印表機的墨水供應裝置的製作方法
2023-05-29 13:22:26 1
專利名稱：印表機的墨水供應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種印表機的墨水供應裝置。
背景技術：
更特別地，但不是絕對地，本發明涉及一種適用於列印A4幅面紙張的按需噴墨式列印頭的墨水供應裝置，該列印頭能夠以1600dpi的解析度每分鐘列印160張。
所述裝置可用於印表機的整體設計，在設計中採用由可替換的列印頭模塊組成的長度大約8英寸(20cm)的列印頭模塊組。此系統的一個優點在於容易拆卸和更換列印頭模塊組中損壞的模塊。這樣，當整個列印頭中只有一個列印片損壞時，不必廢棄整個列印頭。
所述印表機中的列印頭模塊能夠採用「Memjet」晶片，此種晶片的微型機械與微型機電一體化系統(MEMS)中安裝有大量熱敏元件。本申請中採用的熱敏元件可以和美國專利6044646(US Patent No6,044,646)中所述的相同，然而採用不同的MEMS列印晶片採用本發明的墨水供應裝置的列印頭，其典型方案可採用六個墨水倉，既適用於列印四分色(CMYK)，也可以使用遠紅外墨水與定影墨水列印。
每個列印頭模塊通過一個傳送墨水的分配元件獲得墨水。典型的方案是採用十個模塊相連排列組成8英寸長的整體列印頭組件，以列印A4幅面的紙張，而不用在紙寬方向移動列印頭。
列印頭本身是模塊化的，所以總寬為8英寸的列印頭組可被設置形成任意長度的列印頭。
此外，第二個列印頭組件可以安裝在進紙通道的另一側，以實現快速雙面列印。
如果所述裝置的墨水供應軟管縱向伸長不會超出該裝置的紙寬幅度範圍，那麼可採用空間利用效率較高的方式將加長的紙寬列印頭組件放置在印表機外殼中。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種印表機的墨水供應裝置。
本發明的目的之二是提供一種從軟管接受墨水的列印頭組件，所述軟管的伸長不超出該組件的紙寬幅度範圍。
本發明的目的之三是提供一種墨水供應裝置，適用於所述紙寬的列印頭組件。
本發明的目的之四是為列印頭組件提供一種墨水供應裝置，所述列印頭組件上安裝有大量的列印片，每個列印片包含大量的微型機械與微型機電一體化系統(MEMS)列印元件。
本發明的目的還包括提供一種向印表機的列印頭組件中的列印模塊供應墨水的方法。
本發明提供一種列印頭組件，該組件包括一個加長的紙寬墨水分配架，該分配架的延伸方向與紙寬方向相同，並向多個分布在大體上橫跨紙寬方向上的噴墨口傳送墨水，該分配架包括一個與墨水軟管連接的輸入埠，所述分配架通過所述墨水軟管接收墨水，其中所述墨水軟管從輸入埠伸出的方向大體上垂直於所述的紙寬方向。
優選地，所述輸入埠大體上位於所述墨水分配架兩端之間的中間位置處。
優選地，所述的列印頭組件包含一個由多個列印模塊組合而成的列印模塊組，其總寬度等於紙寬，所述的每個列印模塊之上都有多個前文所述的噴墨口。
優選地，列印頭組件中根據需要列印的顏色的數量，設置相同數量的所述輸入埠，如此，該列印頭組件可以設置列印彩色圖像。
優選地，根據輸入埠的數量設置相同數量的墨水軟管，並且所有墨水軟管從輸入埠伸出的方向大體上垂直於所述的紙寬方向。優選地，安裝在印表機中的列印頭組件包括一個步進電機，該步進電機用來驅動印表機中的輔助設備，該步進電機的安裝位置在墨水分配架的縱向方向不超出該墨水分配架的界限。
