CN204870075U - 挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元及喷射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元及喷射装置，属于喷射单元领域，所述液滴喷射单元包括侧壁可收缩的喷管和设置在所述喷管的侧壁处的压电陶瓷致动器，所述喷管的下部设置有喷嘴，其中，所述压电陶瓷致动器为两个柱状压电陶瓷，分别设置在所述喷管的两侧，所述柱状压电陶瓷沿横向方向极化，所述柱状压电陶瓷的横向方向两端加电；或者，所述压电陶瓷致动器为中空的管状压电陶瓷，套设在所述喷管上，所述管状压电陶瓷沿竖向方向极化，所述管状压电陶瓷的竖向方向两端加电。本实用新型结构简单、工艺成本低。

Description

挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元及喷射装置

技术领域

本实用新型涉及喷射单元领域，特别是指一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元及喷射装置。

背景技术

目前，液滴喷射装置在喷墨打印、点胶等液滴喷射场合中应用十分广泛，液滴喷射装置无论在哪种应用中都是最核心、成本最高、技术含量最高的部件，国产的液滴喷射装置尚未实现产业化，工业用的液滴喷射装置完全依赖于进口。国外的液滴喷射装置结构复杂，价格昂贵，液滴喷射装置适用范围也有限，零部件易磨损，寿命短。

目前，现有技术中的液滴喷射装置，例如，中国专利文献CN103879147A公开了一种印制电子专用打印喷头，电极分别在陶瓷管的内外表面，圆管结构的成型工艺难度较大，一般通过模具制作，采用较大吨位压机制成圆管胚体，再烧结成型，批量制造成本较高，另外，喷墨打印使用的压电陶瓷管直径一般很小，几个毫米，受到操作空间的限制，往往造成内、外电极涂覆和陶瓷极化，制作工艺困难。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元及喷射装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元，包括侧壁可收缩的喷管和设置在所述喷管的侧壁处的压电陶瓷致动器，所述喷管的下部设置有喷嘴，其中：

所述压电陶瓷致动器为两个柱状压电陶瓷，分别设置在所述喷管的两侧，所述柱状压电陶瓷沿横向方向极化，所述柱状压电陶瓷的横向方向两端加电；

或者，所述压电陶瓷致动器为中空的管状压电陶瓷，套设在所述喷管上，所述管状压电陶瓷沿竖向方向极化，所述管状压电陶瓷的竖向方向两端加电。

进一步的，所述柱状压电陶瓷与所述喷管相对的一端设置有刚性垫圈。

进一步的，所述液滴喷射单元还包括刚性支撑框，所述柱状压电陶瓷与所述喷管相背的一端抵靠在所述刚性支撑框上。

进一步的，所述柱状压电陶瓷为单块或叠层结构。

一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，包括储液腔，所述储液腔的入口端和出口端分别连接有液体入口管和液体出口管，所述储液腔的上部设置有盖板，所述液滴喷射装置还包括权利要求1-4中任一所述的液滴喷射单元，所述喷管的上部与所述储液腔密封连接。

进一步的，所述液滴喷射单元的数量为至少两个。

进一步的，所述刚性支撑框固定连接在所述储液腔的下部。

进一步的，所述液滴喷射单元通过橡胶圈或密封胶的方式与所述储液腔连接，所述盖板与所述储液腔之间设置有橡胶膜。

进一步的，所述喷嘴的孔径为0.01mm～0.1mm，所述喷管的内径为0.1mm～2mm，所述喷管的侧壁厚度为0.1mm～0.5mm。

进一步的，所述压电陶瓷致动器的选材为锆钛酸铅，所述喷管的选材为玻璃或塑料。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元，可以采用两种结构对喷管进行致动，对于采用两个柱状压电陶瓷的液滴喷射单元，柱状压电陶瓷的极化方向与加电方向相同，是利用压电陶瓷的d₃₃压电系数对喷管实现致动的，d₃₃压电系数的数值是同种材料d₃₁压电系数的2倍，可以使柱状压电陶瓷在低压时也能产生很大的变形量，使本实用新型可以喷射粘度更高的液体；对于采用管状压电陶瓷的液滴喷射单元是利用管状压电陶瓷在d₃₃模式下伸长时，压电系数d₃₁、泊松比等参数引起的变形会使管状压电陶瓷内径收缩，从而对喷管的侧壁产生压力，完成液滴喷射的过程。上述两种压电陶瓷致动器的结构加电方式简单，克服了现有技术中电极分别设置在压电陶瓷的内外表面，成型工艺难度大的缺陷，本实用新型结构简单，工艺制造成本低。

