[发明专利]基于压电悬臂梁的液体喷头

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械领域，特别涉及采用微加工方法实现的一种基于压电悬臂梁的液体喷头。

背景技术

液体喷头及液体喷射装置最常见、最广泛、最典型的应用为喷墨式打印，图形、图像记录和印刷、印染等领域。在液晶显示、有机发光显示等多种显示器以及生物芯片等其它微制造方面也有广泛的应用。基于压电效应的液体喷头具有液滴大小可控，喷射速度可控，容易实现高精度的液滴喷射，喷头使用寿命长等特点，是液体喷射装置发展的重要方向。

采用压电原理制作的液体喷射头成本较高。为降低使用成本，一般将液体喷头和储液盒设计为可分离式结构，更换液体或储液盒时不必更换喷头。一个完整的液体喷射装置应包括液体喷头、储液盒、控制电路、支撑架、外壳等部件。但是，液体喷头是其中最核心的部分，其设计和制造技术决定着整个液体喷射装置的性能。

随着技术的发展，液体喷头的喷射速度和喷孔阵列密度不断提高。高性能的液体喷头主要决定于液体驱动器、液体微槽道及微喷孔的整体设计和制造技术。

一种现有的压电式液体喷头，采用体压电陶瓷制作液体的微槽道，在作为微槽道侧壁的压电体上施加电压，槽道壁产生剪切形变，从而挤压微槽道中液体喷出。这种压电式液体喷头，在制作多排阵列式液体喷射头时困难较大。

另一种已有的压电式液体喷头，采用多层的压电体驱动器作为液体驱动器，当在驱动器上施加电压时，驱动器的长度发生变化，挤压微槽道的上壁，从而改变槽道腔内容积的大小，使液体从喷孔喷射出去。这种压电喷头中压电驱动器制作难度较大，驱动器与微槽道等其它部件的组装困难，要求精度高，制作效率低，成本高。

爱普生公司公开了一种压电式喷头，在微槽道的上壁制作压电/弹性复合振动板，当在压电振动板上压电层的上、下电极间施加电压时，振动板发生凸、凹形变，从而改变微槽道内的容积，使液体从与微槽道相通的微喷孔中喷射出去。采用这种工作方式的压电喷头，可以制作较高密度的阵列式液体喷射头。但是，采用这种方式的压电振动板硬度较大，使其形变所需驱动力很大；并且，振动板四周与微槽道壁相连，且受到约束。这两种原因，严重限制了对微槽道中液体驱动。而且，由于振动板四周边的约束作用，当振动板的面积越小时，板的形变就越小，微槽道内的体积变化就越小，喷射出的液体量就越小。在形成更高密度的液体喷头阵列时，微槽道在一个方向上的宽度受到限制。因此，影响了液体喷出量，这种喷头的驱动方式妨碍了进一步减少微槽道的尺寸和提高喷头的集成度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于压电悬臂梁驱动的液体喷头，其主要结构包括压电悬臂梁，微槽道，微喷孔；其特征在于：含有压电薄膜层及其上、下电极的压电悬臂梁位于液体微槽道的上部或槽道中，作为微槽道中液体喷射的驱动器；在喷孔板上设置与衬底上微槽道对应的微喷孔，位于微槽道的上部或槽道中的压电悬臂梁、喷孔和微槽道相结合构成液体喷射结构；压电悬臂梁在电压的激励下，产生偏转形变，驱动微槽道中的液体从微喷孔中喷出。

所述压电悬臂梁的一端或一侧与衬底相连，作为悬臂梁的固定支撑端，悬臂梁其它部分为悬空可动。

所述压电悬臂梁为包含压电层和非压电层的多层复合结构，其中至少包含一层压电层及其上、下电极层。

所述压电悬臂梁的表面为电绝缘层。

所述压电悬臂梁中的各层，可以覆盖整个悬臂梁，也可以部分地分布于悬臂梁上。

所述在每个微槽道的上部或槽道中以不同方式放置至少一个压电悬臂梁，驱动同一个微槽道中的液体从与之相通的微喷孔中喷出。

所述压电悬臂梁驱动的液体喷头中，包含至少一组压电悬臂梁、微槽道、微喷孔，构成以压电悬臂梁驱动的阵列式液体喷射结构。

本发明的有益效果是由于压电悬臂梁仅在梁的一侧固定，其它部分为悬空，不受衬底的制约，因此，悬臂梁的变形量远远大于四周固定的压电振动板，它能更有效的驱动更多液体从微喷孔中喷出。由于压电悬臂能在低电压下实现大的变形，因此，这种喷头可以在较低的电压下工作。另外，由于压电悬臂能实现较大的变形，这样就可以在保持射出液体量不变的情况下，减小液体驱动器的面积和微槽道的尺寸，从而实现具有更高密度喷孔阵列的液体喷头。

本发明采用压电悬臂梁在微槽道的上部或中间驱动微槽道中的液体，使之从微喷孔中喷出，增加了液体喷出量，降低液体驱动器的驱动电压，进一步提高液体喷头的集成度。

附图说明

图1为液体喷头的第一种结构示意图，这种结构中，压电悬臂梁在微槽道中部。

图2为图1的组装示意图。

图3为图1的分体示意图。