通過參考附圖以及實例對本發明的較佳方式進行描述，其中圖1為一種印表機械組件的前視立體圖；圖2為圖1中所述的印表機械組件的後視立體圖；圖3為圖1中所述的印表機械組件的分解立體圖；圖4為列印頭組件的示意性前視立體圖；圖5為圖4中所述的列印頭組件的示意性後視立體圖；圖6為所述列印頭組件的分解立體圖；圖7為圖4至圖6中列印頭組件，在列印頭中間部位所取截面的剖視圖；圖8為圖4至圖6中列印頭組件，在圖4中靠近左端部位所取截面的示意性的剖視圖；圖9A為在列印頭的多層墨水分配結構中列印片與噴墨口保護器的安裝示意性剖視圖；圖9B為圖9A的放大剖視圖；圖10為列印頭蓋組件的分解立體圖；圖11為一種墨水分配元件的示意性立體圖；圖12為本發明中多層墨水分配結構的各層的分解示意圖；圖13為圖9A與圖9B中從所述結構上部看的臺階截面圖；圖14為圖13中所述結構從下部看的臺階斷面圖；圖15為第一層的示意性立體圖；圖16為第二層的示意性立體圖；
圖17為第三層的示意性立體圖；圖18為第四層的示意性立體圖；圖19為第五層的示意性立體圖；圖20為空氣閥元件的立體圖；圖21為滾筒右端的後視立體圖；圖22為滾筒左端的後視立體圖；圖23為所述滾筒的分解圖；圖24為所述滾筒的橫截面剖視圖。
圖25為光學紙傳感器裝置的前視立體圖；圖26為列印頭組件與連接在墨盒上的墨水線的示意性立體圖；圖27為圖26的部分分解圖。
具體實施例方式
在圖1至圖3中示意性地圖示了印表機械組件的核心部件，所示為本發明中層式墨水分配結構的總體布局。所述印表機械組件包括一個由壓制鋼、鋁、塑料或其它剛性材料製成的底盤10。底盤10安裝在一印表機的主體內，並且底盤10用於將一個列印頭組件11、一個進紙機構和其它的相關部件安裝在印表機的外部塑料外殼內。
概括地說，底盤10支撐列印頭組件11，這樣，墨水從此處噴射到紙張上或其它的列印介質上，所述紙張或其它的列印介質由進紙機構傳送，其從所述列印頭的下方通過出口槽19傳送。所述進紙機構包括進紙驅動輪12、進紙從動輪13、由14指代的滾筒、退紙輪15和針輪組件16，所有這些部件都由步進電機17驅動。這些進紙部件都安裝在一對軸承模件18之間，而所述軸承模件安裝在底盤10的兩端處。
列印頭組件11通過一對列印頭隔板20安裝在底盤10上，所述列印頭隔板20安裝在底盤10上。所述隔板模件20把列印頭組件的長度增加到220mm，使得寬度為210mm的紙張兩邊都留有間隙。
在圖4至圖8中所示為列印頭的結構。
列印頭組件11包括一個印刷電路板(PCB)21，該印刷電路上裝有各種電子器件，包括一個64MB的動態隨機存儲器(DRAM)22，一個光電晶片(PEC)23，一個QA晶片連接器24，一個微控制器25，以及一個雙電機驅動晶片26。所述列印頭的長度一般為203mm，帶有10個列印片27(圖13)，通常每個長度為21mm。這些列印片27的安裝方向都略微偏離列印頭的縱軸(圖12)，每個列印片之間都略有重合，使得墨水在整個陣列的長度範圍內可以連續的傳送。每個列印片27的一端都與自動存儲組片(TAB)28電性相連，自動存儲組片(TAB)28的另一端通過一個TAB支持片29保持電性連接到印刷電路板21的下表面。本申請人優選的列印晶片結構如美國專利6,044,646(US Patent No 6,044,646)中所述。每個這樣的列印片27的長度大約是21mm，不到1mm寬，厚度為0.3mm左右，在其下表面有數千個MEMS噴墨口30，如圖9A與圖9B中所示意的，這些噴墨口大體上排列成六行——每行適用於一種墨水。每行噴墨口都按照一定的交錯圖樣，使得列印出的點間的距離更小。六行相應的墨水通道31從列印片的尾部延伸到每個噴墨口的尾部，向噴墨口傳送墨水。為了保護列印片表面的精細噴墨口，每個列印片都帶有一個噴墨口保護器43，如圖9A所示，微孔44對準噴墨口30，使得從噴墨口噴出的墨滴能夠快速穿過微孔噴到滾筒14上的紙張上。
