CN117162669A - 一种电流体喷印头和电流体喷印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流体喷印头和电流体喷印装置。该电流体喷印头包括：绝缘基底、多个第一电极和多个第二电极，第一电极和第二电极设置于绝缘基底相对设置的两侧表面；绝缘基底包括贯穿绝缘基底的多个基底过孔；第一电极包括与基底过孔对应的第一通孔，第二电极包括与基底过孔对应的第二通孔；第一电极和第二电极用于在基底过孔两端形成电场使得电流体喷印头中的打印介质从基底过孔喷射。本发明的技术方案，通过在绝缘基底中设置多个基底过孔，在基底过孔两端形成电场使得电流体喷印头中的打印介质从基底过孔中形成泰勒锥喷射，防止基底过孔之间存在电场串扰的问题，保证电流体喷印头在强电场下运行的可靠性。

Description

一种电流体喷印头和电流体喷印装置

技术领域

本发明涉及喷墨打印技术领域，尤其涉及一种电流体喷印头和电流体喷印装置。

背景技术

目前商用的阵列式喷墨打印喷头以压电式和热泡式为主。这两类喷头分别利用的是压电陶瓷振动或局部加热产生的汽泡膨胀产生的挤压力作为驱动力，将墨液从喷嘴挤出。受挤压力作用原理的限制，这两类喷头喷射的液滴一般与喷嘴直径相当。随着喷嘴口径的减小，墨液需要克服的粘滞力和表面张力会增大，因而存在打印分辨率低，墨液粘度适用范围窄等不足。

电流体喷印技术是另一种非常具有应用前景的技术，其原理是通过施加在喷嘴和基底间高电压，使喷嘴处的弯液面在强电场的作用下形变成泰勒锥，并从锥尖喷射尺寸远小于喷嘴的液滴。与传统喷头类似，电流体喷印要适应大规模工业应用必须实现阵列化。但现有技术中的阵列式电流体喷头结构复杂、制造困难、难以克服喷嘴间串扰的问题。

发明内容

本发明提供了一种电流体喷印头和电流体喷印装置，以解决现有技术中电流体喷印头结构复杂，喷嘴易存在串扰的问题。

根据本发明的一方面，提供了电流体喷印头，其中包括：

绝缘基底、多个第一电极和多个第二电极，第一电极和第二电极设置于绝缘基底相对设置的两侧表面；

绝缘基底包括贯穿绝缘基底的多个基底过孔；

第一电极包括与基底过孔对应的第一通孔，第二电极包括与基底过孔对应的第二通孔；

第一电极和第二电极用于在基底过孔两端形成电场使得电流体喷印头中的打印介质从基底过孔喷射。

可选的，绝缘基底包括聚酰亚胺基底。

可选的，电流体喷印头中还包括锥形喷嘴；

锥形喷嘴设置在基底过孔中。

可选的，第一电极包括围绕分部和连接分部；

围绕分部与连接分部连接，围绕分部包括第一通孔，连接分部用于与驱动电源电连接。

可选的，多个连接分部用于与同一驱动电源电连接。

可选的，多个第二电极相互连接，且与驱动电源电连接。

可选的，电流体喷印头还包括多个开关设备；

开关设备串联设置在第一电极与第二电极之间的回路中。

可选的，每个开关单元与一个第一电极以及一个第二电极电连接；

或者，每个开关单元与至少两个第一电极以及至少两个第二电极电连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种电流体喷印装置，其中包括电流体喷印头；

还包括：墨腔；

墨腔设置在第二电极远离绝缘基底一侧，墨腔中存储有打印介质，且墨腔表面设置有墨腔开口，墨腔开口与基底过孔连通。

可选的，电流体喷印装置还包括：多孔膜层；

多孔膜层设置在墨腔与第二电极之间。

本发明的技术方案，通过在绝缘基底中设置多个基底过孔，多个基底过孔在绝缘基底中阵列排布，基底过孔之间通过绝缘基底隔绝，在每个基底过孔两端分别设置第一电极和第二电极，在基底过孔两端形成电场使得电流体喷印头中的打印介质从基底过孔中形成泰勒锥喷射，保证了电流体喷印头喷印的同时，将电流体喷印头集成在绝缘基底中，防止基底过孔之间存在电场串扰的问题，保证电流体喷印头在强电场下运行的可靠性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1是根据本发明实施例提供的第一种电流体喷印头的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的一种电流体喷印头的俯视结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种第二电极的结构示意图；

