專利名稱：：打印多種型號墨滴的裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)控制的打印設(shè)備領(lǐng)域。具體的領(lǐng)域是按需投放(DOD)打印系統(tǒng)的打印頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：目前已經(jīng)發(fā)明了許多不同類型的數(shù)字控制打印系統(tǒng)，并且目前有許多種產(chǎn)品。這些打印系統(tǒng)使用各種驅(qū)動機(jī)構(gòu)、各種打印材料、以及各種記錄媒體。目前使用的數(shù)字打印系統(tǒng)的實(shí)例包括激光電子照相打印機(jī)；LED電子照相打印機(jī)；點(diǎn)陣沖擊打印機(jī)；熱敏紙打印機(jī)；膠片記錄器；熱塑性材料打印機(jī)；染料散布熱傳導(dǎo)打印機(jī)；以及噴墨打印機(jī)。然而，盡管這種慣用的方法需要昂貴的設(shè)備并且只有需要印刷數(shù)千頁復(fù)制品時(shí)才具有商業(yè)上的價(jià)值，這類電子打印系統(tǒng)還是不能有效地代替機(jī)械印刷術(shù)。因此需要對數(shù)字控制的打印系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，例如需要使其能在高速和低成本的條件下用普通紙產(chǎn)生高質(zhì)量的彩色圖像。噴墨打印在數(shù)字控制的電子印刷領(lǐng)域中被認(rèn)為是一個(gè)突出的競爭者，因?yàn)樗哂袩o沖擊，低噪聲的特性，使用普通的紙，并且能避免調(diào)色劑的轉(zhuǎn)印和定影。已經(jīng)發(fā)明了許多種噴墨打印機(jī)構(gòu)。它們可以被分類成連續(xù)噴墨(CIJ)或按需投放(DOD)噴墨。連續(xù)噴墨的打印技術(shù)至少可以追溯到1929年Hansell的專利US1,941,001號。Sweet等人在1967年的專利US3,373,437號中公開了一種連續(xù)噴墨噴嘴的陣列，需要印刷的墨滴被有選擇地注入并且朝著記錄媒體偏轉(zhuǎn)。這種技術(shù)被稱為二進(jìn)制偏轉(zhuǎn)CIJ，并且被包括Elmjet和Scitex在內(nèi)的許多制造商所采用。Herhz等人在1966年的專利US3,416,153號中公開了一種在CIJ打印中實(shí)現(xiàn)打印點(diǎn)的可變光學(xué)密度的方法，采用靜電來分散注入的墨滴流，從而調(diào)制通過小孔的墨滴量。這一技術(shù)被用在IrisGraphics制造的噴墨打印機(jī)中。Kyser等人在1970年的專利US3,946,398中公開了一種DOD噴墨打印機(jī)，它對壓電晶體施加高電壓，使晶體彎曲，從而在油墨容器上施加壓力并且按需要噴出墨滴。隨后已經(jīng)發(fā)明了許多種壓電式按需投放的打印機(jī)，它們利用了壓電晶體的彎曲形態(tài)、推進(jìn)形態(tài)、剪切形態(tài)以及擠壓形態(tài)。使用熱熔油墨的壓電DOD打印機(jī)已經(jīng)獲得了商業(yè)上的成功(例如Tektronix和Dataproducts打印機(jī))，并且使家用和辦公用打印機(jī)的圖像分辨率達(dá)到了720dpi(SeikoEpson)。壓電DOD打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能夠使用許多種油墨。然而，壓電打印機(jī)構(gòu)通常需要復(fù)雜的高壓驅(qū)動電路和笨重的壓電晶體陣列，這種要求在制造工藝和性能方面是有缺點(diǎn)的。Eodo等人在1979年的專利GB2,007,162號中公開了一種電熱DOD噴墨打印機(jī)，它對與噴嘴中的油墨形成熱接觸的一個(gè)電熱換能器(加熱器)施加電脈沖。加熱器把含水的油墨迅速加熱到很高的溫度，使少量的油墨迅速蒸發(fā)形成氣泡。這些氣泡的形成產(chǎn)生壓力波，使油墨的墨滴沿著加熱器基片的邊沿從小孔中噴出。這種技術(shù)被稱為BubblejetTM(日本CanonK.K.的商標(biāo))，并且被廣泛地用在來自Canon，Xerox和其他廠商的打印機(jī)系統(tǒng)中。Vaught等人在1982年的專利US4,490,728中公開了一種電加熱墨滴噴射系統(tǒng)，它也是通過形成氣泡來操作的。在這種系統(tǒng)中，墨滴在垂直于加熱器基片平面的方向上通過設(shè)在位于加熱器上方的開孔板中的噴嘴來噴射。這一系統(tǒng)被稱為ThermalInkJet，是由Hewlett-Packard制造的。在本文中，ThermalInkJet這一術(shù)語被用來表示Hewlett-Packard系統(tǒng)和通常稱為BubblejetTM的系統(tǒng)。典型的ThermalInkJet打印在噴射每個(gè)墨滴的大約2μs的周期中需要大約20μJ(的熱量)。每個(gè)加熱器需要消耗10瓦的驅(qū)動功率，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)，并且需要專用的油墨，復(fù)雜的驅(qū)動電路，并且加熱器元件很容易損壞。在技術(shù)文獻(xiàn)中還出現(xiàn)過其他的噴墨打印系統(tǒng)，但是目前沒有在市場中流行。例如美國專利US4,275,290號中公開的一種系統(tǒng)，當(dāng)收到熱脈沖的預(yù)定的打印頭噴嘴與靜壓力的地址一致時(shí)，就使油墨從打印頭下面自由地流到用墊片隔開的紙上。在美國專利US4,737,803；4,737,803和4,748,458號中公開的噴墨打印記錄系統(tǒng)中，當(dāng)收到熱脈沖的打印頭噴嘴中的油墨與靜電引力場的地址一致時(shí)，墨滴就被噴射到打印紙上。上述的噴墨打印系統(tǒng)各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。然而，在其他方面普遍還認(rèn)為需要對噴墨打印技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，需要改進(jìn)的問題例如有，價(jià)格、速度、質(zhì)量、可靠性、耗電量、結(jié)構(gòu)和操作的簡化，耐久性以及消耗品等等。發(fā)明概述本發(fā)明為按需投放的打印系統(tǒng)提供了一個(gè)打印頭，該打印頭包括第一組多個(gè)噴嘴，用于打印第一預(yù)定顏色的油墨，并且包含與第一組噴嘴半徑不同的第二組多個(gè)噴嘴，其中的第二組多個(gè)噴嘴適合打印第一預(yù)定顏色的油墨墨滴，但是墨滴的體積與第一組多個(gè)噴嘴打印的墨滴體積不同。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案是，這種打印頭可以用于本申請人在同時(shí)申請的名為＂液體油墨打印裝置及其系統(tǒng)＂的說明書中所述的重合力打印系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案是，打印頭至少還包含第三組多個(gè)噴嘴，它打印的顏色與第一和第二組多個(gè)噴嘴打印的顏色不同。本發(fā)明的再一優(yōu)選方案是，打印頭打印的顏色是深藍(lán)、深紅和黃色，其中至少為深藍(lán)和深紅色油墨設(shè)有半徑不同的兩組多個(gè)噴嘴。本發(fā)明的又一優(yōu)選方案是，打印頭還包含用于打印黑色油墨的多個(gè)噴嘴。本發(fā)明的又一優(yōu)選方案是，第二組多個(gè)噴嘴的半徑介于第一組多個(gè)噴嘴的半徑的50％到90％之間。本發(fā)明的又一優(yōu)選方案是，第二組多個(gè)噴嘴的半徑介于第一組多個(gè)噴嘴的半徑的60％到80％之間。本發(fā)明的另一方面涉及到按需投放打印系統(tǒng)中的打印頭的制造方法，其中的第二組多個(gè)噴嘴是與第一組多個(gè)噴嘴同時(shí)制成的。本發(fā)明的再一方面涉及到按需投放打印系統(tǒng)中的打印頭的制造方法，其中的噴嘴是通過微電子印刷工藝在一個(gè)硅片上形成的。附圖的簡要說明圖1(a)表示本發(fā)明的一例打印裝置的簡化的示意性框圖。圖1(b)表示本發(fā)明的各種噴嘴之一頂部的截面圖。圖2(a)到2(f)表示墨滴選擇的流體動態(tài)模型。圖3(a)表示在按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例操作的噴嘴中的一個(gè)限定元件的流體動態(tài)模型。圖3(b)表示在墨滴選擇和分離過程中按順序的彎液面位置。圖3(c)表示在墨滴選擇期間的各個(gè)點(diǎn)上的溫度。圖3(d)表示針對各種油墨添加劑測量到的表面張力與溫度的關(guān)系曲線。圖3(e)表示被施加到噴嘴加熱器上，從而產(chǎn)生圖3(c)所示溫度曲線的電脈沖。圖4表示用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的打印頭驅(qū)動電路的示意性框圖。圖5表示體現(xiàn)本發(fā)明特征的用于A4頁面寬度彩色打印頭的具體的制造成品率，其中包括有公差和沒有公差的情況。圖6表示采用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的打印系統(tǒng)的總體框圖。圖7表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的打印頭噴嘴的截面圖，在圖8至18中將其用于計(jì)算機(jī)模擬。圖8(a)表示施加到打印頭上用作單個(gè)加熱器驅(qū)動脈沖的電源次脈沖。圖8(b)表示在墨滴選擇過程期間在噴嘴中各個(gè)點(diǎn)上的溫度。圖9是用于墨滴選擇過程的彎液面位置與時(shí)間的關(guān)系曲線。圖10表示在5μs間隔的墨滴選擇過程期間彎液面位置和形狀的曲線。圖11表示油墨彎液面在墨滴選擇過程之前的靜止位置。圖12到17表示在墨滴選擇過程期間的各個(gè)階段中的彎液面位置和熱等值線。圖18表示在墨滴選擇加熱脈沖開始之后50μs時(shí)的流體流線圖。圖19表示在內(nèi)部蝕刻了許多噴嘴的一個(gè)硅基片。圖20表示用作本發(fā)明的打印頭中一個(gè)噴嘴的可能的層次。圖21表示放大288倍的四種不同密度的800dpi點(diǎn)經(jīng)過半色調(diào)處理后的圖案。圖22是在圖9中采用的可能與象素密度有關(guān)的點(diǎn)的圖形。圖23(a)、23(c)和23(e)是各種噴嘴半徑條件下彎液面中心位置與時(shí)間的關(guān)系曲線。圖23(b)、23(d)和23(f)是在各種噴嘴半徑條件下的彎液面形狀圖案。優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明總地來說，本發(fā)明構(gòu)成了一種按需投放的打印系統(tǒng)，其中用于選擇打印墨滴的裝置在選定的墨滴和未選擇的墨滴之間產(chǎn)生一個(gè)位置差，但是這一位置差不足以使墨滴克服油墨的表面張力并且從油墨主體上分離，并且在其中提供了另一個(gè)裝置，用于使選定的墨滴從油墨主體上分離。由于墨滴選擇裝置與墨滴分離裝置是分離的，這樣就明顯地減少了在選擇要打印的墨滴時(shí)所需要的能量。僅有墨滴選擇裝置需要由提供給各個(gè)噴嘴的獨(dú)立信號來驅(qū)動。墨滴分離裝置可以是同時(shí)施加到所有噴嘴上的一種場或是狀態(tài)。墨滴選擇裝置可以從以下所列的方案中選取，但是不僅限于這些方案1)用電加熱方式來降低受壓油墨的表面張力2)用電加熱產(chǎn)生氣泡，氣泡的體積不足以使墨滴噴出3)用壓電方式，體積的改變不足以使墨滴噴出4)用靜電吸引方式，為每個(gè)噴嘴配備一個(gè)電極墨滴分離裝置可以從以下所列的方案中選取，但是不僅限于這些方案1)接近(使記錄媒體接近打印頭)2)接近，并且振蕩油墨的壓力3)靜電吸引4)磁場吸引＂DOD打印技術(shù)指標(biāo)＂的表表示了按需投放打印技術(shù)的一些理想的特征。上述的表還列出了本發(fā)明或是本發(fā)明人的有關(guān)申請中的一些實(shí)施例所采用的優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的一些方法。<DOD打印技術(shù)指標(biāo)>在熱噴墨(TIJ)和壓電噴墨系統(tǒng)中，墨滴的流速最好是每秒大約10米，從而確保被選定的墨滴能克服油墨表面張力而從油墨主體上分離，并且接觸到記錄媒體。這些系統(tǒng)在把電能轉(zhuǎn)換成墨滴動能時(shí)的效率很低。TIJ系統(tǒng)的效率大約是0.02％。這就意味著用于TIJ打印頭的驅(qū)動電路需要切換大電流。壓電噴墨打印頭的驅(qū)動電路需要切換高電壓或是驅(qū)動大的電容性負(fù)載。頁面寬度TIJ打印頭的總功率消耗也是很大的。一個(gè)800dpi的A4全彩色頁面TIJ打印頭在一秒之內(nèi)打印一幅四色黑白圖像需要消耗大約6KW的電功率，其中的大部分被轉(zhuǎn)換成了無用的熱量。要除去這些熱量是很困難的，從而妨礙了低價(jià)格、高速度、高分辨率的小型頁面寬度TIJ系統(tǒng)的制造。本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)重要特征是用一個(gè)裝置明顯地減少了為選擇需要打印的墨滴而所需的能量。這一措施是通過把選擇墨滴的裝置與確保把選定的墨滴從油墨主體上分離并在記錄媒體上形成點(diǎn)的裝置分開而實(shí)現(xiàn)的。僅有墨滴選擇裝置需要由提供給各個(gè)噴嘴的獨(dú)立信號驅(qū)動。而墨滴分離裝置可以是同時(shí)提供給所有噴嘴的一種場或是狀態(tài)。＂墨滴選擇裝置＂的表表示了按照本發(fā)明有可能用于選擇墨滴的幾種手段。墨滴選擇裝置僅需要使選定的墨滴產(chǎn)生足夠的位置變化，使墨滴分離裝置能識別出選定的墨滴和未選擇的墨滴。<墨滴選擇裝置>其他的墨滴選擇裝置也可以使用。對水基油墨的優(yōu)選墨滴選擇方案是方法1＂用電熱降低受壓油墨的表面張力＂。這種墨滴選擇裝置與其他系統(tǒng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)，這其中包括低功率操作(大約是TIJ的1％)，與CMOSVLSI芯片制造工藝兼容，低電壓操作(大約10V)，高密度噴嘴，低溫操作，并且廣泛適用于各種油墨配方。油墨的表面張力必須隨著溫度的增加而降低。對熱熔或油基油墨的優(yōu)選墨滴選擇方案是方法2＂用電熱降低油墨粘度，結(jié)合著油墨壓力的振蕩＂。這種墨滴選擇裝置特別適用于粘度隨著溫度的增加而大幅度下降，但是表面張力的降低卻很少的油墨。這種現(xiàn)象在具有相對高的分子量的非極性油墨中特別明顯。這種方法特別適用于熱熔或油基的油墨。＂墨滴分離裝置＂的表給出了幾種從油墨主體上分離選定的墨滴，并且保證選定的墨滴在打印媒體上形成點(diǎn)的可能的方法。墨滴分離裝置在選定的墨滴和未選擇的墨滴之間進(jìn)行識別，保證未選擇的墨滴不會在打印媒體上形成點(diǎn)。<墨滴分離裝置>也可以使用其他墨滴分離裝置。優(yōu)選的墨滴分離方案取決于所需的用途。在大多數(shù)應(yīng)用中，最適合采用方法1＂靜電吸引＂，或方法2＂AC電場＂。在使用平滑涂層的紙或膜并且采用不一般的高速度時(shí)，可以使用方法3＂接近＂。對于高速，高質(zhì)量的系統(tǒng)可以使用方法4＂輸送接近＂。