指状悬臂式压电喷头及其加工方法以及喷涂设备与流程

本发明涉及压电陶瓷领域，特别是指一种指状悬臂式压电喷头及其加工方法以及包括该喷头的喷涂设备。

背景技术：

喷头是喷墨打印机或点胶机最核心、所占成本最高、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。

以爱普生喷墨头为例，如图1和图2所示，包括墨水腔1’、振动板2’、喷嘴3’、压电薄膜4’以及连接压电薄膜4’的上表面和下表面的上电极5’和下电极6’，当给压电薄膜4’加电时，其发生变形，挤压振动板2’，使振动板2’产生向墨水腔1’内部的位移，使墨水从喷嘴3’喷出。

但是这种喷墨头存在着以下缺点(以爱普生压电喷头为例，如图1和图2所示)：

1、该压电喷头的喷嘴板、墨腔均是采用MEMS生产工艺制成，结构和加工工艺复杂，对超精密加工设备的依赖性很强，喷头的价格昂贵。

2、该压电喷头结构中的压电陶瓷为1微米厚的压电陶瓷薄膜，压电陶瓷薄膜受到制备工艺的限制，自身密度比较低，加电变形时不会产生大的输出位移，使输出力低；并且该压电喷头的材质以半导体硅为主，硅材质刚度大，墨腔变形幅度小，使输出力进一步降低；由于输出力的降低，使得该压电喷头只适合家庭和办公打印，不适合工业上陶瓷喷墨打印或者对于喷射力要求高的点胶打印等。

3、该压电喷头的压电陶瓷薄膜整条与墨腔基体表面粘接到一起，压电陶瓷薄膜发生变形时，会引起整个墨腔产生变形，使墨腔等零部件易磨损，寿命短。

技术实现要素：

本发明提供一种指状悬臂式压电喷头及其加工方法以及包括该喷头的喷涂设备，本发明结构简单，加工方便；输出力高，适用范围广；不易磨损，寿命长。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种指状悬臂式压电喷头，包括至少一个墨水槽，所述墨水槽上覆盖有柔性隔膜，形成墨水腔，所述墨水腔的一端设置有进墨口，另一端设置有喷嘴，所述柔性隔膜上设置有指状悬臂式压电陶瓷，所述指状悬臂式压电陶瓷包括连接基板和从所述连接基板侧面伸出的多个采用d₃₁面内横向弯曲变形模式的压电陶瓷悬臂梁，所述压电陶瓷悬臂梁位于所述墨水腔的上方并与所述墨水腔一一对应，所述压电陶瓷悬臂梁连接有驱动电路。

进一步的，所述墨水槽为两端开口的槽体，其中：

所述墨水槽的一端作为进墨口；

所述墨水槽的另一端的端面上设置有密封部件，所述墨水槽的另一端的底部开有出墨口，所述喷嘴设置在喷嘴板上，所述喷嘴板粘在所述出墨口上。

进一步的，所述墨水槽为两端开口的槽体，其中：

所述墨水槽的一端作为进墨口；

所述喷嘴设置在喷嘴板上，所述喷嘴板粘在所述墨水槽的另一端的端面上。

进一步的，所述墨水槽为一端封闭，一端开口的槽体，其中：

所述墨水槽开口的一端作为进墨口；

所述墨水槽封闭的一端的端面或底面上开有小孔，作为喷嘴。

进一步的，所述墨水槽通过在墨水槽板上切槽加工制得，所述指状悬臂式压电陶瓷通过在压电陶瓷板上切槽加工制得。

进一步的，所述压电陶瓷悬臂梁为压电双晶片结构，包括内电极，所述内电极的两个表面均设置有压电陶瓷片，每个压电陶瓷片的外表面均设 置有外电极。

进一步的，所述压电陶瓷悬臂梁的两个压电陶瓷片的极化方向相同或相反。

进一步的，所述内电极的材质为银钯合金、铜或银，所述压电陶瓷片的材质为锆钛酸铅，所述外电极的材质铝、银、镍或金；所述墨水槽的材质为结构陶瓷或硅材料；所述喷嘴板的材质为结构陶瓷、镍铁合金、有机玻璃、工程塑料、特氟龙或半导体硅材料；所述柔性隔膜的材质为有机薄膜。

