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1、(10)申请公布号 CN 103909731 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103909731 A (21)申请号 201310005333.9 (22)申请日 2013.01.07 B41J 2/01(2006.01) B41J 2/045(2006.01) (71)申请人 中国科学院理化技术研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路 29 号 (72)发明人 桂林 高猛 刘静 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 王莹 (54) 发明名称 电渗喷墨装置 (57) 摘要 本发明提供一种电渗喷墨装置， 该电渗喷墨 装置包括微流道。
2、管、 喷嘴和微电极 ； 所述微流道 管呈内部中空的圆筒形， 其内部空腔为供墨水流 过的微流道， 所述微流道管的一端与供墨装置连 接， 其另一端设有所述喷嘴 ； 所述微流道管两端 的内侧壁上各嵌有一个所述微电极， 该两个微电 极之间形成的电场能够驱动所述微流道中的墨水 向所述喷嘴的方向运动。所述电渗喷墨装置的喷 墨质量高且喷墨质量可控。所述电渗喷墨装置不 需要复杂的驱动系统， 结构简单， 体积小， 易加工， 易维修。 所述电渗喷墨装置的微流道管、 喷嘴和微 电极的内表面设有绝缘层， 能够避免焦耳热的产 生， 并扩大了微电极的材质的选择范围， 有利于降 低成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书。
3、 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103909731 A CN 103909731 A 1/1 页 2 1. 电渗喷墨装置， 其特征在于， 该电渗喷墨装置包括微流道管、 喷嘴和微电极 ； 所述微 流道管呈内部中空的圆筒形， 其内部空腔为供墨水流过的微流道， 所述微流道管的一端与 供墨装置连接， 其另一端设有所述喷嘴 ； 所述微流道管两端的内侧壁上各嵌有一个所述微 电极， 该两个微电极之间形成的电场能够驱动所述微流道中的墨水向所述喷嘴的方向运 动。 2. 根据权利要求。
4、 1 所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述微流道管中部的内侧壁上 还嵌有至少一个所述微电极， 且任意两个相邻的所述微电极之间形成的电场的方向相同。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述喷嘴为锥形。 4.根据权利要求1或2所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述微电极的材质为惰性金 属。 5.根据权利要求1或2所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述微流道管和所述喷嘴的 材质为绝缘材料。 6.根据权利要求1或2所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述电渗喷墨装置还包括嵌 于所述微流道管的内侧壁上除所述微电极外的位置的内衬， 所述微电极和所述内衬上设有 多个。
