專利名稱：靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴印頭，尤其是涉及一種采用靜電力驅(qū)動(dòng)的噴印頭。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，由于噴墨打印設(shè)備具有制造成本低，制造過(guò)程簡(jiǎn)單、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng) 用范圍已經(jīng)得到了很大程度的拓展，例如利用噴墨打印方法能制備有機(jī)和無(wú)機(jī)晶體管、陶瓷 器件、藥物輸送、高分子薄膜、生物工程和生物分析等眾多方面。而傳統(tǒng)的噴墨打印壓電
式和熱汽泡式噴墨打印都存在著難以克服的缺陷(E丄.Kyser， Method and Apparatus for Recording with Writing Fluids and Drop Projection Means Therefor, US.Patent, 3,946,398, 1976)。
其中，壓電式控制較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸精度要求較高，壓電晶體及其附件的老化、變形、隨時(shí) 會(huì)使打印頭性能下降，并且較難縮小打印頭尺寸。而熱汽泡式因高溫工作，會(huì)加劇墨水對(duì)熱敏 電阻及噴孔的腐蝕，從而造成噴頭壽命短，工作能耗高，噴射液滴定位精度不高。由于現(xiàn)有 噴墨打印機(jī)存在著以上的缺點(diǎn)，為了提高噴墨打印的打印性能，降低打印成本，拓展噴墨打 印的應(yīng)用領(lǐng)域，有必要研究一種新型的靜電力噴墨打印，它克服了傳統(tǒng)的噴墨打印的缺陷， 并具有以下優(yōu)點(diǎn)l.高分辨率，結(jié)構(gòu)尺寸小。2.能耗低，壽命長(zhǎng)。3.對(duì)打印材料沒有要求， 可用于多功能材料打印。4.制造工藝簡(jiǎn)單等。
靜電力驅(qū)動(dòng)噴印頭,其主要工作原理是當(dāng)在兩電極板間施加直流電壓(DV)時(shí)，在兩電極之 間產(chǎn)生靜電力，引起中間的可運(yùn)動(dòng)電極(膜片)產(chǎn)生形變，通過(guò)進(jìn)液管道把墨水吸進(jìn)墨腔， 當(dāng)膜片回復(fù)時(shí)，把墨水從墨腔中擠壓出去，實(shí)現(xiàn)墨滴的打印。
美國(guó)專利US6，133，218， US6，322，198B1分別公開了兩種靜電力噴墨打印結(jié)構(gòu)，它們都采 用上玻璃層-振動(dòng)層-下玻璃層結(jié)構(gòu)，唯一的區(qū)別是基底固定電極的布置方式不一樣。其中， 噴嘴、振動(dòng)膜片、墨腔和進(jìn)液管道都布置在振動(dòng)層，這就給工藝帶來(lái)相當(dāng)?shù)睦щy；且設(shè)計(jì)時(shí) 僅考慮到通過(guò)改變電極的布置方式來(lái)獲得大的變形以提高打印性能，這也是目前靜電力噴墨 打印頭普遍采用的方式，但同時(shí)這也會(huì)使工藝更加復(fù)雜，提高成本。
另外，傳統(tǒng)的靜電力噴印頭沒有考慮到進(jìn)液結(jié)構(gòu)(墨水從墨盒到打印頭的流通通道)，由 于膜片回復(fù)的過(guò)程中，將會(huì)引起墨水的回流現(xiàn)象，從而影響墨水的重新裝填，進(jìn)而影響噴墨 打印速度，而噴墨打印速度是影響噴墨打印機(jī)性能的一個(gè)相當(dāng)重要的參數(shù)。在S. Kamisuki等(S. Kamisuki, T. Hagata. A LOW POWER, SMALL, ELECTROSTATICALLY DRIVEN COMMERCIAL INKJET HEAD.正EE, 1998:63-68 )的報(bào)道中，膜片的變形體積量是
3.2x10—13附3，而打印出去的墨滴的體積才1.6><10—13附3，可見打印時(shí)液體回流的作用非常明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高打印性能、簡(jiǎn)化工藝流程和降低成本等優(yōu)點(diǎn)的靜電 驅(qū)動(dòng)噴印頭。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用擴(kuò)散/收縮管作為防回流進(jìn)液結(jié)構(gòu)，并將進(jìn)液和振動(dòng)層分開。