方法6＂磁場吸引＂適用于便攜式打印系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的打印媒體太粗糙，不適合接近打印，并且不想采用靜電墨滴分離所需的高電壓。不存在明顯地適用于所有環(huán)境的＂最佳的＂墨滴分離裝置。在1995年4月12日提交的以下的澳大利亞專利申請說明書中描述了本發(fā)明的各種打印系統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，這些說明書在本文中作為參考資料“液體油墨公差(LIFT)打印機(jī)構(gòu)”(ALiquidinkFaultTolerant(LIFT)printingmechanism)(申請?zhí)朠N2308)；“在LIFT打印中的電熱墨滴選擇”(ElectrothermaldropselectioninLIFTprinting)(申請?zhí)朠N2309)；“在LIFT打印中通過打印媒體接近進(jìn)行墨滴分離”(DropseparationinLIFTprintingbyprintmediaproximity)(申請?zhí)朠N2310)；“在接近LIFT打印中通過改變打印頭至媒體的距離調(diào)整墨滴尺寸”(DropsizeadjustmentinProximityLIFTprintingbyvaryingheadtomediadistance)(申請?zhí)朠N2311)；“具有聲音墨波的擴(kuò)大接近LIFT打印”(AugmentingProximityLIFTprintingwithacousticinkwaves)(申請?zhí)朠N2312)；“在LIFT打印中的靜電墨滴分離”(ElectrostaticdropseparationinLIFTprinting)(申請?zhí)朠N2313)；“在接近LIFT打印中的多同步墨滴尺寸”(MultiplesimultaneousdropsizesinProximityLIFTprinting)(申請?zhí)朠N2321)；“熱激勵(lì)打印頭的自冷卻操作”(Selfcoolingoperationinthermallyactivatedprintheads)(申請?zhí)朠N2322)；以及“熱粘降低LIFT打印”(ThermalViscosityReductionLIFTprinting)(申請?zhí)朠N2323)。在圖1(a)中表示了本發(fā)明一例打印系統(tǒng)的簡化示意圖。圖像源52可以是來自掃描器或計(jì)算機(jī)的屏面圖像數(shù)據(jù)，或是采用頁面說明語言(PDL)形式的輪廓圖像數(shù)據(jù)，或是其他的數(shù)字圖像形式。這種圖像數(shù)據(jù)被圖像處理系統(tǒng)53轉(zhuǎn)換成象素圖形的頁面圖像。對于PDL圖像數(shù)據(jù)可以采用屏面圖像處理器(RIP)，對屏面圖像數(shù)據(jù)可以采用象素圖像處理。由圖像處理裝置53產(chǎn)生的連續(xù)色調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行半色調(diào)處理，半色調(diào)處理(Halftoning)是由數(shù)字半色調(diào)處理裝置54執(zhí)行的。半色調(diào)處理位變換圖像數(shù)據(jù)被存儲在圖像存儲器72中。根據(jù)打印機(jī)和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，圖像存儲器可以是全頁面存儲器或帶式存儲器。加熱器控制電路71從圖像存儲器72中讀出數(shù)據(jù)，并且向作為打印頭50一部分的噴嘴加熱器(圖1(b)中的103)提供時(shí)間上變化的電脈沖。這些脈沖在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提供給適當(dāng)?shù)膰娮欤惯x定的墨滴在記錄媒體51上由圖像存儲器72中的數(shù)據(jù)指定的適當(dāng)位置上形成點(diǎn)。記錄媒體51相對于打印頭50被紙輸送系統(tǒng)65移動，它是受紙輸送控制系統(tǒng)66的電子控制的，而后者受一個(gè)微控制器315的控制。在圖1(a)中僅是示意性的表示了紙輸送系統(tǒng)，許多不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)都是可能的。如果使用頁面寬度的打印頭，一般都是在靜止的打印頭50下面移動記錄媒體51。然而，在掃描式打印系統(tǒng)的情況下，通常是沿著一個(gè)軸線(次掃描方向)移動打印頭50，并且沿著正交的軸線(主掃描方向)移動打印媒體51，形成屏面的相對運(yùn)動。微控制器315還可以控制頁面壓力調(diào)節(jié)器63和加熱器控制電路71。對于采用降低表面張力的打印方式來說，油墨被裝在處于壓力之下的油墨儲存器64中。在靜止?fàn)顟B(tài)下(沒有墨滴噴出)，油墨壓力不足以克服油墨的表面張力而噴出墨滴。在油墨壓力調(diào)節(jié)器63控制之下向油墨儲存器64施加壓力，就可以獲得恒定的油墨壓力。反之，對于較大的打印系統(tǒng)，如果使儲存器64中的油墨的頂面處于打印頭50上方的適當(dāng)距離，就能很精確地產(chǎn)生和控制油墨的壓力。這一油墨液面可以用浮動閥門(未示出)直接來調(diào)節(jié)。對于采用降低粘度的打印方式來說，油墨被裝在處于壓力之下的油墨儲存器64中，并且使油墨壓力產(chǎn)生振蕩。產(chǎn)生這種振蕩的裝置可以是安裝在油墨通道(未示出)中的壓電致動器。如果能正確地設(shè)置墨滴分離裝置，選定的墨滴就能在打印媒體51上形成點(diǎn)，而未選擇的墨滴則仍被保持為油墨主體的一部分。利用油墨通道裝置75把油墨分散到打印頭50的后表面。油墨最好能通過蝕刻在打印頭50的硅基片上的縫和/或孔流到設(shè)有噴嘴和致動器64的前面。在熱選擇的情況下，噴嘴致動器是電熱加熱器。在按照本發(fā)明的某些類型的打印機(jī)中，需要一個(gè)外部的場74來保證選定的墨滴從油墨主體上分離并且朝著記錄媒體51運(yùn)動。慣用的外部場74是恒定的電場，因?yàn)閷?dǎo)電的油墨容易制造。在這種情況下，可以用導(dǎo)電材料制成紙導(dǎo)向器或臺板67，并且將其作為產(chǎn)生電場的一個(gè)電極。另一個(gè)電極可以是打印頭50本身。另一個(gè)實(shí)施例采用接近打印媒體的手段來識別選定的墨滴和未選擇的墨滴。由于墨滴很小，作用在墨滴上的重力是很小的；大約是表面張力的10-4，因此在多數(shù)情況下可以忽略重力。這樣就允許打印頭50與記錄媒體51在相對于局部重力場的任何方向上對齊。這一點(diǎn)是便攜式打印機(jī)的一個(gè)重要的要求。圖1(b)是用改進(jìn)的CMOS工藝制造的本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)微型噴嘴尖端的截面放大圖。噴嘴是在一個(gè)基片101上蝕刻的，基片可以是硅片、玻璃、金屬、或是其他適當(dāng)?shù)牟牧稀Ｈ绻褂梅前雽?dǎo)體材料的基片，可以在基片上沉積一種半導(dǎo)體材料(例如非晶硅)，并且可以在半導(dǎo)體層的表面中形成集成的驅(qū)動晶體管和數(shù)據(jù)分配電路。單晶硅(SCS)基片具有以下的幾種優(yōu)點(diǎn)1)在SCS中可以制作高性能的驅(qū)動晶體管和其他電路；2)采用標(biāo)準(zhǔn)的VLSI工藝設(shè)備可以在現(xiàn)有的便利條件(fabs)下制作打印頭；3)SCS具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和剛性；以及4)SCS具有高導(dǎo)熱性能。在本例中，噴嘴是圓筒形的，加熱器103形成一個(gè)環(huán)。噴嘴的尖端104是在制作CMOS驅(qū)動電路期間用沉積的二氧化硅層102形成的。噴嘴的尖端用氮化硅鈍化。突出的噴嘴尖端控制受壓油墨100在打印頭表面上的接觸點(diǎn)。打印頭表面還是疏水的，以防處于打印頭前部的油墨偶爾出現(xiàn)擴(kuò)散。許多其他結(jié)構(gòu)的噴嘴也是可行的，并且在本發(fā)明的噴嘴的實(shí)施例中可以改變形狀、尺寸和使用的材料。在形成加熱器和驅(qū)動電路時(shí)用基片蝕刻成單片的噴嘴具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是不需要微孔板。在制作和裝配時(shí)，省去了微孔板就能使成本明顯地降低。目前用于省略微孔板的方法包括使用′渦流′致動器，例如Domoto等人在1986年轉(zhuǎn)讓給Xerox的專利US4,580,158號中以及Miller等人在1994年轉(zhuǎn)讓給Hewlett-Packard的專利US5,371,527號中所述的致動器。然而，這些致動器即復(fù)雜又難以制作。而本發(fā)明則是把微孔板裝入致動器基片中。這種噴嘴可以用于采用各種技術(shù)分離墨滴的打印頭。靜電墨滴分離的工作方式作為一個(gè)例子，在圖2中表示了利用加熱降低表面張力并且采用靜電來分離墨滴的工作方式。圖2表示了用FluidDynamicsInc.，ofIllinoisUSA提供的商用的流體動態(tài)模擬軟件包FIDAP執(zhí)行的能量遷移和流體動態(tài)模擬結(jié)果。這種模擬是用直徑8μm的加熱墨滴選擇噴嘴實(shí)現(xiàn)的，環(huán)境溫度為30℃。提供給加熱器的總能量是276nJ，分別施加各占4nJ的69個(gè)脈沖。油墨壓力比環(huán)境大氣壓高10KPa，油墨粘度在30℃時(shí)是1.84cPs。油墨是水基的，并包括0.1％的十六烷酸溶膠，用于隨著溫度的增加促進(jìn)表面張力的下降。在圖中表示了從噴嘴的中心軸到半徑距離的40μm的噴嘴尖端截面。采用各種密度、熱容量及導(dǎo)熱性的材料來模擬流入噴嘴的各種材料中，包括硅片、氮化硅、非晶體二氧化硅、結(jié)晶二氧化硅和水基的油墨。模擬的時(shí)間間隔是0.1μs。圖2(a)表示了啟動加熱器之前的靜止?fàn)顟B(tài)。在環(huán)境溫度下保證使油墨壓力加上外部的靜電場不足以克服油墨的表面張力，從而產(chǎn)生一種平衡，使油墨在靜止?fàn)顟B(tài)下不會從噴嘴中溢出。在靜止?fàn)顟B(tài)下，油墨的彎液面不會從打印頭的表面上明顯地突出，因此，靜電場不會明顯地集中在彎液面上。圖2(b)表示在加熱器激勵(lì)脈沖啟動之后間隔5μs時(shí)的5℃熱等值線。在加熱器受到激勵(lì)時(shí)，與噴嘴尖端接觸的油墨被迅速加熱。表面張力的下降使彎液面的受熱部分相對于冷油墨的彎液面迅速延伸。由此造成的對流使熱量迅速轉(zhuǎn)移到噴嘴尖端處的油墨的整個(gè)自由表面上。熱量應(yīng)該被分配到整個(gè)油墨表面上，而不是僅集中在與加熱器接觸的油墨中。這是因?yàn)橄鄬τ诠腆w加熱器的粘滯阻力阻止了與加熱器直接接觸的油墨的移動。圖2(c)表示了在加熱器激勵(lì)脈沖啟動之后間隔10μs時(shí)的5℃熱等值線。溫度的增加使表面張力降低，擾亂了力的平衡。隨著整個(gè)彎液面被加熱，油墨開始流動。圖2(d)表示在加熱器激勵(lì)脈沖啟動之后間隔20μs時(shí)的5℃熱等值線。油墨的壓力已經(jīng)使油墨流到了一個(gè)新的彎液面位置，彎液面從打印頭中突出。圖2(e)表示在加熱器激勵(lì)脈沖啟動之后間隔30μs時(shí)的5℃熱等值線，由于加熱器脈沖的持續(xù)時(shí)間是24μs，此時(shí)也是加熱器脈沖結(jié)束之后的6μs時(shí)刻。由于氧化層的傳導(dǎo)，噴嘴尖端已經(jīng)迅速冷卻了，并且傳導(dǎo)到流動的油墨。油墨對噴嘴尖端起到了有效的＂水冷＂作用。靜電吸力使墨滴開始朝著記錄媒體加速。如果加熱器脈沖明顯縮短(例如小于16μs)，油墨就不會朝著記錄媒體加速，而是會縮回噴嘴內(nèi)。圖2(f)表示加熱器脈沖結(jié)束之后間隔26μs時(shí)的5℃熱等值線。噴嘴尖端處的溫度在此時(shí)比環(huán)境溫度高出不足5℃。這樣就會使噴嘴尖端周圍的表面張力增大。當(dāng)油墨從噴嘴中被抽出的速度超過了油墨流經(jīng)噴嘴時(shí)受粘滯力限制的速度時(shí)，在噴嘴尖端區(qū)域內(nèi)的油墨就會′收縮′，而選定的墨滴就會從油墨主體上分離。選定的墨滴隨后在外部靜電場的作用下流到記錄媒體上。而噴嘴尖端處的油墨彎液面在此時(shí)就會恢復(fù)到其靜止位置。等待下一個(gè)加熱脈沖去選擇下一個(gè)墨滴。每個(gè)加熱脈沖選擇和分離一個(gè)墨滴，并在記錄媒體上形成一個(gè)點(diǎn)。由于加熱脈沖是由電路控制的，就可以實(shí)現(xiàn)按需投放的噴墨打印操作。圖3(a)按照5μs間隔表示了從加熱器啟動脈沖開始的墨滴選擇周期中順序的彎液面位置。圖3(b)是彎液面位置相對于時(shí)間的曲線，表示了彎液面中心點(diǎn)的移動。在加熱器脈沖開始后10μs進(jìn)入模擬。圖3(c)表示在噴嘴中各個(gè)點(diǎn)上的溫度相對于時(shí)間的關(guān)系曲線。曲線的縱軸表示溫度，單位是100℃。曲線的橫軸表示時(shí)間，單位是10μs。圖3(b)中所示的溫度曲線是利用FIDAP按照0.1μs的時(shí)間間隔計(jì)算的。局部環(huán)境溫度是30℃。在圖中表示了三個(gè)點(diǎn)上的溫度記錄。A-噴嘴尖端表示了鈍化層，油墨及空氣之間在接觸循環(huán)中的溫度記錄。B-彎液面中點(diǎn)這一點(diǎn)是噴嘴尖端與彎液面中心之間的油墨彎液面中間的一個(gè)圓圈。C-芯片表面這一點(diǎn)處于打印頭表面上距離噴嘴中心20μs處。溫度只上升了幾度。這表明操作電路可以非?？拷鼑娮欤粫捎跍囟鹊纳仙绊懶阅芑蚪档蛪勖?。圖3(e)表示提供給加熱器的功率。最佳的操作要求溫度在加熱器脈沖的起點(diǎn)急劇上升，在脈沖期間把溫度維持在稍低于油墨沸點(diǎn)，并且在脈沖結(jié)束時(shí)使溫度迅速下降。為此需要在整個(gè)脈沖期間改變提供給加熱器的平均能量。在這種情況下，是通過0.1μs副脈沖的脈沖頻率調(diào)制來獲得這種改變的每個(gè)副脈沖的能量是4nJ。提供給加熱器的峰值功率是40mW，而在加熱器脈沖整個(gè)期間的平均功率是11.5mW。此時(shí)的副脈沖頻率是5MHz。這一點(diǎn)很容易改變，而不會明顯地影響打印頭的操作。較高的副脈沖頻率可以在向加熱器提供功率的過程中實(shí)現(xiàn)較精確的控制。適當(dāng)?shù)母泵}沖頻率是13.5MHz，因?yàn)檫@一頻率還適合最大限度地減少射頻干擾(RFI)的影響。表面張力具有負(fù)溫度系數(shù)的油墨對油墨的表面張力隨著溫度增加而降低的要求并不是一個(gè)主要的限制，因?yàn)榇蠖鄶?shù)純凈的液體和許多混合物都具有這種性質(zhì)。對于任意的液體來說，沒有表面張力與溫度的精確關(guān)系式。然而，由Ramsay和Shields推導(dǎo)出的下述經(jīng)驗(yàn)公式可以適合許多液體γT=k(Tc-T-6)(Mxρ)23]]>其中的γT是溫度為T時(shí)的表面張力，k是一個(gè)常數(shù)，Tc是液體的臨界溫度，M是液體的分子量，x是液體的締合(assocation)度，而p是液體的密度。這一公式表明大多數(shù)液體的表面張力在溫度達(dá)到液體的臨界溫度時(shí)會下降為零。在大氣壓力下，大多數(shù)液體的臨界溫度都明顯地高于其沸點(diǎn)，因此，為了在實(shí)際的噴射溫度附近用較小的溫度變化獲得油墨表面張力的較大變化，需要添加表面活性劑。