專利名稱：延長(zhǎng)熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種延長(zhǎng)熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的方法，特別是涉及一種利用田口氏分析方法分析歸納雙脈沖各種參數(shù)的影響，并找出一組能有效地增加熱氣泡式噴墨印頭使用壽命參數(shù)的方法。
目前一般熱氣泡式(Thermal Bubble)噴墨打印機(jī)都是供單脈沖于打印頭的加熱器上，使加熱電阻表面的墨水(Ink)產(chǎn)生氣泡(Bubble)，并將墨水?dāng)D壓噴出在紙張上，但由于加熱器表面的氣泡消退至完全破裂時(shí)，墨水回填所產(chǎn)生的瞬間高壓會(huì)使加熱器表面受損，而降低其使用壽命，故若能減緩此瞬間高壓對(duì)加熱器表面的破壞，便能增加噴墨印頭(Ink-Jet Printhead)的使用壽命(Lifetime)。
由此，本發(fā)明的主要目的是提供一種延長(zhǎng)熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的方法，使目前一般熱氣泡式噴墨印頭的使用壽命加長(zhǎng)，同時(shí)仍維持原有的打印質(zhì)量。
為達(dá)到本發(fā)明的上述和其他目的，提出一種延長(zhǎng)熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的方法，此方法是提供雙脈沖于加熱器上，不同于已知的單脈沖，以減緩加熱器表面的受損情形，增加加熱器的使用壽命，并又能保留原有的印刷質(zhì)量。
為使本發(fā)明的上述和其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明，其中

圖1是已知一種恰好可產(chǎn)生墨滴的PW-PV臨界曲線的示意圖；圖2是已知一種恰好可產(chǎn)生氣泡的PV-PW臨界曲線的示意圖；圖3A和圖3B是已知一種單脈沖時(shí)脈沖寬度與脈沖電壓的波形圖以及氣泡體積與時(shí)間的關(guān)系示意圖；圖4是依照本發(fā)明的雙脈沖對(duì)打印頭無(wú)噴嘴片時(shí)使用壽命的因子效果示意圖；以及圖5是依照本發(fā)明的雙脈沖對(duì)打印頭含噴嘴片時(shí)使用壽命的因子效果示意圖。
首先，闡明本發(fā)明的基本理論概念。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)是第一個(gè)氣泡還未完全消失前，產(chǎn)生一個(gè)體積較小、存在時(shí)間較長(zhǎng)、消失速度較慢的氣泡，以緩沖氣泡破裂時(shí)墨水回填所產(chǎn)生的瞬間壓力對(duì)加熱器表面的破壞，降低加熱器表面的損耗，增加噴墨印頭的使用壽命。
根據(jù)上述的基本概念，本發(fā)明研究的重點(diǎn)是探討雙脈沖的各種波形參數(shù)的影響以及如何設(shè)計(jì)一雙脈沖的方法。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)使加熱器產(chǎn)生高溫并更容易地被毀損，或造成不穩(wěn)定的墨滴形狀，從而降低打印質(zhì)量。目前一般熱氣泡式噴墨打印機(jī)(如HP)所加的單一脈沖其脈沖寬度(Pulse Width；PW)為3μs、脈沖電壓(Pulse Voltage；PV)為18V，氣泡從2μs開始產(chǎn)生，在7～8μs時(shí)氣泡體積最大，在16～20μs時(shí)氣泡消失。根據(jù)以上單脈沖氣泡產(chǎn)生與消失的情況，可調(diào)整以下雙脈沖的五個(gè)參數(shù)PW1-------第一脈沖的寬度PV1-------第一脈沖的電壓PW2-------第二脈沖的寬度PV2-------第二脈沖的電壓Delay Time(D-T)--第二脈沖與第一脈沖之間的延遲時(shí)間首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1繪示的是一種恰好可產(chǎn)生墨滴的PW-PV臨界曲線的示意圖，其第一個(gè)脈沖的波形(PW1和PV1)詳述如下由于第一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的氣泡是為要擠壓墨水而從噴嘴噴出，所以PW1和PV1的大小必須能夠在加熱器表面產(chǎn)生一個(gè)足以將墨水?dāng)D壓噴出的氣泡，故根據(jù)圖1恰好可產(chǎn)生墨滴的PW-PV臨界曲線，則PW、PV的選取范圍應(yīng)在圖中臨界曲線以上的曲域，例如若以PV1＝18V則PW≥1.4μs。