喷墨打印头及喷墨打印的制造方法

喷墨打印头及喷墨打印的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种喷墨打印头，包括至少一个喷射单元，与喷射单元相适配的盖膜、压电陶瓷致动器和盖板，流体流入管路，流体流出管路以及驱动电路装置；压电陶瓷制动器和盖板连接形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元；盖板和喷射单元相连接，该连接接触面在喷射单元的一侧设有若干流体槽，压电陶瓷单元的位置与流体槽的凹槽位置相对应；流体槽与盖板形成流体通道，每个流体通道对应设有至少一个喷嘴通至外界，使喷墨打印头形成侧面或端面喷射。相应地，本实用新型还公开了一种喷墨打印机。采用本实用新型，在能增大压电陶瓷制动器的变形量、实现大粒径墨水的有效喷射动作的前提下，相邻喷嘴可以同时动作，以使所有喷嘴可以同时工作，提高了工作效率。
【专利说明】喷墨打印头及喷墨打印机【技术领域】
[0001]本实用新型涉及喷墨打印领域，特别涉及一种适用于喷墨打印、釉色装饰、生物制药的喷墨打印头及喷墨打印机。
【背景技术】
[0002]目前，基于压电陶瓷驱动的墨水喷头和釉料喷头品种较多，但是通常这类喷墨打印头(简称喷头)为了更换方便和降低成本，喷头与墨盒是分离的，换墨盒时不必更换喷头，因此喷头使用时间较长，墨腔中长期沉积下来的墨水及其杂质容易造成流体槽或喷嘴的堵塞，这已成为限制基于压电陶瓷驱动的喷头寿命的瓶颈问题。所以，近年来不少创新设计都在考虑或者追求如何避免喷头的堵塞问题，以延长该类喷头的使用寿命，实现压电喷头更大规模和范围的使用。
[0003]另外，喷头作为目前陶瓷喷墨打印机最核心、所占成本最高、最重要、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。而为了尽可能保护墨水中的色料结构，更好地增强发色效果和陶瓷砖装饰效果，一般需要加大陶瓷材料墨水的粒径，将现有的陶瓷材料墨水的平均粒径300nm，扩展使用到0.8至8微米的粒径范畴，这就需要重新设计喷头的喷射单元结构和喷射原理，以达到增大压电陶瓷制动器的变形量的目的，才能实现大粒径墨水的有效喷射动作。市场现有的压电陶瓷喷墨头，如市场占有率较高的英国XAAR1001 GS6, XAAR1001 GS12喷墨头，采用的是压电陶瓷切槽工艺，通过压电陶瓷凹槽壁的剪切变形，实现墨水的挤出动作，但由于槽壁的动作会影响到临近凹槽壁的喷射动作，所以现有喷墨头的喷嘴板一般都是按照喷嘴三个一组来设计，同组内的喷嘴分时间序列实现喷墨动作，不能同时动作。本专利将通过提出一种新型喷墨打印头结构和喷射原理，重点解决上述技术的不足。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种喷墨打印头，在能增大压电陶瓷制动器的变形量、实现大粒径墨水的有效喷射动作的前提下，其相邻喷嘴可以同时动作，极大提闻了效率。
[0005]本实用新型所要解决的技术问题还在于，提供一种喷墨打印头，能实现墨水在喷头结构内部的有效循环，避免流体槽或喷嘴的堵塞。
[0006]本实用新型所要解决的技术问题还在于，提供一种喷墨打印头，能有效实现电路的散热，提高工作温度的稳定性，保障工作状态。
[0007]本实用新型所要解决的技术问题还在于，提供一种采用上述喷墨打印头的喷墨打印机，其结构简单，效率高，可以有效控制成本并保证质量，保护墨水中的色料结构，更好地增强发色效果和装饰效果。
[0008]为达到上述技术效果，本实用新型提供了一种喷墨打印头，包括至少一个喷射单元，与所述喷射单元相适配的盖膜、压电陶 瓷致动器和盖板，流体流入管路，流体流出管路以及驱动电路装置；
[0009]所述盖膜、压电陶瓷致动器、盖板和喷射单元依次相连，所述盖膜为压电陶瓷制动器的一电极，所述盖板为所述压电陶瓷致动器的另一电极，与外置的电源地连接；
[0010]所述压电陶瓷制动器和盖板连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元，所述压电陶瓷单元的变形采用d31横向弯曲模式；所述盖板和喷射单元相连接，该连接接触面在所述喷射单元的一侧设有若干流体槽，所述压电陶瓷单元的位置与所述流体槽的凹槽位置相对应；
