CN105128532A - 压电阵列喷头以及包括该喷头的喷涂设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电阵列喷头以及包括该喷头的喷涂设备，属于压电陶瓷领域，所述压电阵列喷头包括喷头动力部分和喷头墨水部分，所述喷头墨水部分包括多个片状且平行设置的喷墨腔；每个喷墨腔设置有进墨口、出墨口和喷嘴，所述喷嘴位于喷墨腔的与厚度方向平行的一个端面上，每个喷墨腔的与厚度方向垂直的两个侧壁为柔性侧壁；所述喷头动力部分采用压电陶瓷悬臂梁，所述压电陶瓷悬臂梁的一端固定，另一端接触并驱动所述柔性侧壁。与现有技术相比，本发明的压电阵列喷头的物理分辨率高并且可调；适用范围广；结构简单，维修方便。

Description

压电阵列喷头以及包括该喷头的喷涂设备

技术领域

本发明涉及压电陶瓷领域，特别是指一种压电阵列喷头以及包括该喷头的喷涂设备。

背景技术

喷头是喷墨打印机或点胶机最核心、所占成本最高、技术含量最高的部件，国内从研发到制造均属空白，完全依赖于进口。

以爱普生喷墨头为例，如图1和图2所示，包括墨水腔1’、振动板2’、喷嘴3’、压电薄膜4’以及连接压电薄膜4’的上表面和下表面的上电极5’和下电极6’，当给压电薄膜4’加电时，其发生变形，挤压振动板2’，使振动板2’产生向墨水腔1’内部的位移，使墨水从喷嘴3’喷出。

但是这种喷墨头存在着以下缺点：

1、物理分辨率低；压电薄膜沿着其自身宽度的方向间隔排布，导致相邻喷嘴的距离必然大于压电薄膜的宽度，由于压电薄膜的输出力要达到一定程度，才能使振动板产生变形，因此压电薄膜的宽度不能过窄，这样就使得相邻喷嘴的距离不可能很近，物理分辨率不高。

2、物理分辨率不可调，适用范围窄；墨水腔在加工完毕之后，喷墨头的物理分辨率就固定不变了，不能调节，不能适应不同场合的工作需求(如喷墨打印、点胶、喷涂釉料或喷涂电极浆料等不同的场合)，适用范围窄。

发明内容

本发明提供一种压电阵列喷头以及包括该喷头的喷涂设备，该压电阵列喷头的物理分辨率高并且可调；适用范围广；结构简单，维修方便。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种压电阵列喷头，包括喷头动力部分和喷头墨水部分，所述喷头墨水部分包括多个片状且平行设置的喷墨腔；

每个喷墨腔设置有进墨口、出墨口和喷嘴，所述喷嘴位于喷墨腔的与厚度方向平行的一个端面上，每个喷墨腔的与厚度方向垂直的两个侧壁为柔性侧壁；

所述喷头动力部分采用压电陶瓷悬臂梁，所述压电陶瓷悬臂梁的一端固定，另一端接触并驱动所述柔性侧壁。

进一步的，所述喷头墨水部分还包括进墨腔，所述进墨腔包括多个喷墨腔插槽，所述喷墨腔插槽的侧壁开设有墨水通道，所述喷墨腔插设在所述喷墨腔插槽内，并通过密封胶密封。

进一步的，所述喷头动力部分还包括填胶盖板和填胶腔体，所述填胶腔体的侧壁上开设有多个平行排布的压电陶瓷悬臂梁插槽，所述压电陶瓷悬臂梁固定的一端插在所述压电陶瓷悬臂梁插槽内，所述填胶腔体内填充有填充胶，所述填胶盖板盖设在所述填胶腔体的上方。

进一步的，所述压电阵列喷头还包括喷头外壳，所述喷头动力部分和喷头墨水部分固定在所述喷墨头外壳上，所述喷头动力部分和喷头墨水部分之间的距离可调。

进一步的，所述喷墨腔还包括片状的腔体框架，所述腔体框架开设有通孔，所述通孔贯穿所述腔体框架的与厚度方向平行的一个端面，形成豁口，所述柔性侧壁粘贴在所述腔体框架上并覆盖所述通孔，形成喷墨腔，所述进墨口和出墨口开设在所述柔性侧壁上并与所述通孔连通，所述豁口上粘贴覆盖有带有所述喷嘴的覆盖层。

