CN104325793B - 打印机喷头及其中具有超疏水性能过滤板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种打印机喷头及其中具有超疏水性能过滤板制造方法。该打印机喷头包括：壳体，壳体的顶部设有进墨孔、底部设有至少两个喷嘴，壳体内设置有压电元件，压电元件将壳体内部分隔为上、下设置的液体腔室和压力腔室，液体腔室与进墨孔相连通，压力腔室与喷嘴相连通，且压电元件上开设有第一导流孔；还包括设置在液体腔室内的脱气层，脱气层包括分壳体和过滤板，且过滤板与分壳体之间形成用于存储气泡的容置空腔；且在脱气层上还贯穿开设有第一导流孔的第二导流孔。本发明的打印机喷头，实现了对墨水中气泡的过滤，减少了进入到压力腔室的墨水中的气泡，使墨水可以充满压力腔室，提高了喷头的喷射性能。

Description

打印机喷头及其中具有超疏水性能过滤板制造方法

技术领域

本发明涉及图像形成装置，尤其涉及一种打印机喷头其具有超疏水性能过滤板制造方法。

背景技术

压电式喷墨打印头利用压电材料变形产生的压力喷射墨水。打印头内部一般被压电元件分隔为压力腔室和液体腔室，液体腔室设有供墨水流入的进墨孔，压力腔室则设有多个喷嘴；墨水由进墨口进入液体腔室后经供液通道流入压力腔室，并在压电片的变形驱动下促使墨由喷嘴中喷出。

打印头中的压力腔室需充满墨水才能满足打印质量要求，若液体腔室中的墨水中溶解的空气或其他气体，这些气体再由于温度的升高或者其他因素成长为气泡，就会导致压力腔室中的墨水中混有气泡，从而便会降低打印头的喷射性能，并且，一旦气泡进入喷嘴，还很容易发生喷嘴堵塞，造成墨水不能正确喷出、无法正确打印图像。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种用于打印机喷头及其中具有超疏水性能过滤板制造方法，以降低液体腔室中混杂墨水的气体，保证打印头的喷射性能。

本发明提供一种打印机喷头，包括：壳体，所述壳体的顶部设有供墨水流入的进墨孔，所述壳体的底部设有至少两个用于将墨水喷出的喷嘴，所述壳体内设置有压电元件，所述压电元件将壳体内部分隔为上、下设置的液体腔室和压力腔室，所述液体腔室与所述进墨孔相连通，所述压力腔室与所述喷嘴相连通，且所述压电元件上开设有连通液体腔室和压力腔室的第一导流孔；其特征在于，还包括设置在所述液体腔室内的脱气层，所述脱气层包括分壳体和过滤板，所述分壳体上形成有顶部开口的容置凹槽，且所述过滤板与所述分壳体之间形成用于存储气泡的容置空腔；且在所述脱气层上还贯穿开设有用于将由进墨孔流入的墨水流引流至所述第一导流孔的第二导流孔。

本发明还提供上述打印机喷头中具有超疏水性能过滤板制造方法，包括：

形成孔径直径在微米至纳米级之间的金属网；

将所述金属网放入盛有4mol/L盐酸溶液的玻璃瓶中，浸泡第一时间；

将浸泡过的所述金属网在盛有无水乙醇溶液的容器中浸泡第二时间，再在盛有丙酮溶液的容器中浸泡第二时间；

取出浸泡过的所述金属网，将所述金属网经超声波震荡仪震荡处理；

用去离子水反复冲净金属网表面，用氮气干燥；

将所述金属网浸泡在0.01mol/L的正十四酸的乙醇溶液中，在室温下浸泡3～5天，使金属网表面形成超疏水物质。

本发明提供的打印机喷头及其中具有超疏水性能过滤板制造方法，通过在液体腔室中设置具有超疏水性能的过滤板，可有效吸附墨水中的气泡，实现对墨水中气泡的过滤，且不影响墨水的流动，从而有效减少了进入到压力腔室的墨水中的气泡，使得墨水可以充满压力腔室，提高了喷头的喷射性能，并且，还可以有效避免气泡堵塞喷嘴，进一步保障了图像打印的顺利进行。