[0011]所述流体槽与所述盖板形成流体通道，所述每个流体通道对应设有至少一个喷嘴通至外界，使所述喷墨打印头形成侧面或端面喷射；
[0012]所述喷嘴在喷墨打印头工作时，相邻喷嘴可同时工作；
[0013]d31为极化方向与外力方向垂直的压电系数。
[0014]作为上述方案的改进，所述压电陶瓷单元为条形压电陶瓷片；
[0015]和/或，所述压电陶瓷单元为单层压电陶瓷片或双层压电陶瓷片。
[0016]作为上述方案的改进，所述压电陶瓷单元选用双层压电陶瓷片时，两层的压电陶瓷片粘结在一起，上下表面被电极，沿压电陶瓷片的厚度方向极化，且极化方向相反。
[0017]作为上述方案的改进，所述盖板的上表面设有若干导电通道，所述导电通道连接所述压电陶瓷单元的上下表面电极。
[0018]作为上述方案的改进，所述流体流入管路沿着所述盖板和所述至少一个喷射单元的一侧设置，用于把流体输送至每个喷射单元的流体槽；
[0019]所述流体流出管路沿着所述盖板和所述至少一个喷射单元的另一侧设置，用于把流体输送出每个喷射单元的流体槽；
[0020]所述流体流入管路和所述流体流出管路形成流体槽的内循环。
[0021]作为上述方案的改进，所述驱动电路装置用于向所述压电陶瓷致动器发送驱动信号;
[0022]所述驱动电路装置与所述盖板集成在一起，或与所述盖板通过带有导电通道的柔性PCB相连。
[0023]作为上述方案的改进，所述喷嘴通过激光加工、超声波加工或者精密雕刻机加工制得；
[0024]所述喷射单元采用微注塑成型工艺加工制得。
[0025]作为上述方案的改进，所述压电陶瓷制动器的材质选用软性压电陶瓷材料或者压电应变常数d33大于500的压电材料；
[0026]所述盖膜选用带有导电通道的柔性PCB板，或者带有导电通道的结构陶瓷作为导电基板，所述结构陶瓷选用氧化铝、氧化锆、氮化硅和/或氮化铝；
[0027]所述盖板的材质选用金属材料或非金属材料，所述金属材料选用镍铁合金、不锈钢和/或铍青铜，所述非金属材料选用聚四氟乙烯树脂；
[0028]所述流体槽的材质选用结构陶瓷、有机玻璃、工程塑料或半导体硅材料，所述结构陶瓷选用氧化铝、氧化锆、氮化硅和/或氮化铝。
[0029]作为上述方案的改进，所述盖板的厚度兰30 μ m且兰IOOym;
[0030]所述压电陶瓷致动器的厚度兰100 μ m且兰500 μ m ;[0031]所述喷嘴的直径兰25 μ m且兰80 μ m ;
[0032]所述流体槽的深度含500 μ m。
[0033]相应的，本实用新型还提供了一种喷墨打印机，包括喷墨打印头、移动部件和驱动控制部件，其中，所述喷墨打印头选用上述喷墨打印头。
[0034]实施本实用新型具有如下有益效果:
[0035]本实用新型提供了一种喷墨打印头，其基于压电陶瓷微单元横向变形效应，包括喷射单元、盖膜、压电陶瓷致动器、盖板、流体流入管路、流体流出管路以及驱动电路装置等，压电陶瓷制动器和盖板连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元，盖板和喷射单元相连接、该连接接触面在所述喷射单元的一侧设有若干流体槽，流体槽与盖板形成流体通道，每个流体通道对应设有至少一个喷嘴通至外界，使所述喷墨打印头形成侧面或端面喷射。上述各个机构的协同作用，使本实用新型可以同时满足以下要求:
[0036]一、压电陶瓷制动结构简单、能增大压电陶瓷制动器的变形量、实现大粒径墨水的有效喷射动作:本实用新型将压电陶瓷制动器和盖板连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元，且压电陶瓷单元空间位置正好与盖板另一侧喷射单元的流体槽的凹槽位置相对应。因此，相邻压电陶瓷单元之间彼此独立，单元加电之后独自变形，不会影响到或受制于相邻条形压电陶瓷单元的变形。再者，压电陶瓷单元的变形采用的是d31横向弯曲模式，可以对流体槽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，实现大粒径墨水的有效喷射动作。
