含有分级对齐的打印头单元的喷墨打印头的制作方法

本发明属于喷墨打印领域，更具体地涉及包括多个对齐的打印头单元的宽幅打印头组件。

背景技术：

喷墨打印通常通过按需喷墨或连续喷墨打印来完成。在按需喷墨打印中，液滴是使用带增压(例如热或压电)驱动器的液滴喷射器喷射到记录介质上。选择性地启动驱动器致使液滴的形成和喷射，该液滴穿过打印头和记录介质之间的空间并撞击记录介质。打印图像的形成是按照打印所需图像的需要，通过控制每个液滴的形成来实现的。

在液滴喷射期间，记录介质相对于打印头的运动可以是保持打印头静止并在喷射液滴时推动记录介质前进通过打印头，或者是保持记录介质静止并移动打印头。如果打印头上的液滴喷射器阵列在记录介质的宽度上可以覆盖整个打印兴趣区域，则前一种打印结构是合适的。这种打印头有时称为页宽打印头。第二种类型的打印机结构是滑架式打印机，其中打印头的液滴喷射器阵列小于在记录介质宽度上的打印兴趣区域，并且将打印头安装在滑架上。在滑架式打印机中，记录介质沿介质前进方向推进给定的距离，然后停止。在记录介质停止的同时，滑架载着喷孔正在喷射液滴的打印头在滑架扫描方向上移动，该滑架扫描方向基本上垂直于介质前进方向。滑架在横穿打印介质的同时打印头打印了一条带图像，之后记录介质被推进；然后滑架运动方向颠倒；图像由此一条带一条带地打印形成。

按需喷墨打印头中的液滴喷射器包括压力室和喷孔，所述压力室有墨水入口为压力室提供墨水，所述喷孔用于将墨滴喷射出压力室。现有技术中显示了两个并排的液滴喷射器，图1(改编自美国专利no.7,163,278)作为传统按需热喷墨的液滴喷射器结构的示例。分隔壁20形成在基板10上并限定压力室22。喷孔板30在分隔壁20上形成并包括喷孔32(在此也称为口或孔)，每个喷孔32位置于相应的压力室22上方。喷孔板30的外表面在此称为喷孔表面114。墨水首先穿过基板10中的开口或围绕基板10边缘的开口进入，然后穿过墨水入口24，如图1中的箭头所示进入压力室22。作为驱动器的加热器35形成在每个压力室22内的基板10的表面上。当提供有适当幅度和持续时间的启动脉冲时，加热器35设置成可选择性地通过快速沸腾一部分墨水来增加压力室22中的压力，以便通过喷孔32喷射墨滴。

喷墨打印工业中的发展增加了宽打印头组件的重要性，其中宽打印头上的液滴喷射器阵列能够在记录介质的宽度上覆盖整个打印兴趣区域范围。虽然滑架打印机适用于家庭和小型办公室，但使用页宽打印头的高速打印机更适合大型办公室的联网打印机。喷墨打印工业的第二个发展是它的使用在商业印刷中增加。商业用喷墨打印机能够以高产量打印大量页数。第三个发展是将工业喷墨打印机用于纺织品打印，装饰品打印，图形艺术和3d打印。这种类的打印系统可以要求宽度大于一米的打印区域。可受益于宽打印头组件的其他打印应用包括生物材料的打印，以及电子电路的功能打印。

液滴喷射器阵列的制造通常使用微机电系统(mems)和集成电路开发的制造技术。目前最大尺寸的市售硅晶圆的直径约为30厘米。尽管在这种硅晶圆上可以生产宽打印头芯片，使用单个打印头芯片可以制造宽度小于30厘米的页宽打印头，但是从制造产量上看，用大约1厘米宽的打印头芯片组装页宽打印头是有经济上的优势。每个打印头芯片上的液滴喷射器阵列需要彼此良好对齐。否则，在打印图像中将产生不可接受的瑕疵，例如两个相邻打印头芯片上的最末端墨滴喷射器彼此相距太远，因此而产生的白色条纹。

打印头组件的两类通用设置是使用重叠打印头芯片的一类和使用拼接打印头芯片的一类。在重叠打印头芯片的组件中，每个打印头芯片比nd长，其中n是单个打印头芯片上的阵列中的墨滴喷射器的数量，d是相邻墨滴喷射器之间沿阵列方向的距离。其结果是，这种打印头组件不能有相邻打印头芯片端对端的排列，因为在相邻打印头芯片上的最末端墨滴喷射器之间会产生不可接受的间隙。在重叠的打印头芯片的组件中，已有多种公开发表了的方式能包容打印头芯片长度，同时仍然提供墨滴喷射器的排列，使其能打印可接受的图像。

美国专利no.4,520,373公开了一种页宽打印头，它包括重叠的打印头芯片，它们交替地附在金属散热器的两侧。该结构与液滴喷射器几何形状兼容，其中喷孔形成在器件的边缘。美国专利no.4,559,543公开了一种类似的结构，其中每个打印头单元以交错的方式安装在支撑杆对立的两侧上，安装是可拆卸的，从而可以更换损坏的打印头单元。打印杆内构造了复杂的调节功能，用于对齐打印头单元。美国专利no.5,257,043公开了一种类似的结构，其中模块式打印头单元以交错方式排列在支撑杆对立的两面上。通过打印头相对与外部夹具或永久制造在支撑杆表面图案特征的机械接触，打印头单元可释放式地定位在支撑杆上。

对于喷孔形成在器件的一面上的液滴喷射器几何形状，在载体基板的单个表面上，打印头芯片能以多行对齐。在美国专利no.6,250,738中公开了这种排列，其中通过将墨水歧管和多个热喷墨打印头芯片安装到载体基板上，来形成一种可扩展的打印头。在载体基板上加工通槽，为墨水歧管和每个打印头芯片之间提供墨水通道。如美国专利no.6,123,410中所公开的，打印头芯片的位置对齐是由焊料回流力实现的，所述焊料回流力使得打印头芯片上的精确定位的润湿金属图案与载体基板上的相应精确定位的润湿金属图案对齐。