附图说明

图1为本发明打印机喷头一实施例的组合结构示意图；

图2为图1的分解结构示意图；

图3为图1的另一视角分体结构示意图；

图4为图1中脱气层的分体结构示意图；

图5为本发明打印机喷头另一实施例中脱气层的结构示意图；

图6是图5的剖面结构示意图；

图7A为在视频光学接触角测量仪上拍摄到的、在0ms、1.09ms、2.19ms、3.29ms、8.21ms及164.1ms时刻气泡相对于过滤板位置的照片；

图7B为在视频光学接触角测量仪上拍摄到的、在0s、7.74s、12.62s、12.82s、15.36s、15.87s、15.91ms及15.92s时刻气泡相对于过滤板位置的照片。

具体实施方式

图1为本发明打印机喷头一实施例的组合结构示意图；图2为图1的分解结构示意图；图4为图1中脱气层的结构示意图；图3为图1的另一视角分体结构示意图；请参照图1-4，本实施例提供的打印机喷头包括：壳体10，壳体10的顶部设有供墨水流入的进墨孔102，壳体10的底部设有至少两个用于将墨水喷出的喷嘴101，壳体10内设置有压电元件3，压电元件3将壳体内部分隔为上、下设置的液体腔室和压力腔室32，液体腔室与进墨孔102相连通，压力腔室32与喷嘴101相连通，且压电元件3上开设有连通液体腔室和压力腔室32的第一导流孔33；本实施例的打印机喷头还包括设置在液体腔室内的脱气层2，脱气层2包括分壳体21和过滤板22，分壳体21上形成有顶部开口的容置凹槽23，且过滤板22与分壳体21之间形成用于存储气泡的容置空腔26；且在脱气层2上还贯穿开设有用于将由进墨孔102流入的墨水流引流至第一导流孔33的第二导流孔27。具体地，喷嘴101可以为开设在壳体10底部的通孔，且喷嘴的数量可以为多个，并可直线排列。压电元件3可以水平设置在壳体10内，以将壳体10的内部空腔分成上部的液体腔室和下部的压力腔室32，以通过压电元件3的变形驱动压力腔室32内的墨水喷出；其中压力腔室32中可以形成多个互相通槽，这些通槽均与第一导流孔33底端相连通，以供墨水经这些通槽后由喷嘴101喷出。

进一步地，脱气层2可以包括分壳体21和过滤板22，分壳体21可以固定设置在压电元件3上方，且其底面可以与压电元件3顶面接触，分壳体21的顶面可凹陷形成上述容置凹槽23；过滤板22可以为一平板，过滤板22可固定覆盖在该容置凹槽的开口处（即过滤板22位于容置凹槽23的上方），使得过滤板22连同容置凹槽23的侧壁和底面共同围成一容置空腔26，此时，该容置空腔26位于过滤板22的下方。

需要说明的是，过滤板22的超疏水性能是指，可以使气泡由过滤板一侧表面通过、并附着在背离一侧表面上，同时却会阻断墨水通过过滤板，即，该过滤板22可以滤去墨水中的气泡。

在这里，本发明各实施例提及的过滤板22可为经超疏水处理过的金属网；例如，可以为铜、锈钢、铝或锌制成的网状薄片，优选地，当采用铜网时，用于编制铜网的铜丝的直径可以为100～600nm，形成的铜网上的网孔则可以为500～900nm。当然，金属网上的孔径还可更大一些，一般而言，金属网上的孔径可在微米级到纳米级之间。

上述金属网经超疏水处理后即可成为具有超疏水性能的过滤板22。下面以铜丝的直径为100～600nm、网孔则可以500～900nm铜网为例，详细说明超疏水处理的具体过程：

首先将铜网在4mol/L的盐酸中浸泡第一时间，其中第一时间可以为2min，以去除表面的氧化物及杂质。

然后，浸泡过的铜网在盛有无水乙醇溶液的容器中浸泡第二时间，再在盛有丙酮溶液的容器中第二时间；优选地，第二时间可以为10min。再将上述铜网经超声振荡处理5min。

