Струйная печатающая головка

 

Изобретение относится к технике струйной печати и может быть использовано в струйных принтерах и других печатающих устройствах. С целью улучшения эксплуатационных характеристик, а именно повышения как частотных характеристик печатающих головок, так и надежности их работы струйная печатающая головка содержит несущую диэлектрическую или проводящую основу с последовательно расположенными на ней термозапирающим, коммутационными и диэлектрическими слоями со сформированными рабочими микрообъемами, заполненными рабочей жидкостью, а над гибкой мембраной располагается сопловая пластина с инжектируемой жидкостью. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике струйной печати и может быть использовано в струйных принтерах и других печатающих устройствах.

Известна конструкция термоструйной печатающей головки, содержащая диэлектрическую основу, на которой последовательно сформированы термозапирающий, резистивный и коммутационный слои, образующие управляемую систему резистивных нагревательных элементов и сопловую пластину с объемами и выполненными в них отверстиями и заполненными инжектируемой жидкостью (SU 2051042, В 41 J 2/05,1995).

Недостатком известного технического решения является снижение ресурса из-за непосредственного контакта нагревательных элементов с рабочей жидкостью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является техническое решение термоструйной печатающей головки, содержащей диэлектрическую основу, резистивный и коммутационный слои, гибкую мембрану, расположенную над нагревательными элементами таким образом, что между ними образован микрозазор, заполненный жидкостью, и сопловую пластину (US 4480259, В 41 J 2/05, 1984).

К недостаткам известного технического решения относится:

- низкая эффективность работы устройства из-за гидродинамической связи между объемами, что приводит к ложным срабатываниям сопел и провоцирует выброс сателлитов;

- низкая надежность устройства, поскольку мембрана из силиконовой резины малоинерционная и не обеспечивает герметичность рабочей камеры при вскипании жидкости.

Настоящее изобретение направлено на решение технических задач, связанных с устранением указанных выше недостатков.

Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик струйных печатающих головок, а именно повышении как частотных характеристик печатающих головок, так и надежности их работы.

Для реализации вышеуказанных целей настоящего изобретения разработана струйная печатающая головка, содержащая несущую диэлектрическую или проводящую основу с последовательно расположенными на ней термозапирающими, коммутационными и диэлектрическими слоями с сформированными рабочими микрообъемами, заполненными рабочей жидкостью, а над гибкой мембраной располагается сопловая пластина с инжектируемой жидкостью.

Рабочие микрообъемы между нижним и верхним проводящими слоями заполняются сегнетоэлектрическим жидким кристаллом. При этом предлагаются следующие конструктивные варианты выполнения струйной печатающей головки.

Первый вариант предполагает следующее:

- верхний проводящий слой нанесен на гибкую мембрану;

- верхний проводящий слой выполняет роль общей шины для всех микрообъемов;

- нижний коммутационный слой расположен параллельно верхнему проводящему слою и его площадь в микроячейке больше или равна площади микроячейки;

- термозапирающий слой выполняет роль изолятора между нижним проводящим слоем и проводниковой подложкой. Если подложка диэлектрическая, то толщина изолятора не регламентируется или же он может отсутствовать.

Второй вариант конструкции струйной печатающей головки предполагает следующее:

- нижний коммутационный слой выполнен в виде электрически изолированной встречно-штыревой структуры электродов;

- один из электродов встречно-штыревой структуры выполняет роль общей шины, а другие являются управляющими для каждого последующего микрообъема;

- термозапирающий слой выполняет роль изолятора между нижним проводящим слоем и проводниковой подложкой. Если подложка диэлектрическая, то толщина изолятора не регламентируется или же он может отсутствовать;

- гибкая мембрана выполняет роль диэлектрика.

Предлагаемые конструктивные решения исключают необходимость применения резисторов для разогрева рабочей жидкости при формировании выбрасываемой капли и предусматривает двухэлектродную систему электродов, которая образует конденсатор, заполненный жидким кристаллом. Принцип работы струйной печатающей головки основан на новом способе генерации микроколебаний инжектируемой среды - электромеханическом эффекте, возникающем в слое сегнетоэлектрического жидкого кристалла, при подаче на электроды импульсного электрического поля. Из анализа отличительных признаков очевидно, что данное решение не относится к термоструйным и к пьезоструйным устройствам и представляет реализацию нового способа инжектирования жидкости и может найти применение как в капле струйной печати, так и в качестве различного рода микродозаторов.

На фиг. 1-3 представлены варианты конструкций струйной печатающей головки. На фиг. 1 представлено сечение первого варианта конструкции струйной печатающей головки, содержащей несущую диэлектрическую или проводящую основу - подложку (1), на поверхности которой последовательно сформированы диэлектрический изолирующий слой (2), коммутационный слой (3) и диэлектрический слой (4), в котором выполнены рабочие микрообъемы (5), заполненные сегнетоэлектрическим жидким кристаллом (6). Микрообъемы (5) перекрыты гибкой мембраной (7) с проводящим слоем (8), над мембраной располагается сопловая пластина (9), содержащая микроканалы, заполненные инжектируемой жидкостью, например чернилами (10), поступающими через канал (11) из картриджа в сопельное отверстие (12).