美国专利7,384,127号公开了另一种对齐方法，用于交错多行的打印头芯片。每个打印头芯片固定在相应的精密微模制的打印头段载体的凹槽内。打印头段载体有阶梯状的两端，用于以交替的方向嵌套，为打印头芯片提供重叠交错排列。每个打印头芯片的前表面上有基准标记，在长度方向上，连贯打印头段载体之间的对齐是通过用基准标记定位载体来实现。然后将载体沿一个支撑件固定就位。

如美国专利no.6,994,420中所公开的一种不同的设置用于重叠的打印头芯片，是将每个打印头芯片相对于沿着打印区域的长度延伸的直线成一定角度，从而使得相邻打印头芯片的端部能够重叠。打印头芯片定位在载体中并包括标记形式的基准点以便于精确对齐。美国专利no.7,152,945公开了对角重叠的打印头芯片的点火可以在打印期间以数字方式调整，而不是依赖于非常紧的公差来对齐。

对于长度基本上等于nd的打印头芯片，这些打印头芯片可以端对端拼接，而相邻打印头芯片的最末端液滴喷射器之间没有不可接受的间隙。对于使用拼接打印头芯片的打印头组件，已有各种公开了的对齐方案。液滴喷射器沿单一方向排列，而不是重叠、偏移和交错。液滴喷射器沿单一方向的排列是优选的，有利于促进精确对齐、宽打印头组件的紧凑性以及方便图像处理。

美国专利no.4,690,391公开了一种方法和仪器，其中每个可拼接的芯片在其表面上设有一对v形定位槽。对齐工具上有销状突起，可插入定位槽中，由此使用此对齐工具以端对端的方式定位一系列芯片。对齐工具上的真空口将芯片面对面紧紧地吸在工具面上。然后将合适的基底固定到对齐的芯片上并取出对齐工具。美国专利no.4,975,143指出‘391中的对齐工具的一个局限，是芯片位置的精度是在工具上能形成的对齐结构的精度的函数。'143中公开的改进是对齐工具上的对齐图案由可曝光图案化或可电铸材料形成，以提高对齐工具的精度。

如上面对专利‘391所述，在一些打印头组件中，打印头芯片都直接固定到共同的基底上。美国专利no.5,079,189公开了一种替代设置，其中每个芯片分别安装在平面支撑件上以形成子单元。支撑件的宽度小于芯片的宽度，使得芯片的侧边缘向外延伸超过平面支撑件的侧边缘。在相邻的子单元中将芯片的延伸侧边缘拼接，并将前边缘相对对齐工具靠齐，由此将子单元在基板条上对齐。

无损坏地并且在相对于液滴喷射器的精确位置上形成拼接边缘是很重要的。美国专利no.4,822,755公开了一种方法来分离在硅基板上生产的芯片，此方法使用反应离子蚀刻技术并结合有方向性蚀刻或切割，以产生集成电路芯片具有能更精确地拼接在一起的边缘。

两个相邻打印头芯片之间的简单拼接边缘的机械接触，可以有效地提供液滴喷射器沿着阵列方向的对齐，但是不能有效地提供沿着垂直于阵列的方向的对齐。美国专利no.6,502,921公开了一种打印头芯片设置，其具有凸出的邻接部分和凹入的邻接部分，该凹入的邻接部分造形是为了与另一个打印头芯片上的凸出的邻接部分相接合。

美国专利no.8,118,405公开了用于对齐的特征，包括在打印头芯片的一个拼接边缘上的一个或多个凸起，以及其对立的拼接边缘上的相应凹陷。凸起的尺寸适合于进入到相邻打印头芯片的凹陷中，使得当凸起与相邻打印头芯片的凹陷相接合时，两个打印头芯片在两维上相对彼此对齐。只要一个打印头芯片的凹陷具有适当的形状和尺寸与相邻打印头芯片的凸起相接合，并提供相对对齐；凸起和凹陷可以有各种形状，包括三角形，梯形或圆形。凸起和凹陷可以具有互补的形状。

因为宽的打印头组件制造起来很昂贵，所以使用多个易于更换的打印头单元组装宽打印头是有利的。然后，如果一个打印头单元损坏了，则可以通过更换损坏的打印头单元来恢复宽打印头组件的质量。如果打印头单元可以现场更换，则有特别的优势。在现场更换打印头单元不应该要求光学对齐、额外的夹具或复杂的位置调整将新打印头单元对齐。使用互补特征的机械对齐非常适合于这种情况。为了提供良好的打印图像质量，相邻打印头芯片之间的对齐公差通常小于10微米。要相对于液滴喷射器提供这种公差，机械对齐特征需要直接形成在包含液滴喷射器的打印头芯片上。在打印头芯片上的这种机械对齐特征需要很小，以使它们不会干扰打印头芯片上的墨滴喷射器，墨水通道或电子器件。然而，在打印头芯片上形成的这种小的机械对齐特征可能脆弱。

所需要的是用于对齐的结构和使用多个打印头单元形成宽打印头组件的组装方法，所述多个打印头单元可以容易并且精确地对齐，以提供沿单个方向排列的液滴喷射器。此外，也需要保护结构，其有助于保护打印头芯片上的互补机械对齐特征免受损坏。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，分级对齐的喷墨打印头包括多个打印头单元和一个基底，该基底有支撑表面，其支撑表面上拥有多个打印头单元。每个打印头单元包括多个液滴喷射器阵列器件，每个液滴喷射器阵列器件包括有基板表面的基板；至少一个液滴喷射器阵列形成在基板表面上；第一拼接边缘，带有第一机械对齐特征；第二拼接边缘，带有第二机械对齐特征。每个打印头单元还包括墨水歧管，该墨水歧管与打印头单元中的多个液滴喷射器阵列器件中的每一个器件流体相连；以及安装构件，打印头单元中的多个液滴喷射器阵列器件中的每一器件个固定到该安装构件上。每个打印头单元的一对对立的对齐边缘基本上平行于多个液滴喷射器阵列器件的第一拼接边缘和第二拼接边缘。在这一对对立的对齐边缘中，第一对齐边缘包括向外延伸的凸起，第二对齐边缘包括与凸起基本互补的缺口。