表面活性劑的選擇很重要。例如，用于熱噴墨打印機(jī)的水基油墨通常包含用于降低表面張力并且促使其迅速干燥的異丙醇(2-丙醇)。異丙醇的沸點(diǎn)是82.4℃，低于水的沸點(diǎn)。隨著溫度的增加，醇比水更快地汽化，使醇的濃度降低，并會使表面張力增大。諸如1-乙醇(b.p.158℃)的表面活性劑可以用來抵銷這種效果，并且獲得隨溫度而稍微下降的表面張力。然而，為了盡量增大操作范圍，需要使表面張力隨著溫度有相對較大的下降。最好使表面張力在30℃的溫度范圍內(nèi)能下降20mN/m，以便獲得大的操作范圍，為了滿足本發(fā)明的打印頭的操作需要，最少要采用10mN/m。具有大-ΔγT的油墨可以使用幾種方法來隨著溫度的增加使表面張力獲得較大的負(fù)變化。兩種此類方法如下1)油墨可以包含低濃度的表面活性劑溶膠，這種溶膠在環(huán)境溫度下是固體的，但是在一個(gè)門限溫度下溶化。顆粒度應(yīng)該小于1000A。水基油墨的表面活性劑的適當(dāng)溶點(diǎn)處于50℃到90℃之間，最好是處于60℃到80℃之間。2)油墨可以包含一種油/水的微乳狀液，其轉(zhuǎn)相溫度(PIT)高于最高環(huán)境溫度，但是低于油墨的沸點(diǎn)。為了穩(wěn)定，微乳狀液的PIT最好處于油墨所能遇到的最高非操作溫度之上的20℃以上。合適的PIT值大約是80℃。含有表面活性劑溶膠的油墨在制備的油墨中，可以使表面活性劑的小顆粒溶膠在指定的操作溫度范圍內(nèi)溶化。這種表面活性劑的例子包括具有14到30個(gè)碳原子的羧酸，例如由于具有小顆粒度的溶膠的溶點(diǎn)通常稍微低于大顆粒度的材料，最好是選擇一種溶點(diǎn)稍微高于所需的墨滴選擇溫度的羧酸。一種良好的例子是二十烷酸?？梢杂玫蛢r(jià)買到這類高純度的羧酸。所需要的表面活性劑的量很少，因此，在異名中添加活性劑并不會使成本明顯增加。鏈的長度稍有改變的混合羧酸可以用來使溶點(diǎn)分散到一定的溫度范圍內(nèi)。這種混合物的價(jià)格通常比純酸要低。表面活性劑的選擇不一定限制在簡單的無分支羧酸。也可以使用帶有支鏈或是苯基或是其他疏水成分的表面活性劑。并且也不一定要使用羧酸。許多高度極化的成分可以用于表面活性劑的親水端。極化端應(yīng)該能在水中離子化，從而使表面活性劑顆粒的表面帶電，這樣有助于分散并且防止絮凝。如果使用羧酸，可以通過添加諸如氫氧化鈉或氫氧化鉀等堿性物來實(shí)現(xiàn)。帶有表面活性劑溶膠的油墨的制備可以單獨(dú)制備高濃度的表面活性劑溶膠，并且按所需要的濃度添加到油墨中。制成表面活性劑溶膠的具體方法如下1)在缺氧的環(huán)境中在純水中添加羧酸。2)把混合物加熱到羧酸的溶點(diǎn)以上?？梢允顾序v。3)對混合物進(jìn)行超聲波振蕩，直到使羧酸墨滴的典型粒度處于100A至1000A之間。4)使混合物冷卻。5)從混合物上面析去較大的顆粒。6)添加例如NaOH的堿性物質(zhì)，使顆粒表面上的羧酸分子離子化。適當(dāng)?shù)膒H值是8。這一步驟不是必須的，但是有助于使溶膠穩(wěn)定。7)對溶膠做離心處理。由于羧酸的比重比水低，小的顆粒會集中在離心機(jī)的外側(cè)，而大的顆粒處在中心。8)用微孔過濾器過濾溶膠，除去任何大于5000A的顆粒。9)在制備的油墨中添加表面活性劑溶膠。溶膠僅需要很稀的濃度。制備的油墨還可以包含染料或是顏料，殺菌添加劑，在使用靜電墨滴分離時(shí)用于增加油墨導(dǎo)電性的添加劑，濕潤劑，以及其他需要的添加劑。通常不需要放沫劑，因?yàn)樵谀螄娚溥^程中不會形成氣泡。陽離子表面活性劑溶膠用陽離子表面活性劑溶膠制成的油墨通常不適合與陽離子的染料或顏料一起使用。這是因?yàn)殛栯x子的染料或是顏料可能會與陽離子表面活性劑形成沉淀或絮凝。為了能使用陽離子顏料或染料，需要一種陽離子表面活性劑的溶膠。烷基胺族適用于這種用途。各種適當(dāng)?shù)耐榛纷迦缦卤硭局苽潢栯x子表面活性劑溶膠的方法與制備陰離子表面活性劑溶膠的方法基本相同，只是用酸代替了堿，以便用來調(diào)節(jié)pH的平衡并且增加表面活性劑顆粒上的電荷。在使用HCI時(shí)，合適的pH值是6。微乳狀液基體的油墨使表面張力在某一溫度門限處急劇下降的另一種手段是采用以微乳狀液為基體的油墨。所選擇的微乳狀液的轉(zhuǎn)相溫度(PIT)處于所需的噴射門限溫度附近。在PIT以下，微乳狀液是水中的油(O/W)，在PIT以上，微乳狀液則是油中的水(W/O)。在低溫時(shí)，構(gòu)成微乳狀液的表面活性劑形成包住油的大曲率表面，而當(dāng)溫度明顯高于PIT時(shí)，表面活性劑則形成包住水的大曲率表面。在靠近PIT的溫度處，微乳狀液形成按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接的水和油的連續(xù)的＂海綿體＂。表面張力的這種下降現(xiàn)象有兩種機(jī)理。在PIT附近，表面活性劑形成曲率很低的表面，它的曲率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于油乳狀液的曲率。這樣就降低了水的表面張力。在轉(zhuǎn)相溫度以上，微乳狀液從O/W變成了W/O，因此油墨/空氣的界面從水/空氣變成了油/空氣。而油/空氣的界面具有較低的表面張力。有許多可能的方法可用于制備微乳狀液基體的油墨。對于快速噴墨，最好是選擇低粘度的油。在許多例子中，水是一種合適的極化溶劑。然而，在某些場合可能需要不同的極化溶劑。在這些情況下，應(yīng)該選擇具有大的表面張力的極化溶劑，這樣才能使表面張力急劇下降。表面活性劑的選擇結(jié)果可以使轉(zhuǎn)相溫度處于所需的范圍之內(nèi)。例如，可以使用聚(氧乙烯)烷基苯基醚(乙氧化烷基苯酚，通式是CnH2n+1C4H6(CH2CH2O)～mOH)族。如果增加m，就可以提高表面活性劑的親水性，增加n也可以提高親水性。值大約為10，而n的合適值在8左右。用各種分子比例的環(huán)氧乙烷和烷基酚的聚合物可以制備出低價(jià)格的制品，而氧乙烯基的準(zhǔn)確數(shù)量在選定的平均值附近變化。這些市場上的制品就可以滿足需要，并不需要具備特定數(shù)量氧乙烯基的高度純凈的表面活性劑。這種表面活性劑的通式是C8H17C4H6(CH2CH2O)nOH(平均n＝10)。Synonyms包括Octoxynol-10，PEG-10辛基苯基醚和POE(10)辛基苯基醚。HLB是13.6，溶點(diǎn)為7℃，而濁點(diǎn)是65℃。這種表面活性劑在市場上的制品有以下幾個(gè)品牌。在以下的表中列出了供應(yīng)商和商品的名稱這些產(chǎn)品可以用低價(jià)大量買到(每一磅不到一美元)，因此，在制備含有5％表面活性劑濃度的微乳狀液油墨時(shí)，每一升只需要不到10美分。在以下的表中包括了其他適用的乙氧化烷基苯酚除了表面張力的控制之外，微乳狀液基體的油墨還有其他優(yōu)點(diǎn)1)微乳狀液在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，并且不會分離。因此，儲存的時(shí)間可以很長。這一點(diǎn)對于那些偶爾才使用的辦公和便攜式打印機(jī)特別有用。2)微乳狀液可以自然地形成特定大小的墨滴，并且不需要徹底的攪拌，離心或是過濾就可以保證使乳化油墨滴的大小處于特定的范圍。3)在油墨中所含的油量可以很高，因此可以使用可溶于油或是可溶于水或是可溶于二者的染料。也可以使用混合的染料，一種可溶于水，另一種可溶于油，這樣就能獲得特定的顏色。4)可以阻止油混溶顏料的絮凝，因?yàn)樗潜还谟偷奈⑿∧沃械摹?)使用微乳狀液可以減少不同顏料的顏色在打印媒體表面上的混合。6)微乳狀液的粘度很低。7)可以減少或是不使用濕潤劑。微乳狀液基體油墨中的染料和顏料水中含油的混合物可以具有很高的含油量-高達(dá)40％-并且仍能構(gòu)成O/W的微乳狀液。這樣就可以加入很多染料或是顏料?？梢允褂萌玖虾皖伭系幕旌衔铩０ㄈ玖虾皖伭系囊焕⑷闋钜夯w的油墨混合物如下所述1)70％的水2)5％的水溶染料3)5％的表面活性劑4)10％的油5)10％的油混溶顏料以下的表中表示了九種可供使用的屬于微乳狀液的油相和水相著色劑的基本組合。在第九種組合中沒有著色劑，它可以用于打印透明的封面，UV油墨，以及有選擇地上光的顯著部分。由于許多染料都是兩親的，在油-水邊界層中也可以溶解大量的染料，因?yàn)檫@一層的表面面積很大。也可以使用處于各種液相的多種染料或顏料，并且得到各種液相的染料和顏料的混合物。在使用多種染料和顏料時(shí)，合成油墨的吸收光譜是所用的不同著色劑的吸收光譜的加權(quán)平均值。這樣會產(chǎn)生兩種問題1)由于對兩種著色劑的吸收峰值取平均值，吸收光譜會趨向于變寬。這樣會造成顏色′混濁′的趨勢。為了獲得逼真的顏色，需要根據(jù)染料和顏料的吸收光譜進(jìn)行細(xì)致的選擇，而不僅是選擇人眼能看到的顏色。2)油墨的顏色在不同的基片上可能是不同的。如果在組合中用到了染料和顏料，若在吸收性較大的紙上打印，染料的顏色在打印的油墨顏色中所起的作用較小，因?yàn)槿玖蠒晃爰垉?nèi)，而顏料則會蓋′在紙上。在某些場合這是一種優(yōu)點(diǎn)。Krafft點(diǎn)處于墨滴選擇溫度范圍之內(nèi)的表面活性劑對于離子化的表面活性劑來說，有一個(gè)溫度(Krafft點(diǎn))，在該溫度以下，其可溶性很低，并且溶液中基本上不包含膠態(tài)離子。在Krafft溫度以上有可能形成膠態(tài)離子，并且表面活性劑的可溶性會迅速增大。如果臨界的膠態(tài)離子濃度(CMC)在一定溫度下超過了表面活性劑的可溶性，就可以在可溶性最大的點(diǎn)上而不是CMC點(diǎn)上獲得最小的表面張力。表面活性劑在Krafft點(diǎn)以下時(shí)的效果通常是很低的。這種現(xiàn)象可以用來使表面張力隨著溫度的增加進(jìn)一步降低。在環(huán)境溫度下，溶液中只有一部分表面活性劑。當(dāng)噴嘴加熱器被打開時(shí)，溫度上升，更多的表面活性劑就會進(jìn)入溶液中，使表面張力降低。在選擇表面活性劑時(shí)，其Krafft點(diǎn)應(yīng)該接近油墨加熱的溫度范圍的上限。這樣就能使環(huán)境溫度下表面活性劑在溶液中的濃度與墨滴選擇溫度下表面活性劑在溶液中的濃度之間獲得最大的余量。表面活性劑的濃度在Krafft點(diǎn)上應(yīng)該大約等于CMC。采用這種方法，在溫度上升時(shí)可以最大程度地降低表面張力，而在環(huán)境溫度下使表面張力的下降最小。以下的表表示了幾種Krafft點(diǎn)處于理想范圍的商用的表面活性劑。濁點(diǎn)處于墨滴選擇溫度范圍之內(nèi)的表面活性劑采用聚氧乙烯(POE)鏈的非離子表面活性劑可以用來制成這樣的油墨，其表面張力隨著溫度的增加而降低。在低溫時(shí)，POE鏈?zhǔn)怯H水的，并且使表面活性劑保留在溶液中。當(dāng)溫度上升時(shí)，在POE部分的分子周圍構(gòu)筑的水發(fā)生破裂，POE部分就變成了疏水的。水在高溫時(shí)會進(jìn)一步抵制表面活性劑，使得空氣/油墨界面上的表面活性劑濃度增大，這樣就降低了表面張力。使非離子表面活性劑的POE部分變?yōu)橛H水的具體溫度與表面活性劑的濁點(diǎn)有關(guān)。POE鏈本身并不是特別合適的，因?yàn)槠錆狳c(diǎn)一般在100℃以上。聚氧丙烯(POP)可被用來與POE組合成POE/POP嵌段共聚物，從而降低POE鏈的濁點(diǎn)，而不會在低溫時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的親水性。有兩種主要結(jié)構(gòu)的對稱的POE/POP嵌段共聚物可供使用，它們是1)在分子的端部具有POE段，而在中間具有POP段的表面活性劑，例如poloxamer級的表面活性劑(統(tǒng)稱CAS9003-11-6)。2)在分子的端部具有POP段，而在中間具有POE段的表面活性劑，例如meroxapol級的表面活性劑(也是稱為CAS9003-11-6)。在以下的表中列出了市場上出售的各種poloxamer和meroxapol，它們在室溫下具有較高的表面張力，并且其濁點(diǎn)在40℃以上和100℃以下。采用公知的技術(shù)也可以很容易合成其他的各種poloxamer和meroxapol。理想的特性是使表面張力在室溫下盡量地高，并且濁點(diǎn)在40℃到100℃之間，最好是60℃至80℃。在Meroxapol[HO(CHCH3CH2O)x(CH2CH2O)y(CHCH3CH2O)zOH]產(chǎn)品中，x和z的適當(dāng)?shù)钠骄凳?，而y的平均值是15。如果用鹽來增加油墨的導(dǎo)電性，就需要考慮這種鹽對表面活性劑的濁點(diǎn)的影響。如果用離子打破水的構(gòu)造(例如I)，就可以提高表面活性劑的濁點(diǎn)，因?yàn)檫@樣能使更多的水分子與POE氧孤對構(gòu)成氫鍵。利用形成水構(gòu)造的離子(例如Cl～，OH～)可以降低POE表面活性劑的濁點(diǎn)，這是因?yàn)榭梢詷?gòu)成氫鍵的水分子較少。溴化物離子的影響相對較小。通過改變嵌段共聚物表面活性劑中的POE和POP鏈的長度可以使油墨成分在指定的溫度范圍內(nèi)′轉(zhuǎn)變′，并且能通過改變所添加的鹽(即CI～到Br～到I～)的選擇來增加導(dǎo)電性。NaCl在增加導(dǎo)電性方面可能是最佳的選擇，因?yàn)樗鼙阋瞬⑶覠o毒。NaCl可以使非離子表面活性劑的濁點(diǎn)稍稍降低。熱熔油墨油墨在室溫下不一定必須是液態(tài)的。如果把打印頭和油墨儲存器加熱到油墨的溶點(diǎn)之上，就可以使用固體的′熱熔′油墨。熱熔油墨必須按照配方制造，使溶化油墨的表面張力隨著溫度而降低。許多采用蠟和其他物質(zhì)的制品的典型的降低幅度大約是2mN/m。然而，在依靠降低表面張力而不是降低粘度時(shí)，為了獲得理想的操作容限，理想的表面張力降低幅度應(yīng)該是20mN/m左右。對于熱熔油墨來說，靜止溫度與墨滴選擇溫度之間的溫度差可以比針對水基油墨時(shí)的溫度差大，因?yàn)樗湍艿剿姆悬c(diǎn)的限制。油墨在靜止溫度下必須是液態(tài)的。這一靜止溫度應(yīng)該比被打印頁面可能遇到的最高環(huán)境溫度更高。同時(shí)，靜止溫度應(yīng)該盡可能低，以便降低加熱打印頭時(shí)所需的功率，并且在靜止溫度與墨滴噴射溫度之間提供最大的容限。最通用的靜止溫度是在60℃到90℃之間，盡管也可以采用其他的溫度范圍。最通用的墨滴噴射溫度是在160℃到200℃之間。有以下幾種方法可以實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)表面張力隨著溫度的上升而降低。1)散布表面活性劑的精細(xì)顆粒，其溶點(diǎn)明顯地高于靜止溫度，但是明顯地低于墨滴噴射溫度，可以在液相條件下將其加入熱熔油墨。2)一種極化/非極化的微乳狀液，其PIT最好比極化和非極化化合物兩者的溶點(diǎn)至少高20℃。為了使表面張力隨著溫度而急劇降低，熱熔油墨的載體在靜止溫度下應(yīng)該具有相對較大的表面張力(在30mN/m以上)。通常是使用例如蠟的烷烴。合適的材料通常具有很強(qiáng)的分子間引力，這種引力可以由許多氫鍵獲得，例如多元醇，例如，Hexanetetrol的溶點(diǎn)是88℃。