CN107303753A - 压电喷射打印头和具有该打印头的打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电喷射打印头和具有该打印头的打印装置，属于压电喷射领域，包括阀体、位移放大机构、上压电陶瓷、下压电陶瓷和撞杆，其中：所述位移放大机构通过固定杆设置在所述阀体内部，所述上、下压电陶瓷分别设置在所述固定杆的上方和下方，所述上、下压电陶瓷的一侧均通过陶瓷突起连接在所述阀体内壁上，所述上、下压电陶瓷的另一侧均通过陶瓷突起连接在所述位移放大机构的后端两侧，所述位移放大机构的前端与所述撞杆连接。与现有技术相比，本发明具有喷射精确度高、能够避免陶瓷棱角发生挤压破坏、使用成本低的优点。

Description

压电喷射打印头和具有该打印头的打印装置

技术领域

本发明涉及压电喷射领域，特别是指一种压电喷射打印头和具有该打印头的打印装置。

背景技术

流体喷射打印技术是微电子封装、电声器件封装、LED封装领域中的一项关键技术，它可以构造形成点、线、面(涂敷)及各种图形，广泛应用于增材制造、电子制造、封装倒扣和芯片涂敷等领域。流体喷射打印技术以受控的方式对流体进行精确分配，可将理想大小的流体(焊剂、导电胶、环氧树脂和粘合剂等)转移到工件(芯片、电子元件等)的合适位置，以实现元器件之间机械或电气的连接，该技术要求喷射打印系统操作性能好、喷射打印速度高且点出的点滴一致性好和精度高。

流体喷射打印技术包括接触式喷射打印和非接触式喷射打印。传统的喷射打印技术为接触式喷射打印，这类喷射打印技术由于存在配置昂贵、无法实现快速打印、容易产生拉丝现象等缺点，逐渐被非接触式喷射打印技术取代。非接触式喷射打印技术又可分为气动式喷射打印和压电驱动式喷射打印。气动式喷射打印装置虽然成本较低，但是在点滴一致性、喷射打印速度和打印精度等方面还有待提高，而压电驱动式喷射打印装置在点滴一致性、打印速度和打印精度等方面能够满足现代电子封装业的要求，因此，压电驱动式喷射打印技术越来越得到广泛的重视。

目前，较为前沿的压电驱动式喷射打印装置应属美国诺信公司的PICO喷射阀。如图1所示，PICO喷射阀采用一块叠层压电陶瓷作为致动元件，压电陶瓷内部由两部分组成，分别为上压电陶瓷2和下压电陶瓷3，这两部分压电陶瓷型号尺寸一样，每部分叠层电极采取的是并联叉指状连接方式；装配时叠层压电陶瓷(2+3)夹持在位移放大机构4与阀体1之间，由紧固螺栓5紧固连接，这种喷射打印头有如下缺点：

1)由于压电陶瓷内部为整体一块，因此工作过程中，任意一部分的变形，都会受到相邻部分边界条件的限制，直接限制和影响了叠层压电陶瓷的整体变形量，导致打印头的喷射精度降低；

2)压电陶瓷的端面近似平面，在工作过程中，压电陶瓷端面棱角会受到剪切挤压力，易使陶瓷棱角挫伤崩坏；

3)由于压电陶瓷为整体一块，压电陶瓷内部有任意一层压电陶瓷损坏，则需要将压电陶瓷整体进行更换，使用成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种喷射精确度高、能够避免陶瓷棱角发生挤压破坏、使用成本低的压电喷射打印头和具有该打印头的打印装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种压电喷射打印头，包括阀体、位移放大机构、上压电陶瓷、下压电陶瓷和撞杆，其中：

所述位移放大机构通过固定杆设置在所述阀体内部，所述上、下压电陶瓷分别设置在所述固定杆的上方和下方，所述上、下压电陶瓷的一侧均通过陶瓷突起连接在所述阀体内壁上，所述上、下压电陶瓷的另一侧均通过陶瓷突起连接在所述位移放大机构的后端两侧，所述位移放大机构的前端与所述撞杆连接。

