CN114801492B - 一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于喷墨打印机喷头技术领域，具体涉及一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头及其加工方法，喷墨打印机喷头具有进液通道、进液储液池和N个喷墨储液池，进液通道与进液储液池连通，进液储液池分别通过N条限流通道与N个喷墨储液池一一对应连通构成N条喷液通路，各喷墨储液池分别设有喷嘴；其中，N为正整数；各限流通道分别设有限流柱，所述喷墨打印机喷头之外对应于各限流柱分别设有热泡式驱动件，对应于各喷墨储液池的喷嘴分别设有第二驱动件以截断喷嘴喷出墨滴。本发明采用双驱动件推挤墨滴，可以避免卫星墨滴的产生，同时可以提高墨滴的速度，提高喷墨打印精度。
Description
技术领域
本发明属于喷墨打印机喷头技术领域，具体涉及一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头及其加工方法。
背景技术
喷墨打印机喷头的喷墨过程中，长尾柱断裂成主墨滴和卫星墨滴，而卫星墨滴在主墨滴喷到基底之后抵达基底，对打印图像的精度造成影响。另外，喷墨打印机喷头基本是单驱动模式，墨滴的速度难以提高。
发明内容
基于现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头及其加工方法。
为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，所述喷墨打印机喷头具有进液通道、进液储液池和N个喷墨储液池，进液通道与进液储液池连通，进液储液池分别通过N条限流通道与N个喷墨储液池一一对应连通构成N条喷液通路，各喷墨储液池分别设有喷嘴；其中，N为正整数；
各限流通道分别设有限流柱，所述喷墨打印机喷头之外对应于各限流柱分别设有热泡式驱动件，对应于各喷墨储液池的喷嘴分别设有第二驱动件以截断喷嘴喷出墨滴。
作为优选方案，所述喷墨打印机喷头包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，喷液通路沿第一硅基片与第二硅基片的键合面阵列式分布。
作为优选方案，所述第一硅基片的上表面具有进液储液池、限流通道、限流柱和喷墨储液池，所述进液通道贯通进液储液池至第一硅基片的下表面，所述喷嘴贯通喷墨储液池至第一硅基片的下表面；
所述第二硅基片的上表面设置热泡式驱动件和第二驱动件。
作为优选方案，所述限流柱为三棱柱结构，三棱柱的棱柱面向进液通道，三棱柱的矩形面面向喷嘴。
作为优选方案，所述热泡式驱动件包括加热元件和位于加热元件两侧的电极，加热元件位于限流柱与喷嘴之间。
作为优选方案，所述第二驱动件为压电陶瓷片。
作为优选方案，所述第二驱动件为热泡式驱动件。
本发明还提供如若干方案所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的加工方法，包括以下步骤：
S1、选取一第一硅片，在第一硅基片的上表面刻蚀出进液通道、进液储液池、限流通道、限流柱、喷墨储液池和喷嘴；
S2、选取一第二硅片，在第二硅基片的上表面刻蚀出第一安装槽和第二安装槽，之后上表面沉积二氧化硅层，接着第一安装槽设置热泡式驱动件，第二安装槽设置第二驱动件；
S3、将第一硅基片的上表面与第二硅基片的下表面键合。
作为优选方案，所述进液储液池、限流通道及喷墨储液池的深度为10～50μm。
作为优选方案，所述第一安装槽和第二安装槽的底壁厚度为5～50μm。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明采用双驱动件推挤墨滴，在热泡式驱动件工作时产生气泡，将墨水向喷嘴推挤，同时截断喷液通道，防止墨水回流；一段时间间隔后，第二驱动件开始工作，向下推挤墨水，进一步提高墨水的速度，同时在喷嘴处将墨滴截断，可以避免卫星墨滴的产生；在吸入墨水时，热泡式驱动件先停止工作，打开喷液通道，第二驱动件再停止工作；另外，本发明的限流柱采用三棱柱结构，可以有效阻止墨水回流，提高热泡式驱动件的工作效率；通过限流柱和热泡式驱动件，将喷液通路截断，有效限制第二驱动件工作时产生的液压串扰；第二驱动件截断喷嘴，可以避免卫星墨滴的产生，同时可以提高墨滴的速度，提高喷墨打印精度，同时串扰的减少可以进一步缩小喷头尺寸，提高打印分辨率。
附图说明
图1为本发明实施例一的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的平面结构示意图；
图2为本发明实施例一的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头工作原理示意图；
图3为本发明实施例一的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的立体结构示意图；
图4为本发明实施例一的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的第一硅基片部分结构示意图；
图5为本发明实施例一的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的第二硅基片部分结构示意图；
