TWI443022B - 壓電噴墨頭結構及其壓電致動模組 - Google Patents
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Description
本案係關於一種噴墨頭結構，尤指一種壓電噴墨頭結構及其壓電致動模組。
隨著噴墨技術的進步，噴墨技術不再只是應用在傳統列印市場上，近年更應用於平面顯示器以及半導體產業的製程技術中，然而，為了降低成本以及節省製程時間，紛紛尋求新的噴墨技術，這之中最被廣為應用的，就是壓電式噴墨技術。
一般的壓電噴墨頭結構主要由噴嘴片、蓋板以及壓電致動模組所組成。請參閱第一圖A，其係為習知壓電噴墨頭之壓電致動模組之結構示意圖。如圖所示，習知的壓電致動模組1主要由上壓電晶片10、下壓電晶片11以及電極12所形成，其中上壓電晶片10及下壓電晶片11分別具有一電極12，且在上壓電晶片10及下壓電晶片11之兩電極12之間更具有一導電層13，該導電層13係可由一導電膠所形成，但不以此為限，用以接合兩電極12。以及，習知之壓電致動模組1更具有複數個流道14，該複數個流道14係自上壓電晶片10向下延伸至下壓電晶片11，且該複數個流道之開口140均設置於上壓電晶片10上。
請參閱第一圖B，其係為習知壓電致動模組之作動示意圖。如圖所示，當壓電致動模組1進行作動時，即透過電極12以產生一電場，進而使上壓電晶片10及下壓電晶片11依據不同之正負電壓而產生形變，如圖所示，當流道142因兩側上壓電晶片10及下壓電晶片11之正負電壓不同而產生擴張情形時，則設置於流道142兩側的流道141及流道143因而會受到擠壓，進而則可使流道141及流道143中的墨液(未圖示)自一噴墨孔(未圖示)流出，反之，因流道142係處於擴張之狀態，因而可使墨液(未圖示)流入流道142中，藉此正負電壓之交替轉換，以控制墨液自不同之流道14及噴墨孔(未圖示)流出。
然而，在習知的壓電致動模組1中，如第一圖A及第一圖B所示，由於複數個流道14均自上壓電晶片10向下延伸至下壓電晶片11所形成，且流道14之開口140均設置於上壓電晶片10上，因此，設置每一流道14之間的下壓電晶片11的基部110結構較為脆弱，尤其當壓電致動模組1進行作動時，流道14會產生擴張或被擠壓的情形，往往更會影響到流道14旁邊的基部110，使基部110在多次的形變擠壓之後易產生破裂的情形，進而影響到壓電致動模組1之效能，並導致壓電噴墨頭可能出現損壞之情形。
有鑑於此，如何發展一種結構強度較高、不易產生損壞之壓電噴墨頭結構及其壓電致動模組，以解決習知技術之缺失，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。
本案之目的在於提供一種壓電噴墨頭結構及其壓電致動模組，其係藉由壓電致動模組內具有上下開口交錯設置之等間距流道，俾
解決習知壓電致動模組之結構脆弱，易導致壓電噴墨頭可能出現損壞情形之缺失。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種壓電噴墨頭結構，其係包括：上蓋板；下蓋板；壓電致動模組，包括：上壓電晶片，具有第一電極；下壓電晶片，具有第二電極；導電層，其係將上壓電晶片之第一電極與該下壓電晶片之第二電極相互接合；以及複數個流道，其係為複數個等間距開口設置於上壓電晶片及複數個等間距開口設置於下壓電晶片之流道，且開口設置於上壓電晶片之流道係與開口設置於下壓電晶片之流道上下交錯設置；噴嘴片，具有複數個噴墨孔，且設置於複數個流道之一端；以及密封層，設置於複數個流道之一端；其中，上蓋板及下蓋板係分別對應於壓電致動模組之上、下側而設置，當壓電致動模組致動時，係促使墨液自上蓋板及下蓋板流入壓電致動模組之複數個流道，並自噴墨孔噴出。
為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種種壓電致動模組，適用於噴墨頭結構，其係包括：上壓電晶片，具有第一電極；下壓電晶片，具有第二電極；導電層，其係將上壓電晶片之第一電極與下壓電晶片之第二電極相互接合；以及複數個流道，其係為複數個等間距開口設置於上壓電晶片及複數個等間距開口設置於下壓電晶片之流道，且該開口設置於上壓電晶片之該流道係與開口設置於下壓電晶片之流道上下交錯設置。
