CN101497269B - 静电驱动喷印头 - Google Patents
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Abstract
静电驱动喷印头，涉及一种喷印头，尤其是涉及一种采用静电力驱动的喷印头。提供一种具有较高打印性能、简化工艺流程和降低成本等优点的静电驱动喷印头。设有上层、中间层、下层、喷嘴、墨腔、固定电极、振动膜片和进液管，上层为硅层，中间层为振动层，下层为玻璃层，振动层设于硅层与玻璃层之间，喷嘴设于振动层侧壁，墨腔设于振动层上，墨腔腔体与喷嘴相通，振动膜片设于墨腔腔体底部，进液管设于硅层上，进液管与墨腔相通，固定电极设于玻璃层内表面，固定电极外接驱动电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷印头，尤其是涉及一种采用静电力驱动的喷印头。
背景技术
近些年来，由于喷墨打印设备具有制造成本低，制造过程简单、便于操作等优点，其应用范围已经得到了很大程度的拓展，例如利用喷墨打印方法能制备有机和无机晶体管、陶瓷器件、药物输送、高分子薄膜、生物工程和生物分析等众多方面。而传统的喷墨打印：压电式和热汽泡式喷墨打印都存在着难以克服的缺陷(E.L.Kyser，Method and Apparatus forRecording with Writing Fluids and Drop Projection Means Therefor，US.Patent，3,946,398，1976)。其中，压电式控制较复杂，结构尺寸精度要求较高，压电晶体及其附件的老化、变形、随时会使打印头性能下降，并且较难缩小打印头尺寸。而热汽泡式因高温工作，会加剧墨水对热敏电阻及喷孔的腐蚀，从而造成喷头寿命短，工作能耗高，喷射液滴定位精度不高。由于现有喷墨打印机存在着以上的缺点，为了提高喷墨打印的打印性能，降低打印成本，拓展喷墨打印的应用领域，有必要研究一种新型的静电力喷墨打印，它克服了传统的喷墨打印的缺陷，并具有以下优点：1.高分辨率，结构尺寸小。2.能耗低，寿命长。3.对打印材料没有要求，可用于多功能材料打印。4.制造工艺简单等。
静电力驱动喷印头，其主要工作原理是当在两电极板间施加直流电压(DV)时，在两电极之间产生静电力，引起中间的可运动电极(膜片)产生形变，通过进液管道把墨水吸进墨腔，当膜片回复时，把墨水从墨腔中挤压出去，实现墨滴的打印。
美国专利US6,133,218，US6,322,198B1分别公开了两种静电力喷墨打印结构，它们都采用上玻璃层-振动层-下玻璃层结构，唯一的区别是基底固定电极的布置方式不一样。其中，喷嘴、振动膜片、墨腔和进液管道都布置在振动层，这就给工艺带来相当的困难；且设计时仅考虑到通过改变电极的布置方式来获得大的变形以提高打印性能，这也是目前静电力喷墨打印头普遍采用的方式，但同时这也会使工艺更加复杂，提高成本。
另外，传统的静电力喷印头没有考虑到进液结构(墨水从墨盒到打印头的流通通道)，由于膜片回复的过程中，将会引起墨水的回流现象，从而影响墨水的重新装填，进而影响喷墨打印速度，而喷墨打印速度是影响喷墨打印机性能的一个相当重要的参数。在S.Kamisuki等(S.Kamisuki，T.Hagata.A LOW POWER，SMALL，ELECTROSTATICALLY DRIVENCOMMERCIAL INKJET HEAD.IEEE，1998：63-68)的报道中，膜片的变形体积量是3.2×10-13m3，而打印出去的墨滴的体积才1.6×10-13m3，可见打印时液体回流的作用非常明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较高打印性能、简化工艺流程和降低成本等优点的静电驱动喷印头。
本发明的技术方案是采用扩散/收缩管作为防回流进液结构，并将进液和振动层分开。
