具有加热的遮挡板的打印头的制作方法
本发明涉及一种喷墨打印头。已经开发的喷墨打印头主要是为了提供适于高速页宽打印的鲁棒性全色打印头。
背景技术：
本申请人已开发了一系列如在例如wo2011/143700、wo2011/143699和wo2009/089567中所描述的
目前，用于桌面打印的多色
然而，在高的打印速度下，该lcp歧管具有某些实践限制。当打印头以高速运行时，从lcp歧管到打印头芯片的用于输送多种墨料的多个错综复杂的墨料通路可能会导致意外的灌注启动不足(de-priming)。在靠近打印头芯片没有足够大的墨料体的情况下，这些芯片可能在高墨料需求量期间缺墨，并且导致芯片灌注启动不足。其次，这些错综复杂的墨料通路容易夹带空气泡；如果空气泡夹带在系统中，则打印头芯片将变得缺墨并且发生无法灌注启动。因此，希望提供一种适合于高速打印的彩色打印头，其耐受空气泡并且不易发生无法灌注启动事件。
虽然lcp是a4打印头的理想材料选择、其cte类似于硅，但它典型地缺乏制造更长打印头(例如，a3打印头)所需的刚性。希望提供一种适合于制造可以长于a4大小的打印头的打印头结构。
页宽打印头中的打印头电连接典型地是经由一个或多个柔性pcb(缠绕在打印头的外部侧壁上)来实现。一种替代性的更复杂的途径是将电线引导穿过叠层的陶瓷墨料歧管的层(例如，参见转让给hp公司的us6322206)。然而，柔性pcb很昂贵并且显著地增加了制造成本。此外，将柔性pcb弯折紧的角度使pcb产生应变并且限制了可以结合在其上的部件。因此，希望提供一种鲁棒性的廉价的替代方案来替代用于页宽打印头中的常规电线布置。
对于喷墨数字印刷机，多个单色打印头典型沿着介质进给方向堆叠，如us8845080中描述的。这种布置通过在每个打印头中使用多个墨料通道打印一种颜色的墨料，来实现非常高速的打印。然而，以这种方式堆叠打印头的问题在于，当用户更换打印头时，需要精确对准打印头。此外，对介质进给机构有很高的要求，介质进给机构必须在相对长的打印区上维持打印介质与打印头的对准。因此，希望提供一种适合于桌面打印的可更换打印头，其可以高速打印多种颜色、并且不需要在现场对准多个打印头。
技术实现要素：
在第一方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
刚性长形歧管，所述刚性长形歧管具有沿着所述歧管延伸的第一、第二、第三和第四平行的供墨通道；以及在所述歧管中限定的对应的第一行、第二行、第三行和第四行平行的出口，每行出口与所述供墨通道中的相应一个供墨通道处于流体连通，其中，第一输墨组包含所述第一行出口和第二行出口，并且第二输墨组包含所述第三行出口和第四行出口；
安装至所述歧管的整体式下表面上的第一打印头芯片阵列，每个第一打印头芯片从所述第一行出口和第二行出口接收墨料；以及
安装至所述歧管的所述下表面上的第二打印头芯片阵列，所述第二打印头芯片阵列与所述打印头芯片阵列平行并对齐，每个第二打印头芯片从所述第三行出口和第四行出口接收墨料，
其中，所述第一输墨组与第二输墨组之间的距离大于所述第一行出口与第二行出口、或所述第三行出口与第四行出口之间的距离。
根据第一方面的打印头有利地能够从单个可更换的打印头打印四种颜色的墨料(例如，cmyk)，同时简化打印头管道和对准问题。特别地，可以将多通道打印头芯片进行管道连接成仅打印两种墨料颜色，并且将打印头芯片以例如两个平行的行附接至歧管的共同表面上，以允许打印所有四种墨料颜色。通过在单个可更换歧管上布置两行打印头芯片，可以在工厂而不是在现场由用户或技术人员高准确度地执行芯片的精确对准。此外，由于每个打印头芯片被配置用于打印4个或更多(例如，4、5、6或7)个墨料通道，因此每种颜色具有冗余，这增大了打印速度和/或最小化了由死区喷嘴引起的打印伪影。在具有5个墨料通道的
优选地，每行打印头芯片经由相应的介入结构附接至所述下表面。所述介入结构优选地是相应的一行打印头芯片共用的。
优选地，每个介入结构包括其中限定了多个孔的膜或垫片。
优选地，所述垫片具有5ppm/℃或更小的cte、更优选地2ppm/℃或更小的cte。
优选地，垫片由铁与选自镍、钴和铬组成的组的至少一种其他金属的合金构成。典型地，所述合金是因瓦合金材料。优选地，所述因瓦合金材料是由约36％的镍和64％的铁组成的单相合金；但是，其他因瓦合金变体也在本发明的范围内。
优选地，所述垫片被接纳在所述下表面的相应凹入部分中。所述凹入部分可以由所述下表面的一个或多个台阶特征限定。
优选地，每行印头芯片包括被布置成行的多个邻接的打印头芯片。
优选地，每个供墨通道包含不同颜色的墨料，并且每个打印头芯片被配置用于打印两种不同颜色的墨料。
优选地，每个打印头芯片对于每种颜色的墨料包括至少两行对准的喷嘴。相应地，所述打印头对于每种墨料颜色具有冗余，这有利地改善了页宽阵列的打印品质。
优选地，每个打印头芯片关于纵向轴线不对称。
优选地，所述第一行和第二行打印头芯片具有镜像对称性，所述第二行打印头芯片是相对于第一行打印头芯片相反定向的。