各種溶液的表面張力降低圖3(d)表示在包含以下添加劑的各種含水制品中針對表面張力測量的溫度影響1)0.1％的十八烷酸溶膠2)0.1％的十六烷酸溶膠3)0.1％的Pluronic10R5(BASF的商標(biāo))溶液4)0.1％的PluronicL35(BASF的商標(biāo))溶液5)0.1％的PluronicL44(BASF的商標(biāo))溶液在以下的澳大利亞專利說明書中說明了適合本發(fā)明的打印系統(tǒng)使用的油墨，這些說明書可作為本文中的參考資料“基于微乳膠的油墨組合”(Inkcompositionbasedonamicroemulsion)(申請?zhí)朠N5223，1995年9月6日遞交)；“包含表面活性劑的油墨組合”(Inkcompositioncontainingsurfactantsol)(申請?zhí)朠N5224，1995年9月6日遞交)；“用于在墨滴選擇溫度附近有Krafft點(diǎn)的DOD打印機(jī)的油墨組合”(InkcompositionforDODprinterswithKrafftpointnearthedropselectiontemperturesol)(申請?zhí)朠N6240，1995年10月30日遞交)；以及“在基于油墨的微乳劑中的染料和顏料”(Dyeandpigmentinamicroemulsionbasedink)(申請?zhí)朠N6241，1995年10月30日遞交)。采用降低粘度的操作作為第二個(gè)例子，在以下的實(shí)施例中與熱熔油墨相結(jié)合地通過加熱來降低粘度并且采用接近方式來分離墨滴。在操作打印機(jī)之前，在儲存器64中使固體油墨溶化。油墨從儲存器中通過油墨通道75通到打印頭，并將打印頭50維持在使油墨100處于液態(tài)，但是粘度卻相對較高(例如大約100cP)的溫度。通過油墨的表面張力把油墨100限制在噴嘴之內(nèi)。油墨100是按配方制作的，使其粘度隨著溫度的上升而降低。油墨壓力在一定頻率上振蕩，該頻率是墨滴從噴嘴中噴射的頻率的整倍數(shù)。油墨的壓力振蕩使得處在噴嘴尖端的油墨彎液面發(fā)生振蕩，但是由于油墨的粘度很高，這種振蕩很小。在正常操作溫度下，這種振蕩的幅度不足以使墨滴分離。在加熱器103被啟動時(shí)，構(gòu)成選定墨滴的油墨被加熱，其粘度降低到一定的值，該值最好是小于5cP。粘度的降低使油墨彎液面在油墨壓力循環(huán)的高壓段期間進(jìn)一步移動。記錄媒體51被設(shè)在充分靠近打印頭50的位置，使選定的墨滴接觸到記錄媒體51，但是又要足夠遠(yuǎn)，使未選擇的墨滴不會碰到記錄媒體51。在接觸到記錄媒體51時(shí)，選定的那部分墨滴就會凝固，并且吸附在記錄媒體上。隨著油墨壓力的下降，油墨開始回到噴嘴中。油墨的主體與凝固在記錄媒體上的油墨分離。然后，在噴嘴尖端的油墨100的彎液面又恢復(fù)到小幅度的振蕩。隨著剩余的熱量被散發(fā)到大塊的油墨和打印頭上，油墨的粘度上升到其靜止水平。每個(gè)熱脈沖選擇并分離一個(gè)墨滴，并在記錄媒體51上形成一個(gè)點(diǎn)。由于熱脈沖是由電路控制的，就可以實(shí)現(xiàn)按需投放的噴墨操作方式。打印頭的制造在1995年4月12日遞交的以下澳大利亞專利說明書中描述了本發(fā)明的單片打印頭的制造方法，這些說明書可作為本文中的參考資料“單片LIFT打印頭”(AmonolithicLIFTprintinghead)(申請?zhí)朠N2301)；“單片LIFT打印頭的制造方法”(AmanufacturingprocessformonolithicLIFTprintinghead)(申請?zhí)朠N2302)；“LIFT打印頭的自準(zhǔn)直設(shè)計(jì)”(Aself-alignedheaderdesignforLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2303)；“集成四色LIFT打印頭”(IntegratedfourcolorLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2304)；“在單片打印頭中的功率要求的降低”(PowerrequirementreductioninmonolithicLIFTprintingheads)(申請?zhí)朠N2305)；“采用濕蝕LIFT打印頭的制造方法”(AmanufacturingprocessformonolithicLIFTprintheadsusinganisotropicwetetching)(申請?zhí)朠N2306)；“在單片DOD打印頭中的噴嘴位置”(Nozzleplacementinmonolithicdrop-on-demendprintheads)(申請?zhí)朠N2307)；“單片打印頭的加熱頭結(jié)構(gòu)”(HeaterstructureformonolithicLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2346)；“單片LIFT打印頭電源連接”(PowersupplyconnectionformonolithicLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2347)；“接近LIFT打印頭外部連接”(ExternalconnectionforProximityLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2348)；以及““單片LIFT打印頭的自準(zhǔn)直制造方法”(Aself-alignedmanufacturingprocessformonolithicLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2349)；以及“LIFT打印頭的CMOS兼容制造方法”(CMOSprocesscompatiblefabricationofLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N5222，1995年9月6日遞交)?！熬哂袊娮爝吘壖訜崞鞯腖IFT打印頭的制造方法”(AmanufacturingprocessforLIFTprintheadswithnozzlerimheater)(申請?zhí)朠N6238，1995年10月30日遞交)；“模塊LIFT打印頭”(AmodularLIFTprinthead)(申請?zhí)朠N6237，1995年10月30日遞交)；“增加打印噴嘴填充密度的方法”(Mothodofincreasingpackingdensityofprintingnozzle)(申請?zhí)朠N6236，1995年10月30日遞交)；以及“在同步打印墨滴間減少靜電作用的噴嘴散布”(Nozzledispersionforreducedelectrostaticinteractionbetweensimultaneouslyprinteddroplets)(申請?zhí)朠N6239，1995年10月30日遞交)。打印頭的控制在1995年4月12日遞交的以下澳大利亞專利說明書中描述了在本發(fā)明中用于提供頁面圖像數(shù)據(jù)以及控制打印頭中的加熱器溫度的裝置，這些說明書可作為本文中的參考資料“在LIFT打印頭中的集成驅(qū)動電路”(IntegrateddrivecircuitryinLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2295)；“用于液體油墨容量(LIFT)打印的噴嘴清潔過程”(AnozzleclearingprocedureforLiquidInkFaultTolerant(LIFT)printing)(申請?zhí)朠N2294)；“用于LIFT打印系統(tǒng)溫度的加熱器功率補(bǔ)償”(HeaterpowercompensationfortemperatureinLIFTprintingsystems)(申請?zhí)朠N2314)；“用于LIFT打印系統(tǒng)熱滯后的加熱器功率補(bǔ)償”(HeaterpowercompensationforthermallaginLIFTprintingsystems)(申請?zhí)朠N2315)；“用于LIFT打印系統(tǒng)中打印密度的加熱器功率補(bǔ)償”(HeaterpowercompensationforprintdensityinLIFTprintingsystems)(申請?zhí)朠N2316)；“打印頭溫度脈沖的精確控制”(Accuratecontroloftemperaturepulsesinprintingheads)(申請?zhí)朠N2317)；“單片LIFT打印頭中的數(shù)據(jù)分布”(DatadistrbutioninmonolithicLIFTprintheads)(申請?zhí)朠N2318)；“用于LIFT打印系統(tǒng)的頁圖象及容差路由裝置”(PageimageandfaulttoleranceroutingdeviceforLIFTprintingsystems)(申請?zhí)朠N2319)；以及“LIFT打印機(jī)的可移動加壓液體油墨盒”(AremovablepressurizedliquidinkcartridgeforLIFTprinters)(申請?zhí)朠N2320)。打印頭的圖像處理本發(fā)明的打印系統(tǒng)的目標(biāo)是獲得這樣的打印質(zhì)量，它相當(dāng)于人們習(xí)以為常的使用膠版印刷技術(shù)印刷的彩色出版物的質(zhì)量。用大約1600dpi的打印分辨率就可以獲得這種效果。然而，1600dpi的打印即困難又昂貴。用800dpi的打印分辨率可以獲得類似的效果，深藍(lán)和深紅色的每個(gè)象素用2位，而黃色和黑色的每個(gè)象素用1位。這種彩色模式在此被稱為CC′MM′YK。如果還需要高質(zhì)量的單色圖像打印，對黑色也可以采用每個(gè)象素2位。這種彩色模式在此被稱為CC′MM′YKK′。在1995年4月12日遞交的以下澳大利亞專利說明書中描述了適合用于本發(fā)明的系統(tǒng)和其他打印系統(tǒng)的彩色模式、色調(diào)處理、數(shù)據(jù)壓縮以及實(shí)時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)，這些說明書可作為本文中的參考資料“用于雙級彩色打印的四級油墨”(Fourlevelinkforbi-levelcolorprinting)(申請?zhí)朠N2339)；“頁圖像的壓縮系統(tǒng)”(Compressionsystemforpageimages)(申請?zhí)朠N2340)；“用于壓縮的頁圖像的實(shí)時(shí)擴(kuò)展設(shè)備”(Real-timeexpansionapparatusforcompressedpageimages)(申請?zhí)朠N2341)；以及“用于數(shù)字彩色打印機(jī)的高容量壓縮的文件圖像”(Highcapacitycompresseddocumentimagefordigitalcolorprinters)(申請?zhí)朠N2342)；“文本的改進(jìn)中的JPEG壓縮”(ImprovingJPEGcompressioninthepresenceoftext)(申請?zhí)朠N2343)；“用于壓縮的頁圖像的擴(kuò)展和半色調(diào)裝置”(Anexpansionandhalftoningdeviceforcompressedpageimages)(申請?zhí)朠N2344)；以及“圖像半色調(diào)的改進(jìn)”(Improvementsinimagehalftoning)(申請?zhí)朠N2345)。本發(fā)明的打印頭的應(yīng)用本發(fā)明的打印方法和裝置適合廣泛的用途，包括(但不僅限于)以下彩色和單色的辦公室打印機(jī)、短時(shí)使用的數(shù)字打印、高速數(shù)字打印、處理彩色印刷品、現(xiàn)場彩色打印、膠印機(jī)輔助打印、采用掃描式打印頭的低價(jià)打印機(jī)、采用頁面寬度打印頭的高速打印機(jī)、便攜式彩色和單色打印機(jī)、彩色和單色復(fù)印機(jī)、彩色和單色傳真機(jī)、組合打印機(jī)、傳真和復(fù)印機(jī)、標(biāo)簽印刷機(jī)、大版面繪圖儀、照相復(fù)制、用于數(shù)字照相處理的印刷機(jī)、裝入數(shù)字′立拍′攝影機(jī)中的便攜式打印機(jī)、帶顯示屏的打印機(jī)、PhotoCD圖像的打印機(jī)、用于′PersonalDigitalAssistants′的便攜式打印機(jī)、糊墻紙印刷機(jī)、室內(nèi)符號打印機(jī)、單據(jù)印刷、以及織物印刷。在1995年4月12日遞交的以下澳大利亞專利說明書中描述了基于本發(fā)明的打印系統(tǒng)，這些說明書可作為本文中的參考資料“具有大容量數(shù)字頁圖像存儲的高速彩色辦公室打印機(jī)”(Ahighspeedcolorofficeprinterwithahighcapacitydigitalpageimagestore)(申請?zhí)朠N2329)；“具有大容量數(shù)字頁圖像存儲的短時(shí)數(shù)字彩色打印機(jī)”(Ashortrundigitalcolorprinterwithahighcapacitydigitalpageimagestore)(申請?zhí)朠N2330)；“使用LIFT打印技術(shù)的數(shù)字彩色壓縮”(AdigitalcolorprintingpressusingLIFTprintingtechnology)(申請?zhí)朠N2331)；“模數(shù)字打印壓縮”(Amodulardigitalprintingpress)(申請?zhí)朠N2332)；“高速數(shù)字織物印刷”(Ahighspeeddigitalfabricprinter)(申請?zhí)朠N2333)；“彩色照片處理系統(tǒng)”(Acolorphotographcopingsystem)(申請?zhí)朠N2334)；“使用LIFT打印系統(tǒng)的高速彩色照片復(fù)制機(jī)”(AhighspeedcolorphotocopierusingaLIFTprintingsystem)(申請?zhí)朠N2335)；“使用LIFT技術(shù)的便攜式彩色照片復(fù)制機(jī)”(AprotablecolorphotocopierusingLIFTprintingtechnology)(申請?zhí)朠N2336)；“使用LIFT打印技術(shù)的照片處理系統(tǒng)”(AphotographprocessingsystemusingLIFTprintingtechnology)(申請?zhí)朠N2337)；“使用LIFT打印系統(tǒng)的平紙傳真機(jī)”(AplainpaperfacsimilemachineusingaLIFTprintingsystem)(申請?zhí)朠N2338)；“具有集成打印機(jī)的照片CD系統(tǒng)”(APhotoCDsystemwithintegratedprinter)(申請?zhí)朠N2293)；“使用LIFT打印技術(shù)的彩色繪圖機(jī)”(AcolorplotterusingLIFTprintingtechnology)(申請?zhí)朠N2291)；“具有集成的LIFT彩色打印系統(tǒng)的筆記本計(jì)算機(jī)”(AnotebookcomputerwithintegratedLIFTcolorprintingsystem)(申請?zhí)朠N2292)；“使用LIFT打印系統(tǒng)的便攜式打印機(jī)”(AportableprinterusingaLIFTprintingsystem)(申請?zhí)朠N2300)；“具有在線數(shù)據(jù)庫和定制雜志打印的傳真機(jī)”(Faxmachinewithon-linedatabaseinterrogationandcustomizedmagazineprinting)(申請?zhí)朠N2299)；“縮微彩色打印機(jī)”(Miniatureportablecolorprinter)(申請?zhí)朠N2298)；“使用LIFT打印系統(tǒng)的彩色視頻打印機(jī)”(AcolorvideoprinterusingaLIFTprintingsystem)(申請?zhí)朠N2296)；以及“使用LIFT打印系統(tǒng)的集成的打印機(jī)、復(fù)制機(jī)、掃描器和傳真機(jī)”(Anintegratedprinter，copier，scanner，andfacsimileusingaLIFTprintingsystem)(申請?zhí)朠N2297)。