另外，由于是雙脈沖的型態(tài)，第一個(gè)脈沖及第二個(gè)脈沖都會(huì)提供熱能，所以不希望第一個(gè)脈沖會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱量，因此PW1應(yīng)小于單脈沖正常工作時(shí)的條件，例如上述HP熱氣泡式噴墨打印機(jī)，PV＝18V、PW＝3μs，即PW1≤3μs。綜合上述討論，所得結(jié)果是“PV1＝18V時(shí)1.4μs≤PW1≤3μs”。
其次，請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2繪示的是一種恰好可產(chǎn)生氣泡的PV-PW臨界曲線的示意圖，其第二個(gè)脈沖的波形(PW2和PV2)詳述如下因?yàn)榈诙€(gè)脈沖為產(chǎn)生一氣泡以緩沖氣泡破裂時(shí)墨水回填所產(chǎn)生的瞬間壓力對(duì)熱加熱器表面的破壞，且此氣泡的產(chǎn)生不影響噴墨質(zhì)量，諸如液滴形狀、液滴速度、液滴大小等性質(zhì)，所以對(duì)PW2、PV2的要求為“能使加熱器表面產(chǎn)生氣泡”，但此氣泡并不足以將墨水推出噴嘴，故根據(jù)圖2中對(duì)PW2、PV2的選取范圍應(yīng)在圖中的斜線曲域，其中實(shí)線為恰好可產(chǎn)生氣泡的PW-PV臨界曲線，虛線為恰好可產(chǎn)生墨滴噴出的PW-PV臨界曲線。
接著，詳述雙脈沖之間的延遲時(shí)間(Delay Time)由于當(dāng)加熱器完全被氣泡覆蓋時(shí)，加熱器上的空氣因其熱傳導(dǎo)系數(shù)(Thermal Conductor Coefficient)很低，幾乎為絕熱層的熱傳導(dǎo)系數(shù)，使加熱器的熱量無(wú)法傳遞至墨水，所以在此期間加在加熱器上的熱能會(huì)使加熱器的溫度急劇上升，使加熱器各層薄膜的熱應(yīng)力效應(yīng)更明顯，以致更容易毀損；同時(shí)延遲時(shí)間也不能大于第一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的氣泡完全消散的時(shí)間，否則第一個(gè)氣泡破裂時(shí)所產(chǎn)生的瞬間高壓已作用在加熱器上，第二個(gè)脈沖所產(chǎn)生的氣泡并沒有緩沖瞬間高壓的作用，反而增加加熱器的發(fā)熱次數(shù)，降低其使用壽命。故第一個(gè)脈沖與第二個(gè)脈沖之間的延遲時(shí)間應(yīng)落在由第一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的氣泡開始消退(即加熱器表面開始有部分與墨水接觸時(shí))至氣泡完全消失前，請(qǐng)參照?qǐng)D3A和圖3B。另外在第一個(gè)脈沖之后，經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間再加第二個(gè)脈沖時(shí)，加熱器表面上的溫度仍未完全回到室溫，所以上述PV2和PW2的選取范圍應(yīng)根據(jù)延遲時(shí)間的大小對(duì)應(yīng)加熱器的表面溫度適度地向下偏移。
按上述雙脈沖的五個(gè)參數(shù)(PV1、PW1、PV2、PW2和D-T)選取原則，本發(fā)明作兩組不同形態(tài)的雙脈沖，請(qǐng)參照表1A～1B及表2A～2B，此表根據(jù)田口氏分析法所設(shè)計(jì)，表1A是本發(fā)明氣泡雙脈沖的各參數(shù)值，表1B根據(jù)田口氏分析法設(shè)計(jì)的氣泡實(shí)驗(yàn)中，行數(shù)及配對(duì)因子數(shù)據(jù)表；表2A是本發(fā)明墨滴雙脈沖的各參數(shù)值，表2B是按田口氏分析法所設(shè)計(jì)的墨滴實(shí)驗(yàn)中行數(shù)及配對(duì)的因子數(shù)據(jù)表。其分別應(yīng)用于下述“氣泡實(shí)驗(yàn)(Open Pool Testing)”與“墨滴實(shí)驗(yàn)(Close Pool Testing)”兩類打印頭加熱器的使用壽命測(cè)試。