用去离子水反复冲净，用强氮气干燥；

最后，将洗净的铜网浸入0.01mol/L的正十四酸的乙醇溶液中，在室温下（约25℃）浸泡3～5天后，使铜网表面形成朝疏水物质。之后，可用无水乙醇和去离子水多次淋洗，在自然干燥即可。

上述处理过程中发生的主要化学反应为最后一步中、铜与正十四酸（分子式为CH₃(CH₂)₁₂COOH）发生反应，并形成布满与铜网表面的肉豆蔻酸铜，其分子式为Cu[CH₃(CH₂)₁₂COO]₂。

经上述超疏水处理后，构成铜网的铜丝直径可从115nm增大至300nm，而铜网的孔径则缩小为600nm；且覆盖于铜丝表面的Cu[CH₃(CH₂)₁₂COO]₂是一种具有疏水性质的疏水基团，这种疏水基团与具有微米或纳米级孔径的铜网表面接合，则可使铜网具备超疏水性能，即能够捕捉并转移气泡。

经超疏水处理后的金属网捕捉气泡的具体原理如下，气泡的粘附过程可以抽象为固-气界面取代固-液界面的过程。固体、气体、液体表面自由能的大小决定了气泡能否粘附在铜网上。根据杨氏方程：

γ_sv-γ_sl=γ_lvcosθ，

其中，γ_sv，γ_sl，γ_lv分别代表固气、固液、液气界面的自由能；

θ为接触角；

对于亲液的固体，接触角θ<90°，cosθ>0,固-气表面的自由能增加，即表面张力增加，液体表面收缩，导致固体与气体的接触面接变小；对于疏液的固体，接触角θ>90°，cosθ<0,固-气表面的自由能降低，即表面张力降低，液体表面张开，固体与气体的接触面接变大，即气泡更易被固体表面捕获。而本实施例中的附着在铜网表面上的Cu[CH₃(CH₂)₁₂COO]₂即为上述疏液物质，因而使得气泡趋向于移向铜网的表面并粘附在铜网表面。

随着铜网捕捉的气泡增多时，液体及气泡会发生流动，固气、固液、液气界面的接触角发生变化，即此时的接触角称为滚动接触角θ_x。脱气层内部疏液固体与亲液固体两侧的压差也发生变化。

由上述杨氏方程得：

ΔP为疏液固体与亲液固体两侧的压力差，θ_x为疏液固体界面上的滚动接触角，对于超疏液固体，θ_x>150°，随着θ_x逐渐增大，则ΔP增大，则气泡转移到亲液固体一侧。

图7A为在视频光学接触角测量仪上拍摄到在0ms、1.09ms、2.19ms、3.29ms、8.21ms及164.1ms时刻气泡相对于过滤板位置的照片，如图7A所示，过滤板22为上述经超疏水处理后的铜网；如图7A可看出，当t=0，气泡601接触到过滤板22的表面上；然后，气泡601逐渐形成新的形态(如图7A中t=2.19ms时刻所示)，并在过滤板22上铺展开形成气膜602，粘附在过滤板下表面（如图7A中t=164.1ms时刻所示）；图7B为在视频光学接触角测量仪上拍摄到的、在0s、7.74s、12.62s、12.82s、15.36s、15.87s、15.91s及15.92s时刻气泡相对于过滤板位置的照片;由图7B中八个不同时刻的照片可以确定，当t=0时，气膜在过滤板22上展开；然后，当液体中有更多地气泡被过滤板捕捉，气膜602形状逐渐变厚（如图7B中t=7.74s时刻所示），当气膜602达到一定厚度时，气膜从过滤板一侧转移到另一侧，并在过滤板上方逐渐鼓起（如图7B中t=12.82s时刻所示），随着被捕捉的气体越来越多，过滤板上方的气膜严重变形鼓起（如图7B中t=15.36s时刻所示），形成气泡601，随后气泡601摆脱过滤板22的束缚并完全脱离过滤板22（如图7B中t=15.92s时刻所示）。

