CN1222423C - 具有可移动安装的打印头模块的模块化打印头 - Google Patents

Abstract

打印头包括形成容置区的容置元件。至少一个打印头模块容置在容置元件的容置区内。辅助定位构件由容置元件和至少一个打印头模块承载。由于膨胀，定位构件使至少一个打印头模块能够在相对于容置元件的三个直角坐标轴的方向进行相对移动。

Description

具有可移动安装的打印头模块的模块化打印头

技术领域

本发明涉及模块化打印头。尤其涉及这种模块化打印头的组装以及将这种模块化打印头安装在支撑元件内的方法。

背景技术

本发明申请人以前已经建议采用页宽打印头，以提供照片级质量的打印效果。但是，生产这种具有需求尺寸的页宽打印头在一定意义上还存在问题，如果在使用当中打印头的任何喷嘴出现故障缺陷，那么整个打印头就需要废弃和更换。

因此，申请人已经建议采用由首尾相接的多个小型可更换的打印头模块制作成页宽打印头组件。优点是能够拆除并更换页宽打印头组件内任何存在缺陷故障的模块而不需要废弃整个打印头。

但是，对于这种由打印头模块所制作的页宽打印头组件来说，还需要能够适应页宽打印头组件内各个模块的热膨胀，以保证相邻模块能够按照要求保持相互的对正关系。

发明内容

根据本发明，提供了一种打印头，包括：

确定容置区的容置元件；

至少一个容置于容置元件的容置区内的打印头模块；及

由容置元件及至少一个打印头模块承载的辅助定位构件，由于膨胀，定位构件使打印头模块能够相对于容置元件沿着三个直角坐标轴进行相对移动。

优选的是，容置元件是一种槽形元件，该槽形元件带有通过桥接部件相互连接的相对侧壁，以确定一个形成容置区的槽。因此，三个直角坐标轴包括平行于槽形元件的纵向轴线的X轴、与X轴处于同一平面上并与X轴成直角的Y轴、以及与X轴和Y轴所确定的平面成直角的Z轴。

对于页宽打印头，所述打印头包括多个首尾相接地设置在槽内的打印头模块，每个打印头模块带有一个打印头芯片，同时相邻模块相互邻接，而使相邻模块的打印头芯片搭接。

因此，每个模块可以是细长的，在末端呈阶梯状，同时打印头芯片可以沿着模块纵向轴线的方向成一定角度布置。模块的纵向轴线可以沿X方向延伸。

每个打印头模块可以带有一套定位构件，同时槽形元件的槽可以在槽内的每个模块的位置上配置一套辅助定位构件。

在每个模块位置的槽形元件的定位构件可以包括一对配置在槽的一个壁上的纵向间隔的接合构件和配置在槽的另一相对壁上的固定装置；每个模块的定位构件可以包括一对沿着每个模块一侧进行配置并用于与接合构件协同工作的纵向间隔的协同元件，和一个配置在模块的相对侧并用于与固定装置协同工作的辅助元件。

一个接合构件和协同元件的组合可以用来确定模块相对于槽的纵向或者说X轴方向位置，另一个接合构件和协同元件的组合允许模块在X轴方向相对槽进行纵向的膨胀移动。

由于接合构件和协同元件的形状，接合构件和协同元件的组合，可以允许模块在垂直于模块所在平面的方向上相对槽进行膨胀移动，也就是说沿着Z轴的方向相对槽进行膨胀移动。

固定装置和辅助元件的组合可以允许模块在其所在平面的垂直于槽的纵向轴线的方向，即Y轴的方向上相对槽进行膨胀移动。

为了便于沿Y轴方向的膨胀，模块的宽度应当小于各槽壁之间的间距。

固定装置可以是带有弹性的柔性支架的卡扣释放装置，弹性的柔性支架构成槽的对置壁的一部分。

辅助元件可以为设于模块内接近其长度中点位置的阶梯式凹槽，以用于容置卡扣释放装置。

每个接合构件可以为半球状凸起的形式，该部件从所述的槽的一个壁向内凸进。第一协同元件可以包括一个设于模块的第一端附近的圆锥形凹槽，而第二协同元件包括一个设于模块的第二端附近的狭槽，该狭槽具有平行于槽的纵向轴线延伸的纵向轴线，每个圆锥形凹槽和狭槽都容置一个半球状凸起。从垂直于狭槽的纵向轴线观察，其横截面呈现三角形。

