CN115817018B - 分区控制喷射的阵列化电流体喷头 - Google Patents

Abstract

本发明属于喷墨打印设备技术领域，并公开了一种分区控制喷射的阵列化电流体喷头，该喷头由上至下包括装配于一体的喷头顶板、喷头组件和喷头底板，其中，喷头组件至少包括两组并排设置且能独立控制的喷头阵列；每个喷头阵列上设置有依次连通的进墨口、毛细管喷嘴和出墨口，喷头底板上开设有出墨孔，每个毛细管喷嘴喷墨端穿设进对应的出墨孔中，用于隔绝各个喷头阵列之间的电场干扰；工作时，分区控制墨液从选定的喷头阵列的进墨口流入，一部分墨液经由对应的毛细管喷嘴并从出墨孔喷出，另一部分墨液从对应的出墨口流回墨液存放处。

Description

分区控制喷射的阵列化电流体喷头

技术领域

本发明属于喷墨打印设备技术领域，更具体地，涉及分区控制喷射的阵列化电流体喷头。

背景技术

喷墨打印技术近年来在OLED、RFID、薄膜太阳能电池等柔性器件领域得到应用，柔性电子与喷墨打印结合的柔性电子制造工艺也获得更多的关注。目前压电/热泡为代表的传统喷印技术，通过使用挤压力作为喷射动力，使得喷印对墨水粘度十分敏感，一般使用粘度范围小于20cp，喷射墨滴一般大于进墨孔直径，存在低打印分辨率。电流体喷印技术采用电场作为驱动力，液体在电场作用力下，液体被电场了牵引“拉”出来，墨水粘度可到达10000cp，喷射墨滴远小于喷嘴直径，可以通过增大进墨孔直径，来减少墨液堵塞情况，因此电流体喷墨打印具有远大的应用前景。为了进一步提高电流体喷墨打印效率和应用场景，需要开发分区控制喷射的电流体喷头。

例如，专利CN201410289239.5中提出通过前方加提取电极实现喷头独立可控，但墨滴容易飞溅到提取电极上，喷射经常发生故障；专利CN113799491A提出一种无提取电极电流体喷头，通过分压单元实现喷头独立可控，但各喷嘴电场串扰较大，打印液滴容易发生偏斜，喷墨精度差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供分区控制喷射的阵列化电流体喷头，以解决上述问题。

本发明提供了一种分区控制喷射的阵列化电流体喷头，该喷头由上至下包括装配于一体的喷头顶板、喷头组件和喷头底板，其中，所述喷头组件至少包括两组并排设置且能独立控制的喷头阵列；每个喷头阵列上设置有依次连通的进墨口、毛细管喷嘴和出墨口，所述喷头底板上开设有出墨孔，每个所述毛细管喷嘴喷墨端穿设进对应的出墨孔中，用于隔绝各个喷头阵列之间的电场干扰；工作时，分区控制墨液从选定的喷头阵列的进墨口流入，一部分墨液经由对应的毛细管喷嘴并从所述出墨孔喷出，另一部分墨液从对应的出墨口流回墨液存放处。

进一步的，所述喷头阵列包括喷头盖板和底座，所述喷头盖板装配在底座上，所述进墨口和出墨口设置在所述喷头盖板上；所述毛细管喷嘴的上端穿设在所述底座中并与所述进墨口和所述出墨口均连通，所述毛细管喷嘴的下端穿设在所述出墨孔中；优选的，所述喷头盖板、所述喷头底板和所述底座均由防腐绝缘材料制成。

进一步的，所述进墨口和所述毛细管喷嘴之间以及所述出墨口与所述毛细管喷嘴之间均设置有过滤结构；优选的，所述过滤结构由防腐绝缘材料制成。

进一步的，所述底座的上表面上还开设有微流道，所述微流道与所述进墨口和所述出墨口分别连通，所述毛细管喷嘴上端与所述微流道连通；优选的，所述微流道上铺设有过滤网，所述过滤网用于过滤从进墨口进入的墨液以及要从所述出墨口流出的墨液；更优选的，所述微流道的进口与出口间的流道分成至少两条流路，且所述微流道的进口处设置有控制阀，其出口处设置有单向截止阀。

进一步的，所述微流道底面上设置有上下贯通的进墨孔，所述进墨孔与所述进墨口和所述出墨口均连通，所述毛细管喷嘴上端穿设在所述进墨孔中；优选的，所述微流道中还设置有加热件，所述加热件用于对微流道中的墨液进行加热后再流入所述毛细管喷嘴中。

