CN218536070U - 一种压电喷墨头及其压电微液滴喷射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种压电喷墨头及其压电微液滴喷射装置，包括依次键合连接的墨腔层、循环路进口层和循环墨路层，循环路进口层分别与其两侧的墨腔层和循环墨路层面面密实贴合，墨腔层靠近循环路进口层的表面上开设有墨腔，墨腔包括沿出料方向依次连通的压力室和喷嘴，墨腔层远离循环路进口层的表面上安装有用于挤压压力室变形的压电陶瓷，循环路进口层上开设有与压力室相连通的进口通道，循环墨路层靠近循环路进口层的表面上开设有循环墨路，循环墨路与进口通道相连通，通过在墨腔层、循环路进口层和循环墨路层上直接开设出喷墨所需的墨腔等微型结构后，直接键合连接，省去单独设置各零件结构，降低了成本以及工艺复杂程度。

Description

一种压电喷墨头及其压电微液滴喷射装置

技术领域

本实用新型涉及压电喷墨技术领域，特别是涉及一种压电喷墨头及其压电微液滴喷射装置。

背景技术

压电喷墨头的用途非常多，主要用于广告喷绘，建材瓷砖，纺织印染，生物医药，3D打印等各种工业领域。由于压电喷墨头的发热量小，可以适用于多种类型的墨水，越来越被更多的工业领域所应用。现有技术中的压电喷墨头多为组装式的结构，例如公开号为CN112848688B的专利文件压电喷墨头内循环结构及喷墨打印机，压电喷墨头内循环结构包括供墨接口盒，其具有墨水流入通道和墨水流出通道，并且供墨接口盒的一端面还与喷嘴膜配合形成第二墨腔；盖板，其设置在供墨接口盒与压电陶瓷板之间，并具有与墨水流入通道连通的进墨槽，且盖板与喷嘴膜配合的一端面上还形成有多个第一导流槽；压电陶瓷板，其具有多个第二导流槽，且压电陶瓷板一端面与喷嘴膜配合；喷嘴膜，其具有多个喷孔，喷孔经相应的第二导流槽与进墨槽连通，即，其仍需要单独设置喷嘴膜零件，不可避免的容易造成制作工艺复杂化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种压电喷墨头及其压电微液滴喷射装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过在墨腔层、循环路进口层和循环墨路层上直接开设出喷墨所需的墨腔、喷嘴、进口通道和循环墨路后，直接键合连接，省去单独设置各零件结构，降低了成本以及工艺复杂程度。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种压电喷墨头，包括依次键合连接的墨腔层、循环路进口层和循环墨路层，所述循环路进口层分别与其两侧的所述墨腔层和所述循环墨路层面面密实贴合，所述墨腔层靠近所述循环路进口层的表面上开设有墨腔，所述墨腔包括沿出料方向依次连通的压力室和喷嘴，所述墨腔层远离所述循环路进口层的表面上安装有用于挤压所述压力室变形的压电陶瓷，所述循环路进口层上开设有与压力室相连通的进口通道，所述循环墨路层靠近所述循环路进口层的表面上开设有循环墨路，所述循环墨路与所述进口通道相连通。

优选的，所述墨腔、所述进口通道和所述循环墨路的内表面上均覆盖有钝化层。

优选的，所述进口通道的入口连通在所述压力室靠近所述喷嘴的位置处。

优选的，所述墨腔还包括位于所述压力室进料端的供料室，所述供料室与所述压力室之间连通有防止墨料回流的歧管。

优选的，所述歧管的流通截面沿出料方向逐渐变小，且所述歧管与所述压力室相连通的端部呈弯头状结构，且其弯曲方向与进料方向之间具有90°至110°的夹角。

优选的，所述循环墨路包括与所述进口通道相连通的接料段、连通在所述接料段出料端的缓流段，所述缓流段的流通截面大于所述接料段的流通截面。

优选的，键合连接后的所述墨腔层、所述循环路进口层和所述循环墨路层形成一结合体，所述结合体具有所述喷嘴的端面覆盖有疏液层。

进一步的，还提供一种压电微液滴喷射装置，包括依次键合连接的墨腔层、循环路进口层和循环墨路层，所述循环路进口层分别与其两侧的所述墨腔层和所述循环墨路层面面密实贴合，所述墨腔层靠近所述循环路进口层的表面上开设有若干墨腔，所述墨腔包括沿出料方向依次连通供料室、压力室和喷嘴，各所述供料室沿所述墨腔层的长度方向相排列并依次连通，各所述压力室和各所述喷嘴沿所述墨腔层的长度方向等间隔设置，所述墨腔层远离所述循环路进口层的表面上安装有若干与所述压力室一一对应的压电陶瓷，所述循环墨路层靠近所述循环路进口层的表面上等间隔开设有若干循环墨路，所述循环墨路包括与各所述压力室一一对应的接料段、连通在各所述接料段出料端的缓流段，各所述缓流段沿所述循环墨路层长度方向相排列且依次连通，所述循环路进口层上等间隔开设有若干对应连通所述压力室和所述接料段的进口通道。

优选的，所述墨腔层远离所述循环路进口层的表面上安装有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与所述墨腔层同向延伸，且所述压电陶瓷片具有若干与各所述压力室一一对应的压电部，相邻两所述压电部之间具有将两者隔开的条形槽。

还提供一种压电微液滴喷射装置的加工方法，包括如下步骤：

墨腔层的加工：把经过研磨抛光后的硅片，图光刻胶，用掩模版曝光显影后，用干法蚀刻出若干沿其长度方向等间隔设置的墨腔；

循环路进口层的加工：把玻璃片经过湿法腐蚀后，形成与墨腔一一对应的进口通道；

循环墨路层的加工：把经过研磨抛光后的硅片，图光刻胶，用掩模版曝光显影后，用干法蚀刻出与进口通道一一对应的循环墨路；

键合：将进口通道的出口对齐循环墨路的接料段，将进口通道的入口对齐墨腔的压力室，经过阳极键合工艺，把循环路进口层分别与墨腔层和循环墨路层密封键合在一起；

形成疏液层：键合连接后的墨腔层、循环路进口层和循环墨路层形成一结合体，将结合体固定在提拉机上，并将结合体具有喷嘴的端面浸入氟硅烷液体中，浸泡完成后放进烤箱内烘干，形成疏液层；

研磨压电陶瓷：准备压电陶瓷片，研磨后，用化学镀方式把金属电极包裹整个压电陶瓷片，压电陶瓷片包括沿其周向依次连接的顶面、第一侧面、底面和第二侧面，采用机床加工方式磨平顶面、第一侧面、底面，保留第二侧面不磨，使得顶面和底面上的金属电极通过第二侧面相连接；

开槽：用机床沿压电陶瓷片顶面的长度方向等间隔开设条形槽，条形槽沿压电陶瓷片的宽度方向将其贯穿，压电陶瓷片通过各条形槽分隔呈若干压电部，且顶面的金属电极被分隔呈与各压电部一一对应的独立电极；

固定：将压电陶瓷片的底面粘接在墨腔层远离循环路进口层的表面上，且各压电部与各压力室一一对应。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

第一，包括依次键合连接的墨腔层、循环路进口层和循环墨路层，循环路进口层分别与其两侧的墨腔层和循环墨路层面面密实贴合，墨腔层靠近循环路进口层的表面上开设有墨腔，墨腔包括沿出料方向依次连通的压力室和喷嘴，墨腔层远离循环路进口层的表面上安装有用于挤压压力室变形的压电陶瓷，循环路进口层上开设有与压力室相连通的进口通道，循环墨路层靠近循环路进口层的表面上开设有循环墨路，循环墨路与进口通道相连通，一方面，通过在墨腔层、循环路进口层和循环墨路层上直接开设出喷墨所需的墨腔、喷嘴、进口通道和循环墨路后，直接键合连接，省去单独设置各零件结构，降低了成本以及工艺复杂程度，另一方面通过开设进口通道、循环墨路，使得压力室和喷嘴处的墨料能够在未进行喷墨工作时，能够通过进口通道进入循环墨路，进而回流至墨料供给机构中，减少了喷头堵塞的情况，提高了打印质量。

第二，墨腔、进口通道和循环墨路的内表面上均覆盖有钝化层，通过设置钝化层，可以喷射酸碱较强的液体，增加所喷射的液滴种类，开拓了压电喷墨头的应用领域，解决了现有技术中遇到酸碱性较强的墨水(PH值在4～10之间)时，普遍存在着使用寿命短的问题。

第三，进口通道的入口连通在压力室靠近喷嘴的位置处，使得喷嘴内的墨料能够在未进行喷墨工作时，快速回流至进口通道内，避免墨料未能及时回流出喷嘴，进而停留在喷嘴内沉淀，导致喷嘴堵塞，影响下一次的喷墨质量。

第四，墨腔还包括位于压力室进料端的供料室，供料室与压力室之间连通有防止墨料回流的歧管，通过供料室连通墨料供给机构，供料室内的墨料能够在压力室内的墨料挤出时，快速对压力室进行补充，而且通过歧管保证墨料的单向流动，避免压力室挤压墨料时，能够充分的从喷嘴喷出，导致喷墨质量降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型压电微液滴喷射装置的整体结构示意图；

图2为图1中I处的放大图；

图3为图1的侧视剖面图；

图4为本实用新型墨腔层剖面结构示意图；

图5为本实用新型循环墨路层剖面结构示意图；

图6为本实用新型循环路进口层剖面结构示意图；

图7为本实用新型压电喷墨头整体结构示意图；

其中，1-墨腔层、2-供料室、3-歧管、4-压力室、5-喷嘴、6-进口通道、7-缓流段、8-接料段、9-压电陶瓷片、10-循环路进口层、11-循环墨路层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种压电喷墨头及其压电微液滴喷射装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过在墨腔层、循环路进口层和循环墨路层上直接开设出喷墨所需的墨腔、喷嘴、进口通道和循环墨路后，直接键合连接，省去单独设置各零件结构，降低了成本以及工艺复杂程度。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

请参考图1至图7，本实施例提供一种压电喷墨头，包括依次键合连接的墨腔层1、循环路进口层10和循环墨路层11，循环路进口层10分别与其两侧的墨腔层1和循环墨路层11面面密实贴合，墨腔层1靠近循环路进口层10的表面上开设有墨腔，墨腔包括沿出料方向依次连通的压力室4和喷嘴5，喷嘴5的宽度及深度小于压力室4尺寸，墨腔层1远离循环路进口层10的表面上安装有用于挤压压力室4变形的压电陶瓷，压电陶瓷的变形方向与出料方向相垂直，压电陶瓷通电变形，进而挤压压力室4变形，使得墨料通过喷嘴5喷射出，随后压力陶瓷回复，压力室4相应回复至初始状态，使得新墨料进入压力室4内，准备下一次被挤出喷嘴5，循环路进口层10上开设有与压力室4相连通的进口通道6，循环墨路层11靠近循环路进口层10的表面上开设有循环墨路，循环墨路与进口通道6相连通，一方面，通过在墨腔层1、循环路进口层10和循环墨路层11上直接开设出喷墨所需的墨腔、喷嘴5、进口通道6和循环墨路后，直接键合连接，省去单独设置各零件结构，降低了成本以及工艺复杂程度，例如压力室4与喷嘴5是一体的且为同一材质，省去了单独的喷嘴5膜零件，另一方面通过开设进口通道6、循环墨路，使得压力室4和喷嘴5处的墨料能够在未进行喷墨工作时，能够通过进口通道6进入循环墨路，进而回流至墨料供给机构中，减少了喷头堵塞的情况，提高了打印质量。作为优选的，墨腔层1和循环墨路层11采用硅片作为本体，循环循环路进口层10采用玻璃片作为本体，循环循环路进口层10分别与墨腔层1和循环墨路层11硅玻璃键合。进一步优选的，采用MEMS加工工艺，做出墨腔层1、循环路进口层10和循环墨路层11内部的各种微结构。进一步的当墨腔层1、循环循环路进口层10和循环墨路层11采用硅片或玻璃片作为本体时，利用湿法和干法刻蚀工艺对硅片或者玻璃片进行加工，刻蚀出各微结构。优选的，压力室4可以由硅片蚀刻一体成型，也可以采用覆盖高分子薄膜，金属箔等组合而成。

其中，墨腔、进口通道6和循环墨路的内表面上均覆盖有钝化层，通过设置钝化层，可以喷射酸碱较强的液体，增加所喷射的液滴种类，开拓了压电喷墨头的应用领域，解决了现有技术中遇到酸碱性较强的墨水(PH值在4～10之间)时，普遍存在着使用寿命短的问题。

而且，进口通道6的入口连通在压力室4靠近喷嘴5的位置处，使得喷嘴5内的墨料能够在未进行喷墨工作时，快速回流至进口通道6内，避免墨料未能及时回流出喷嘴5，进而停留在喷嘴5内沉淀，导致喷嘴5堵塞，影响下一次的喷墨质量。

作为本实用新型优选的实施方式，墨腔还包括位于压力室4进料端的供料室2，供料室2与压力室4之间连通有防止墨料回流的歧管3，通过供料室2连通墨料供给机构，供料室2内的墨料能够在压力室4内的墨料挤出时，快速对压力室4进行补充，而且通过歧管3保证墨料的单向流动，避免压力室4挤压墨料时，能够充分的从喷嘴5喷出，导致喷墨质量降低。

进一步的，歧管3的流通截面沿出料方向逐渐变小，使得歧管3对墨料由供料室2至压力室4内的方向形成引导，而对反向流动的墨料则增加了对其的粘附阻力，且歧管3与压力室4相连通的端部呈弯头状结构，且其弯曲方向与进料方向之间具有90°至110°的夹角，进一步对反向流动的墨料进行限制，使得歧管3既有输送墨料的功能，又有防止墨料逆流的作用。

而且，循环墨路包括与进口通道6相连通的接料段8、连通在接料段8出料端的缓流段7，缓流段7的流通截面大于接料段8的流通截面，使得未喷墨工作时，流动至循环墨路的墨料能够经过接料段8流至缓流段7中，通过接料段8完成接料工作，通过缓流段7完成对墨料的缓流和临时储存。

作为优选的，键合连接后的墨腔层1、循环路进口层10和循环墨路层11形成一结合体，结合体具有喷嘴5的端面覆盖有疏液层，使得在完成喷墨工作后，墨料能够快速脱离喷嘴5处，避免在喷嘴5处形成堆积，影响后续的喷墨工作。