根据本发明的另一方面，分级对齐的喷墨打印头包括多个打印头单元和一个基底，该基底有支撑表面，其支撑表面上拥有多个打印头单元。每个打印头单元包括至少一个液滴喷射器阵列器件，每个液滴喷射器阵列器件包括有基板表面的基板；至少一个液滴喷射器阵列形成在基板表面上；第一拼接边缘，带有第一机械对齐特征；第二拼接边缘，带有第二机械对齐特征。每个打印头单元还包括墨水歧管，该墨水歧管与打印头单元中的至少一个液滴喷射器阵列器件中的每一个器件流体相连；和一对对立的对齐边缘，它们基本上平行于至少一个液滴喷射器阵列器件的第一拼接边缘和第二拼接边缘。在这一对对立的对齐边缘中，第一对齐边缘包括向外延伸的凸起，第二对置对齐边缘包括与第一凸起基本互补的缺口。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于组装分级对齐的喷墨打印头的方法。该方法包括组装多个打印头单元。每个打印头单元的组装是将多个液滴喷射器阵列器件固定到安装构件上，其中打印头单元中的相邻液滴喷射器阵列器件在相邻的拼接边缘处端对端拼接，并且使用液滴喷射器阵列器件的拼接边缘上的机械对齐特征，将它们机械地对齐。安装构件固定到墨水歧管上，使得墨水歧管流体连接到打印头单元中的每个液滴喷射器阵列器件。该方法还包括通过第一打印头单元上的多个第一定位特征与基底上的相应的第一多个数的第二定位特征松弛地接合，将第一打印头单元定位在基底上；通过第二打印头单元上的多个第一定位特征与基底上的相应的第二多个第二定位特征松弛地接合，将第二打印头单元定位在基底上；并且推动第二打印头单元，从而产生朝第一打印头单元方向的相对运动。第一打印头单元的第一对齐边缘有向外延伸的凸起，相邻的第二打印头单元的第二对齐边缘有与其凸起基本上互补的缺口，在第一时段期间，所述凸起插入与其基本上互补的缺口，以此引导相对运动。该方法还进一步包括第一打印头单元最末端的第一拼接边缘上的机械对齐特征与相邻的第二打印头单元最末端的第二拼接边缘上机械对齐特征是基本上互补的，继续将第二打印头单元推向第一打印头单元，直到所述的基本上互补的机械对齐特征互锁；并将第一打印头单元和第二打印头单元固定到基底上。

本发明的优点在于，可以使用多个打印头单元形成宽喷墨打印头组件，所述打印头单元可以容易且精确地对齐以提供沿单个方向排列的液滴喷射器。另一个优点是提供了保护结构，用以保护打印头芯片上的机械对齐特征免受损坏。

附图说明

图1显示了现有技术的液滴喷射器设置的透视图；

图2是根据一个实施例的喷墨打印系统的一部分的示意图；

图3显示了现有技术喷墨打印系统的一部分的示意图，该系统的页宽打印头带有多个液滴喷射器阵列模块；

图4显示了根据一个实施例的打印头单元的透视图；

图5a显示了单个液滴喷射器阵列器件；

图5b显示了一个安装构件，其被设置为容纳四个液滴喷射器阵列器件；

图5c与图5b类似的透视图，显示了四个液滴喷射器阵列器件固定在安装构件上；

图6显示了安装构件的一部分的近视图；

图7显示了图4中的打印头单元的歧管的透视图；

图8显示了打印头单元的透视图，该打印头单元相对于图4中所示的视角旋转了一个角度；

图9显示了打印头基底的安装面；

图10显示了一个组装好的分级对齐的喷墨打印头，从基底上器件一面看到的；

图11显示了图10中的组装好的分级对齐的喷墨打印头，从基底的安装面看的透视图；

图12a显示了单个打印头单元的放大视图；

图12b显示了组装好的分级对齐的喷墨打印头，其中一个打印头单元被去除；和

图13显示了歧管的另一个实施例的平面图。

不言而喻，附图的目的是说明本发明的概念，可能未按比例绘制。在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同特征。

具体实施方式

本发明包括本文所述实施方案的各种组合。对“特定实施例”和类似的引用指的是特征至少存在于本发明的一个实施例中。对“一个实施例”或“特定实施例“和类似的分别引用不一定指相同的单个实施例或多个实施例；然而，除非特意指出或者对于本领域技术人员而言是显而易见的，这些实施例不是相互排斥的。引用单数“方法”或复数“方法”和类似的使用不是限制性的。应当注意，除非另有明确说明或根据上下文的要求，在本公开文中词语“或“是在非排他性的意义下使用的。

根据本发明的一个实施例，图2显示了喷墨打印系统100的一部分的示意图以及液滴喷射器阵列器件110的透视图。液滴喷射器阵列器件110也可称为打印头芯片。图像数据源12提供图像数据信号，此图像数据信号由控制器14翻译为用于喷射液滴的命令。控制器14包括一个图像处理单元13，用于为打印准备图像。术语“图像”在本文中的意思是包括由图像数据指定的任何点图案。它可以包括图形或文本图像。它还可以包括适用于打印功能器件或三维结构的各种点图案，这类打印要用合适的墨水。控制器14还包括一个传送控制单元17和一个喷射控制单元18，其中传送控制单元17用来控制传送机制16，喷射控制单元18用来喷射墨滴以便在记录介质60上打印与图像数据对应的点图案。控制器14将输出信号发送到电脉冲源15，电脉冲源15将电脉冲波形发送到喷墨打印头50，其中喷墨打印头50包括至少一个液滴喷射器阵列器件110。打印头输出线52将从打印头50发出的电信号，传送到控制器14或者控制器14中的某些部分，例如喷射控制单元18。例如，打印头输出线52可以将温度测量信号从打印头50传送到控制器14。传送机制16提供喷墨打印头50和记录介质之间沿扫描方向56的相对运动。在一些实施例中，传送机构16被设置成打印头50静止，沿扫描方向56移动记录介质60。或者，传送机构16可以移动打印头50经过静止的记录介质60，例如将打印头50装在滑架上移动。用于喷墨打印的各种类型的记录介质包括纸，塑料和纺织品。在3d喷墨打印机中，记录介质包括平坦的建筑平台和一层薄薄的粉末材料。另外，在各种实施例中，记录介质60可以从卷筒纸以卷筒形式输入或则从输入盘以单张纸形式输入。

