[发明专利]静电机械驱动液体测微装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体测微装置，更具体地说，是涉及用于由静电机械驱动的具有为测量液体用的带小孔的一个液体腔室阵列的液体测微装置的一种改进结构，它实现了对液腔室阵列更高的密集度。

背景技术

液体测微在很多应用中都有用处，特别是当液体剂量因功能或经济原因而至为关键时更为重要。例如，为实现期望的产品质量，在生产线上的某种配料要求精确计量，或者，为降低成本，某种进口材料需要准确的计量。

脉冲或按需投入(DOD)式喷墨打印设备中的油墨测微就是这类应用之一。喷墨打印技术在过去的二十年间革新了办公室和家庭的打印机市场，并在工业印刷应用中获得越来越广泛的应用。脉冲喷墨打印是通过打印头中的小孔或喷嘴喷出墨滴，墨滴到达并沉积在某基质上，形成打印图象而完成的。喷墨打印机所配备的打印头通常由按阵列排列的一系列小腔室组成，每个腔室至少有一个喷墨小孔。与小腔室关联的驱动装置时通时断，以改变腔室中的压力，使从小孔中喷射出墨滴。

对具有液体腔室阵列的设备而言，密集度是用以每时点数(DPI)表示的从阵列中喷出的点(或液滴)的密度来定义的。阵列的密集度，例如打印头，与直线排列的墨腔的排列紧密程度直接相关。因此，具有高密集度的打印头将获得较好的印刷分辨率和清晰率(较高的DPI)。诸如条码印刷，纸板和信件标记，事务表格印刷，以及在诸如服装，包装和各种另件的基质上的较高分辨率印刷的应用中，都要求高的印刷分辨率。脉冲喷墨打印机中的图象形成可通过有选择地按通或断开驱动机构，改变墨腔中使油墨通过小孔喷出的压力予以控制。曾在喷墨打印中使用的一种机电式传动机构是一种基于，例如，铅—锆酸盐—钛酸盐的压电转留。一类压电介质打印头设计将压电介质元件附着在腔室的一个壁上，使施加于压电介质的电压导致腔壁的扭曲变形，因此在腔室中生成压力脉冲将墨滴喷出。另一类则将压电介质元件本身作为腔壁。

然而，压电元件是易碎的，因此，为制造要求尺寸驱动机构，压电式驱动机构常要求精密的机加工。众多压电驱动机构的另一个缺点是需要附着在一个带粘合剂之类的膜片上。这种机加工和粘结工艺需要大量时间和劳力，并且其制造公差不良。常存在与高密集度压电打印头的制造和结构有关，与机加工能力，准确度和公差联系在一起的固有局限。此外，压电驱动机构在要求较高分辨率的喷墨打印应用中因压电变换器易受因制造变异性所引起的材料缺陷和变形的影响。后者则导致低的机电效率，因此，压电型机电脉冲喷墨技术在满足高分辨率图象应用方面的性能是有限的。

美国专利5,277,813(Pies等)透露的一种此类压电驱动型打印头的示例中，驱动打印头的一个压电侧壁具有附着于并将惰性材料的第一侧壁区分离于第二侧壁压电区的导电表面，而第二侧壁则在该压电区中作剪切状运动以推动第一侧壁区，从而挤压墨腔。

为克服与压电驱动机构相关的若干缺点，静电式机械驱动机构也曾被应用于脉冲喷墨打印头中，这类静电式驱动机构可由形成于墨腔相邻处的薄片(也称为膜片或薄膜)构成，在这种结构中，会有油墨的腔壁由形成驱动机构的薄片构成。当随时间而变的电场施加于薄板邻近的一个电极时，腔壁因作用于薄片和电极间的静电力而偏斜，并在腔内产生压力扰动，因此通过小孔从腔中喷射出一个液滴。

例如美国专利4,520,375(Kroll)透露了一个种具有用绝缘体隔开的一对电容器极板的液体喷射，其中，在极板间的可变电场使硅薄膜作机械运动，导致液体通过喷嘴射出。

美国专利5,534,900(Ohno等)透露了一种具有多个薄层和与独立喷射腔连通的多喷嘴口的静电驱动式喷墨打印头，其中有一片薄膜安置在喷射腔的底壁上。在这种结构中，激励膜片的驱动电压随喷墨头密集度的增高大约呈指数增长。

含静电驱动液体喷射装置的现有技术设计的一个缺点是膜片的取向应使阵列的密集度相关于膜片的面积尺寸(即，膜片的长和宽一但与厚度无关)。换言之，膜片构成顶部或底部腔壁，或者甚至是孔板对面的背面壁。这种定位方式限制了作为腔室阵列关键尺寸的密集度，因此，当膜片宽度增大时，密集度下降，并降低了设备的分辨率。用于激励膜片的驱动电压也随液流设备密集度的增高而约按指数律增长。

发明内容

因此，期望的是一种能克服上述各种缺点的静电机械驱动测微装置。

因此，本发明的一个目的是能提供一种静电机械驱动的液体测微装置，如脉冲喷墨打印头，它能获得更高的密集度而不要求所施加的电压基本上呈指数增长。