进一步的，所述底座与所述喷头盖板之间还设置有密封件，用于防止墨液泄露；优选的，所述底座的上表面上还开设有密封腔，所述微流道开设在所述密封腔的底面中心，所述密封件设置在所述密封腔的底面中心外围。

进一步的，所述毛细管喷嘴与所述出墨孔过盈配合；优选的，所述毛细管喷嘴与所述出墨孔过盈配合后二者的接合处还进行密封。

进一步的，所述喷头底板的侧面还开设有穿线孔，所述穿线孔用于为所述毛细管喷嘴提供高压电。

进一步的，所述出墨孔周围涂布有超疏水涂层，所述超疏水涂层用于防止墨液从所述出墨孔中喷出时汇聚以影响电流体喷射；优选的，所述超疏水涂层为硅基涂层；更优选的，所述毛细管喷嘴的外表面也涂布有与所述超疏水涂层相同的涂层。

进一步的，每个喷头阵列中的所述毛细管喷嘴至少包括128个，且所有毛细管喷嘴成排设置；优选的，所述毛细管喷嘴的外层均涂布有防腐绝缘材料，所述毛细管喷嘴的管芯优选为导电金属材质；更优选的，相邻两个喷头阵列中邻近的两排毛细管喷嘴平行设置；更优选的，沿垂直于每排毛细管喷嘴的排列方向上，所有毛细管喷嘴均错位排列不重叠。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下优点：

1、本发明的喷头组件包括多个喷头阵列，其阵列化排布的电流体喷头阵列能够独立分区控制其喷嘴，提高喷头的dpi能力(dpi即每英寸上所能印刷的网点数)，对喷头阵列分别进行独立控制，能够提高喷印效率；且每个喷头阵列中的每根毛细管喷嘴的出墨端均穿设在喷头底板的出墨孔中，该出墨孔能够隔绝各个毛细管喷嘴间的电场扰动，进而使得每个喷头组件之间的电场独立，不互相影响；本发明的喷头组件中有墨液流动时，墨液从对应的进墨口流入，一部分墨液进入对应的毛细管喷嘴并从所述出墨孔喷出，另一部分墨液从对应的出墨口流回墨液存放处，墨液通过循环流动，使得各喷嘴供墨均匀，并能防止墨液在墨液流路中沉积。

2、本发明的电流体喷头中，每个喷头组件中还设置有过滤结构，用于过滤墨液中的杂质和气泡，过滤结构还为防腐绝缘材质制成，能避免墨液被污染；并且还在底座上设置有进出口之间包含多个分支的微流道，过滤后的墨液在微流道的各个分支流道中流动，能进一步消除墨液气泡并防止墨液沉积。

3、本发明的电流体喷头，电流体喷头的每个喷头阵列的喷头底板和底座等均采用防腐绝缘材料，使得各个喷头阵列之间不受彼此的电场串扰影响，进而实现各个喷头阵列所在区域的电场独立；此外，喷头底板的底部还涂布了硅基疏水涂层，硅基疏水涂层分布在成排设置的毛细管喷嘴周围，进一步加强喷墨的稳定性。

4、本发明的电流体喷头结构紧凑，且喷头组件中的每个喷头阵列均为单独的喷墨模块，装配后也能够自由拆卸更换，且喷头阵列上的毛细管喷嘴穿设在喷头底座的进墨孔和喷头底板的出墨孔中，每个毛细管喷嘴也可单独拆卸，以应对堵塞进墨孔时更换毛细管喷嘴的情况，使得本发明的维修成本更低。

5.本发明的每个喷头组件中有至少128个毛细孔喷嘴，且所有毛细孔喷嘴纵向成排，排数设置越多则针孔间距就越小，扫过的印刷区域就越大。且相邻两个喷头组件中的毛细管喷嘴纵排均水平设置，多个喷头组件则包括成多排喷嘴阵列，沿垂直于单排毛细管喷嘴的方向上，所有毛细管喷嘴均错位排列不重叠，进一步增加阵列电流体喷头的dpi能力。