對打印頭環(huán)境條件的補(bǔ)償按需投放的打印系統(tǒng)應(yīng)該具有始終如一并且可預(yù)測的墨滴大小和位置。墨滴大小和位置的不應(yīng)有的變化會使打印結(jié)果的光學(xué)密度發(fā)生變化，看到的打印質(zhì)量就會降低。這些變化在額定的墨滴體積和象素間隙中應(yīng)該被保持在最低的比例?？梢詫υS多環(huán)境變量進(jìn)行補(bǔ)償，以便將其影響降低到不明顯的水平。通過改變提供給噴嘴加熱器的功率，可以對某些因素進(jìn)行主動的補(bǔ)償。用于一個(gè)打印頭實(shí)施例的最佳溫度曲線是這樣的，即在一瞬間使噴嘴尖端的有效部位上升到噴射溫度，在脈沖期間將這一部位維持在噴射溫度，并且在一瞬間將該部位冷卻到環(huán)境溫度。由于在制造本發(fā)明的打印頭時(shí)使用的各種材料的熱存儲容量和熱傳導(dǎo)性質(zhì)，這種最佳方案是無法實(shí)現(xiàn)的。然而，通過對打印頭的有限元件模型進(jìn)行反復(fù)逼近地精選，就能獲得一條曲線，利用該曲線削尖功率脈沖，這樣就能改善性能。可以利用各種技術(shù)改變向加熱器提供功率的時(shí)間，這其中包括，但是并不僅限于1)改變加在加熱器上的電壓2)調(diào)制一系列短脈沖的寬度(PWM)3)調(diào)制一系列短脈沖的頻率(PFM)為了獲得精確的結(jié)果，需要一個(gè)在油墨中存在對流和油墨流動時(shí)能模擬自由表面的瞬時(shí)流體動態(tài)模型，用具體的功率曲線來獲得溫度的有效影響。如果在打印頭基片上安裝適當(dāng)?shù)臄?shù)字電路，就可以獨(dú)立地控制提供給各個(gè)噴嘴的功率。做到這一點(diǎn)的一種方式是在整個(gè)打印頭芯片上′廣播′各種不同的數(shù)字脈沖串，并且通過多路復(fù)用電路為每個(gè)噴嘴選擇適量的脈沖串。在＂對環(huán)境因素的補(bǔ)償＂的表中列出了可以得到補(bǔ)償?shù)囊恍┉h(huán)境因素。在這張表指出了對每一種環(huán)境因素的最佳補(bǔ)償是整體的(針對整個(gè)打印頭)，逐個(gè)芯片的(針對一個(gè)合成的多芯片打印頭中的每個(gè)芯片)，還是逐個(gè)噴嘴的。<對環(huán)境因素的補(bǔ)償>在多數(shù)應(yīng)用場合不需要對所有這些因素進(jìn)行補(bǔ)償。有些變量具有負(fù)面的效果，并且僅在要求非常高的圖像質(zhì)量時(shí)才需要補(bǔ)償。打印頭驅(qū)動電路圖4是按照本發(fā)明的一例打印頭驅(qū)動電路的電路原理的示意性框圖。這一控制電路采用模擬調(diào)制的電源電壓，將其提供給打印頭，從而實(shí)現(xiàn)加熱器功率調(diào)制，并且對提供給每個(gè)噴嘴的功率沒有獨(dú)立的控制。圖4表示了采用800dpi頁面寬度打印頭的系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)采用CC′MM′YK彩色模式執(zhí)行彩色打印。打印頭50具有總共79,488個(gè)噴嘴，其中有39,744個(gè)主噴嘴和39,744個(gè)冗余噴嘴。主噴嘴和冗余噴嘴被分成六種顏色，而每種顏色被分成8個(gè)驅(qū)動相。每個(gè)驅(qū)動相有一個(gè)移位寄存器，用于把來自打印頭控制器ASIC400的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用于啟動加熱器控制電路的并行數(shù)據(jù)?？偣灿?6個(gè)移位寄存器，各自為828個(gè)噴嘴提供數(shù)據(jù)。每個(gè)移位寄存器由828個(gè)移位寄存器級217構(gòu)成，其輸出通過一個(gè)＂與非＂門215與相啟動信號執(zhí)行邏輯＂與＂。與非門215的輸出驅(qū)動一個(gè)反相緩沖器216，后者再控制驅(qū)動晶體管201。驅(qū)動晶體管201激勵(lì)電熱加熱器200，它可以是圖1(b)中所示的加熱器103。為了在啟動脈沖期間維持移位數(shù)據(jù)有效，由時(shí)鐘制動器218停止移位寄存器的時(shí)鐘，維持啟動脈沖有效，為了清楚在圖中用單個(gè)門表示時(shí)鐘制動器，但是可以用任何公知的無誤差時(shí)鐘控制電路來實(shí)現(xiàn)。停止移位寄存器的時(shí)鐘可以不必把并行數(shù)據(jù)鎖定在打印頭中，但是對打印頭控制器ASIC400中的電路增加了一些復(fù)雜性。根據(jù)故障狀態(tài)總線上專用信號的狀態(tài)，數(shù)據(jù)分路器219把數(shù)據(jù)發(fā)送給主噴嘴或冗余噴嘴。圖4中所示的打印頭是經(jīng)過簡化的，并且沒有表示用于改進(jìn)制造工藝的部件(block)容錯(cuò)等各種裝置。根據(jù)本文中所公開的裝置很容易獲得用于不同結(jié)構(gòu)打印頭的驅(qū)動電路。代表記錄媒體上的打印點(diǎn)圖形的數(shù)字信息被存儲在頁或范圍存儲器1513中，它可以和圖1(a)中的圖像存儲器72相同。地址多路調(diào)制器417通過地址選擇從頁或范圍存儲器1513中讀出代表一種顏色點(diǎn)的32位數(shù)據(jù)，并且由存儲器接口418產(chǎn)生控制信號。這些地址是由地址發(fā)生器411產(chǎn)生的，它是′每種顏色的電路′410的一部分，六種顏色成分各有一個(gè)這種電路410。地址是根據(jù)噴嘴相對于打印媒體的位置而產(chǎn)生的。由于不同打印頭的噴嘴的相對位置有可能不同，地址發(fā)生器最好是可編程的。地址發(fā)生器411在正常時(shí)產(chǎn)生與主噴嘴位置相對應(yīng)的地址。然而，當(dāng)出現(xiàn)故障噴嘴時(shí)，在故障圖RAM412中可以標(biāo)出有故障的噴嘴部件的位置。在打印頁面的同時(shí)讀出故障圖RAM412。如果這一存儲器指示出在噴嘴部件中有故障，地址就被改變，使地址發(fā)生器411產(chǎn)生對應(yīng)冗余噴嘴位置的地址。用寄存器413鎖定從頁或范圍存儲器1513中讀出的數(shù)據(jù)，并由多路轉(zhuǎn)換器414將其轉(zhuǎn)換成順序的四個(gè)字節(jié)。用FIFO415調(diào)節(jié)這些字節(jié)的時(shí)序，使其與代表其他顏色的數(shù)據(jù)匹配。然后由緩沖器430緩沖這些數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成打印頭50的48位主數(shù)據(jù)總線。由于打印頭的位置可能距離打印頭控制器ASIC相對較遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)需要緩沖。來自故障圖RAM412的數(shù)據(jù)還構(gòu)成了FIFO416的輸入。這一數(shù)據(jù)的時(shí)序與FIFO415的輸出數(shù)據(jù)相匹配，并且由緩沖器431緩沖，從而構(gòu)成故障狀態(tài)總線?？删幊屉娫?20為打印頭50提供電力。電源320的電壓受DAC313的控制，DAC313是RAM和DAC的組合(RAMDAC)316的一部分。RAMDAC316包含一個(gè)雙端口RAM317。雙端口RAM317的內(nèi)容由微控制器315編程。通過改變雙端口RAM317的內(nèi)容來補(bǔ)償溫度。微控制器315根據(jù)熱傳感器300檢測到的溫度計(jì)算這些值。熱傳感器300的信號連接到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)311。ADC311最好是裝在微控制器315之內(nèi)。打印頭控制器ASIC400包含用于熱滯后補(bǔ)償和打印密度的控制電路。熱滯后補(bǔ)償要求打印頭歐50的電源電壓是一個(gè)在時(shí)間上迅速變化的電壓，它應(yīng)該與加熱器的啟動脈沖同步。這一電壓是通過對可編程電源320編程而產(chǎn)生的。DAC313根據(jù)從雙端口RAM317讀出的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)模擬時(shí)間變化的編程電壓。數(shù)據(jù)按照由計(jì)數(shù)器403產(chǎn)生的地址被讀出。計(jì)數(shù)器403在一個(gè)啟動脈沖期間產(chǎn)生一個(gè)完整循環(huán)的地址。由于計(jì)數(shù)器403是由系統(tǒng)時(shí)鐘408來定時(shí)的，從而保證了這種同步，并且計(jì)數(shù)器403的最高計(jì)數(shù)被用做啟動計(jì)數(shù)器404的定時(shí)。然后由解碼器405對啟動計(jì)數(shù)器404的計(jì)數(shù)解碼，并經(jīng)過緩沖器432的緩沖而產(chǎn)生打印頭50的啟動脈沖。如果計(jì)數(shù)的狀態(tài)數(shù)小于一個(gè)啟動脈沖中的時(shí)鐘周期數(shù)，計(jì)數(shù)器403可以包括一個(gè)預(yù)分頻計(jì)數(shù)器。為了精確地補(bǔ)償加熱器的熱滯后，采用16個(gè)電壓狀態(tài)。這16個(gè)狀態(tài)可以用計(jì)數(shù)器403和雙端口RAM317之間的四位連接線來指定。然而，這16個(gè)狀態(tài)在時(shí)間上不一定采用線性的間隔。為了滿足這些狀態(tài)的非線性定時(shí)，計(jì)數(shù)器403還可以包括一個(gè)ROM或是其他器件，以便使計(jì)數(shù)器403按照非線性的方式計(jì)數(shù)?；蚴且部梢圆捎蒙儆?6的狀態(tài)數(shù)。在打印密度補(bǔ)償方面，在每個(gè)啟動周期中對需要(在象素上)打印一個(gè)墨滴的象素?cái)?shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，由此來檢測打印密度。打印象素計(jì)數(shù)器402對′要打印的′象素計(jì)數(shù)。對八個(gè)啟動脈沖各有一個(gè)打印象素計(jì)數(shù)器402。按照本發(fā)明，在打印頭中的啟動相數(shù)取決于具體的設(shè)計(jì)。盡管并不要求啟動相數(shù)必須是二的倍數(shù)，但通常是四個(gè)、八個(gè)和十六個(gè)。打印象素計(jì)數(shù)器402可以由組合邏輯象素計(jì)數(shù)器420構(gòu)成，用計(jì)數(shù)器420確定一個(gè)數(shù)據(jù)段中應(yīng)該有多少個(gè)位數(shù)。然后由加法器421和累加器422累加這個(gè)位數(shù)。寄存器423在啟動脈沖期間保持這一累加的數(shù)值有效。多路轉(zhuǎn)換器401根據(jù)啟動計(jì)數(shù)器404的決定選擇對應(yīng)當(dāng)前啟動脈沖的寄存器423的輸出。多路轉(zhuǎn)換器401的輸出構(gòu)成了雙端口RAM317的一部分地址。不需要對′要打印的′象素進(jìn)行精確的計(jì)數(shù)，只需要這一計(jì)數(shù)的四個(gè)最高有效位就足夠了。四位熱滯后補(bǔ)償?shù)刂泛退奈淮蛴∶芏妊a(bǔ)償?shù)刂返慕M合代表雙端口RAM317的8位地址。這表示雙端口RAM317包含排列成二維陣列的256個(gè)數(shù)值。這二維表示(用于熱滯后補(bǔ)償?shù)?時(shí)間和打印密度。還可以包括第三維，也就是溫度。由于打印頭的環(huán)境溫度變化很慢，微控制器315有足夠的時(shí)間在當(dāng)前的溫度下計(jì)算用于補(bǔ)償熱滯后和打印密度的256個(gè)數(shù)值的矩陣。微控制器周期性地(例如每秒幾次)檢測當(dāng)前的打印頭溫度，并且計(jì)算這一矩陣。打印頭50的時(shí)鐘是由打印頭時(shí)鐘發(fā)生器407根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘408產(chǎn)生的，并且由緩沖器406緩沖。為便于測試打印頭控制器ASIC，還可以包括JTAG測試電路499。與熱噴墨技術(shù)的比較＂熱噴墨和本發(fā)明之間的比較＂的表對本發(fā)明和熱噴墨打印技術(shù)作出了各方面的比較。由于本發(fā)明與熱噴墨技術(shù)都是采用熱激勵(lì)和液體油墨的按需投放系統(tǒng)，在二者之間可以進(jìn)行直接的比較。盡管它們看起來是類似的，但這兩種技術(shù)是按不同的原理工作的。熱噴墨打印技術(shù)采用以下的基本操作原理。通過電阻加熱產(chǎn)生的熱脈沖在液體油墨中迅速形成氣泡。通過使油墨過熱可以快速并可靠地形成氣泡，從而在氣泡完全集結(jié)之前向油墨傳遞足夠的熱量。對于水基油墨來說，油墨的溫度需要達(dá)到280℃至400℃。氣泡的形成造成的壓力波壓迫孔中的高粘度油墨墨滴。氣泡隨后消失，從油墨儲存器中吸取油墨，重新裝填噴嘴。由于噴嘴的組裝密度很高，并且使用已經(jīng)成熟的集成電路制造技術(shù)，熱噴墨打印技術(shù)在商業(yè)上取得了巨大的成功。然而，熱噴墨打印技術(shù)面臨這樣一些明顯的技術(shù)問題，其中包括多部件的精確裝配、器件的成品率、圖像分辨率、′pepper′噪聲、打印速度、驅(qū)動晶體管功率、耗電量、形成墨滴噴濺、熱應(yīng)力、熱膨脹差、科尬油(kogation)、氣穴現(xiàn)象、蒸餾擴(kuò)散、以及油墨成分所造成的困難。本發(fā)明的打印技術(shù)具有熱噴墨打印技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)，并且完全或基本上消除了熱噴墨打印技術(shù)所固有的許多問題。<熱噴墨和本發(fā)明之間的比較>成品率和容錯(cuò)在多數(shù)情況下，如果單片集成電路在制造時(shí)功能不完善，是無法修理的。通過晶片加工產(chǎn)生的可供使用的器件的百分?jǐn)?shù)被稱為成品率。成品率對制造成本具有直接的影響。5％成品率的器件的制造成本比具有50％成品率的相同器件的制造成本要貴十倍。這里主要有三種成品率測量指標(biāo)1)制造成品率2)晶片分選成品率3)最終測試成品率對于大模板的情況，晶片分選成品率通常是對總成品率的最嚴(yán)格的限制。按照本發(fā)明的全頁面寬度彩色打印頭與典型的VLSI電路相比是很大的。