噴墨打印頭及噴墨打印的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噴墨打印頭，包括至少一個噴射單元，與噴射單元相適配的蓋膜、壓電陶瓷致動器和蓋板，流體流入管路，流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置；壓電陶瓷制動器和蓋板連接形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷單元；蓋板和噴射單元相連接，該連接接觸面在噴射單元的一側設有若干流體槽，壓電陶瓷單元的位置與流體槽的凹槽位置相對應；流體槽與蓋板形成流體通道，每個流體通道對應設有至少一個噴嘴通至外界，使噴墨打印頭形成側面或端面噴射。相應地，本發(fā)明還公開了一種噴墨打印機。采用本發(fā)明，在能增大壓電陶瓷制動器的變形量、實現(xiàn)大粒徑墨水的有效噴射動作的前提下，相鄰噴嘴可以同時動作，以使所有噴嘴可以同時工作，提高了工作效率。
【專利說明】噴墨打印頭及噴墨打印機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及噴墨打印領域，特別涉及一種適用于噴墨打印、釉色裝飾、生物制藥的噴墨打印頭及噴墨打印機。
【背景技術】
[0002]目前，基于壓電陶瓷驅(qū)動的墨水噴頭和釉料噴頭品種較多，但是通常這類噴墨打印頭(簡稱噴頭)為了更換方便和降低成本，噴頭與墨盒是分離的，換墨盒時不必更換噴頭，因此噴頭使用時間較長，墨腔中長期沉積下來的墨水及其雜質(zhì)容易造成流體槽或噴嘴的堵塞，這已成為限制基于壓電陶瓷驅(qū)動的噴頭壽命的瓶頸問題。所以，近年來不少創(chuàng)新設計都在考慮或者追求如何避免噴頭的堵塞問題，以延長該類噴頭的使用壽命，實現(xiàn)壓電噴頭更大規(guī)模和范圍的使用。
[0003]另外，噴頭作為目前陶瓷噴墨打印機最核心、所占成本最高、最重要、技術含量最高的部件，國內(nèi)從研發(fā)到制造均屬空白，完全依賴于進ロ。而為了盡可能保護墨水中的色料結構，更好地增強發(fā)色效果和陶瓷磚裝飾效果，一般需要加大陶瓷材料墨水的粒徑，將現(xiàn)有的陶瓷材料墨水的平均粒徑300nm，擴展使用到0.8至8微米的粒徑范疇，這就需要重新設計噴頭的噴射單元結構和噴射原理，以達到増大壓電陶瓷制動器的變形量的目的，才能實現(xiàn)大粒徑墨水的有效噴射動作。市場現(xiàn)有的壓電陶瓷噴墨頭，如市場占有率較高的英國XAAR1001 GS6, XAAR1001 GS12噴墨頭，采用的是壓電陶瓷切槽エ藝，通過壓電陶瓷凹槽壁的剪切變形，實現(xiàn)墨水的擠出動作，但由于槽壁的動作會影響到臨近凹槽壁的噴射動作，所以現(xiàn)有噴墨頭的噴嘴板一般都是按照噴嘴三個ー組來設計，同組內(nèi)的噴嘴分時間序列實現(xiàn)噴墨動作，不能同時動作。本專利將通過提出ー種新型噴墨打印頭結構和噴射原理，重點解決上述技術的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種噴墨打印頭，在能増大壓電陶瓷制動器的變形量、實現(xiàn)大粒徑墨水的有效噴射動作的前提下，其相鄰噴嘴可以同時動作，極大提高了效率。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題還在于，提供一種噴墨打印頭，能實現(xiàn)墨水在噴頭結構內(nèi)部的有效循環(huán)，避免流體槽或噴嘴的堵塞。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題還在于，提供一種噴墨打印頭，能有效實現(xiàn)電路的散熱，提高工作溫度的穩(wěn)定性，保障工作狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題還在于，提供一種采用上述噴墨打印頭的噴墨打印機，其結構簡単，效率高，可以有效控制成本并保證質(zhì)量，保護墨水中的色料結構，更好地增強發(fā)色效果和裝飾效果。
[0008]為達到上述技術效果，本發(fā)明提供了一種噴墨打印頭，包括至少ー個噴射單元，與所述噴射単元相適配的蓋膜、壓電陶瓷致動器和蓋板，流體流入管路，流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置；
所述蓋膜、壓電陶瓷致動器、蓋板和噴射單元依次相連，所述蓋膜為壓電陶瓷制動器的ー電極，所述蓋板為所述壓電陶瓷致動器的另ー電極，與外置的電源地連接；
