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CN101332708B - 喷墨头及使用该喷墨头的打印装置 - Google Patents

喷墨头及使用该喷墨头的打印装置 Download PDF

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Abstract

一种喷墨头及使用该喷墨头的打印装置，该喷墨头包括下平板与上平板，该下平板上设有储液槽及流道，该流道的一端与该储液槽连通，该上平板内沿所述流道的延伸方向间隔埋设有若干电极，最靠近该储液槽的电极至少有一部分位于该储液槽上方，所述若干电极被施加有规律的电压后驱动储液槽中的墨水产生墨滴，并沿该流道行进。该喷墨头利用电润湿效应控制墨滴的运动，控制精度较高，且不需要传统微流道结构，具有制作工艺简单、便于大量制造以及成本较低的优点。

Description

喷墨头及使用该喷墨头的打印装置
技术领域
本发明涉及一种喷墨头及使用该喷墨头的打印装置，特别是一种利用电润湿原理的喷墨头及使用该喷墨头的打印装置。
背景技术
近年来，随着电子产业的迅速发展，打印机技术取得了较大的进展，从原来的撞针式打印机逐渐发展出了喷墨式打印机以及激光打印机。其中，喷墨式打印机大多采用气泡式(Thermal bubble)或是压电式(Piezoelectric)喷墨头以将墨水散布至纸张上完成印刷工作。气泡式喷墨头利用加热器将墨水瞬间气化，产生高压气泡推动墨水由喷嘴射出。压电式喷墨头利用一因施加电压而可产生形变的压电材料挤压喷墨腔内的墨水并将其喷射而出。
然而，上述两种喷墨式打印机利用压力进行喷墨，其必须设置微流道以使喷墨头能喷出细微的墨滴。其中，该微流道会对墨滴产生较大的流阻，直接影响喷墨的速度及喷墨质量。为提高喷墨速度及质量，该微流道必须具备精确的三维结构。然而，尺寸较小的微流道需要较高的制造精度，制造成本较高且良品率难以保证。
电润湿(Electrowetting)是一种利用液体界面处的电荷而使液体表面张力发生改变的现象，而介电质材料上的电湿润效应(Electrowetting-on-dielectric，EWOD)则能够利用电润湿移动电极间的液滴。2005年7月下半月发表于《中国机械工程》期刊第16卷第14期上的论文《介质上电润湿液滴驱动的研究》详细揭示了一种介质上电润湿液滴驱动器，并分析了该驱动器的驱动原理，即通过外加电势改变液滴局部接触角大小，造成液滴非对称形变，从而产生压力差来驱动液滴。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单、成本较低的喷墨头及使用该喷墨头的打印装置。
一种喷墨头，包括下平板与上平板，该下平板上设有储液槽及流道，该流道的一端与该储液槽连通，该上平板内沿所述流道的延伸方向间隔埋设有若干电极，最靠近该储液槽的电极至少有一部分位于该储液槽上方，所述若干电极被施加有规律的电压后驱动储液槽中的墨水产生墨滴，并沿该流道行进。
一种打印装置，包括至少一喷墨头、墨盒、导管及固定座，所述喷墨头固定在该固定座上，该喷墨头包括下平板及上平板，该下平板上设有储液槽及流道，该导管将该墨盒及该储液槽连通，该流道的一端与该储液槽连通，该上平板内沿所述流道的延伸方向间隔埋设有若干电极，最靠近该储液槽的电极至少有一部分位于该储液槽上方，所述若干电极被施加有规律的电压后驱动储液槽中的墨水产生墨滴，并沿该流道行进。
与现有技术相比，该打印装置中的喷墨头利用电润湿效应控制墨滴的运动，不需要传统的难以制造的微流道结构，具有制作工艺简单、便于大量制造以及成本较低的优点。而且，电润湿效应可对微量墨滴进行有效控制，可以快速稳定的驱动将墨滴，具有精度较高的优点。
附图说明
下面参照附图结合实施例作进一步的描述：
图1为本发明打印装置其中一实施例的结构示意图。
图2为图1所示打印装置中喷墨头的立体分解图。
图3为图1所示打印装置中喷墨头的局部剖示图。
图4A、4B、4C、4D为上极板的制造过程示意图。
图5A为产生墨滴的示意图。
图5B、5C为运输墨滴的示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明打印装置其中一实施例的结构示意图。该打印装置100包括至少一喷墨头10、一墨盒20、一导管30及一固定座40。该固定座40两侧分别设置一固定部42，该两固定部42将该喷墨头10夹设固定在该固定座40的中央位置。