На фиг. 2 представлено сечение второго варианта конструкции струйной печатающей головки, содержащей несущую диэлектрическую или проводящую основу (1), на поверхности которой последовательно сформированы диэлектрический изолирующий слой (2), коммутационный слой (3), проводящий слой (4) и диэлектрический слой (5), в котором выполнены рабочие микрообъемы (6), заполненные сегнетоэлектрическим жидким кристаллом (7). При этом коммутационный слой (3) и проводящий слой (4) выполнены в виде электрически изолированной встречно-штыревой структуры электродов. Микрообъемы (6) перекрыты гибкой мембраной (8), над которой располагается сопловая пластина (9), содержащая микроканалы, заполненные инжектируемой жидкостью, например чернилами (10), поступающими через канал (11) из картриджа в сопельное отверстие (12).

На фиг. 3 представлен вид сверху на коммутационный слой (3) и проводящий слой (4) (фиг 2), выполненные в виде электрически изолированной встречно-штыревой структуры электродов. При этом проводящий слой (4) служит общей шиной для всех микрообъемов струйной печатающей головки, а коммутационный слой (3) является управляющим.

Предлагаемая струйная печатающая головка устроена следующим образом (первый вариант, фиг. 1).

На поверхности несущей диэлектрической или проводящей основы - подложки (1) последовательно сформированы диэлектрический изолирующий слой (2), коммутационный слой (3) с контактными площадками для каждого микрообъема и диэлектрический, например, полимерный слой (4). В диэлектрическом слое (4) выполнены микрообъемы (5), заполненные сегнетоэлектрическим жидким кристаллом (6) и перекрытые гибкой мембраной (7) с проводящим слоем (8). Таким образом, сегнетоэлектрический жидкий кристалл (6) капсулирован в микрообъем (5), ограниченный гибкой мембраной (7) с проводящим слоем (8) и коммутационным слоем (3), расположенным на диэлектрическом изолирующем слое (2). Над мембраной (7) располагается сопловая пластина (9), содержащая микроканалы, заполненные инжектируемой жидкостью, например чернилами (10), поступающими через канал (11) из картриджа в сопельное отверстие (12). При этом инжектируемая жидкость, например чернила, хорошо смачивает сопловую пластину (9), канал (11) и сопельное отверстие (12). Коммутационные (3) и проводящие (8) слои обеспечивают подачу разности потенциалов на слой жидкого кристалла. Мембрана (7), коммутационные слои (3), проводящие слои (8) и диэлектрический полимерный слой (4) могут быть многослойными.

Струйная печатающая головка работает следующим образом (фиг.1).

При подаче управляющего электрического импульса на коммутационный слой (3) и проводящий слой (8) мембрана (7) деформируется за счет электромеханического эффекта, возникающего в сегнетоэлектрическом жидком кристалле (6), капсулированном в микрообъеме (5), и передает импульс давления на инжектируемую жидкость, например чернила, что позволяет сформировать каплю, выброшенную через сопельное отверстие (12). На коммутационные слой и проводящий слой подают разнополярные прямоугольные импульсы с амплитудой 3-15 В. Длительность каждого импульса устанавливают 30-50 мкс. При этом параметры импульсов функционально связаны с параметрами инжектируемой жидкости и с рабочим микрообъемом, заполненным жидким кристаллом.

Длительность положительного и отрицательного импульса, как показали эксперименты, в основном определяется инерционностью сегнетоэлектрического жидкого кристалла.

Таким образом, в данной конструкции реализован новый способ генерации микроколебаний инжектируемой жидкости, включающий перемещение гибкой мембраны, разделяющей инжектируемую жидкость и рабочую среду, отличающийся тем, что в качестве рабочей среды используют сегнетоэлектрический жидкий кристалл, на который воздействуют электрическим импульсным полем, параметры которого (напряженность и длительность) устанавливают в функциональной (пропорциональной или интегральной) зависимости от физико-химических свойств инжектируемой и рабочих сред.

Разработанные технические решения струйных печатающих головок позволяют формировать капли инжектируемой жидкости в широком диапазоне воздействия различных дестабилизирующих факторов, в основном благодаря тому, что в конструктивных решениях наиболее полно проявляются эффекты внутренних обратных связей, гарантирующие регулирование параметров источника микроколебаний инжектируемой жидкости.

Формула изобретения

1. Струйная печатающая головка, содержащая несущую диэлектрическую или проводящую подложку, на поверхности которой последовательно расположены термозапирающий слой, коммутационный слой и диэлектрический слой, в котором выполнены микрообъемы, заполненные жидким кристаллом, и гибкая мембрана, над которой располагается сопловая пластина, микроканалы которой заполнены инжектируемой жидкостью.

2. Струйная печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве жидкого кристалла использован сегнетоэлектрический жидкий кристалл.

3. Струйная печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что на гибкую мембрану нанесен проводящий слой со стороны рабочих микрообъемов.

4. Струйная печатающая головка по п.3, отличающаяся тем, что для каждого микрообъема сформирован проводящий слой.

5. Струйная печатающая головка по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что коммутационный и проводящий слои выполнены в виде электрически изолированной встречно-штыревой структуры электродов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3