5、微流道， 所述微电极和所述内衬的横截面都呈篦子形， 所述多个微流道都与所述喷嘴 相通。 7. 根据权利要求 6 所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述微电极的材质为惰性金属。 8. 根据权利要求 6 所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述微流道管、 所述喷嘴和所述 内衬的材质为绝缘材料。 9. 根据权利要求 6 所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述电渗喷墨装置还包括设于 所述内衬、 所述微电极和所述喷嘴内表面的绝缘层。 10. 根据权利要求 9 所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述微电极的材质为惰性金 属、 铜、 铁或铝。 11. 根据权利要求 1 或 2 所述的电渗喷墨装置， 其。
6、特征在于， 所述电渗喷墨装置还包括 设于所述微流道管、 所述喷嘴和所述微电极内表面的绝缘层。 12. 根据权利要求 11 所述的电渗喷墨装置， 其特征在于， 所述微电极的材质为惰性金 属、 铜、 铁或铝。 权 利 要 求 书 CN 103909731 A 2 1/5 页 3 电渗喷墨装置 技术领域 0001 本发明涉及喷墨装置技术领域， 特别涉及一种电渗喷墨装置。 背景技术 0002 喷墨装置是喷墨式打印设备或喷墨式书写笔的核心部件。喷墨装置用于驱动墨 滴流动并将墨滴精确地喷射到打印或书写介质表面。喷墨装置的喷墨质量例如墨滴大小、 墨滴形状、 墨滴喷射速度及方向等取决于其喷墨方式。常见的喷墨方。
7、式有热气泡式喷墨 (Thermal bubble inkjet) 和压电式喷墨 (Piezoelectric inkjet)。 0003 热气泡式喷墨通过加热使墨水活化产生气泡， 气泡膨胀驱动墨水在微流道内流 动， 并经喷嘴喷射墨滴到打印或书写介质表面形成墨迹。热气泡式喷墨可通过调节加热温 度来控制喷墨量。加热过程中产生的气泡能够将墨水和加热器隔离， 从而避免墨水全部被 加热。停止加热后， 墨水冷却， 气泡收缩， 喷墨停止。热气泡式喷墨方式具有喷嘴密度高、 体 积较小、 成本较低和驱动系统较简单等优点。 但是， 热气泡式喷墨存在明显的不足 ： 一方面， 喷嘴经常处于高温状态， 且喷嘴处频繁的冷。
8、热交替， 气泡反复膨胀收缩， 使得喷墨质量不稳 定， 墨滴大小、 墨滴形状、 喷射速度及方向不易控制， 喷墨装置易老化， 需经常维修或更换喷 墨装置 ； 另一方面， 由于喷墨装置和墨水的热传导速率的限制， 喷墨过程经常有滞后现象， 喷墨速度也较慢， 易产生不均匀墨滴和墨渣。 0004 压电式喷墨是利用压电材料例如铅、 锆、 钽等在施加电压后产生形变的原理， 实现 挤压墨水在微流道内流动， 并经喷嘴喷射墨滴到打印或书写介质表面。压电式喷墨通过压 电材料的形变控制墨滴的喷射， 墨滴大小、 墨滴形状和喷射方向都可精确控制， 从而得到较 好的喷墨质量。由于不需要高温， 压电式喷墨对墨水质量无影响， 且。
9、对墨水色素无要求， 喷 墨过程无滞后现象， 喷嘴不易损坏。 但是， 压电式喷墨需要较为复杂的驱动系统， 结构复杂， 且喷墨装置体积较大， 加工难度大， 喷嘴损坏或堵塞后维修较困难。 0005 目前， 非常需要一种喷墨质量高且喷墨质量可控、 结构简单、 体积小、 易加工、 易维 修的新型喷墨装置。 发明内容 0006 本发明的目的是提供一种电渗喷墨装置。 0007 本发明提供的电渗喷墨装置包括微流道管、 喷嘴和微电极 ； 所述微流道管呈内部 中空的圆筒形， 其内部空腔为供墨水流过的微流道， 所述微流道管的一端与供墨装置连接， 其另一端设有所述喷嘴 ； 所述微流道管两端的内侧壁上各嵌有一个所述微电。