墨水經由分配器35與多層墨水分配組36傳送到列印片，分配器35與多層墨水分配組36是列印頭11的一部分。來自墨盒93(圖26與圖27)的墨水通過單個墨水軟管94傳送到單個墨水輸入埠34，墨水輸入埠34與塑料的導管蓋39是模具成型的整體零件，而導管蓋39成為分配器35的蓋子。如圖4與圖6所示，墨水輸入埠34的位置使得墨水軟管94從墨水分配器35側向伸出。在優選的實施例中，墨水輸入埠34的位置位於墨水分配器35長度方向中間的位置。墨水輸入埠34位於此位置，安裝列印頭的空間的長度不需要比列印頭的總長度長很多。在前述的列印頭中，墨水從列印頭的一端進入列印頭。這樣的設置在長度方向的空間利用效率不高，原因在於需要在列印頭的一端與列印頭箱內壁之間安放軟管。在本發明所述的實施例中，在列印頭的一端有一個步進電機17，此種設置在本發明中不是必須的，代替步進電機在列印頭一端的方案是，步進電機布置在列印頭的旁側，位於列印頭的上方或下方，步進電機輸出的動力通過空間利用效率較高的傳動方式傳遞給進紙驅動輪12、進紙從動輪13、滾筒14，退紙輪15和針輪組件16，上述的傳動可以由齒輪或皮帶傳動方式實現。進一步提高列印頭安裝倉長度方向的利用效率，可以通過使墨水輸入埠34的伸出方向垂直於墨水分配器而實現，這樣，墨水傳送軟管在長度方向不會超出分配器的範圍。
參見圖7，墨水分配器35包含六個獨立的縱向墨水導管40與一個貫穿整個陣列的空氣導管41。墨水從輸入埠34經由交叉的墨水導槽42流到相應的墨水導管40。應該提出的是，儘管實施例中採用的是六個導管，導管的數量也可以採用其它數量。採用六個導管的印表機即可列印四分色(CMYK)，也可以使用遠紅外墨水和定影液列印。
空氣通過空氣輸入埠61傳送到空氣導管41，向每個列印片27提供空氣，參看圖6至圖8、圖20與圖21，具體內容在後敘述。
分配器35下部有縱向延伸凹槽45，位於凹槽中的是由數個層壓薄片組成的多層墨水分配組36。分配組的每層通常都是以塑料為原料，用模具加工製成。自動存儲組片(TAB)28從列印頭PCB 21底面延伸而出，繞過分配器35的後部，連接到對應的自動存儲組片槽46中(圖21)，沿著多層墨水分配組36中的晶片倉層47分布有多個所述的自動存儲組片槽46。自動存儲組片(TAB)28把來自印刷電路板PCB 21的信號傳遞給由多層結構支撐的各個列印片27。
所述分配器、多層墨水分配組36與相關部件在圖7至19中描述得十分清楚。
圖10描述了一個整體注塑零件的分配器蓋39，分配器蓋39上有許多的定位栓48，定位栓48的功能在於安裝上部列印頭蓋49。
如圖7所示，每個墨水傳輸埠50連接一個墨水導管39(左起，第4個導管)，其下部與分配元件中六個下方墨水導管或過度導管51中的一個相連。所有的墨水導管40都有相應的墨水傳輸埠50，墨水傳輸埠50又與各自的過度導管51相連。過度導管51彼此平行，但卻事實上與墨水導管40成一定的角度，以便與多層墨水分配組36第一層52上的每排墨水孔對準，具體見下文描述。
第一層52為10個列印片27中的每一個設有24個獨立的墨水孔53。就是說，如果有10個列印片，第一層52就共包含有240個墨水孔53。第一層52還包括一組沿其一長邊分布的空氣孔54。
每組24個墨水孔53呈矩形排列，相互對齊。4個孔組成一排，每排對準一個過度導管51，並平行於相應的列印片。
第一層52的下表面包括下部凹槽55。每個凹槽55與每排四個孔中最中間的兩個孔中的一個相連(從層52斷面的方向看)。也就是，墨水孔53a(圖13)傳運墨水到圖14中所示的右部凹槽55a；反之，墨水孔53b(圖13)傳運墨水到圖14中所示的左側下方的凹槽55b。