图4是图2沿剖面线A-A’方向的剖面结构示意图；

图5是图4在B处的放大结构示意图；

图6是根据本发明实施例提供的第二种电流体喷印头的结构示意图；

图7是根据本发明实施例提供的一种电流体喷印头的工作示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

图1是根据本发明实施例提供的第一种电流体喷印头的结构示意图，图2是根据本发明实施例提供的一种电流体喷印头的俯视结构示意图，图3是根据本发明实施例提供的一种第二电极的结构示意图，图4是图2沿剖面线A-A’方向的剖面结构示意图，本实施例可适用于喷墨打印的场景中，如图1、图2、图3和图4所示，该电流体喷印头包括：

绝缘基底1、多个第一电极2和多个第二电极3，第一电极2和第二电极3设置于绝缘基底1相对设置的两侧表面；

绝缘基底1包括贯穿绝缘基底1的多个基底过孔11；

第一电极2包括与基底过孔11对应的第一通孔21，第二电极3包括与基底过孔11对应的第二通孔31；

第一电极2和第二电极3用于在基底过孔11两端形成电场使得电流体喷印头中的打印介质从基底过孔11喷射。

其中，绝缘基底1可为由绝缘性较好的材料制作而成的薄膜基底，在绝缘基底1中设置多个基底过孔11，多个基底过孔11可阵列排布在绝缘基底1中，基底过孔11之间由绝缘基底1隔绝，由于绝缘基底1良好的绝缘性，可使得多个基底过孔11产生电场时降低基底过孔11之间电串扰的影响。

其中，基底过孔11在绝缘基底1表面形成第一孔和第二孔，设定打印介质喷射方向为y方向，打印介质喷射方向即为第二孔指向第一孔方向，第一电极2可为电流体喷印头的提取极，提取极包括与第一孔对应的第一通孔21，提取极设置在绝缘基底1的第一孔对应一侧表面，每个提取极的第一通孔21围绕对应第一孔设置，每个第一电极2可包括一个第一通孔21，第一通孔21的数量与第一孔的数量一一对应；第二电极3可为电流体喷印头的导电层，导电层包括与第二孔对应的第二通孔31，导电层设置在绝缘基底1的第二孔对应一侧表面，导电层可整层设置，导电层包括与第二孔数量一致的第二通孔31，第二通孔31与第二孔一一对应。可以理解的是，第一电极2和第二电极3均为金属电极，例如第一电极2的材质可为铜膜。第一电极2和第二电极3用于在连接第一电极2和第二电极3形成回路时，在基底过孔11两端形成电场，使得基底过孔11中的打印介质在强电场的作用下形成泰勒锥进而实现打印介质的喷射。

在一些实施例中，基底过孔11的中心轴线、第一通孔21的中心轴线和第二通孔31的中心轴线共线。由于基底过孔11相当于打印介质的喷射通道，故基底过孔11的中心轴线、第一通孔21的中心轴线和第二通孔31的中心轴线共线可提高泰勒锥和喷射流的对称性，也提高了基底过孔11的集成度，适用于大规模集成使用。

具体的，电流体喷印头的喷印方式如下：第一电极2和第二电极3分别与电源的正极和负极连接形成回路。当电源未开启时，回路未接通，第一电极2处于悬浮状态，第一电极2和第二电极3之间不存在电场，基底过孔11中无法形成泰勒锥喷射；当电源开启时，回路接通，第一电极2和第二电极3中间存在强电场，打印介质在基底过孔11中形成泰勒锥并喷射，实现电流体喷印头的喷印。

可以理解的是，在现有技术中阵列的电流体喷印头之间为了更佳的集成度会使得电流体喷印头之间的距离变小，由于电流体喷印头工作场景为强电场环境，当电流体喷印头共同作业或者单独作业时，打印介质具备相应电性，电流体喷印头之间间距变小会使得不同电流体喷印头之间的打印介质出现电场排斥力，进而影响打印介质喷射的准直性。而绝缘基底1本身介电常数低，加之基底过孔11之间填充绝缘基底1，起到对电流体喷印头之间工作时防止串扰的作用。

本发明实施例的技术方案，通过在绝缘基底中设置多个基底过孔，多个基底过孔在绝缘基底中阵列排布，基底过孔之间通过绝缘基底隔绝，在每个基底过孔两端分别设置第一电极和第二电极，在基底过孔两端形成电场使得电流体喷印头中的打印介质从基底过孔中形成泰勒锥喷射，保证了电流体喷印头喷印的同时，将电流体喷印头集成在绝缘基底中，防止基底过孔之间存在电场串扰的问题，保证电流体喷印头在强电场下运行的可靠性。

可选的，绝缘基底包括聚酰亚胺基底(图中未示出)。

其中，聚酰亚胺基底具有电绝缘性好、高温稳定性强且易加工的性能。

具体的，在电流体喷印头加工过程中，可将高温液态聚酰亚胺材料注入注塑磨具中进行加压成型，还可采用激光雕刻、钻孔等形式在聚酰亚胺基底上形成多个基底过孔微结构。同时，由于聚酰亚胺基底的耐腐蚀性强，故对打印介质的质量要求低；由于聚酰亚胺基底的高温稳定性好，故使得电流体喷印头在高温下也可保持良好的尺寸稳定性，不易发生膨胀和收缩。

本发明实施例的技术方案，采用聚酰亚胺基底，利用聚酰亚胺材料电绝缘性好、高温稳定性强且易加工的性能，解决了电流体喷印头制造复杂且可靠性低的问题，保证聚酰亚胺基底防止串扰的功能，提高了电流体喷印头在高压环境下工作的可靠性。

可选的，图5是图4在B处的放大结构示意图，结合图1、图2、图3、图4和图5所示，电流体喷印头中还包括锥形喷嘴12；

锥形喷嘴12设置在基底过孔11中。

其中，锥形喷嘴12可用于喷射打印介质，锥形喷嘴12可包括贯穿锥形喷嘴12的第二过孔，第二过孔的中心轴线与基底过孔11的中心轴线共线，沿y方向锥形喷嘴12与锥形喷嘴12轴线垂直的截面积逐渐减小。

在一些采用聚酰亚胺为基底的实施例中，可加工出高深宽比的锥形喷嘴12结构，使其相对高度高于毛细尺度。在工作过程中，即使有少量墨水从锥形喷嘴12中漫出，在锥形喷嘴12表面张力的作用下也会形成液滴，脱离锥形喷嘴12润湿，不会影响后续锥形喷嘴12弯液面的形状和泰勒锥的形成，保证电流体喷印头的打印精度。

本发明实施例的技术方案在基底过孔中设置锥形喷嘴结构，使得打印介质在重力作用下溢出时，在锥形喷嘴尖端毛细力的作用下形成液滴与喷嘴分离，不会对弯液面的形状和喷射造成影响，使得电流体喷印头的打印精度更高，打印分辨率更高，适用范围更广；第二过孔的中心轴线与基底过孔的中心轴线共线，有利于提高泰勒锥和射流的对称性，同时也提高了锥形喷嘴的集成度，适用于大规模集成使用。

可选的，继续参考图1、图2、图3和图4所示，第一电极2包括围绕分部22和连接分部23；

围绕分部22与连接分部23连接，围绕分部22包括第一通孔21，连接分部23用于与驱动电源电连接。

其中，围绕分部22用于围绕第一孔，每个围绕分部22对应一个第一孔，或者多个第一孔。围绕分部22与连接分部23连接，连接分部23与驱动电源电连接，连接分部23用于通过驱动电源向围绕分部22供电，使得围绕分部22与第二电极3配合在基底过孔11之间形成电场。

在一些实施例中，围绕分部22可为圆环状，围绕分部22的中心轴线可与基底过孔11的中心轴线共线，提高泰勒锥和射流的对称性。围绕分部22也可为其他形状，本发明实施例对此不做限定；连接分部23可为围绕分部22之外的延伸结构，延伸结构和独立与驱动电源连接，也可共同与驱动电源连接，实现对第一电极2的电连接。

第一电极2可通过直写打印、丝网印刷等图像转移技术制备，加工简单成本低，便于大规模生产，便于与基底过孔11精确匹配。

在一些实施例中，继续参考图4所示，电流体喷印头还包括第二绝缘基底10，第二绝缘基底10设置在第一电极2远离绝缘基底1一侧且第二绝缘基底10上还包括与基底过孔11一一对应的第二基底过孔，基底过孔11、第一通孔21和第二基底过孔之间形成打印介质的喷射路径，保证打印介质喷射路径的同时，可起到对第一电极2的保护作用，防止电流体喷印头在工作过程中剐蹭，影响电流体喷印头的正常工作。

本发明实施例的技术方案，将第一电极划分为围绕分部和连接分部，使得围绕分部围绕基底过孔，连接分部连接驱动电源，保证基底过孔与围绕分部的一一对应和基底过孔与第一电极的精确匹配。

可选的，继续参考图1、图2、图3和图4所示，多个连接分部23用于与同一驱动电源电连接。

其中，第一电极2可非整层设置在绝缘基底1一侧，多个连接分部23可存在一交汇点，多个连接分部23交汇于一处，驱动电源与交汇处直接电连接，当驱动电源启动时，驱动电源可同时对多个围绕分部22供电，实现驱动电源对多个第一电极2的共同控制，实现电压的通断，如此设置可避免对每个第一电极2设置相应驱动电源，简化了电流体喷印头的结构，节约了电流体喷印装置的成本。

可选的，继续参考图1、图2、图3和图4所示，多个第二电极3相互连接，且与驱动电源电连接。

其中，第二电极3可整层设置在绝缘基底1一侧，如此设置可使得第二电极3之间均相互连接，实现驱动电源的同时控制；第二电极3上的第二通孔31、第一电极2上的第一通孔21和基底过孔11形成打印介质的喷射路径，如此设置可避免对单独第二电极3设置相应驱动电源，简化了电流体喷印头的结构，节约了电流体喷印装置的成本。

在一些实施例中，第二电极3可通过直写打印、丝网印刷等图像转移技术制备，加工简单成本低，便于大规模生产，便于与基底过孔11精确匹配。

示例性的，当驱动电源启动时，驱动电源的正极和负极分别与第一电极2和第二电极3连接，由于第一电极2之间通过连接分部23相互连通，第二电极3之间也相互连接，则使得当驱动电源启动时，所有基底过孔11两侧均同时产生强电场，打印介质克服弯液面自身的表面张力形成泰勒锥进而喷射打印。

可以理解的是，本发明实施例中多个第二电极3也可包括部分第二电极3而不是全部第二电极3，可依据电流体喷印头的应用场景自行决定，本发明实施例对此不做限定。

在一些实施例中，图6是根据本发明实施例提供的第二种电流体喷印头的结构示意图，如图6所示，电流体喷印头还包括加速极4，加速极4同样也为金属电极结构，加速极4设置在第一电极2远离绝缘基底1一侧。在打印介质经过第一电极2后，可能由于打印介质与第一电极2之间的电荷相反，易被第一电极2吸附，而设置与打印介质电性相同的加速极4，可以依据电性同性相斥的原理对打印介质施加排斥力，起到对打印介质喷射加速的作用，同时也优化了打印介质喷射的方向性，提高了电流体喷印装置的效率。可以理解的是，加速极4也存在与其电连接的供电装置，以对加速极4供电。

可选的，图7是根据本发明实施例提供的一种电流体喷印头的工作示意图，结合图1、图2、图3、图4和图7所示，电流体喷印头还包括多个开关设备5；

开关设备5串联设置在第一电极2与第二电极3之间的回路中。

其中，开关设备5可为在电路连接中常用的继电器或者场效应晶体管等设备，用于控制第一电极2和第二电极3之间回路的通断。

具体的，驱动电源6的正极连接全部第二电极3，驱动电源6同时控制第二电极3的通断，驱动电源6的负极分别通过开关设备5连接相应第一电极2，第一电极2的数量和开关设备5的数量一一对应，实现对每个第一电极2的独立控制，即驱动电源6、开关设备5、第一电极2和第二电极3之间形成与基底过孔11相对应的回路，只有当驱动电源6启动且开关设备5闭合时，才能在相应基底过孔11之间形成电场，实现对每个基底过孔11的独立控制。

可以理解的是，第一电极2和第二电极3任一个存在驱动电源6独立控制，即可实现对基底过孔11的独立控制，即实现电流体喷印头的喷射的独立控制，如此设置增大了电流体喷印头的应用场景。在一些实施例中，每个开关单元与一个第一电极2以及一个第二电极3电连接；或者，每个开关单元与至少两个第一电极2以及至少两个第二电极3电连接。即可以将开关单元设置在每个第一电极2和每个第二电极3的回路上，实现对每个基底过孔11的独立控制；也可以将开关单元设置在多个第一电极2和多个第二电极3的回路上，实现对多个基底过孔11的独立控制，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例的技术方案，通过在不增设驱动电源的基础上在第一电极和第二电极的回路中设置与基底过孔一一对应的开关设备，通过控制开关设备的开断，实现对基底过孔的独立控制，无需设置多个单独的驱动电源，降低了***的复杂度和成本。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种电流体喷印装置，继续参考图1、图2、图3、图4和图7所示，其中包括电流体喷印头；

还包括：墨腔7；

墨腔7设置在第二电极3远离绝缘基底1一侧，墨腔7中存储有打印介质，且墨腔7表面设置有墨腔7开口，墨腔7开口与基底过孔11连通。

其中，墨腔7可用于存储打印介质，该打印介质可为墨水，也可为其他打印溶液，本发明实施例对此不做限定。墨腔7中的墨腔7开口与基底过孔11连通，用于向基底过孔11中提供打印介质。

在一些实施例中，限定墨腔7中的压力略低于环境气压，使得基底过孔11的弯液面内液体保持在微负压状态，防止未在基底过孔11之间施加电场时打印介质从基底过孔11中溢出；当在基底过孔11之间施加电压时，弯液面发生形变，形成泰勒锥，电场力大于表面张力，打印介质在电场力的作用下实现自发流动，无需额外供墨泵。

本发明实施例的技术方案，在电流体喷印装置中设置墨腔，无需设置额外的供墨设备，打印介质的流动和供给利用基底过孔之间的强电场实现，简化了电流体喷印装置的成本，保证了电流体喷印装置的精度。

可选的，继续参考图1、图2、图3、图4和图7所示，电流体喷印装置还包括：多孔膜层8；

多孔膜层8设置在墨腔7与第二电极3之间。

其中，多孔膜层8设置在墨腔7与第二电极3之间，当打印介质在基底过孔11喷射至多孔膜层8时，多孔膜层8可起到增加流阻的作用，提高基底过孔11之间打印介质分布的均匀性，使得每个弯液面的形状更一致，防止在单独基底过孔11作业时，相邻基底过孔11对作业基底过孔11形成流量串扰，提高电流体喷印装置喷印的精确性。

另外，多孔膜层8还具有过滤的作用，防止打印介质中存在微小颗粒影响喷印的准确性。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流体喷印头，其特征在于，包括：

绝缘基底、多个第一电极和多个第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置于所述绝缘基底相对设置的两侧表面；

所述绝缘基底包括贯穿所述绝缘基底的多个基底过孔；

所述第一电极包括与所述基底过孔对应的第一通孔，所述第二电极包括与所述基底过孔对应的第二通孔；

所述第一电极和所述第二电极用于在所述基底过孔两端形成电场使得所述电流体喷印头中的打印介质从所述基底过孔喷射。

2.根据权利要求1所述的电流体喷印头，其特征在于，所述绝缘基底包括聚酰亚胺基底。

3.根据权利要求1所述的电流体喷印头，其特征在于，所述电流体喷印头中还包括锥形喷嘴；

所述锥形喷嘴设置在所述基底过孔中。

4.根据权利要求1所述的电流体喷印头，其特征在于，所述第一电极包括围绕分部和连接分部；

所述围绕分部与所述连接分部连接，所述围绕分部包括所述第一通孔，所述连接分部用于与驱动电源电连接。

5.根据权利要求4所述的电流体喷印头，其特征在于，多个所述连接分部用于与同一所述驱动电源电连接。

6.根据权利要求1所述的电流体喷印头，其特征在于，多个所述第二电极相互连接，且与驱动电源电连接。

7.根据权利要求1所述的电流体喷印头，其特征在于，所述电流体喷印头还包括多个开关设备；

所述开关设备串联设置在所述第一电极与所述第二电极之间的回路中。

8.根据权利要求7所述的电流体喷印头，其特征在于，每个所述开关单元与一个所述第一电极以及一个所述第二电极电连接；

或者，每个所述开关单元与至少两个所述第一电极以及至少两个所述第二电极电连接。

9.一种电流体喷印装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电流体喷印头；

还包括：墨腔；

所述墨腔设置在所述第二电极远离所述绝缘基底一侧，所述墨腔中存储有打印介质，且所述墨腔表面设置有墨腔开口，所述墨腔开口与所述基底过孔连通。

10.根据权利要求9所述的电流体喷印装置，其特征在于，所述电流体喷印装置还包括：多孔膜层；

所述多孔膜层设置在所述墨腔与所述第二电极之间。