10、极， 该两个微 电极之间形成的电场能够驱动所述微流道中的墨水向所述喷嘴的方向运动。 0008 优选地， 所述微流道管中部的内侧壁上还嵌有至少一个所述微电极， 且任意两个 相邻的所述微电极之间形成的电场的方向相同。 0009 优选地， 所述喷嘴为锥形。 0010 优选地， 所述微电极的材质为惰性金属。 说 明 书 CN 103909731 A 3 2/5 页 4 0011 优选地， 所述微流道管和所述喷嘴的材质为绝缘材料。 0012 优选地， 所述电渗喷墨装置还包括嵌于所述微流道管的内侧壁上除所述微电极外 的位置的内衬， 所述微电极和所述内衬上设有多个微流道， 所述微电极和所述内衬的横截 面都呈。
11、篦子形， 所述多个微流道都与所述喷嘴相通。 0013 优选地， 所述微流道管、 所述喷嘴和所述内衬的材质为绝缘材料。 0014 优选地， 所述电渗喷墨装置还包括设于所述内衬、 所述微电极和所述喷嘴内表面 的绝缘层。 0015 优选地， 所述电渗喷墨装置还包括设于所述微流道管、 所述喷嘴和所述微电极内 表面的绝缘层。 0016 优选地， 所述微电极的材质为惰性金属、 铜、 铁或铝。 0017 本发明具有如下有益效果 ： 0018 (1) 所述电渗喷墨装置利用电渗现象驱动墨水在微流道中运动， 通过调节施加于 两个微电极之间的电压大小能够控制墨水在微流道中的运动速度和喷嘴的喷墨速度， 因此 其喷墨质。
12、量高且喷墨质量可控 ； 0019 (2) 所述电渗喷墨装置不需要复杂的驱动系统， 结构简单， 体积小， 易加工， 易维 修 ； 0020 (3) 所述电渗喷墨装置的微流道管、 喷嘴和微电极的内表面设有绝缘层， 能够避免 焦耳热的产生， 并扩大了微电极的材质的选择范围， 有利于降低成本。 附图说明 0021 图 1 为本发明实施例 1 提供的电渗喷墨装置的纵向剖面图 ； 0022 图 2 为本发明实施例 1 提供的电渗喷墨装置沿 A-A 方向的横向剖面图 ； 0023 图 3 为本发明实施例 2 提供的电渗喷墨装置的纵向剖面图 ； 0024 图 4 为本发明实施例 3 提供的电渗喷墨装置的纵向剖。
13、面图 ； 0025 图 5 为本发明实施例 3 提供的电渗喷墨装置沿 B-B 方向的横向剖面图 ； 0026 图 6 为本发明实施例 3 提供的电渗喷墨装置沿 C-C 方向的横向剖面图 ； 0027 图 7 为本发明实施例 4 提供的电渗喷墨装置的纵向剖面图 ； 0028 图 8 为本发明实施例 5 提供的电渗喷墨装置的纵向剖面图 ； 0029 图 9 为本发明实施例 5 提供的电渗喷墨装置沿 D-D 方向的横向剖面图。 具体实施方式 0030 下面结合附图和实施例对本发明的发明内容作进一步的详细描述。 0031 实施例 1 0032 如图 1 所示， 本实施例提供的电渗喷墨装置包括微流道管 。
14、11、 喷嘴 12 和两个微电 极 13。微流道管 11 呈内部中空的圆筒形， 其内部空腔为供墨水流过的微流道 14。微流道 管 11 的一端与供墨装置 ( 图中未示出 ) 连接， 微流道管 11 的另一端设有喷嘴 12。喷嘴 12 呈例如锥形， 用于喷射墨滴。微电极 13 呈例如圆环形， 如图 2 所示。两个微电极 13 分别嵌 于微流道管 11 两端的内侧壁上， 使得两个微电极 13 能够与微流道 14 内的墨水直接接触。 微流道管 11 和喷嘴 12 的材质为绝缘材料。在本实施例中， 微流道管 11 和喷嘴 12 的材质 说 明 书 CN 103909731 A 4 3/5 页 5 例如。
15、为硅橡胶。微电极 13 的材质为惰性金属。在本实施例中， 微电极 13 的材质例如为铂。 微流道管 11、 喷嘴 12 和微电极 13 可采用微加工制作工艺制成。 0033 使用时， 在两个微电极 13 之间施加电压， 两个微电极 13 之间形成电场， 微流道 14 中的墨水在电场的作用下产生电渗现象， 驱动墨水相对于微流道管 11 的内侧面向喷嘴 12 的方向运动。运动到喷嘴 12 内的墨水被喷嘴 12 喷射到打印或书写介质表面， 从而形成墨 迹。通过调节施加于两个微电极 13 之间的电压大小能够控制墨水在微流道 14 中的运动速 度和喷嘴 12 的喷墨速度 ； 通过调节施加于两个微电极 1。