1‧‧‧習知壓電致動模組
10、233‧‧‧上壓電晶片
11、234‧‧‧下壓電晶片
110、233b、233c、234b、234c‧‧‧基部
12‧‧‧電極
13、232‧‧‧導電層
14、141、142、143、230、230a、230b、230c、230d‧‧‧流道
140、230e、230f、230g、230h‧‧‧開口
2‧‧‧壓電噴墨頭結構
21‧‧‧上蓋板
210、220‧‧‧第一表面
211、221‧‧‧第二表面
212、222‧‧‧入墨孔
213、223‧‧‧墨液導流歧道
22‧‧‧下蓋板
23‧‧‧壓電致動模組
231a‧‧‧第一電極
231b‧‧‧第二電極
233a‧‧‧第三表面
234a‧‧‧第四表面
24‧‧‧噴嘴片
240‧‧‧噴墨孔
25‧‧‧密封層
26、27‧‧‧入墨流道
第一圖A：其係為習知壓電噴墨頭之壓電致動模組之結構示意圖。
第一圖B：其係為習知壓電致動模組之作動示意圖。
第二圖：其係為本案較佳實施例之壓電噴墨頭結構之分解結構示意圖。
第三圖：其係為第二圖A於切割後之平面示意圖。
第四圖：其係為第二圖所示之壓電噴墨頭結構之組合結構示意圖。
第五圖A：其係為本案較佳實施例之壓電致動模組之剖面結構示意圖。
第五圖B：其係為本案較佳實施例之壓電致動模組之作動示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第二圖，其係為本案較佳實施例之壓電噴墨頭結構之分解結構示意圖。如圖所示，本案之壓電噴墨頭結構2主要由上蓋板21、下蓋板22、壓電致動模組23、噴嘴片24以及密封層25所組成。其中，上蓋板21及下蓋板22係分別對應於壓電致動模組23之上、下側而設置，且上蓋板21及下蓋板22分別具有第一表面210、220及第二表面211、221，且在第一表面210、220上分別具有入墨孔212、222，在第二表面211、221上則分別具有墨液導流歧道
213、223。入墨孔212及222之一端係分別與入墨流道26、27連接，另一端則與墨液導流歧道213、223連接，當墨液(未圖示)自入墨流道26、27流至上下蓋板21、22時，係透過第一表面210、220上之入墨孔212、222而流至墨液導流歧道213、223，再由墨液導流歧道213、223均勻地將墨液導流至壓電致動模組23上之複數個流道230中。
請再參閱第二圖，如圖所示，噴嘴片24上具有複數個噴墨孔240，壓電致動模組23上具有複數個流道230，該複數個流道230之一端係與噴嘴片24上之噴墨孔240相連通，另一端則透過密封層25將之密封。於一些實施例中，密封層25係可為一密封膠，例如：矽膠，但不以此為限，其主要係用以封閉壓電致動模組23之流道230之末端。如此一來，當墨液(未圖示)自墨液導流歧道213、223導入壓電致動模組23上之流道230中時，係可順沿流道230而流至噴墨孔240，並透過壓電致動模組23之致動，以控制墨液由特定之噴墨孔240噴出。
請參閱第三圖，其係為第二圖所示之壓電噴墨頭結構之組合結構示意圖。如圖所示，本案壓電噴墨頭結構2之組合結構係為將上蓋板21、下蓋板22分別對應於壓電致動模組23之上下側而設置，並將噴嘴片24對應於壓電致動模組23之流道230之一側而設置，最後再將密封層25對應於壓電致動模組23之流道230之末端而設置，以防止漏墨，如此以形成本案壓電噴墨頭結構2之組合結構。於一些實施例中，係透過一黏著介質，例如：結構膠，但不以此為限，將噴嘴片24對應黏接於壓電致動模組23之上。當壓電噴墨頭結構2要噴出墨液時，係由入墨流道26、27將墨液導入上、
下蓋板21、22內，再由上、下蓋板21、22中的墨液導流歧道213、223將墨液導流至壓電致動模組23上之流道230內，最後再透過壓電致動模組23之致動，進而控制墨液由噴墨孔240噴出。