表1A(PV1＝18V)
<p>表1B(PW1、PW2、D-T的單位μs)
表2A(PV1＝18V)
表2B(PW1、PW2、D-T的單位μs)
綜合所觀測(cè)的打印頭分為兩類一為可上打印機(jī)的完整噴墨頭(墨滴實(shí)驗(yàn))，另一則將噴嘴片取下(氣泡實(shí)驗(yàn))。墨滴實(shí)驗(yàn)可從CCD所連接的熒幕上觀測(cè)墨滴的形成過(guò)程，當(dāng)噴墨質(zhì)量劣化時(shí)也可從熒幕上清楚觀察到；氣泡實(shí)驗(yàn)是將噴嘴片取下后的噴墨頭倒立且滴上透明水，從上方觀測(cè)，可從熒幕上觀測(cè)加熱器上氣泡的成長(zhǎng)狀況，且可清楚觀測(cè)加熱器的毀損過(guò)程。這兩種測(cè)試都連接一可讀取加熱器完成噴墨周期次數(shù)的計(jì)數(shù)器，以此數(shù)值作為使用壽命(Life Time)的指標(biāo)。比較“墨滴實(shí)驗(yàn)”與“氣泡實(shí)驗(yàn)”兩種測(cè)試，由于含噴嘴片時(shí)，加熱器表面的氣泡退至完全破裂，墨水回填所產(chǎn)生的瞬間高壓源比取下噴嘴片時(shí)較遠(yuǎn)離加熱器表面，所以，氣泡實(shí)驗(yàn)比墨滴實(shí)驗(yàn)其更容易被毀損，使用壽命更短。
綜合分析測(cè)試結(jié)果，首先需了解一般打印頭正常工作時(shí)的條件及狀況，以作為對(duì)照比較；就HP熱氣泡噴墨打字機(jī)(Thermal Ink-Jet Pinter)51626A型而言，所加的單一脈沖條件為PV＝18V、PW＝3μs，所產(chǎn)生的墨滴直徑為60.5μm，噴墨速度為11m/sec，且以上述兩種測(cè)量方式的測(cè)試，其使用壽命分別為3.4×108次(墨滴實(shí)驗(yàn))、2.6×108次(氣泡實(shí)驗(yàn))。
同樣以HP51626A型的噴墨打印頭作為測(cè)試樣頭，請(qǐng)參考表3，表3中氣泡實(shí)驗(yàn)是以表1B為測(cè)試參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，墨滴實(shí)驗(yàn)是以表2B為測(cè)試參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；這兩組測(cè)試的結(jié)果大部分小于上述正常工作條件下的使用壽命，但其中各有一組的使用壽命大于上述正常工作條件下的使用壽命，可見雙脈沖的參數(shù)選取及搭配非常重要，否則不但沒有降低墨水回填時(shí)所產(chǎn)生的瞬間壓力對(duì)加熱器的破壞，反而增加加熱器的溫度，使各層薄膜熱應(yīng)力效應(yīng)明顯，以致使用壽命更短。
表3
接著，以下分開討論這兩組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果1.氣泡實(shí)驗(yàn)(Open Pool Testing)從圖4的因子效果可看出，要使“使用壽命”延長(zhǎng)，則在雙脈沖的設(shè)計(jì)中PW1不宜過(guò)大，但至少要使發(fā)熱器表面產(chǎn)生氣泡將墨水推出，PW2、PV2不宜太小，至少要使第二個(gè)脈沖所產(chǎn)生的氣泡足夠大，可緩沖墨水回填時(shí)所產(chǎn)生的瞬間高壓對(duì)加熱器破壞的作用，至于延遲時(shí)間的影響似乎不太明顯，這意味著只要延遲時(shí)間選取的范圍是在第一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的氣泡開始消退至氣泡完全消散失即可，故延遲時(shí)間并不是影響使用壽命的主要因子，影響效果最明顯的是PW1，其次是PW2和PV2，最后是延遲時(shí)間。2.墨滴實(shí)驗(yàn)(Close Pool Testing)
從圖5的因子效果與上述圖4有類似的結(jié)果，PW1是影響最明顯的一個(gè)參數(shù)，其次為PV2，PW2及延遲時(shí)間(D-T)的效果相當(dāng)，其影響均不明顯。
