CN1689812B - 将墨水和空气分配至打印芯片的方法 - Google Patents
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Abstract
一种将墨水和空气分配至打印机打印头组件内的打印芯片的方法，所述方法利用一个分层式墨水分配结构，该分层式墨水分配结构形成为多个微模制的层彼此附着在一起，所述多个层中除最下层之外的每层包括多个贯穿层自身而形成的孔，每层中的至少一些孔与形成在该层一侧的通道相连通，允许墨水或空气中的至少一种流通至所述结构内的一个横向定位位置，该横向定位位置与贯穿所述结构的一个相邻层而形成的孔对准，通过该孔，墨水和空气中的至少一种通向打印芯片，所述方法包括：选择性地将不同墨水供应至所述孔中预定的孔，籍此根据需要将不同的墨水传送到打印头芯片，以及选择性地将空气供应至所述孔中预定的孔，籍此根据需要将空气传送到打印头芯片。
Description
本发明专利申请是2000年5月24日递交的、申请号为“008195811”，发明名称为“打印机的纸张厚度传感器”的分案申请。
技术领域
本发明涉及将墨水和空气分配至打印芯片的方法。
背景技术
打印机中的打印头能够包括“微机电喷墨”芯片，所述“微机电芯片”上安装有微机械和微电子系统(MEMS)形式的热致动器。
为了使得外部微粒远离打印头中的墨喷嘴，气泵将经过滤的空气供应至打印头的表面，例如通过软管供应所述空气。
从软管排出的空气将冲击打印头的表面而将外部微粒从墨喷嘴移除。然而，在某些情况下，一些外部微粒可能被吹入墨喷嘴而导致所述喷嘴堵塞。
因此，希望提供一种结构简单且能够更有效地将墨和空气分配至打印芯片的方法。
共同待决的申请
在以下由申请者或本发明受让人连同本发明申请一起提出的待决申请中，已详细描述出与本发明有关的各种方法、系统及设备：
PCT/AU00/00518，PCT/AU00/00519，PCT/AU00/00520，
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PCT/AU00/00515
在此，将这些共同待决的申请引入作为交叉参考。
发明内容
本发明提供一种将墨水和空气分配至打印机打印头组件内的打印芯片的方法，以便以简单的方式根据需要将墨水和空气分配至打印头芯片。
所述方法利用一个分层式墨水分配结构，该分层式墨水分配结构形成为多个微模制的层彼此附着在一起，所述多个层中除最下层之外的每层包括多个贯穿层自身而形成的孔，每层中的至少一些孔与形成在该层一侧的通道相连通，允许墨水或空气中的至少一种流通至所述结构内的一个横向定位位置，该横向定位位置与贯穿所述结构的一个相邻层而形成的孔对准，通过该孔，墨水和空气中的至少一种通向打印芯片，所述方法包括：选择性地将不同墨水供应至所述孔中预定的孔，籍此根据需要将不同的墨水传送到打印头芯片，以及选择性地将空气供应至所述孔中预定的孔，籍此根据需要将空气传送到打印头芯片。
通过提供上述方法，从而能够以简单的方式根据需要将墨水和空气分配至打印头芯片
按照这里的使用情况，术语“墨水”或“墨”可以是指流经打印头、印刷至纸张上的任何液体。这种液体可能是不同颜色墨水、红外线固着墨、固定剂或是类似产品当中的一种。
附图说明
图1为打印引擎部件的前透视图。
图2为图1打印引擎部件的后透视图。
图3为图1打印引擎部件的分解透视图。
图4为打印头组件的前示意性透视图。
图5为图4打印头组件的后示意性透视图。
图6为打印头组件的分解透视图。
图7为图4～6中打印头组件剖面端部的立面图，它带有取自于打印头中心的剖面图.