图6为本发明实施例一的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的第一硅基片制作工艺流程图；
图7为本发明实施例一的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的第二硅基片制作工艺流程图；
图8为本发明实施例二的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的平面结构示意图；
其中：1.第一硅基片；11.进液通道；12.喷嘴；13.储液池；14.限流柱；2.第二硅基片；21.二氧化硅层；22.下电极；23.第二驱动件；24.热泡式驱动件；25.上电极。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例一：
如图1-7所示，本实施例的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，包括进液通道11、进液储液池和六个喷墨储液池13(数量不限于图示的六个，可根据实际应用需求进行调整)，进液通道与进液储液池连通，进液储液池分别通过六条限流通道与六个喷墨储液池一一对应连通构成六条喷液通路，各喷墨储液池分别设有喷嘴12；其中，限流通道为缩颈结构。
各限流通道分别设有限流柱14，喷墨打印机喷头之外对应于各限流柱分别设有热泡式驱动件24，各喷墨储液池上方对应于喷嘴12分别设有第二驱动件23以截断喷嘴喷出墨滴。
具体的，双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，包括相互键合的第一硅基片1和第二硅基片2。
具体地，第一硅基片1的上表面具有进液储液池、限流通道、限流柱14和喷墨储液池13，进液通道11贯通进液储液池至第一硅基片1的下表面，喷嘴12贯通喷墨储液池至第一硅基片1的下表面；
第二硅基片2的上表面嵌装有热泡式驱动件24和第二驱动件23。
其中，限流柱14为三棱柱结构，位于限流通道的中间，面向进液通道11的为三棱柱的棱柱，面向喷嘴12的为三棱柱的矩形面，在喷出墨水时，回流的墨水受到较大的阻力；在吸入墨水时，墨水受到较小的阻力。
本实施例的热泡式驱动件24由加热元件、下电极22、上电极25组成，加热元件位于限流柱14和喷嘴12之间，工作时产生气泡推动墨水挤出喷嘴，同时堵住喷液通路。
本实施例的第二驱动件23为压电陶瓷片，包括压电单元、下电极22、上电极25，压电陶瓷片产生形变可以再次加速墨滴喷出，同时封住喷嘴，将墨滴截断。
本实施例的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的加工方法，包括以下步骤：
S1.选取4inch第一硅基片，采用光刻工艺将进液通道11和喷嘴12图形转移至第一硅基片1的上表面，并采用深反应离子刻蚀技术，刻透进液通道11和喷嘴12；
S2.采用光刻工艺将进液储液池、限流通道、限流柱14和喷墨储液池13图形转移至第一硅基片的上表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出进液储液池、限流通道、限流柱14和喷墨储液池13，其中，进液储液池、限流通道及喷墨储液池的刻蚀深度10～50μm；
S3.选取4inch第二硅基片，采用光刻技术和反应离子刻蚀技术，在第二硅基片2的上表面，刻蚀出热泡式驱动件24和第二驱动件23凹槽，使得导热面或振动面的厚度为5～50μm；
S4.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第二硅基片2上表面沉积一层二氧化硅层21；
S5.采用光刻工艺和金属溅射工艺，制备热泡式驱动件24和第二驱动件23的下电极层22；
S6.采用光刻工艺和金属溅射工艺，将钽-铝合金溅射到热泡式驱动件24凹槽，厚度10-50μm；
S7.采用光刻工艺和PECVD工艺，将PZT材料沉积到第二驱动件23凹槽；
S8.采用光刻工艺和金属溅射工艺，制备热泡式驱动件24和第二驱动件23的上电极层25；
S9.采用氢氟酸漂洗第一硅基片1的上表面和第二硅基片2的下表面，并采用硅-硅键合工艺将第一硅基片1的上表面和第二硅基片2的下表面键合；
S10.清洗并划片，完成制备。
使用时，如图2所示，热泡式驱动件24先工作，产生气泡，与限流柱14一同将喷液通路截断，同时将墨水向喷嘴12处挤出，截断后，第二驱动件23工作，将墨水挤出喷嘴12，同时在喷嘴12处截断，避免卫星墨滴的产生；在补充墨水时，热泡式驱动件24先停止工作，气泡塌陷，使喷液通路打开，第二驱动件24反向振动，吸入墨水，准备下一次喷出墨滴。
本实例的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头通过限流柱和热泡式驱动件24，将喷液通路截断，有效限制第二驱动件23工作时产生的液压串扰；第二驱动件23截断喷嘴，可以避免卫星墨滴的产生，同时可以提高墨滴的速度，实现高速无卫星墨滴的产生，提高了喷墨打印精度，同时串扰的减少可以进一步缩小喷头尺寸，提高打印分辨率。
实施例二：