请参照图1与图2，该喷墨头10包括一下平板12及一上平板14。该下平板12上设有一储液槽122，该墨盒20内装有墨水(图未示)，该导管30将该墨盒20与该下平板12的储液槽122相连接，使墨盒20内的墨水源源不断地流入储液槽122内。另外，该打印装置100还可以具有多个喷墨头10，以形成一打印阵列。
该下平板12为一长方体板状结构(如图2所示)，该储液槽122位于下平板12的一端。该下平板12的表面沿长轴方向于中央位置处设有一流道124。该流道124一端与该储液槽122连通，另一端设有一喷嘴124a。该喷嘴124a呈箭头形结构，其具有一尖端124b，该尖端124b与下平板12远离储液槽122一端的侧壁相接并形成开口。该喷嘴124a的尖端124b的宽度小于该流道124的宽度。该流道124上方设有一容置槽126，该容置槽126用于收容定位该上平板14。该容置槽126一端与该储液槽122连通，使得该上平板14靠近储液槽122的一端可伸入该储液槽122内。该下平板12于流道124的一侧间隔设有若干凹槽128。
请参照图1至图3，该上平板14于底面至少间隔埋设有电极142a、142b、142c(如图3所示)，这些电极142a、142b、142c分别通过一导线141(如图2所示)与位于该上平板14外的对应端子16电连接。这些端子16分别与控制电路(图未示)电连接，将控制电路发出的脉冲电压分别传递至这些电极142a、142b、142c上。
组装时，该上平板14收容固定在该容置槽126内，且该上平板14靠近储液槽122的一端以及该电极142a的一部分伸入该储液槽122内(如图5A所示)。这些端子16分别收容固定在该下平板12上的凹槽128内(如图1所示)。
请参照图3，该下平板12具有一基材12a，该基材12a由ITO(Indium TinOxide)玻璃制成。在成型储液槽122、流道124、容置槽126及凹槽128之后，该基材12a表面通过电浆辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)沉积一层400～500nm厚的氮化硅(Si3N4)作为介电层12b，然后通过旋转涂覆(Spin Coating)涂覆一层Teflon AF1200薄膜作为疏水层12c。
请参照图3及图4A，该上平板14具有一基材14a，该基材14a由具有导电层142的ITO玻璃制成。通过光化学蚀刻法对该基材14a的导电层142进行切割，制造出间隔排列的电极142a、142b、142c。该上平板14的制造过程请参照图4A至图4D，先根据电极142a、142b、142c的形状在该基材14a的导电层142上涂布一层光阻剂143a(如图4A所示)。利用光化学蚀刻将该导电层142切断，形成电极142a、142b、142c，并移除光阻剂143a(如图4B所示)。接着，利用电浆辅助化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)在该基材14a及电极142a、142b、142c的表面沉积一层400～500nm厚的氮化硅(Si3N4)作为介电层14b(如图4C所示)。最后，请参照图4D，通过旋转涂覆(Spin Coating)在介电层14b上涂覆一层Teflon AF1200薄膜作为疏水层14c。该下平板12及上平板14具有制作工艺简单，成本较低，便于工业化大规模生产的优点。
请参照图5A至图5C，使用时，该储液槽122通过墨盒20充入一定量的墨水50；该下平板12的介电层12b接地，通过控制电路先对伸入该储蓄槽122内的电极142a施加脉冲电压，使储蓄槽122内位于电极142a之下的墨水50的表面张力发生变化，驱动墨水50向电压较高的地方移动(如图5A所示)。接着，通过控制电路向与电极142a邻近的电极142b施加脉冲电压。当墨水50移动至电极142b处时，断开电极142a上的电压，墨水50将在表面张力的作用下断裂，形成墨滴51(如图5B所示)。继续对与电极142b相邻的电极142c施加脉冲电压驱动墨滴51移动(如图5C所示)，并断开电极142b上的电压，引导墨滴51流向流道124的喷嘴124a，并经喷嘴124a的尖端124b喷出，到达印刷基材(图未示)上，形成打印图案。
由于该喷嘴124a的尖端124b的宽度小于该流道124的宽度，当墨滴51运动至尖端124b处时，受到尖端124b的挤压，使墨滴51易于克服与流道124之间的界面润湿力，从该尖端124b脱离。
该打印装置100利用电润湿改变墨滴的界面张力，控制墨滴51的运动，不需要传统复杂的微流道结构，具有制作工艺简单、便于大量制造以及成本较低的优点。而且，电润湿可对微量墨滴51进行有效控制，可以快速稳定的将墨滴51驱动至喷嘴142a，具有精度较高的优点。

Claims (11)

1.一种喷墨头，其特征在于，包括下平板与上平板，该下平板上设有储液槽及流道，该流道的一端与该储液槽连通，该上平板内沿所述流道的延伸方向间隔埋设有若干电极，最靠近该储液槽的电极至少有一部分位于该储液槽上方，所述若干电极被施加有规律的电压后驱动储液槽中的墨水产生墨滴，并沿该流道行进。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，该下平板包括基板、位于基板上的介电层和位于介电层上的疏水层，该上平板包括基板、位于基板上的介电层和位于介电层上的疏水层，该上平板的疏水层与下平板的疏水层通过所述流道相对间隔设置。
3.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，该流道远离储液槽的另一端设有一喷嘴，该喷嘴呈箭头形结构，其尖端的宽度小于该流道的宽度。
4.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，该下平板在该流道的上方设有容置槽，该上平板收容固定在该容置槽内。
5.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，该喷墨头对应每一电极设有一端子，所述电极通过所述端子与控制电路连接。
6.根据权利要求5所述的喷墨头，其特征在于，该下平板对应每一端子设有一凹槽，所述端子分别收容在所述凹槽内。
7.一种打印装置，包括至少一喷墨头、墨盒、导管及固定座，其特征在于，所述喷墨头固定在该固定座上，该喷墨头包括下平板及上平板，该下平板上设有储液槽及流道，该导管将该墨盒及该储液槽连通，该流道的一端与该储液槽连通，该上平板内沿所述流道的延伸方向间隔埋设有若干电极，最靠近该储液槽的电极至少有一部分位于该储液槽上方，所述若干电极被施加有规律的电压后驱动储液槽中的墨水产生墨滴，并沿该流道行进。
8.根据权利要求7所述的打印装置，其特征在于，该流道远离储液槽的另一端设有一喷嘴，该喷嘴呈箭头形结构，其尖端的宽度小于该流道的宽度。
9.根据权利要求7所述的打印装置，其特征在于，该下平板在该流道的上方设有容置槽，该上平板收容固定在该容置槽内。
10.根据权利要求7所述的打印装置，其特征在于，该喷墨头对应每一电极设有一端子，所述电极通过所述端子与控制电路连接，该下平板对应每一端子设有一凹槽，所述端子分别收容在所述凹槽内。
11.根据权利要求7所述的打印装置，其特征在于，该下平板包括基板、位于基板上的介电层和位于介电层上的疏水层，该上平板包括基板、位于基板上的介电层和位于介电层上的疏水层。
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