[0037]二、喷嘴独立工作，提高工作效率:现有的压电陶瓷喷头，由于受到压电陶瓷剪切变形模式的限制，某一个流体槽工作时，其相邻两侧的流体槽必须处于不工作状态，否则彼此之间喷射动作会形成干涉，导致喷射单元不能正常工作。所以在已有的压电陶瓷喷头的喷嘴板设计中，喷嘴排布往往是三个一组，循环排列，工作时不同组同一位置的喷嘴依次循环工作。而本实用新型压电陶瓷制动中的压电陶瓷单元设置为彼此互不连接的独立的条形压电陶瓷单元，彼此动作互不干扰，任何时刻任意喷嘴都可以单独工作或相邻喷嘴同时工作，以使所有喷嘴可以同时工作，不存在传统喷墨头三个喷嘴一组分时序工作的问题，这会极大改善了压电陶瓷喷头的工作效率。
[0038]三、压电陶瓷的驱动方式多样:本实用新型可采用不同的压电陶瓷驱动方法。其既可以采用单层压电陶瓷驱动，利用压电陶瓷的弯曲变形，使盖板产生形变，流体槽内的墨水受压迫后从喷嘴中喷出；其也可以采用双层压电陶瓷驱动，将两块极化方向相反的压电陶瓷叠在一起，置于盖板之上，加电后一个条形压电陶瓷单元产生压缩变形，另一个条形压电陶瓷单元产生伸长变形，由此形成弯曲变形，压迫流体槽内的墨水，使之从喷嘴中喷出。
[0039]四、能实现墨水内循环，避免墨水堵塞，提闻喷射精度和喷头的使用寿命:由于墨水质量、密封不严等原因，墨水中的颗粒、气泡等会滞留在喷口、流体槽等流道处，这将导致喷头的喷嘴和流体槽堵塞、流道压力不稳、喷射精度下降等问题。由于本实用新型有一组流体流入管路和一组流体流出管路，流体流入管路和流体流出管路形成流体槽的内循环，因此，墨水在流体槽中循环流动，是“活水”，可以将墨水中的杂质、气泡等带出，送至墨盒中，这样就避免了流体槽和喷口的堵塞，提高喷射精度，延长喷头的寿命。
[0040]五、有效实现电路的散热，提高工作温度的稳定性:盖板的一侧与喷射单元构成腔体阵列，形成众多流体槽，墨水就在该腔体阵列中循环流动。电极布置在盖板的另一侧，与压电陶瓷致动器连接，并为其提供驱动信号。工作时电极产生的大量热量可通过盖板传到墨水处，并随着墨水的循环流动被带走，实现电路的散热，这样可以有效地减少过热的问题，喷头的工作温度比较稳定，保障喷头的工作状态。
[0041]六、结构紧凑，可排布较多的喷嘴，提高喷墨打印的速度:本实用新型所述喷墨打印头仅由喷射单元、盖膜、压电陶瓷致动器、盖板、流体流入管路、流体流出管路以及驱动电路装置构成，并且，所述盖板的厚度兰30μπι且兰100 μ m、压电陶瓷致动器的厚度兰IOOym且兰500 μ m、喷嘴的直径兰25 μ m且兰80 μ m、流体槽的深度兰500 μ m，上述机构组合以及尺寸组合使得喷墨打印头的结构简单紧凑，可以排布较多的喷嘴，进而提高喷墨打印的速度，适应不同场合的工作需求，有较强的实用性，尤其适用于喷墨打印、釉色装饰、生物制药等领域。
[0042]相应的，本实用新型提供了一种喷墨打印机，其喷头采用上述喷墨打印头。由于所述喷墨打印头具有上述优点，使得喷墨打印机结构简单，效率高，可以有效控制成本并保证质量，保护墨水中的色料结构，更好地增强发色效果和装饰效果。
【专利附图】

【附图说明】
[0043]图1为本实用新型喷墨打印头第一实施例的结构示意图；
[0044]图2为图1所示喷墨打印头A部的局部放大视图；
[0045]图3为图1所示喷墨打印头B部的局部放大剖视图；
[0046]图4为图1所示喷墨打印头的剖视图；
[0047]图5为图4所示C-C方向上的剖视图；
[0048]图6为本实用新型喷墨打印头第二实施例的剖视图；
[0049]图7为图6所示喷墨打印头中压电陶瓷的驱动变形方式示意图；
[0050]图8为图6所示D-D方向上的剖视图；
[0051]图9为本实用新型喷墨打印头第三实施例的结构示意图；
[0052]图10为图9所示喷墨打印头的剖视图；
[0053]图11为本实用新型喷墨打印头第四实施例的结构示意图；
[0054]图12为图11所示喷墨打印头的剖视图。
【具体实施方式】
[0055]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
