[發明專利]用于微液滴發生的壓電式噴頭裝置

有效

• 申請號: 201310371383.9
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103434272A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 賀永;魏子淵;傅建中;吳森洋;薛光懷
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B41J2/045
• 分類號: B41J2/045;B41J2/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及微滴噴射領域，尤其是涉及一種用于微液滴發生的壓電式噴頭裝置。

背景技術

微滴噴射技術是一種新型的快速成型技術，在最近的20年間得到了迅猛的發展。按照噴射方式的不同，可以分為連續式噴射（continuous?inkjet）和按需式噴射（drop-on-demand?inkjet）兩種。其中按需式噴射相比于連續式噴射具有的液滴大小可控，沉積的精度和分辨率高，可靠性好等優點，因此具有很高的商業發展潛力。

目前，按需式噴射在應用中，有如下幾種技術：1.熱泡式噴射技術（美國專利文獻US8100495B2，名稱為Inkjet?Printhead）；2.壓電式噴射技術（美國專利文獻US7909438B2，名稱為Piezo-electric?Type?Inkjet?Printhead）；3.激光式噴射技術等。其中熱泡式噴射技術和壓電式噴射技術得到了更多的關注和發展。

現行的技術在微滴噴射的過程中存在如下的缺點：

方法1需要將噴頭內部的加熱元件瞬時加熱使相接觸的液體汽化形成氣泡，氣泡膨脹后將液體從噴嘴中擠出。此方法不適用于易發生熱分解反應的液體，特別是對于生物、制藥等新興領域的約束較大。

方法2通過控制施加在壓電陶瓷上的脈沖電壓信號使壓電陶瓷發生形變，導致腔體內的體積發生變化實現將液體從噴嘴中擠出。應用此方法生產的商業化噴頭造價高、不易拆洗，一旦噴嘴堵住整個裝置便無法再次使用，嚴重的造成了浪費，并且生產的噴頭適用于低粘度的液體，不適用于高粘度的液體。

另外，現有的壓電式噴射裝置中，由于盆腔內液體的影響，壓電陶瓷發送出一個壓力波后，需要一定的時間才能到達噴嘴處。而且為了避免后續壓力波對在前壓力波的影響，需要前壓力波完全衰減后，才能發送后面的壓力波，既相鄰兩滴之間需要較長的噴射等候時間，大大限制了壓電式噴射裝置的噴射頻率。

發明內容

本發明針對現有微滴噴射技術中的不足和缺點，提供了一種用于微液滴發生的壓電式噴頭裝置，該裝置通過測量噴射腔體內部液體壓力的大小控制壓力波衰減裝置發射衰減壓力波，快速抵消噴射腔體內的殘余壓力波，減少噴射等候時間，提高微滴噴射效率。

一種用于微液滴發生的壓電式噴頭裝置，包括帶噴射腔體的噴射本體、設于噴射本體一端的噴嘴、以及設于噴射本體上用于提供噴射動力的壓電膜片，所述用于微液滴發生的壓電式噴頭裝置還包括：壓力傳感器，用于檢測噴射腔體內液體壓力的變化，并將采集的壓力信號輸出；壓力波衰減機構，根據接收的壓力信號，發射用于衰減所述噴射腔體內殘余壓力波的衰減壓力波。

壓電膜片一般是指壓電陶瓷膜片，其震動頻率可高達20kHz以上，選用壓電膜片作為噴射動力源，可大幅度提高噴射頻率，即使用于高粘度的液體也可保證較高的噴射頻率。壓力波衰減機構的設置可迅速衰減噴射腔體內殘余壓力波，降低噴射等待時間，進一步提高了噴射頻率。

為便于波衰減機構的安裝，同時便于實現波衰減機構迅速衰減噴射腔體內殘余壓力波，作為優選，所述噴射腔體為圓柱形，所述壓力波衰減機構包括：固定在所述噴射腔體內壁上的圓柱形壓電陶瓷環；控制器，根據接收的壓力信號，控制所述壓電陶瓷環發射衰減壓力波。選擇圓柱形壓電陶瓷環，可保證對整個噴射腔體內的殘余壓力波進行同步衰減，避免局部殘留壓力波。

為便于噴射本體清洗和安裝，作為優選，所述噴射本體包括可拆卸連接的上腔體和下腔體；所述壓力傳感器固定在上腔體側壁，所述壓電膜片固定在上腔體端部。壓力傳感器可采用卡合固定方式、螺紋固定方式或者其他可拆卸固定方式與上腔體相互固定，以便于壓力傳感器的更換和維修。壓電膜片一般采用可拆卸的方式固定在上腔體上，為確保壓電膜片的穩定性，可根據需要設置墊片。

為便于壓電陶瓷環的布置，作為優選，所述上腔體和下腔體通過同軸設置的環形連接板相互固定，上腔體和下腔體相互固定的兩個端部之間留有間隙；所述壓電陶瓷環設于所述間隙內，且與所述上腔體和下腔體同軸設置。

壓電陶瓷環可通過各種方式布置在所述的間隙中，作為進一步優選，所述上腔體和下腔體間設有同軸設置的固定管，所述壓電陶瓷環套設在固定管外壁，且所述的固定管兩端通過過盈配合方式分別與上腔體和下腔體相互固定。固定管兩端通過過盈配合方式與上腔體和下腔體固定，進一步方便了壓電陶瓷環的固定和拆卸。實際安裝時，一般采用導電膠將壓電陶瓷環與固定管相互粘結。固定管可采用多種材質，一般可采用PET管，以保證固定管與上腔體和下腔體的密封性。