另一方面，提供一种上述的指状悬臂式压电喷头的加工方法，包括：

步骤1：在所述墨水槽板上进行精密切槽加工，形成所述墨水槽，其中所述墨水槽的一端开口，作为所述进墨口；

步骤2：将所述柔性隔膜覆盖并粘在所述墨水槽上，形成所述墨水腔；

步骤3：将所述压电陶瓷板覆盖并粘在所述柔性隔膜上；

步骤4：将所述压电陶瓷板远离所述进墨口的一端进行切割，形成所述指状悬臂式压电陶瓷；

步骤5：在所述墨水腔的另一端设置所述喷嘴。

再一方面，提供一种喷涂设备，包括上述任一的指状悬臂式压电喷头。

本发明具有以下有益效果：

本发明的指状悬臂式压电喷头在工作时，墨水从进墨口流入墨水腔，通过驱动电路对压电陶瓷悬臂梁加电信号，压电陶瓷悬臂梁会发生向柔性隔膜方向的变形，挤压柔性隔膜，使柔性隔膜向墨水腔内凹陷，将墨水从喷嘴挤出，完成打印或点胶等。

本发明结构简单，加工方便。本发明中使用指状悬臂式压电陶瓷作为驱动部件，指状悬臂式压电陶瓷由于是整体结构，所有的压电陶瓷悬臂都通过梁连接基板连接在一起，因此只需要加工出指状悬臂式压电陶瓷，然后将其覆盖在柔性隔膜上即可，无需为每个墨水腔都加工一个压电薄膜，然后再将压电薄膜一个个的站到墨水腔上方，这就使得本发明结构简单，且加工方便。另外，与现有技术相比，本发明的墨水槽、喷嘴以及柔性隔 膜等也存在结构简单，加工方便的优势。

本发明输出力高，适用范围广。本发明使用压电陶瓷悬臂梁作为驱动部件，其采用d₃₁面内横向弯曲变形，加电时变形量大，输出力高，可以对墨水腔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，提高喷墨打印头的工作效率，并且使用柔性隔膜代替了刚度大的硅材料，保证了墨水腔的变形量大，对墨水的压力高，进一步提高了输出力；并且压电陶瓷悬臂梁的最大位移发生在靠近喷嘴的一侧，可以在的墨水槽靠近喷嘴的位置，形成最大的墨水压力变化，更进一步提高了输出力；最后由于输出力高，本发明的指状悬臂式压压电喷头不仅适用于家庭和办公打印，还适用于工业上陶瓷喷墨打印或者对于喷射力要求高的点胶打印，以及喷涂釉料或电极浆料等，适用范围广。

本发明不易磨损，寿命长。压电陶瓷悬臂梁变形时，只会使柔性隔膜变形，墨水腔的其他部分不变形，使墨水腔不易磨损，寿命长。

综上所述，与现有技术相比，本发明的指状悬臂式压电喷头结构简单，加工方便；输出力高，适用范围广；不易磨损，寿命长。

附图说明

图1为现有技术中爱普生打印机喷头的结构示意图；

图2为现有技术中爱普生打印机喷头的剖视图；

图3为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例一的立体图一；

图4为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例一的立体图二；

图5为图3的俯视图；

图6为图5的A-A向剖视图；

图7为图5的B-B向剖视图；

图8为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例一的工作过程示意图；

图9为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例二的B-B向剖视图；

图10为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例三的B-B向剖视图；

图11为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例四的B-B向剖视图；

图12为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例五中的喷嘴板的示意图；

图13为本发明的指状悬臂式压电喷头的实施例六中的压电陶瓷悬臂梁的示意图；

图14为本发明的指状悬臂式压电喷头的加工过程的一个实施例的示意图。

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，本发明提供一种指状悬臂式压电喷头，其中实施例一如图3至图8所示，包括至少一个墨水槽110，墨水槽110上覆盖有柔性隔膜120，形成墨水腔，墨水腔的一端设置有进墨口130，另一端设置有喷嘴140，柔性隔膜120上设置有指状悬臂式压电陶瓷150，指状悬臂式压电陶瓷150包括连接基板151和从连接基板151侧面伸出的多个采用d₃₁面内横向弯曲变形模式的压电陶瓷悬臂梁152，压电陶瓷悬臂梁152位于墨水腔的上方并与墨水腔一一对应，压电陶瓷悬臂梁152连接有驱动电路。