附图说明

下面接合实例和附图详细介绍本发明，其中：

图1显示了本发明多模块打印头的三维视图；

图2显示了图1打印头的三维分解图；

图3显示了本发明打印头的一安装元件的侧面三维视图；

图4显示了打印头的安装元件的另一侧面三维视图；

图5显示了本发明单模块打印头的三维视图；

图6显示了图5打印头的三维分解图；

图7显示了图5打印头的平面图；

图8显示了图5打印头的侧视图；

图9显示了图5打印头另一侧面的侧视图；

图10显示了图5打印头的仰视图；

图11显示了图5打印头的端视图；

图12显示了图7当中沿XII-XII线图5打印头的端面剖视图；

图13显示了图10当中沿XIII-XIII线图5打印头的端面剖视图；

图14显示了打印头部件的三维底视图；

图15显示了部件的底视图，从原理上解释了对打印头芯片部件的供墨；同时

图16显示了本发明包括打印头的打印头组件的三维示意图。

具体实施方式

根据本发明，打印头整体上以标号10表示。打印头10既可以是图1到图4所示的多模块打印头，也可以是图5到15所示的单模块打印头。在实际当中，最有可能采用的打印头是多模块打印头，图示说明的单模块打印头更多的是用于解释的目的。

打印头10包括槽形元件12形式的安装元件。该槽形元件12有一对通过桥接部位或底部18相互连接的相对侧壁14，16而形成槽20。

多个模块或者说铺接单元22形式的打印头部件采取首尾相接的方式设置在槽形元件12的槽20内。

如图所示，每个铺接单元22都带有阶梯形末端区域24，因此当相邻铺接单元22首尾对接时，相邻铺接单元22的打印头芯片26搭接。还需要说明的是，打印头芯片26相对其配套铺接单元22的纵向成一定角度延伸，以便于相邻铺接单元22的芯片26间的搭接。搭接的角度使相邻芯片26的搭接区域位于打印头芯片26墨水喷嘴间的共有坡度内。另外，可以理解，由于相邻铺接单元22的打印头芯片26的搭接，通过打印头10所打印的打印物(未显示)不会出现中断现象。

根据具体要求，多个槽形元件12可以首尾连接布置以延长打印头10的长度。为此，在槽形元件12的一端布置了夹片28和容置构件30(图4)，以便与相邻槽形元件12的对应构件(未显示)进行匹配和接合。

本领域的技术人员要求打印头芯片的喷嘴的尺寸具有微米级的测量尺度。例如，每个喷嘴的喷嘴开口大约为11或者12微米。为了保证照片级质量的打印效果，打印头10的铺接单元22在运行条件下彼此保持高精度的对正是非常重要的。在这样的运行条件下，温度上升导致铺接单元22膨胀。在保持相邻铺接单元22对正的同时还必须考虑铺接单元的膨胀影响。

为此，槽形元件12和每个铺接单元22都带有辅助定位构件，用来确定铺接单元22在槽形元件12的槽20内的位置。槽形元件12的定位构件包括一对布置在槽形元件12的壁14之内表面上的纵向间隔的接合构件或者说定位构件32。具体来说，每个铺接单元22都配套带有两个这样的定位构件32。另外，槽形元件12的定位构件包括一个布置在槽形元件12的壁16之内表面上的夹片或者说卡扣释放装置34形式的固定装置。每个铺接单元22都配套带有一个单个的卡扣释放装置34。图12更详细地示出一个安装构件32。

如图6当中所更为清晰显示的，每个铺接单元22带有第一模制件36和与第一模制件36配对的第二模制件38。模制件36带有纵向延伸的槽39用来容置打印头芯片26。另外，在槽39的一侧，设有多个凸起肋40被来保持打印介质，按照所要求的距打印头芯片26的间隔通过打印头芯片26。在槽39的另一侧配置有多个传导性肋42。传导性肋42在模制加工中通过热冲压模制到模制件36。这些传导性肋42通过导线连接到芯片26的电气触点上用来与电气触点接触而控制芯片26的运行。换句话说，传导性肋42形成了一种用于连接控制电路的连接器44，以连接到芯片26的喷嘴上，这在下文将进一步详细说明。