所述壓電陶瓷制動器和蓋板連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷單元，所述壓電陶瓷單元的變形采用d31橫向彎曲模式；所述蓋板和噴射單元相連接，該連接接觸面在所述噴射単元的一側設有若干流體槽，所述壓電陶瓷單元的位置與所述流體槽的凹槽位置相對應；
所述流體槽與所述蓋板形成流體通道，所述每個流體通道對應設有至少ー個噴嘴通至外界，使所述噴墨打印頭形成側面或端面噴射；
所述噴嘴在噴墨打印頭工作時，相鄰噴嘴可同時工作。
[0009]作為上述方案的改進，所述壓電陶瓷單元為條形壓電陶瓷片；
和/或，所述壓電陶瓷單元為單層壓電陶瓷片或雙層壓電陶瓷片。
[0010]作為上述方案的改進，所述壓電陶瓷單元選用雙層壓電陶瓷片時，兩層的壓電陶瓷片粘結在一起，上下表面被電極，沿壓電陶瓷片的厚度方向極化，且極化方向相反。
[0011]作為上述方案的改進，所述蓋板的上表面設有若干導電通道，所述導電通道連接所述壓電陶瓷單元的上下表面電極。
[0012]作為上述方案的改進，所述流體流入管路沿著所述蓋板和所述至少一個噴射単元的ー側設置，用于把流體輸送至每個噴射単元的流體槽；
所述流體流出管路沿著所述蓋板和所`述至少一個噴射単元的另ー側設置，用于把流體輸送出每個噴射單元的流體槽；
所述流體流入管路和所述流體流出管路形成流體在所述流體槽中的內(nèi)循環(huán)。
[0013]作為上述方案的改進，所述驅(qū)動電路裝置用于向所述壓電陶瓷致動器發(fā)送驅(qū)動信號;
所述驅(qū)動電路裝置與所述蓋板集成在一起，或與所述蓋板通過帶有導電通道的柔性PCB相連。
[0014]作為上述方案的改進，所述噴嘴通過激光加工、超聲波加工或者精密雕刻機加工制得；
所述噴射單元采用微注塑成型エ藝加工制得。
[0015]作為上述方案的改進，所述壓電陶瓷制動器的材質(zhì)選用軟性壓電陶瓷材料或者壓電應變常數(shù)d33大于500的壓電材料；
所述蓋膜選用帶有導電通道的柔性PCB板，或者帶有導電通道的結構陶瓷作為導電基板，所述結構陶瓷選用氧化鋁、氧化鋯、氮化硅和/或氮化鋁；
所述蓋板的材質(zhì)選用金屬材料或非金屬材料，所述金屬材料選用鎳鐵合金、不銹鋼和/或鈹青銅，所述非金屬材料選用聚四氟乙烯樹脂；
所述流體槽的材質(zhì)選用結構陶瓷、有機玻璃、工程塑料或半導體硅材料，所述結構陶瓷選用氧化招、氧化錯、氮化娃和/或氮化招。
[0016]作為上述方案的改進，所述蓋板的厚度き30iim且蘭IOOum ；
所述壓電陶瓷致動器的厚度き100iimi^ 500iim;
所述噴嘴的直徑き25 ii m且蘭80 ii m ; 所述流體槽的深度含500 u m。
[0017]相應的，本發(fā)明還提供了一種噴墨打印機，包括噴墨打印頭、移動部件和驅(qū)動控制部件，其中，所述噴墨打印頭選用上述噴墨打印頭。
[0018]實施本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明提供了一種噴墨打印頭，其基于壓電陶瓷微単元橫向變形效應，包括噴射單元、蓋膜、壓電陶瓷致動器、蓋板、流體流入管路、流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置等，壓電陶瓷制動器和蓋板連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷單元，蓋板和噴射單元相連接、該連接接觸面在所述噴射単元的一側設有若干流體槽，流體槽與蓋板形成流體通道，每個流體通道對應設有至少ー個噴嘴通至外界，使所述噴墨打印頭形成側面或端面噴射。上述各個機構的協(xié)同作用，使本發(fā)明可以同時滿足以下要求:
一、壓電陶瓷制動結構簡單、能増大壓電陶瓷制動器的變形量、實現(xiàn)大粒徑墨水的有效噴射動作:本發(fā)明將壓電陶瓷制動器和蓋板連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷單元，且壓電陶瓷單元空間位置正好與蓋板另一側噴射単元的流體槽的凹槽位置相對應。因此，相鄰壓電陶瓷單元之間彼此獨立，単元加電之后獨自變形，不會影響到或受制于相鄰條形壓電陶瓷單元的變形。再者，壓電陶瓷單元的變形采用的是‘橫向彎曲模式，可以對流體槽中的墨水產(chǎn)生較大的變形壓力，有利于增加墨滴噴射初始速度，實現(xiàn)大粒徑墨水的有效噴射動作。