优选地，所述第一行和第二行中的打印头芯片的相反的纵向远侧边缘具有键合焊盘以电连接至所述打印头芯片上。
优选地，第一行与第二行打印头芯片之间的距离小于50mm、小于30mm、小于20mm、或者小于15mm。优选地，第一行与第二行打印头芯片之间的距离在5mm至20mm的范围内。
优选地，由第一行和第二行打印头芯片限定的打印区的宽度小于50mm、小于30mm、小于20mm、或者小于15mm。优选地，所述打印区具有在5mm至20mm范围内的宽度。
在第二方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
歧管，所述歧管具有在歧管表面中限定的多个墨料出口；
多个打印头芯片，所述多个打印头芯片安装至所述歧管表面上并且与所述墨料出口对准；
安装至所述歧管表面上并且与所述墨料出口偏离的pcb，所述pcb电连接至所述打印头芯片上；以及
覆盖所述pcb的遮挡板，
其中，所述遮挡板的一个面与所述pcb处于热接触，并且其相反的暴露面限定了所述打印头的下表面。
根据第二方面的打印头有利地将用于打印头的保护遮挡板加温，以将打印期间墨料气溶胶在遮挡板上的冷凝最小化。墨料气溶胶的冷凝在喷墨打印机中、尤其是在较长的打印运行期间是有问题的，因为在打印头上形成冷凝的墨滴可能导致打印品质降低。
优选地，遮挡板是电绝缘的。
优选地，打印头芯片经由垫片安装至歧管表面上。
优选地，遮挡板紧密地接触pcb的下表面。
优选地，pcb是刚性pcb(例如，基于fr4的pcb)。
优选地，pcb的下表面与垫片的下表面共面。
优选地，pcb比垫片厚，并且歧管表面是阶梯状的以容纳具有相应的共面下表面的所述pcb和垫片。
优选地，遮挡板粘合至pcb上以及垫片的一部分上。
优选地，垫片具有与打印头芯片偏离的至少一个空隙区域，所述空隙区域将遮挡板的一部分与歧管热隔离。
优选地，所述打印头包括一行打印头芯片，并且pcb与这行打印头芯片相邻地纵向延伸。
优选地，所述打印头包括第一行和第二行打印头芯片，第一行打印头芯片具有相应的第一pcb，并且第二行打印头芯片具有相应的第二pcb，其中，第一和第二pcb被定位在所述第一行和第二行打印头芯片的相反纵向远侧处。
优选地，所述第一和第二pcb至少部分地缠绕在第一行和第二行打印头芯片的末端上。
优选地，在第一行打印头芯片与第二行打印头芯片之间限定了中央纵向区域。
优选地，所述遮挡板是覆盖第一和第二pcb的外周遮挡板，所述外周遮挡板具有覆盖所述中央纵向区域的中央腿。
优选地，第一行和第二行打印头芯片经由垫片安装至歧管上，其中，所述垫片具有与所述中央纵向区域重合的至少一个空隙区域，所述空隙区域将所述遮挡板的中央腿与歧管热隔离。
在第三方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
刚性长形歧管，所述刚性长形歧管具有沿着其长度延伸的一个或多个供墨通道以及在其中限定的多个墨料出口；
附接至所述歧管上的垫片，所述垫片具有多个垫片孔以用于从所述墨料出口接收墨料；以及
粘性地粘合至所述垫片上的多个打印头芯片，每个打印头芯片从所述墨料出口中的一个或多个墨料出口接收墨料；
其中，所述垫片由热膨胀系数(cte)为5ppm/℃或更小的金属合金构成。
根据第三方面，本发明有利地能够构造相对长的单体式打印头，其可以长于a4大小(例如，长度大于210mm)。例如，根据第二方面，本发明能够构造单体式a3大小的打印头。
如上所述，lcp由于其可模制性、刚度和相对较低的cte，是页宽打印头的材料的常见选择。然而，虽然比其他塑料更刚性，但lcp并不具有构造长的单体式打印头歧管所必需的刚性。虽然金属是用于构造刚性打印头歧管的材料的明显选择，但是由于金属与硅之间的热膨胀特性不匹配，通常认为金属的热膨胀特性不适合将打印头芯片直接附接到金属上。针对构造较长打印头这个问题的一种途径是将每个打印头芯片在其各自的载体上进行热隔离。然而，独立的打印头芯片载体不适用于一行邻接的打印头芯片、并且增加了打印区的宽度。
根据第三方面的打印头采用适合的金属合金(例如，因瓦合金)垫片，以用于通过使用例如环氧粘合剂来将多个打印头芯片粘性地粘合至歧管上，所述环氧粘合剂作为液体被施加至一个或两个粘合表面上。所述垫片在高温下具有极小膨胀，并且提供用于将多个打印头芯片安装至歧管上的稳定结构。这进而在选择歧管材料方面提供更大的灵活性。所述歧管可以由与所述垫片相同或不同的材料构成，并且可以基于刚度、成本、可制造性等来选择。例如，所述歧管可以由比如不锈钢、因瓦合金或聚合物等材料构成。典型地，所述歧管由与所述垫片相同的材料构成。
优选地，垫片由铁与选自镍、钴和铬组成的组的至少一种其他金属的合金构成。
优选地，歧管是一件式结构。
优选地，所述歧管具有在其下表面中限定的纵向墨料空腔，并且其中，所述垫片附接至所述歧管的下表面上以横跨所述纵向墨料空腔。
优选地，所述纵向墨料空腔具有顶板以及在所述顶板与所述下表面之间延伸的侧壁，所述多个墨料出口被限定在所述顶板中。