[0056]结合图1至图12，本实用新型提供了一种喷墨打印头的多种实施方式，包括至少一个喷射单元，与所述喷射单元相适配的盖膜、压电陶瓷致动器和盖板，流体流入管路，流体流出管路以及驱动电路装置。所述盖膜、压电陶瓷致动器、盖板和喷射单元由上至下依次相连。所述盖膜为压电陶瓷制动器的一电极，同时也起到保护压电陶瓷制动器的作用。所述盖板为所述压电陶瓷致动器提供物理支撑和导电通道，作为所述压电陶瓷致动器的另一电极，与外置的电源地连接。所述压电陶瓷制动器和盖板连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元，所述压电陶瓷单元的变形采用d31横向弯曲模式；所述盖板和喷射单元相连接，该连接接触面在所述喷射单元的一侧设有若干流体槽，所述压电陶瓷单元的位置与所述流体槽的凹槽位置相对应；所述流体槽与所述盖板形成流体通道，所述每个流体通道对应设有至少一个喷嘴通至外界，使所述喷墨打印头形成侧面或端面喷射。所述喷嘴在喷墨打印头工作时，相邻喷嘴可同时工作。
[0057]其中，所述压电陶瓷单元优选为条形压电陶瓷片。
[0058]所述d31横向弯曲模式是指，d31代表极化方向与外力方向垂直的压电系数。国外赛尔的喷头采用的是压电陶瓷材料的d15压电系数，即利用压电陶瓷片的剪切变形模式，与本实用新型所提出的压电陶瓷片的横向弯曲模式不同。主要区别在于:1、如果以墨腔的容积产生变化，即墨水受到压电陶瓷变形导致的挤压力，则仅仅依靠压电陶瓷片自身的变形是不够的，本实用新型需要将压电陶瓷片粘结到弹性基体材料上，通过压电陶瓷的伸缩变形，导致弹性基体层的“被”弯曲，进而形成对墨腔中墨水的挤压力。2、由于上述I的原理，使得采用d31压电陶瓷实现喷墨要比采用d15压电陶瓷实现喷墨的原理和制备工艺简单，压电陶瓷本身只作为驱动元件，与墨腔结构是完全独立的。而赛尔采用的d15压电陶瓷喷墨头，压电陶瓷既作为驱动元件，同时也作为墨腔使用，两种不同的目标功能同时复合在压电陶瓷上，势必导致压电陶瓷自身的制备工艺复杂，技术要求高。3、d15压电系数虽然要比d31大些，但是赛尔头墨腔悬臂深度，即墨腔深度是有限的，因此所形成的变形量是有限的。但是采用d31压电陶瓷喷墨头，由于沿着墨槽长度方向上，压电陶瓷单元整体上产生比较明显的弯曲变形，变形量积累到墨腔中势必形成比较大的体积变形量，即形成利于喷射的驱动力。
[0059]本实用新型采用一种结构和原理创新的喷射单元，喷射单元中所用压电陶瓷制动器结构简单，相邻条形压电陶瓷单元之间彼此独立，单元加电之后独自变形，不会影响到或受制于相邻条形压电陶瓷单元的变形。条形压电陶瓷单元的变形采用的是压电陶瓷d31横向弯曲模式，可以对流体槽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。最大特点为压电陶瓷制动器中的条形压电陶瓷单元彼此动作互不干扰，任何时刻任意喷嘴都可以单独工作或相邻喷嘴同时工作，以使所有喷嘴可以同时工作，不存在传统喷墨头三个喷嘴一组分时序工作的问题，这会极大改善压电陶瓷喷头的工作效率。同时，本实用新型喷头包含一组流体流入管路和一组流体流出管路，墨水在流体槽中循环流动，是“活水”，可以将墨水中的杂质、气泡等带出，送至墨盒中，这样就避免了流体槽和嗔口的堵塞，提闻了喷射精度，延长了喷头的使用寿命。工作时电极产生的大量热量可通过盖板传到墨水处，并随着墨水的循环流动被带走，实现电路的散热，这样可以有效地减少过热的问题，喷头的工作温度比较稳定，保障喷头的工作状态。此外，本实用新型喷头结构简单、紧凑，可以排布较多的喷嘴，能适应不同场合的工作需求，有较强的实用性，尤其适合在喷墨打印、釉色装饰、生物制药等领域中应用。
[0060]下面以具体实施例进一步阐述本实用新型
[0061]参见图1，本实用新型提供了喷墨打印头的第一实施例，包括一个喷射单元5，与所述喷射单元5相适配、具有同等数量的盖膜2、压电陶瓷致动器3和盖板4，由流体流入管路11构成的第一循环通路主体1，由流体流出管路11'构成的第二循环通路主体P，以及驱动电路装置(图中未示出)。所述盖膜2、压电陶瓷致动器3、盖板4和喷射单元5由上至下依次相连。