附图说明

图1为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元的一种实施例结构示意图；

图2为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元的另一种实施例结构示意图；

图3为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置的结构示意图一；

图4为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置的结构示意图二；

图5为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置的xz面剖视图；

图6为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置的外方内圆型的管状压电陶瓷结构示意图和加电方式；

图7为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置的外方内圆型的管状压电陶瓷的xy截面变形示意图；

图8为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置的圆管型的管状压电陶瓷结构示意图和xy截面示意图；

图9为本实用新型的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元的一种喷射液滴的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、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，本实用新型提供一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元1，包括侧壁可收缩的喷管12和设置在所述喷管12的侧壁处的压电陶瓷致动器，喷管12的下部设置有喷嘴13，其中：

如图1所示，压电陶瓷致动器为两个柱状压电陶瓷11A、11B，分别设置在喷管12的两侧，柱状压电陶瓷11A、11B沿横向方向极化，柱状压电陶瓷11A、11B的横向方向两端加电；

或者，如图2所示，压电陶瓷致动器为中空的管状压电陶瓷11，套设在喷管12上，管状压电陶瓷11沿竖向方向极化，管状压电陶瓷11的竖向方向两端加电。

本实用新型中的压电陶瓷致动器可以采用两种结构对喷管12进行致动，对于采用两个柱状压电陶瓷11A、11B的液滴喷射单元，柱状压电陶瓷11A、11B的极化方向与加电方向相同，是利用压电陶瓷的d₃₃压电系数对喷管12实现致动的，d₃₃压电系数的数值是同种材料d₃₁压电系数的2倍，可以使柱状压电陶瓷11A、11B在低压时也能产生很大的变形量，使本实用新型可以喷射粘度更高的液体；对于采用管状压电陶瓷11的液滴喷射单元1是利用管状压电陶瓷11在d₃₃模式下伸长时，压电系数d₃₁、泊松比等参数引起的变形会使管状压电陶瓷11内径收缩，从而对喷管12的侧壁产生压力，完成液滴喷射的过程。上述两种压电陶瓷致动器的结构加电方式简单，克服了现有技术中电极分别设置在压电陶瓷的内外表面，成型工艺难度大的缺陷，本实用新型结构简单，工艺制造成本低。

如图1所示，为了保护喷管12的表面不受压电陶瓷擦伤，同时分散柱状压电陶瓷11A、11B对喷管12的压力，柱状压电陶瓷11A、11B与喷管12相对的一端可以设置有刚性垫圈14A、14B。

作为本实用新型的一种改进，如图1所示，液滴喷射单元1还可以包括刚性支撑框6，柱状压电陶瓷11A、11B与喷管12相背的一端抵靠在刚性支撑框6上。刚性支撑框6可以起到限制柱状压电陶瓷11A、11B变形的作用，使柱状压电陶瓷11A、11B伸长时，另一端可以通过刚性垫圈14A、14B将形变传递到喷管12，引起喷管12容腔的变化。

本实用新型中，还可以采用本领域技术人员公知的常用压电陶瓷结构，如单块结构或叠层结构，均能解决本实用新型要解决的技术问题。

另一方面，如图3-4所示，本实用新型还提供一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，包括储液腔2，储液腔2的入口端和出口端分别连接有液体入口管31和液体出口管32，储液腔2的上部设置有盖板4，液滴喷射装置还包括上述的液滴喷射单元1，喷管12的上部与储液腔2密封连接。

本实用新型中，如图3-5所示，液滴喷射装置的上部结构采用储液腔2、液体入口管31、液体出口管32、盖板4构成，液体可以从液体入口管31进入储液腔2，灌入液滴喷射单元1，再从液体出口管32流出，该结构可以使内部的液体循环流动，以便可以对内部液体循环利用，本实用新型的上部结构与上述的液滴喷射单元1结合可以实现了液滴的喷射过程。本实用新型结构简单，工艺制造成本低。

为了使本实用新型能够形成阵列式的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，如图3-5所示，液滴喷射单元1的数量可以扩展为至少两个甚至多个，每个液滴喷射单元1可以独立工作，相邻液滴喷射单元1不存在串扰。本实用新型形成的阵列式结构简单，工艺成本低于现有技术中的液滴喷射装置。