优选地，纵向肋将所述墨料空腔划分为在所述肋的每侧的纵向给墨通道，所述肋具有与所述歧管的下表面共面的下表面。
优选地，所述垫片粘合至所述肋的下表面和所述歧管的下表面。
优选地，每个打印头芯片具有与所述肋对准的中央部分以及与相应的纵向给墨通道重叠的相反侧部分。
优选地，所述垫片和pcb相邻地粘合至所述歧管的下表面上。
优选地，所述垫片和所述pcb具有共面的下表面。
优选地，所述歧管的下表面是阶梯状的以容纳不同厚度的所述垫片和pcb。
在第四方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
刚性长形歧管，所述刚性长形歧管具有至少一个供墨通道以及下表面，所述下表面中限定了纵向墨料空腔，所述纵向墨料空腔具有顶板和在所述顶板与所述下表面之间延伸的侧壁；
垫片，所述垫片附接至所述下表面以横跨所述纵向墨料空腔，所述垫片具有多个垫片孔以用于从所述纵向墨料空腔接收墨料；以及
附接至所述垫片的多个打印头芯片，每个打印头芯片经由所述垫片孔中的一个或多个垫片孔从所述纵向墨料空腔接收墨料，
其中，在所述歧管中限定了多个通孔，以在所述供墨通道与所述纵向墨料空腔之间提供流体连通，每个通孔具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有被限定在所述顶板中的第一端，所述第二部分延伸穿过相应的侧壁、具有被限定在所述歧管的下表面中的第二端，所述垫片密封所述第二端。
根据第四方面的打印头有利地提供一种用于打印头芯片的开放式背侧通道结构，这有利于源自芯片的任何气泡逸出和/或以其他方式夹带在打印头中的气泡逸出。特别地，这些通孔的第二部分将气泡排放到相对大的供墨通道(在这里气泡可以容易地从打印头被冲出)中的机会最大化。此外，具有横跨垫片的纵向墨料空腔避免了打印头中错综复杂的墨料通路，从而将墨料到打印头芯片的可获得性最大化，并且将喷墨喷嘴在高打印频率下变得缺墨的风险最小化。
优选地，每个通孔的第二部分的至少一部分与相应的打印头芯片偏离。
优选地，每个第二部分被配置成使空气泡能够从相应的打印头芯片朝向供墨通道上升。
优选地，每个第二部分在相应的侧壁中限定凹口。
优选地，每个通孔是圆形的，并且所述第一部分和第二部分是总体上半圆形的。
在第五方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
刚性长形歧管，所述刚性长形歧管具有至少一个供墨通道以及下表面，所述下表面具有安装在其上的多个打印头芯片；
附接至所述歧管的下表面上的刚性pcb，所述pcb延伸了所述歧管的长度并且侧向地伸出超过所述歧管的侧壁；
附接至所述歧管的侧壁上的引线固位器；以及
多个引线，所述多个引线从沿着所述pcb的第一纵向边缘部分定位的接触焊盘向上延伸，每个引线经由所述引线固位器固定至所述歧管的侧壁上.
其中，所述pcb经由所述pcb与所述打印头芯片之间的电连接向所述打印头芯片提供电力和数据。
根据第五方面的打印头有利地提供了一种用于经由常规的基于例如fr-4基板的pcb来向打印头芯片提供电力和数据的鲁棒性布线布置。
优选地，所述打印头包括位于一对多行打印头芯片的两侧的一对pcb，每个pcb向相应一行打印头芯片提供电力和数据。
优选地，每个pcb被围绕打印头芯片的遮挡板覆盖，所述遮挡板限定了打印头的封盖表面。
优选地，所述打印头是关于中央纵向平面对称的。
优选地，所述歧管的下表面具有台阶，并且所述pcb的第二纵向相反边缘部分抵靠所述台阶。
优选地，这些引线从所述引线固位器朝向所述pcb的接触焊盘向外张开。
在第六方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
刚性长形歧管，所述刚性长形歧管具有沿着其长度延伸的一个或多个供墨通道，每个供墨通道具有限定了多个墨料出口的基部、以及包括长形柔性膜的顶板；以及
安装至所述歧管的多个打印头芯片，每个打印头芯片从所述墨料出口中的一个或多个墨料出口接收墨料，
其中，所述柔性膜包括沿着所述柔性膜的长度定位的多个在操作上独立的波纹管。
根据第六方面的打印头有利地提供对长形供墨通道中的压力变化的动态响应。特别地，所述多个分立的波纹管能够对供墨通道的任何给定区域中的局部压力变化进行快速的动态响应，同时避免在供墨通道的其他区域中产生不希望的共振效应。此外，与具有用于阻尼压力尖峰的空气箱的打印头相比，根据第六方面的打印头能够阻尼经除气的墨料中的压力尖峰。
优选地，每个波纹管包括所述柔性膜的波纹区域。
优选地，这些波纹管通过挡板彼此操作性地分开。
优选地，这些挡板从连续的波纹膜向上延伸，而将所述膜分成多个延续的且在操作上独立的波纹管。
优选地，所述打印头包括盖板，所述盖板与所述歧管接合并且被定位成覆盖所述柔性膜，所述盖板具有多个开向大气的通气孔。
优选地，其中，所述柔性膜由聚合物构成。
优选地，每个供墨通道在一个纵向端处具有歧管端口，并且这些波纹管从所述供墨通道的侧壁悬挂到供墨通道中。
优选地，所述歧管端口的高度对应于悬挂到供墨通道中的波纹管的最下部的高度。