第二層56包括一對狹槽57，每一個狹槽都從第一層的下部凹槽55中的一個獲取墨水。
第二層56也包括墨水孔53，其與第一層52中的外部兩組孔53對齊。也就是，墨水穿過第一層52對應每個列印頭的外側的16個孔53，再直接穿過第二層56相應的孔53。
第二層56的底部有大量的橫向延伸的狹槽58，使得墨水可以通過孔53c和53d向中間流動。這些狹槽與第三層60的一對狹槽59對齊。應該指出的是，第三層60對應每個列印片設有4條狹槽59，中間的兩條狹槽位於外部兩條狹槽之間，並且與第二層56的兩條狹槽對齊。
第三層60還包括一組空氣孔54，與第一層52、第二層56相應的空氣孔陣列54對齊。
第三層60對應每個列印片只留有8個墨水孔53。這些最外部的墨水孔53與第一層和第二層相對應的墨水孔53對齊。如圖9A和圖9B所示，第三層60在內表面上帶有與每個墨水孔53相對應的狹槽61。狹槽61把從對應墨水孔53流來的墨水導流至狹槽59處。
如圖9A和圖9B所示，多層墨水分配組36頂部的三層的作用是導流墨水(如圖9B中的虛陰影線所示)，把墨水從分配器上較粗的墨水導管40，經過每個列印片27的上表面，導流到與墨水通道31相連的狹槽。
如圖13，從多層墨水分配組的上方看的視圖，所示，狹槽57和59實際上被包含在一個離散的線形狹槽組中。
多層墨水分配組36的第四層62包括一個由十個片-狹槽65組成的陣列，每個片-狹槽65都和一個列印片27的上部相連。
多層墨水分配組36的第五層也即最後一層也包括一個由十個片-狹槽65組成的陣列，每個片-狹槽65都與列印片和噴墨口保護器組件43相連。
自動存儲組片(TAB)28被夾在第四層62和第五層64之間，第四層或第五層中的一個或兩個共同提供凹槽，以容納自動存儲組片(TAB)28的厚度。
多層墨水分配組36是使用乙縮醛類的原料採用精密微成型模具注射成型的。其中容納著列印片27陣列，列印片27帶有自動存儲組片(TAB)28，並且如前所述，自動存儲組片(TAB)28已經與導管蓋39組合併相連。
內壁上微成型的肋結構合在一起，為自動存儲組片(TAB)28提供支撐。自動存儲組片(TAB)28形成了列印頭模塊的內壁，其內部的肋條形成了許多完整的結構以支撐柔軟薄片。自動存儲組片(TAB)28的邊密封在導管蓋39的內壁上。晶片粘合在100毫米寬的肋上，所述肋沿著微成型模具的長度延伸，這是最終直接向噴墨口供應墨水的環節。
微成型的設計使得列印片在排成一排時可以重疊。因為列印頭晶片形成了一條有較大容許偏差的連續的帶，所以可以通過對其進行數位化調整，以實現近於完美的列印模式，而不是依靠精度要求十分高的模具與特殊的材料來實現相同的功能。模塊的節距通常是20.33mm。
多層墨水分配組36的各層、導管蓋39與分配器結合密封的方式可以採用膠接或其他的方法結合在一起以提供一密封單元。墨水通路可以採用透明的塑料薄膜密封，這樣可以顯示墨水通路中存有墨水的多少，所以貼膜上部摺疊時，可以將其全部揭去。充墨完成。
多層墨水分配組36的第四層52、56、60、62對準與空氣通道63相連的空氣孔54，空氣通道63是由第四層62的下底面形成的溝槽，參見圖9b與圖13。這些通道，在印表機工作時，向列印片與噴墨口保護器43之間的空間通入壓力空氣。從壓力區過來的空氣穿過噴墨口保護器中的微孔44，以防止灰塵與汙物沾在孔隙中。壓力空氣的輸入可以關閉，以在印表機不工作時，防止噴墨口表面的墨水乾燥，控制空氣輸入採用的空氣閥組件參見圖6至圖8、圖20、圖21。