本实施例的指状悬臂式压电喷头在工作时，墨水从进墨口流入墨水腔，通过驱动电路对压电陶瓷悬臂梁加电信号，压电陶瓷悬臂梁会发生向柔性隔膜方向的变形，挤压柔性隔膜，使柔性隔膜向墨水腔内凹陷，将墨水从喷嘴挤出，完成打印或点胶等。

本实施例结构简单，加工方便。本实施例中使用指状悬臂式压电陶瓷作为驱动部件，指状悬臂式压电陶瓷由于是整体结构，所有的压电陶瓷悬臂都通过梁连接基板连接在一起，因此只需要加工出指状悬臂式压电陶瓷，然后将其覆盖在柔性隔膜上即可，无需为每个墨水腔都加工一个压电薄膜，然后再将压电薄膜一个个的站到墨水腔上方，这就使得本实施例结构简单，且加工方便。另外，与现有技术相比，本实施例的墨水槽、喷嘴以及柔性隔膜等也存在结构简单，加工方便的优势。

本实施例输出力高，适用范围广。本实施例使用压电陶瓷悬臂梁作为驱动部件，其采用d₃₁面内横向弯曲变形，加电时变形量大，输出力高，可以对墨水腔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，提高喷墨打印头的工作效率，并且使用柔性隔膜代替了刚度大的硅材料，保证了墨水腔的变形量大，对墨水的压力高，进一步提高了输出力；并且压电陶瓷悬臂梁的最大位移发生在靠近喷嘴的一侧，可以在的墨水槽靠近喷嘴的位置，形成最大的墨水压力变化，更进一步提高了输出力；最后由于输出力高，本实施例的指状悬臂式压压电喷头不仅适用于家庭和办公打印，还适用于工业上陶瓷喷墨打印或者对于喷射力要求高的点胶打印，以及喷涂釉料或电极浆料等，适用范围广。

本实施例不易磨损，寿命长。压电陶瓷悬臂梁变形时，只会使柔性隔膜变形，墨水腔的其他部分不变形，使墨水腔不易磨损，寿命长。

综上所述，与现有技术相比，本实施例的指状悬臂式压电喷头结构简单，加工方便；输出力高，适用范围广；不易磨损，寿命长。

上述的实施例一中，墨水槽以及喷嘴等有多种设置方式，这里给出几个实施例：

实施例二：

如图9所示(图9中220为本实施例的柔性隔膜，250为本实施例的指状悬臂式压电陶瓷)，墨水槽210为两端开口的槽体，其中：

墨水槽210的一端作为进墨口230；

墨水槽210的另一端的端面上设置有密封部件260，墨水槽的另一端的底部开有出墨口270，喷嘴240设置在喷嘴板280上，喷嘴板280粘在出墨口270上。

本实施例的指状悬臂式压电喷头为侧面喷射，并且本实施例中，墨水槽为两端开口的槽体，可以方便的加工，并且将喷嘴设置在喷嘴板上，若喷嘴发生故障，只需要更换喷嘴板即可，方便维修保养。

实施例三：

如图10所示(图10中320为本实施例的柔性隔膜，350为本实施例 的指状悬臂式压电陶瓷)，墨水槽310为两端开口的槽体，其中：

墨水槽310的一端作为进墨口330；

喷嘴340设置在喷嘴板380上，喷嘴板380粘在墨水槽310的另一端的端面上。

本实施例的指状悬臂式压电喷头为端面喷射，并且本实施例中，墨水槽为两端开口的槽体，可以方便的加工，并且将喷嘴设置在喷嘴板上，若喷嘴发生故障，只需要更换喷嘴板即可，方便维修保养。