图8为图4～6中打印头组件剖面端部的示意立面图，它取自于靠近图4的左端。
图9A为安装打印头分层堆栈结构打印芯片和喷嘴保护装置时的示意性端部立面图。
图9B为放大的图9A端部立面图的剖视图。
图10为打印头防护罩组件的分解透视图。
图11为模制墨水分配装置的示意性透视图。
图12为分解透视图，它指出了本发明形成部分分层式墨水分配结构时的各层。
图13为图9A和9B中所描述结构的顶部阶梯剖面图。
图14为图13中所描述结构的底部阶梯剖面图。
图15为第一层压层的示意性透视图。
图16为第二层压层的示意性透视图。
图17为第三层压层的示意性透视图
图18为第四层压层的示意性透视图。
图19为第五层压层的示意性透视图。
图20为模制气阀的透视图。
图21为压纸卷筒右手端部的后透视图。
图22为压纸卷筒左手端部的后透视图。
图23为压纸卷筒的分解图。
图24为压纸卷筒的横断面视图。
图25为打印纸光学传感器装置的前透视图。
图26为打印头组件和附着于蓄墨盒的墨水管路的示意性透视图。
图27为图26的部分分解图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的首选实施例详细加以阐述：
在图1～3中，已经采用示意图的方式对打印引擎部件的核心部件进行详细描述，同时还指出了本发明的分层式墨水分配结构可能所处的一般环境。该打印引擎部件包括一个由压制钢、铝、塑料或其他刚性材料制成的底盘10。该底盘10安装在打印机的机身内，并用来安装打印头组件11、进纸机构以及其他设置在打印机塑料外壳内部的相关构件。
在一般条件下，底盘10可支持打印头组件11，这样墨水就可从中喷出、落在此时正输送到打印头底部的打印纸或其他打印介质上，然后在进纸机构的作用下使其通过出口槽19。该进纸机构包括：一个进纸辊12、进纸导辊13、一般如14所示的压纸卷筒、出口辊15以及针轮装置16，并且所有装置均通过步进电动机17进行驱动。这些进纸构件均安装在两支承模塑件18之间，而且这两个轴承模件的两端均分别依次与底盘10相连接。
打印头组件11通过已安装在底盘10上的每个打印头垫片20也与底盘10相连接。这些垫片20模件可使打印头组件的长度增加到220mm，同时允许其在210mm宽打印纸任一侧进行清除。
通常，打印头的结构在图4～8中示出。
打印头组件11包括一块印刷电路板(PCB)21，在该电路板上已经配有各种电子构件，其中包括：一个64MB的DRAM22、一个PEC芯片23、一个QA芯片连接器24、一个微控制器25以及一个双马达驱动芯片26。通常，打印头长度为203mm，它有10个打印芯片27(图13)，每个芯片一般为21mm长。这些打印芯片27均同打印头的纵轴成小角度排列(参见图12)，同时各打印芯片之间存在略微搭接现象，这能够连续在矩阵全长间距之间传输墨水。从电子学角度来看，每个打印芯片27都与磁带自动粘合(TAB)薄膜28的一端相连接，而另一端则通过TAB薄膜垫圈29保持与印刷电路板21下表面的电接触。
首选的打印芯片结构已由本发明申请者在美国专利号6044646批文中详细加以描述。每个这类打印芯片27的长度大约为21mm，宽度小于1mm，高大约0.3mm；而在其较低表面上均配有数千个微型电动机械系统喷墨喷嘴30，这在图9A和9B中已经以图解法的方式表示出来，通常这类喷嘴均安设在六根管线当中——每根管线针对一种将采用的墨水。为了允许留有更近的点间隙，每根喷嘴管可以遵循交错排列型式进行布置。六条相应的墨水通道31管线均贯穿于整个打印芯片的后部，以便将墨水送往每个喷嘴的后部。按照图9A所示，每个打印芯片均配有一个喷嘴保护装置43以便保护打印芯片表面上的这些微型喷嘴，同时该保护装置还具有一些与喷嘴30对准的微小气孔44；这样以较高速度从这些喷嘴中喷出的墨点通过这些微型气孔，堆积在正从压纸卷筒14通过的打印纸上。
借助模制分配装置35和构成打印头组件11的一部分的分层堆栈36，墨水被喷到各打印芯片上。来自墨盒(参见图26和27)的墨水，通过单独墨水软管传递到与盖模塑件39铸成一体的单独墨水进口34，该盖模塑件可形成模制塑料分配装置35的一个盖子。然而，模制分配装置35则包括六条单独的纵向墨水管道40和一条空气管道41，它们均贯穿于整个矩阵长度。来自进口34的墨水经过单独逆流通道42被传送到每个墨水管道40当中，详情请参考图7。虽然本文对打印头共介绍了六条管道，但是还可提供更多数量的管道，这一点要特别注意。这六条管道均适用于能够打印出四色叠印(CMYK)以及红外线固着墨水和固定剂效果的打印机。
空气流经空气进口47，可直接送到空气管道41，从而将空气提供给每个打印芯片27，有关这一点可参考图6、7、8、20和21在以后详细加以介绍。
一些可形成分层堆栈36的片状层均位于纵向延伸的堆栈凹槽45的内部，该凹槽是在模制分配装置35的下侧形成的。通常，这些片状层都是由微型模制塑料材料制成。在每个TAB薄膜凹槽46(参见图12)内部将会接收到从打印头PCB21的底层伸出、缠绕在模制分配装置35后部周围的TAB薄膜28，多个TAB薄膜槽46沿着分层堆栈36的层设置，所述槽容纳所述打印芯片27。另外，该TAB薄膜将通过印刷电路板21向受分层结构支持的各个打印芯片27分程传递电子信号。
模制分配装置、分层堆栈36以及相关构件等均根据图7～19详细加以介绍。
图10详细介绍了作为一个塑料模制物而制成的盖模塑件39，其中包括一些定位套管48，它们用来定位顶部打印头盖49。
如图7所示，墨水输送口50可与一根墨水管道40(从左数第四根)相连，该管道向下通至六根低位墨水管道当中的一根，或者向下通至模制分配装置下侧的过渡管道51.所有墨水管道40均配有相应的输送口50，它们分别与过渡管道51相通.这些过渡管道51彼此平行，但是所成角度与相连的墨水管道40有关，因此它们与将在下文提到的分层堆栈36的第一层52的墨水孔连接在一起.