进一步的，所述上、下压电陶瓷分别连接有独立的控制电源。

进一步的，所述上、下压电陶瓷为叠层结构。

进一步的，所述上压电陶瓷的长度短于所述下压电陶瓷，且所述上压电陶瓷的横截面积大于所述下压电陶瓷。

进一步的，所述陶瓷突起分别嵌入所述阀体和位移放大机构的凹面中。

进一步的，所述位移放大机构为后端为底的锥形柱结构。

进一步的，所述阀体包括喷嘴，所述喷嘴设置在所述阀体的外部且位于所述撞杆的下方。

进一步的，所述喷嘴的胶液出口处的内侧设置有蓄池，所述蓄池采用锥形、半球形、弧形或碗形凹槽结构，所述撞杆的底端与所述蓄池的凹槽结构密封配合。

进一步的，所述固定杆为固定螺栓，所述撞杆通过上下两个螺母预紧固定在所述位移放大机构的前端。

一种打印装置，其特征在于，包括上述的压电喷射打印头。

本发明具有以下有益效果：

本发明的压电喷射打印头，以阀体为基体，致动部分包含了上压电陶瓷、下压电陶瓷、陶瓷突起、位移放大机构及固定杆，致动部分驱动撞杆往复运动，进行喷射打印动作。本发明中，固定杆的上下两侧分别设置有上、下压电陶瓷，由于上、下压电陶瓷的两端均设置有陶瓷突起，使之与相邻元件成点接触，保证致动变形不受关联部件牵制，使喷射打印动作更加精确，并且可有效地避免陶瓷棱角发生挤压破坏，另外，因为上、下压电陶瓷相互独立，更换互不影响，当其中一个发生损坏，只将损坏的压电陶瓷更换即可，无需全部更换，降低了使用成本。因此，与现有技术相比，本发明具有喷射精确度高、能够避免陶瓷棱角发生挤压破坏、使用成本低的优点。

附图说明

图1为现有技术中的PICO喷射阀的结构示意图；

图2为本发明的压电喷射打印头的结构示意图；

图3为本发明的压电喷射打印头的上压电陶瓷驱动撞杆下压的结构示意图；

图4为本发明的压电喷射打印头的下压电陶瓷驱动撞杆抬起的结构示意图。

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喷射打印头，如图2所示，包括阀体11、位移放大机构12、上压电陶瓷13、下压电陶瓷14和撞杆15，其中：

位移放大机构12通过固定杆16设置在阀体11内部，上、下压电陶瓷14分别设置在固定杆16的上方和下方，上、下压电陶瓷14的一侧均通过陶瓷突起17连接在阀体11内壁上，上、下压电陶瓷14的另一侧均通过陶瓷突起17连接在位移放大机构12的后端两侧，位移放大机构12的前端与撞杆15连接。

本发明以阀体11为基体，致动部分包含了上压电陶瓷13、下压电陶瓷14、陶瓷突起17、位移放大机构12及固定杆16，致动部分驱动撞杆15往复运动，进行喷射打印动作。本发明中，固定杆16的上下两侧分别设置有上、下压电陶瓷14，由于上、下压电陶瓷14的两端均设置有陶瓷突起17，使之与相邻元件成点接触，保证致动变形不受关联部件牵制，使喷射打印动作更加精确，并且可有效地避免陶瓷棱角发生挤压破坏，另外，因为上、下压电陶瓷14相互独立，更换互不影响，当其中一个发生损坏，只将损坏的压电陶瓷更换即可，无需全部更换，降低了使用成本。因此，与现有技术相比，本发明具有喷射精确度高、能够避免陶瓷棱角发生挤压破坏、使用成本低的优点。

作为本发明的一种改进，上、下压电陶瓷14分别连接有独立的控制电源。现有技术中，上、下两部分压电陶瓷不能分开控制，如此，不同粘度的流体，需要不同系列的喷射打印头为之服务。而本发明中，上压电陶瓷13和下压电陶瓷14分体安装、单独控制，可以通过分别调节控制电压幅度，来控制喷射阀喷射力、单次喷射打印量等参数，方便的控制喷射打印宽度、厚度等质量参数，与现有技术相比，本发明可满足不同粘度的流体的喷射需求，使压电喷射打印头顺利出胶成滴。

作为本发明的进一步改进，上、下压电陶瓷14为叠层结构。叠层型压电陶瓷具有输出力大、频率响应速度快、输出位移大、换能效率高和可采用相对简单的电压控制方式等特点。

本发明中，上压电陶瓷13的长度短于下压电陶瓷14，且上压电陶瓷13的横截面积大于下压电陶瓷14。

本发明中，如图3所以，上压电陶瓷13的主要功能是驱动撞杆15压下，主导撞杆15的压下撞击力度及压下量，在此为喷射打印头关闭量。在喷射过程中，撞杆15关闭撞击力度越大，则液滴脱离喷射打印头喷嘴越容易，滴落速度越快，同等线速下，喷射成线越宽越薄。对于粘度较小的流体，需要控制液滴滴落速度，防止液滴散射；对于粘度较大的流体，要考虑流体顺利脱离成滴。控制方面，通过调节电压幅值来控制上压电陶瓷13的形变量和输出力，进而控制喷射打印头的关闭量。鉴于上压电陶瓷13的功能，为保证其输出力，可选用截面积较大的叠层压电陶瓷；

如图4所示，下压电陶瓷14的主要功能是驱动撞杆15抬起，主导撞杆15的抬起量，在此称之为喷射行程，撞杆15抬起越高，喷射行程越大，则每次打印喷出的液滴就会越大，在喷射打印头关闭量不变的情况下，喷射打印宽度会越宽，喷射打印厚度越厚。控制方面，通过外部调节电压幅值来控制下压电陶瓷14的形变位移量，进而控制压电喷射打印头的喷射行程，实现单次喷射点滴大小控制。对于下压电陶瓷14侧重点为其位移量，优选的，可选用截面积较小但长度较大的叠层压电陶瓷。