进一步的，所述喷墨腔还包括触点，所述触点通过快干环氧胶粘贴在所述柔性侧壁上，所述压电陶瓷悬臂梁通过所述触点驱动所述柔性侧壁。

进一步的，所述柔性侧壁厚度为0.05-0.15mm，材质为薄膜胶带；所述触点的材质为结构陶瓷、硅材料或硬质塑料；所述腔体框架的材质为结构陶瓷或金属材料。

进一步的，所述压电陶瓷悬臂梁为压电双晶片，所述压电双晶片包括位于中间的弹性支撑片以及位于所述弹性支撑片两侧的压电陶瓷片，所述弹性支撑片和两侧的压电陶瓷片之间设置有内电极，两侧的压电陶瓷片的外表面设置有外电极。

进一步的，所述压电陶瓷片的材质为锆钛酸铅，所述弹性支撑片的材质为玻璃纤维、磷青铜、紫铜、钛合金、镍铁合金、锡青铜或铝钢复合材料，所述内电极和外电极材质为银钯合金、金、银或铝。

一种喷涂设备，包括上述压电阵列喷头。

本发明具有以下有益效果：

本发明的压电阵列喷头在工作时，墨水(还可以是釉料、胶体、电极浆料等，下同)从进墨口进入喷墨腔，喷头动力部分的电陶瓷悬臂梁一端固定，另一端在加电后产生d₃₁横向弯曲变形，挤压驱动喷墨腔的柔性侧壁，使墨水从喷嘴喷出。

由于喷墨腔为片状且平行设置，沿着其自身的厚度方向平行排布，为了驱动柔性侧壁，压电陶瓷悬臂梁也沿着其自身的厚度方向(与喷墨腔的厚度方向一致)平行排布；这样使得喷嘴的密集程度(压电阵列喷头的物理分辨率)与压电陶瓷悬臂梁厚度有关，与压电陶瓷悬臂梁的宽度无关，因为压电陶瓷悬臂梁为片状，其厚度远小于宽度，所以可以在有限的宽度范围内排布更多的喷嘴，压电阵列喷头的物理分辨率高，即使增加压电陶瓷悬臂梁的宽度也不影响相邻喷嘴之间的间距，对于喷射粘度较大的液体时，可适当改变压电陶瓷悬臂梁的宽度，但是对压电阵列喷头的物理分辨率影响非常小。

本发明中的各个零部件(包括喷墨腔，相当于背景技术中的墨水腔)在加工完毕后，压电阵列喷头的物理分辨率还是可以调整的，只要在组装时调整相邻喷墨腔之间的距离即可(压电陶瓷悬臂梁的间距也同时调整)，即使压电阵列喷头在组装完毕并使用后，也可以在使用过程中根据需要调整相邻喷墨腔之间的距离；能适应不同场合的工作需求(如喷墨打印、点胶、喷涂釉料或喷涂电极浆料等不同的场合)，适用范围宽。

另外，压电陶瓷悬臂梁具有位移放大作用，并且放大倍数与压电陶瓷悬臂梁的长度有关，同一个压电陶瓷悬臂梁的输出位移和输出力成反比，距离压电陶瓷悬臂梁的固定端越远，其位移越大；本发明中喷墨腔与压电陶瓷悬臂梁的固定端的距离是可调的，可以根据喷射的液体要求选择喷墨腔在压电陶瓷悬臂梁的不同的位置，当喷射粘度较小的液体时，可以将喷墨腔放在距离压电陶瓷悬臂梁的固定端较近的位置；当喷射液体粘度较大时，可以将喷墨腔放在距离压电陶瓷悬臂梁的固定端较远的位置，增加了压电阵列喷头的适用范围。

再者，本发明可以通过控制电信号使得喷墨腔一侧的压电陶瓷悬臂梁控制一个喷墨腔，也可以使得喷墨腔两侧的压电陶瓷悬臂梁同时控制一个喷墨腔；两侧的压电陶瓷悬臂梁同时动作时，喷墨腔中墨水容积的变化比单独控制一侧压电陶瓷悬臂梁引起的墨水容积的变化增加近一倍，这样可以同时喷不同粘度的液体，增加了压电阵列喷头的适用范围。