16、3 之间的电压的正负极性能够改变 墨水在微流道 14 中的运动方向。本实施例提供的电渗喷墨装置适用于不导电或弱导电的 墨水。 0034 实施例 2 0035 如图 3 所示， 本实施例提供的电渗喷墨装置包括微流道管 21、 喷嘴 22 和三个微电 极 23。微流道管 21 呈内部中空的圆筒形， 其内部空腔为供墨水流过的微流道 24。微流道 管 21 的一端与供墨装置 ( 图中未示出 ) 连接， 微流道管 21 的另一端设有喷嘴 22。喷嘴 22 呈例如锥形， 用于喷射墨滴。微电极 23 呈例如圆环形。第一微电极 231 和第二微电极 232 分别嵌于微流道管 21 两端的内侧壁上， 第三微电极。
17、 233 嵌于微流道管 21 中部的内侧壁上， 使得三个微电极 23 能够与微流道 24 内的墨水直接接触。微流道管 21 和喷嘴 22 的材质为 绝缘材料。在本实施例中， 微流道管 21 和喷嘴 22 的材质例如为硅橡胶。微电极 23 的材质 为惰性金属。在本实施例中， 微电极 23 的材质例如为金。微流道管 21、 喷嘴 22 和微电极 23 可采用微加工制作工艺制成。 0036 使用时， 在第一微电极231与第三微电极233之间施加第一电压， 并在第三微电极 233之间与第二微电极232之间施加第二电压， 第一微电极231与第三微电极233之间形成 第一电场， 第三微电极233之间与第二。
18、微电极232之间形成第二电场， 且第一电场和第二电 场的方向相同， 微流道 24 中的墨水在第一电场和第二电场的作用下产生电渗现象， 驱动墨 水相对于微流道管 21 的内侧面向喷嘴 22 的方向运动。运动到喷嘴 22 内的墨水被喷嘴 22 喷射到打印或书写介质表面， 从而形成墨迹。通过调节第一电压和第二电压的大小能够控 制墨水在微流道 24 中的运动速度和喷嘴 22 的喷墨速度 ； 通过同时调节第一电压和第二电 压的正负极性能够改变墨水在微流道 24 中的运动方向。本实施例提供的电渗喷墨装置适 用于不导电或弱导电的墨水。 0037 需要说明的是， 在本实施例中， 微电极 23 的数目不仅限于三。
19、个， 微电极 23 的数目 也可以为大于或等于四个。 0038 与实施例1相比， 本实施例的电渗喷墨装置在微流道管21的中部增加了一个微电 极， 使得第一电压和第二电压都比实施例 1 的施加于两个微电极之间的电压明显降低， 降 低了施加电压的难度， 有利于降低电渗喷墨装置的成本。 0039 实施例 3 0040 如图4、 图5和图6所示， 本实施例提供的电渗喷墨装置包括微流道管31、 喷嘴32、 两个微电极 33 和内衬 35。微流道管 31 呈内部中空的圆筒形。微流道管 31 的一端与供墨 装置 ( 图中未示出 ) 连接， 微流道管 31 的另一端设有喷嘴 32。喷嘴 32 呈例如锥形， 用。
20、于喷 射墨滴。两个微电极 33 分别嵌于微流道管 31 两端的内侧壁上， 使得两个微电极 33 能够与 微流道 34 内的墨水直接接触。内衬 35 嵌于微流道管 31 的内侧壁上除两个微电极 33 外的 说 明 书 CN 103909731 A 5 4/5 页 6 位置。微流道管 31 和内衬 35 可以是分离的， 也可以是一体成型的。微电极 33 和内衬 35 上 设有多个圆形的微流道 34， 微电极 33 和内衬 35 的横截面都呈篦子形， 如图 5 和图 6 所示。 多个微流道 34 都与喷嘴 32 相通， 使得流过多个微流道 34 的墨水都能够流入喷嘴 32。微流 道管 31、 喷嘴 。
