TWI797364B - 基板固持器總成以及具有基板高度位置控制的噴墨印表機 - Google Patents

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TWI797364B
TWI797364B TW108127177A TW108127177A TWI797364B TW I797364 B TWI797364 B TW I797364B TW 108127177 A TW108127177 A TW 108127177A TW 108127177 A TW108127177 A TW 108127177A TW I797364 B TWI797364 B TW I797364B
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Abstract

本發明描述一種噴墨印表機。該噴墨印表機具有一基板固持器總成，該基板固持器總成包含：一基座構件，其具有在一第一方向上之一長軸及在垂直於該第一方向之一第二方向上的一短軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件，該接觸構件具有在該第一方向上之一長軸及在該第二方向上之一短軸；一固持器托架，其耦接至該基座構件；一線性延伸器，其耦接於該基座構件與該接觸構件之間且在與該第一方向及該第二方向相交之一第三方向上自該基座構件朝向該接觸構件延伸；及一撓曲構件，其耦接至該基座構件，在該第二方向上在該線性延伸器與該接觸構件之間延伸且具有在垂直於該第一方向及該第二方向之一方向上的一撓曲方向。

Description

基板固持器總成以及具有基板高度位置控制的噴墨印表機
相關申請案交互參照：本案主張2018年12月5日申請的美國臨時專利申請案第62/775,487號的權益，其通過引用合併於本文中。
本發明之實施例大體上係關於噴墨印表機。具體而言，描述用於監視及控制基板位置及定向之方法及設備。
噴墨列印為在辦公室及家用印表機中以及在用於製造顯示器、列印大規模書寫材料、將材料添加至諸如PCB之製品及建構諸如組織之生物物品的工業規模印表機中為常見的。大部分商業及工業噴墨印表機以及一些消費型印表機使用分配器將列印材料施加至基板。分配器在受控時間及以受控速率朝向基板噴射受控量之列印材料，使得列印材料到達目標部位中之基板且產生具有所要大小及形狀之標記。
在一些狀況下，將列印材料定位於基板上之精確度極高。列印材料噴射之時序、量或速率的微小偏差可導致列印故障。類似地，定位基板以接收列印材料之不精確性可導致列印材料在到達基板時偏離目標。舉例而言，若基板與列印噴射器之距離偏離目標，則列印材料橫越非預期之距離，因此列印 材料較早或較遲到達基板。在高精確度噴墨列印應用中需要基板高度控制。
本文中所描述之實施例提供一種基板固持器總成，其包含：一基座構件，其具有在一第一方向上之一長軸及在垂直於該第一方向之一第二方向上的一短軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件，該接觸構件具有在該第一方向上之一長軸及在該第二方向上之一短軸；一固持器托架，其耦接至該基座構件；一線性延伸器，其耦接於該基座構件與該接觸構件之間且在與該第一方向及該第二方向相交之一第三方向上自該基座構件朝向該接觸構件延伸；及一撓曲構件，其耦接至該基座構件，在該第二方向上在該線性延伸器與該接觸構件之間延伸且具有在垂直於該第一方向及該第二方向之一方向上的一撓曲方向。
本文中所描述之其他實施例提供一種噴墨印表機，其包含：一基板支撐件；一分配總成，其附接至該基板支撐件；及一固持器總成，其附接至該基板支撐件，該固持器總成包含：一固持器托架，其操作性地耦接至一滑件，該滑件附接至該基板支撐件；一基座構件，其耦接至該固持器托架且具有在沿著該基板支撐件之一側之一第一方向上的一長軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件且具有在該第一方向上之一長軸，該接觸構件具有在該接觸構件之鄰近於該基板支撐件之一邊緣處的一操控器；一第一線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該操控器之該邊緣的一部位處自該基座構件朝向該接觸構件延伸；一第一撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸；一第二線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該操控器之該邊緣的一部位處自該基座構件朝向該接觸構件延伸；及一第二撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸。
本文中所描述之其他實施例提供一種基板固持器總成，其包含： 一固持器托架；一基座構件，其耦接至該固持器托架且具有在一第一方向上之一長軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件使得該基座構件介於該固持器托架與該接觸構件之間，該接觸構件具有在該第一方向上之一長軸，該接觸構件具有沿著該接觸構件之一長邊緣延伸的一操控器；一第一線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該操控器之該邊緣的一部位處穿過該基座構件延伸至該接觸構件；一第一撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸；一第二線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該操控器之該邊緣的一部位處穿過該基座構件延伸至該接觸構件；及一第二撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸。
100:噴墨印表機
102:基板支撐件
104:列印總成