第一层52包括二十四个单独墨孔53，它们都可用于十个打印芯片27当中的每一个。这也就是说，在提供十个此类打印芯片的情况下，第一层52就含有二百四十个墨孔53。另外，第一层52还包含一排横靠在一个纵向边缘上的气孔54。
通常，在一个矩形矩阵中可形成每组二十四个墨孔53，该矩形矩阵与数排墨水孔对中。每排四个墨水孔与过渡管道51对准，同时还平行于每个打印芯片。
第一层52的下表面包括多个下侧凹槽55。每个凹槽55均与四墨孔53中最中心的两墨孔之一相通(按照横穿第一层52的方向加以考虑)。这也就是说，墨孔53a(图13)可向图14所示的右手凹槽55a提供墨水，而墨孔53b则会向图14所示的左手最下侧的凹槽55b提供墨水。
第二层56包括一对插槽57，其中每个插槽可接收从第一层下侧凹槽55当中其中一个凹槽内射出的墨水。
第二层56还包括一些墨孔53，它们已经与两个第一层52的外侧墨孔53对中。这也就是说，墨水可穿过第一层52的十六个外侧墨孔53，因为每个打印芯片可直接穿过正通过第二层56的相应墨孔53。
在第二层56的下侧位置已经形成许多横向延伸的管道58，从而将正在流经墨水孔53c和53d的墨水转送到中心区。这些管道均向外延伸，从而与一对已通过层压制件第三层60形成的插槽59对中。应当值得注意的是，层压制件第三层60包括四个与每个打印芯片相对应的插槽59，其中两个内部插槽已经与一对在第二层56中形成的插槽，而外部插槽存在于这两个内部插槽。
第三层60还包括一排气孔54，它们已与第一底层52和第二层56中所提供的相应气孔矩阵54相互对中。
第三层60只有八个与打印芯片相对应的墨孔53。这些最外侧墨孔53均与第一、二层内所提供的最外侧墨孔53对准。如图9A和9B所示，第三层60包括一个位于其外表面的横向延伸管道61，它与每个墨孔53相对应。这些管道61可将来自相应墨孔53的墨水输送到正好在插槽59对中位置的外侧。
如图9A和9B所示，这样通过每个打印芯片27的上表面，分层堆栈36的顶部三层可用来将来自于模制分配装置更宽间隙墨水管道40的墨水(如图9B中虚线剖面线所示)疏导至与墨水通道31队中的各个插槽当中。
如图13所示，从顶部分层堆栈的角度来看，插槽57和59实际由离散的共线间隙插槽构成。
分层堆栈36的第四层62包括由十个芯片插槽65构成的矩阵，每个插槽与各打印芯片27相互对接。
第五层64(即最终层)还包括一个与芯片和喷嘴保护装置43对接的芯片插槽65。
TAB薄膜28夹在第四、五层62和64之间，其中一层或两层可配有凹槽46，以便调节TAB薄膜28的厚度。
作为一种精密微型模件的分层堆栈装置是通过注入乙缩醛二乙醇(Acetal)型材料而制成。它可调节通过已经附着的TAB薄膜来调节打印芯片27的矩阵，同时还与上文所提到的盖模塑件39相匹配。
当加强筋零件粘合在一起时，在微型模制件下侧的加强筋可提供对TAB薄膜的支持。TAB薄膜可形成打印头模块的下侧墙壁，因为在加强筋间距之间存在足够的结构完整性，以便对弹性薄膜提供支持。TAB薄膜的各边缘均在盖模塑件39的底部墙壁上进行密封。如果最终的墨水输送到打印喷嘴上时，那么要把芯片粘贴到可在微型模件长度上运行的100微米宽的加强筋上。