[0019]ニ、噴嘴獨立工作，提高工作效率:現(xiàn)有的壓電陶瓷噴頭，由于受到壓電陶瓷剪切變形模式的限制，某ー個流體槽工作吋，其相鄰兩側的流體槽必須處于不工作狀態(tài)，否則彼此之間噴射動作會形成干渉，導致噴射単元不能正常工作。所以在已有的壓電陶瓷噴頭的噴嘴板設計中，噴嘴排布往往是三個ー組，循環(huán)排列，工作時不同組同一位置的噴嘴依次循環(huán)工作。而本發(fā)明壓電陶瓷制動中的壓電陶瓷單元設置為彼此互不連接的獨立的條形壓電陶瓷單元，彼此動作互不干擾，任何時刻任意噴嘴都可以單獨工作或相鄰噴嘴同時工作，以使所有噴嘴可以同時工作，不存在傳統(tǒng)噴墨頭三個噴嘴ー組分時序工作的問題，這會極大改善了壓電陶瓷噴頭的工作效率。
[0020]三、壓電陶瓷的驅(qū)動方式多祥:本發(fā)明可采用不同的壓電陶瓷驅(qū)動方法。其既可以采用單層壓電陶瓷驅(qū)動，利用壓電陶瓷的彎曲變形，使蓋板產(chǎn)生形變，流體槽內(nèi)的墨水受壓迫后從噴嘴中噴出；其也可以采用雙層壓電陶瓷驅(qū)動，將兩塊極化方向相反的壓電陶瓷疊在一起，置于蓋板之上，加電后ー個條形壓電陶瓷單元產(chǎn)生壓縮變形，另ー個條形壓電陶瓷單元產(chǎn)生伸長變形，由此形成彎曲變形，壓迫流體槽內(nèi)的墨水，使之從噴嘴中噴出。
[0021]四、能實現(xiàn)墨水內(nèi)循環(huán)，避免墨水堵塞，提聞噴射精度和噴頭的使用壽命:由于墨水質(zhì)量、密封不嚴等原因，墨水中的顆粒、氣泡等會滯留在噴ロ、流體槽等流道處，這將導致噴頭的噴嘴和流體槽堵塞、流道壓カ不穩(wěn)、噴射精度下降等問題。由于本發(fā)明有ー組流體流入管路和ー組流體流出管路，流體流入管路和流體流出管路形成流體在所述流體槽中的內(nèi)循環(huán)，因此，墨水在流體槽中循環(huán)流動，是“活水”，可以將墨水中的雜質(zhì)、氣泡等帶出，送至墨盒中，這樣就避免了流體槽和噴ロ的堵塞，提高噴射精度，延長噴頭的壽命。
[0022]五、有效實現(xiàn)電路的散熱，提高工作溫度的穩(wěn)定性:蓋板的一側與噴射單元構成腔體陣列，形成眾多流體槽，墨水就在該腔體陣列中循環(huán)流動。電極布置在蓋板的另ー側，與壓電陶瓷致動器連接，并為其提供驅(qū)動信號。工作時電極產(chǎn)生的大量熱量可通過蓋板傳到墨水處，并隨著墨水的循環(huán)流動被帶走，實現(xiàn)電路的散熱，這樣可以有效地減少過熱的問題，噴頭的工作溫度比較穩(wěn)定，保障噴頭的工作狀態(tài)。
[0023]六、結構緊湊，可排布較多的噴嘴，提高噴墨打印的速度:本發(fā)明所述噴墨打印頭僅由噴射単元、蓋膜、壓電陶瓷致動器、蓋板、流體流入管路、流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置構成，并且，所述蓋板的厚度き30i!m且蘭IOOy m、壓電陶瓷致動器的厚度きIOOymiき500 iim、噴嘴的直徑き25iim且蘭80 y m、流體槽的深度き500 y m，上述機構組合以及尺寸組合使得噴墨打印頭的結構簡單緊湊，可以排布較多的噴嘴，進而提高噴墨打印的速度，適應不同場合的工作需求，有較強的實用性，尤其適用于噴墨打印、釉色裝飾、生物制藥等領域。
[0024]相應的，本發(fā)明提供了一種噴墨打印機，其噴頭采用上述噴墨打印頭。由于所述噴墨打印頭具有上述優(yōu)點，使得噴墨打印機結構簡單，效率高，可以有效控制成本并保證質(zhì)量，保護墨水中的色料結構，更好地增強發(fā)色效果和裝飾效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明噴墨打印頭第一實施例的結構示意圖；
圖2為圖1所不噴墨打印頭A部的局部放大視圖；
圖3為圖1所不嗔星打印頭B部的局部放大首I]視圖；
圖4為圖1所不嗔星打印頭的首I]視圖；
圖5為圖4所示C-C方向上的剖視圖；
圖6為本發(fā)明噴墨打印頭第二實施例的剖視圖；` 圖7為圖6所示噴墨打印頭中壓電陶瓷的驅(qū)動變形方式示意圖；
圖8為圖6所示D-D方向上的剖視圖；
圖9為本發(fā)明噴墨打印頭第三實施例的結構示意圖；
圖10為圖9所不噴墨打印頭的首I]視圖；
圖11為本發(fā)明噴墨打印頭第四實施例的結構示意圖；
圖12為圖11所示噴墨打印頭的剖視圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明作進ー步地詳細描述。