106:固持器總成
108:基座
110:支撐表面
112:孔
114:分配器總成
116:列印支撐件
117:軌條或橫桿
118:列印總成控制器
119:分配器
120:台架
122:列印托架
124:箭頭/第一方向
126:箭頭/第二方向
128:固持器總成支撐件
129:系統控制器
130:邊緣
131:固持器總成控制器
132:固持器托架
134:基座構件
136:接觸構件
138:操控器
140:邊緣
142:接觸表面
200:基板支撐件
201:基板支撐表面
202:孔
204:孔
205:中心區域
206:距離感測器
300:列印總成
302:感測器
400:固持器總成
402:托架構件
404:基座構件
405:長軸
406:接觸構件
407:短軸
408:支軸
409:長軸
410:操控器載台
411:短軸
412:操控器
416:支撐邊緣
418:接近邊緣
420:調整邊緣
422:相對邊緣
424:支架
428:支撐塊
430:第一撓曲構件
432:第二撓曲構件
434:第一側
436:線性定位器
438:編碼器
442:延伸構件
443:樞軸
444:圍阻體
446:壁
450:撓曲板
452:捕獲板
502:線性延伸器
504:第三方向
506:承載構件
508:第二著陸構件
510:接觸表面
512:真空歧管
514:第一側
516:第二側
518:擱架
520:間隙
522:第一捕獲板
524:第二捕獲板
526:第二側
528:第一側
530:第三捕獲板
532:第二側
534:第四捕獲板
536:內表面
538:壓力構件
540:力端
542:外表面
544:鐙形件
546:延伸部
548:支撐端
550:刻度尺
552:支柱
554:讀取頭
556:側壁
602:支撐件
604:讀取器
608:度量件
610:外表面
702:基板
704:樞軸支柱
710:中心捕獲板
720:第一末端
722:第二末端
724:凸緣
726:滑動構件
728:第一表面
730:第二表面
732:孔
734:第三表面
736:第四表面
738:第一溝槽
740:第二溝槽
742:第一導引構件
744:第二導引構件
746:凹槽
802:基板支撐件
822:固持器總成
824:接觸表面
826:基板
828:分配器
831:第二區
832:頂表面
833:第一區
850:基板支撐件
851:寬度
852:楔形邊緣
854:支撐表面
θ:角度
因此，可參考實施例獲得可詳細地理解本發明之上述特徵之方式、上文簡要概述之本發明之更特定描述，實施例中之一些說明於隨附圖式中。然而，應注意，隨附圖式僅說明例示性實施例且因此不應被視為本發明範圍之限制，可許可其他同樣有效的實施例。
圖1為根據一個實施例之噴墨印表機的俯視立體圖。
圖2為根據一個實施例之基板支撐件的平面圖。
圖3為根據一個實施例之列印總成的側視圖。
圖4為根據一個實施例之圖1之噴墨印表機的固持器總成之俯視立體圖。
圖5為圖4之固持器總成之一部分的橫截面圖。
圖6為圖4之固持器總成之一部分的細節視圖。
圖7A為圖4之固持器總成的平面圖。
圖7B為圖4之固持器總成之一部分的橫截面圖。
圖8A為說明根據一個實施例之基板邊緣定位的活動圖。
圖8B為說明根據另一實施例之基板邊緣定位的活動圖。
為促進理解，使用相同元件符號以在可能的情況下指明諸圖所共有的相同元件。預期一個實施例之元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無需進一步敍述。
噴墨印表機在本文中描述為具有高度控制特徵以確保精確地將列印材料置放於基板上。圖1為根據一個實施例之噴墨印表機100的俯視立體圖。噴墨印表機具有基板支撐件102、列印總成104及用於操控基板以供列印之固持器總成106。印表機100建置於基座108上，該基座典型地為大型物件以最小化至印表機100之操作部分的振動傳輸。在一個實例中，基座108為花崗岩塊。基板支撐件102位於基座108上，且包含支撐表面110連同用於使支撐表面110實質上無摩擦之部件。此處，支撐表面110為提供氣墊之氣台(air table)，基板在氣墊上浮動。支撐表面110之特徵在於複數個孔112，該複數個孔允許氣體射流離開，因此提供向上力以將基板維持在支撐表面110上方之所要高度處。該等孔中之一些亦可允許氣體自使基板支撐件浮動之氣墊的受控抽回以提供對基板高度之精確局部控制。
列印總成104包含安置於列印支撐件116上之分配器總成114。列印支撐件116相對於基板支撐件102安置以便為分配器總成114提供通道，從而相對於基板支撐件102上之基板建構性地定位，使得列印材料可精確地施加至基板。此處，列印支撐件116包括橫越基板支撐件102之軌條或橫桿117，其允許分配器總成114橫越基板支撐件102且將列印材料自列印支撐件116之一側至其相對側沈積於基板上之任何部位處。在此實施例中，列印支撐件116附接至基座108且自基座108延伸以提供對分配器總成114之穩定支撐。兩個台架120在基板支撐 件102之相對側上自基座108延伸至軌條117，該軌條跨越基板支撐件102延伸。台架120及軌條117兩者皆可由與基座108相同的材料製成。在此狀況下，台架120、軌條117及基座108由一塊花崗岩一體地形成。
分配器總成114典型地包括一或多個分配器119連同一列印總成控制器118，該列印總成控制器包括用於控制分配器119之功能參數的電子裝置及感測器，該等參數諸如分配器119沿著列印支撐件116之部位、時序、持續時間、列印材料之類型，及分配輪廓。分配器119典型地藉由與列印支撐件116耦接之列印托架122的操作搭載在列印支撐件116上，以將分配器119沿著軌條117自軌條之一個末端平移至另一相對末端。圖中未展示電力及信號管道以簡化諸圖。