滿意的晶片分選成品率對這種打印頭的有效制造成本是關(guān)鍵的問題。圖5是針對本發(fā)明的單片全頁面寬度彩色A4打印頭實(shí)施例的晶片分選成品率與缺陷密度的關(guān)系曲線。打印頭有215mm長和5mm寬。無容錯(cuò)成品率198是根據(jù)Murphy的方法計(jì)算的，這是一種廣泛應(yīng)用的成品率預(yù)測方法。如果缺陷密度是每平方cm一個(gè)缺陷，用Murphy的方法預(yù)測出的成品率小于1％。這意味著制成的打印頭有99％以上必須被放棄。這樣低的成品率是很不理想的，因?yàn)榇蛴☆^的制造成本太高。Murphy的方法近似于不均勻分布缺陷的影響。圖5還包括一條無容錯(cuò)成品率197的曲線，它引進(jìn)了一個(gè)缺陷分組系數(shù)，從而清楚地顯示出了缺陷的分組。缺陷分組系數(shù)不是一個(gè)在制造時(shí)可以得到控制的參數(shù)，但是可以作為制造工藝的一個(gè)特征。在制造工藝中可以將缺陷分組系數(shù)預(yù)定為2，在這種情況下，成品率的投影圖與Murphy的方法大致相符。解決低成品率問題的一個(gè)方法是引入容錯(cuò)，即在芯片上包括冗余的功能單元，用來代替故障的功能單元。在存儲器芯片和大多數(shù)晶片規(guī)模的集成電路(WSI)器件中，冗余副單元在芯片上的物理位置并不重要。然而，在打印頭中，冗余副單元可能包括一或多個(gè)打印啟動器。它們相對于需要打印的頁面必須具有固定的空間關(guān)系。為了能夠象有故障的驅(qū)動器一樣在同一位置上打印出一個(gè)點(diǎn)，冗余的驅(qū)動器決不能在非掃描方向上錯(cuò)位。然而，故障驅(qū)動器可以由在掃描方向上錯(cuò)位的冗余驅(qū)動器來代替。為了保證冗余驅(qū)動器能夠象故障驅(qū)動器一樣在同一位置上打印出一個(gè)點(diǎn)，可以改變?nèi)哂囹?qū)動器的數(shù)據(jù)定時(shí)，從而補(bǔ)償掃描方向上的錯(cuò)位。為了能替換所有的噴嘴，必須有完整的一套備用噴嘴，這樣就構(gòu)成了100％的冗余。然而，100％冗余的要求通常需要使芯片面積加倍，在代替冗余單元之前會明顯地降低初級成品率，而這樣就會抵銷容錯(cuò)所帶來的大部分優(yōu)點(diǎn)。然而，按照本發(fā)明的打印頭實(shí)施例，打印頭芯片的最小物理尺寸取決于被打印的頁面寬度，打印頭芯片容易破碎的性質(zhì)，以及在裝配向芯片背后提供油墨的油墨通道時(shí)遇到的制造工藝限制。用于打印A4尺寸頁面的全寬度全彩色打印頭的實(shí)際最小尺寸大約是215mm*5mm。在采用1.5μmCMOS制造技術(shù)時(shí)，這一尺寸允許容納100％的冗余，而不會明顯地增加芯片面積。因此，在不會明顯降低初級成品率的條件下可以實(shí)現(xiàn)高水平的容錯(cuò)。當(dāng)器件中包括容錯(cuò)時(shí)，不能采用標(biāo)準(zhǔn)的成品率公式。反之在成品率公式中必須具體地體現(xiàn)和包括容錯(cuò)的機(jī)制和程度。圖5表示了用于全頁面彩色A4打印頭的容錯(cuò)分選成品率，其中包括各種形式的容錯(cuò)，在成品率公式中已經(jīng)包括了它的模型。這一曲線用缺陷密度和缺陷分組的函數(shù)來表示具體的成品率。在圖5中表示的成品率投影圖表明，在相同的制造條件下，充分地采用容錯(cuò)方案可以使晶片分選成品率從1％以下提高到90％以上。這樣能使制造成本降低100倍。對于包括上千個(gè)打印噴嘴的打印頭來說，容錯(cuò)可以大大地改善成品率和可靠性，從而就能實(shí)際制成頁面寬度的打印頭。但是，容錯(cuò)并不是本發(fā)明的核心內(nèi)容。在1995年4月12日遞交的以下澳大利亞專利說明書中描述了在按需投放打印系統(tǒng)中的容錯(cuò)技術(shù)，這些說明書可作為本文中的參考資料“在打印機(jī)構(gòu)中的集成的容差”(Integratedfaulttoleranceinprintingmechanisms)(申請?zhí)朠N2324)；“在集成打印頭中的部件容差”(Blockfaulttoleranceinintegratedprintingheads)(申請?zhí)朠N2325)；“用于集成打印頭中容差的噴嘴復(fù)制”(Nozzleduplicationforfaulttoleranceinintegratedprintingheads)(申請?zhí)朠N2326)；“打印頭中故障噴嘴的檢測”(Detectionoffaultynozzlesinprintingheads)(申請?zhí)朠N2327)；以及“大容量打印壓力的容差”(Faulttoleranceinhighvolumeprintingpresses)(申請?zhí)朠N2328)。打印系統(tǒng)實(shí)施例在圖6中表示了采用本發(fā)明打印頭的一種數(shù)字電子打印系統(tǒng)的示意圖。該圖表示一個(gè)單片打印頭50，它把由許多墨滴構(gòu)成的一幅圖像60打印在記錄媒體51上。典型的媒體是紙，也可以是普通的透明膠片、織物或是許多其他能夠接納油墨的平面材料。被打印的圖像是由一個(gè)圖像源52提供的，它可以是任何能夠轉(zhuǎn)換成二維象素陣列的圖像形式。典型的圖像源有圖像掃描器、數(shù)字存儲的圖像、用頁面描述語言(PDL)編碼的圖像，例如AdobePostscript，AdobePostscriptlevel2，或是Hewlett-PackardPCL5，利用光柵發(fā)生器通過程序調(diào)用產(chǎn)生的頁面圖像，例如AppleQuickDraw，AppleQuickdrawGX，或是MicrosonGDI，或是電子形式的文本例如ASCII。這種圖像數(shù)據(jù)由圖像處理系統(tǒng)53轉(zhuǎn)換成適合特定打印系統(tǒng)的二維象素陣列。圖像可以是彩色或單色的，并且每個(gè)象素通?？梢杂?到32位之間的數(shù)據(jù)，取決于圖像源和具體打印系統(tǒng)的格式。如果圖像源是一種頁面圖形，圖像處理系統(tǒng)可以采用光柵圖像處理器(RIP)，如果圖像源來自一個(gè)掃描器，也可以采用二維圖像處理系統(tǒng)。如果需要連續(xù)色調(diào)的圖像，就需要一個(gè)半色調(diào)處理系統(tǒng)54。適當(dāng)?shù)陌肷{(diào)處理方式是基于＂順序顫抖或誤差擴(kuò)散的分散點(diǎn)(disperseddotorderedditherorerrordiffusion)＂?；蛘呤遣捎霉模㈦S機(jī)篩選或頻率調(diào)制篩選(stochasticscreeningorfrequencymodulationscreening)＂。在這里不推薦采用通常用于膠版印刷時(shí)的＂順序顫抖的集束點(diǎn)(clustereddotordereddither)＂的半色調(diào)處理系統(tǒng)，因?yàn)椴捎眠@種技術(shù)會不必要地浪費(fèi)有效的圖像分辨率。半色調(diào)處理系統(tǒng)的輸出是適合本發(fā)明打印系統(tǒng)的分辨率的二進(jìn)制單色或彩色圖像。二進(jìn)制圖像是由數(shù)據(jù)定相電路55(它可以裝在圖4所示的打印頭控制器ASIC400中)來處理的，數(shù)據(jù)定相電路55按照正確的順序把象素?cái)?shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)移位寄存器56。為了補(bǔ)償噴嘴的排列和紙的移動，需要對數(shù)據(jù)定序。當(dāng)數(shù)據(jù)被加載到移位寄存器56中之后，數(shù)據(jù)以并行的方式被提供給加熱器驅(qū)動電路57。驅(qū)動器電路57按照準(zhǔn)確的時(shí)間用電子電路把相應(yīng)的加熱器58連接到通過脈沖整形電路61和電壓調(diào)節(jié)器62產(chǎn)生的電壓脈沖。加熱器58加熱噴嘴59的尖端，影響油墨的物理特性。墨滴60按照與提供給加熱器驅(qū)動電路的數(shù)字脈沖相對應(yīng)的圖形脫離噴嘴。油墨儲存器64中的油墨壓力由壓力調(diào)節(jié)器63來調(diào)節(jié)。通過選定的墨滴分離裝置使墨滴60中被選定的墨滴從油墨主體上分離，并且接觸到記錄媒體51。在打印期間，利用紙輸送系統(tǒng)65使記錄媒體51相對于打印頭50連續(xù)地移動。如果打印頭50覆蓋了記錄媒體51的打印范圍的整個(gè)寬度，記錄媒體51僅僅需要在一個(gè)方向上移動而打印頭50則可以保持固定。如果使用較小的打印頭50，就需要采用光柵掃描系統(tǒng)。典型的方法是沿著記錄媒體51的短邊掃描打印頭50，同時(shí)沿著其長邊移動記錄媒體51。噴嘴動態(tài)特性的計(jì)算機(jī)模擬利用計(jì)算機(jī)對本發(fā)明的打印頭的操作細(xì)節(jié)作出了全面的模擬。圖8至18是一些模擬的結(jié)果，這一優(yōu)選噴嘴實(shí)施例的操作是通過電加熱降低表面張力來選擇墨滴，并且與靜電的墨滴分離方式相結(jié)合。計(jì)算機(jī)模擬對確定難以直接觀察的現(xiàn)象的特性是極為有用的。由于以下的幾個(gè)原因，噴嘴的操作很難通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察，這些原因包括1)實(shí)驗(yàn)的噴嘴是微型的，重要現(xiàn)象的特征小于1μm。2)噴射墨滴的時(shí)間標(biāo)度只有幾微秒，需要極高的觀察速度。3)重要的現(xiàn)象發(fā)生在不透明的固體材料內(nèi)部，不可能直接觀察。4)一些重要的參數(shù)例如熱流量和流體速度矢量場是難以用任何標(biāo)度來直接觀察的。5)制造實(shí)驗(yàn)噴嘴的費(fèi)用很高。計(jì)算機(jī)模擬克服了上述的問題。用于流體動態(tài)模擬的一種先進(jìn)的軟件包是FluidDynamicsInternationalInc.ofIllinois，USA(FDI)制作的FIDAP。FIDAP是FDI的注冊商標(biāo)。在市場上也可以得到其他模擬軟件，但是之所以選擇FIDAP是因?yàn)樗谒沧兊牧黧w動態(tài)模擬，能量轉(zhuǎn)移，以及表面張力計(jì)算等方面具有很高的精度。采用的FIDAP版本是FIDAP7.51。在模擬中結(jié)合了能量轉(zhuǎn)移和流體動態(tài)模型。由于本例噴嘴是圓筒形的，采用軸對稱的模擬方式。圓筒的形狀會產(chǎn)生四種偏差。這就是與加熱器的連接，由于紙的移動造成的層狀氣流，重力(如果打印頭不是垂直的)，以及基片上存在的相鄰噴嘴。這些因素對墨滴噴射的影響很小。為了利用FIDAP7.51在微秒級的瞬態(tài)過程中通過按微米級標(biāo)度變化的表面張力獲得收斂的瞬態(tài)自由表面模型，需要采取無量綱的模型。僅僅需要模擬噴嘴尖端的區(qū)域，因?yàn)榕c墨滴選擇有關(guān)的大多數(shù)現(xiàn)象都出現(xiàn)在這一區(qū)域內(nèi)。模擬的范圍是從噴嘴的對稱軸向外延伸40μm。在開始模擬時(shí)，整個(gè)噴嘴和器件中的油墨都處于環(huán)境溫度，在這種條件下是30℃。在操作期間，器件環(huán)境溫度會稍微高于大氣環(huán)境溫度，因?yàn)樵趪娚湓S多墨滴的整個(gè)周期中會達(dá)到一定的均衡溫度，該溫度取決于打印密度。每次選擇墨滴的大部分能量被墨滴帶走了。由于硅片的熱傳導(dǎo)性很高，以及油墨中的對流，在噴射墨滴的間隔中可以很均勻地散發(fā)噴嘴中的剩余熱量。模擬噴嘴的幾何形狀圖7表示在這種模擬中仿制的一個(gè)理想噴嘴的實(shí)施例。噴嘴被構(gòu)制在一個(gè)單晶硅基片2020上?；暇哂幸粋€(gè)外延的摻硼硅層2018，它在制作噴嘴時(shí)被用于制止蝕刻。外延的硅層2019是用于制作CMOS驅(qū)動晶體管和數(shù)據(jù)分配電路的有效基片。在這一基片上有幾層沉積的CMOS工藝。這其中有一個(gè)熱氧化層2021、第一層間氧化層2022、第一金屬層2023、第二層間金屬層2024、第二金屬層2025、以及鈍化氧化層2026。按順序加工晶片制成噴嘴和加熱器。這些構(gòu)造包括有效的加熱器2027(a)、利用＂剩余的＂加熱器材料制成的ESD屏蔽層2027(b)，以及氮化硅鈍化層2028。通過對各個(gè)氧化層的蝕刻在加熱器頂上形成狹窄的＂邊緣＂。這樣做是為了減少加熱器周圍的材料的＂熱質(zhì)量＂，并且防止油墨在打印頭的表面上擴(kuò)散。在打印頭中裝填導(dǎo)電油墨2031。用兩個(gè)電極在打印頭上施加一個(gè)電場，一個(gè)電極與油墨形成電接觸，另一個(gè)電極設(shè)在記錄媒體后面。噴嘴的半徑是8μm，而直徑與其成比例。計(jì)算的理論基礎(chǔ)在FDI出版的FIDAP7.0ThoeryManual(1993年四月)中詳細(xì)說明了采用FiniteElementMothod進(jìn)行流體動態(tài)分析和能量轉(zhuǎn)換計(jì)算的理論基礎(chǔ)，以及在FIDAP計(jì)算機(jī)程序中應(yīng)用這一理論基礎(chǔ)的方法，上述內(nèi)容可作為本發(fā)明的參考資料。材料特性在＂用于FIDAP模擬的材料特性＂的表中給出了材料的近似物理特性，這些材料可被用于制作本發(fā)明的打印頭。這模擬中使用的＂油墨＂是加入了25％顏料的水基油墨。在油墨中含有十六烷酸的懸浮微粒，以便使表面張力隨著溫度而明顯地降低。采用表面張力儀測量各種溫度下的表面張力。在＂用于FIDAP模擬的材料特性＂的表中給出了在采用FIDAP程序的模擬中使用的數(shù)值。大多數(shù)數(shù)值來自直接的測量，或是取自CRC“化學(xué)和物理手冊”(HandbookofChemistryandPhysics)，72ndedition，或是Lange的“化學(xué)手冊”(handbookofchemistry)，14thedition。<用于FIDAP模擬的材料特性>流體動力學(xué)模擬圖8(a)表示提供給加熱器的功率。提供給加熱器的最大功率是40mW。這一功率受到脈沖調(diào)制，從而獲得瞬間提供給加熱器的理想功率。各個(gè)功率脈沖的間隔是0.1μs，每個(gè)脈沖向加熱器傳遞4nJ的能量。在墨滴選擇脈沖開始后10μs進(jìn)入模擬，以便使彎液面進(jìn)入其靜止位置。在墨滴選擇脈沖期間傳遞到加熱器上的總能量是276nJ。圖8(b)表示在模擬過程中噴嘴內(nèi)各個(gè)點(diǎn)上的溫度。點(diǎn)A處于油墨彎液面與噴嘴邊緣的接觸點(diǎn)上。為了有效地操作，這一點(diǎn)的溫度應(yīng)該上升到盡量接近但是不超過油墨的沸點(diǎn)，并且在墨滴選擇脈沖期間維持在這一溫度。＂帶尖的＂溫度曲線是由施加到加熱器上的脈沖頻率調(diào)制功率造成的。如果增加脈沖頻率并且適當(dāng)降低脈沖功率，就可以使這種＂尖＂降低。點(diǎn)B是油墨彎液面上的一個(gè)點(diǎn)，大約處于彎液面中心與噴嘴尖端的中間。點(diǎn)C是硅片表面上距離噴嘴中心20μm處的一個(gè)點(diǎn)。這一點(diǎn)顯示出距離噴嘴很近的點(diǎn)上在選擇墨滴時(shí)的溫升很小。這樣就允許在很靠近噴嘴的位置上安置例如驅(qū)動晶體管等有源器件。圖9表示彎液面中心點(diǎn)上的位置與時(shí)間關(guān)系曲線。圖10表示墨滴選擇脈沖期間的各個(gè)時(shí)刻的彎液面位置和形狀。