[0027]結合圖1至圖12，本發(fā)明提供了一種噴墨打印頭的多種實施方式，包括至少ー個噴射單元，與所述噴射単元相適配的蓋膜、壓電陶瓷致動器和蓋板，流體流入管路，流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置。所述蓋膜、壓電陶瓷致動器、蓋板和噴射單元由上至下依次相連。所述蓋膜為壓電陶瓷制動器的ー電極，同時也起到保護壓電陶瓷制動器的作用。所述蓋板為所述壓電陶瓷致動器提供物理支撐和導電通道，作為所述壓電陶瓷致動器的另ー電扱，與外置的電源地連接。所述壓電陶瓷制動器和蓋板連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷單元，所述壓電陶瓷單元的變形采用d31橫向彎曲模式；所述蓋板和噴射單元相連接，該連接接觸面在所述噴射単元的一側設有若干流體槽，所述壓電陶瓷単元的位置與所述流體槽的凹槽位置相對應；所述流體槽與所述蓋板形成流體通道，所述每個流體通道對應設有至少ー個噴嘴通至外界，使所述噴墨打印頭形成側面或端面噴射。所述噴嘴在噴墨打印頭工作時，相鄰噴嘴可同時工作。
[0028]其中，所述壓電陶瓷單元優(yōu)選為條形壓電陶瓷片。
[0029]所述d31橫向彎曲模式是指，d31代表極化方向與外力方向垂直的壓電系數(shù)。國外賽爾的噴頭采用的是壓電陶瓷材料的d15壓電系數(shù)，即利用壓電陶瓷片的剪切變形模式，與本發(fā)明所提出的壓電陶瓷片的橫向彎曲模式不同。主要區(qū)別在于:1、如果以墨腔的容積產(chǎn)生變化，即墨水受到壓電陶瓷變形導致的擠壓力，則僅僅依靠壓電陶瓷片自身的變形是不夠的，本發(fā)明需要將壓電陶瓷片粘結到彈性基體材料上，通過壓電陶瓷的伸縮變形，導致彈性基體層的“被”彎曲，進而形成對墨腔中墨水的擠壓力。2、由于上述I的原理，使得采用d31壓電陶瓷實現(xiàn)噴墨要比采用d15壓電陶瓷實現(xiàn)噴墨的原理和制備エ藝簡單，壓電陶瓷本身只作為驅(qū)動元件，與墨腔結構是完全獨立的。而賽爾采用的d15壓電陶瓷噴墨頭，壓電陶瓷既作為驅(qū)動元件，同時也作為墨腔使用，兩種不同的目標功能同時復合在壓電陶瓷上，勢必導致壓電陶瓷自身的制備エ藝復雜，技術要求高。3、d15壓電系數(shù)雖然要比d31大些，但是賽爾頭墨腔懸臂深度，即墨腔深度是有限的，因此所形成的變形量是有限的。但是采用d31壓電陶瓷噴墨頭，由于沿著墨槽長度方向上，壓電陶瓷單元整體上產(chǎn)生比較明顯的彎曲變形，變形量積累到墨腔中勢必形成比較大的體積變形量，即形成利于噴射的驅(qū)動力。
[0030]本發(fā)明采用一種結構和原理創(chuàng)新的噴射單元，噴射單元中所用壓電陶瓷制動器結構簡單，相鄰條形壓電陶瓷單元之間彼此獨立，単元加電之后獨自變形，不會影響到或受制于相鄰條形壓電陶瓷単元的變形。條形壓電陶瓷単元的變形采用的是壓電陶瓷d31橫向彎曲模式，可以對流體槽中的墨水產(chǎn)生較大的變形壓力，有利于增加墨滴噴射初始速度。最大特點為壓電陶瓷制動器中的條形壓電陶瓷単元彼此動作互不干擾，任何時刻任意噴嘴都可以單獨工作或相鄰噴嘴同時工作，以使所有噴嘴可以同時工作，不存在傳統(tǒng)噴墨頭三個噴嘴一組分時序工作的問題，這會極大改善壓電陶瓷噴頭的工作效率。同時，本發(fā)明噴頭包含ー組流體流入管路和ー組流體流出管路，墨水在流體槽中循環(huán)流動，是“活水”，可以將墨水中的雜質(zhì)、氣泡等帶出，送至墨盒中，這樣就避免了流體槽和噴ロ的堵塞，提高了噴射精度，延長了噴頭的使用壽命。工作時電極產(chǎn)生的大量熱量可通過蓋板傳到墨水處，井隨著墨水的循環(huán)流動被帶走，實現(xiàn)電路的散熱，這樣可以有效地減少過熱的問題，噴頭的工作溫度比較穩(wěn)定，保障噴頭的工作狀態(tài)。此外，本發(fā)明噴頭結構簡單、緊湊，可以排布較多的噴嘴，能適應不同場合的工作需求，有較強的實用性，尤其適合在噴墨打印、釉色裝飾、生物制藥等領域中應用。
[0031]下面以具體實施例進ー步闡述本發(fā)明
參見圖1，本發(fā)明提供了噴墨打印頭的第一實施例，包括一個噴射単元5，與所述噴射単元5相適配、具有同等數(shù)量的蓋膜2、壓電陶瓷致動器3和蓋板4，由流體流入管路11構成的第一循環(huán)通路主體1，由流體流出管路11'構成的第二循環(huán)通路主體I'，以及驅(qū)動電路裝置(圖中未示出)。所述蓋膜2、壓電陶瓷致動器3、蓋板4和噴射單元5由上至下依次相連。