藉由固持器總成106將基板定位於列印總成104下方。固持器總成106在基板載入後獲得與基板之牢固接觸，且沿著基板支撐件102移動基板以相對於列印總成104定位基板，從而以精確方式將列印材料分配至基板上。在此狀況下，固持器總成106位於基板支撐件102之一側上，且在列印期間通常在第一方向上沿著基板支撐件102延伸以使基板在第一方向上平移。該第一方向在圖1中由箭頭124指示。分配器119通常在實質上垂直於第一方向之第二方向上移動，該第二方向如由實質上在第二方向上延伸之軌條117判定，在圖1中由箭頭126指示。第二方向126有時被稱作「x方向」且軌條117被稱作「x橫桿」。
固持器總成106通常安置於固持器總成支撐件128上，該固持器總成支撐件在此狀況下為沿著基板支撐件102之邊緣130在第一方向上實質上延伸基板支撐件102之整個長度的軌條。在此實施例中，固持器總成支撐件128附接至基座108以提供對固持器總成106之穩定支撐。固持器總成支撐件128可由與基座108相同的材料製成。在此狀況下，固持器總成支撐件128、基座108及列印支撐件116由一塊花崗岩一體地形成。有時，固持器總成支撐件128被稱作「y橫桿」。
固持器總成106包含搭載在固持器總成支撐件128上之固持器托架132。基座構件134耦接至固持器托架132且接觸構件136耦接至基座構件134，其中基座構件134介於固持器托架132與接觸構件136之間。接觸構件136包括位於接觸構件136之邊緣140處的操控器138，該邊緣最靠近基板支撐件102之邊緣130。此處，真空源(圖中未示)耦接至固持器總成106以在操控器138之接觸表面142處提供真空，從而將用於處理之基板牢固地固持於基板支撐件102上。在操作期間，固持器總成106沿著固持器總成支撐件128移動，以將牢固地固持之基板定位於基板支撐件102上之任何部位處，使得例如藉由列印總成控制器118之操作，列印總成104可定位分配器119以提供對基板上之精確部位的接取，從而分配列印材料。
系統控制器129自可遍及印表機100而部署之各種感測器接收信號，且將信號發送至印表機100之系統以控制列印。此處，系統控制器129經展示為操作性地耦接至列印總成控制器118及固持器總成控制器131，該固持器總成控制器控制固持器總成106之操作。基板支撐件102、列印總成104、固持器總成106及諸如環境控制系統及材料管理系統之潛在其他輔助系統中之每一者可具有感測器，該等感測器操作性地耦接至系統控制器129以在列印操作期間將與各種組件之狀態相關的信號傳輸至系統控制器129。系統控制器129包括用以判定發送至印表機100之各種受控組件之控制信號的資料及指令。
當在基板上列印時，常常需要置放列印材料之微小液滴，例如在基板之尺寸為10至15μm之區域中置放具有5至10μm之直徑的列印材料液滴。在此操作中，典型地在基板移動時分配列印材料以最小化列印時間。此極高精確度由於列印系統之各種部分之尺寸的微小缺陷、彼等尺寸隨溫度之變化、基板、分配器總成及固持器總成106之平移速度的不精確性，及基板距分配器119之距離的不精確性而複雜化。若無法精確地知曉或控制分配器119至基板之距離，則 無法程式化來自分配器119之列印材料的液滴速度以使列印材料液滴在基板處於適當位置中時到達目標部位。液滴會過早或過遲到達且未命中目標。
本文中描述用於在基板浮動於氣墊上時控制基板與分配器119之距離(有時被稱作「飛行高度」)的設備及方法。一或多個感測器包括於基板支撐件102或列印總成104中以感測基板與例如基板支撐件102或列印總成104之某部分的一或多個距離。圖2為根據一個實施例之基板支撐件200的平面圖。基板支撐件200可用作圖1之印表機100中的基板支撐件102。基板支撐件200包括形成於基板支撐件200之支撐表面201中的第一複數個孔202，該第一複數個孔用於在支撐表面201與安置於其上之基板之間提供氣體以建立用於在支撐表面201上方之目標高度處支撐基板的氣墊。基板支撐件200亦包括形成於支撐表面201中之第二複數個孔204，該第二複數個孔用於在支撐表面201與安置於其上之基板之間提供抽吸。包含惰性氣體之氣體源(圖中未示)流體地耦接至第一複數個孔202，且真空源(圖中未示)流體地耦接至第二複數個孔204。操作氣體源及真空源以在基板與支撐表面201之間提供具有目標厚度及/或壓力之氣墊。此處，第一複數個孔202實質上自支撐表面201之末端至末端且完全跨越支撐表面而均勻地散佈在支撐表面201上。第二複數個孔204在支撐表面201之中心區域205中與第一複數個孔202穿插。在中心區域205中，經由第二複數個孔204提供之真空結合經由第一複數個孔202提供之氣墊起作用，以提供對發生列印材料在基板上之沈積的中心區域205中基板在支撐表面201上方的高度的控制。
複數個距離感測器206安置於支撐表面201中以感測基板與支撐表面201之間的距離。因為基板可為大的，所以複數個感測器206可用以感測基板之多個部分處的距離。在其他狀況下，可使用單一感測器206。此處，感測器206經展示為在支撐表面201中規則地間隔開。感測器206可為電容式、電感式、光學或聲學或其混合。在一個實施例中，僅使用電容式感測器。在另一實施例 中，使用電容式感測器及光學感測器。光學感測器可為基於干涉的、繞射的、光譜的及/或基於三角量測的。距離感測器206可操作性地耦接至系統控制器129(圖1)，以將表示感測到之距離的信號發送至系統控制器129。每一感測器206發送與基板距感測器206之距離相關的信號連同識別碼。系統控制器129接收信號及識別碼且儲存信號及識別碼。系統控制器129亦將信號轉換成距離，且可基於感測器206之預定映射將識別碼轉換成支撐表面201之部位。
感測器206之類型及密度跨越支撐表面201可變化。舉例而言，若在支撐表面201之一些區域中未感測到與支撐表面201之距離，則彼區域可能不具有感測器206。若低粒度之距離量測在一些區域中足夠，則彼區域可具有感測器206之低密度。若在其他區域中需要高粒度之量測，則彼區域可具有感測器206之高密度。在此狀況下，支撐表面201在接近於分配列印材料之列印總成104的分區中具有感測器206之高粒度，以提供對基板與分配器119(圖1)之距離的更精確控制。