附图说明

图1是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头立体图；

图2是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头的喷头顶板示意图；

图3是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头的喷头盖板示意图；

图4是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头的底座示意图；

图5是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头的喷头底板示意图；

图6是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头的微流道结构示意图；

图7是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头的毛细管喷嘴安装示意图；

图8是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头供墨系统的原理图；

图9是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头供电系统的原理图；

图10是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体喷头毛细管喷嘴的排列原理图；

图11是本发明实施例中分区控制喷射的阵列化电流体加热片位置示意图；

图12是本发明实施例中单个的喷头阵列中毛细管喷嘴的布置示意图。

图中：1—喷头顶板、2—喷头盖板、3—底座、4—毛细管喷嘴、5喷头底板、11—顶板固定孔、12—顶板定位孔、13—设备固定孔、14—设备定位孔、21—进墨口、22—过滤网、23—出墨口、31—固定孔、32—定位孔、33—密封腔、34—微流道、35—进墨孔、36—加热件、51—穿线孔、52—硅基超疏水涂层、53—出墨孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例公开的一种分区控制喷射的阵列化电流体喷头，该喷头由上至下包括装配于一体的喷头顶板1、喷头组件和喷头底板5，其中，喷头组件包括至少两组并排设置且分别独立控制的喷头阵列；每个喷头阵列上设置有依次连通的进墨口21、毛细管喷嘴4和出墨口23；本实施例中的毛细管喷嘴4至少包括128个，且所有毛细管喷嘴成多排设置，相邻两排毛细管喷嘴均错位排列，呈现为小阵列形式；且毛细管喷嘴4的外层涂布有防腐绝缘材料，毛细管喷嘴4的管芯为导电金属材质，本实施例中选取为316L不锈钢材质。本实施例中的多个喷头阵列并排设置，且相邻喷头阵列间的相邻的两排毛细管喷嘴错位排列，以增加喷头扫过面积，进而提高阵列电流体喷头的dpi能力。

喷头底板5上开设有出墨孔53，每个毛细管喷嘴4喷墨端穿设进对应的出墨孔53中，以使各个喷头阵列之间的电场互不干扰；工作时，分区控制墨液从选定的喷头阵列的进墨口流入，一部分墨液经由对应的毛细管喷嘴并从出墨孔53喷出，另一部分墨液从对应的出墨口流回墨液存放处，使墨液通过循环避免积存，并提高墨液的使用率。

在优选实施例中，前述的喷头阵列包括喷头盖板2和底座3，喷头盖板2装配在底座3上；毛细管喷嘴4的上端穿设在底座3中并与进墨口21和出墨口23均连通，毛细管喷嘴4的下端穿设在出墨孔53中，且喷头盖板2、喷头底板5和底座3均由防腐绝缘材料制成，如特氟龙塑料材质，以保证每个喷头阵列之间的电场独立，彼此互不干扰。

在优选实施例中，进墨口21和毛细管喷嘴4之间以及出墨口23与毛细管喷嘴4之间均设置有由防腐绝缘材料制成的过滤结构，本实施例中的过滤结构优选为过滤网。

在优选实施例中，底座3的上表面上还开设有微流道34，微流道34与进墨口21和出墨口23分别连通，毛细管喷嘴4上端与微流道34连通；前述的过滤网铺设在微流道上方，过滤网能过滤从进墨口21进入的墨液以及要从出墨口23流出的墨液，去除其中的杂质和气泡；而且微流道34的进口与出口间的流道分成至少两条流路，且微流道34的进口处设置有控制阀，其出口处设置有单向截止阀，用于调节墨液流量。

在优选实施例中，前述的微流道34底面上设置有上下贯通的进墨孔35，进墨孔35与进墨口21和出墨口23均连通，毛细管喷嘴4上端穿设在进墨孔35中，便于更换；微流道34中还可以设置有加热件，当某些印刷情形下，墨液需要加热时，加热件能对微流道34中的墨液进行加热后再流入毛细管喷嘴4中。

在优选实施例中，底座3与喷头盖板2之间还设置有密封件，用于防止墨液泄露；前述的底座3的上表面上还开设有密封腔33，微流道34开设在密封腔33的底面中心，密封件优选为O形密封圈，该密封圈设置在密封腔的底面中心外围，将微流道圈在密封圈中间，使墨液有足够流动空间，且通过密封件的密封作用避免从底座3与喷头盖板2之间泄露。

在优选实施例中，毛细管喷嘴4与出墨孔53还可过盈配合，以装配的更加稳固，并保证安装精度，还能确保高压电被分配到毛细管喷嘴上；当毛细管喷嘴4与出墨孔53过盈配合后二者的接合处还使用密封胶进行密封。

在优选实施例中，喷头底板5的侧面还开设有穿线孔51，穿线孔51用于为毛细管喷嘴4提供高压电。

在优选实施例中，出墨孔53周围涂布有硅基超疏水涂层52，超疏水涂层52用于防止墨液从出墨孔53中喷出时汇聚以影响电流体喷射；毛细管喷嘴4的外表面也涂布有与超疏水涂层52相同的涂层。