[0032]其中，所述蓋膜2為壓電陶瓷制動器3的ー電極，同時也起到保護壓電陶瓷制動器的作用。所述蓋膜2優(yōu)先選用帶有導電通道的柔性PCB板，或者選用帶有導電通道的結構陶瓷作為導電基板，但不限于此。其中，所述結構陶瓷可以選用但不限于氧化鋁、氧化鋯、氮化硅和/或氮化鋁。
[0033]需要說明的是，PCB (Printed Circuit Board)，中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板。PCB是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。
[0034]參見圖2，所述壓電陶瓷制動器3和蓋板4連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的條形壓電陶瓷単元31，所述壓電陶瓷單元31的變形采用d31橫向彎曲模式。優(yōu)選地，所述壓電陶瓷單元可以為單層壓電陶瓷片或雙層壓電陶瓷片。在本實施例中，所述壓電陶瓷單元為單層壓電陶瓷片。在材質(zhì)方面，所述壓電陶瓷制動器3的材質(zhì)優(yōu)先選用軟性壓電陶瓷材料，例如商用PZT5H，或者壓電應變常數(shù)d33大于500的壓電材料。而在尺寸方面，所述壓電陶瓷致動器的厚度優(yōu)選設置為S lOOym且5 500 u m0
[0035]所述蓋板4為所述壓電陶瓷致動器3提供物理支撐和導電通道，作為所述壓電陶瓷致動器3的另ー電極，與外置的電源地連接。具體的，所述蓋板4的上表面設有若干導電通道，所述導電通道連接所述壓電陶瓷單元31的上下表面電極。在材質(zhì)方面，所述蓋板4的材質(zhì)優(yōu)先選用金屬材料或非金屬材料，所述金屬材料可以選用彈性較好的鎳鐵合金、不銹鋼和/或鈹青銅，所述非金屬材料可以選用聚四氟こ烯樹脂，即特氟龍材料，但不限于此。而在尺寸方面，所述蓋板的厚度優(yōu)選設置為きIOOum0
[0036]需要說明的是，所述驅(qū)動電路裝置用于向所述壓電陶瓷致動器3發(fā)送驅(qū)動信號；所述驅(qū)動電路裝置可以與所述蓋板4集成在一起，或與所述蓋板4通過帶有導電通道的柔性PCB相連。
[0037]參見圖3，所述蓋板4和噴射單元5相連接，該連接接觸面在所述噴射単元5的一側設有若干流體槽51，所述壓電陶瓷單元31的位置與所述流體槽51的凹槽位置相對應；所述流體槽51與所述蓋板4形成流體通道，所述每個流體通道對應設有至少ー個噴嘴52通至下方，使所述噴墨打印頭形成側面噴射。所述噴射単元5可以采用微注塑成型エ藝加エ制得，所述噴嘴52可以通過激光加工、超聲波加工或者精密雕刻機加工制得。在材質(zhì)方面，所述流體槽51的材質(zhì)優(yōu)先選用結構陶瓷、有機玻璃、工程塑料或半導體硅材料，所述結構陶瓷選用氧化鋁、氧化鋯、氮化硅和/或氮化鋁。而在尺寸方面，所述流體槽51的深度優(yōu)選設置為寫500 ii m ;所述噴嘴52的直徑優(yōu)選設置為き25 ii m且寫80 ii m。
[0038]參見圖4，所述流體流入管路11沿著所述蓋板4和所述至少一個噴射単元5的一側設置，用于把流體輸送至每個噴射単元5的流體槽51 ;所述流體流出管路11'沿著所述蓋板4和所述至少一個噴射単元5的另ー側設置，用于把流體輸送出每個噴射単元5的流體槽；所述流體流入管路11和所述流體流出管路11'形成流體在所述流體槽中的內(nèi)循環(huán)。需要說明的是，所述流體可以是墨水、釉料等，但不限于此。
[0039]本發(fā)明壓電陶瓷制動中的壓電陶瓷單元31設置為彼此互不連接的獨立的條形壓電陶瓷単元，彼此動作互不干擾，任何時刻任意噴嘴52都可以單獨工作或相鄰噴嘴52同時工作，以使所有噴嘴52可以同時工作，不存在傳統(tǒng)噴墨頭三個噴嘴ー組分時序工作的問題，這會極大改善了壓電陶瓷噴頭的工作效率。
[0040]以墨水為例，如圖4中箭頭所示，墨水從流體流入管路11流入，經(jīng)過流體槽51，流入流體流出管路11'，返回墨盒，實現(xiàn)墨水的內(nèi)循環(huán)。當給壓電陶瓷制動器3供電時，會引起壓電陶瓷制動器3自身的伸縮變形，帶動蓋板4彎曲，壓迫流入流體槽51中的墨水，將墨水從噴嘴52噴出，完成噴墨動作。蓋膜2和蓋板4上都有控制壓電陶瓷制動器3的電極(導線部分在圖上未示出)。