实施例四：

如图11所示(图11中420为本实施例的柔性隔膜，450为本实施例的指状悬臂式压电陶瓷)，墨水槽410为一端封闭，一端开口的槽体，其中：

墨水槽410开口的一端作为进墨口430；

墨水槽410封闭的一端的端面或底面上开有小孔，作为喷嘴440。

本实施例的指状悬臂式压电喷头为端面喷射，并且本实施例中，将喷嘴设置直接设置在墨水槽封闭的一端的端面，使得结构更简单，加工更方便。

上述各个实施例的墨水槽和指状悬臂式压电陶瓷的加工方式有多种，这里给出一个实施例：

实施例五：

如图12所示，墨水槽510通过在墨水槽板590上切槽加工制得，指状悬臂式压电陶瓷通过在压电陶瓷板上切槽加工制得。

本实施例中，墨水槽和指状悬臂式压电陶瓷的加工简单方便。

进一步的，压电陶瓷悬臂梁的结构有多种，这里给出一个实施例：

实施例六

如图13所示(图13中，655、656、657为电极引线)，压电陶瓷悬臂梁652为压电双晶片结构，包括内电极653，内电极653的两个表面均设置有压电陶瓷片654，每个压电陶瓷片654的外表面均设置有外电极。

压电双晶片结构的压电陶瓷悬臂梁变形量更大，输出力更高，有利于 提高打印效率。

另外，本实施例中，指状悬臂式压电陶瓷中，在切槽加工时，外电极也一并被切开，并且将连接基板处的外电极也一并切开，防止多个压电陶瓷悬臂梁的外电极连在一起而导电。

更进一步的，压电双晶片的具体结构有多种，这里给出一个实施例：

实施例七：

压电陶瓷悬臂梁的两个压电陶瓷片的极化方向相同或相反。当极化方向相反时，电极引线655接交流电+，电极引线656、657接交流电-；当极化方向相同时，电极引线655接地，电极引线656接交流电+，电极引线657接交流电-。由于交流幅值随时变化，+、-只作为记号。

上述的各个实施例中，各种部件的材料可以根据本领域技术人员的知识自行选择，这里给出一个实施例：

实施例八：

内电极的材质为银钯合金、铜或银，压电陶瓷片的材质为锆钛酸铅，外电极的材质铝、银、镍或金。

墨水槽的材质为结构陶瓷或硅材料；喷嘴板的材质为结构陶瓷、镍铁合金、有机玻璃、工程塑料、特氟龙或半导体硅材料。墨水槽、喷嘴板的材质均为刚性材料，不易变形，不易磨损，寿命更长。

柔性隔膜的材质为有机薄膜；有机薄膜的弹性模量小，在压电陶瓷悬臂梁的作用下容易产生变形，可以对墨水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，提高喷墨打印头的工作效率，已有的压电喷头的墨水槽密封采用的是有一定刚度的硅材质、陶瓷材质、金属材质等，变形小；并且有机薄膜耐腐蚀，使用范围广，寿命长。

另一方面，本发明提供一种上述压电喷头的加工方法，其中一个实施例如图14所示，包括：

步骤1：在墨水槽板上进行精密切槽加工，形成墨水槽，其中墨水槽的一端开口，作为进墨口；当然，进一步的，墨水槽的另一端也开口，如图14中a，b所示。

步骤2：将柔性隔膜覆盖并粘在墨水槽上，形成墨水腔；如图14中c所示，进一步的，将密封部件设置在墨水槽的另一端，如图14中d所示。

步骤3：将压电陶瓷板覆盖并粘在柔性隔膜上。

步骤4：将压电陶瓷板远离进墨口的一端进行切割，形成指状悬臂式压电陶瓷；如图14中e所示。

步骤5：在墨水腔的另一端设置喷嘴；进一步的，喷嘴设置在喷嘴板上，喷嘴板覆盖在出墨口上，如图14中f所示。

本实施例很容易根据实际需要，制备成不同物理分辨率的喷头结构，比如分辨率超过600dpi用于传统印刷行业的精密压电喷墨头，也可以轻易获得分辨率低于180dpi的可用于多点点胶，或釉料喷射的压电喷头结构。本实施例工艺简单，加工方便，成本低，适用范围广。

再一方面，本发明提供一种喷涂设备，其中一个实施例包括上述任一的指状悬臂式压电喷头。喷涂设备包括打印机、点胶机、喷釉喷涂设备或电极浆料喷涂设备。

本实施例的喷涂设备结构简单，加工方便；输出力高，适用范围广；不易磨损，寿命长。

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。