本实施例提供的打印机喷头可安装于喷墨打印机上，在工作过程中，打印机墨盒中的墨水由进墨孔102进入打印机喷内头的液体腔室，并与脱气层2的过滤板22接触，由于过滤板22具有超疏水性能，使得墨水中的气泡被吸附在过滤板22与墨水接触的表面，并转移到过滤板22背离墨水的一侧表面，即进入到过滤板22与分壳体21形成的容置空腔23内；于此同时，由于过滤板22不能允许墨水通过，则已经被滤去气泡的墨水经过第二导流孔27和第一导流孔33后进入到压电元件3下方的压力腔室32，最后在压电元件3的变形驱动下，由喷嘴101喷出至打印介质上。

本实施例提供的打印机喷头，通过在液体腔室中设置具有超疏水性能的过滤板，可有效吸附墨水中的气泡，实现对墨水中气泡的过滤，且不影响墨水的流动，从而有效减少了进入到压力腔室的墨水中的气泡，使得墨水可以充满压力腔室，提高了喷头的喷射性能，并且，还可以有效避免气泡堵塞喷嘴，进一步保障了图像打印的顺利进行。

进一步地，过滤板22下方还可以设置有支撑板24，支撑板24的周围与分壳体21固定连接，且支撑板24上开设多个供气泡通过的气泡孔241；该气泡孔241连通于容置空腔26，以供气泡经气泡孔241进入到容置空腔24。需要说明的是，支撑板24上的气泡孔241可远大于作为过滤板22的金属网上的网孔，该支撑板24的一个主要作用是可以作为金属网的支撑基体，便于加工制造。

更进一步地，壳体10可以呈长方体状，进液孔102可开设在壳体10的顶面上，至少两个喷嘴101可以沿壳体的宽度方向排列在壳体10的底面上。

分壳体10也可以呈与壳体10顶面相同的矩形，对应地，分壳体10顶部的容置凹槽23可以同样可以为矩形，且第二导流孔27可以垂向贯穿开设在该容置凹槽旁的分壳体10上。并且，第二导流孔27的孔口在壳体10顶部的投影与进墨孔102相距第一距离，且过滤板22可以位于进墨孔102下方、且位于第二导流孔27朝向进墨孔102的一侧。即，进墨孔102处于上述容置凹槽的上方，且进墨孔102与第二导流孔27之间的第一距离可以根据容置凹槽（或过滤板22）的尺寸确定，以使墨水由进墨孔102进入到液体腔室后，流向第二导流孔27的路径更长，从而使墨水与过滤板22更充分地接触，进一步增强过滤板22对墨水中的气泡的吸附过滤作用，以进一步减少流入到压力腔室32中的墨水中的气泡。

图5为本发明打印机喷头另一实施例中脱气层的结构示意图；图6为图5的剖面结构示意图；本发明另一实施例提供一种打印机喷头，与前述实施例不同的是，本实施例中的打印机喷头中过滤板22的结构形式和相对于分壳体21的位置有所不同，其它结构和功能则与前述实施例类似。请参照图1、5和6，在本实施例提供的打印机喷头中，分壳体21包括分底板211和形成于分底板211边缘的、垂直于分底板211的分侧壁212，分底板211和分侧壁212围成前述的容置凹槽23；过滤板22则垂直设置在分底板211上，且分底板211与分侧壁212围成一封闭环状，即容置空腔26，过滤板22围设在容置空腔26的周围。

具体地，当容置凹槽23呈矩形时，过滤板22有高度相同的四个立板组成，且四个立板围成一个闭环状矩形，该矩形闭环状的过滤板22位于分壳体21的容置凹槽23内，并与其***的分侧壁212围成闭环状的容置空腔26；第二导流孔27则可以贯穿设置在分底板211上。当墨水由进墨孔102进入到液体腔室中便可直接进入到分壳体21上的所述容置凹槽23中，同时墨水与过滤板22接触，在过滤板22的超疏水性作用下，墨水中的气泡便被吸附在过滤板22朝内的表面上，并随即转移动过滤板22朝外的表面上，进而存储在容置腔室26中。

当然，过滤板22外还可以设置有支撑板24，支撑板24可以垂直与分底板211、并同样围成一封闭的矩形，且支撑板24的内侧表面与所述过滤板22的外侧表面固定设置在一起；且支撑板24上同样可以设置多个供气泡通过的气泡孔。