21、32 和内衬 35 的材质为绝缘材料。在本实施例中， 微流道管 31、 喷嘴 32 和内 衬 35 的材质例如为硅橡胶。微电极 33 的材质为惰性金属。在本实施例中， 微电极 33 的材 质例如为银。微流道管 31、 喷嘴 32、 微电极 33 和内衬 35 可采用微加工制作工艺制成。 0041 使用时， 在两个微电极 33 之间施加电压， 两个微电极 33 之间形成电场， 微流道 34 中的墨水在电场的作用下产生电渗现象， 驱动墨水相对于内衬 35 的内侧面向喷嘴 32 的方 向运动。 运动到喷嘴32内的墨水被喷嘴32喷射到打印或书写介质表面， 从而形成墨迹。 通 过调节施加于两个微电极33。
22、之间的电压大小能够控制墨水在微流道34中的运动速度和喷 嘴 32 的喷墨速度 ； 通过调节施加于两个微电极 33 之间的电压的正负极性能够改变墨水在 微流道 31 中的运动方向。本实施例提供的电渗喷墨装置适用于不导电或弱导电的墨水。 0042 与实施例 1 相比， 本实施例的电渗喷墨装置的微流道管 31 内设有篦子形的内衬 35, 内衬 35 上设有多个微流道 34 能够增强电渗现象， 使得墨水的驱动力成倍增加， 有利于 提高电渗喷墨装置的喷墨效率。 0043 实施例 4 0044 如图7所示， 本实施例提供的电渗喷墨装置包括微流道管41、 喷嘴42、 三个微电极 43 和内衬 45。微流道管。
23、 41 呈内部中空的圆筒形。微流道管 41 的一端与供墨装置 ( 图中 未示出 ) 连接， 微流道管 41 的另一端设有喷嘴 42。喷嘴 42 呈例如锥形， 用于喷射墨滴。第 一微电极 431 和第二微电极 432 分别嵌于微流道管 41 两端的内侧壁上， 第三微电极 433 嵌 于微流道管 41 中部的内侧壁上， 使得三个微电极 43 能够与微流道 44 内的墨水直接接触。 内衬 45 嵌于微流道管 41 内侧壁上除三个微电极 43 外的位置。微流道管 41 和内衬 45 可 以是分离的， 也可以是一体成型的。微电极 43 和内衬 45 上设有多个圆形的微流道 44， 微 电极 43 和内衬。
24、 45 的横截面都呈篦子形。多个微流道 44 都与喷嘴 42 相通， 使得流过多个 微流道 44 的墨水都能够流入喷嘴 42。微流道管 41、 喷嘴 42 和内衬 45 的材质为绝缘材料。 在本实施例中， 微流道管 41、 喷嘴 42 和内衬 45 的材质例如为硅橡胶。微电极 43 的材质为 惰性金属。在本实施例中， 微电极 43 的材质例如为铂。微流道管 41、 喷嘴 42、 微电极 43 和 内衬 45 可采用微加工制作工艺制成。 0045 使用时， 在第一微电极431与第三微电极433之间施加第一电压， 并在第三微电极 433之间与第二微电极432之间施加第二电压， 第一微电极431与第。
25、三微电极433之间形成 第一电场， 第三微电极433之间与第二微电极432之间形成第二电场， 且第一电场和第二电 场的方向相同， 微流道 44 中的墨水在第一电场和第二电场的作用下产生电渗现象， 驱动墨 水相对于内衬 45 的内侧面向喷嘴 42 的方向运动。运动到喷嘴 42 内的墨水被喷嘴 42 喷射 到打印或书写介质表面， 从而形成墨迹。通过调节第一电压和第二电压的大小能够控制墨 水在微流道 44 中的运动速度和喷嘴 42 的喷墨速度 ； 通过同时调节第一电压和第二电压的 正负极性能够改变墨水在微流道 44 中的运动方向。本实施例提供的电渗喷墨装置适用于 不导电或弱导电的墨水。 0046 需。
26、要说明的是， 在本实施例中， 微电极 43 的数目不仅限于三个， 微电极 43 的数目 也可以为大于或等于四个。 说 明 书 CN 103909731 A 6 5/5 页 7 0047 与实施例 1 相比， 本实施例的电渗喷墨装置兼具有实施例 2 和实施例 3 的优点。 0048 实施例 5 0049 如图 8 和图 9 所示， 本实施例提供的电渗喷墨装置包括微流道管 51、 喷嘴 52、 两个 微电极 53 和绝缘层 55。微流道管 51 呈内部中空的圆筒形， 其内部空腔为供墨水流过的微 流道 54。绝缘层 55 设于微流道管 51、 喷嘴 52 和微电极 53 的内表面， 用于使微流道管 。