在另一實施例中，一或多個感測器可附接至列印總成。圖3為根據一個實施例之列印總成300的側視圖。列印總成300可用作圖1之印表機100中的列印總成104。列印總成300包括類似於圖1之列印總成104的元件，其將使用相同的元件符號來標示。列印總成包括用於感測基板之距離的一或多個感測器302。一個感測器302在此處經展示為安裝於列印支撐件116上。另一感測器302在此處經展示為安裝於列印托架122上。另一感測器302經展示為安裝於分配器119中之一者上。此等感測器302中之任一者或全部可用以感測基板之相關距離。若可能連同基板支撐件200之支撐表面201中的感測器206一起使用多個感測器302，則可藉由系統控制器129比較多個距離讀數且可產生具有改良準確度之距離估計。感測器302可為光學或聲學的。上文所描述之光學感測器中之任一者可用於感測器302。感測器302在此處經展示為操作性地耦接至列印總成控制器 118以將表示距離讀數之信號發送至列印總成控制器118。應注意，感測器302及列印總成104之其他操作元件可直接操作性地連接至系統控制129而不使用列印總成控制器。
可藉由調整支撐基板之氣墊來控制基板高度。若上調或下調基板高度，則在亦未調整固持器總成之情況下可在接觸固持器總成之基板的邊緣附近產生輕微曲率。圖4為根據一個實施例之固持器總成400的立體圖。固持器總成400能夠在垂直於基板支撐件200(或102)之支撐表面201的方向上調整基板之邊緣。固持器總成400可用作上文所描述之固持器總成106。
固持器總成400具有托架構件402、耦接至托架構件402之基座構件404及耦接至基座構件404之接觸構件406，使得基座構件404介於接觸構件406與托架構件402之間。接觸構件406使用真空沿著基板之邊緣接觸基板，以與基板形成穩定的牢固接觸。真空源(圖中未示)流體地耦接至固持器總成400以提供真空力。托架構件402支援固持器總成400沿著固持器總成支撐件128之實質上無摩擦運動。
基座構件404具有長軸405，該長軸在第一方向124上延伸且實質上與基板支撐件102之支撐表面201(圖2)在第一方向124上的尺寸相同。基座構件404具有在第二方向上126之短軸407。基座構件404可為板狀的，且可具有用於緊固件、感測器、致動器及其類似者之各種開口。基座構件404緊固至托架構件402以在托架構件402沿著固持器總成支撐件128平移時提供對接觸構件406之穩定支撐。在此實施例中，基座構件404在第一方向124上延伸超出托架構件402之末端，且托架構件402相對於基座構件404居中地定位。此處，基座構件404之輪廓為矩形。
接觸構件406可調整地耦接至基座構件404。接觸構件406包括支軸408、操控器載台410、耦接至操控器載台之操控器412，及用於附接下文待描 述之感測器及/或定位器的複數個著陸構件(下文進行進一步論述)。接觸構件406具有在第一方向124上之長軸409及在第二方向126上之短軸411，且長度實質上類似於基座構件404。如同基座構件，接觸構件406亦具有矩形輪廓，此係因為支軸408、操控器載台410及操控器412皆實質上延伸基座構件404之長度。操控器載台412位於鄰近於基板支撐件102之接觸構件406的支撐邊緣416處，且鄰近於基座構件404之接近邊緣418。支軸408位於接觸構件406之與支撐邊緣416相對的調整邊緣420處，且鄰近於基座構件404之對應相對邊緣422。
圖5為圖4之固持器總成400的橫截面圖。線性延伸器502耦接至基座構件404且自基座構件404朝向接觸構件406延伸。線性延伸器502位於接觸構件406之支撐邊緣416處，且在垂直於第一方向及第二方向之第三方向504上朝向接觸構件406延伸。線性延伸器502亦可在第一方向124及第二方向126中之任一者或兩者上略微延伸。線性延伸器502可為能夠以小於10μm之準確度定位物件的任何精確定位器，諸如壓電定位器。在壓電實施例中，壓電材料之樣品經定向以在施加電壓時改變第三方向上之長度，且長度改變之程度直接且精確地與所施加電壓相關。
承載構件506安置於線性延伸器502與接觸構件406之間。承載構件506在接觸構件406之支撐邊緣416處鄰近於基座構件404而定位。線性延伸器502將定位力施加至承載構件506，該承載構件又將定位力傳輸至接觸構件406。承載構件506在第一方向124上延伸且具有與接觸構件406在第一方向124上之長度實質上相同的長度。因此，承載構件506實質上沿著接觸構件406在第一方向124上之整個長度而沿著接觸構件406延行。此處，承載構件506為中空的以減小重量，且承載構件506具有在第二方向126上之尺寸，該尺寸大於接觸構件406之操控器載台410在第二方向126上的尺寸。
A著陸構件508安置於承載構件506與操控器載台410之間。著陸 構件508調節線性延伸器502施加於接觸構件406上之定位力。著陸構件508可由堅固之彈性材料製成以吸收可在接觸構件406與承載構件506之間傳輸的任何衝擊或震動。在其他狀況下，著陸構件508可為空氣軸承。提供沿著承載構件506及操控器載台410之長度分佈的複數個著陸構件508，以沿著操控器載台410之長度提供一致的定位支撐。
線性延伸器502在經致動時改變在第三方向504上之長度。當線性延伸器502延伸時，承載構件506在第三方向504上被推向接觸構件406以使接觸構件406之支撐邊緣416的位置在第三方向504上移位。當基板安置於操控器412上時，基板在接觸表面510處接觸操控器412。經由真空歧管512將真空施加至接觸表面510，該真空歧管為在第一方向124上沿著操控器412之長度穿過操控器的管道。由真空產生之壓力差迫使基板抵靠接觸表面510，使得基板與操控器412、操控器載台410及接觸構件406一起移動。在支撐邊緣416處，藉由操作線性延伸器502，操控器412在第三方向504上移動使得修改固持器總成400附近之基板支撐件102上方的基板之高度。