本發(fā)明設(shè)有上層、中間層、下層、噴嘴、墨腔、固定電極、振動(dòng)膜片和進(jìn)液管，上層為 硅層，中間層為振動(dòng)層，下層為玻璃層，振動(dòng)層設(shè)于硅層與玻璃層之間，噴嘴設(shè)于振動(dòng)層側(cè) 壁，墨腔設(shè)于振動(dòng)層上，墨腔腔體與噴嘴相通，振動(dòng)膜片設(shè)于墨腔腔體底部，進(jìn)液管設(shè)于硅 層上，進(jìn)液管與墨腔相通，固定電極設(shè)于玻璃層內(nèi)表面，固定電極外接驅(qū)動(dòng)電路。
玻璃層最好為硼硅玻璃層。墨腔最好為一組長(zhǎng)槽形腔體，每個(gè)長(zhǎng)槽形腔體與相對(duì)應(yīng)的噴 嘴相通。振動(dòng)膜片位于振動(dòng)層長(zhǎng)槽形腔體底部，墨水流進(jìn)的進(jìn)液管最好采用擴(kuò)散/收縮管，位 于硅層上相對(duì)應(yīng)各墨腔位置并遠(yuǎn)離噴嘴一端，與墨腔相通。固定電極最好為一組長(zhǎng)方形電極， 所述一組長(zhǎng)方形電極平行相對(duì)應(yīng)于設(shè)于各個(gè)墨腔底部的振動(dòng)膜片，由獨(dú)立導(dǎo)線引出，并與外 面驅(qū)動(dòng)電路相連。
與現(xiàn)有的噴印頭相比，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)
1、 簡(jiǎn)化工藝，提高成品率。由于把進(jìn)液結(jié)構(gòu)從振動(dòng)層移出，降低了靜電力噴印頭工藝過(guò) 程中的關(guān)鍵步驟一振動(dòng)層制造的復(fù)雜程度，使結(jié)構(gòu)易于加工。例如簡(jiǎn)化了振動(dòng)層光刻掩模版， 有利于避免復(fù)雜掩模版所帶來(lái)的工藝問題，降低了工藝難度，提高了成品率。
2、 提高打印速度，提升了靜電噴印頭的打印性能。由于對(duì)進(jìn)液管采用優(yōu)化的擴(kuò)散/收縮 管結(jié)構(gòu)，降低了振動(dòng)膜片回復(fù)時(shí)引起的回流影響，提高了打印速度，進(jìn)而降低了工作電壓， 提升打印性能。
3、 降低成本。采用硅-硅-玻璃三層結(jié)構(gòu)，而不是原來(lái)的玻璃-硅-玻璃三層結(jié)構(gòu)，并創(chuàng)新 性地把進(jìn)液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在硅層上，這樣能進(jìn)一步降低回流的影響，同時(shí)也降低了成本。


圖l為本發(fā)明實(shí)例的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)例的分解結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)例的上硅層結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為圖3中的進(jìn)液管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1 4所示，本發(fā)明由硅層1，振動(dòng)層(硅)2、硼硅玻璃層3三層結(jié)構(gòu)通過(guò)陽(yáng)極鍵 合構(gòu)成。墨水從墨盒通過(guò)硅層1上的進(jìn)液口4進(jìn)入噴印頭。當(dāng)通過(guò)引出電極6在硼硅玻璃上 的固定電極7和振動(dòng)層2的振動(dòng)膜片9 (可動(dòng)電極)之間施加直流電壓時(shí)，兩個(gè)電極之間將 產(chǎn)生靜電力，振動(dòng)膜片9在靜電力的作用下發(fā)生變形，墨水通過(guò)擴(kuò)散/收縮管10進(jìn)入墨腔8， 當(dāng)移開直流電壓后，振動(dòng)膜片回復(fù)到初始位置，并把墨腔里的墨水從噴嘴5噴射出去，實(shí)現(xiàn) 墨水的打印。擴(kuò)散/收縮管可以有效降低回流的影響，擴(kuò)散/收縮管的形狀尺寸主要由3個(gè)參數(shù) 決定小截面長(zhǎng)度的d、管長(zhǎng)Z和錐角e。