[0062]其中，所述盖膜2为压电陶瓷制动器3的一电极，同时也起到保护压电陶瓷制动器的作用。所述盖膜2优先选用带有导电通道的柔性PCB板，或者选用带有导电通道的结构陶瓷作为导电基板，但不限于此。其中，所述结构陶瓷可以选用但不限于氧化铝、氧化锆、氮化硅和/或氮化铝。
[0063]需要说明的是,PCB (Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板。PCB是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。
[0064]参见图2，所述压电陶瓷制动器3和盖板4连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的条形压电陶瓷单元31，所述压电陶瓷单元31的变形采用d31横向弯曲模式。优选地，所述压电陶瓷单元可以为单层压电陶瓷片或双层压电陶瓷片。在本实施例中，所述压电陶瓷单元为单层压电陶瓷片。在材质方面，所述压电陶瓷制动器3的材质优先选用软性压电陶瓷材料，例如商用PZT5H，或者压电应变常数d33大于500的压电材料。而在尺寸方面，所述压电陶瓷致动器的厚度优选设置为3 IOOym且=500 μ m0
[0065]所述盖板4为所述压电陶瓷致动器3提供物理支撑和导电通道，作为所述压电陶瓷致动器3的另一电极，与外置的电源地连接。具体的，所述盖板4的上表面设有若干导电通道，所述导电通道连接所述压电陶瓷单元31的上下表面电极。在材质方面，所述盖板4的材质优先选用金属材料或非金属材料，所述金属材料可以选用弹性较好的镍铁合金、不锈钢和/或铍青铜，所述非金属材料可以选用聚四氟乙烯树脂，即特氟龙材料，但不限于此。而在尺寸方面，所述盖板的厚度优选设置为兰3(^111且=100 μ m。
[0066]需要说明的是，所述驱动电路装置用于向所述压电陶瓷致动器3发送驱动信号；所述驱动电路装置可以与所述盖板4集成在一起，或与所述盖板4通过带有导电通道的柔性PCB相连。
[0067]参见图3,所述盖板4和喷射单元5相连接,该连接接触面在所述喷射单元5的一侧设有若干流体槽51，所述压·电陶瓷单元31的位置与所述流体槽51的凹槽位置相对应；所述流体槽51与所述盖板4形成流体通道，所述每个流体通道对应设有至少一个喷嘴52通至下方，使所述喷墨打印头形成侧面喷射。所述喷射单元5可以采用微注塑成型工艺加工制得，所述喷嘴52可以通过激光加工、超声波加工或者精密雕刻机加工制得。在材质方面，所述流体槽51的材质优先选用结构陶瓷、有机玻璃、工程塑料或半导体硅材料，所述结构陶瓷选用氧化铝、氧化锆、氮化硅和/或氮化铝。而在尺寸方面，所述流体槽51的深度优选设置为写500 μ m ;所述喷嘴52的直径优选设置为会25 μ m且写80 μ m。
[0068]参见图4，所述流体流入管路11沿着所述盖板4和所述至少一个喷射单元5的一侧设置，用于把流体输送至每个喷射单元5的流体槽51 ;所述流体流出管路11'沿着所述盖板4和所述至少一个喷射单元5的另一侧设置，用于把流体输送出每个喷射单元5的流体槽；所述流体流入管路11和所述流体流出管路IP形成流体槽的内循环。需要说明的是，所述流体可以是墨水、釉料等，但不限于此。
[0069]本实用新型压电陶瓷制动中的压电陶瓷单元31设置为彼此互不连接的独立的条形压电陶瓷单元，彼此动作互不干扰，任何时刻任意喷嘴52都可以单独工作或相邻喷嘴52同时工作，以使所有喷嘴52可以同时工作，不存在传统喷墨头三个喷嘴一组分时序工作的问题，这会极大改善了压电陶瓷喷头的工作效率。
[0070]以墨水为例，如图4中箭头所示，墨水从流体流入管路11流入，经过流体槽51，流入流体流出管路Ir，返回墨盒，实现墨水的内循环。当给压电陶瓷制动器3供电时，会引起压电陶瓷制动器3自身的伸缩变形，带动盖板4弯曲，压迫流入流体槽51中的墨水，将墨水从喷嘴52喷出，完成喷墨动作。盖膜2和盖板4上都有控制压电陶瓷制动器3的电极(导线部分在图上未示出)。