最后，发明人还发现，背景技术中的喷墨头的喷嘴、墨水腔均通过MEMS生产工艺制得，工艺复杂，成本高，并且只要其中一部分零部件损坏，整个喷墨头就损坏了，不能维修；本发明的压电阵列喷头结构简单，加工方便，并且各个零部件损坏后，只需将其替换掉即可，便于维修。

因此，本发明的压电阵列喷头的物理分辨率高并且可调；适用范围广；结构简单，维修方便。

附图说明

图1为现有技术中爱普生打印机喷头的结构示意图；

图2为现有技术中爱普生打印机喷头的剖视图；

图3为本发明的压电阵列喷头的结构示意图；

图4为本发明中的喷头动力部分的结构示意图；

图5为本发明中的喷头墨水部分的结构示意图；

图6为本发明中的喷墨腔的结构示意图；

图7为图6的A-A平面的剖视图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种压电阵列喷头，如图3至图7所示，包括喷头动力部分2和喷头墨水部分3，喷头墨水部分3包括多个片状且平行设置的喷墨腔32；

每个喷墨腔32设置有进墨口324、出墨口325和喷嘴326，喷嘴326位于喷墨腔32的与厚度方向平行的一个端面上，每个喷墨腔32的与厚度方向垂直的两个侧壁为柔性侧壁322；

喷头动力部分2采用压电陶瓷悬臂梁23，压电陶瓷悬臂梁23的一端固定，另一端接触并驱动柔性侧壁322。

上述的喷头墨水部分、喷墨腔、进墨口和出墨口中的“墨”字只是一种名称，并不是限定本发明的压电阵列喷头只能喷射墨水而不能喷射其他液体(如釉料、胶体、电极浆料等)，下同。

与现有技术相比，本发明的压电阵列喷头在工作时，墨水(还可以是釉料、胶体、电极浆料等，下同)从进墨口进入喷墨腔，喷头动力部分的电陶瓷悬臂梁一端固定，另一端在加电后产生d₃₁横向弯曲变形，挤压驱动喷墨腔的柔性侧壁，使墨水从喷嘴喷出。

由于喷墨腔为片状且平行设置，沿着其自身的厚度方向平行排布，为了驱动柔性侧壁，压电陶瓷悬臂梁也沿着其自身的厚度方向(与喷墨腔的厚度方向一致)平行排布；这样使得喷嘴的密集程度(压电阵列喷头的物理分辨率)与压电陶瓷悬臂梁厚度有关，与压电陶瓷悬臂梁的宽度无关，因为压电陶瓷悬臂梁为片状，其厚度远小于宽度，所以可以在有限的宽度范围内排布更多的喷嘴，压电阵列喷头的物理分辨率高，即使增加压电陶瓷悬臂梁的宽度也不影响相邻喷嘴之间的间距，对于喷射粘度较大的液体时，可适当改变压电陶瓷悬臂梁的宽度，但是对压电阵列喷头的物理分辨率影响非常小。

本发明中的各个零部件(包括喷墨腔，相当于背景技术中的墨水腔)在加工完毕后，压电阵列喷头的物理分辨率还是可以调整的，只要在组装时调整相邻喷墨腔之间的距离即可(压电陶瓷悬臂梁的间距也同时调整)，即使压电阵列喷头在组装完毕并使用后，也可以在使用过程中根据需要调整相邻喷墨腔之间的距离；能适应不同场合的工作需求(如喷墨打印、点胶、喷涂釉料或喷涂电极浆料等不同的场合)，适用范围宽。

另外，压电陶瓷悬臂梁具有位移放大作用，并且放大倍数与压电陶瓷悬臂梁的长度有关，同一个压电陶瓷悬臂梁的输出位移和输出力成反比，距离压电陶瓷悬臂梁的固定端越远，其位移越大；本发明中喷墨腔与压电陶瓷悬臂梁的固定端的距离是可调的，可以根据喷射的液体要求选择喷墨腔在压电陶瓷悬臂梁的不同的位置，当喷射粘度较小的液体时，可以将喷墨腔放在距离压电陶瓷悬臂梁的固定端较近的位置；当喷射液体粘度较大时，可以将喷墨腔放在距离压电陶瓷悬臂梁的固定端较远的位置，增加了压电阵列喷头的适用范围。