压电喷射打印头工作时，上压电陶瓷13和下压电陶瓷14的动作执行被分别控制，两根压电陶瓷功能不同，尺寸可根据工艺要求选取不同规格。

作为本发明的一种改进，陶瓷突起17分别嵌入阀体11和位移放大机构12的凹面中。

优选的，固定杆为螺栓。

本发明的压电喷射打印头组装时，可以按照如下方法进行：

如图2所示，先将陶瓷突起17用双组份环氧树脂AB胶粘接在上层压电陶瓷和下层电陶瓷的两端，粘接时严格控制陶瓷突起17的位置和粘接后的陶瓷总长度。粘接好后，将上压电陶瓷叠层13和下压电陶瓷14分别置于阀体11和位移放大机构12之间，其中，上压电陶瓷13和下压电陶瓷14的两端的陶瓷突起17分别嵌入阀体11及位移放大机构12上的凹面中。然后，从位移放大机构12内侧穿入螺栓，利用工装卡具，调整装配精度，紧固螺栓两侧，并用力矩扳手检测螺栓预紧力，预紧力合格后螺栓紧固完成，按照要求再次检测组装精度，合格后，在螺栓头部涂抹螺纹胶，进行螺栓永久防松处理，喷射打印头的致动元件安装完成。

优选的，位移放大机构12为后端为底的锥形柱结构。

本发明中，阀体11包括喷嘴，喷嘴设置在阀体11的外部且位于撞杆15的下方。喷嘴的胶液出口处的内侧设置有蓄池，优选的，蓄池采用锥形、半球形、弧形或碗形凹槽结构，撞杆15的底端与蓄池的凹槽结构密封配合。

为了进一步加强压电喷射打印头的结构稳定性，固定杆16为固定螺栓，撞杆15通过上下两个螺母预紧固定在位移放大机构12的前端。

另一方面，本发明还提供一种打印装置，包括上述的压电喷射打印头。

本发明，与现有技术相比，具有喷射精确度高、能够避免陶瓷棱角发生挤压破坏、使用成本低的优点。

综上，本发明的优点在于：

1.本发明的上、下压电陶瓷两端分别粘接陶瓷突起，使之与相邻元件成点接触，保证致动变形不受关联部件牵制，使喷射打印动作更加精确，并且可有效地避免陶瓷棱角发生挤压破坏。

2.本发明的上、下压电陶瓷相互独立，更换互不影响，当其中一个发生损坏，只将损坏的压电陶瓷更换即可，无需全部更换，降低了使用成本。

3.本发明中，利用两根完全独立的压电陶瓷作为原动件，两根压电陶瓷功能各异：一根陶瓷负责打印头阀嘴关闭，另一根陶瓷负责喷射打印行程。两根压电陶瓷的驱动电压幅值各自调节，互不影响，从而使喷射打印装置性能参数可调，应用范围大幅拓宽，可满足不同粘度的流体的喷射需求。

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)

1.一种压电喷射打印头，其特征在于，包括阀体、位移放大机构、上压电陶瓷、下压电陶瓷和撞杆，其中：

所述位移放大机构通过固定杆设置在所述阀体内部，所述上、下压电陶瓷分别设置在所述固定杆的上方和下方，所述上、下压电陶瓷的一侧均通过陶瓷突起连接在所述阀体内壁上，所述上、下压电陶瓷的另一侧均通过陶瓷突起连接在所述位移放大机构的后端两侧，所述位移放大机构的前端与所述撞杆连接。

2.根据权利要求1所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述上、下压电陶瓷分别连接有独立的控制电源。

3.根据权利要求2所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述上、下压电陶瓷为叠层结构。

4.根据权利要求1-3中任一所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述上压电陶瓷的长度短于所述下压电陶瓷，且所述上压电陶瓷的横截面积大于所述下压电陶瓷。

5.根据权利要求4所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述陶瓷突起分别嵌入所述阀体和位移放大机构的凹面中。

6.根据权利要求5所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述位移放大机构为后端为底的锥形柱结构。

7.根据权利要求6所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述阀体包括喷嘴，所述喷嘴设置在所述阀体的外部且位于所述撞杆的下方。

8.根据权利要求7所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述喷嘴的胶液出口处的内侧设置有蓄池，所述蓄池采用锥形、半球形、弧形或碗形凹槽结构，所述撞杆的底端与所述蓄池的凹槽结构密封配合。

9.根据权利要求8所述的压电喷射打印头，其特征在于，所述固定杆为固定螺栓，所述撞杆通过上下两个螺母预紧固定在所述位移放大机构的前端。

10.一种打印装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任一所述的压电喷射打印头。