[0041]參見圖5，圖5顯示了壓電陶瓷單元31、蓋板4、流體槽51和噴嘴52之間的相互關系。從圖5可以清楚地看出，壓電陶瓷制動器3被切割成一段一段的條形壓電陶瓷単元31，在實際加工過程中，允許在切槽時過切至蓋板4，即切槽刀可以部分切入蓋板4，但是，切槽刀不可以切入蓋板4過深。也就是說，既要保證各個條形壓電陶瓷単元31之間是相對獨立的，以保證各個條形壓電陶瓷單元31工作時不互相干渉，又要避免切得過深，破壞蓋板4的強度。切割后形成的條形壓電陶瓷単元31的空間位置正好與流體槽51的凹槽“凹部”一一對應。當通過蓋膜2給任意條形壓電陶瓷単元31供電，都會引起條形壓電陶瓷単元31自身的伸縮變形，進而帶動蓋板4彎曲，壓迫流入流體槽51中的墨水，將墨水從噴嘴52噴出，完成嗔星動作。
[0042]參見圖6，本發(fā)明提供了噴墨打印頭的第二實施例，與圖1至圖5所示第一實施例不同的是，所述壓電陶瓷單元為雙層壓電陶瓷片，包括上層壓電陶瓷單元31和下層壓電陶瓷單元32，所述噴射単元5的每個噴嘴52受兩個疊起來的壓電陶瓷單元31和32的控制。
[0043]圖7示出了本發(fā)明第二實施例中壓電陶瓷的驅(qū)動方式。兩個壓電陶瓷単元(上層壓電陶瓷單元31和下層壓電陶瓷單元32)粘結在一起，上下表面被電極沿壓電陶瓷片的厚度方向極化，且極化方向相反。如圖7中粗箭頭所示，裝配時兩個條形壓電陶瓷単元31和32粘接在一起。當電極加電時，位于上方的上層壓電陶瓷單元31發(fā)生收縮變形，位于下方的下層壓電陶瓷單元32發(fā)生伸長變形(變形后狀態(tài)如圖7中虛線所示)，由于二者的連接面粘在一起，所以兩個壓電陶瓷単元整體上發(fā)生彎曲變形，壓迫下方的蓋板4，流體槽51中的墨水受到蓋板4的壓迫，使墨水從噴嘴52中噴出。
[0044]參見圖8，圖8顯示了上層壓電陶瓷單元31、下層壓電陶瓷單元32、蓋板4、流體槽51和噴嘴52之間的相互關系。從圖8可以清楚地看出，雙層壓電陶瓷制動器3已被切割成一段一段的條形壓電陶瓷単元，包括上層壓電陶瓷單元31、下層壓電陶瓷單元32，在實際加工過程中，允許在切槽時過切至蓋板4，即切槽刀可以部分切入蓋板4，但是，切槽刀不可以切入蓋板4過深。也就是說，既要保證各個條形壓電陶瓷単元(上層壓電陶瓷單元31、下層壓電陶瓷單元32)間是相對獨立的，以保證各個條形壓電陶瓷單元工作時不互相干渉，又要避免切得過深，破壞蓋板的強度。切割后形成的上層壓電陶瓷單元31、下層壓電陶瓷單元32的空間位置正好與流體槽51的凹槽“凹部” 一一對應。當通過蓋膜2給任意條形的上層壓電陶瓷單元31供電，都會引起上層壓電陶瓷單元31和下層壓電陶瓷單元32自身的伸縮變形，進而帶動蓋板4彎曲，壓迫流入流體槽51中的墨水，將墨水從噴嘴52噴出，完成噴墨動作。
[0045]參見圖9和圖10，本發(fā)明提供了噴墨打印頭的第三實施例，與圖1至圖5所示第一實施例不同的是，所述噴墨打印頭設有多個噴射単元5，所述多個噴射單元5設置成ー排。
[0046]需要說明的是，所述噴射単元5的數(shù)量可依需求增減，有較好的適應性。
[0047]參見圖11和圖12，本發(fā)明提供了噴墨打印頭的第四實施例，包括一個噴射単元5，與所述噴射単元5相適配、具有同等數(shù)量的蓋膜2、壓電陶瓷致動器3和蓋板4，夾持架6，噴嘴板7以及流體流入管路，流體流出管路和驅(qū)動電路裝置，其中，噴嘴板7上設有若干微孔71，所述夾持架6設有與所述微孔71相適配的鏤空部61。[0048]與圖1至圖5所示第一實施例不同的是，本實施例以噴嘴板7上的微孔71代替第一實施例中的噴嘴，所述噴嘴板7與噴射單元5相互獨立，噴嘴板7設在噴射単元5、蓋板
4、壓電陶瓷致動器3和蓋膜2構成整體的端面，所述每個微孔71 一一對應于所述流體槽51和所述蓋板4形成的每個流體通道。
[0049]墨水進入噴射単元5的流體槽51后，受壓電陶瓷制動器3的壓迫，經(jīng)噴嘴板7的微孔71噴出，使所述噴墨打印頭形成端面噴射。
[0050]本實施例中，噴墨打印頭的噴射單元5并沒有采用墨水循環(huán)流動的結構，也就是說，噴墨打印頭的流體流入管路和流體流出管路沒有形成流體在所述流體槽中的內(nèi)循環(huán)。為防止墨水在噴射單元5堵塞，可在墨水進入流體槽51前對墨水進行過濾。
[0051]此外，噴嘴板的夾持架6起到將噴嘴板7密封固定到噴射單元5上的作用。
[0052]綜上所述，本發(fā)明提供了一種噴墨打印頭，其基于壓電陶瓷微単元橫向變形效應，包括噴射單元、蓋膜、壓電陶瓷致動器、蓋板、流體流入管路、流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置等，壓電陶瓷制動器和蓋板連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷単元，蓋板和噴射單元相連接、該連接接觸面在所述噴射単元的一側設有若干流體槽，流體槽與蓋板形成流體通道，每個流體通道對應設有至少ー個噴嘴通至外界，使所述噴墨打印頭形成側面或端面噴射。上述各個機構的協(xié)同作用，使本發(fā)明可以同時滿足以下要求:
一、壓電陶瓷制動結構簡單、能増大壓電陶瓷制動器的變形量、實現(xiàn)大粒徑墨水的有效噴射動作:本發(fā)明將壓電陶瓷制動器和蓋板連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷單元，且壓電陶瓷單元空間位置正好與蓋板另一側噴射単元的流體槽的凹槽位置相對應。因此，相鄰壓電陶瓷單元之間彼此獨立，単元加電之后獨自變形，不會影響到或受制于相鄰條形壓電陶瓷單元的變形。再者，壓電陶瓷單元的變形采用的是‘橫向彎曲模式，可以對流體槽中的墨水產(chǎn)生較大的變形壓力，有利于增加墨滴噴射初始速度，實現(xiàn)大粒徑墨水的有效噴射動作。
[0053]ニ、噴嘴獨立工作，提高工作效率:現(xiàn)有的壓電陶瓷噴頭，由于受到壓電陶瓷剪切變形模式的限制，某ー個流體槽工作吋，其相鄰兩側的流體槽必須處于不工作狀態(tài)，否則彼此之間噴射動作會形成干渉，導致噴射単元不能正常工作。所以在已有的壓電陶瓷噴頭的噴嘴板設計中，噴嘴排布往往是三個ー組，循環(huán)排列，工作時不同組同一位置的噴嘴依次循環(huán)工作。而本發(fā)明壓電陶瓷制動中的壓電陶瓷單元設置為彼此互不連接的獨立的條形壓電陶瓷單元，彼此動作互不干擾，任何時刻任意噴嘴都可以單獨工作或相鄰噴嘴同時工作，以使所有噴嘴可以同時工作，不存在傳統(tǒng)噴墨頭三個噴嘴ー組分時序工作的問題，這會極大改善了壓電陶瓷噴頭的工作效率。
[0054]三、壓電陶瓷的驅(qū)動方式多祥:本發(fā)明可采用不同的壓電陶瓷驅(qū)動方法。其既可以采用單層壓電陶瓷驅(qū)動，利用壓電陶瓷的彎曲變形，使蓋板產(chǎn)生形變，流體槽內(nèi)的墨水受壓迫后從噴嘴中噴出；其也可以采用雙層壓電陶瓷驅(qū)動，將兩塊極化方向相反的壓電陶瓷疊在一起，置于蓋板之上，加電后ー個條形壓電陶瓷單元產(chǎn)生壓縮變形，另ー個條形壓電陶瓷單元產(chǎn)生伸長變形，由此形成彎曲變形，壓迫流體槽內(nèi)的墨水，使之從噴嘴中噴出。
[0055]四、能實現(xiàn)墨水內(nèi)循環(huán)，避免墨水堵塞，提聞噴射精度和噴頭的使用壽命:由于墨水質(zhì)量、密封不嚴等原因，墨水中的顆粒、氣泡等會滯留在噴ロ、流體槽等流道處，這將導致噴頭的噴嘴和流體槽堵塞、流道壓カ不穩(wěn)、噴射精度下降等問題。由于本發(fā)明有ー組流體流入管路和ー組流體流出管路，流體流入管路和流體流出管路形成流體在所述流體槽中的內(nèi)循環(huán)，因此，墨水在流體槽中循環(huán)流動，是“活水”，可以將墨水中的雜質(zhì)、氣泡等帶出，送至墨盒中，這樣就避免了流體槽和噴ロ的堵塞，提高噴射精度，延長噴頭的壽命。
[0056]五、有效實現(xiàn)電路的散熱，提高工作溫度的穩(wěn)定性:蓋板的一側與噴射單元構成腔體陣列，形成眾多流體槽，墨水就在該腔體陣列中循環(huán)流動。電極布置在蓋板的另ー側，與壓電陶瓷致動器連接，并為其提供驅(qū)動信號。工作時電極產(chǎn)生的大量熱量可通過蓋板傳到墨水處，并隨著墨水的循環(huán)流動被帶走，實現(xiàn)電路的散熱，這樣可以有效地減少過熱的問題，噴頭的工作溫度比較穩(wěn)定，保障噴頭的工作狀態(tài)。
[0057]六、結構緊湊，可排布較多的噴嘴，提高噴墨打印的速度:本發(fā)明所述噴墨打印頭僅由噴射単元、蓋膜、壓電陶瓷致動器、蓋板、流體流入管路、流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置構成，并且，所述蓋板的厚度き30i!m且蘭IOOy m、壓電陶瓷致動器的厚度きIOOymiき500 iim、噴嘴的直徑き25iim且蘭80 y m、流體槽的深度き500 y m，上述機構組合以及尺寸組合使得噴墨打印頭的結構簡單緊湊，可以排布較多的噴嘴，進而提高噴墨打印的速度，適應不同場合的工作需求，有較強的實用性，尤其適用于噴墨打印、釉色裝飾、生物制藥等領域。