從墨滴選擇脈沖的起點(diǎn)顯示時(shí)間，(10μs時(shí)開始模擬)，并且間隔5μs，直至加熱器脈沖開始之后60μs。圖11表示在墨滴選擇脈沖開始之前噴嘴中溫度等值線的模型，從9μs時(shí)開始模擬。表面的張力與油墨壓力和外部恒定電場的合成效果形成平衡。圖12是墨滴選擇脈沖開始5μs之后在噴嘴中的溫度等值線，從15μs開始模擬。噴嘴尖端處表面張力的降低使得這一點(diǎn)上的表面延伸，迅速帶走彎液面周圍的熱量。由于表面張力的降低，已經(jīng)不能與油墨壓力和外部恒定電場的合成效果形成平衡，油墨已經(jīng)開始移動。由于噴嘴壁的粘滯阻力，彎液面中心的移動速度比外側(cè)要快。在圖12至17中表示了從35℃開始并且按5℃間隔增加的溫度等值線。圖13表示墨滴選擇脈沖開始10μs之后在噴嘴中的溫度等值線，從20μs開始模擬。圖14表示墨滴選擇脈沖開始20μs之后在噴嘴中的溫度等值線，從30μs開始模擬。圖15表示墨滴選擇脈沖開始30μs之后在噴嘴中的溫度等值線，從40μs開始模擬。此時(shí)是在墨滴選擇脈沖結(jié)束6μs之后，噴嘴已開始冷卻。圖16表示墨滴選擇脈沖開始40μs之后在噴嘴中的溫度等值線，從50μs開始模擬。從這一模型可以看出墨滴選擇脈沖的決大多數(shù)能量已經(jīng)被選定的墨滴帶走了。圖17表示墨滴選擇脈沖開始50μs之后在噴嘴中的溫度等值線，從60μs開始模擬。被選定的墨滴在此時(shí)開始＂收縮＂，并且進(jìn)入墨滴分離階段。圖18表示與圖17同一時(shí)間的噴嘴中的流線。在墨滴噴射周期的三個(gè)順序相中，大致的時(shí)間段是1)24μs的加熱器激勵(lì)周期2)60μs時(shí)開始墨滴分離3)40μs后返回靜止位置總的時(shí)間是124μs，由此得到的最大投放重復(fù)速率(投放頻率)大約是8KHz。在接近式LIFT打印技術(shù)中確定墨滴型號的主要因素是噴嘴的半徑。本發(fā)明的打印頭具有不同半徑的噴嘴，這樣就允許在同一個(gè)打印頭中有多種墨滴型號。這樣就可以加重墨滴型號，從而實(shí)現(xiàn)多層次打印，用同樣的分辨率獲得較高的打印質(zhì)量。具有六行噴嘴的打印頭可以使用CC′MM′YK彩色系統(tǒng)來提高打印質(zhì)量。這一系統(tǒng)需要三種不同的光學(xué)密度黃色和黑色采用全光學(xué)密度，深藍(lán)和深紅色的最高有效位采用2/3光學(xué)密度，而深藍(lán)和深紅色的最低有效位采用1/3光學(xué)密度。為了獲得各種光學(xué)密度，各種顏色成分的墨滴體積可以是不同的。為獲得特定光學(xué)密度所需的墨滴體積取決于油墨和記錄媒體的特性。然而，所能達(dá)到的光學(xué)密度通常與墨滴體積大致成正比。為了在其他特性不變的條件下改變墨滴體積，可以使噴嘴半徑與所需的墨滴體積大致成正比。對于800dpi的打印條件，用于黃色和黑色油墨的噴嘴半徑可以是10μm，用于2/3密度深紅和深藍(lán)色油墨的半徑是8.2μm，而用于1/3密度深紅和深藍(lán)色油墨的半徑是5.8μm。推薦的打印頭制造方法是在硅晶片上采用微電子印刷工藝，蝕刻穿過晶片的油墨通道和獨(dú)立的噴嘴。在一個(gè)打印頭上可以同時(shí)制作成千上萬個(gè)噴嘴。各個(gè)油墨噴嘴的半徑是由各種印刷工藝期間使用的掩模圖形確定的，并且可以同時(shí)制作不同半徑的噴嘴，并不需要額外的制造工序。在單片打印頭上的許多噴嘴人們總是希望在諸如辦公用打印機(jī)或照相復(fù)印機(jī)中使用的打印系統(tǒng)能快速地打印。每分鐘60頁A4紙(每秒一頁)的打印速度通?？梢詽M足大多數(shù)用途。然而，要用電子控制實(shí)現(xiàn)每分鐘60頁的打印速度并不容易。打印一頁所需的最小時(shí)間等于頁面上墨點(diǎn)位置的數(shù)量乘以打印一個(gè)點(diǎn)所需的時(shí)間，再除以可以同時(shí)打印的每種顏色的點(diǎn)數(shù)?？梢缘玫降膱D像質(zhì)量受到在產(chǎn)生圖像時(shí)可以使用的墨點(diǎn)總數(shù)。對于采用擴(kuò)散點(diǎn)數(shù)字半色調(diào)處理的全色雜志打印質(zhì)量來說，每英寸大約需要800點(diǎn)(每mm31.5點(diǎn))。點(diǎn)的間距在紙上是31.75μm。一張標(biāo)準(zhǔn)的A4頁面是210mm乘以297mm。按照每mm31.5點(diǎn)來算，一張單色全切邊的A4頁面需要61,886,632個(gè)點(diǎn)。高質(zhì)量的彩色套印需要四種顏色-深藍(lán)、深紅、黃以及黑色。因此，需要的點(diǎn)數(shù)總共有247,546,528個(gè)。盡管由于在紙的邊沿上小范圍內(nèi)不能打印而使這一數(shù)量有所下降，所需的總點(diǎn)數(shù)還是很大的。如果打印一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間需要144μs，并且每種顏色僅提供一個(gè)噴嘴，打印一頁就需要用兩個(gè)小時(shí)以上。為了用本發(fā)明的上述打印系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速、高質(zhì)量的打印，需要一種具有許多噴嘴的打印頭。如果打印頭能達(dá)到紙的整個(gè)寬度，就能在一秒中打印一頁800dpi的彩色A4紙。打印頭可以是靜止的，并且按照一秒的輸送周期使紙通過打印頭。一個(gè)210mm寬的四色800dpi打印頭需要26,460個(gè)噴嘴。這種打印頭可以包含26,460個(gè)有效噴嘴和26,460個(gè)冗余(備用)噴嘴，總數(shù)是52,920個(gè)噴嘴。為深藍(lán)，深紅，黃，黑的每種印刷色各設(shè)6,615個(gè)有效噴嘴。具有大量噴嘴的打印頭的制造成本可以很低。在制造時(shí)可以采用半導(dǎo)體制作工藝在硅晶片上同時(shí)制成數(shù)千個(gè)噴嘴。如果打印頭是分幾部分制作并且組裝在一起，就會出現(xiàn)機(jī)械對齊和熱膨脹差的問題，為了排除這類問題，可以用單個(gè)硅片制作打印頭。加熱器元件是通過電阻材料的蒸發(fā)工藝制成的，然后采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制作工藝執(zhí)行光刻工藝。為了減少具有成千上萬個(gè)噴嘴的打印頭上所需的大量連接線，數(shù)據(jù)分配電路和驅(qū)動電路也可以集成在打印頭上。打印頭的寬度涉及到顏色數(shù)量、噴嘴的布置方式、噴嘴之間的間隙、以及驅(qū)動電路和互連所要求的打印頭面積。一個(gè)單色頭的適當(dāng)寬度大約是2mm。一個(gè)彩印頭的適當(dāng)寬度大約是5mm。一個(gè)CC′MM′YK彩色打印頭的適當(dāng)寬度大約是8mm。打印頭的長度取決于用途。低價(jià)的用途可以使用較短的打印頭，但是必須掃描整個(gè)頁面。高速的應(yīng)用可以使用固定頁面寬度的單片或多芯片打印頭。打印頭長度的典型范圍是1cm到21cm之間，而長度大于21cm的打印頭適用于紙或織物的大量印刷。打印頭層次實(shí)施例圖8表示6色800dpi打印頭的一種可行的基本層次。該打印頭具有六組噴嘴680至685。這種打印頭可以采用許多種油墨和噴嘴結(jié)構(gòu)。一個(gè)實(shí)例是采用CC′MM′YK彩色模式，在這種情況下，深藍(lán)和深紅色需要兩種不同光學(xué)密度的墨滴。深藍(lán)和深紅色的不同光學(xué)密度可以用相同的油墨配方打印，但是墨滴體積不同。使用不同半徑的噴嘴可以獲得不同的墨滴體積。向各組噴嘴分配油墨的一種方案如下1)噴嘴組680可以用來打印2/3最大光學(xué)密度的深藍(lán)色油墨。噴嘴半徑可以是8.2μm；2)噴嘴組681可以用來打印1/3最大光學(xué)密度的深藍(lán)色油墨。噴嘴半徑可以是5.8μm；3)噴嘴組682可以用來打印2/3最大光學(xué)密度的深紅色油墨。噴嘴半徑可以是8.2μm；4)噴嘴組683可以用來打印1/3最大光學(xué)密度的深紅色油墨。噴嘴半徑可以是5.8μm；5)噴嘴組684可以用來打印最大光學(xué)密度的黃色油墨。噴嘴半徑可以是10μm；以及6)噴嘴組685可以用來打印最大光學(xué)密度的黑色油墨。噴嘴半徑可以是10μm。在這種情況下，噴嘴半徑的范圍與所需光學(xué)密度比例的平方根大致成比例，使最大光學(xué)密度(覆蓋整個(gè)象素)獲得半徑10μm的噴嘴。半色調(diào)處理連續(xù)色調(diào)操作的狀態(tài)是通過數(shù)字半色調(diào)處理來實(shí)現(xiàn)的，最好是采用誤差擴(kuò)散或分散點(diǎn)顫抖的處理方式。當(dāng)點(diǎn)的型號相對于觀察距離很小時(shí)，人眼就會平均一定區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)，看到的是平均的顏色。采用隨機(jī)分散點(diǎn)顫抖或誤差擴(kuò)散的1600dpi打印分辨率可以獲得高質(zhì)量的文本和連續(xù)色調(diào)圖像。然而，要獲得1600dpi既困難又昂貴。用于大眾市場的大多數(shù)商用噴墨打印機(jī)采用300dpi、360dpi或是400dpi。若要把分辨率從300dpi提高到1600dpi，噴嘴的間距需要減少5.3倍，墨滴體積大約需要減少28倍，若要使用頁面存儲，存儲器需要增加28倍，并且需要把墨滴噴射速度增加28倍才能維持相同的打印速度。按600dpi操作的辦公和家用打印機(jī)以及按800dpi操作的專用商業(yè)印刷機(jī)是一種很好的折衷方案。文本和線條插圖在600dpi到800dpi范圍具有足夠的質(zhì)量，通常看不出′缺陷′。連續(xù)色調(diào)圖像可以滿足大多數(shù)家庭用途和非專業(yè)的商業(yè)用途。然而，即使達(dá)到800dpi，連續(xù)色調(diào)的圖像仍會受到′胡椒(pepper)′干擾的影響。在對接近白色的象素執(zhí)行半色調(diào)處理時(shí)，由于人眼的結(jié)構(gòu)對白紙上的暗點(diǎn)判斷不足，就會造成′胡椒干擾′。在大多數(shù)系統(tǒng)中可以表示的′最輕的′黑色陰影是用最大為255的象素值1來代表的。對800dpi執(zhí)行半色調(diào)處理的結(jié)果是每平方毫米平均有3.9個(gè)黑點(diǎn)。在正常的閱讀距離上，人眼不能感覺到灰色調(diào)黑點(diǎn)的這種分散，而是會將其判斷為獨(dú)立的黑點(diǎn)。所看到的結(jié)果就象撒在紙上的胡椒。用于改善圖像質(zhì)量的油墨系統(tǒng)這里公開了一種用于雙層次打印的油墨系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括全光學(xué)密度的黃色和黑色油墨點(diǎn)，1/3全光學(xué)密度的深藍(lán)色和深紅色油墨，以及2/3全光學(xué)密度的深藍(lán)色和深紅色油墨。在按照800dpi打印時(shí)，這種油墨系統(tǒng)獲得的視覺圖像質(zhì)量超過了按1600dpi用四種顏色(深藍(lán)、深紅、黃以及黑)打印的質(zhì)量。并且還明顯地減少了′胡椒′干擾對視覺的影響。沒有必要提供兩種亮度的黃色油墨，因?yàn)辄S色的發(fā)光作用大約是深紅色的22％，是深藍(lán)色的28％，因此，全光學(xué)密度黃色油墨的發(fā)光作用比深藍(lán)或深紅色油墨的1/3還低。通常也沒有必要提供兩種亮度的黑色油墨，因?yàn)樵谥匾暫犯蓴_的場合通常在圖像亮度調(diào)色時(shí)不使用黑色油墨，而且800dpi的雙層次大體上可以滿足文本和線條插圖的要求。除了1/3和2/3之外的其他亮度的油墨也可以使用。1/3和2/3油墨亮度的優(yōu)點(diǎn)是，在一個(gè)象素中，某種顏色的高低密度油墨墨滴的有無構(gòu)成了四種可能的組合，從而形成以下表中所示的呈線性間隔的光學(xué)密度在使用多點(diǎn)亮度執(zhí)行半色調(diào)處理時(shí)，需要很小心才能獲得良好的圖像質(zhì)量。就象公知的由于型板顫抖的規(guī)律或外來干擾或是由于誤差擴(kuò)散造成的立體人工制品那樣，在觀察彩色區(qū)域中基本上可以用一種有效的光學(xué)密度表示的′平面′區(qū)域時(shí)，就會出現(xiàn)問題。這些區(qū)域是由于人眼對紋理的感覺造成的。粗糙紋理的過渡會在兩種光學(xué)密度之間造成顫抖，而在僅打印一種光學(xué)密度時(shí)產(chǎn)生的平滑紋理會使人看到不理想的圖像人工制品。這些圖像人工制品的尺寸取決于原始圖像的內(nèi)容，而不是取決于打印分辨率。因此，在按照800dpi以上的高分辨率打印時(shí)，這些人工制品仍存在問題。圖21表示放大了288倍的一種半色調(diào)處理圖像，它采用四種不同亮度的800dpi點(diǎn)。圖21是用以下的數(shù)學(xué)程序產(chǎn)生的，該程序解決了上述圖像人工制品的問題<prelisting-type="program-listing"><![CDATA[matrixSize＝Length[dither]；over1ap＝1/18；multiLevelDither[pixel_，x_，y]＝Which[pixel＜＝1/3-overlap，If[3pixel＞dither[[x，y]]/256，1/3，0]，1/3-overlap＜pixel＜1/3+overlap，If[1-3*overlap＞dither[[Mod[x+8，matrixSize]+1，Mod[y+8，matrixSize]+1]]/256，1/3，If[(1/(2*overlap))(pixel-(1/3-overlap))＞dither[[x，y]]/256，2/3，0]]，1/3+overlap＜pixel＜2/3-overlap，If[3(pixel-1/3)＞dither[[x，y]]/256，2/3，1/3]，2/3-overlap＜pixel＜2/3+overlap，If[1-3*overlap＞dither[[Mod[x+8，matrixSize]+1，Mod[y+8，matrixSize]+1]]/256，2/3，If[(1/(2*overlap))(pixel-(2/3-overlap))＞dither[[x.y]]/256，1，1/3]]，2/3+overlap＜＝pixel，If[3(pixel-2/3)＞dither[[x，y]]/256，1，2/3]]；Show[DensityGraphics[Table[multiLevelDither[monaLisa[[256*(256-n)+m]]/256，Mod[n，matrixSize]+1，Mod[m，matrixSize]+1，{n，1，256}，{m，1，256}]，Mesh-＞False]]]]></pre>在與本文同時(shí)提出的名為“雙層彩色打印的改進(jìn)”(Improvementsinbi-levelcolorprinting)的澳大利亞專利說明書中說明了這種算法。在圖21中，在一個(gè)300dpi的激光打印機(jī)上，灰度標(biāo)是采用45°篩選(有序顫抖的集束點(diǎn))通過半色調(diào)處理來表示的。這種表示被附加在圖像人工制品上(例如在圖21中可以看到的45線人工制品)，遮蔽了為減少胡椒干擾所做的矯正，并且使灰色調(diào)看起來′比較平滑′且沒有干擾。