Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 70
Текст из файла (страница 70)
компания Epson представилапервый из своих пьезопланарных струйных принтеров.Вместо пьезоэлектрических трубочек, как у Siemens, напечатающих головках Epson, выполненных из структурированных359стеклянных пластинок, укреплены небольшие пьезопластинки. Если кним приложить электрическое напряжение, их диаметр чуть-чутьизменится, но и этого будет достаточно, чтобы они согнулись вместе спассивнойстеклянноймногослойнойподложкойподобнобиметаллической пластине, что приведет к возникновению в каналекрасителя выталкиваются тем же способом, что и в печатающихголовках с пьезотрубочками.В 1987 г. компания Dataproducts предложила другой принциписпользования пьезоэлектриков для струйной печати, основанный наприменении пластинчатого пьезопреобразователя.
В последующие годыэтот метод оставался сравнительно малоизвестным причем не столькоиз-за конструкции на базе преобразователя, сколько из-за жидкихвосковых чернил, которые применялись во всех струйных принтерах спластинчатым пьезопреобразователем производства Epsonб)а)Рис. 5. Принцип устройства (а) и пример конструкции (б)пьезоэлектрического устройства струйной печатиСогласно этому методу пьезопреобразователь, представляющийсобой длинную плоскую пластинку (ламель), размещается позадинебольшого резервуара с красителем. При воздействии на ламельимпульсов напряжения ее длина немного меняется, что приводит квсплескам давления внутри резервуара, которые, в свою очередь,выталкивают капли из сопла-распылителя.Пластинчатыепьезопреобразователисочетаютвсебепреимущества как плоских, так и трубчатых систем - высокую частотураспыления и компактную конструкцию.
Сегодня на печатающиеголовки с пьезоламелями делают ставку такие фирмы, как Dataproduts,Tektronix и Epson.В начале 1994 года Epson продемонстрировал пьезотехнологиюMACH (Multilayer Actuator Head - головка с многоуровневымисполнительных механизмом). Тем не менее и в пьезоэлектрическихпечатающих головках MACH-головках применяются пьезоламели.Правда, компании Epson удалось изготовить пьезоламели одного рядасопел-распылителей в едином блоке (Multilayer).
Таким образом360оказалось возможным еще уменьшить размеры печатающей головки,разместить преобразователи, каналы и сопла-распылители с меньшейдистанцией и одновременно снизить производственные расходы.Печатающие устройства с термографическими исполнительнымимеханизмамиМетод газовых пузырей базируется на термической технологии.Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который, припропускании через него тока, за несколько микросекунд нагревается дотемпературы около 500о С.
Возникающие при резком нагреваниигазовые пузыри стараются вытолкнуть через выходное отверстие соплапорцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. Приотключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырьуменьшается, и через входное отверстие поступает новая порция чернил.В 1985 году сенсацию вызвал Thinkjet компании Hewlett-Packard первый струйно-пузырьковый термопринтер. Метод пузырьковоструйной термопечати за несколько лет покорил рынок (количествопроданных струйных термопринтеров составило 10 млн.)Если пьезоэлектрические печатающие механизмы приходилось сбольшим или меньшим трудом собирать из множества отдельныхдеталей, то пузырьково-струйные печатающие головки, представляющиесобой кристаллы на кремниевых подложках, изготавливались потонкослойной технологии сотнями.При тонкослойной технологии применяются в принципе те жепроизводственные процессы, что и при изготовлении интегральныхсхем.
Каналы подачи красителя, сопла-распылители, исполнительныемеханизмы и токоподводящие шины возникают при поочередномнанесении слоев на подложки, например способом ионно-лучевогонапыления, и последующем структурировании этих слоев.Таким образом, по завершении процесса производства,насчитывающего более сотни шагов, на одной подложке появляетсяочень много термопечатающих элементов. Все структуры должны бытьвыполнены с точностью до тысячной доли миллиметра.Посколькуголовкиструйно-пузырьковойтермопечатиизготавливаются по тому же принципу, что и интегральныемикросхемы, очевидна возможность интеграции последних впечатающие кристаллы. Первый шаг в этом направлении сделала фирмаCanon, встроив в печатающие головки своих принтеров транзисторнуюматрицу.