[0071 ] 参见图5，图5显示了压电陶瓷单元31、盖板4、流体槽51和喷嘴52之间的相互关系。从图5可以清楚地看出，压电陶瓷制动器3被切割成一段一段的条形压电陶瓷单元31，在实际加工过程中，允许在切槽时过切至盖板4，即切槽刀可以部分切入盖板4，但是，切槽刀不可以切入盖板4过深。也就是说，既要保证各个条形压电陶瓷单元31之间是相对独立的，以保证各个条形压电陶瓷单元31工作时不互相干涉，又要避免切得过深，破坏盖板4的强度。切割后形成的条形压电陶瓷单元31的空间位置正好与流体槽51的凹槽“凹部”一一对应。当通过盖膜2给任意条形压电陶瓷单元31供电，都会引起条形压电陶瓷单元31自身的伸缩变形，进而带动盖板4弯曲，压迫流入流体槽51中的墨水，将墨水从喷嘴52喷出，完成嗔墨动作。
[0072]参见图6，本实用新型提供了喷墨打印头的第二实施例，与图1至图5所示第一实施例不同的是，所述压电陶瓷单元为双层压电陶瓷片，包括上层压电陶瓷单元31和下层压电陶瓷单元32，所述喷射单元5的每个喷嘴52受两个叠起来的压电陶瓷单元31和32的控制。
[0073]图7示出了本实用新型第二实施例中压电陶瓷的驱动方式。两个压电陶瓷单元(上层压电陶瓷单元31和下层压电陶瓷单元32)粘结在一起，上下表面被电极沿压电陶瓷片的厚度方向极化，且极化方向相反。如图7中粗箭头所示，装配时两个条形压电陶瓷单元31和32粘接在一起。当电极加电时，位于上方的上层压电陶瓷单元31发生收缩变形，位于下方的下层压电陶瓷单元32发生伸长变形(变形后状态如图7中虚线所示)，由于二者的连接面粘在一起，所以两个压电陶瓷单元整体上发生弯曲变形，压迫下方的盖板4，流体槽51中的墨水受到盖板4的压迫，使墨水从喷嘴52中喷出。
[0074]参见图8，图8显示了上层压电陶瓷单元31、下层压电陶瓷单元32、盖板4、流体槽51和喷嘴52之间的相互关系。从图8可以清楚地看出，双层压电陶瓷制动器3已被切割成一段一段的条形压电陶瓷单元，包括上层压电陶瓷单元31、下层压电陶瓷单元32，在实际加工过程中，允许在切槽时过切至盖板4，即切槽刀可以部分切入盖板4，但是，切槽刀不可以切入盖板4过深。也就是说，既要保证各个条形压电陶瓷单元(上层压电陶瓷单元31、下层压电陶瓷单元32)间是相对独立的，以保证各个条形压电陶瓷单元工作时不互相干涉，又要避免切得过深，破坏盖板的强度。切割后形成的上层压电陶瓷单元31、下层压电陶瓷单元32的空间位置正好与流体槽51的凹槽“凹部” 一一对应。当通过盖膜2给任意条形的上层压电陶瓷单元31供电，都会引起上层压电陶瓷单元31和下层压电陶瓷单元32自身的伸缩变形，进而带动盖板4弯曲，压迫流入流体槽51中的墨水，将墨水从喷嘴52喷出，完成喷墨动作。
[0075]参见图9和图10，本实用新型提供了喷墨打印头的第三实施例，与图1至图5所示第一实施例不同的是，所述喷墨打印头设有多个喷射单元5，所述多个喷射单元5设置成一排。
[0076]需要说明的是，所述喷射单元5的数量可依需求增减，有较好的适应性。[0077]参见图11和图12，本实用新型提供了喷墨打印头的第四实施例，包括一个喷射单元5，与所述喷射单元5相适配、具有同等数量的盖膜2、压电陶瓷致动器3和盖板4，夹持架6，喷嘴板7以及流体流入管路，流体流出管路和驱动电路装置，其中，喷嘴板7上设有若干微孔71，所述夹持架6设有与所述微孔71相适配的镂空部61。
[0078]与图1至图5所示第一实施例不同的是，本实施例以喷嘴板7上的微孔71代替第一实施例中的喷嘴，所述喷嘴板7与喷射单元5相互独立，喷嘴板7设在喷射单元5、盖板
4、压电陶瓷致动器3和盖膜2构成整体的端面，所述每个微孔71 一一对应于所述流体槽51和所述盖板4形成的每个流体通道。
[0079]墨水进入喷射单元5的流体槽51后，受压电陶瓷制动器3的压迫，经喷嘴板7的微孔71喷出，使所述喷墨打印头形成端面喷射。
[0080]本实施例中，喷墨打印头的喷射单元5并没有采用墨水循环流动的结构，也就是说，喷墨打印头的流体流入管路和流体流出管路没有形成流体槽的内循环。为防止墨水在嗔射单兀5堵塞，可在墨水进入流体槽51如对墨水进彳了过滤。
[0081]此外，喷嘴板的夹持架6起到将喷嘴板7密封固定到喷射单元5上的作用。