实施例2

图1所示，本实施例提出的一种分区控制喷射的阵列化电流体喷头，该喷头由上至下包括通过螺丝固定装配于一体的喷头顶板1、喷头组件和喷头底板5，其中，喷头组件包括4组并排错位设置且分别独立控制的喷头阵列。

如图2-5所示，喷头阵列包括喷头盖板2和底座3，底座3上开设有定位孔32和固定孔31，喷头顶板1上开设有与定位孔32对应的顶板定位孔12，以及与固定孔31对应的和顶板固定孔11，还开设有用于将本实施例提供的阵列化电流体喷头安装于应用设备上的设备固定孔13，以及用于对阵列化电流体喷头进行定位的设备定位孔14；喷头盖板2上开设有与喷头顶板1上的顶板定位孔12和顶板固定孔11对应的通孔；定位孔2、对应的通孔与顶板定位孔12对齐后穿设螺栓固定，固定孔31、对应的通孔和顶板固定孔11对齐后也穿设螺栓固定，从而将底座3、喷头盖板2和喷头顶板1固定于一体。

喷头盖板2上设置有依次连通的进墨口21和出墨口23；喷头盖板2上装配在底座3上；如图4所示，底座3的上表面中心还开设有微流道34，微流道34底面中心设置有上下贯通的进墨孔35，进墨孔35与进墨口21和出墨口23均连通，毛细管喷嘴4为不锈钢毛细管喷嘴，且其直径为200μm，内径为80μm，如图7所示，采用热胀冷缩方法将毛细管喷嘴4穿设进进墨孔35中，保证所有喷嘴端部处于同一平面，以及安装牢固紧凑。喷头底板5上开设有出墨孔53，每个毛细管喷嘴4的下端喷墨端采用热胀冷缩法穿设进对应的出墨孔53中。

本实施例中的毛细管喷嘴4的数量选为128个，对应的进墨孔35和出墨孔53也有128个，且所有毛细管喷嘴成排设置，呈现多排阵列形式，如图10所示，为本实施例中的多个喷头阵列并排设置的部分示意图，其中沿Y方向相邻喷头阵列间的相邻的两排毛细管喷嘴错位排列，每个喷头阵列的每排喷嘴中相邻两个喷嘴均等距排列(图中仅为展示排列方式，并非本实施例的实际喷嘴数量和实际阵列数量)，若每个喷头阵列中有多排毛细管喷嘴，则相邻两排毛细管喷嘴也错位排列，如图12所示，单个的喷头阵列中，多个沿x方向等间距均匀排列的毛细管喷嘴(即图中圆圈)组成喷嘴排，多排喷嘴组成喷嘴阵列(图中为3排)，且喷嘴阵列沿y方向的毛细管喷嘴均错位排列不重叠；毛细管喷嘴4的外层也涂布有防腐绝缘材料，毛细管喷嘴4的管芯为316L奥氏体不锈钢，喷印效果更好。

本实施例中，出墨孔53周围涂布有硅基超疏水涂层52，超疏水涂层52用于防止墨液从出墨孔53中喷出时汇聚以影响电流体喷射；毛细管喷嘴4的外表面也涂布有与超疏水涂层52相同的涂层。采用精密CNC加工技术加工出墨孔53和进墨孔35，出墨孔53的孔径为200μm，进墨孔35的孔径也为200μm，能与毛细管喷嘴微过盈配合，且相邻出墨孔的间距以及相邻进墨孔的间距均为1.016mm。

如图6所示，本实施例中的微流道34外围形状为矩形，微流道34的进口与出口间的流道分成树枝状的多条流路，且微流道34的进口处设置有控制阀，其出口处设置有单向截止阀(图中未示出阀门)，用于调节墨液流量。如图11所示，微流道34中设置有加热件36，加热件36对称设置有两个，每个加热件紧靠微流道侧壁，且加热件底面不会阻挡毛细管喷嘴的入口，当某些印刷情形下，墨液需要加热时，加热件能对微流道34中的墨液进行加热后再流入毛细管喷嘴4中；过滤网铺设在微流道34上方，过滤网能过滤从进墨口21进入的墨液以及要从出墨口23流出的墨液，去除其中的杂质和气泡；

喷头盖板2、喷头底板5和底座3均由特氟龙塑料材质制成，以保证每个喷头阵列之间的电场独立，彼此互不干扰。

如图4所示，本实施例底座3的上表面上还开设有密封腔33，微流道34开设在密封腔33的底面中心，底座3与喷头盖板2之间还设置有矩形密封圈，该密封圈设置在密封腔的底面中心外围，将微流道圈在密封圈中间，使墨液有足够流动空间，且通过密封件的密封作用避免从底座3与喷头盖板2之间泄露。