在第七方面，提供了一种用于打印头的多通道流体联接器，所述流体联接器包括：
本体，所述本体具有第一通道和第二通道，所述第二通道比所述第一通道相对更长；
在所述第一通道的相反两端处的第一入口端口和第一出口端口；以及
在所述第二通道的相反两端处的第二入口端口和第二出口端口，
其中：
所述第一通道和第二通道被配置用于按比例调节流经其中的流体的流动阻力。
第七方面的流体联接器有利地弥补了由于流体联接器中的不同长度的流体通道引起的压降。因此，联接器中相对较长和相对较短的流体通道将具有相同或相似的压降。典型地，由于增大的粘性拖阻，较长的通道与相似尺寸的较短通道相比经历更大的压降。这在比如打印头输墨系统等系统中是不希望的，在打印头输墨系统中墨料压力对于优化打印头性能以及最终的打印品质是至关重要的。第七方面的流体联接器允许将紧凑的流体联接器设计成具有相对较长和相对较短的通道，同时将离开流体联接器的流体的压降差最小化。以此方式，在所述流体联接器上游的压力调节器可以设定喷墨打印头的相对流体压力，而不会受到流体联接器的特殊流体动力学的破坏。
优选地，流经所述第一通道和第二通道的流体的流动阻力相等。
优选地，所述第二通道包括截面积大于所述第一通道的至少一部分。
优选地，所述第二通道具有斜坡壁。
优选地，所述第一和第二出口端口相对于所述第一和第二入口端口横向地延伸。
优选地，所述第二通道具有从所述出口通道朝向所述入口通道倾斜的顶板。
优选地，多个第一通道和多个第二通道。
优选地，所述第一入口端口相对接近所述第一出口端口，并且所述第二入口端口相对远离所述第二出口端口。
优选地，所述流体联接器对于四种墨料颜色包括两个第一通道和两个第二通道。
优选地，所述入口端口或所述出口端口径向地布置。
在另外的方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
歧管，所述歧管具有至少第一和第二供墨通道；以及
如上所述的连接至所述歧管的至少一端上的流体联接器。
所述流体联接器可以是所述流体联接器可以是打印头的入口联接器。优选地，所述入口联接器的入口端口相对于打印头的纵向轴线垂直地延伸。
优选地，所述入口端口沿与打印头的墨料喷射方向相反的方向延伸。
优选地，所述第一和第二供墨通道沿着所述歧管纵向地延伸。
在第八方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
歧管，所述歧管具有在歧管表面中限定的多个墨料出口；
粘性地粘合至所述歧管表面上的垫片，所述垫片具有与这些墨料出口对准的孔；
粘性地粘合至所述垫片的第一行打印头芯片；以及
粘性地粘合至所述垫片的第二行打印头芯片，
其中，所述垫片是用于安装所述第一行和第二行的所有打印头芯片的一件式共用垫片。
根据第八方面的打印头有利地利于多行打印头芯片的相对对准。
优选地，所述垫片包括与所述第一行和第二行打印头芯片相对应的第一和第二纵向垫片部分，所述第一和第二纵向垫片部分各自包括相应的第一孔和第二孔。
优选地，所述第一和第二纵向垫片部分经由多个桁条互连。典型地，这些桁条相对于这些纵向垫片部分横向地延伸。
优选地，所述垫片由金属或金属合金构成。典型地，所述垫片和歧管由相同的材料构成。
优选地，所述垫片包括多个机械对准凸片，这些机械对准凸片与所述歧管表面中限定的互补对准特征相接合。
优选地，所述垫片包括经由多个桁条互连的第一纵向垫片部分和第二纵向垫片部分，并且其中，这些桁条包括一个或多个对准凸片。
优选地，所述第一行和第二行包括邻接在一起成直线的多个打印头芯片。
在第九方面，提供了一种打印头墨盒，所述打印头墨盒包括：
长形歧管；
安装至所述歧管的下部上的多个打印头芯片；以及
安装至所述歧管的上部上的壳体，
其中，所述壳体包括第一壳体部和第二壳体部，所述第一部和第二部朝向彼此纵向地偏置，使得所述壳体可沿着所述歧管的纵向轴线膨胀。
根据第九方面的打印头墨盒有利地将在使用期间由纵向膨胀引起的歧管应变最小化。典型地，打印头墨盒具有供用户操纵的壳体，所述壳体连接至歧管上。在相对短的打印头中，歧管的任何纵向膨胀都相对小；但是在较长的打印头(例如，a3大小的打印头)中，歧管的热膨胀变得更加显著，并且过度地限制纵向膨胀的刚性壳体将导致打印头弯拱并且打印品质下降。根据第九方面的两件式壳体尤其在较长的打印头中将弯拱最小化。
优选地，所述壳体被配置用于供用户操纵打印头墨盒。
优选地，所述打印头墨盒包括被定位在所述第一壳体部与第二壳体部之间的中央定位器。
优选地，所述第一壳体部和第二壳体部朝向所述中央定位器偏置。
优选地，所述第一壳体部和第二壳体部经由横跨所述中央定位器的弹簧夹具互连。
优选地，所述中央定位器具有对准特征，以用于在打印头墨盒被用户插入打印机期间将其对准。
优选地，所述歧管由金属或金属合金构成、并且可以是一件式结构。
优选地，所述歧管由cte为5ppm/℃或更小的金属合金构成。
优选地，所述壳体在其一端或两端具有开口，以用于接收墨料连接器。这些墨料连接器可以连接到上述类型的流体联接器上。