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，從這兩種測(cè)試中各取一組最優(yōu)選的條件繼續(xù)作使用壽命的測(cè)試，分別為1.氣泡實(shí)驗(yàn)PW1＝2μs、PV2＝14V、PW2＝4μs、延遲時(shí)間Delay Time，使用壽命Life Time＝3.4×108次。2.墨滴實(shí)驗(yàn)PW1＝2μs、PV2＝14V、PW2＝4μs、延遲時(shí)間DelayTime＝12μs；使用壽命Life Time＝4.8×108次。其結(jié)果都比此打印頭使用單一脈沖時(shí)的使用壽命要大。同時(shí)對(duì)此雙脈沖的條件作噴墨測(cè)試，其噴墨狀況與正常工作單一脈沖的情況相似，且墨滴速度(大約14m/sec)及墨滴大小(大約65μm)也相當(dāng)，故此雙脈沖并不會(huì)改變噴墨質(zhì)量，且能增加噴墨頭的使用壽命。綜上所述，本發(fā)明的目的就是利用雙脈沖的方法，以圖增加噴墨頭的使用壽命。研究結(jié)果顯示，若挑選適當(dāng)?shù)膮?shù)是可以增加使用壽命的；反之，挑選不適當(dāng)?shù)膮?shù)會(huì)大幅度縮短使用壽命或者干擾噴墨的墨滴形態(tài)。因此本發(fā)明利用田口氏分析法通過(guò)歸納脈沖的各種參數(shù)的影響，成功地找出一組可有效地增加使用壽命的參數(shù)。
雖然以上已結(jié)合一較佳實(shí)施例揭露了本發(fā)明，但是其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在有脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作出各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種延長(zhǎng)熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的方法，所述方法包括設(shè)計(jì)一雙脈沖的電壓型態(tài)，并分析所述雙脈沖各種參數(shù)的影響，找出一組能有效地延長(zhǎng)所述熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的參數(shù)，所述雙脈沖的參數(shù)包括第一脈沖的寬度；第一脈沖的電壓；第二脈沖的寬度；第二脈沖的電壓；以及第二脈沖與第一脈沖之間的延遲時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括設(shè)計(jì)一數(shù)個(gè)脈沖的電壓型態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)計(jì)一雙脈沖方法的第一脈沖寬度大約是1～5μs。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)計(jì)一雙脈沖方法的第一脈沖電壓大約是15～25V。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)計(jì)一雙脈沖方法的第二脈沖寬度范圍是大于所述第一脈沖的寬度而且小于6μs。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)計(jì)一雙脈沖方法第二脈沖電壓范圍是大于所述第一脈沖電壓的三分之一而且小于所述第一脈沖電壓的五分之四。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)計(jì)一雙脈沖方法的第二脈沖與所述第一脈沖之間的延遲時(shí)間范圍大約是5～20μs。
全文摘要
一種延長(zhǎng)熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的方法,該方法包括設(shè)計(jì)一雙脈沖的電壓型態(tài),并分析該雙脈沖的各種參數(shù)的影響,找出一組能有效地延長(zhǎng)該熱氣泡式噴墨印頭使用壽命的參數(shù),該雙脈沖的參數(shù)包括第一脈沖的寬度、第一脈沖的電壓、第二脈沖的寬度、第二脈沖的電壓以及第二脈沖與第一脈沖之間的延遲時(shí)間。
文檔編號(hào)B41J2/01GK1230490SQ9810519
公開日1999年10月6日 申請(qǐng)日期1998年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月31日
發(fā)明者藍(lán)元亮, 李明玲, 吳義勇, 陳注文, 趙天行 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院