本实施例的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头与实施例一的不同之处在于：
如图8所示，第二驱动件23和热泡式驱动件24均采用加热元件驱动，相比实施例一，在制作工艺中不需要再使用PZT材料，制作过程中更加简便；
其他结构可以参考实施例一。
本实施例的双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的加工方法，包括以下步骤：
S1.选取4inch的第一硅基片，采用光刻工艺将进液通道11和喷嘴12图形转移至第一硅基片1的上表面，并采用深反应离子刻蚀技术，刻透进液通道11和喷嘴12区；
S2.采用光刻工艺将喷液通路图形转移至第一硅基片的上表面，并采用反应离子刻蚀技术，刻蚀制备出喷液通路和限流柱14，其中，喷液通路的储液池刻蚀深度10-50μm；
S3.选取4inch的第二硅基片，采用光刻技术和反应离子刻蚀技术，在第二硅基片2的上表面，刻蚀出热泡式驱动件24和第二驱动件23凹槽，使得导热面的厚度为5-50μm；
S4.采用光刻工艺和PECVD工艺，在第二硅基片2上表面沉积一层二氧化硅层21；
S5.采用光刻工艺和金属溅射工艺，制备热泡式驱动件24和第二驱动件23的下电极层22；
S6.采用光刻工艺和金属溅射工艺，将钽-铝合金溅射到热泡式驱动件24凹槽和第二驱动件23凹槽中，厚度10-50μm；
S7.采用光刻工艺和金属溅射工艺，制备热泡式驱动件24和第二驱动件23的上电极层25；
S8.采用氢氟酸漂洗第一硅基片1的上表面和第二硅基片2的下表面，并采用硅-硅键合工艺将第一硅基片1的上表面和第二硅基片2的下表面键合；
S9.清洗并划片，完成制备。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，其特征在于，所述喷墨打印机喷头包括相互键合的第一硅基片和第二硅基片，第一硅基片上具有进液通道、进液储液池、限流通道、限流柱和N个喷墨储液池，进液通道与进液储液池连通，进液储液池分别通过N条限流通道与N个喷墨储液池一一对应连通构成N条喷液通路，各喷墨储液池分别设有喷嘴；其中，N为正整数；
各限流通道分别设有限流柱，所述第二硅基片的上表面对应于各限流柱处分别设有热泡式驱动件，第二硅基片的上表面对应于各喷墨储液池的喷嘴还分别设有第二驱动件以截断喷嘴喷出墨滴；
使用时，热泡式驱动件先工作，产生气泡，与限流柱一同将喷液通路截断，同时将墨水向喷嘴处挤出，截断后，第二驱动件工作，将墨水挤出喷嘴，同时在喷嘴处截断；
在补充墨水时，热泡式驱动件先停止工作，气泡塌陷，使喷液通路打开，第二驱动件反向振动或停止工作，吸入墨水，准备下一次喷出墨滴。
2.如权利要求1所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，其特征在于，所述喷液通路沿第一硅基片与第二硅基片的键合面阵列式分布。
3.如权利要求2所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，其特征在于，所述进液通道贯通进液储液池至第一硅基片的下表面，所述喷嘴贯通喷墨储液池至第一硅基片的下表面。
4.如权利要求3所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，其特征在于，所述限流柱为三棱柱结构，三棱柱的棱柱面向进液通道，三棱柱的矩形面面向喷嘴。
5.如权利要求4所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，其特征在于，所述热泡式驱动件包括加热元件和位于加热元件两侧的电极，加热元件位于限流柱与喷嘴之间。
6.如权利要求5所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第二驱动件为压电陶瓷片。
7.如权利要求5所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头，其特征在于，所述第二驱动件为热泡式驱动件。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种双驱动高速无卫星墨滴的喷墨打印机喷头的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取一第一硅基片，在第一硅基片的上表面刻蚀出进液通道、进液储液池、限流通道、限流柱、喷墨储液池和喷嘴；
S2、选取一第二硅基片，在第二硅基片的上表面刻蚀出第一安装槽和第二安装槽，之后在第二硅基片的上表面沉积二氧化硅层，接着于第一安装槽设置热泡式驱动件，第二安装槽设置第二驱动件；
S3、将第一硅基片的上表面与第二硅基片的下表面键合。
9.如权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述进液储液池、限流通道及喷墨储液池的深度为10～50μm。
10.如权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述第一安装槽和第二安装槽的底壁厚度为5～50μm。
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