CN106915161B - 叠层式压电喷头和包括该喷头的喷涂设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层式压电喷头和包括该喷头的喷涂设备，属于压电陶瓷领域，所述叠层式压电喷头包括至少一个墨水槽和位于所述墨水槽上方的叠层压电陶瓷，其中：所述墨水槽上覆盖有柔性隔膜，形成墨水腔，所述墨水腔上设置有进墨口和喷嘴；所述叠层压电陶瓷包括第一基部和从所述第一基部侧面伸出的至少一个叠层压电陶瓷柱，所述叠层压电陶瓷柱的数量与所述墨水槽的数量一致且相配合设置，所述叠层压电陶瓷柱连接有驱动电路；所述叠层压电陶瓷的上表面设置有基板。与现有技术相比，本发明结构简单，加工方便，能够加工成不同的精度；可靠性和稳定性好；输出力高，适用范围广。

Description

叠层式压电喷头和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，特别是指一种叠层式压电喷头和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9和图10所示，包括墨水腔101、振动板102、喷嘴103、压电薄膜104以及连接压电薄膜104的上表面和下表面的上电极105和下电极106，当给压电薄膜104加电时，其发生变形，挤压振动板102，使振动板102产生向墨水腔101内部的位移，使墨水从喷嘴103喷出。

但是这种喷墨头存在着以下缺点(以爱普生压电喷头为例，如图9和图10所示)：

1、该压电喷头的喷嘴板、墨腔均是采用MEMS生产工艺制成，结构和加工工艺复杂，对超精密加工设备的依赖性很强，喷头的价格昂贵。

2、该压电喷头结构中的压电陶瓷为1微米厚的压电陶瓷薄膜，压电陶瓷薄膜受到制备工艺的限制，自身密度比较低，加电变形时不会产生大的输出位移，使输出力低；并且该压电喷头的材质以半导体硅为主，硅材质刚度大，墨腔变形幅度小，使输出力进一步降低；由于输出力的降低，使得该压电喷头只适合家庭和办公打印，不适合工业上陶瓷喷墨打印或者对于喷射力要求高的点胶打印等。

发明内容

本发明提供一种叠层式压电喷头和包括该喷头的喷涂设备，其结构简单，加工方便，能够加工成不同的精度；可靠性和稳定性好；输出力高，适用范围广。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种种叠层式压电喷头，包括至少一个墨水槽和位于所述墨水槽上方的叠层压电陶瓷，其中：

所述墨水槽上覆盖有柔性隔膜，形成墨水腔，所述墨水腔上设置有进墨口和喷嘴；

所述叠层压电陶瓷包括第一基部和从所述第一基部侧面伸出的至少一个叠层压电陶瓷柱，所述叠层压电陶瓷柱的数量与所述墨水槽的数量一致且相配合设置，所述叠层压电陶瓷柱连接有驱动电路；

所述叠层压电陶瓷的上表面设置有基板。

进一步的，所述叠层压电陶瓷柱包括沿所述叠层压电陶瓷柱长度方向分布的多层压电陶瓷，相邻两层压电陶瓷之间设置有内电极；相邻两层压电陶瓷的极化方向相反，相邻两个内电极分别连接所述驱动电路的正极和负极。

进一步的，所述叠层压电陶瓷柱的上表面设置有上电极，所述叠层压电陶瓷柱的下表面设置有下电极，所述上电极与连接所述驱动电路一极的内电极连接，所述下电极与连接所述驱动电路另一极的内电极连接。

进一步的，所述基板包括第二基部和从所述第二基部侧面伸出的多个悬臂梁，所述基板的下表面设置有公共电极，所述公共电极与所述上电极连接。

进一步的，所述叠层压电陶瓷的下表面设置有用于挤压所述柔性隔膜的振动支架，所述基板的刚度大于所述振动支架的刚度，所述振动支架包括第三基部和从所述第三基部侧面伸出的多个连接条。

进一步的，所述基板和叠层压电陶瓷通过将板状材料粘贴在叠层压电陶瓷板上，并进行划片加工制得，其中所述板状材料形成所述基板，所述叠层压电陶瓷板形成所述叠层压电陶瓷。

进一步的，所述墨水槽为两端封闭的槽体，其中：

所述柔性隔膜上位于所述墨水槽的一端开有窗口，作为所述进墨口；

所述墨水槽的另一端的端面或底面上开有小孔，作为喷嘴。

进一步的，所述基板粘接在所述叠层压电陶瓷上表面，所述振动支架粘接在所述叠层压电陶瓷下表面，所述振动支架粘接在所述柔性隔膜上表面，所述柔性隔膜粘接在所述墨水槽上表面。