[0058]相應的，本發(fā)明還提供了一種噴墨打印機，包括噴墨打印頭、移動部件和驅(qū)動控制部件，其中，所述噴墨打印頭選用上述噴墨打印頭。由于所述噴墨打印頭具有上述優(yōu)點，使得噴墨打印機結構簡單，效率高，可以有效控制成本并保證質(zhì)量，保護墨水中的色料結構，更好地增強發(fā)色效果和裝飾效果。
[0059]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。`
【權利要求】
1.一種噴墨打印頭，包括至少ー個噴射單元，與所述噴射単元相適配的蓋膜、壓電陶瓷致動器和蓋板，流體流入管路，流體流出管路以及驅(qū)動電路裝置，其特征在于: 所述蓋膜、壓電陶瓷致動器、蓋板和噴射單元依次相連，所述蓋膜為壓電陶瓷制動器的ー電極，所述蓋板為所述壓電陶瓷致動器的另ー電極，與外置的電源地連接； 所述壓電陶瓷制動器和蓋板連接在一起后經(jīng)切槽加工形成若干彼此互不連接的獨立的壓電陶瓷單元，所述壓電陶瓷單元的變形采用d31橫向彎曲模式；所述蓋板和噴射單元相連接，該連接接觸面在所述噴射単元的一側設有若干流體槽，所述壓電陶瓷單元的位置與所述流體槽的凹槽位置相對應； 所述流體槽與所述蓋板形成流體通道，所述每個流體通道對應設有至少ー個噴嘴通至外界，使所述噴墨打印頭形成側面或端面噴射； 所述噴嘴在噴墨打印頭工作時，相鄰噴嘴可同時工作。
2.如權利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述壓電陶瓷單元為條形壓電陶瓷片; 和/或，所述壓電陶瓷單元為單層壓電陶瓷片或雙層壓電陶瓷片。
3.如權利要求2所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述壓電陶瓷單元選用雙層壓電陶瓷片時，兩層的壓電陶瓷片粘結在一起，上下表面被電極，沿壓電陶瓷片的厚度方向極化，且極化方向相反。
4.如權利要求3所述的噴墨打印頭，其特征在干，所述蓋板的上表面設有若干導電通道，所述導電通道連接所述壓電陶瓷單元的上下表面電極。
5.如權利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述流體流入管路沿著所述蓋板和所述至少一個噴射単元的ー側設置，用于把流體輸送至每個噴射単元的流體槽； 所述流體流出管路沿著所述蓋板和所述至少一個噴射単元的另ー側設置，用于把流體輸送出每個噴射單元的流體槽； 所述流體流入管路和所述流體流出管路形成流體在所述流體槽中的內(nèi)循環(huán)。
6.如權利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述驅(qū)動電路裝置用于向所述壓電陶瓷致動器發(fā)送驅(qū)動信號； 所述驅(qū)動電路裝置與所述蓋板集成在一起，或與所述蓋板通過帶有導電通道的柔性PCB相連。
7.如權利要求1所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述噴嘴通過激光加工、超聲波加工或者精密雕刻機加工制得； 所述噴射單元采用微注塑成型エ藝加工制得。
8.如權利要求1-7任一項所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述壓電陶瓷制動器的材質(zhì)選用軟性壓電陶瓷材料或者壓電應變常數(shù)d33大于500的壓電材料； 所述蓋膜選用帶有導電通道的柔性PCB板，或者帶有導電通道的結構陶瓷作為導電基板，所述結構陶瓷選用氧化鋁、氧化鋯、氮化硅和/或氮化鋁； 所述蓋板的材質(zhì)選用金屬材料或非金屬材料，所述金屬材料選用鎳鐵合金、不銹鋼和/或鈹青銅，所述非金屬材料選用聚四氟乙烯樹脂； 所述流體槽的材質(zhì)選用結構陶瓷、有機玻璃、工程塑料或半導體硅材料，所述結構陶瓷選用氧化招、氧化錯、氮化娃和/或氮化招。
9.如權利要求8所述的噴墨打印頭，其特征在于，所述蓋板的厚度ぎ30且=100u m ； 所述壓電陶瓷致動器的厚度≥100iimi≤500iim; 所述噴嘴的直徑き25 ii m且≤ 80 ii m ; 所述流體槽的深度≤500 u m。
10.一種噴墨打印機，包括噴墨打印頭、移動部件和驅(qū)動控制部件，其特征在于，所述噴墨打印頭選用如權利要求1-9任一項所述的噴墨打印頭。
【文檔編號】B41J2/14GK103496257SQ201310411253
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】馮斌, 周梅, 禇祥誠, 黃大任 申請人:佛山市南海金剛新材料有限公司, 佛山市陶瓷研究所有限公司, 禇祥誠