铺接单元22的定位构件包括一对纵向间隔的协同元件，该协同元件是沿铺接单元22第二模制件38的一个侧壁50布置的容置凹槽46和48形式的。这些凹槽46和48在图6当中进行更清晰的显示。

每个凹槽46和48都容置一个配套定位构件32。

铺接单元22的模制件36在与具有凹槽46和48侧的相对侧的模制件36上于其长度上接近中点处也设有辅助元件或者凹槽50。当模制件36安装到模制件38上时，形成阶梯形的槽部件52(图7)，用来容置槽形元件12的卡扣释放装置34。

槽形元件12的定位构件32基本上是从壁14内表面伸出的半球状突起。

铺接单元22的凹槽46大致为圆锥形，具体如图12所示。凹槽48是细长的并且其纵轴沿着与槽形元件12纵轴平行的方向延伸。另外，如果垂直于其纵轴观察其横截面，构件48大致是三角形的，这样，其配套的定位部件32可滑动地容置于其中。

当铺接单元22被插入到其槽形元件12的槽20内的指定位置时，槽形元件12的定位构件32容置在其配套的容置部件46和48当中。卡扣释放装置34容置在铺接单元22的凹槽50内，这样卡扣释放装置34的内侧端与凹槽50的壁54(图7)邻接。

还需要指明的是，铺接单元22的宽度小于槽形元件12的壁14和16之间的间隔。因此，当铺接单元22被插入到槽形元件12内的指定位置时，卡扣释放装置34被移出以便放置安装铺接单元22。然后，卡扣释放装置34被释放并容置在凹槽50内。当发生这种情况时，卡扣释放装置34靠在凹槽50的壁54上并且将铺接单元22推向壁14，这样一来构件32容置在凹槽46和48内。容置在槽内的构件32确定铺接单元22纵向的位置。但是，为了满足运行当中铺接单元22膨胀而出现的长度增加的要求，另一构件32能够滑入槽形的凹槽48内。而且，由于卡扣释放装置34比凹槽50短，因此铺接单元22相对于槽形元件12的移动在纵向上是可以调节的。

还需要指出的是卡扣释放装置34安装带弹性的柔性支架56上。该支架56允许卡扣释放装置沿着相对槽形元件12的纵向来说为横向的方向移动。因此，铺接单元22相对于槽形元件12的横向伸长是比较容易实现的。最终，由于凹槽46和48具有成一定角度的外壁，铺接单元22相对于槽形元件12底部18的竖向膨胀程度是可适应的。

因此，由于这些安装构件32，34，46，48和50的存在，如果这些构件采取相同大小的膨胀率，则铺接单元22的对正易于实现。

如图14所示，模制件36带有的多个纵向间隔设置的开口58。供气孔道60邻近开口58所分布的行位置设置。开口58用来向铺接单元22的打印头芯片26供应墨水和相关液体材料，例如定色剂或清漆。供气孔道60用来向芯片26供应空气。考虑这些要求，芯片26带有喷嘴保护罩61(图12)，用来覆盖芯片26的喷嘴层63。喷嘴层63按照如同时申请的申请号为PCT/AU00/00744专利的具体要求安装在硅进口衬背65上。该共同待批的专利申请所公开的内容在此结合参考。

开口58和与模制件36相匹配的模制件38之表面64的纵向间隔设置的对应开口62相通。另外，开口66位于向供气孔道60提供空气的表面64上。

如图14所示，下表面68中具有多个凹槽70，开口62开设于其中。另外，开口66开设于两个其它的凹槽72中。

凹槽70的尺寸能够使垫环74放置在槽形元件12底部18上。这些垫环74由两个同心环形成以使得铺接单元22能够相对于槽形元件12的槽20移动，同时保证紧密封能力。凹槽72能够容置类似的垫环76。这些垫环76也设置为两个同心环的形式。