[0082]综上所述，本实用新型提供了一种喷墨打印头，其基于压电陶瓷微单元横向变形效应，包括喷射单元、盖膜、压电陶瓷致动器、盖板、流体流入管路、流体流出管路以及驱动电路装置等，压电陶瓷制动器和盖板连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元，盖板和喷射单元相连接、该连接接触面在所述喷射单元的一侧设有若干流体槽，流体槽与盖板形成流体通道，每个流体通道对应设有至少一个喷嘴通至外界，使所述喷墨打印头形成侧面或端面喷射。上述各个机构的协同作用，使本实用新型可以同时满足以下要求:
[0083]一、压电陶瓷制动结构简单、能增大压电陶瓷制动器的变形量、实现大粒径墨水的有效喷射动作:本实用新型将压电陶瓷制动器和盖板连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元，且压电陶瓷单元空间位置正好与盖板另一侧喷射单元的流体槽的凹槽位置相对应。因此，相邻压电陶瓷单元之间彼此独立，单元加电之后独自变形，不会影响到或受制于相邻条形压电陶瓷单元的变形。再者，压电陶瓷单元的变形采用的是d31横向弯曲模式，可以对流体槽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，实现大粒径墨水的有效喷射动作。
[0084]二、喷嘴独立工作，提高工作效率:现有的压电陶瓷喷头，由于受到压电陶瓷剪切变形模式的限制，某一个流体槽工作时，其相邻两侧的流体槽必须处于不工作状态，否则彼此之间喷射动作会形成干涉，导致喷射单元不能正常工作。所以在已有的压电陶瓷喷头的喷嘴板设计中，喷嘴排布往往是三个一组，循环排列，工作时不同组同一位置的喷嘴依次循环工作。而本实用新型压电陶瓷制动中的压电陶瓷单元设置为彼此互不连接的独立的条形压电陶瓷单元，彼此动作互不干扰，任何时刻任意喷嘴都可以单独工作或相邻喷嘴同时工作，以使所有喷嘴可以同时工作，不存在传统喷墨头三个喷嘴一组分时序工作的问题，这会极大改善了压电陶瓷喷头的工作效率。
[0085]三、压电陶瓷的驱动方式多样:本实用新型可采用不同的压电陶瓷驱动方法。其既可以采用单层压电陶瓷驱动，利用压电陶瓷的弯曲变形，使盖板产生形变，流体槽内的墨水受压迫后从喷嘴中喷出；其也可以采用双层压电陶瓷驱动，将两块极化方向相反的压电陶瓷叠在一起，置于盖板之上，加电后一个条形压电陶瓷单元产生压缩变形，另一个条形压电陶瓷单元产生伸长变形，由此形成弯曲变形，压迫流体槽内的墨水，使之从喷嘴中喷出。
[0086]四、能实现墨水内循环，避免墨水堵塞，提闻喷射精度和喷头的使用寿命:由于墨水质量、密封不严等原因，墨水中的颗粒、气泡等会滞留在喷口、流体槽等流道处，这将导致喷头的喷嘴和流体槽堵塞、流道压力不稳、喷射精度下降等问题。由于本实用新型有一组流体流入管路和一组流体流出管路，流体流入管路和流体流出管路形成流体槽的内循环，因此，墨水在流体槽中循环流动，是“活水”，可以将墨水中的杂质、气泡等带出，送至墨盒中，这样就避免了流体槽和喷口的堵塞，提高喷射精度，延长喷头的寿命。
[0087]五、有效实现电路的散热，提高工作温度的稳定性:盖板的一侧与喷射单元构成腔体阵列，形成众多流体槽，墨水就在该腔体阵列中循环流动。电极布置在盖板的另一侧，与压电陶瓷致动器连接，并为其提供驱动信号。工作时电极产生的大量热量可通过盖板传到墨水处，并随着墨水的循环流动被带走，实现电路的散热，这样可以有效地减少过热的问题，喷头的工作温度比较稳定，保障喷头的工作状态。
[0088]六、结构紧凑，可排布较多的喷嘴，提高喷墨打印的速度:本实用新型所述喷墨打印头仅由喷射单元、盖膜、压电陶瓷致动器、盖板、流体流入管路、流体流出管路以及驱动电路装置构成，并且，所述盖板的厚度兰30μπι且兰100 μ m、压电陶瓷致动器的厚度兰IOOym且兰500 μ m、喷嘴的直径兰25 μ m且兰80 μ m、流体槽的深度兰500 μ m，上述机构组合以及尺寸组合使得喷墨打印头的结构简单紧凑，可以排布较多的喷嘴，进而提高喷墨打印的速度，适应不同场合的工作需求，有较强的实用性，尤其适用于喷墨打印、釉色装饰、生物制药等领域。
[0089]相应的，本实用新型还提供了一种喷墨打印机，包括喷墨打印头、移动部件和驱动控制部件，其中，所述喷墨打印头选用上述喷墨打印头。由于所述喷墨打印头具有上述优点，使得喷墨打印机结构简单，效率高，可以有效控制成本并保证质量，保护墨水中的色料结构，更好地增强发色效果和装饰效果。