參見圖6至圖8，在列印頭的空氣導管41中，有一個空氣閥元件66，其底部帶有一系列的微孔67形成了一個通道。這些微孔的孔距對應於空氣導管41底部的空氣通道68(參見圖6)，空氣閥元件在空氣導管中可以縱向移動，使得微孔67可以與通道68對齊，以經由多層墨水分配組36向列印片與噴墨口保護器之間的空隙吹入空氣，或者移離對齊的位置關閉空氣供應。壓縮彈簧69使得空氣閥元件66的底部與空氣導管41的底部密封，以防止在閥關閉時，空氣洩漏。
空氣閥元件66的一端有一個凸輪從動件70，該凸輪從動件與滾筒14一端的端蓋74上的空氣閥凸輪表面71相配合，其作用在於根據多位置滾筒14的旋轉位置，在空氣導管41內縱向移動空氣閥元件，多位置滾筒14，根據印表機的工作狀態，可以在列印、停止、吸墨三個位置之間旋轉，下文將參照圖21至圖24更詳細地加以說明。當滾筒14處在列印的周向位置時，凸輪使空氣閥保持在開的位置向列印片的表面吹入空氣，而在滾筒14旋向不列印的位置，關閉噴墨口保護器上的微孔時，凸輪把空氣閥元件移到閥門關閉的位置。
參照圖21至圖24，滾筒14與列印頭平行，由安裝在軸承件18上的旋轉軸73支撐，旋轉軸的轉動採用齒輪79傳動(參見圖3)。該軸的兩端各有一個右端蓋74和一個左端蓋75，以及凸輪76、77。
滾筒14有一個滾筒面78、一個蓋壓面80與一個外露的吸墨面81，都沿其長度方向分布，其間隔為120度的角度。在列印時，滾筒轉動使滾筒面78位於背對列印頭的位置，這樣，滾筒面充當列印紙正在被列印部分的支撐。當印表機處於不工作狀態時，滾筒轉動使蓋壓面80接觸列印頭的底部，密封微孔44所在的環境。這一措施，與關閉空氣閥的措施一起，當滾筒14處在壓蓋位置時，保持印表機噴墨口表面處在一個封閉的空氣環境中。這樣在印表機不工作時，減少了墨水溶劑(通常是水)的蒸發，也就減少了噴墨口表面墨水的凝結。
滾筒14的第三個功能是作為吸墨器吸取印表機啟動或維護時從噴墨口大量流來的墨水。在印表機的這種模式下，滾筒14轉動，使得外露的吸墨面81在噴墨路徑上與噴墨口保護器43相對。外露的吸墨面81是滾筒14內部的一個吸墨材料體82的外露面，這樣外露的吸墨面81吸收的墨水被吸入滾筒體的內部。
滾筒結構的更詳細的細節可以參看圖23與圖24。滾筒通常包括由擠壓或注塑工藝成型的滾筒體83，該滾筒體構成滾筒的外表面78，並可裝入由吸墨材料82成型的部件，在滾筒體上開有縱向的狹槽，形成外露的吸墨面81。滾筒體83上平坦的部分84作為安裝蓋壓件80的基面，蓋壓件80包括一個壓蓋室85、一個壓蓋密封件86和一個與噴墨口保護器43接觸的泡沫件87。
參看圖1，每個軸承件18安裝在一對豎直的支撐杆101上。就是說，端蓋組件安裝在四根支撐杆101上，使該組件可以垂直移動。在端蓋組件的兩端各有一個彈簧102使組件偏離至凸起的位置，使凸輪76、77與隔板的凸出部分100保持接觸。
當列印頭11不工作時，同寬度的蓋壓件80使用人造橡膠(或類似材料)密封條把列印頭蓋住。為了旋轉滾筒組件14，主輥子的驅動電機倒車。這使得回動齒輪與滾筒組件一端的齒輪79嚙合，並轉動滾筒組件使之轉到三個具有不同功能的位置，每個位置相差120度。
滾筒端蓋74、75上的凸輪76、77與相應列印頭隔板20上的凸出部分100相配合，以根據滾筒的旋轉位置控制滾筒與列印頭之間的間距。通過這種方式中，滾筒在變換旋轉方向的位置時被從列印頭移開，以為位置變換提供充分的空間，當滾筒旋轉位置變換完成後，把滾筒移回，使之與列印頭保持適當的距離，以實現其相應的為支撐紙張、蓋壓與吸墨的功能。