圖22是可能出現(xiàn)在一個(gè)象素中的油墨墨滴與象素光學(xué)密度的關(guān)系曲線。象素光學(xué)密度的正常范圍是0(黑色)到1(白色)。在算法中采用的重疊系數(shù)控制圖23(b)中所示重疊區(qū)域的寬度。當(dāng)重疊是象素光學(xué)密度范圍的1/18時(shí)(5.5％)，結(jié)果如圖21所示。3％到10％之間的重疊可以獲得最佳效果(取決于打印分辨率、紙型及油墨特性)。多種墨滴型號打印頭的流體動態(tài)模擬為了在打印機(jī)中產(chǎn)生一定體積的墨滴，噴嘴的具體直徑取決于許多因素，這其中包括1)所用的墨滴分離方法；2)油墨粘度；3)油墨表面張力以及油墨表面張力與溫度的關(guān)系；4)加熱器脈沖能量；5)加熱器脈沖間隔；6)加熱脈沖與油墨之間的熱耦合；7)(打印頭基片的)環(huán)境溫度；8)補(bǔ)償環(huán)境溫度變化的方法；以及9)油墨壓力。這些參數(shù)可以受到精確地控制，并且使其具有足夠的穩(wěn)定性，以便確保穩(wěn)定的圖像質(zhì)量。為了獲得最佳的圖像質(zhì)量，高光學(xué)密度點(diǎn)與低光學(xué)密度點(diǎn)的光學(xué)密度比例應(yīng)該是精確的。對于二進(jìn)制加權(quán)的圖像格式，高光學(xué)密度點(diǎn)的光學(xué)密度是低光學(xué)密度點(diǎn)的二倍。為獲得2∶1光學(xué)密度比例所需的墨滴體積比例取決于油墨和紙型的選擇，但是，對于常用的油墨和紙型組合來說，該比例接近2∶1。流體動態(tài)模擬是針對可以使用4∶2∶1的二進(jìn)制加權(quán)墨滴型號的噴嘴執(zhí)行的。這些模擬是針對同一個(gè)打印頭上的噴嘴，因此，驅(qū)動電壓，加熱器脈沖間隔、環(huán)境溫度、油墨特性、噴嘴的結(jié)構(gòu)和材料以及其他參數(shù)都是固定的。要改變的參數(shù)只有噴嘴直徑，油墨壓力以及提供給加熱器的能量。提供給加熱器的能量可以通過一個(gè)與噴嘴加熱器串聯(lián)的電阻來改變。該電阻可以用離噴嘴不遠(yuǎn)的加熱器材料的延長部分制成。供主油墨墨滴使用的噴嘴半徑是10μm，供大約一半體積的墨滴使用的半徑是7μm，供大約四分之一體積墨滴使用的半徑是5μm。圖10中所示的打印頭外形僅使用10μm和7μm半徑的噴嘴。沒有必要把噴嘴半徑精確地調(diào)整到所需的墨滴型號，因?yàn)檫€可以通過改變油墨壓力等其他參數(shù)來調(diào)整墨滴型號，不需要制作新的打印頭。圖23(a)到23(f)表示采用FIDAP模擬軟件執(zhí)行的流體動態(tài)模擬的合成結(jié)果。各種情況下的模擬都是按0.1μs的節(jié)拍在100μs期間完成的。噴嘴尖端是圓筒形的，環(huán)境溫度是30℃。在開始模擬時(shí)，油墨彎液面處在其靜止位置附近，并且流速全為零。從20μs開始向加熱器提供持續(xù)18μs的隨時(shí)間變化的功率脈沖。從20μs開始的脈沖使得油墨彎液面能在墨滴選擇脈沖到來之前到達(dá)其靜止位置。在模擬中僅模仿了墨滴選擇過程。墨滴分離過程可以采用接近，靜電，或是其他手段。選定墨滴與未選擇墨滴的分離是依靠選定墨滴與未選擇墨滴之間在彎液面位置上的物理差別。在墨滴選擇脈沖前、后，彎液面中心位置之間適合墨滴分離的軸向差別是15μs。圖23(a)，23(c)和23(e)分別是10μm，7μm和5μm半徑噴嘴的彎液面中心位置與時(shí)間的關(guān)系曲線。在觀察對比這些曲線時(shí)應(yīng)該考慮曲線之間在垂直標(biāo)度上的變化。最重要的特征是彎液面位置達(dá)到了大約20μm，在這一點(diǎn)上，墨滴分離裝置(在模擬中沒有模仿)能保證使選定的墨滴與油墨主體分離，并且轉(zhuǎn)移到記錄媒體上。在墨滴選擇脈沖之后，彎液面位置的振蕩就消失了，這是因?yàn)闈B出的墨滴在最初具有非球形的自然狀態(tài)墨滴從最初的長橢球形變成球形，再變成扁橢球形，在此之間反復(fù)振蕩。這些振蕩并不重要，這是因?yàn)槟畏蛛x裝置在墨滴選擇之后已經(jīng)變成了油墨彎液面位置的主要決定因素。圖23(b)，23(d)和23(f)分別是10μm，7μm和5μm半徑噴嘴的彎液面形狀在各個(gè)瞬時(shí)的圖形。從20μs處開始墨滴選擇脈沖時(shí)起，直到18μs的脈沖結(jié)束之后4μs，即42μs處為至，按照2μs的間隔表示彎液面位置。在圖23(b)，23(d)和23(f)中，100是油墨，101是硅基片，102是SiO2,103表示環(huán)形加熱器一側(cè)的位置，108是Si3N4鈍化層，109是疏水的表面涂層。盡管圖形的名稱是＂溫度等值線圖形＂，但是并沒有表示溫度等值線。從圖23的模擬結(jié)果中可見，墨滴的體積按照期望隨著噴嘴半徑而變化。墨滴體積與噴嘴半徑之間的關(guān)系是非線性的，并且墨滴體積大約與噴嘴半徑的平方成正比地增大。采用公知的半導(dǎo)體和微型機(jī)械加工制作工藝可以既便利又精確地把不同半徑的噴嘴制作在一個(gè)硅基片上。包含各種半徑噴嘴的打印頭制作工藝與僅有一種噴嘴半徑的打印頭的制作工藝相同。只需要在適當(dāng)?shù)闹瓢嬗∷⒉襟E中改變掩模圖形就可以獲得不同半徑的噴嘴。以上說明了本發(fā)明的幾個(gè)最佳實(shí)施例。熟悉本領(lǐng)域的人員顯然能在不脫離本發(fā)明范圍的條件下進(jìn)行修改。權(quán)利要求1.用于按需投放打印系統(tǒng)的一種打印頭，上述打印頭包括第一組多個(gè)噴嘴裝置，用于打印第一預(yù)定顏色的油墨，并且包含與第一組噴嘴半徑不同的第二組多個(gè)噴嘴裝置，上述第二組多個(gè)噴嘴裝置適合打印第一預(yù)定顏色的油墨墨滴，但是墨滴的體積與上述第一組多個(gè)噴嘴裝置打印的墨滴體積不同。2.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是還包括第三組多個(gè)噴嘴裝置，它打印的顏色與上述第一和第二組噴嘴裝置打印的顏色不同。3.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是打印深藍(lán)、深紅和黃色油墨，并且包括至少用于深藍(lán)和深紅色油墨的半徑不同的兩組多個(gè)噴嘴裝置。4.按照權(quán)利要求3的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是還包括用于打印黑色油墨的多個(gè)噴嘴裝置。5.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是上述第二組多個(gè)噴嘴裝置的半徑介于上述第一組多個(gè)噴嘴裝置半徑的50％到90％之間。6.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是上述第二組多個(gè)噴嘴裝置的半徑介于上述第一組多個(gè)噴嘴的半徑的60％到80％之間。7.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)中的打印頭的制造方法，其特征是上述第二組多個(gè)噴嘴是與上述第一組多個(gè)噴嘴同時(shí)制成的。8.按照權(quán)利要求7的用于按需投放打印系統(tǒng)中的打印頭的制造方法，其特征是上述噴嘴是通過微電子印刷工藝在一個(gè)硅片上形成的。9.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是進(jìn)一步包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)壓力裝置，用于至少在墨滴選擇和分離期間使上述油墨體受到至少高于環(huán)境壓力2％的壓力；(d)墨滴選擇裝置，用于選擇預(yù)定的噴嘴，并在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產(chǎn)生彎液面位置的差別；以及(e)墨滴分離裝置，用于使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時(shí)允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。10.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是進(jìn)一步包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)墨滴選擇裝置，用于選擇預(yù)定的噴嘴，并在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產(chǎn)生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用于使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時(shí)允許油墨保留在未選擇的噴嘴中，上述墨滴選擇裝置能夠在沒有上述墨滴分離裝置的條件下產(chǎn)生上述彎液面位置差。11.按照權(quán)利要求1的用于按需投放打印系統(tǒng)的打印頭，其特征是進(jìn)一步包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體，上述油墨的表面張力在30℃以上的溫度范圍至少按10mN/m的速度降低；(c)墨滴選擇裝置，用于選擇預(yù)定的噴嘴，并在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產(chǎn)生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用于使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時(shí)允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。12.具有多種不同油墨顏色的按需投放打印設(shè)備，上述設(shè)備包括(a)第一列打印噴嘴，以及向上述第一列噴嘴供應(yīng)第一種顏色油墨的第一供應(yīng)裝置；以及(b)第二列打印噴嘴，以及向上述第二列噴嘴供應(yīng)第二種顏色油墨的第二供應(yīng)裝置，上述第二列噴嘴具有小于上述第一列噴嘴的預(yù)定半徑。13.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征是還包括第三列打印噴嘴，以及向上述第三列噴嘴供應(yīng)第三種顏色油墨的第三供應(yīng)裝置。14.按照權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征是還包括第四列打印噴嘴，以及向上述第四列噴嘴供應(yīng)第四種顏色油墨的第四供應(yīng)裝置。15.按照權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征是上述第三列噴嘴與上述第一列噴嘴的半徑大致相等，而上述第四列噴嘴與上述第二列噴嘴的半徑大致相等。16.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征是還包括連接到油墨源的第五列打印噴嘴，并且其噴嘴具有小于上述第二列噴嘴的預(yù)定半徑。17.按照權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征是上述第三列噴嘴連接到供應(yīng)上述第二種顏色油墨的裝置。18.按照權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征是還包括半徑小于上述第二列噴嘴的第五和第六列噴嘴。19.按照權(quán)利要求18的設(shè)備，其特征是上述第一列連接到黃色油墨，上述第二列連接到深藍(lán)色油墨，上述第三列連接到黑色油墨，上述第四列連接到深紅色油墨，上述第五列連接到深藍(lán)色油墨，而上述第六列連接到深紅色油墨。20.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征是還包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)壓力裝置，用于至少在墨滴選擇和分離期間使上述油墨體受到至少高于環(huán)境壓力2％的壓力；(d)墨滴選擇裝置，用于選擇預(yù)定的噴嘴，并在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產(chǎn)生彎液面位置的差別；以及(e)墨滴分離裝置，用于使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時(shí)允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。21.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征是還包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體；(c)墨滴選擇裝置，用于選擇預(yù)定的噴嘴，并在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產(chǎn)生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用于使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時(shí)允許油墨保留在未選擇的噴嘴中，上述墨滴選擇裝置能夠在沒有上述墨滴分離裝置的條件下產(chǎn)生上述彎液面位置差。22.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征是還包括(a)許多油墨噴嘴；(b)與上述噴嘴相連的油墨主體，上述油墨的表面張力在30℃以上的溫度范圍至少按10mN/m的速度降低；(c)墨滴選擇裝置，用于選擇預(yù)定的噴嘴，并在被選定和未選擇的噴嘴中的油墨之間產(chǎn)生彎液面位置的差別；以及(d)墨滴分離裝置，用于使選定噴嘴中的油墨從油墨主體上分離成墨滴，同時(shí)允許油墨保留在未選擇的噴嘴中。全文摘要本發(fā)明是一種具有不同半徑噴嘴的打印頭，它允許在同一個(gè)打印頭中有多種墨滴型號。這樣就可以加重墨滴型號，從而實(shí)現(xiàn)多層次打印，用同樣的分辨率獲得較高的打印質(zhì)量。具有六行噴嘴的打印頭可以使用CC′MM′YK彩色系統(tǒng)來提高打印質(zhì)量。這一系統(tǒng)需要三種不同的光學(xué)密度黃色和黑色采用全光學(xué)密度，深藍(lán)和深紅色的最高有效位采用2/3光學(xué)密度，而深藍(lán)和深紅色的最低有效位采用1/3光學(xué)密度。為了獲得各種光學(xué)密度，各種顏色成分的墨滴體積可以是不同的。打印頭的制造方法是在硅晶片上采用微電子印刷工藝，蝕刻穿過晶片的油墨通道和獨(dú)立的噴嘴。在一個(gè)打印頭上可以同時(shí)制作成千上萬個(gè)噴嘴。各個(gè)油墨噴嘴的半徑是由各種印刷工藝期間使用的掩模圖形確定的，并且可以同時(shí)制作不同半徑的噴嘴，并不需要額外的制造工序。文檔編號B41J2/16GK1150778SQ96190331公開日1997年5月28日申請日期1996年4月9日優(yōu)先權(quán)日1995年4月12日發(fā)明者K·西爾弗布盧克申請人:伊斯曼柯達(dá)公司