液滴喷射器阵列器件110包括至少一个液滴喷射器阵列120，其带有形成在基板111的上表面112上的多个液滴喷射器125，基板111可由硅或其他适当的材料制成，如图2所示的示例中，液滴喷射器阵列120包括两排液滴喷射器125，它们沿阵列方向54延伸，并且相对于彼此交错以增加打印分辨率。墨水从墨水源190通过供墨水渠道115提供给墨水喷射器125，供墨水渠道115从基板111的背面113向上表面112延伸。墨水源190在本文中通常理解为包括喷墨打印头可从喷射的任何物质。墨水源190可包括彩色墨水，例如青色，品红色，黄色或黑色。或者，墨源190可包括用于功能打印的导电材料，介电材料，磁性材料或半导体材料。墨源190也可以包括生物材料或其他材料。为简单起见，液滴喷射器125的位置由圆形喷孔32表示。喷孔表面114是喷孔32延伸穿过的外表面。在图2中未显示的是压力室22、墨水入口24、和驱动器35(见图1)。墨水入口24设置成与墨水源190流体相连。压力室22与喷孔32和墨水入口24流体相连。驱动器35，例如可以由加热元件或压电元件构造成，可选择性地将压力室22加压以通过喷孔32喷射墨水。液滴喷射器阵列器件110包括一组输入/输出盘130，用于分别向液滴喷射器阵列器件110送入信号和从液滴喷射器阵列器件110送出信号。在液滴喷射器阵列器件110上还提供了逻辑电路140和驱动电路145。逻辑电路140处理来自控制器14和电脉冲源15的信号，并在适当的时间向驱动电路145提供适当的脉冲波形，用于驱动液滴喷射器阵列120中的液滴喷射器125，以便打印与图像处理单元13的数据相对应的图像。逻辑电路140依顺序地选择驱动液滴喷射器阵列中的一个或多个液滴喷射器。液滴喷射器阵列120中的液滴喷射器125组被依顺序地点火，因而不会超过电脉冲源15和相关电源线的容量。在一个打印周期期间，一组液滴喷射器125被点火。一个冲程被定义为多个连续的打印周期，使得在一个冲程期间，液滴喷射器阵列120的所有液滴喷射器125被选址一次，使它们有机会根据图像数据被点火一次。逻辑电路140可以包括诸如移位寄存器，电子门和锁存器的电路元件，其电路元件与功能的输入有关，这些功能包括提供数据，定时和复位。

液滴喷射器阵列器件110包括第一拼接边缘151和第二拼接边缘153，第二拼接边缘153与第一拼接边缘151相对立。第一拼接边缘151包括一个第一机械对齐特征152，第二拼接边缘153包括一个第二机械对齐特征154。在图2所示的例子中，第一机械对齐特征152是从第一拼接边缘151向外突出的特征，第二机械对齐特征154是在第二拼接边缘153中的凹槽。第一机械对齐特征152和第二机械对齐特征154的形状是基本上互补的。以这种方式，当液滴喷射器阵列器件110在其拼接边缘处端对端地排列时，相邻的液滴喷射器阵列器件上的第一机械对齐特征152与第二机械对齐特征154之间的机械接触就提供了对齐机制，美国专利8,118,405号公开了这种方法。因为使用诸如深硅离子反应蚀刻的硅晶圆处理方法能精确地控制第一和第二机械对齐特征152和154的尺寸，以及它们相对于液滴喷射器阵列120的位置，因此对齐公差小于10微米很容易实现。

图3显示了现有技术喷墨打印系统102的一部分的示意图，该打印系统有一个页宽打印头105，该页宽打印头105包括多个液滴喷射器阵列器件110，它们沿阵列方向54端对端地排列并且固定到安装基板106上。喷孔表面114有两排喷孔32，这些喷孔32沿阵列方向54排列并且以周节p交错，奇数编号的喷孔32在上排和偶编数号的喷孔32在下排。在沿阵列方向54上，上排喷孔32和相邻的下排喷孔32之间的距离是周节p。通过对上排和下排中的喷孔适当地定时点火，以实现在沿阵列方向54上打印点周节为p。互连板107安装在安装基板106上，并通过互连件104连接到每个液滴喷射器阵列器件110，互连件104可以是例如焊线或带式自动焊接引线。打印头电缆108将互连板107连接到控制器14上。传送机制16(图2)沿扫描方向56移动记录介质60(图2)以进行打印。如上面对图2所述，控制器14控制喷墨打印系统的各种功能。在页宽打印头105中，通向墨滴喷射器阵列器件110的墨水通道未在图3中显示。为简单起见，在图3中，机械对齐特征也未显示在液滴喷射器阵列器件110的拼接边缘151和153上。

本发明的实施例使用分级机械对齐方法，而不像在美国专利8,118,405号中公开的方式，其仅仅依赖于液滴喷射器阵列器件的拼接边缘上的机械对齐特征。换句话说，用一组粗略的机械对齐特征提供一个打印头单元相对于另一个打印头单元的近似对齐。然后，连贯地使用一组或多组更精密的机械对齐特征来引导不同打印头单元中的液滴喷射器阵列器件，使他们更精确地对齐。

根据实施例，图4显示了打印头单元200的透视图以及一组螺钉261和定位销262，用下面对图9-11所描述的方法将打印头单元200安装到基底280(图9)上。在图4所示的示例中，打印头单元200包括四个液滴喷射器阵列器件210。每个液滴喷射器阵列器件210包括带有第一机械对齐特征152的第一拼接边缘151和带有第二机械对齐特征154的第二拼接边缘153。四个液滴喷射器阵列器件210固定到安装构件220上。一个墨水歧管240经过安装构件220与每个液滴喷射器阵列器件210流体相连。打印头单元200带有一对对立的对齐边缘201和202，它们基本平行于液滴喷射器阵列器件210的第一拼接边缘151和第二拼接边缘153。打印头单元200的第一对立的对齐边缘201包括向外延伸的凸起222。打印头单元200的第二对立的对齐边缘202包括向内延伸的缺口224，其形状与向外延伸的突起222基本互补。此外，凸起227从打印头单元200的第二对立的对齐边缘202向外延伸，并且缺口226在打印头单元200的第一对立的对齐边缘201向内延伸；缺口226与凸起227有基本互补的形状，而且其位置相互对应。在图4所示的示例中，向外延伸的凸起222和227以及打印头单元200的缺口224和226是以安装构件220的一部分而形成的。