請參閱第四圖，其係為第一圖所示之壓電噴墨頭結構之上蓋板、下蓋板以及壓電致動模組之結構示意圖。如圖所示，其係為上蓋板21及下蓋板22分別對應於壓電致動模組23之上、下側而設置之結構示意圖。於本實施例中，壓電致動模組23係由上壓電晶片233、下壓電晶片234、導電層232及複數個流道230所組成，其中上壓電晶片233及下壓電晶片234分別具有第一電極231a及第二電極231b，且其係分別設置於上壓電晶片233及下壓電晶片234之第三表面233a及第四表面234a上，以及，該第三表面233a係相對於該第四表面234a。該第一電極231a及第二電極231b係用以作為壓電致動模組23之上、下接地電極，且其係可產生一電場，以使上壓電晶片233及下壓電晶片234依據電場的不同電壓值而產生變形。於本實施例中，在上壓電晶片233及下壓電晶片234之第一電極231a及第二電極231b之間，更具有導電層232，用以接合第一電極231a及第二電極231b。於一些實施例中，導電層232係可為一導電膠，但不以此為限。此外，當上壓電晶片233及下壓電晶片234分別要與上蓋板21及下蓋板22接合時，亦可透過一導電膠(未圖示)將之接合，但不以此為限，如此一來，則可藉由該導電膠(未圖示)將上壓電晶片233及下壓電晶片234的第一電極231a及第二電極231b分別引出至上蓋板21及下蓋板22。
於一些實施例中，上壓電晶片233及下壓電晶片234係可由一壓電材料所形成，例如：高d31的鋯鈦酸鉛壓電材料(PZT-5H)，但不
以此為限。且上壓電晶片233及下壓電晶片234之厚度係以500μm為較佳，至於其尺寸則以7mm×20mm×0.5mm為較佳，但其厚度及尺寸均不以此為限，其係可依實際施作情形而任施變化。以及，第一電極231a及第二電極係可由金鉻(Au/Cr)材料所製成，但不以此為限。
請再參閱第四圖，如圖所示，當上壓電晶片233與下壓電晶片234接合之後，透過一上、下交互之二次切割製程，則可於壓電致動模組23上形成複數個流道230，由於該切割製程係先由上壓電晶片233進行一等間距切割，以形成自上壓電晶片233向下延伸至下壓電晶片234之流道230b、230d，接著，再翻轉由下壓電晶片234進行第二次等間距切割，進而形成自下壓電晶片234延伸至上壓電晶片233之流道230a、230c。如此一來，透過此二次等間距錯位的切割，則可使壓電致動模組23具有複數個等間距，且上下交錯設置之流道230，且由於這些流道230之開口230e、230g、230f、230h係分別交錯設置於上壓電晶片233及下壓電晶片234上，而非設置於同一壓電晶片上，因而對於每一流道230來說，其流道230雙側皆具有可用以支撐的柱體結構，故具有較強的結構強度，且因該較高的結構強度，使得設計上可縮短每一流道230之間的距離，由此可見，此上下交錯切割而形成的流道230不僅結構強度高，可避免於加工時產生破裂的情形，更可節省製作壓電致動模組23之材料成本。
於本實施例中，如第四圖所示，當上蓋板21設置於壓電致動模組23上時，墨液係可自上蓋板21之第一表面210的入墨孔212流自第二表面211之墨液導流歧道213。由於墨液導流歧道213係跨越於
複數個流道230b、230d之上，因此墨液可均勻地自墨液導流歧道213而流至開口230f、230h設置於上壓電晶片233上的複數個流道230b、230d之中。相同地，墨液亦可自下蓋板22的墨液導流歧道223(如第二圖所示)均勻地流至開口230e、230g設置於下壓電晶片234上的複數個流道230a、230c之中。藉此，以使墨液藉由上、下蓋板21、22之入墨孔212、222及墨液導流歧道213、223而流至壓電致動模組23中交錯設置之流道230之中。
請同時參閱第五圖A、B，其分別係為本案較佳實施例之壓電致動模組之剖面結構示意圖以及其作動示意圖。如第五圖A所示，其中壓電致動模組23之流道230b、230d之開口230f、230h係為設置於上壓電晶片233之上，且流道230b、230d係與開口230e、230g設置於下壓電晶片234之流道230a、230c交錯設置，因此，如圖所示，每一流道230a、230b、230c、230d無論在其位於上壓電晶片233的基部233b、233c，或是位於下壓電晶片234的基部234b、234c處，均可獲得良好的支撐。如此一來，當上、下壓電晶片233及234上的第一電極231a及第二電極231b產生一電場時，係可使流道230兩側的側牆上產生不同正、負電壓值，藉由此不同的正、負電壓值，則可進而使通道230產生不同的形變。舉例來說，如第五圖B所示，流道230c之左右兩側係分別具有一正、負電壓值，因而促使流道230c產生形變而擴張，並擠壓到其兩側之流道230b及230d，由於流道230b及流道230d的另一側係為接地端，該接地端側並未產生形變，而鄰近於擴張流道230c之一側則受到擠壓，故流道230b及230d會因該擠壓之形變而促使其中之墨液自流道230b、230d末端的噴墨孔240而噴出。同樣地，流道230a亦