在第十方面，提供了一种喷墨打印头，所述喷墨打印头包括：
歧管，所述歧管具有在歧管表面中限定的多个墨料出口；
安装至所述歧管表面的多个打印头芯片，每个打印头芯片具有奇数个颜色通道，每个颜色通道具有至少一行相应的喷墨喷嘴装置，
其中，每个打印头芯片的中央颜色通道是不从歧管接收墨料的虚设颜色通道。
根据第十方面的打印头有利地采用虚设颜色通道来改善打印头的结构完整性，并且在一些实施例中在使用期间提供改进的热调节。此外，具有例如五个颜色通道的打印头可以适于打印两种颜色(每种颜色具有冗余)，同时享有上述改进的鲁棒性和可选的热调节的优点。
优选地，所述虚设颜色通道没有在打印头的背侧表面中限定的供墨通道。
优选地，所述歧管表面的纵向肋与虚设颜色通道对准。
优选地，打印头芯片经由垫片安装至歧管表面上。
优选地，所述垫片具有与所述歧管表面的纵向肋对准的垫片肋、和在所述垫片肋两侧的一对纵向垫片槽以用于从所述歧管的相应墨料出口接收墨料。
优选地，仅在虚设颜色通道两侧的颜色通道从所述歧管接收墨料。
优选地，每个打印头芯片从歧管接收两种不同颜色的墨料。优选地，在所述纵向肋的两侧限定一对纵向给墨通道，每个纵向给墨通道将墨料输送至至少一个相应的颜色通道、或更优选地多个相应的颜色通道。
在一个实施例中，每个打印头芯片包括具有中央虚设通道的五个颜色通道，其中，在所述虚设颜色通道的一侧的第一对颜色通道打印第一墨料，并且在所述虚设颜色通道的相反侧的第二对颜色通道打印第二墨料。
优选地，每个颜色通道包括一对多行喷墨喷嘴装置。
在一些实施例中，所述虚设颜色通道的喷墨喷嘴装置与pcb电连接。
优选地，这些喷墨喷嘴装置是热致动装置，使得在使用中，所述虚设颜色通道通过致动所述虚设颜色通道中的喷墨装置来促进相应打印头芯片的温度调节。
在另外的方面，提供了一种具有奇数个颜色通道的打印头芯片，每个颜色通道包括至少一行喷墨喷嘴装置，其中，所述打印头芯片的中央颜色通道是不接收任何墨料的虚设颜色通道。
虚设颜色通道的喷墨喷嘴装置可以电连接至所述打印头芯片中的驱动电子器件上以进行热调节。
应了解的是，如上文结合本发明的某些方面所描述的优选实施例可以同样适用于第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九和第十方面中的每一方面。上述优选实施例并非旨在与一个特定方面严格相关，并且技术人员将容易了解，优选实施例可适用于本发明的某些其他方面。
如在本文中所使用的，术语“墨料”被认为是指可以从喷墨打印头打印的任何打印流体。墨料可以含有或可以不含有着色剂。因此，术语“墨料”可以包含传统的基于染料或基于颜料的墨料、红外墨料、固定剂(例如，预涂层和整理剂)、3d打印流体等等。在提及流体或打印流体的情况下，这并不旨在限制本文“墨料”的含义。
如在本文中所使用的，术语“安装”包含直接安装和经由介入部分的间接安装两者。
附图说明
现在将参见附图仅以举例方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是喷墨打印头的前透视图；
图2是打印头的底部透视图；
图3是打印头的分解透视图；
图4是打印头的壳体的中央部分的放大视图；
图5是具有入口联接器和出口联接器的打印头主体的分解透视图；
图6是流体联接器的透视图；
图7a是穿过流体联接器的第一通道的截面透视图；
图7b是穿过流体联接器的第二通道的截面透视图；
图8是主体的一端的放大分解透视图，其中一个流体联接器被移除；
图9是墨料歧管的放大顶部透视图，其中柔性膜被移除；
图10是墨料歧管的截面透视图；
图11是墨料歧管的放大截面透视图，其中垫片和一行打印头芯片被移除；
图12是墨料歧管的下表面的放大底部透视图；
图13是垫片和打印头芯片安装布置的截面侧视图；
图14是垫片和打印头芯片安装布置的截面底部透视图；
图15示出了独立的打印头芯片；
图16是垫片的一部分的顶部透视图；
图17是打印头的截面侧视透视图；
图18是打印头的一部分的底部透视图；并且
图19是打印头的放大底部透视图，其中遮挡板和一行封装物被移除。
具体实施方式
参见图1至图4，示出了呈让用户插入打印机(未示出)中的可更换的打印头墨盒形式的喷墨打印头1。打印头1包括模制的长形塑料壳体3，所述壳体具有被定位在中央定位器4两侧的第一壳体部3a和第二壳体部3b。中央定位器4具有对准凹口5，以用于将打印头墨盒1相对于打印模块、例如us2017/0313061(其内容通过援引并入本文)中描述的类型的打印模块定位。第一壳体部3a和第二壳体部3b被接合在第一壳体部与第二壳体部之间的弹簧夹具6(参见图4)朝向彼此并且朝向中央定位器4偏置。两件式壳体3与弹簧夹具6结合使得所述壳体能够至少在一定程度上纵向地膨胀，以适应打印头1的主体17的一定程度的纵向膨胀。这种布置使得在使用期间打印头1的主体17的应力或弯拱最小化。