打印头单元200还包括在歧管240中的一对净空槽249。第一净空槽249与缺口224对齐，并且在下面对图12a和图12b的介绍中进行了描述。第二净空槽249(在图4的视野中，大部分看不见)与缺口226对齐，在打印头300中的打印头单元200的组装或拆卸时，第二净空槽249允许相邻打印头单元200的凸起227自由通过。

图5a显示了单个液滴喷射器阵列器件210。在该实施例中，液滴喷射器阵列120有十二纵列液滴喷射器125(图2)，其中包括靠近第一拼接边缘151的第一端纵列121，靠近第二拼接边缘153的第二端纵列122，并且在第一端纵列121和第二端纵列122之间有十个内部纵列123。每纵列可包括许多(例如，二十个或更多)液滴喷射器125。沿着阵列方向54，每纵列中的相邻液滴喷射器以周节p分开(图2)。此外，沿着阵列方向54，每纵列中最底部的液滴喷射器125(例如，第二端纵列122)与相邻纵列中的最顶部液滴喷射器125(例如，最左边的内部纵列123)以周节p分开。通过对液滴喷射器125适当地定时点火，沿阵列方向54，液滴喷射器阵列器件210可以在横跨整个液滴喷射器阵列120上提供打印点周节p。

图5b显示了安装构件220，其设置为容纳四个液滴喷射器阵列器件210(如图4所示)，但没有任何液滴喷射器阵列器件210固定到其安装表面225。凸起222从安装构件220的第一对齐边缘221向外延伸。缺口224有与凸起222基本互补的形状，在安装构件220的对立的第二对齐边缘223相应的位置处向内延伸。另外，凸起227从第二对齐边缘223向外延伸，缺口226与凸起227具有基本上互补的形状，缺口226在第一对齐边缘221相对应的位置处向内延伸。如下所述，如果两个安装构件220端对端地放置，则第一安装构件220的缺口224将接纳相邻安装构件220的突起222，并且第一安装构件220的凸起227将切合进相邻的安装构件的缺口226，从而有助于引导两个安装构件220之间的对齐。

安装构件220包括四个墨水通道231的组230，以从歧管240(图4)提供墨水给将固定到安装构件220上的四个液滴喷射器阵列器件210。在图5a-5c所示的实施例中，每组中的不同墨水通道231提供墨水给液滴喷射器阵列210上相应的不同纵列121、122和123的液滴喷射器125。设置在组230中的相邻墨水通道231之间的肋条235是为了增加安装构件220的强度，也为相应的液滴喷射器阵列器件210提供额外的支撑。在其他实施例(未显示)中，每个组230包括沿阵列方向54延伸的单个墨水通道，没有任何加强肋条235。因此，每组230包括至少一个墨水通道。

图6显示了安装件220的一部分的特写视图，在墨水通道231的相邻组230之间是内桥236，其通常比肋条235宽。为了提供空间使内桥236更宽，在组230的端部处的组端墨通道232造得比在组端墨水通道232之间的墨水通道231窄。内桥236在安装表面225上提供额外的区域，用于在液滴喷射器阵列器件210的拼接边缘151和153处形成可靠的流体密封(图5a)。为了提供流体密封，通常将可流动的密封剂材料施加到安装构件220的安装表面225上。密封剂材料是由其粘合性能以及与油墨的相容性来选择的。液滴喷射器阵列器件210的背面113(图2)通过密封剂材料粘接到安装构件220的安装表面225。

在图5b所示的实施例中，在安装构件220的中心部分的两个组230，每个包括十二个墨水通道231和232，对应于液滴喷射器阵列器件210上的十二纵列液滴喷射器125。然而，安装构件220上的第一对齐边缘221和第二对齐边缘223附近的组230仅具有十一个墨水通道。每个安装构件端部墨水通道233向两纵列液滴喷射器125提供墨水。两个安装构件端部墨水通道233分别包括一个部分深度的台阶234，一个部分深度的台阶234向安装构件220上最右侧的液滴喷射器阵列器件211上的第一端纵列121的液滴喷射器125提供墨水(图5c)，另一个部分深度的台阶234向在安装件220上最左侧的液滴喷射器阵列器件214上的第二端纵列122的液滴喷射器125提供墨水。使用部分深度的台阶234向第一和第二端纵列121和122提供墨水，为安装构件220的后表面229和歧管240的界面241(图7)之间提供了更大的密封区域。

第一最末端桥237设置在台阶234和相应的第一对齐边缘221之间，为液滴喷射器阵列器件211的最末端第一拼接边缘155(图5c)提供密封表面。第二最末端桥238设置在另一端的台阶234和第二对齐边缘223之间，为液滴喷射器阵列器件214的最末端第二拼接边缘156(图5c)提供密封表面。如图6所示，如果内桥236的壁宽等于w，第一和第二最末端桥237和238的壁宽则小于w。在图6所示的示例中，最末端的桥壁宽度为w/2。对有液滴喷射器阵列器件211、212、213和214固定其上的安装构件220(图5c)，这样允许相邻的安装构件220以如下所述的方式端对端地放置。使用部分深度台阶234来延伸安装构件端部墨水通道233，使得它们在安装表面225足够宽以向靠近对齐边缘的液滴喷射器125纵列提供墨水，并且与安装构件端部墨水通道233变宽并一直穿过整个安装构件220的情况相比，也加强了最末端桥237和238。此外，在液滴喷射器阵列器件211和214固定到安装构件220上时，台阶234也为多余的密封材料提供了流入的空间，以避免密封材料分别在安装构件220的第一对齐边缘221或第二对齐边缘223处挤出。

在其他实施例(未显示)中，可以在第一最末端桥237和第二最末端桥238上造沟槽，用于在液滴喷射器阵列装置211和214固定到安装构件220时为多余的密封剂材料提供流入的空间。

安装构件220还包括安装对准孔228。如图7所示，安装构件220的安装对准孔228与在歧管240的界面241上的对准凸块242相吻合，以使安装构件220与歧管240对齐。

安装构件220通常由诸如不锈钢或陶瓷的硬性材料制成，其热膨胀系数与液滴喷射器阵列器件210的基板的热膨胀系数相近。安装构件220的成形可以使用激光切割，放电加工(edm)，光蚀刻或等离子反应深硅蚀刻(drie)等技术来实现。

图5c显示了与图5b类似的透视图。图5c显示了固定到安装构件220上的液滴喷射器阵列器件211、212、213和214。第一液滴喷射器阵列器件211最末端的第一拼接边缘155延伸超过安装构件220的第一对齐边缘221，相对的液滴喷射器阵列器件214最末端的第二拼接边缘156延伸超过安装构件220的第二对齐边缘223。最末端的第一拼接边缘155的第一机械对齐特征包括一个凸出特征157。最末端的第二拼接边缘156的第二机械对齐特征包括一个凹槽158，其凹槽158与凸出特征157基本上互补。凸起222从安装构件220的第一对齐边缘221向外延伸，并且延伸超过最末端的第一拼接边缘155的凸出特征157。

图7显示了歧管240的透视图，其取向与图4类似，但是没有安装构件220和液滴喷射器阵列器件210连接到歧管240上。在图4所示的打印头单元200的视图中，安装构件220从后表面229(图5b)被固定并流体密封到歧管240的界面241(图7)上，其后表面229是安装表面225(图5b)的反面。墨水口244将墨水引入一个墨水井243，其墨水井243被一个墨水井围墙254侧向环绕。在一些实施例中，两个墨水口244都是墨水井243的墨水入口。在其他实施例中，一个墨水口244是墨水入口而另一个墨水口244是墨水出口。歧管240有台阶式构造，其有从墨水井围墙254沿一个方向延伸的第一台阶245和沿相反方向延伸的第二台阶250。第一台阶245和第二台阶250之间的距离(墨水井围墙254的宽度)是d1。通孔246设置在第一台阶245和第二台阶250中，以便螺钉261穿过，用于如下面参照图9和图11所述的方式安装到基底280。歧管对准孔255设置在第一和第二台阶245和250中，以接纳定位销262将歧管240与基底280粗略地对齐。更广泛地，每个打印头单元200包括至少两个第一定位特征，例如第一台阶245和第二台阶250中的歧管对准孔255，用于将打印头单元200大致定位在基底280上(图9)。

歧管240有第一端247和第二端248，第一端247和第二端248是相反的两端。如下面参照图11所述，显示了一个组装完毕的分级对齐的喷墨打印头300。多个打印头单元200端对端地放置，其中一个打印头单元200的歧管240的第一端247相邻于另一个打印头单元200的歧管240的第二端248，在图7中所示歧管240的实施例中，第一端247和第二端248各自包括通槽249。当在完全组装好的喷墨打印头中更换打印头单元200时，通槽249允许相邻打印头单元200上的凸起222和227(图4)无机械障碍地穿过通槽249，参见如下对图12a和12b的描述。

图8显示了打印头单元200的透视图，该透视图相对于图4中所示的取向旋转了一个角度。在图8中，可以看到液滴喷射器阵列器件211(图5c)上最末端的第一拼接边缘155和凸出特征157，但是其他液滴喷射器阵列器件212-214都隐而不见。类似地，可以看到安装构件220的第一对齐边缘221和凸起222，但是安装构件220其余部分是隐而不见。安装构件220的第一对齐边缘221延伸超过歧管240的第一端247，并且液滴喷射器阵列装置211的最末端的第一拼接边缘155延伸超过安装构件220的第一对齐边缘221。类似地，尽管在图8中看不见，安装构件220的第二对齐边缘223延伸超过歧管240的第二端248，并且液滴喷射器阵列装置214的最末端的第二拼接边缘156延伸超过安装构件220的第二对齐边缘223，正如上文参考图5c所述。因此，当两个打印头单元200以端对端放置相连时，打印头单元的接触边缘是一个打印头单元上的液滴喷射器阵列器件211的最末端第一拼接边缘155和相邻的打印头单元上液滴喷射器阵列器件214的最末端第二拼接边缘156。。这有助于确保打印头单元200之间的打印头单元部件错位和污染物不太会对两个打印头单元200上的液滴喷射器阵列器件的精确对齐产生影响。

凸起222从安装构件220的第一对齐边缘221向外延伸，并延伸超过从最末端的第一拼接边缘155延伸的凸出特征157。其结果，当两个相邻的打印头单元200向彼此靠近移动时，首先一个打印头单元200的凸起222将进入相邻打印头单元200的缺口224(图5c)，然后第一打印头单元的液滴喷射器阵列器件211的凸出特征157进入其相邻打印头单元200的液滴喷射器阵列器件214的凹槽158(图5c)。

凸起222和缺口224之间的结合紧密度设计成比凸出特征157(例如第一打印头单元200的液滴喷射器阵列器件211的第一机械对齐特征152)与凹槽158(例如相邻打印头单元200的液滴喷射器阵列器件214的第二机械对齐特征154)之间的结合紧密度更宽松。例如，凸出特征157和凹槽158之间的第一结合紧密度可以在0到10微米之间，而凸起222和缺口224之间的第二结合紧密度可以在20到40微米之间。换句话说，在凸起222完全插入缺口224内之后，它仍然可以在缺口224内移动20到40微米。凸起222和缺口224在第一打印头单元200和第一打印头单元200之间提供相对较粗的对齐。它们引导两个打印头单元200近似对齐，使得第一打印头单元200的液滴喷射器阵列器件211的较小且更易碎的凸出特征157能进入相邻打印头单元200的液滴喷射器阵列器件214的凹槽158，而没有可能损坏凸出特征157的过度机械干扰。凸出特征157和凹槽158以及最末端第一拼接边缘155与最末端第二对接边缘156之间的接触，为两个打印头单元200上的液滴喷射器阵列之间提供在十微米之内的最终对齐。

图8中还显示了墨水连接器251，狭缝253和定位销262的锥形端263。墨水连接器251提供从墨水源190(图2)到墨水井243(图7)中的墨水口244的流体连接。狭缝253允许柔性电路290(图12a)穿过歧管240，以便给打印头单元200上的液滴喷射器阵列器件210提供电连接。参考如下对图11所描述，定位销262为打印头单元200与基底280提供粗略对齐。锥形端263便于将打印头单元200引导到它们在基底280上的大致位置。非锥形端264可以压合到基底280(图9)中的相应定位销孔283里。

图9显示了基底280的一安装面285，在上面没有安装任何打印头单元200。基底280有一细长开口281，其宽度d2略宽于歧管240的墨水井围墙254的宽度d1(图7)。因此，部分打印头单元200(图4)包括墨水井围墙254，安装构件220和液滴喷射器阵列210可以通过细长开口281插入，但是歧管240的台阶245和250将不会穿过细长开口281。安装面285为打印头单元200提供支撑表面287。在图9所示的示例中，基底280的细长开口281足够长以容纳端对端的四个打印头单元200，但是在其他实施例中(未显示)，根据所需的总打印长度，基底280和细长开口281的尺寸可以设计成容纳更多或更少的打印头单元200。

为简单起见，在图9中仅显示了四个打印头单元200中之一的螺钉孔282和定位销孔283。定位销262(图8)的非锥形端264可以压合到基底280的支撑表面287上的定位销孔里。定位销262用作包括在基底280的支撑表面287上的第二定位特征。不同的定位销262配对为每个打印头单元200中的第一定位特征提供粗略对齐，比如为歧管对准孔255(图7)提供粗略对齐。第一定位特征(例如歧管对准孔255的轴线)和第二定位特征(例如定位销262的轴线)都在基本垂直于基底280的支撑表面287的方向上延伸。定位销262(图8)用来提供打印头单元200与基底280的粗略对齐。定位销262和歧管对准孔255(图7)之间的结合相对松弛，举一个例子，在打印头单元200放置在定位销262上之后，各个打印头单元200可以相对于基底280移动150至200微米。在图7和12a中可看出，通孔246和歧管对准孔255沿阵列方向54伸长，以允许打印头单元200沿阵列方向的位置调整。换句话说，第一定位特征(歧管对准孔255)和第二定位特征(定位销262)之间的结合紧密度比第一打印头单元200的凸起222与相应的相邻第二打印头单元200的缺口之间的结合紧密度更宽松。然后相邻安装构件220的凸起222和相应的缺口224提供逐步更精细的对齐。在相邻的打印头单元200上相邻的液滴喷射器阵列器件上，凸出特征157、凹槽158和最末端拼接边缘155和156提供进一步更精细的对齐。在打印头单元200相对于相邻的打印头单元200机械地对齐之后，螺钉261插入歧管240的第一和第二台阶245和250(图8)拧紧到螺钉孔282(图9)里，由此将打印头单元200固定到基底280上。基底280还包括安装孔284，用于将组装的打印头300(图10)安装到打印系统的框架上。

图10显示了从基底280的器件面286看到的一个组装的分级对齐的喷墨打印头300。如上对图9所述，四个打印头单元203、204、205和206从基底280的安装面285的反面端对端地插入。打印头单元203通过相应的定位销262粗略地与基底280对齐，并且如上所述用螺钉261(图8)拧进螺钉孔282将其固定到基底280上。然后，如上所述，打印头单元204由定位销262插入歧管对准孔255粗略地机械地与基底280对齐。然后将打印头单元204的安装构件220上的凸起222插入打印头单元203的安装构件220上的缺口224中，使打印头单元204相对于相邻的打印头单元203对齐。而后，尽管液滴喷射器阵列器件211和214的第一和第二机械对齐特征152(例如凸出特征157)和154(例如凹槽158)在图10中使用的放大率下看不见，但是如上文相对于图8-9所描述的那样相对于这些特征和最末端的拼接边缘155和156进行最精细的对齐。然后使用螺钉261将打印头单元204紧固到基底280上。与此相似，将打印头单元205和206依次地机械对齐并安装到底基280上。

如图10所示，四个打印头单元203-206中的每一个打印头单元都具有柔性电路290，柔性电路290连接到四个液滴喷射器阵列器件211-214上的焊盘(未显示)上，用于提供电互连。柔性电路290可以如图3所示连接到一个中介互连板107。最终，为每个打印头单元203-206上的每个液滴喷射器阵列器件211-214和控制器14之间提供电互连(图2-3)。

图11显示了组装的分级对齐的喷墨打印头300的透视图，从基底280的安装面285所见。显示了柔性电路290延伸穿过歧管240中的狭缝253。定位销262从基底280延伸穿过打印头单元203-206的歧管240中的歧管对准孔255。打印头单元203-206端对端地排列，其中一个打印头单元的歧管240的第一端247与相邻打印头单元的歧管240的第二端248相邻。螺钉261将打印头单元固定到基底280的支撑表面287上。

图12a显示了单个打印头单元205的放大视图，图12b显示了装配到基座280上的打印头单元203,204和206，以便显示从分级对齐的喷墨打印头300拆卸单个打印头单元的功能，并且显示容易地用另一个打印头单元替换它并与其他打印头单元对齐的功能。图12a显示了安装构件220的凸起222(图5b)和液滴喷射器阵列211(图5c)的凸出特征157延伸超过歧管240的第一端247，以及安装构件220的凸起227(图5b)延伸超过歧管240的第二端248。为了拆卸旧打印头单元205，松开打印头单元206上螺钉261，并且卸除打印头单元205的螺钉261，使得打印头单元206能从打印头单元205滑开，并且打印头单元205能从打印头单元204滑开并提起离开底基280。在移除打印头单元205时，打印头单元206右侧的通槽249和打印头单元204左侧的通槽249分别让打印头单元的凸起227和222通过。新的打印头单元205放置在定位销262上并与基底280的支撑表面287接触，以提供粗略对齐。螺钉261穿过通246插入并松弛地拧紧。然后，如以上参考图8-10所述，使用插入缺口224和226的安装构件220(图5b)上的凸起222和227、突出157和第二机械特征154、以及最末端的第一和第二拼接边缘155和156，逐步地进行更精细的机械对齐。然后拧紧螺钉261以完成打印头单元205的更换，而不需要任何复杂的夹具或光学对齐。

在上述实施例中，打印头单元200的凸起222和缺口224是作为安装构件220的一部分而形成的。图13显示了歧管240的另一示例的平面图，其歧管240有从第一对齐边缘258向外延伸的对齐特征256和与其对应的从第二对齐边缘259向内延伸的对齐特征257，并且向内延伸的对齐特征257的形状与向外延伸的对齐特征256基本上互补。第一对齐边缘258和第二对齐边缘259基本上平行于相应的液滴喷射器阵列器件的最末端的第一和最末端的第二拼接边缘155和156(图5c)。

在一些实施例中，向外延伸的对齐特征256用作向外延伸的凸起，并且向内延伸的对齐特征257用作打印头单元200的缺口，例如，对没有安装构件220的打印头单元200的设置。在每个打印单元200中有多个液滴喷射器阵列器件210的实施例中，安装构件220提供公共安装表面225。在分级对齐的喷墨打印头中，对每个打印头单元200仅有一个液滴喷射器阵列器件210的设置，液滴喷射器阵列器件210可以直接固定并且流体连接到墨水歧管24上，而没有插入的安装构件220。在其他实施例中，可以有多个液滴喷射器阵列器件安装在安装构件220上，但安装构件220不包括向外延伸的凸起和相应的缺口。

在另一些其他实施例中，安装构件220有从第一对齐边缘221向外延伸的凸起222和相反的第二对齐边缘223向内延伸的缺口224，如上面参照图5b所述，并且歧管240也有向外延伸的对齐特征256和向内延伸的对齐特征257，如上面参考图13所述。在这样的实施例中，为了阐明术语，从墨水歧管240的第一对齐边缘258向外延伸的凸出在此被称为向外延伸的对齐特征256。类似地，从墨水歧管240的第二对齐边缘259向内延伸的凹槽在此称为向内延伸的对齐特征257。

在上述各种实施例中，向外延伸和向内延伸的特征称为有基本上互补的形状。这样的设置使得一个打印头单元200的凸起222，举一个例子，能够结合到相邻打印头单元200的缺口224中，有助于两个打印头单元200彼此对齐。基本上互补在这里的意思是，向外延伸的特征有一定的尺寸和形状，允许其以期望的结合紧密度插入到相应的向内延伸的特征中，以促成两个打印头单元200的相互对齐。如上面参考图5c所述，安装构件220的凸起222和相应的缺口224设计成有二十到四十微米的结合紧密度。为了提供近似对齐而不引起妨碍液滴喷射器阵列器件211和214上的凸出特征157和凹槽158的更精细对齐的机械障碍，凸起222应完全合适地插入缺口224内。换句话说，凸起222的尺寸小于缺口224。然而，其尺寸不是任意小的。当凸出157与凹槽158接触时，在凸起222和缺口224之间将有20至40微米的间隙。此外，凸起222的形状不需要与缺口224的形状相同。例如，如果缺口224的形状是三角形，如图5c所示，凸起222的形状也可以是三角形，或者可以将其三角形尖端截短或成圆形。即使凸起222的尺寸和形状与缺口224的形状不同，如果凸起222以适当的结合紧密度插入缺口224以促进两个打印头单元200的互相对齐，则凸起222和缺口224在本文中被认为是基本上互补的。

现在将参照图4、5a、5c、8、10和11描述分级对齐的喷墨打印头300的组装方法。首先，组装多个打印头单元200。这包括将多个液滴喷射器阵列器件210固定到安装构件220上。打印头单元200中的相邻液滴喷射器阵列器件210在相邻的第一和第二拼接边缘151和153端对端地拼接，并且用液滴喷射器阵列器件210的第一和第二机械对齐特征152和154机械地对齐。打印头单元组件还包括将安装构件220固定到墨水歧管240上，使得墨水歧管240流体连接到打印头单元200上的每个液滴喷射器阵列器件210(参考上面对图5b所述的方法)。使用多个第一定位特征(例如歧管对准孔255)与相应的第一数量的多个第二定位特征(例如第一对定位销262)松弛地结合，将第一打印头单元200定位在基底280上。通过使多个第一定位特征(例如歧管对准孔255)与相应的第二数量的多个第二定位特征(例如第二对定位销262)松弛地结合，将第二打印头单元200定位在基座280上。然后，推动第二打印头单元200以沿阵列方向54朝向第一打印头单元200运动。在第一时段期间，通过第一打印头单元200的第一对齐边缘201上向外延伸的凸起222插进入第二打印头单元上相邻的第二对齐边缘202中的基本上互补的缺口224来引导该相对运动。继续向第一打印头单元200推动第二打印头单元200，直到第一机械对齐特征(例如，第一打印头单元200的最末端第一拼接边缘155上的凸出特征157)与相邻的第二机械对齐特征(例如，在第二打印头单元200的最末端的第二拼接边缘156上具有基本上互补形状的凹槽158)互锁。将第一和第二打印头单元200固定到基座280上，例如用螺钉261固定。通常，先将第一打印头单元200固定到基底280上，然后第二打印头单元200朝其移动，当机械对其特征157和158互锁之后，将第二打印头单元200固定到基座280上。

尽管在上面参考图7-11描述的示例中包括多个第一定位特征，例如每个打印头单元220的歧管上的对准孔255；以及相应的多个第二定位特征，例如一对定位销。在其他实施例中(未显示)，单个歧管对准孔255和单个定位销262可用于提供在基底280上的粗略对齐。

通常，分级机械对齐从最松弛的紧密度的结合特征逐步地朝向更精确对齐与更紧密的结合特征进行。在安装构件220包括凸起222和缺口224并且歧管240也包括凸出256和凹槽257(图13)的实施例中，通常凸出256和凹槽257的配合紧密度约为60到100微米，即比安装构件上的凸起222和缺口224之间的20至40微米的结合紧密度更宽松。在这样的实施例中，用定位销262将第二打印头单元200与基底280粗略对齐，例如定位销262与歧管对准孔255的结合紧密度为150至200微米。然后，推动第二打印头单元200相对地向第一打印头单元200运动，在第二时段期间，将第一打印头单元200的歧管240中的凸出256插入与其基本上互补的第二打印头单元200的歧管240中的凹槽257来引导其相对运动。然后，如上所述，在第二时段之后的第一时段中，将安装构件220的凸起222插入到相邻的安装构件220的缺口224中来引导其相对运动，直到相邻的液滴喷射器阵列器件上的机械特征157和158互锁为止。

本文用特别参考本发明的某些优选实施方案来详细描述了本发明,但是将理解为也囊括在本发明的精神和范围内进行的变异和修改。