进一步的，所述叠层压电陶瓷材质为锆钛酸铅，所述上电极、下电极、内电极和公共电极的材质为银钯合金或铜，所述基板的材质为硅材料，所述振动支架的材质为红铜、铝或塑料，所述柔性隔膜材质为有机薄膜。

另一方面，提供一种喷涂设备，包括上述任一的叠层式压电喷头。

本发明具有以下有益效果：

本发明的叠层式压电喷头结构简单，加工方便，能够加工成不同的精度。

本发明的叠层式压电喷头可靠性和稳定性好。

本发明的叠层式压电喷头输出力高，适用范围广。

综上所述，与现有技术相比，本发明的叠层式压电喷头结构简单，加工方便，能够加工成不同的精度；可靠性和稳定性好；输出力高，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的叠层式压电喷头的一个实施例的立体图；

图2为图1的部分剖视图；

图3为本发明中的叠层压电陶瓷的一个实施例的结构图；

图4为本发明中的基板的一个实施例的结构图；

图5为本发明中的振动支架的一个实施例的结构图；

图6为本发明中的叠层压电陶瓷和基板的加工方法的一个步骤示意图；

图7为本发明中的叠层压电陶瓷和基板的加工方法的另一个步骤示意图；

图8为本发明中的墨水槽和柔性隔膜的一个实施例的结构图；

图9为现有技术中爱普生打印机喷头的结构示意图；

图10为现有技术中爱普生打印机喷头的剖视图。

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，本发明实施例提供一种叠层式压电喷头，如图1至图8所示，包括至少一个墨水槽11和位于墨水槽11上方的叠层压电陶瓷2，其中：

墨水槽11上覆盖有柔性隔膜3，形成墨水腔，墨水腔上设置有进墨口12和喷嘴13；本领域技术人员可以根据需要灵活设置进墨口和喷嘴的位置，优选的，进墨口和喷嘴分别位于墨水腔的两端，并且还可以设置进墨装置6和进墨管61等；

叠层压电陶瓷2是一体结构，包括第一基部22和从第一基部22侧面伸出的至少一个叠层压电陶瓷柱21，叠层压电陶瓷柱21的数量与墨水槽11的数量一致且相配合设置，叠层压电陶瓷柱21连接有驱动电路；

叠层压电陶瓷2的上表面设置有基板4。

上述的墨水槽、墨水腔和进墨口中的“墨”字只是一种名称，并不是限定本发明实施例的叠层式压电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。

本实施例的叠层式压电喷头在工作时，墨水等液体从进墨口流入墨水腔，通过驱动电路对叠层压电陶瓷柱加电信号，叠层压电陶瓷柱会发生变形收缩，由于基板设置在叠层压电陶瓷的上表面，会使得叠层压电陶瓷柱不能向上弯曲，只能向下弯曲，挤压柔性隔膜，使柔性隔膜向墨水腔内凹陷，将墨水从喷嘴挤出，完成打印或点胶等。

本发明实施例的叠层式压电喷头结构简单，加工方便，能够加工成不同的精度。本实施例中使用叠层压电陶瓷作为驱动部件，叠层压电陶瓷由于是一体结构，所有的叠层压电陶瓷柱都通过第一基部连接在一起，因此只需要加工出叠层压电陶瓷，然后将其覆盖在柔性隔膜上即可，无需为每个墨水腔都加工一个压电薄膜，然后再将压电薄膜一个个地粘到墨水腔上方，这就使得本实施例结构简单，加工方便。并且可以根据不同的要求加工不同尺寸、间距的墨水槽，以及不同尺寸的叠层压电陶瓷柱，使得本发明实施例的叠层式压电喷头具有不同的精度。

本发明实施例的叠层式压电喷头可靠性和稳定性好。现有技术中由于需要将每个压电薄膜均粘到墨水腔上方，使得容易出现脱胶的问题，使得压电薄膜脱落，可靠性和稳定性不高。本发明实施例的叠层式压电喷头采用一体结构的叠层压电陶瓷作为驱动部件，因为叠层压电陶瓷柱的根部与第一基部为一体结构，相当于已经固定了，只需固定第一基部即可，叠层压电陶瓷柱不会脱落，可靠性和稳定性高。