多通道入口联接器8a的入口连接器7a向上突出穿过壳体3一端处的开口；并且多通道出口联接器8b的出口连接器7b向上突出穿过所述壳体的相反端处的开口(图1中仅示出了两个入口连接器和两个出口连接器)。入口连接器7a和出口连接器7b被配置用于与向打印头供应墨料和从其供应墨料的互补流体联接器(未示出)相联接。所述互补流体联接器可以是例如us2017/0313061中描述的类型的输墨模块和/或打印模块的一部分。
打印头1经由相反的多行电触点13来接收电力和数据信号，这些电触点沿着打印头的相应侧壁延伸。这些电触点13被配置用于从打印机(未示出)或打印模块的互补触点接收电力和数据信号，并且将电力和数据经由pcb输送至打印头芯片70，如下面更详细地解释的。
如图2所示，打印头1包括第一行14打印头芯片和第二行16打印头芯片，用于打印到经过打印头下方的打印介质(未示出)上。每行打印头芯片被配置用于打印出两种颜色的墨料，使得打印头1是能够打印四种墨料颜色(cmyk)的全色页宽打印头。打印头1通常关于平分第一行14打印头芯片和第二行16打印头芯片的纵向平面对称，但是在使用期间打印头中的墨料颜色不同。
在图3中所示的分解透视图中，可以看出，主体17形成打印头1的刚性核心，用于安装各个其他部件。特别地，壳体3与主体17的上部卡扣配合；入口联接器8a和出口联接器8b(由壳体3包绕)连接到主体的相反两端；一对pcb18附接至主体的下部上(进而被遮挡板20覆盖)；并且多个引线22(限定了电触点13)安装至主体的相反侧壁上。
参见图5，主体17本身是两件式机加工结构，包括长形歧管25和互补盖板27。歧管25用作载体，具有整体式下表面，所述下表面用于安装第一行14打印头芯片和第二行16打印头芯片。歧管25被接纳在一对对置凸缘29之间，所述凸缘从盖板27的纵向相反侧向下延伸。凸缘29被配置用于与歧管25的互补卡扣锁定特征26进行卡扣锁定接合，以形成组装好的主体17。
歧管25和盖板27由具有优异刚度和相对低的热膨胀系数的金属合金材料(例如，因瓦合金)形成。在组合时，歧管25和盖板27在打印头1的核心处提供强劲刚性结构，所述结构沿其纵向轴线具有最小的膨胀。如上所述，壳体3被配置成不约束主体17的任何纵向膨胀，由此在使用期间将打印头的弯拱最小化。相应地，打印头1可以被提供为a4长度的打印头或a3长度的打印头。本发明的优点在于，单一页宽打印头可以被配置成最高达a3长度(即，最高达300mm)。迄今为止，只有用拼接在一起成为页宽阵列的多个打印头模块才能在a3大小的介质上实现页宽打印，因此，打印头1扩展了a3大小的彩色页宽打印的商业可行性。
图6详细地示出了其中一个多通道流体联接器8，其可以是入口联接器8a或出口联接器8b。然而，为了描述与图6有关的特征，所示的流体联接器8被假定为入口联接器8a。
流体联接器8被设计成将四种颜色的墨料转移90度角，以使打印头1竖直联接至例如打印模块的互补流体联接器，同时确保四个流体连接器可以几何地容纳在打印头及其周围的空间限制内。此外，流体联接器8被设计成使穿过流体联接器的任何压降均衡，使得这四种墨料颜色在进入歧管25时具有相同或相似的相对压力。
接着参见图6、图7a和图7b，流体联接器8包括：四个入口端口9a至9d，这四个入口端口从联接器本体10竖直地向上延伸；以及对应的出口端口11a至11d，这些出口端口从联接器本体垂直于入口端口延伸。这些入口端口9a-9d围绕联接器本体10径向布置，使得两个外入口端口9a和9d相对靠近其相应的出口端口11a和11d；并且两个内入口端口9b和9c相对远离其相应的出口端口。这些入口端口9a-9d的径向布置使得这些入口端口能够容纳在与打印头接合的打印模块(未示出)的空间限制内。此外，这些入口端口具有共面的上表面，以便在打印头插入/移除期间同时竖直地接合/脱接合。
进入流体联接器8中的每种墨料具有精心控制的相应静液压力(例如，借助于上游压力调节器)，并且重要的是，随着墨料流经流体联接器，墨料的相对静液压力不改变。例如，这四种墨料可以以相同的静液压力进入入口端口9a-9d，并且希望这些墨料以相等的静液压力离开出口端口11a-11d进入歧管25。在一定程度上，当每种墨料穿过流体联接器8经受流动阻力(即，粘性拖阻)时，一定程度的压降是不可避免的；但是，重要的是，所有墨料的压降均衡，尽管流经两个内入口端口9b和9c的两种墨料的流体路径较长。相应地，如图7b所示，将入口端口9b与出口端口11b相连的流体通道12b具有朝向入口端口9b向上倾斜的顶板13b。将入口端口9c与出口端口11c相连的对应流体通道的顶板13c同样朝向入口端口9c向上倾斜。相比之下，将入口端口9a与出口端口11a相连的流体通道12a不具有类似倾斜的顶板，从而需要流体在没有更弯曲的流体路径的帮助的情况下旋转更紧的角度。
因此，与两个外流体通道12a和12d相比，两个内流体通道12b和12c的顶板构型具有抵消可能由其相对较长的流体路径引起的任何额外流动阻力的效果。因此，对于所有四个流体通道12a-12d，经过流体联接器8的压降相同或相似，并且当进入这四个入口端口9a至9d的墨料具有相等的静液压力时，这四个出口端口11a-11d中的每个出口端口将具有相等的静液压力。相比之下，本领域已知的用于打印头的流体连接器、比如us7,399,069(转让给hp公司)中描述的流体连接器，针对具有不同长度的各个流体通道具有显著的流动阻力(和压降)差异。