在对微型模件进行设计时可考虑在打印芯片对接成一排时对其进行物理搭接。因为此时各打印头芯片已形成一个连续的带状物(具有较大的容差)，所以采用数字计算的方法对其进行调节以生成一个近似于完美的印刷模式，而非依靠非常接近规定公差的模件和异物来起到相同的作用。通常，模块间距为20.33mm。
为了提供一个密封装置，可对分层堆栈和盖模塑件39的各层以及铸模分配装置进行粘合或以其他方式粘合在一起。各墨水通路可通过粘性透明塑料薄膜进行密封，以便指明何时墨水存在于该通路中，这样当顶部粘性薄膜被折叠时这些墨水通路可完全被覆盖。这时，墨水填充过程完成。
如图9b和13所示，分层堆栈36的上部四层52、56、60和62已经与气孔54对准，该气孔与作为在第四层62下表面形成的通道的空气管路63相通。在打印机处于操作模式时，这些通道可向打印芯片表面与喷嘴保护装置之间的间隙提供增压空气。来自该增压区的空气穿过喷嘴保护装置中的微型气孔44，这样可有效防止任何灰尘或不必要污染物在这些气孔处出现堆积。此外，为了在打印机不使用过程中有效防止墨水在喷嘴表面出现干燥现象，可关断增压空气供给装置，同时也可通过如图6、7、8、20和21中所示的气阀装置来控制气源装置。
参考图6～8，在打印头空气管道41中存在着一个铸模的气阀66，它是按照其底部带有一系列孔67的通道来形成的。这些孔的间距对应于在空气管道41(参见图6)中所形成的空气通道68，同时铸模气阀作为可在空气管道内纵向移动的部件；这样气孔67可被调节成与通道68对中的位置，以便通过分层堆栈装置向位于打印芯片和喷嘴保护装置之间的气孔提供增压空气，或者移出对中位置以关闭该气源装置。有些压缩弹簧69可通过空气管道41的底板保持与铸模气阀66底部的密封咬合状态，从而当关闭气阀时防止出现泄漏。
铸模气阀66具有一个一端向外延伸的凸轮随动件70，该随动件可与压纸卷筒14端盖74上的气阀凸轮面71相啮合，因而可根据多功能压纸卷筒14的旋转位置在空气管道41内有选择地纵向移动铸模气阀，该卷筒可根据打印机的运行状态在打印、加盖和吸墨等位置处进行旋转，其他情况可参考图21～24在下文中详细加以阐述。当压纸卷筒14处于打印旋转位置时，凸轮使气阀固定在其开启位置，从而可向打印芯片表面供气；然而当卷筒旋转到非打印位置，即：覆盖住喷嘴保护装置的微型气孔时，凸轮使铸模气阀移向阀门关闭位置。
参考图纸21～24，压纸卷筒14在受到就位于支承模塑件18上旋转轴73的支持作用以及受到齿轮装置79(参见图3)的旋转作用下，可沿平行于打印头方向向外延伸。该旋转轴在两端配有位于右手端的端盖74和一左手侧的端盖75，同时还配有两凸轮76和77。
压纸卷筒14具有卷筒表面78、加盖组件80和可沿其长度外伸的外露吸墨部分81，这三部分彼此之间按120度间隔开.在打印过程中，可旋转压纸卷筒组件，这样卷筒表面78可定位于正对打印头的位置，从而使卷筒表面对部分此时正在印刷的纸张起到支持的作用.当打印机处于闲置状态时，压纸卷筒组件发生转动，这样加盖组件80与打印头的底部发生接触，同时对微型气孔44周围的区域进行密封.结合在压纸卷筒14处于其加盖位置时通过气阀装置来关闭气阀，这便能够保持在打印喷嘴表面位置的密封气压.此外，这也能起到降低墨水溶剂(通常为水)的蒸发量，从而当打印机处于闲置时可减少墨水在各打印喷嘴上的烘干量.