本实用新型中，刚性支撑框6固定连接在储液腔2的下部，可以实现对柱状压电陶瓷11A、11B的位置固定。

为了加强液滴喷射单元1和储液腔2的密封，防止液体流出，液滴喷射单元1和储液腔2通过橡胶圈或密封胶的方式连接。盖板4与储液腔2之间设置有橡胶膜加强密封作用，盖板4还可以采用四个螺钉5固定在储液腔2上。

优选的，喷嘴13的孔径为0.01mm～0.1mm，喷管12的内径为0.1mm～2mm，喷管12的侧壁厚度为0.1mm～0.5mm。柱状压电陶瓷11A、11B和管状压电陶瓷11尺寸均可以根据喷管12的尺寸制定。

本实用新型中，为了强加压电陶瓷致动器的压电性能和温度稳定性，压电陶瓷致动器的选材可以为锆钛酸铅。同时为了加强喷管12的快速恢复性和绝缘性，喷管12的选材可以为玻璃或塑料。

本实用新型中，管状压电陶瓷11的结构可以为外方内圆型，也可以为圆管型。如图6所示，为外方内圆型的管状压电陶瓷11的加电方式，若陶瓷极化方向沿z-，则上表面电极接“+”，下表面电极接“-”；若极化方向沿z+，则接电方式也相反。

当管状压电陶瓷11以图6所示的方式进行加电时，由于逆压电效应，管状压电陶瓷11会在一个正电压脉冲作用下沿z轴伸长(跟压电系数d₃₃有关)，压电系数d₃₁、泊松比等参数引起的变形会使陶瓷在xy截面发生如图7所示的变形，虚线是原始状态，实线包围的部分，是变形后的形态。可以看出，管状压电陶瓷11的内径是缩小的，进而挤压喷管12，在喷管内引起体积和压力变化。

图8为管状压电陶瓷11为圆管型结构的示意图，同时图8也包含了管状压电陶瓷11的xy截面变形示意图，与图7类似。

本实用新型中，如图9所示，为液滴喷射单元1喷射液滴的示意图。管状压电陶瓷11发生变形，挤压喷管12，引起喷管12内的压力变化，进而在喷嘴13处形成液滴，完成喷射过程。

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

Claims (10)

1.一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元，其特征在于，包括侧壁可收缩的喷管和设置在所述喷管的侧壁处的压电陶瓷致动器，所述喷管的下部设置有喷嘴，其中：

所述压电陶瓷致动器为两个柱状压电陶瓷，分别设置在所述喷管的两侧，所述柱状压电陶瓷沿横向方向极化，所述柱状压电陶瓷的横向方向两端加电；

或者，所述压电陶瓷致动器为中空的管状压电陶瓷，套设在所述喷管上，所述管状压电陶瓷沿竖向方向极化，所述管状压电陶瓷的竖向方向两端加电。

2.根据权利要求1所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元，其特征在于，所述柱状压电陶瓷与所述喷管相对的一端设置有刚性垫圈。

3.根据权利要求2所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元，其特征在于，所述液滴喷射单元还包括刚性支撑框，所述柱状压电陶瓷与所述喷管相背的一端抵靠在所述刚性支撑框上。

4.根据权利要求1所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射单元，其特征在于，所述柱状压电陶瓷为单块或叠层结构。

5.一种挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，其特征在于，包括储液腔，所述储液腔的入口端和出口端分别连接有液体入口管和液体出口管，所述储液腔的上部设置有盖板，所述液滴喷射装置还包括权利要求1-4中任一所述的液滴喷射单元，所述喷管的上部与所述储液腔密封连接。

6.根据权利要求5所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，其特征在于，所述液滴喷射单元的数量为至少两个。

7.根据权利要求6所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，其特征在于，所述刚性支撑框固定连接在所述储液腔的下部。

8.根据权利要求7所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，其特征在于，所述液滴喷射单元通过橡胶圈或密封胶的方式与所述储液腔连接，所述盖板与所述储液腔之间设置有橡胶膜。

9.根据权利要求8所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，其特征在于，所述喷嘴的孔径为0.01mm～0.1mm，所述喷管的内径为0.1mm～2mm，所述喷管的侧壁厚度为0.1mm～0.5mm。

10.根据权利要求5-9中任一所述的挤压式压电陶瓷致动的液滴喷射装置，其特征在于，所述压电陶瓷致动器的选材为锆钛酸铅，所述喷管的选材为玻璃或塑料。