘴陣列中的單個噴嘴；短路檢測電路，用于所述加熱器元件，其中，所述短路檢測電路被配置為檢測所述加熱器元件中的短路；以及激發控制電路，被配置為當所述短路檢測電路測量到耦合到所述噴嘴陣列中的所述單個噴嘴的加熱器元件中的短路時，禁用所述加熱器元件，以在預定時間量內提供單個被禁用的噴嘴。
文檔編號B41J2/05GK101821103SQ200880110412
公開日2010年9月1日 申請日期2008年8月4日 優先權日2007年8月6日
發明者D·E·安德森, M·亨特, R·R·克拉克, S·A·林 申請人:惠普開發有限公司