图8是歧管25和盖板27的出口端以及出口联接器8b的放大视图。可以看到，盖板27具有沿其长度间隔开的多个通气孔30，这些通气孔开向大气，以允许附接到歧管25的上部上的柔性膜31自由地挠曲。下文将更详细描述柔性膜31的功能。
仍然参见图8，多通道出口联接器8b从歧管25的一端处的歧管端口34接收墨料。同样，多通道入口联接器8a将墨料输送至歧管25的相反端处的歧管端口34。当然，替代性的联接器布置落入本发明的范围内。
现在参见图9和图10，墨料歧管25包括四个供墨通道40，所述供墨通道纵向地并与歧管侧壁41平行地延伸。每个供墨通道40被供应来自歧管25一端处的歧管端口34的墨料，并且墨料经由歧管相反端处的歧管出口34离开供墨通道。供墨通道40被柔性膜31盖住，从而覆盖歧管25的上部，其中柔性膜31包括多个分立的波纹区段或波纹管43。
典型地，开发了具有若干个具有不同流体响应频率的子系统的打印系统，并且将波纹管43设计成快速响应打印头1中的静液压力变化。为了保持最佳的喷射性能，打印头1内的内部压力最佳地应维持在相对窄的压力窗口内，以允许实现喷嘴加注的一致性。由于向打印头1供应墨料的输墨系统典型地对动态压力变化具有相对慢的响应，因此由波纹管43来局部地控制对打印头中的喷墨喷嘴的快速加注，所述波纹管吸收喷射的墨料量直到输墨系统可以作出响应。类似地，波纹管43还执行阻尼功能，并且当以墨料满流量进行的打印突然停止时可以“吸收”压力尖峰。
应了解的是，可以修改波纹管43的数量和构型以优化打印头1的性能。特别地，可以优化波纹管43的数量和构型，以将沿着供墨通道40的长度的不希望的共振效应最小化。以此方式，在供墨通道40的一个部分中的高墨料需求可以通过多个波纹管43来满足，而不会在柔性膜31的整个长度上引起驻波。波纹管43可以通过沿着膜的长度被间隔开(例如，通过膜的介入性平面区段)、或者如图9至图11所示通过使用横向挡板45将柔性膜31分成多个纵向区段而被分离成分立的操作单元。挡板45使沿着膜31的整个长度的驻波的产生最小化，同时使膜能够由覆盖所有四个供墨通道的单一件模制而成，由此利于打印头1的制造。
进一步了解的是，波纹管43可以响应压力波动而不需要例如us8025383中描述的那些空气箱。因此，打印头1适合于与经除气的墨料一起使用。
如在图10中最佳所见，波纹管43从歧管25的上表面“悬挂”到每个供墨通道40中。波纹管43下垂到与歧管端口34的高度相对应的高度，使得任何空气泡都不会夹带在波纹管下方的供墨通道40的顶部空间中。因此，如果不希望的空气泡进入供墨通道40中，则这些空气泡可以被穿过歧管端口34的墨料流从歧管25中冲出，而不是被夹带在墨料流上方的顶部空间中。
仍然参见图10，这四个供墨通道40成对地布置，其中每一对由纵向分隔壁44分开。相对较厚的纵向中央壁46将这两对墨料通道40分开。在每个供墨通道40的基部48处并且在分隔壁44的相反两侧限定了多个通孔50。这些通孔50将墨料供应至平行的两行打印头芯片70，如现在参见图11至图13描述的。
对应于一对供墨通道40的通孔50从这些供墨通道的基部48朝向歧管25的下表面52向下延伸。每个通孔50具有第一部分54，所述第一部分与在歧管25的下表面52中限定的纵向墨料空腔60的空腔顶板55相遇。纵向肋58从空腔顶板55向下延伸，并且将纵向墨料空腔60划分成一对位于肋的相反两侧的纵向给墨通道56。纵向肋58具有与歧管的下表面52共面的端表面59。
纵向墨料空腔60具有空腔侧壁62，所述空腔侧壁从空腔顶板55向下延伸而与歧管25的下表面52相遇。每个通孔50的第二部分64延伸超过空腔顶板55而与下表面52相遇。以此方式，通孔50的第二部分64在空腔侧壁62中形成凹口。类似地，并且如图11中最佳所示，通孔50的第一部分54的至少一部分在分隔壁44的相反两侧形成凹口。
由通孔50的第二部分64限定的凹口提供了在使用期间让空气泡膨胀且背离打印头芯片70升高的空间。在所示的实施例中，通孔50的截面是圆形的，其中第一部分54和第二部分64是总体上半圆形的。然而，应了解的是，通孔50可以具有任何适合的截面形状，以优化墨料流和气泡管理。
如图13和图14中最佳所示，因瓦合金垫片66粘性地粘合至歧管25的下表面52和纵向肋58的共面端表面59上，以横跨每个纵向给墨通道56。因此，垫片66密封跨过通孔50的整个第二部分64，所述第二部分与歧管25的下表面52相遇。
在所示的实施例中，垫片66是粘合至歧管25的下表面52上的单件式垫片，以横跨对应于四种颜色的墨料的总共四个纵向给墨通道56。多行邻接的打印头芯片70在相应的一对给墨通道56上方粘性地粘合至垫片66上，形成第一行14打印头芯片和第二行16打印头芯片。