围绕通道78(图10)开口的垫环74和76伸出槽形元件12的底部18。

垫环74和76采用胶弹性防水材料并且在对槽形元件12进行模制的过程当中模制而成。因此，槽形元件12采用两步模制工艺进行模制。

为了确定模制件38相对于模制件36的位置，在模制件36的另一端带有定位销80(图14)。该定位销80可以插入到模制件38内的插槽82  (图6)内。

另外，模制件36的上表面，也就是说带有芯片26的表面，带有一对相对的凹槽82，作为机械的接入点用来接入及布置铺接单元22。

向铺接单元22的芯片26的墨水和空气供应的示意性说明在图15中详细示出。

因此，通过第一系列的通道78.1向芯片26提供青色的墨水。通过通道78.2提供洋红色墨水，通过通道78.3提供黄色墨水，并且通过通道78.4提供黑色墨水。而通过通道78.5提供常见光谱中不可看见而在红外光谱能够看到的一种墨水，同时通过系列通道78.6提供着色剂。因此，所述芯片26是一种六色芯片26。

为了满足铺接单元22和槽形元件12加工公差的变化要求，可以采取采样技术。

一旦加工完成，每个铺接单元22都必须进行测定以评估其公差。记录相对于零公差的具体铺接单元22的规格偏差，同时将铺接单元22放置在容纳同一偏差量的铺接单元22的接收箱内。为提供20微米的公差带，对铺接单元22推定采用大约为+10微米或者-10微米的最大公差。

铺接单元22的存放是通过中心极限定理确定的，该定理规定了随机分布的总体中的采样平均值为标准正态分布，因为采样规模越大，则由任意分布之总体得出的采样平均数越接近总体参数。

换句话说，中心极限定理相对于一般统计分析采用的是使用平均数作为自变量的方法。在利用该方法进行分析时，与总体的单个项目相比建立的是平均数的分布。这种平均数分布具有其自身的平均数以及其自偏差和标准偏差。

不考虑原来分布的形态，中心极限定理说明由原始分布的采样平均数产生的新分布将随着采样规模的增加而出现大致的钟形分布。

总而言之，总平均数两侧的变量在每个采样中应当相等的表示。因此，采样平均数集中在总平均数的周围。采样平均数靠近零更为常见，因为公差增加与分布曲线的形状无关，这导致在零点周围的对称单峰正态分布。

因此，一旦加工完成，对每个铺接单元22进行光学测量以便确定芯片26和模制件36，38之间的偏差。当铺接单元组件已经测量完时，应当添加反映公差变化的激光标记或条形码，例如，+3微米。然后，该铺接单元22应当被放置到+3微米铺接单元的接收箱内。

对每个槽12及定位构件32，34的位置进行光学检验。这些构件可能由于铺接单元的位置或间距的变化量而未对正。例如，这些定位构件32，34在第一个铺接单元间距中与规格相比偏差-1微米，在第二个铺接单元间距偏差+3微米，在第三个铺接单元间距中偏差-2微米等。

根据定位构件32，34的偏差两对铺接单元22进行自动选取和放置。另外，每个铺接单元22也需要相对于其相邻的铺接单元22进行选定。

通过这种布置，铺接单元22和槽形元件12的加工公差的变化是可以进行调节的，通过对铺接单元22在它们槽形元件12内的安装地点或间距进行适当选取而实现零偏差。

当需要更换其中的铺接单元22时可以进行类似的操作。

现在参照图16，根据本发明的打印头组件总体上用标号90表示并在图中说明。组件90包括设有槽94的打印头机体92，打印头10容置于槽94中。

机体92包括型心元件96。型心元件96带有多个槽，该槽上设有以平行间隔关系设置的元件或者板98。外壳部件100与型心元件96相匹配，以围起形成于相邻板之间的槽而形成墨水通道102。该外壳部件100在其工作内表面上带有多个凸起的肋形元件104，这些肋形元件104平行间隔设置。每个肋形元件104，除了最上部的一个之外(也就是说最靠近槽94的)，形成有一个开槽106，其中型心元件96的板98的自由端容置在开槽中以形成通道102。

多个墨水供应导槽沿着型心元件96的工作外表面平行间隔设置。这些导槽由盖元件110围起而形成墨水供应通道108。这些墨水供应通道108开设至槽94而与打印头10的槽形元件12的通道78相通，用来从相应的通道102向铺接单元22的打印头芯片26供应墨水。