本发明实施例的叠层式压电喷头输出力高，适用范围广。本实施例使用叠层压电陶瓷柱作为驱动部件，相比于现有技术的压电薄膜，叠层压电陶瓷柱加电时变形量大，输出力高，可以对墨水腔中的墨水产生较大的变形压力，有利于增加墨滴喷射初始速度，提高喷墨打印头的工作效率，并且本发明实施例使用柔性隔膜代替了刚度大的硅材料，保证了墨水腔的变形量大，对墨水的压力高，进一步提高了输出力；由于输出力高，本发明实施例的叠层式压电喷头不仅适用于家庭和办公打印，还适用于工业上陶瓷喷墨打印或者对于喷射力要求高的点胶打印，以及喷涂釉料或电极浆料等，适用范围广。

综上所述，与现有技术相比，本发明实施例的叠层式压电喷头结构简单，加工方便，能够加工成不同的精度；可靠性和稳定性好；输出力高，适用范围广。

本发明实施例中，叠层压电陶瓷柱可以根据实际需要灵活加工，这里给出一个实施例：叠层压电陶瓷柱21包括沿叠层压电陶瓷柱21长度方向分布的多层压电陶瓷211，相邻两层压电陶瓷211之间设置有内电极212；相邻两层压电陶瓷211的极化方向相反，相邻两个内电极212分别连接驱动电路的正极和负极。这里的正极通常驱动电路中输出电信号的一极，负极通常指接地极。

叠层压电陶瓷柱的相邻两个内电极分别连接驱动电路的正极和负极，且相邻两层压电陶瓷的极化方向相反，这就使得在对叠层压电陶瓷柱加电时，每层压电陶瓷的变形方向相同，使得叠层压电陶瓷柱的变形量更大，输出力更高。

进一步的，叠层压电陶瓷柱21的上表面设置有上电极213，叠层压电陶瓷柱21的下表面设置有下电极214，上电极213与连接驱动电路一极的内电极212连接，下电极214与连接驱动电路另一极的内电极211连接。

如图3所示，给出一个具体实例：上电极接电源负极，并与第1、3、5、7、…个(从叠层压电陶瓷柱根部算起)内电极连接，下电极接电源正极，并与第2、4、6、8、…个(从叠层压电陶瓷柱根部算起)内电极连接。这样无需为每个内电极均设置电极引出线分别与源两极连接，只需要为上电极与下电极设置电极引出线即可，简化了电路结构。

优选的，基板4为一体结构，包括第二基部41和从第二基部41侧面伸出的多个悬臂梁42，基板41的下表面设置有公共电极43，公共电极43与上电极213连接。

本发明实施例中，以上电极连接驱动电路的负极(接地)，就可以将各个叠层压电陶瓷柱的个上电极连接在一起，作为公共的一极，只需要设置一根电极引线即可将所有叠层压电陶瓷柱连接在一起，进一步简化电路结构。

并且基板与压电陶瓷为一体结构，结构简单，加工方便。

作为本发明实施例的叠层式压电喷头的一种改进，叠层压电陶瓷2的下表面设置有用于挤压柔性隔膜3的振动支架5，基板4的刚度大于振动支架5的刚度，振动支架5包括第三基部51和从第三基部51侧面伸出的多个连接条52。

前述的各个实施例中，都是使用叠层压电陶瓷柱直接挤压柔性隔膜，叠层压电陶瓷柱的宽度就要受到墨水槽宽度限制，叠层压电陶瓷柱必须要比墨槽窄，不然无法变形，这就导致叠层压电陶瓷柱的输出力受到限制。为了解决这一问题，可以在叠层压电陶瓷下表面设置振动支架，其中振动支架的宽度小于叠层压电陶瓷柱的宽度，这样，叠层压电陶瓷柱的宽度就可以大于墨水槽的宽度，保证有较高的输出力。另外，要求振动支架的刚度小于基板的刚度，这样在叠层压电陶瓷柱收缩变形时，会向振动支架一侧弯曲，挤压柔性隔膜。

上述的各个实施例中基板和叠层压电陶瓷可以通过各种方法加工而得到，这里给出一个实施例：基板4和叠层压电陶瓷2通过将板状材料4’粘贴在叠层压电陶瓷板2’上，如图6所示，并进行划片加工制得，如图7所示，其中板状材料4’形成基板4，叠层压电陶瓷板2’形成叠层压电陶瓷2。