本发明设有上层、中间层、下层、喷嘴、墨腔、固定电极、振动膜片和进液管，上层为硅层，中间层为振动层，下层为玻璃层，振动层设于硅层与玻璃层之间，喷嘴设于振动层侧壁，墨腔设于振动层上，墨腔腔体与喷嘴相通，振动膜片设于墨腔腔体底部，进液管设于硅层上，进液管与墨腔相通，固定电极设于玻璃层内表面，固定电极外接驱动电路。
玻璃层最好为硼硅玻璃层。墨腔最好为一组长槽形腔体，每个长槽形腔体与相对应的喷嘴相通。振动膜片位于振动层长槽形腔体底部，墨水流进的进液管最好采用扩散/收缩管，位于硅层上相对应各墨腔位置并远离喷嘴一端，与墨腔相通。固定电极最好为一组长方形电极，所述一组长方形电极平行相对应于设于各个墨腔底部的振动膜片，由独立导线引出，并与外面驱动电路相连。
与现有的喷印头相比，本发明具有以下突出的优点：
1、简化工艺，提高成品率。由于把进液结构从振动层移出，降低了静电力喷印头工艺过程中的关键步骤-振动层制造的复杂程度，使结构易于加工。例如简化了振动层光刻掩模版，有利于避免复杂掩模版所带来的工艺问题，降低了工艺难度，提高了成品率。
2、提高打印速度，提升了静电喷印头的打印性能。由于对进液管采用优化的扩散/收缩管结构，降低了振动膜片回复时引起的回流影响，提高了打印速度，进而降低了工作电压，提升打印性能。
3、降低成本。采用硅-硅-玻璃三层结构，而不是原来的玻璃-硅-玻璃三层结构，并创新性地把进液结构设计在硅层上，这样能进一步降低回流的影响，同时也降低了成本。
附图说明
图1为本发明实例的外观结构示意图。
图2为本发明实例的分解结构示意图。
图3为本发明实例的上硅层结构示意图。
图4为图3中的进液管结构示意图。
具体实施方式
如图1～4所示，本发明由硅层1，振动层(硅)2、硼硅玻璃层3三层结构通过阳极键合构成。墨水从墨盒通过硅层1上的进液口4进入喷印头。当通过引出电极6在硼硅玻璃上的固定电极7和振动层2的振动膜片9(可动电极)之间施加直流电压时，两个电极之间将产生静电力，振动膜片9在静电力的作用下发生变形，墨水通过扩散/收缩管10进入墨腔8，当移开直流电压后，振动膜片回复到初始位置，并把墨腔里的墨水从喷嘴5喷射出去，实现墨水的打印。扩散/收缩管可以有效降低回流的影响，扩散/收缩管的形状尺寸主要由3个参数决定：小截面长度的d、管长L和锥角θ。
墨滴喷出的喷嘴5位于振动层侧壁，储存墨水的墨腔8位于振动层，为一系列长槽形独立腔体，每个腔体与相对应的喷嘴5相通。振动膜片9位于振动层2长槽形腔体底部；墨水流进的进液管10采用扩散/收缩管，位于硅层1上相对应各墨腔位置并远离喷嘴一端，与墨腔8相通。固定电极7位于硼硅玻璃层内表面，为一系列长方形电极，平行相对于各个墨腔底部的振动膜片9，由独立导线引出，并与外面驱动电路相连。
以下给出实施例的具体参考尺寸。振动膜片长6000μm，宽380μm，厚5μm；固定电极长6000μm，宽380μm；墨腔深110μm，喷嘴长10μm，高35μm；扩散/收缩管小端宽30μm，大端80μm，长300μm，深30μm；固定电极在振动膜片下方1μm处。
Claims (5)
1.静电驱动喷印头，其特征在于设有上层、中间层、下层、喷嘴、墨腔、固定电极、振动膜片和进液管，上层为硅层，中间层为振动层，下层为玻璃层，振动层设于硅层与玻璃层之间，喷嘴设于振动层侧壁，墨腔设于振动层上，墨腔腔体与喷嘴相通，振动膜片设于墨腔腔体底部，进液管设于硅层上，进液管与墨腔相通，固定电极设于玻璃层内表面，固定电极外接驱动电路。
2.如权利要求1所述的静电驱动喷印头，其特征在于玻璃层为硼硅玻璃层。
3.如权利要求1所述的静电驱动喷印头，其特征在于墨腔为一组长槽形腔体，每个长槽形腔体与相对应的喷嘴相通。
4.如权利要求1所述的静电驱动喷印头，其特征在于进液管为扩散管或收缩管，位于硅层上相对应各墨腔位置并远离喷嘴一端。
5.如权利要求1所述的静电驱动喷印头，其特征在于固定电极为一组长方形电极，所述一组长方形电极平行相对应于设于各个墨腔底部的振动膜片，所述一组长方形电极由独立导线引出，并与外面驱动电路相连。
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