在槽94的下部还设有供气管道112，用于与铺接单元22的供气孔道60相通，以便用来对每个打印头芯片26的喷嘴层63进行吹扫。

采用与铺接单元22的传导性肋42类似的方式，机体92的盖元件110在其外表面116上支持有传导性肋114。传导性肋114也可以在对盖元件110进行模制的过程当中通过热冲压而形成。这些传导性肋114与打印头组件90底部120的外表面118上承载的接触盘电气接触。

当打印头10被插入到槽94中时，每个铺接单元22的连接器44的传导性肋42通过放置在每个铺接单元22的连接器44和机体92的传导性肋114之间的传导性条带122与相应机体92的传导性肋114电气接触。该条带122是一种胶弹性带，具有横向布置的传导性路径(未显示)，用来放置每个传导性肋42与盖元件110的传导性肋114之一电气连接。

因此，所提供的打印头10是模块化的，能够通过自动机械技术进行快速组装，同时考虑提高加工公差可以产生高质量的打印效果。另外，打印头组件90也能够快速地进行加工，并且成本低廉。

应该指出的是，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对具体实施例进行各种变化和改进。因此，所述实施例在各方面应该理解为是对本发明的解释，并非限制。

Claims (15)

1、一种打印头，包括：

确定容置区的容置元件；

至少一个容置于容置元件的容置区内的打印头模块；

由容置元件及至少一个打印头模块承载的辅助定位构件，由于膨胀，定位构件使所述至少一个打印头模块能够相对于容置元件沿着三个直角坐标轴进行相对移动。

2、如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述容置元件是一种槽形元件，该槽形元件具有通过桥接部分而相互连接的相对壁，以确定一个形成容置区的槽。

3、如权利要求2所述的打印头，其特征在于，包括多个打印头模块，所述打印头模块在槽内首尾相接布置，每个打印头模块带有一个打印头芯片，且相邻的模块相互邻接，而使相邻模块的打印头芯片搭接。

4、如权利要求3所述的打印头，其特征在于，每个模块都是细长的，在末端呈阶梯状，同时打印头芯片相对于模块的纵向轴线成一定角度布置。

5、如权利要求3所述的打印头，其特征在于，每个打印头模块带有一套定位构件，并且在槽中的每个模块的位置处，槽形元件的槽具有一套辅助定位构件。

6、如权利要求5所述的打印头，其特征在于，

在每个模块位置处的槽形元件的定位构件包括一对配置在槽的一个壁上的纵向间隔的接合构件和配置在槽的另一相对壁上的固定装置：以及

每个模块的定位构件包括一对沿着每个模块一侧配置并用于与接合构件协同工作的纵向间隔的协同元件，和一个配置在模块的相对侧并用于与固定装置协同工作的辅助元件。

7、如权利要求6所述的打印头，其特征在于，一个接合构件和协同元件的组合用来确定模块相对于槽的纵向位置，另一个接合构件和协同元件的组合允许模块相对槽进行纵向的膨胀移动。

8、如权利要求7所述的打印头，其特征在于，由于接合构件和协同元件的形状，接合构件和协同元件的组合允许模块在垂直于模块所在平面的方向上相对槽进行膨胀移动。

9、如权利要求6所述的打印头，其特征在于，固定装置和辅助元件的组合允许模块在其所在平面的垂直于槽的纵向轴线的方向上相对槽进行膨胀移动。

10、如权利要求9所述的打印头，其特征在于，模块的宽度小于槽各壁的间距。

11、如权利要求6所述的打印头，其特征在于，固定装置是一种卡扣释放装置，其装载在弹性的柔性支架上，该弹性的柔性支架构成了槽的对置壁的一部分。

12、如权利要求11所述的打印头，其特征在于，辅助元件是设于模块内接近其长度中点位置的阶梯式凹槽，以用于容置卡扣释放装置。

13、如权利要求6所述的打印头，其特征在于，每个接合构件为半球状凸起的形式，所述凸起从上述槽的一个壁向内凸进。

14、如权利要求13所述的打印头，其特征在于，第一协同元件包括一个设于模块的第一端附近的圆锥形凹槽，第二协同元件包括一个设于模块的第二端附近的狭槽，该狭槽具有平行于槽的纵向轴线延伸的纵向轴线，每个圆锥形凹槽和狭槽都容置一个半球状凸起。

15、如权利要求14所述的打印头，其特征在于，从垂直于狭槽的纵向轴线的平面观察，狭槽的横截面呈三角形。

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