这种加工方法简单方便，并且加工得到的多个叠层压电陶瓷柱的性能参数一致，多个悬臂梁的性能参数一致。

本发明实施例的叠层式压电喷头中，墨水槽可以有多种结构，这里给出一个实施例：墨水槽11为两端封闭的槽体，其中：

柔性隔膜3上位于墨水槽11的一端开有窗口，作为进墨口12；

墨水槽11的另一端的端面或底面上开有小孔，作为喷嘴13。

并且本发明实施例中的各个部件可以通过多种方式连接在一起，优选的，基板4粘接在叠层压电陶瓷2上表面，振动支架5粘接在叠层压电陶瓷2下表面，振动支架5粘接在柔性隔膜3上表面，柔性隔膜3粘接在墨水槽11上表面。

采用粘接的方式连接各个部件，简单方便。

本发明实施例中的各个部件可以采用本领域技术人员所熟知的各种材料，具体的：叠层压电陶瓷材质优选为锆钛酸铅，上电极、下电极、内电极和公共电极的材质优选为银钯合金或铜等，基板的材质优选为硅材料，振动支架的材质优选为红铜、铝或塑料等，柔性隔膜材质优选为有机薄膜。

另一方面，本发明实施例提供一种喷涂设备，包括上述任一的叠层式压电喷头。该喷涂设备包括打印机、点胶机、喷釉喷涂设备或电极浆料喷涂设备等。

本发明实施例的喷涂设备结构简单，加工方便，能够加工成不同的精度；可靠性和稳定性好；输出力高，适用范围广。

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)

1.一种叠层式压电喷头，其特征在于，包括至少一个墨水槽和位于所述墨水槽上方的叠层压电陶瓷，其中：

所述墨水槽上覆盖有柔性隔膜，形成墨水腔，所述墨水腔上设置有进墨口和喷嘴；

所述叠层压电陶瓷包括第一基部和从所述第一基部侧面伸出的至少一个叠层压电陶瓷柱，所述叠层压电陶瓷柱的数量与所述墨水槽的数量一致且相配合设置，所述叠层压电陶瓷柱连接有驱动电路；

所述叠层压电陶瓷的上表面设置有基板。

2.根据权利要求1所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述叠层压电陶瓷柱包括沿所述叠层压电陶瓷柱长度方向分布的多层压电陶瓷，相邻两层压电陶瓷之间设置有内电极；相邻两层压电陶瓷的极化方向相反，相邻两个内电极分别连接所述驱动电路的正极和负极。

3.根据权利要求2所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述叠层压电陶瓷柱的上表面设置有上电极，所述叠层压电陶瓷柱的下表面设置有下电极，所述上电极与连接所述驱动电路一极的内电极连接，所述下电极与连接所述驱动电路另一极的内电极连接。

4.根据权利要求3所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述基板包括第二基部和从所述第二基部侧面伸出的多个悬臂梁，所述基板的下表面设置有公共电极，所述公共电极与所述上电极连接。

5.根据权利要求4所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述叠层压电陶瓷的下表面设置有用于挤压所述柔性隔膜的振动支架，所述基板的刚度大于所述振动支架的刚度，所述振动支架包括第三基部和从所述第三基部侧面伸出的多个连接条。

6.根据权利要求1-5任一所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述基板和叠层压电陶瓷通过将板状材料粘贴在叠层压电陶瓷板上，并进行划片加工制得，其中所述板状材料形成所述基板，所述叠层压电陶瓷板形成所述叠层压电陶瓷。

7.根据权利要求6所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述墨水槽为两端封闭的槽体，其中：

所述柔性隔膜上位于所述墨水槽的一端开有窗口，作为所述进墨口；

所述墨水槽的另一端的端面或底面上开有小孔，作为喷嘴。

8.根据权利要求5所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述基板粘接在所述叠层压电陶瓷上表面，所述振动支架粘接在所述叠层压电陶瓷下表面，所述振动支架粘接在所述柔性隔膜上表面，所述柔性隔膜粘接在所述墨水槽上表面。

9.根据权利要求5所述的叠层式压电喷头，其特征在于，所述叠层压电陶瓷材质为锆钛酸铅，所述上电极、下电极、内电极和公共电极的材质为银钯合金或铜，所述基板的材质为硅材料，所述振动支架的材质为红铜、铝或塑料，所述柔性隔膜材质为有机薄膜。

10.一种喷涂设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一权利要求所述的叠层式压电喷头。