此外，所述的旋轉滾筒的凸輪裝置還可以實現精確調整滾筒表面的列印頭噴墨口之間的間距，只要輕微轉動滾筒14即可。這可以調節因為使用厚度不同的列印介質而產生的滾筒與列印頭之間間距的變化，間距的變化可以通過圖25中所示的光學紙張厚度感應裝置檢測紙張厚度後得出。
光學紙張厚度傳感器包括一個光學傳感頭88和一個傳感標記裝置，所述光學傳感頭88安裝在印刷電路板(PCB)21的下表面上，所述傳感標記裝置安裝在從分配器上伸出的臂89上。傳感標記裝置包括一個安裝在軸91上的傳感標記90，有一個扭轉彈簧92使軸91偏轉。當紙張進入進紙棍子時，傳感標記90的最低部分接觸到紙張，並且向與彈簧92扭轉方向相反的方向旋轉一定的角度，旋轉的角度取決於紙張的厚度。光學傳感器檢測傳感標記的運動，而印刷電路板(PCB)根據檢測到的紙張厚度，使滾筒14轉動一定的角度，以優化紙張表面與噴墨口之間的距離。
圖26和圖27顯示列印頭組件連接可更換墨盒93的附加裝置。六種不同的墨水通過軟管94供應給列印頭，軟管94從位於印表機內部的一組雌墨水閥95引出。可更換墨盒93內含六個隔開的墨水膽與其對應的一組雄墨水閥，墨盒插接在印表機上時，所述的一組雄墨水閥與所述的一組雌墨水閥95配對連接。所述墨盒還包括一個空氣入口96和一個空氣過濾器(圖中沒有顯示)，與位於墨水閥旁邊的空氣入口接頭97連接，並連通氣泵98，形成空氣輸入通道，向印表機提供過濾後的空氣。在墨盒中還包括一個QA晶片。所述QA晶片與位於墨水閥95和印表機內部的空氣入口接頭96之間的一個連接端子99相連，當墨盒插接在連接端子上時，為QA晶片與印刷電路板(PCB)上的QA晶片連接器24之間提供通訊聯繫。
權利要求
1.一種列印頭組件，包括一個加長的紙寬墨水分配架，所述墨水分配架在縱向與紙寬方向平行，並且向位於大致橫跨所述紙寬方向的數個噴墨口傳送墨水，該墨水分配架包括一個設置用來與墨水傳送軟管相連的輸入埠，所述墨水分配架通過上述的輸入埠接收墨水，其特徵在於，所述墨水傳送軟管從所述輸入埠引出的方向大致垂直於所述的紙寬方向。
2.根據權利要求1所述的列印頭組件，其特徵在於，所述輸入埠大致位於上述墨水分配架兩端之間的中部處。
3.根據權利要求1所述的列印頭組件，其特徵在於，所述的列印頭組件包括一個由列印模塊組成的、總寬度大致等於紙寬的列印模塊組，每一個列印模塊上都包含有所述的噴墨口。
4.根據權利要求1所述的列印頭組件，其特徵在於，所述列印頭組件可設置用於列印彩色圖像，其中可根據所需列印顏色的數量設置數個輸入埠。
5.根據權利要求4所述的列印頭組件，其特徵在於，根據上述輸入埠的數量可設置相應數量的墨水傳送軟管，所述墨水傳送軟管從輸入埠引出的方向大致垂直於所述的紙寬方向。
6.根據權利要求1所述的列印頭組件其特徵在於，所述列印頭組件安裝在印表機中，並且包括一個驅動印表機輔助設備的步進電機，所述步進電機的位置不超出墨水分配架長度方向的範圍。
全文摘要
本發明公開了一種列印頭(11)組件，所述裝置包含一個加寬的紙寬墨水分配架(35)，所述墨水分配架與紙寬方向平行，向橫跨所述紙寬方向的數個噴墨(30)傳送墨水。所述墨水分配架(35)包含多個與墨水傳送軟管(94)相連的輸入埠(34)，墨水分配架(35)通過所述的多個埠(34)接收不同顏色的墨水。所述墨水傳送軟管(94)從埠(34)引出的方向垂直於列印頭(11)的紙寬方向，使得安裝列印頭(11)的機倉結構緊湊。
文檔編號B41J2/165GK1551831SQ02817290
公開日2004年12月1日 申請日期2002年8月6日 優先權日2001年9月4日
發明者卡·西爾弗布魯克, 卡 西爾弗布魯克 申請人:西爾弗布魯克研究有限公司