再者，本发明可以通过控制电信号使得喷墨腔一侧的压电陶瓷悬臂梁控制一个喷墨腔，也可以使得喷墨腔两侧的压电陶瓷悬臂梁同时控制一个喷墨腔，如图7所示；两侧的压电陶瓷悬臂梁同时动作时，喷墨腔中墨水容积的变化比单独控制一侧压电陶瓷悬臂梁引起的墨水容积的变化增加近一倍，这样可以同时喷不同粘度的液体，增加了压电阵列喷头的适用范围。

最后，发明人还发现，背景技术中的喷墨头的喷嘴、墨水腔均通过MEMS生产工艺制得，工艺复杂，成本高，并且只要其中一部分零部件损坏，整个喷墨头就损坏了，不能维修；本发明的压电阵列喷头结构简单，加工方便，并且各个零部件损坏后，只需将其替换掉即可，便于维修。

因此，本发明的压电阵列喷头的物理分辨率高并且可调；适用范围广；结构简单，维修方便。

作为本发明的压电阵列喷头的一种改进，如图5所示，喷头墨水部分3还包括进墨腔31，进墨腔31包括多个喷墨腔插槽(喷墨腔插槽位于图3中进墨腔的底部)，喷墨腔插槽的侧壁开设有墨水通道(图中未示出)，喷墨腔32插设在喷墨腔插槽内，并通过密封胶密封。

墨水进入进墨腔，并且在墨水通道内流动，实现了墨水循环，喷墨腔插在喷墨腔插槽内，墨水从进墨口流入进墨腔，从出墨口流出，密封胶将喷墨腔插槽与喷墨腔接触部分密封。使用进墨腔为多个喷墨腔集中供墨并固定喷墨腔，结构简单，安装方便，便于拆装维护，并且进墨腔实现了墨水循环。

作为本发明的压电阵列喷头的另一种改进，如图4所示，喷头动力部分2还包括填胶盖板21和填胶腔体22，填胶腔体为上方开口的中空壳体，填胶腔体22的侧壁上开设有多个平行排布的压电陶瓷悬臂梁插槽24，压电陶瓷悬臂梁23固定的一端插在压电陶瓷悬臂梁插槽24内，填胶腔体22内填充有填充胶，填胶盖板21盖设在填胶腔体22的上方。采用填胶盖板和填胶腔体集中固定多个压电陶瓷悬臂梁，结构简单，安装方便，便于拆装维护。

进一步的，压电阵列喷头还包括喷头外壳1，喷头动力部分2和喷头墨水部分3固定在喷墨头外壳1上，具体的，喷头动力部分2可以通过螺纹连接固定在喷头外壳1上，喷头墨水部分3可以通过螺钉4固定在喷头外壳1上；喷头动力部分2和喷头墨水部分3之间的距离可调。

前面提到喷墨腔与压电陶瓷悬臂梁的固定端的距离是可调的，可以根据喷射的液体要求选择喷墨腔在压电陶瓷悬臂梁的不同的位置；只需一次调整喷头动力部分和喷头墨水部分之间的距离即可调整所有的喷墨腔与压电陶瓷悬臂梁的固定端的距离，简单方便。

本发明中的喷墨腔可以有多种结构，图6给出了一种实施例，喷墨腔32还包括片状的腔体框架321，腔体框架321开设有通孔327，通孔327贯穿腔体框架321的与厚度方向平行的一个端面，形成豁口328，柔性侧壁322粘贴在腔体框架321上并覆盖通孔327，形成喷墨腔32，进墨口324和出墨口325开设在柔性侧壁322上并与通孔327连通，豁口328上粘贴覆盖有带有喷嘴的覆盖层329，覆盖层可以与柔性侧壁为一体结构。这种结构的喷墨腔结构简单，加工和组装方便，只需要在片状的腔体框架上覆盖上柔性外壳即可。

进一步的，如图6所示，为了使压电陶瓷悬臂梁更好的驱动柔性侧壁，喷墨腔32还包括触点323，触点323通过快干环氧胶粘贴在柔性侧壁322上，压电陶瓷悬臂梁23通过触点323驱动柔性侧壁322。

优选的，柔性侧壁322的厚度可以为0.05-0.15mm，优选为0.1mm，材质可以为薄膜胶带，薄膜胶带的弹性模量小、耐腐蚀，具体可以为锡纸胶带、铝箔胶带，铜箔胶带、聚酯膜或特氟龙等；触点的材质可以为结构陶瓷、硅材料或硬质塑料等；腔体框架的材质可以为结构陶瓷或金属材料等。

作为本发明的压电阵列喷头的再一种改进，压电陶瓷悬臂梁23为压电双晶片，压电双晶片包括位于中间的弹性支撑片以及位于弹性支撑片两侧的压电陶瓷片，弹性支撑片和两侧的压电陶瓷片之间设置有内电极，两侧的压电陶瓷片的外表面设置有外电极。压电双晶片在相同的变形下拥有更大的驱动力，并且该压电双晶片结构简单、成本低。

上述压电陶瓷片的材质可以为锆钛酸铅，弹性支撑片的材质可以为玻璃纤维、磷青铜、紫铜、钛合金、镍铁合金、锡青铜或铝钢复合材料等，内电极和外电极材质可以为银钯合金、金、银或铝等。

另一方面，本发明提供一种喷涂设备，包括上述压电阵列喷头，喷涂设备可以是打印机、点胶机、喷釉喷涂设备或电极浆料喷涂设备等。本发明的喷涂设备的物理分辨率高并且可调；适用范围广；结构简单，维修方便。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压电阵列喷头，包括喷头动力部分和喷头墨水部分，其特征在于，所述喷头墨水部分包括多个片状且平行设置的喷墨腔；

每个喷墨腔设置有进墨口、出墨口和喷嘴，所述喷嘴位于喷墨腔的与厚度方向平行的一个端面上，每个喷墨腔的与厚度方向垂直的两个侧壁为柔性侧壁；

所述喷头动力部分采用压电陶瓷悬臂梁，所述压电陶瓷悬臂梁的一端固定，另一端接触并驱动所述柔性侧壁。

2.根据权利要求1所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述喷头墨水部分还包括进墨腔，所述进墨腔包括多个喷墨腔插槽，所述喷墨腔插槽的侧壁开设有墨水通道，所述喷墨腔插设在所述喷墨腔插槽内，并通过密封胶密封。

3.根据权利要求1所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述喷头动力部分还包括填胶盖板和填胶腔体，所述填胶腔体的侧壁上开设有多个平行排布的压电陶瓷悬臂梁插槽，所述压电陶瓷悬臂梁固定的一端插在所述压电陶瓷悬臂梁插槽内，所述填胶腔体内填充有填充胶，所述填胶盖板盖设在所述填胶腔体的上方。

4.根据权利要求1-3任一所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述压电阵列喷头还包括喷头外壳，所述喷头动力部分和喷头墨水部分固定在所述喷墨头外壳上，所述喷头动力部分和喷头墨水部分之间的距离可调。

5.根据权利要求4所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述喷墨腔还包括片状的腔体框架，所述腔体框架开设有通孔，所述通孔贯穿所述腔体框架的与厚度方向平行的一个端面，形成豁口，所述柔性侧壁粘贴在所述腔体框架上并覆盖所述通孔，形成喷墨腔，所述进墨口和出墨口开设在所述柔性侧壁上并与所述通孔连通，所述豁口上粘贴覆盖有带有所述喷嘴的覆盖层。

6.根据权利要求5所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述喷墨腔还包括触点，所述触点通过快干环氧胶粘贴在所述柔性侧壁上，所述压电陶瓷悬臂梁通过所述触点驱动所述柔性侧壁。

7.根据权利要求6所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述柔性侧壁厚度为0.05-0.15mm，材质为薄膜胶带；所述触点的材质为结构陶瓷、硅材料或硬质塑料；所述腔体框架的材质为结构陶瓷或金属材料。

8.根据权利要求1-3任一所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述压电陶瓷悬臂梁为压电双晶片，所述压电双晶片包括位于中间的弹性支撑片以及位于所述弹性支撑片两侧的压电陶瓷片，所述弹性支撑片和两侧的压电陶瓷片之间设置有内电极，两侧的压电陶瓷片的外表面设置有外电极。

9.根据权利要求8所述的压电阵列喷头，其特征在于，所述压电陶瓷片的材质为锆钛酸铅，所述弹性支撑片的材质为玻璃纤维、磷青铜、紫铜、钛合金、镍铁合金、锡青铜或铝钢复合材料，所述内电极和外电极材质为银钯合金、金、银或铝。

10.一种喷涂设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的压电阵列喷头。