本实施例提供的打印机喷头除过滤板采用上述的结构外，其它具体结构与前述实施例类似，其具体功能实现过程也与前述实施例类似，此处不再赘述。

本实施例提供的打印机喷头，通过在液体腔室中设置具有超疏水性能的过滤板，可吸附墨水中的气泡，实现对墨水中气泡的过滤，从而有效减少了进入到压力腔室的墨水中的气泡，使得墨水可以充满压力腔室，提高了喷头的喷射性能，并且，还可以有效避免气泡堵塞喷嘴，进一步保障了图像打印的顺利进行。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种打印机喷头，包括：壳体，所述壳体的顶部设有供墨水流入的进墨孔，所述壳体的底部设有至少两个用于将墨水喷出的喷嘴，所述壳体内设置有压电元件，所述压电元件将壳体内部分隔为上、下设置的液体腔室和压力腔室，所述液体腔室与所述进墨孔相连通，所述压力腔室与所述喷嘴相连通，且所述压电元件上开设有连通液体腔室和压力腔室的第一导流孔；其特征在于，还包括设置在所述液体腔室内的脱气层，所述脱气层包括分壳体和具有超疏水性能的过滤板，所述分壳体上形成有顶部开口的容置凹槽，且所述过滤板与所述分壳体之间形成用于存储气泡的容置空腔；且在所述脱气层上还贯穿开设有用于将由进墨孔流入的墨水流引流至所述第一导流孔的第二导流孔。

2.根据权利要求1所述的打印机喷头，其特征在于，所述过滤板为经超疏水处理过的金属网。

3.根据权利要求2所述的打印机喷头，其特征在于，所述金属网上的孔径在微米级到纳米级之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的打印机喷头，其特征在于，所述过滤板固定设置于所述容置凹槽上方。

5.根据权利要求4所述的打印机喷头，其特征在于，所述过滤板为一平板，所述过滤板固定覆盖在所述容置凹槽的开口上，所述容置空腔位于所述过滤板的下方。

6.根据权利要求5所述的打印机喷头，其特征在于，所述过滤板下方还设置有支撑板，所述支撑板的周围与所述分壳体固定连接，且所述支撑板上开设多个供所述气泡通过的气泡孔。

7.根据权利要求2或3所述的打印机喷头，其特征在于，所述第二导流孔的孔口在所述壳体顶部的投影与所述进墨孔相距第一距离，且所述过滤板位于所述进墨孔下方、且位于所述第二导流孔朝向所述进墨孔的一侧。

8.根据权利要求1或2或3所述的打印机喷头，其特征在于，所述壳体呈长方体状，所述进墨孔开设在所述壳体的顶面上，所述至少两个喷嘴沿所述壳体的宽度方向排列在所述壳体的底面上。

9.根据权利要求1或2或3所述的打印机喷头，其特征在于，所述过滤板固定设置于所述容置凹槽内。

10.根据权利要求9所述的打印机喷头，其特征在于，所述分壳体包括分底板和形成于所述分底板边缘的、垂直于所述分底板的分侧壁，所述分底板和分侧壁围成所述容置凹槽；所述过滤板垂直设置在所述分底板上，且所述过滤板在所述分侧壁内围成一封闭环状，所述容置空腔围设在所述过滤板的周围。

11.根据权利要求10所述的打印机喷头，其特征在于，所述第二导流孔开设在所述分底板上。

12.一种制造权利要求1-11任一所述的打印机喷头中的具有超疏水性能的过滤板的方法，其特征在于，包括：

形成孔径直径在微米至纳米级之间的金属网；

将所述金属网放入盛有4mol/L盐酸溶液的玻璃瓶中，浸泡第一时间；

将浸泡过的所述金属网在盛有无水乙醇溶液的容器中浸泡第二时间，再在盛有丙酮溶液的容器中浸泡第二时间；

取出浸泡过的所述金属网，将所述金属网经超声波震荡仪震荡处理；

用去离子水反复冲净金属网表面，用氮气干燥；

将所述金属网浸泡在0.01mol/L的正十四酸的乙醇溶液中，在室温下浸泡3～5天，使金属网表面形成超疏水物质。