旋转式压纸卷筒组件的第三个功能是用作吸墨纸，以便吸收当打印机启动或维修操作时来自于打印喷嘴的启动喷墨墨水。在打印机的这种模式下，压纸卷筒14旋转，使得外露吸墨部分81就位于对立于喷嘴保护装置43的墨水喷射通路。该外露吸墨部分81是压纸卷筒14内部的吸墨材料体82的外露部分，所以在外露吸墨部分81上所接收到的墨水被吸到压纸卷筒组件体之内。
有关压纸卷筒组件结构的其他详情可参见图23和24。通常，压纸卷筒组件由挤压或模制空心压纸卷筒体83构成，该压纸卷筒体不仅可构成压纸卷筒表面78，同时还能容纳成形的吸墨材料体82，其中从压纸卷筒体的纵向插槽伸出的部分形成外露吸墨部分81。压纸卷筒体83的扁平部件84可用作附着加盖组件80的一个底座，该加盖组件由盖外壳85、盖密封件86以及用于接触喷嘴保护装置43的泡沫件87等几部分构成。
根据图1所示，每个支承模塑件18跨接于一对竖直轨道101。这也就是说，加盖装置要安装在四个允许其垂直移动的竖直轨道101上。在加盖装置任何一端下部的弹簧102可使加盖装置偏移进入到上升位置，同时保持凸轮76和77与打印头垫片20密切接触。
当打印头组件11闲置不用时，可通过使用合成橡胶密封件86(或类似产品)来使全宽度加盖组件80覆盖打印头。为了旋转压纸卷筒14组件，可反转主辊驱动马达。这将使换向齿轮与压纸卷筒装置端部的齿轮79发生接触，并且将其旋转进入到自身三个功能位置(各相差120度)中的任何一个位置上。
位于压纸卷筒端盖74和75上的凸轮76和77可与各打印头垫片20上突起部分100咬合，从而有效控制压纸卷筒组件与打印头之间的间隙，这取决于压纸卷筒组件的旋转位置。这样，在转换压纸卷筒位置过程中，为了提供距离打印头更大的间隙，可以使压纸卷筒朝远离打印头的方向移动，同时也可以移回到适当距离以便使其分别起到支撑纸张、加盖以及吸墨等功能。
另外，通过轻微旋转压纸卷筒14即可使旋转式压纸卷筒的凸轮装置提供一种用于细调卷筒表面与打印机喷嘴之间距离的机构。这允许根据纸张厚度光学传感器装置(图25所示)探测到的纸张或其他正在印刷材料的厚度做出反应，以补偿喷嘴与压纸卷筒之间的间距。
该纸张厚度光学传感器包括一个光学传感器88和一个传感器挡光板装置：前者安装在PCB 21的下表面上；而后者安装在从分配模制件突出的臂89上。传感器挡光板装置包括一个安装在轴91上的传感器挡光板构件90，转矩弹簧92使该轴偏转。当纸张进入到输纸辊上时，挡光板构件的最低部分接触纸张，同时朝弹簧92偏压相反方向旋转，旋转的量取决于纸张的厚度。这时，光学传感器探测挡光板构件的这一移动，并且PCB通过使压纸卷筒14进行补偿转动而响应所探测到的纸张厚度，以便优化纸张表面与喷嘴间的距离。
图26和27示出了所述的打印头组件至可更换的墨盒93的连接.通过从一排位于打印机机架内侧带有内螺纹的墨阀95导出的软管94，向打印头输入六种不同颜色的墨水.将含有一个六间隔墨水气囊和相应阳螺纹阀门矩阵的可更换式墨盒93插入到打印机中，并和阀门95相匹配.该墨盒还包含一个进气口96和空气过滤器(未指出)，并与吸气口连接器97相匹配，该连接器位于墨阀附近并导入向打印头提供过滤空气的气泵98中.同时，在墨盒内还包括一个QA芯片.当插入墨盒来与PCB上QA芯片连接器24建立起联系时，此QA芯片将与位于墨阀95与打印机吸气口连接器97间的触点99相连接.
Claims (1)
1.一种将墨水和空气分配至打印机打印头组件内的打印芯片的方法，所述方法利用一个分层式墨水分配结构，该分层式墨水分配结构形成为多个微模制的层彼此附着在一起，所述多个层中除最下层之外的每层包括多个贯穿层自身而形成的孔，每层中的至少一些孔与形成在该层一侧的通道相连通，允许墨水或空气中的至少一种流通至所述结构内的一个横向定位位置，该横向定位位置与贯穿所述结构的一个相邻层而形成的孔对准，通过该孔，墨水和空气中的至少一种通向打印芯片，
所述方法包括：
选择性地将不同墨水供应至所述孔中预定的孔，籍此根据需要将不同的墨水传送到打印头芯片，以及
选择性地将空气供应至所述孔中预定的孔，籍此根据需要将空气传送到打印头芯片。
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