受到另一側之流道(未圖示)擠壓而產生形變，故其亦自流道230a末端的噴墨孔240而噴出墨水。至於產生擴張形變的流道230c，則因擴張形變之吸引力，會促使墨液自墨液導流歧道223(如第四圖所示)流入流道230c中。由此可見，透過壓電致動模組23之電場變化，即可使複數個流道230產生形變或是不變，進而控制墨液噴出或是填入通道230之中，以完成壓電致動之噴墨作業。
綜上所述，本案之壓電噴墨頭結構及其壓電致動模組主要係透過壓電致動模組內具有上下開口交錯設置之等間距流道，故可增強壓電致動模組之結構強度，且由於其結構支撐力較高，使得流道設計上更可縮減流道之間的距離，進而可減少壓電致動模組之體積及所需之材料，俾具有可節省成本、且結構較為穩固、不易破裂等優點。由於上述優點係為習知技術所不及者，故本案之壓電噴墨頭結構及其壓電致動模組極具產業價值，爰依法提出申請。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
21‧‧‧上蓋板
210‧‧‧第一表面
211‧‧‧第二表面
212‧‧‧入墨孔
213‧‧‧墨液導流歧道
22‧‧‧下蓋板
23‧‧‧壓電致動模組
230、230a、230b、230c、230d‧‧‧流道
231a‧‧‧第一電極
231b‧‧‧第二電極
232‧‧‧導電層
233‧‧‧上壓電晶片
233a‧‧‧第三表面
234‧‧‧下壓電晶片
234a‧‧‧第四表面
Claims (7)
- 一種壓電噴墨頭結構，其係包括：一上蓋板，具有一第一表面及一第二表面，且該第二表面具有一墨液導流歧道；一下蓋板；一壓電致動模組，包括：一上壓電晶片，具有一第一電極；一下壓電晶片，具有一第二電極；一導電層，其係將該上壓電晶片之該第一電極與該下壓電晶片之該第二電極相互接合；以及複數個流道，其係為複數個等間距開口設置於該上壓電晶片及複數個等間距開口設置於該下壓電晶片之該流道，且該開口設置於該上壓電晶片之該流道係與該開口設置於下壓電晶片之該流道上下交錯設置；一噴嘴片，具有複數個噴墨孔，且設置於該複數個流道之一端；以及一密封層，設置於該複數個流道之另一端；其中，該上蓋板及該下蓋板係分別對應於該壓電致動模組之上、下側而設置，且該墨液導流歧道係跨越於該複數個流道之上，當該壓電致動模組致動時，係促使一墨液自該上蓋板及該下蓋板之該墨液導流歧道均勻地流入該壓電致動模組之該複數個流道，並自該噴墨孔噴出。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭結構，其中該壓電噴墨頭結構更具有複數個入墨流道，其係分別與該上蓋板及該下蓋板之該入墨孔相連通，用以導入墨液。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭結構，其中該導電層係為一導電膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭結構，其中該上蓋板及該下蓋板係透過一導電膠與該壓電致動模組相連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭結構，其中該上壓電晶片及該下壓電晶片係由一鋯鈦酸鉛壓電材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭結構，其中該第一電極及該第二電極係由一金鉻材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之壓電噴墨頭結構，其中該開口設置於該上壓電晶片之該流道及該開口設置於下壓電晶片之該流道係由該上壓電晶片及該下壓電晶片分別經由上、下二次切割所製成。
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|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |