[发明专利]一种基于MEMS工艺的电磁力喷头

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，无噪音、无热量、无振动、无驱动机构，应用于高精度、高频率、高可靠性的导电流体的微流动控制领域。

背景技术

MEMS制造工艺是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的统称。主要包括：集成电路工艺技术（以薄膜沉积，图形化与刻蚀技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件）、LIGA技术（光刻、电铸和塑铸形成深层微结构的方法制造MEMS器件）。硅MEMS加工技术的主要特点，对硅衬底材料的深刻蚀，可得到较大纵向尺寸可动微结构，硅工艺包括湿法SOG（玻璃上硅）工艺、干法SOG工艺、正面硅工艺、SOI（绝缘体上硅）工艺。表面MEMS加工技术主要通过在硅片上生长氧化硅、氮化硅、多晶硅等多层薄膜，来完成MEMS器件的制作，利用表面工艺得到的可动微结构的纵向尺寸较小。

喷墨打印机按照工作原理可分为热泡式与压电式。

热气泡喷墨技术是指喷管里充满墨水，当给加热器施加电压时，加热单元在短时间内启动，使得加热单元周围的墨水短时间加热形成微汽泡，墨水以极快的速度气化，小汽泡就会变大，汽泡胀到最大，利用膨胀力把墨水挤出。而之后喷管内的汽泡迅速收缩，使得挤出的墨水形成墨滴，这样挤出喷管外的墨滴就会喷到纸上。墨水被挤压喷出后，汽泡消失，并产生毛细现象，使喷管内再次充满墨水，这样就完成了一次喷墨循环。

压电式喷墨技术，利用压电陶瓷材料固有的逆压电效应引起的形状变化，作用于墨水腔而形成墨滴，压电陶瓷材料在外电场的作用下会产生形状变化，例如伸长(缩短和剪切变形）。当外加电场与压电陶瓷材料的极化方向垂直时，材料发生剪切变形，形成喷墨的压力，喷墨管在压力作用下挤出油墨形成墨滴，并高速喷出，喷射到承印物上形成图像。

热泡式打印头由于墨水高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不易掌握，打印线条边缘容易参差不齐，在一定程度上影响了打印质量。微压电式打印头被损坏或者阻塞了，整台打印机都需要维修；高频喷射下，压电喷射会发出较大噪音。

针对上述不足，本发明根据电磁场的洛伦兹力理论，即正交（垂直）分布的电场和磁场，能够对置于其中的导体产生洛伦兹力、使其沿着同时正交（垂直）于电磁和磁场两个方向的运动。利用洛伦兹力即电磁力，在常温下就可以驱动导电流体（如：导电墨水）运动，通过控制芯片调节电磁力的大小，实现高精度、高频率、高效率、无热量、无噪音、无振动的微流体喷射。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有结构简单、高精度、高频率、高效率、无热量、无噪音、无振动、无驱动机构的特点。喷头内部的电磁场作用于导电流体产生电磁力，驱动导电流体定向流动，控制芯片调节电磁场强度和启停以控制流体的流速和频率。

为实现上述目的，本发明的构思如下：

本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头具有导电线圈，包括：2个正极接线端、2个负极接线端；喷孔左右两端有若干导电线圈串联而成，导电后形成同向电磁极；左端串联而成的导电线圈正极与电极对的正极相连，左端串联而成的导电线圈负极与电极对的负极相连；右端串联而成的导电线圈正极与电极对的正极相连，右端串联而成的导电线圈负极与电极对的负极相连。

本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有软磁性材料，包覆导电线圈，通电后形成的电磁场被约束在软磁性材料内部，不会泄露到软磁性材料外部；软磁性材料中间有喷孔流通导电流体，喷孔左右有导电线圈组成的电磁极，喷孔前后有电极对组成的电场。

本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有硅材料，作为电磁力喷头的基本载体，包覆软磁性材料，内部有电极对，顶部控制芯片，底部有喷孔流通导电流体。

本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有控制芯片，中间有喷孔流通导电流体，底部连接硅材料，顶部连接外部电源，内置的电路控制电磁力的大小。

本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，具有电极对，位于喷孔前后两端，与导电线圈形成的电磁极在同一个平面内正交垂直，其目的在于通电后产生的电磁场作用于导电流体形成垂直向下的电磁力，完成喷射过程。

本发明的一种基于MEMS工艺的电磁力喷头，通电后，导电流体在电磁力的作用下，流经喷头上部的控制芯片和硅材料，进入软磁性材料，从喷头底部锥形喷孔喷出。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：