再次參看圖4，接觸構件406包括將操控器載台410耦接至支軸408之複數個支架424。此處，存在四個支架424，兩個在支軸408之相對末端處且兩個靠近接觸構件406之中心在其兩側上。在此狀況下，支軸408具有在第一方向124上之尺寸，該尺寸小於操控器載台410在第一方向124上之尺寸。支架424用以將支軸408牢固地耦接至操控器載台410，使得兩者作為一個單元移動且接觸構件406具有結構完整性。支架424在此處沿著第二方向126定向，且為自支軸408延伸至操控器載台410之桿狀構件。每一支架424安置於支軸408與基座構件404之間及操控器載台410與承載構件506之間，且每一支架424與支軸408及操控器載台410兩者直接接觸。每一支架424亦與支軸408且與操控器載台410形成直角。
在圖5中可見一個支架424。第二著陸構件508安置於基座構件404 與支軸408之間，此處展示為在支架424後方。第二著陸構件508在接觸構件406之調整邊緣420處支撐支軸408。在線性延伸器502延伸，因此在第三方向504上移動承載構件506、著陸構件508、操控器載台410及操控器412時，支架424將在支撐邊緣416處之前述構件的運動耦合至調整邊緣420處之支軸408。因為線性延伸器502之定位力未被引導穿過接觸構件406之質心軸線，所以接觸構件406旋轉使得支軸408不在第三方向504上移動。接觸構件406因此相對於基座構件404形成角度θ。角度θ之範圍典型地為至多幾微弧度，例如自零至100微弧度。第二著陸構件408亦可為空氣軸承。
基座構件404包括支撐塊428，該支撐塊支撐形成一對撓曲構件之第一撓曲構件430及第二撓曲構件432。支撐塊428具有接觸基座構件404之第一側434。此處，第二著陸構件408在基座構件404之第一側514上接觸基座構件，且支撐塊428在基座構件404之與第一側514相對的第二側516上接觸基座構件。因此，基座構件404安置於第二著陸構件408與支撐塊428之間。基座構件404之第一側514具有位於第二著陸構件508與基座構件408的接近邊緣418之間的擱架518。在擱架518處，基座構件404之厚度自支撐塊428與第二著陸構件508之間的第一厚度改變至第二厚度，該第二厚度小於該第一厚度。因此，在基座構件404自鄰近於支軸408之部位朝向操控器載台410延伸至一部位時，基座構件404之厚度在擱架518處減小。
第一撓曲構件430在支軸408與基座構件408之間附接至基座構件404之第一側514，該第一側與支撐塊428附接至基座構件404之第二側516的部位相對。第一撓曲構件430在第二方向126上朝向操控器載台410延伸超過擱架518及基座構件之接近邊緣418。在擱架518處，在第一撓曲構件430與基座構件404之間形成間隙520，該間隙允許第一撓曲構件430在第三方向504上自由撓曲。第一撓曲構件430因此具有在第三方向504上之撓曲方向。第一撓曲構件430延伸至 承載構件506與操控器載台410之間的位置。第一撓曲構件430藉由第一捕獲板522固定至基座構件404，該第一撓曲構件安置於基座構件404與第一捕獲板522之間且藉由諸如螺栓之方便的緊固件緊固。第一撓曲構件430在承載構件506之第一側528處藉由第二捕獲板524固定至承載構件，第一撓曲構件430安置於第二捕獲板524與承載構件506之間。以此方式，當承載構件506藉由線性延伸器502在第三方向504上移動時，第一撓曲構件430在第三方向504上撓曲以提供與線性延伸器502之定位力相反的恢復力。如圖5中可見，著陸構件508與承載構件506之第一側528及與操控器載台410處於支撐關係。
第二撓曲構件432自支撐塊428之與第一側434相對的第二側526延伸，且藉由第三捕獲板530固定至支撐塊428之第二側526，該第三捕獲板藉由諸如螺栓之方便的緊固件緊固至支撐塊428。在此，第一撓曲構件430和第二撓曲構件432具有相同的長度。第二撓曲構件432在第二方向126上朝向承載構件506延伸。此處，承載構件506為具有正方形輪廓之中空管。第二撓曲構件432附接至承載構件506之與第一側528相對的第二側532。第二撓曲構件432藉由第四捕獲板534固定至承載構件506之第二側532，第二撓曲構件432安置於第四捕獲板534與承載構件506之第二側532之間。第四捕獲板534藉由諸如螺栓之方便的緊固件緊固至承載構件506之第二側532。
此處，線性延伸器502穿過承載構件506之第二側532安置以在第一側528之內表面536處接觸承載構件506之第一側528。在線性延伸器502之力端540處的壓力構件538接觸第一側528之內表面536。壓力構件538將定位力施加至承載構件506之第一側528的內表面536。承載構件506在第一側528之外表面542處接觸第一撓曲構件432，從而經由第一撓曲構件432將定位力傳輸至接觸構件406之操控器載台410，且因此傳輸至操控器412。操控器412回應於由線性延伸器502施加之定位力而移動至由施加至線性延伸器502之致動控制(例如，在壓 電元件之狀況下為電壓)判定的精確部位。當與安置於基板支撐件102上之基板接觸時，線性延伸器502實現基板邊緣在第三方向504上之精確定位。因此，線性延伸器502精確地影響基板支撐件102上方之基板的邊緣區之高度，從而防止在其他區中基板之高度改變的情況下邊緣區與基板支撐表面201之間的接觸。在此狀況下，線性延伸器502具有約100μm之移動範圍，但可基於系統之特定架構及規模選擇線性延伸器502之移動範圍。第一撓曲構件430及第二撓曲構件432以及在此定向中之重力在承載構件506上提供與線性延伸器502之定位力相反的恢復力，使得當線性延伸器502之致動停止或減弱時，撓曲構件430及432之恢復力使承載構件506在與定位力之方向相反的方向上移動，從而減小在基板支撐件102之邊緣處的基板之高度。