27、51、 喷嘴 52 和微电极 53 与墨水隔离。绝缘层 55 的厚度为微米量级。微流道管 51 的一端与供 墨装置 ( 图中未示出 ) 连接， 微流道管 51 的另一端设有喷嘴 52。喷嘴 52 呈例如锥形， 用于 喷射墨滴。微电极 53 呈例如圆环形， 如图 9 所示。两个微电极 53 分别嵌于微流道管 51 两 端的内侧壁上， 使得两个微电极 53 能够与微流道 54 内的墨水直接接触。微流道管 51 和喷 嘴 52 的材质为绝缘材料。在本实施例中， 微流道管 51 和喷嘴 52 的材质例如为硅橡胶。微 电极 53 的材质不仅限于惰性金属， 还可以是例如铁、 铜或铝。在本实施例中， 微电极。
28、 53 的 材质例如为铜。微流道管 51、 喷嘴 52 和微电极 53 可采用微加工制作工艺制成。 0050 使用时， 在两个微电极 53 之间施加电压， 两个微电极 53 之间形成电场， 微流道 54 中的墨水在电场的作用下产生电渗现象， 驱动墨水相对于微流道管 51 的内侧面向喷嘴 52 的方向运动。运动到喷嘴 52 内的墨水被喷嘴 52 喷射到打印或书写介质表面， 从而形成墨 迹。通过调节施加于两个微电极 53 之间的电压大小能够控制墨水在微流道 54 中的运动速 度和喷嘴 52 的喷墨速度 ； 通过调节施加于两个微电极 53 之间的电压的正负极性能够改变 墨水在微流道 54 中的运动方。
29、向。本实施例提供的电渗喷墨装置适用于不导电或弱导电的 墨水。 0051 与实施例 1-4 相比， 本实施例的电渗喷墨装置的微流道管 51、 喷嘴 52 和微电极 53 的内表面设有绝缘层 55， 用于使微流道管 51、 喷嘴 52 和微电极 53 与墨水隔离， 能够避免焦 耳热的产生， 并且使微电极53的材质不仅仅限于惰性金属， 扩大了微电极53的材质选择范 围， 有利于降低成本。 0052 实施例 6 0053 本实施例提供的电渗喷墨装置与实施例 2 的电渗喷墨装置的区别是微流道管、 喷 嘴和微电极的内表面设有绝缘层， 其余与实施例 2 相同。 0054 实施例 7 0055 本实施例提供的。
30、电渗喷墨装置与实施例 3 的电渗喷墨装置的区别是内衬、 微电极 和喷嘴的内表面设有绝缘层， 其余与实施例 3 相同。 0056 实施例 8 0057 本实施例提供的电渗喷墨装置与实施例 4 的电渗喷墨装置的区别是内衬、 微电极 和喷嘴的内表面设有绝缘层， 其余与实施例 4 相同。 0058 以上实施方式仅用于说明本发明， 而并非对本发明的限制， 有关技术领域的普通 技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型， 因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴， 本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 说 明 书 CN 103909731 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103909731 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103909731 A 9 3/3 页 10 图 7 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103909731 A 10 。