墨滴噴出的噴嘴5位于振動(dòng)層側(cè)壁，儲(chǔ)存墨水的墨腔8位于振動(dòng)層，為一系列長(zhǎng)槽形獨(dú) 立腔體，每個(gè)腔體與相對(duì)應(yīng)的噴嘴5相通。振動(dòng)膜片9位于振動(dòng)層2長(zhǎng)槽形腔體底部；墨水 流進(jìn)的進(jìn)液管10采用擴(kuò)散/收縮管，位于硅層1上相對(duì)應(yīng)各墨腔位置并遠(yuǎn)離噴嘴一端，與墨 腔8相通。固定電極7位于硼硅玻璃層內(nèi)表面，為一系列長(zhǎng)方形電極，平行相對(duì)于各個(gè)墨腔 底部的振動(dòng)膜片9，由獨(dú)立導(dǎo)線引出，并與外面驅(qū)動(dòng)電路相連。
以下給出實(shí)施例的具體參考尺寸。振動(dòng)膜片長(zhǎng)600(Him，寬380pm，厚5nm;固定電極 長(zhǎng)6000nm，寬380pm;墨腔深110pm，噴嘴長(zhǎng)10pm，高35pm;擴(kuò)散/收縮管小端寬3(Him， 大端80pm，長(zhǎng)30(^m，深30nm;固定電極在振動(dòng)膜片下方lpm處。
權(quán)利要求
1. 靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭，其特征在于設(shè)有上層、中間層、下層、噴嘴、墨腔、固定電極、振動(dòng)膜片和進(jìn)液管，上層為硅層，中間層為振動(dòng)層，下層為玻璃層，振動(dòng)層設(shè)于硅層與玻璃層之間，噴嘴設(shè)于振動(dòng)層側(cè)壁，墨腔設(shè)于振動(dòng)層上，墨腔腔體與噴嘴相通，振動(dòng)膜片設(shè)于墨腔腔體底部，進(jìn)液管設(shè)于硅層上，進(jìn)液管與墨腔相通，固定電極設(shè)于玻璃層內(nèi)表面，固定電極外接驅(qū)動(dòng)電路。
2. 如權(quán)利要求l所述的靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭，其特征在于玻璃層為硼硅玻璃層。
3. 如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭，其特征在于墨腔為一組長(zhǎng)槽形腔體，每個(gè)長(zhǎng)槽 形腔體與相對(duì)應(yīng)的噴嘴相通。
4. 如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭，其特征在于振動(dòng)膜片位于振動(dòng)層長(zhǎng)槽形腔體底部。
5. 如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭，其特征在于進(jìn)液管為擴(kuò)散/收縮管，位于硅層 上相對(duì)應(yīng)各墨腔位置并遠(yuǎn)離噴嘴一端。
6. 如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭，其特征在于固定電極為一組長(zhǎng)方形電極，所述 一組長(zhǎng)方形電極平行相對(duì)應(yīng)于設(shè)于各個(gè)墨腔底部的振動(dòng)膜片，由獨(dú)立導(dǎo)線引出，并與外面驅(qū) 動(dòng)電路相連。
全文摘要
靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭，涉及一種噴印頭，尤其是涉及一種采用靜電力驅(qū)動(dòng)的噴印頭。提供一種具有較高打印性能、簡(jiǎn)化工藝流程和降低成本等優(yōu)點(diǎn)的靜電驅(qū)動(dòng)噴印頭。設(shè)有上層、中間層、下層、噴嘴、墨腔、固定電極、振動(dòng)膜片和進(jìn)液管，上層為硅層，中間層為振動(dòng)層，下層為玻璃層，振動(dòng)層設(shè)于硅層與玻璃層之間，噴嘴設(shè)于振動(dòng)層側(cè)壁，墨腔設(shè)于振動(dòng)層上，墨腔腔體與噴嘴相通，振動(dòng)膜片設(shè)于墨腔腔體底部，進(jìn)液管設(shè)于硅層上，進(jìn)液管與墨腔相通，固定電極設(shè)于玻璃層內(nèi)表面，固定電極外接驅(qū)動(dòng)電路。
文檔編號(hào)B41J2/14GK101497269SQ2009101111
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者孫道恒, 戴銀宏, 王凌云, 陳棟杭 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)