在图16中单独示出的因瓦合金垫片66为每行打印头芯片70提供了稳定的平台，而在使用期间的热膨胀可忽略。垫片66具有与打印头芯片70可比的厚度(例如，厚度为约100至1000微米)。有效地，因瓦合金垫片66能够基于多个打印头芯片可以安装至的单体式歧管来构造长打印头。
使用具有一对纵向垫片区段66a和66b的单个垫片66通过确保这两个垫片区段66a与66b之间的平行度来将第一行14和第二行16打印头芯片70的相对歪斜度最小化。在垫片上使用机械对准凸片61来促进垫片66相对于歧管25的对准，所述机械对准凸片与在下表面中限定的凹陷形式的对准特征63相接合(参见图14)。应了解的是，垫片66具有多个对准凸片61，这些对准凸片被定位成与歧管63中的对应多个对准特征63相接合。多个对准凸片61确保在x轴和y轴上的对准。
垫片66的中央纵向部分在连接两个主纵向区段66a和66b的一系列垫片桁条67之间限定了空隙68。相应地，第一行14打印头芯片70与第二行16打印头芯片之间的区域与歧管25的下表面52相对热隔离，这个区域用作被循环穿过歧管的墨料所冷却的散热器。打印头1的这个中央区域的热隔离有助于将第一行14和第二行16之间的冷点最小化，并且有利地将打印期间墨料在打印头的下侧上的冷凝最小化。
在使用中，每行打印头芯片70从相应的一对供墨通道40接收两种墨料。墨料经由通孔50被供应到这对纵向给墨通道56中，然后经由在每个纵向垫片区段66a和66b中限定的一对纵向垫片槽69供应到打印头芯片70的背侧中。纵向垫片槽69沿纵向垫片肋72的相反两侧延伸，所述纵向垫片肋本身与歧管25的纵向肋58对准。
纵向给墨通道56提供开放式墨料通道结构，由此相对大的墨料体紧邻打印头芯片70的背侧。这种布置适合于以高打印频率打印，同时确保打印头芯片中的喷墨喷嘴不会缺墨。此外，扩大的通孔50(各自具有与垫片66相遇并且与打印头芯片70偏离的第二部分64)提供了气泡容忍结构，由此将夹带的空气泡阻挡墨料流入打印头芯片中的风险最小化。此外，通孔50的第一部分54和第二部分64促进将夹带的空气泡排出到供墨通道中，在这里任何空气泡都可以从打印头1被容易地冲出。
墨料从垫片槽72被供应至在每个打印头芯片70的背侧中限定的对应墨料输送槽。典型的
尽管打印头芯片70中的中央虚设颜色通道71c具有机械优点，但在温度调节方面可以实现额外的优点。虽然对应于虚设颜色通道71c的这行(多行)喷嘴不接收任何墨料，但是它们仍可以电连接至打印机控制器上，以根据需要来加热打印头芯片。对打印头芯片中的所有颜色通道的温度调节对于实现一致的打印品质是重要的，并且可以使用中央的一行虚设的不喷射喷嘴(各自均具有有源加热器元件)来实现对整个打印头芯片的改进的温度调节。
转向图17至图19，现在将更详细地描述打印头1的电线布置。一对纵向pcb18在打印头芯片70的第一行14和第二行16的相反两侧将其夹裹，每个pcb粘合至歧管25的下表面52上。每个pcb18包括用于安装各种电子器件的刚性基板(例如，fr-4基板)，并且有一个边缘抵靠在歧管25的下表面52中所限定的台阶74上。每个pcb18侧向地向外延伸超过歧管25的侧壁41。遮挡板20粘合至每个pcb18的下表面上，并且环绕第一行14打印头芯片70和第二行16打印头芯片以及所述第一行与第二行之间的中央纵向区域。每个pcb18和遮挡板20的突出部分限定了打印头1的相反翼部75，而遮挡板20的均匀平坦的下表面被配置成与环绕这两行打印头芯片的外周封盖件(未示出)相接合。
每个pcb18的靠近相应一行打印头芯片70的边缘具有相应一行插脚引线77，每个插脚引线经由焊线连接(未示出)而连接到其中一个打印头芯片上的相应键合焊盘73上。封装物79保护焊线(wirebond)并且在每个pcb18的近侧边缘与包含键合焊盘73的打印头芯片70的对置边缘之间延伸。pcb18在打印期间产生热量并且使暴露于墨料气溶胶中的遮挡板20升温。如上所述，借助于在垫片66中限定的空隙68，遮挡板20的中央部分与歧管25相对热隔离。相应地，墨料在遮挡板20的中央纵向区域上在第一行14打印头芯片70与第二行16打印头芯片之间的冷凝被最小化。
如在图17中最佳所见，一行接触焊盘80沿每个pcb18的上表面的远侧边缘部分纵向地延伸。每个引线22的一端连接到接触焊盘80并且朝向主体17的相应侧壁向上延伸。引线22具有上部分和下部分，所述上部分经由附着至其上的引线固位器24安装至盖板27的相应凸缘29上，所述下部分朝向接触焊盘80侧向地向外张开。每个引线22还具有限定电触点13的部分，以用于连接至打印机的外部电力连接器和数据连接器上。以此方式，每行打印头芯片70经由相应的引线22和与这行打印头芯片相邻的相应pcb18来从电触点13接收电力和数据。
因此，上文描述的打印头1具有多个用于解决页宽打印挑战的特征，尤其是使用相对长的打印头来进行全色页宽打印。
当然，应了解的是，仅以举例方式描述了本发明，并且在所附权利要求中限定的本发明的范围内可以进行细节的修改。
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