进一步的，还提高一种压电微液滴喷射装置，包括依次键合连接的墨腔层1、循环路进口层10和循环墨路层11，循环路进口层10分别与其两侧的墨腔层1和循环墨路层11面面密实贴合，墨腔层1靠近循环路进口层10的表面上开设有若干墨腔，墨腔包括沿出料方向依次连通供料室2、压力室4和喷嘴5，各供料室2沿墨腔层1的长度方向相排列并依次连通，各压力室4和各喷嘴5沿墨腔层1的长度方向等间隔设置，墨腔层1远离循环路进口层10的表面上安装有若干与压力室4一一对应的压电陶瓷，循环墨路层11靠近循环路进口层10的表面上等间隔开设有若干循环墨路，循环墨路包括与各压力室4一一对应的接料段8、连通在各接料段8出料端的缓流段7，各缓流段7沿循环墨路层11长度方向相排列且依次连通，循环路进口层10上等间隔开设有若干对应连通压力室4和接料段8的进口通道6，一方面，设计的多个墨腔呈平行阵列排布，且使得压力室4与各压电陶瓷的轴向平行，所以多个压电微液滴喷射装置可以在其长度方向进行无限制拼接，长度不受限制，当安装到打印机上时，体现为打印宽度不受限，增加了整个装置的适用性，另一方面通过将各供料室2相连通，并形成一体式结构，墨料供给机构先将墨料送入供料室2内，供料室2作为匀料器，使得墨料能够均匀的进入各压力室4中，保证了喷墨的均匀度，而且通过将各供料室2连通在一起，简化了墨料供给机构与供料室2连接的结构，进一步的通过将各缓流段7相连通，使其能够均匀出料，并简化了墨料供给机构与缓流段7的连接结构。

而且，墨腔层1远离循环路进口层10的表面上安装有压电陶瓷片9，压电陶瓷片9与墨腔层1同向延伸，且压电陶瓷片9具有若干与各压力室4一一对应的压电部，相邻两压电部之间具有将两者隔开的条形槽，无需再单独设置各个压电陶瓷，进而整个压电部分结构简单，使用方便，降低了制作难度。

还提供一种压电微液滴喷射装置的加工方法，包括如下步骤：

墨腔层1的加工：把经过研磨抛光后的硅片，优选的硅片厚0.5毫米至0.7毫米，图光刻胶，用掩模版曝光显影后，用干法蚀刻出若干沿其长度方向等间隔设置的墨腔；优选的，其中墨腔进口尺寸为6毫米长，0.12毫米宽；墨道歧管3开口端是0.2毫米宽，接入墨强端的宽度是0.1毫米，弯头处呈90°至110°；喷口尺寸为0.01毫米至0.02毫米宽，深度为0.01毫米至0.02毫米深；整体表面平整度小于0.5微米；

循环路进口层10的加工：把玻璃片经过湿法腐蚀后，玻璃片优选为0.5毫米厚的玻璃晶圆，形成与墨腔一一对应的进口通道6；优选的进口通道6的直径为2毫米，循环路进口层10整体表面平整度小于0，5微米；

循环墨路层11的加工：把经过研磨抛光后的硅片，优选硅片厚度为0.7毫米，图光刻胶，用掩模版曝光显影后，用干法蚀刻出与进口通道6一一对应的循环墨路；循环墨路层11整体表面平整度小于0，5微米；

键合：将进口通道6的出口对齐循环墨路的接料段8，将进口通道6的入口对齐墨腔的压力室4，经过阳极键合工艺，把循环路进口层10分别与墨腔层1和循环墨路层11密封键合在一起；优选的接料段8尺寸为0.12毫米宽，4毫米长，深度为0.01毫米深；优选的在键合的过程中，保持真空状态环境，温度400°，电压20KV；

形成疏液层：键合连接后的墨腔层1、循环路进口层10和循环墨路层11形成一结合体，将结合体固定在提拉机上，并将结合体具有喷嘴5的端面浸入氟硅烷液体中，浸泡完成后放进烤箱内烘干，形成疏液层；

研磨压电陶瓷：准备压电陶瓷片9，优选为0.5毫米厚的PZT5系列压电陶瓷，研磨后，用化学镀方式把金属电极包裹整个压电陶瓷片9，压电陶瓷片9包括沿其周向依次连接的顶面、第一侧面、底面和第二侧面，采用机床加工方式磨平顶面、第一侧面、底面，保留第二侧面不磨，使得顶面和底面上的金属电极通过第二侧面相连接；

开槽：用机床沿压电陶瓷片9顶面的长度方向等间隔开设条形槽，其为70微米宽度，条形槽沿压电陶瓷片9的宽度方向将其贯穿，压电陶瓷片9通过各条形槽分隔呈若干压电部，且顶面的金属电极被分隔呈与各压电部一一对应的独立电极；优选的为匹配各压力室4，把压电陶瓷片9按照0.12毫米间隔，开70微米的槽。压电陶瓷片9的两端各留1毫米连接整个压电陶瓷片9本体；

固定：将压电陶瓷片9的底面粘接在墨腔层1远离循环路进口层10的表面上，且各压电部与各压力室4一一对应。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本实用新型的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种压电喷墨头，其特征在于，包括依次键合连接的墨腔层、循环路进口层和循环墨路层，所述循环路进口层分别与其两侧的所述墨腔层和所述循环墨路层面面密实贴合，所述墨腔层靠近所述循环路进口层的表面上开设有墨腔，所述墨腔包括沿出料方向依次连通的压力室和喷嘴，所述墨腔层远离所述循环路进口层的表面上安装有用于挤压所述压力室变形的压电陶瓷，所述循环路进口层上开设有与压力室相连通的进口通道，所述循环墨路层靠近所述循环路进口层的表面上开设有循环墨路，所述循环墨路与所述进口通道相连通。

2.根据权利要求1所述的压电喷墨头，其特征在于，所述墨腔、所述进口通道和所述循环墨路的内表面上均覆盖有钝化层。

3.根据权利要求1或2所述的压电喷墨头，其特征在于，所述进口通道的入口连通在所述压力室靠近所述喷嘴的位置处。

4.根据权利要求3所述的压电喷墨头，其特征在于，所述墨腔还包括位于所述压力室进料端的供料室，所述供料室与所述压力室之间连通有防止墨料回流的歧管。

5.根据权利要求4所述的压电喷墨头，其特征在于，所述歧管的流通截面沿出料方向逐渐变小，且所述歧管与所述压力室相连通的端部呈弯头状结构，且其弯曲方向与进料方向之间具有30°至110°的夹角。

6.根据权利要求5所述的压电喷墨头，其特征在于，所述循环墨路包括与所述进口通道相连通的接料段、连通在所述接料段出料端的缓流段，所述缓流段的流通截面大于所述接料段的流通截面。

7.根据权利要求6所述的压电喷墨头，其特征在于，键合连接后的所述墨腔层、所述循环路进口层和所述循环墨路层形成一结合体，所述结合体具有所述喷嘴的端面覆盖有疏液层。

8.一种应用如权利要求6或7所述的压电喷墨头的压电微液滴喷射装置，其特征在于，包括依次键合连接的墨腔层、循环路进口层和循环墨路层，所述循环路进口层分别与其两侧的所述墨腔层和所述循环墨路层面面密实贴合，所述墨腔层靠近所述循环路进口层的表面上开设有若干墨腔，所述墨腔包括沿出料方向依次连通供料室、压力室和喷嘴，各所述供料室沿所述墨腔层的长度方向相排列并依次连通，各所述压力室和各所述喷嘴沿所述墨腔层的长度方向等间隔设置，所述墨腔层远离所述循环路进口层的表面上安装有若干与所述压力室一一对应的压电陶瓷，所述循环墨路层靠近所述循环路进口层的表面上等间隔开设有若干循环墨路，所述循环墨路包括与各所述压力室一一对应的接料段、连通在各所述接料段出料端的缓流段，各所述缓流段沿所述循环墨路层长度方向相排列且依次连通，所述循环路进口层上等间隔开设有若干对应连通所述压力室和所述接料段的进口通道。

9.根据权利要求8所述的压电微液滴喷射装置，其特征在于，所述墨腔层远离所述循环路进口层的表面上安装有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与所述墨腔层同向延伸，且所述压电陶瓷片具有若干与各所述压力室一一对应的压电部，相邻两所述压电部之间具有将两者隔开的条形槽。

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