Примеру Canon последовала компания Xerox, выпустившая в1993 году модель пузырьково-струйного принтера с головкой,оборудованной 128 распылителями, и полностью интегрированнымпоследовательно-параллельным преобразователем.361а)б)Рис. 6. Принцип устройства (а) и конструкция (б) термическогоустройства струйной печатиФункционирование пузырьково-струйного сопла-распылителя:Сначала сильный импульс напряжения длительностью 3-7 мксподается на крохотный нагревательный элемент, который мгновеннонакаляется до 500о С.
На его поверхности температура превышает 300оС. Цельсия. Мощность нагрева поверхности настолько велика, что приувеличении длительности импульса напряжения всего лишь нанесколько микросекунд нагревательный элемент моментально быразрушился.Сразу же в тонкой пленке над нагревательным элементомначинают кипеть чернила, и через 15 мкс образуется закрытый пузырекпара высокого давления (до 10 бар). Он выталкивает каплю чернил изсопла-распылителя, при чем скорость полета капли достигает 10 м/с иболее. Через 40 мкс пузырек, соединившись с атмосферой, опятьопадает, однако пройдет еще 200 мкс, пока новые чернила поддействием капиллярных сил не будут засосаны из резервуара.С самого начала пузырьково-струйные печатающие головкиделились на две группы.
Компания Canon, изобретатель системы,предпочла вариант Edlgeshooter. Почти одновременно фирма HewlettPackard разработала головку типа Sidechooter, которую теперьизготавливает и компания Olivetti.Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия,разбрызгивает чернильные капли "за угол", т.е. перпендикулярно кнаправлению образования пузырьков. В головке Sideshooter, гдепластина с соплами-распылителями находится поверх нагревательныхэлементов и каналов подачи чернил, пузырьки и капли движутся водном направлении. Поскольку края сопел-распылителей в головкахтипа Sideshooter сделаны из однородного, а не из различных материалов,как в Edgeshooter, процесс изготовления распылителей с отверстиямиопределенного размера для Sideshooter значительно проще, чем дляголовок Edgeshooter. Кроме того, приходится учитывать неодинаковоесмачивание разнородной поверхности головки Edgeshooter.362Требования к качеству чернил для любой системы струйнойтермопечати очень высоки, значительно выше, чем пьезосистемах.Принцип функционирования и высокие температуры обусловливаютприменение только смешанных растворимых красителей на водянойоснове.
Красители должны соответствовать целому ряду требований:— быть совместными с материалами, из которых сделан печатающиймеханизм;— не образовывать отложений в каналах и распылителях, а также нерасслаиваться;— храниться в течении длительного времени;— обладать определенными показателями плотности, вязкости иповерхностного натяжения при температурах 10о ...40о С;— не служить питательной средой для образования бактерий иводорослей;— не содержать ядовитых или канцерогенных веществ и не возгораться.К тому же красители для струйной термопечати должныобразовывать пузырьки пара без отложения осадков и выдерживатькратковременное нагревание до 350о С.Печатающие головки могут конструктивно объединяться счернильным картриджем и заменяться одновременно с ним, а могутбыть установлены в принтере постоянно - при этом заменяется толькокартридж. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства инедостатки.
Казалось бы, что чернильная емкость без печатающейголовки должна стоить намного дешевле, чем в комбинации спечатающей головкой. На деле этого не происходит и заметногоудешевления эксплуатации при постоянно установленной в принтерепечатающей головки не наблюдается. В то же время, легко сменнаяпечатающая головка позволяет легко выйти из затруднений, связанных сзасыханием чернил в ее каналах.
Следует помнить, что если чернилазасохнут в головке, то ее, как правило, следует менять, еслисвоевременно не будут приняты соответствующие меры. Для того чтобыуменьшитьрискзасыханиячернилвканалахголовки,предусматривается специальное положение парковки. В большинствепринтеров предусмотрена функция очистки сопел. Тем не менее, все этоне дает полной уверенности, что при эксплуатации печатающую головкуне придется менять.Головка вместе с емкостями для чернил закрепляется на каретке,которая по специальной направляющей совершает возвратнопоступательное движение поперек листа бумаги. Хотя способ"объединения печатающей головки и емкости для чернил конструктивнонаиболее прост и в силу этого получил самое широкое распространение,он не является оптимальным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