如图5所示，喷头底板5的侧面还开设有穿线孔51，穿线孔51用于为毛细管喷嘴4提供高压电。

工作时，参考图8和图9，墨水分别注入错位分布的喷头阵列中，每条墨路均独立可控，墨水经过过滤网，进入微流道，墨液在微流道中的流速及压力较为均匀，一路墨液经过毛细管喷嘴从出墨孔53中喷出进行印刷，且每个毛细管喷嘴中的墨液流速均匀；另一路墨液过滤后则从出墨口流入供墨桶中，如此循环，可实现阵列化电流体喷头的多分区独立控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，该喷头由上至下包括装配于一体的喷头顶板（1）、喷头组件和喷头底板（5），其中，所述喷头组件至少包括两组并排设置且分别独立控制的喷头阵列；每个喷头阵列包括喷头盖板（2）和底座（3），还设置有依次连通的进墨口（21）、毛细管喷嘴（4）和出墨口（23），所有毛细管喷嘴成排设置，且每个喷头阵列的每排喷嘴中相邻两个喷嘴均等距排列；所述喷头盖板（2）装配在底座（3）上，所述进墨口（21）和出墨口（23）设置在喷头盖板（2）上；所述毛细管喷嘴（4）的上端穿设在底座（3）中，并与所述进墨口（21）和出墨口（23）均连通；所述喷头底板（5）上开设有出墨孔（53），每个所述毛细管喷嘴（4）的下端穿设进对应的出墨孔（53）中，用于隔绝各个阵列之间的电场干扰，且二者过盈配合；所述出墨孔（53）周围和毛细管喷嘴（4）的外表面均涂布有超疏水涂层（52），所述超疏水涂层（52）用于防止墨液从出墨孔（53）中喷出时汇聚以影响电流体喷射；所述喷头底板（5）的侧面还开设有穿线孔（51），所述穿线孔（51）用于为毛细管喷嘴（4）提供高压电；相邻两个喷头阵列中邻近的两排毛细管喷嘴平行设置，沿垂直于每排毛细管喷嘴的排列方向上，所有毛细管喷嘴均错位排列不重叠；工作时，分区控制墨液从选定的喷头阵列的进墨口流入，一部分墨液经由对应的毛细管喷嘴并从所述出墨孔（53）喷出，另一部分墨液从对应的出墨口流回墨液存放处。

2.如权利要求1所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，所述喷头盖板（2）、所述喷头底板（5）和所述底座（3）均由防腐绝缘材料制成。

3.如权利要求1-2任一所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，所述进墨口（21）和所述毛细管喷嘴（4）之间以及所述出墨口（23）与所述毛细管喷嘴（4）之间均设置有过滤结构；所述过滤结构由防腐绝缘材料制成。

4.如权利要求2所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，所述底座（3）的上表面上还开设有微流道（34），所述微流道（34）与所述进墨口（21）和所述出墨口（23）分别连通，所述毛细管喷嘴（4）上端与所述微流道（34）连通；所述微流道上铺设有过滤网，所述过滤网用于过滤从进墨口（21）进入的墨液以及要从所述出墨口（23）流出的墨液；更所述微流道（34）的进口与出口间的流道分成至少两条流路，且所述微流道（34）的进口处设置有控制阀，其出口处设置有单向截止阀。

5.如权利要求4所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，所述微流道（34）底面上设置有上下贯通的进墨孔（35），所述进墨孔（35）与所述进墨口（21）和所述出墨口（23）均连通，所述毛细管喷嘴（4）上端穿设在所述进墨孔（35）中；所述微流道（34）中还设置有加热件，所述加热件用于对微流道（34）中的墨液进行加热后再流入所述毛细管喷嘴（4）中。

6.如权利要求4所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，所述底座（3）与所述喷头盖板（2）之间还设置有密封件，用于防止墨液泄露；所述底座（3）的上表面上还开设有密封腔（33），所述微流道（34）开设在所述密封腔（33）的底面中心，所述密封件设置在所述密封腔的底面中心外围。

7.如权利要求1所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，所述毛细管喷嘴（4）与所述出墨孔（53）过盈配合后二者的接合处还进行密封。

8.如权利要求1所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，所述超疏水涂层（52）为硅基涂层。

9.如权利要求1所述的分区控制喷射的阵列化电流体喷头，其特征在于，每个喷头阵列中的所述毛细管喷嘴（4）至少包括128个；所述毛细管喷嘴（4）的外层涂布有防腐绝缘材料，所述毛细管喷嘴（4）的管芯为导电金属材质。