[0090]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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种喷墨打印头，包括至少一个喷射单元，与所述喷射单元相适配的盖膜、压电陶瓷致动器和盖板，流体流入管路，流体流出管路以及驱动电路装置，其特征在于: 所述盖膜、压电陶瓷致动器、盖板和喷射单元依次相连，所述盖膜为压电陶瓷制动器的一电极，所述盖板为所述压电陶瓷致动器的另一电极，与外置的电源地连接； 所述压电陶瓷制动器和盖板连接在一起后经切槽加工形成若干彼此互不连接的独立的压电陶瓷单元，所述压电陶瓷单元的变形采用d31横向弯曲模式；所述盖板和喷射单元相连接，该连接接触面在所述喷射单元的一侧设有若干流体槽，所述压电陶瓷单元的位置与所述流体槽的凹槽位置相对应； 所述流体槽与所述盖板形成流体通道，所述每个流体通道对应设有至少一个喷嘴通至外界，使所述喷墨打印头形成侧面或端面喷射； 所述喷嘴在喷墨打印头工作时，相邻喷嘴可同时工作； d31为极化方向与外力方向垂直的压电系数。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述压电陶瓷单元为条形压电陶瓷片; 和/或，所述压电陶瓷单元为单层压电陶瓷片或双层压电陶瓷片。
3.如权利要求2所述的喷墨打印头，其特征在于，所述压电陶瓷单元选用双层压电陶瓷片时，两层的压电陶瓷片粘结在一起，上下表面被电极，沿压电陶瓷片的厚度方向极化，且极化方向相反。
4.如权利要求3所述的喷墨打印头，其特征在于，所述盖板的上表面设有若干导电通道，所述导电通道连接所述压电陶瓷单元的上下表面电极。
5.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述流体流入管路沿着所述盖板和所述至少一个喷射单元的一侧设置，用于把流体输送至每个喷射单元的流体槽； 所述流体流出管路沿着所述盖板和所述至少一个喷射单元的另一侧设置，用于把流体输送出每个喷射单元的流体槽； 所述流体流入管路和所述流体流出管路形成流体槽的内循环。
6.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述驱动电路装置用于向所述压电陶瓷致动器发送驱动信号； 所述驱动电路装置与所述盖板集成在一起，或与所述盖板通过带有导电通道的柔性PCB相连。
7.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述喷嘴通过激光加工、超声波加工或者精密雕刻机加工制得； 所述喷射单元采用微注塑成型工艺加工制得。
8.如权利要求1-7任一项所述的喷墨打印头，其特征在于，所述压电陶瓷制动器的材质选用软性压电陶瓷材料或者压电应变常数d33大于500的压电材料； 所述盖膜选用带有导电通道的柔性PCB板，或者带有导电通道的结构陶瓷作为导电基板，所述结构陶瓷选用氧化铝、氧化锆、氮化硅或氮化铝； 所述盖板的材质选用金属材料或非金属材料，所述金属材料选用镍铁合金、不锈钢或铍青铜，所述非金属材料选用聚四氟乙烯树脂； 所述流体槽的材质选用结构陶瓷、有机玻璃、工程塑料或半导体硅材料，所述结构陶瓷选用氧化招、氧化错、氮化娃或氮化招。
9.如权利要求8所述的喷墨打印头，其特征在于，所述盖板的厚度≥30μm且≤100 μ m ； 所述压电陶瓷致动器的厚度≥1OOum且≤500μm; 所述喷嘴的直径≥25 μ m且≤80 μ m ; 所述流体槽的深度≤500 μ m。
10.一种喷墨打印机，包括喷墨打印头、移动部件和驱动控制部件，其特征在于，所述喷墨打印头选用如权利要求1-9任一项所述的喷墨打印头。
【文档编号】B41J2/14GK203557841SQ201320562023
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】冯斌, 周梅, 禇祥诚, 黄大任 申请人:佛山市南海金刚新材料有限公司, 佛山市陶瓷研究所有限公司, 禇祥诚