線性延伸器502由基座構件404之延伸部546支撐，該延伸部在第二方向126上自基座構件404之第二側516朝向承載構件506延伸。鐙形件544自延伸部546延伸，與定位於鐙形件544中之線性延伸器502對準。此處，線性延伸器502為圓柱形主體，其具有在第三方向504上延伸且亦可在第一方向124及第二方向126上稍微延伸之軸線。線性延伸器502安置成其與力端540相對之支撐端548在鐙形件544中。線性延伸器502穿過第四捕獲板534、第二撓曲構件432以及承載構件506之第二側532延伸至承載構件506之內部，在力端540及抵靠承載構件506之第一側528之內表面536安置的壓力構件538中達到頂點。當經致動時，線性延伸器502因此產生鐙形件544與承載構件506之間的分離力，以使承載構件506在第三方向504上相對於鐙形件544及鐙形件544所附接之基座構件404移動。如上文所提及，當線性延伸器502之致動停止或減弱時，撓曲構件430及432使第三方向504上之運動反向。
再次參看圖4，固持器總成400具有經定位以將穩定的定位力供應至接觸構件406之兩個線性延伸器(在圖4中不可見)，接觸構件406之中心線的 一側一個線性延伸器。線性延伸器之位置可參見兩個支撐塊428、第一撓曲構件430以及捕獲板522、524及530。承載構件506亦可見。必要時，兩個線性延伸器允許在第三方向504上不同地致動接觸構件406之兩端或兩側，從而提供圍繞第二方向126上的軸可旋轉地定位一基板的能力，有時稱為θ-x定位能力。每一線性延伸器具有撓曲構件對，如圖5中所展示，參考第一撓曲構件430及第二撓曲構件432。每一撓曲構件對及每一線性延伸器耦接至設備，如圖5中所展示。
上文所描述之線性延伸器502與撓曲構件430及432協作以在第三方向504上定位操控器412，因此線性延伸器502有時被稱作z定位器。固持器總成402亦具有線性定位器436。在圖4之版本中，存在位於固持器總成402之相對末端附近的兩個線性定位器436：第一線性定位器436及第二線性定位器436。每一線性定位器436安置於各別編碼器438旁側且藉由在第二方向126上將定位力施加至接觸構件406來在第二方向126上定位接觸構件406。每一線性定位器436包括安置於圍阻體444中且抵靠壁446之延伸構件442。線性定位器436及編碼器438中之一者在圖5中可見。延伸構件442具有鄰接壁446之第一末端及安置於圍阻體444中之第二末端。編碼器438包括一對支柱552，其上支撐刻度尺550。支柱552附接至接觸構件406之支架424。圍阻體444之側壁556在支柱552之間可見，且穿過支架424與第一撓曲構件430之間的間隙。圍阻體444附接至基座構件404。壁446附接至接觸構件406之支軸408。讀取頭554附接至圍阻體444且突出至與刻度尺550對準。
圖6為圖4之固持器總成400的線性定位器436及編碼器438中之一者的細節視圖。此視圖係自支軸408之位置看向操控器載台410。安置於圍阻體444內部且延伸出該圖之平面之外的延伸構件442可見。讀取頭554包括附接至圍阻體444之支撐件602及附接至支撐件602之讀取器604。讀取器604與處於編碼器438之刻度尺550頂上的度量件608對準。支柱552自一側支撐刻度尺550，使得刻 度尺550自支柱552朝向圍阻體444延伸。因此，讀取器604可定位於刻度尺550與支架424之間，與度量件608對準。度量件608施加於刻度尺550之外表面610處，面向讀取器604。
編碼器438產生表示讀取器604相對於度量件608之位置的信號。度量件608藉由附接至支架424之支柱552的操作而附接至接觸構件406。讀取器604藉由支撐件602及圍阻體444之操作而附接至基座構件404。若接觸構件406相對於基座構件404在第三方向126上移動，則讀取器602記錄度量件608之位置的移位。為了補償此移位，可向延伸構件442供能以將第二方向126上之定位力施加至壁446(圖5)且因此施加至接觸構件406之支軸408。延伸構件442為雙向定位器，此意謂可施加使延伸構件442延伸或收縮之能量。延伸構件442可為氣動、電磁、機電或任何雙向可致動延伸構件。
再次參看圖5，當線性延伸器502(圖4之實施例中的兩個線性延伸器中之一者)在第三方向504上延伸時，接觸構件406之旋轉改變接觸構件406相對於基座構件404之角度θ。除了操控器412在第三方向504上之移動以外，此亦導致操控器412在第二方向126上之移動。編碼器438記錄在第二方向126上之此移動，且將指示接觸構件406相對於基座構件404之位置的信號發送至固持器總成控制器131(圖1)或在不存在分開的固持器總成控制器131之情況下發送至系統控制器129。作為回應，若所記錄之移動不在容限內，則固持器總成控制器131或系統控制器129可發送向線性定位器438供能之信號以在第二方向126上調整接觸構件406之位置。如圖4中所展示且如上文所論述，在固持器總成400中存在兩個線性定位器438。可一起向兩個線性定位器438供能以在第二方向126上調整整個接觸構件406之位置，從而補償由於接觸構件406之旋轉或由於噴墨印表機100中之任何其他未對準的在第二方向126上之任何錯位。
再次參看圖4，接觸構件406藉由樞軸443耦接至基座構件404，該 樞軸位於接觸構件406及基座構件404兩者之中心附近。樞軸443耦接至基座構件404且在靠近接觸構件406之中心的兩個支架424之間延伸穿過接觸構件406。撓曲板450圍繞樞軸443安置且在樞軸之兩側延伸至支架424。撓曲板450藉由各別捕獲板452固定至兩個支架424，該等捕獲板藉由諸如螺栓之方便的緊固件緊固至支架424。
圖7A為圖4之接觸構件406的俯視圖。基板702經展示為固持於操控器412上。出於參考目的，展示環繞兩個第二線性定位器438之組件。樞軸443包括在接觸構件406之中心附近延伸穿過接觸構件的樞軸支柱704。樞軸支柱704延伸穿過撓曲板450。撓曲板450允許接觸構件406根據由線性延伸器502施加之定位力在第三方向504上移動。
圖7B為圖4之接觸構件406之一部分的橫截面圖。樞軸支柱704具有第一末端720及第二末端722。第一末端720延伸穿過撓曲板450。第二末端722具有耦接至滑動構件726之凸緣724。
滑動構件726具有第一表面728、第二表面730及自第一表面728至第二表面730穿過滑動構件726之孔732。樞軸支柱704延伸穿過滑動構件726中之孔732。滑動構件726具有連接第一表面728與第二表面730之第三表面734。滑動構件726亦具有第四表面736，該第四表面與第三表面734相對且亦連接第一表面728與第二表面730。
第一溝槽738形成於第三表面734中。第二溝槽740形成於第四表面736中。第一導引構件742自基座構件404延伸且與第一溝槽738嚙合。第二導引構件744自基座構件404延伸且與第二溝槽740嚙合。滑動構件726沿著導引構件742及744滑動以允許滑動構件726在第二方向126(圖7A)上移動。
在此狀況下，樞軸支柱704藉由圍繞孔732形成於滑動構件726之第二表面730中的凹槽746緊固至滑動構件726。凸緣724與凹槽746嚙合，且在滑 動構件726與基座構件404之間捕獲於凹槽746中。樞軸支柱704延伸穿過撓曲板450，且藉由中心捕獲板710附接至撓曲板450。中心捕獲板710及撓曲板450兩者皆具有允許中心捕獲板710及撓曲板450繞樞軸支柱704旋轉移動之開口。以此方式，接觸構件406可繞樞軸支柱704旋轉。滑動構件726之運動允許接觸構件406在第二方向126上移動。在另一實施例中，樞軸支柱704可附接至滑動構件726。在圖7B中所展示之實施例中，樞軸支柱704之第二末端730可在凹槽746內相對於基座構件404旋轉達基座構件404與接觸構件406之間的額外旋轉自由度。
以此方式，線性延伸器502可根據自系統控制器129或固持器總成控制器131接收到之信號而致動，以將基板702之邊緣定位於基板支撐件200或102之支撐表面201上方的目標高度處。當接觸構件406在第三方向506上移動時，撓曲板450撓曲，因此提供與線性延伸器502之動作相反的額外恢復力。另外，線性定位器438可根據自系統控制器129或固持器總成控制器131接收到之信號而致動，以補償由操控器412在第三方向504上之移動及接觸構件406之伴隨旋轉引起的在第二方向126上之移位。滑動構件726允許接觸構件406在第二方向126上移動以對線性定位器438進行之定位作出回應。最後，可不同地致動線性定位器438以補償基板702之任何未對準或在將固持器總成400或106定位於固持器總成支撐件128上時的缺陷。樞軸支柱704允許接觸構件406根據由線性定位器438施加之差分定位繞樞軸支柱704旋轉。本文中所描述之系統達成基板702的精確定位以用於列印操作。
如上文所提及，本文中所描述之固持器總成能夠在第三方向上調整基板之邊緣的位置，且因此調整在基板之邊緣區處基板與基板支撐件之間的距離。在基板在第三方向上之整體定位改變的情況下，此能力可為有用的。在此類狀況下，可改變基板之邊緣區的位置以適應改變。圖8A為說明使用本文中所描述之實施例之基板邊緣定位的活動圖。基板826定位於基板支撐件802上方 以供處理。列印材料將自分配器828噴射至基板802上，該基板藉由氣墊支撐於基板支撐件802上方。可為本文中所描述之固持器總成中之任一者的固持器總成822定位成鄰近於基板支撐件802。固持器總成具有接觸表面824，例如圖5之接觸表面510。基板826藉由抽吸保持抵靠接觸表面824。基板支撐件802在分配器828與基板支撐件802之間形成支撐基板826之氣墊。基板支撐件802具有平坦之頂表面832。基板826亦為平坦的且在第一區833中在分配器828與基板826之頂表面之間具有均勻的分離距離。在第二區831中，基板826經偏轉以接取接觸表面824。基板826之頂表面具有與分配器828之不均勻的分離距離。本文中所描述之固持器總成能夠在第三方向上移動以校正此不均勻分離。因此，若基板826與分配器828之分離距離由於基板向接觸表面824之偏轉而不均勻，則可在第三方向上調整固持器總成822以移除偏轉。
圖8B為說明根據另一實施例之基板邊緣定位的另一活動圖。在此狀況下，使用基板支撐件850，其具有楔形邊緣852。基板支撐件850之楔形邊緣852鄰近於固持器總成822。基板支撐件850之支撐表面854在楔形邊緣852處在朝向固持器總成822之方向上退離基板。換言之，自楔形邊緣852至基板826之距離隨著與固持器總成822之距離增加而減小。楔形邊緣852最小化基板處理中之邊緣效應，從而促進在第三方向上調整邊緣區以移除基板826與分配器828之間的間隔之不均勻性，而不具有在基板826與支撐表面854之間的接觸的風險。
楔形邊緣852通常為線形的。亦即，楔形邊緣852為平坦表面，該平坦表面與支撐表面854形成介於約1°與約20°之間的角度，例如約5°。楔形邊緣852在平行於支撐表面854之方向上的寬度851為約10mm至約30mm，但可大於30mm。此處，楔形邊緣852經展示為與支撐表面852形成拐角。該拐角可為尖銳的，如此處示意性地描繪，或為圓角或倒角。舉例而言，可將具有約0.1mm之半徑的輕微倒角應用於楔形邊緣852與支撐表面854之間的接面。
雖然前述內容係針對本發明之實施例，但可在不脫離本發明之基本範圍的情況下設計本發明之其他實施例，且本發明之範圍由隨後之申請專利範圍判定。
100:噴墨印表機
102:基板支撐件
104:列印總成
106:固持器總成
108:基座
110:支撐表面
112:孔
114:分配器總成
116:列印支撐件
117:軌條或橫桿
118:列印總成控制器
119:分配器
120:台架
122:列印托架
124:箭頭/第一方向
126:箭頭/第二方向
128:固持器總成支撐件
129:系統控制器
130:邊緣
131:固持器總成控制器
132:固持器托架
134:基座構件
136:接觸構件
138:操控器
140:邊緣
142:接觸表面

Claims (20)

  1. 一種基板固持器總成，其包含：一基座構件，其具有在一第一方向上之一長軸及在垂直於該第一方向之一第二方向上的一短軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件，該接觸構件具有在該第一方向上之一長軸及在該第二方向上之一短軸；一固持器托架，其耦接至該基座構件；一線性延伸器，其耦接於該基座構件與該接觸構件之間且在與該第一方向及該第二方向相交之一第三方向上自該基座構件朝向該接觸構件延伸；及一撓曲構件，其耦接至該基座構件，在該第二方向上延伸，並且被設置在該線性延伸器與該接觸構件之間，且具有在垂直於該第一方向及該第二方向之一方向上的一撓曲方向。
  2. 如請求項1所述之基板固持器，其進一步包含一承載構件，該承載構件安置於該線性延伸器與該撓曲構件之間且在該第一方向上延伸。
  3. 如請求項2所述之基板固持器，其中該承載構件為一中空管。
  4. 如請求項3所述之基板固持器，其中該中空管具有一正方形輪廓。
  5. 如請求項4所述之基板固持器，其中該撓曲構件為一第一撓曲構件，且該基板固持器進一步包含一第二撓曲構件，其中該第一撓曲構件及該第二撓曲構件界定一撓曲構件對。
  6. 如請求項5所述之基板固持器，其中該第一撓曲構件在該承載構件之一第一側上在該承載構件與該接觸構件之間延伸，且該第二撓曲構件在該承載構件之與該第一側相對的一第二側上延伸。
  7. 如請求項6所述之基板固持器，其中該基座構件包括分離該第一撓曲構件與該第二撓曲構件之一支撐塊。
  8. 如請求項1所述之基板固持器，其中該基座構件為一底板。
  9. 如請求項1所述之基板固持器，其中該線性延伸器為一第一線性延伸器，且該基板固持器進一步包含一第二線性延伸器，該第二線性延伸器耦接至該基座構件且在該第三方向上自該基座構件朝向該接觸構件延伸。
  10. 如請求項9所述之基板固持器，其中撓曲構件對為一第一撓曲構件對，且該基板固持器進一步包含耦接至承載構件之一第二撓曲構件對。
  11. 如請求項10所述之基板固持器，其中該第二撓曲構件對之撓曲構件延伸至該承載構件之相對側。
  12. 如請求項11所述之基板固持器，其中該基座構件包括分離該第一撓曲構件對之撓曲構件的一第一支撐塊，及分離該第二撓曲構件對之該撓曲構件的一第二支撐塊。
  13. 一種噴墨印表機，其包含：一基板支撐件；一分配總成，其附接至該基板支撐件；及一固持器總成，其附接至該基板支撐件，該固持器總成包含：一固持器托架，其操作性地耦接至一滑件，該滑件附接至該基板支撐件；一基座構件，其耦接至該固持器托架且具有在沿著該基板支撐件之一側之一第一方向上的一長軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件且具有在該第一方向上之一長軸，該接觸構件具有在該接觸構件之鄰近於該基板支撐件之一邊緣處的一操控器；一第一線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該操控器之該邊緣的一部位處自該基座構件朝向該接觸構件延伸；一第一撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸；一第二線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該 操控器之該邊緣的一部位處自該基座構件朝向該接觸構件延伸；及一第二撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸。
  14. 如請求項13所述之噴墨印表機，其中該固持器總成進一步包含在該接觸構件之具有該操控器之該邊緣處的介於該基座構件與該接觸構件之間的一承載構件。
  15. 如請求項14所述之噴墨印表機，其中該第一撓曲總成及該第二撓曲總成中之每一者包含在該承載構件之一第一側上在該承載構件與該接觸構件之間延伸的一第一撓曲構件，及延伸至與該承載構件之該第一側相對的該承載構件之一第二側的一第二撓曲構件。
  16. 如請求項15所述之噴墨印表機，其中該第一撓曲總成及該第二撓曲總成中之每一者包含分離該第一撓曲構件與該第二撓曲構件之一支撐塊。
  17. 如請求項16所述之噴墨印表機，其中該固持器總成進一步包含一第一線性定位器及一第二線性定位器，該等線性定位器中之每一者耦接至該基座構件且在垂直於該第一方向之一第二方向上延伸至該接觸構件。
  18. 如請求項13所述之噴墨印表機，其中該基板支撐件具有鄰近於該固持器總成之一楔形邊緣。
  19. 一種基板固持器總成，其包含：一固持器托架；一基座構件，其耦接至該固持器托架且具有在一第一方向上之一長軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件使得該基座構件介於該固持器托架與該接觸構件之間，該接觸構件具有在該第一方向上之一長軸，該接觸構件具有沿著該接觸構件之一長邊緣延伸的一操控器；一第一線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該操控器之該邊緣的一部位處穿過該基座構件延伸至該接觸構件； 一第一撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸；一第二線性延伸器，其耦接至該基座構件且在鄰近於該接觸構件之具有該操控器之該邊緣的一部位處穿過該基座構件延伸至該接觸構件；及一第二撓曲總成，其耦接至該基座構件且朝向該操控器延伸。
  20. 一種基板固持器總成，其包含：一基座構件，其具有在一第一方向上之一長軸及在垂直於該第一方向之一第二方向上的一短軸；一接觸構件，其耦接至該基座構件，該接觸構件具有在該第一方向上之一長軸及在該第二方向上之一短軸；一固持器托架，其耦接至該基座構件；一線性延伸器，其耦接於該基座構件與該接觸構件之間且在與該第一方向及該第二方向相交之一第三方向上自該基座構件朝向該接觸構件延伸；及一撓曲構件，其耦接至該基座構件和該接觸構件，在該第二方向上延伸，且具有在垂直於該第一方向及該第二方向之一方向上的一撓曲方向。
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