CN109909116B

CN109909116B - 模块式压电驱动精密喷射阀

Info

Publication number: CN109909116B
Application number: CN201910285948.9A
Authority: CN
Inventors: 周灿; 邓圭玲; 阳春华; 李广
Original assignee: Central South University
Current assignee: GUANGZHOU KINTAI TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2039-04-10
Also published as: CN109909116A

Abstract

本发明提供了一种模块式压电驱动精密喷射阀，涉及点胶设备技术领域，包括：框架，设置有第一区域、第二区域和第三区域；喷射模块，设置在所述框架的第一区域，包括胶液输送部和胶液喷射部；驱动模块，设置在所述框架的第二区域，包括一压电陶瓷致动器和一位移放大臂，其中所述压电陶瓷致动器和所述位移放大臂均水平地布置；温控模块，设置在所述框架的第三区域，所述温控模块用于控制所述喷嘴储胶腔内的胶液温度。本发明可适用大粘度的胶液喷射，体积小巧，胶液喷***度高，喷射阀的拆卸、清洗和维修便捷，易用性高。

Description

模块式压电驱动精密喷射阀

技术领域

本发明涉及点胶设备技术领域，特别涉及一种模块式压电驱动精密喷射阀。

背景技术

压电驱动的喷射阀是利用压电材料的特性，通过电压致动器与弹性元件联合驱动喷针高速往复运动，可喷射极微量的液体材料，具有高效、高精度的特点，在电子制造业中应用非常广泛。现有压电喷射阀的压电陶瓷致动器与放大机构分别布置在竖直方向和水平方向，位移输入与输出平行，其喷针的行程和运动速度决定喷射阀的喷射性能，压电驱动器的长度决定了其位移输出，机械放大机构的杠杆长度决定了放大倍数。而要使喷针具有足够大的行程和速度，机械放大机构的杠杆和压电驱动器的长度都不能太短，导致喷射阀在高度和长度方向的尺寸较大，由于压电堆输出位移小(微米级)，位移放大倍数小，导致压电驱动喷射阀不能喷射大粘度胶液。

现今，市场对压电驱动喷射阀不仅在性能方面有着更加严格的要求，而且也期望其具有小巧精致等特点。现有的压电驱动喷射阀放大机构的布置方式，已经难以将尺寸进一步地减小，虽然它仍足以应对某些应用，但适用于大粘度的胶液喷射，性能强劲，体积小的压电驱动喷射阀已经越来越成为了点胶设备技术领域的迫切需求。

发明内容

本发明提供了一种模块式压电驱动精密喷射阀，其目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于大粘度的胶液喷射，体积小的模块式压电驱动精密喷射阀。

为了达到上述目的，本发明提供了一种模块式压电驱动喷射阀，包括：

框架，所述框架上设置有第一区域、第二区域和第三区域；

喷射模块，所述喷射模块设置在所述框架的第一区域，所述喷射模块包括胶液输送部和胶液喷射部，所述胶液喷射部包括一喷嘴储胶腔，所述胶液输送部的出口处与所述喷嘴储胶腔连通，所述喷嘴储胶腔的顶部和底部分别开设有一喷针口和一喷嘴口，所述喷针口的正上方竖直地设置有一喷针，所述喷嘴口的外侧设置有一呈漏斗状的喷嘴，所述喷针用于挤压所述喷嘴储胶腔内的胶液并控制所述喷嘴处胶液的喷出；

驱动模块，所述驱动模块设置在所述框架的第二区域，包括一压电陶瓷致动器和一位移放大臂，所述压电陶瓷致动器的第一端和第二端分别与所述位移放大臂的第一端和第二端连接，其中，所述压电陶瓷致动器和所述位移放大臂均水平地布置；所述位移放大臂的第一端与所述框架的内侧壁固定连接，第二端固定设置有一传动杆，所述传动杆的底部与所述喷针的顶部相接触，其中，所述传动杆，所述喷针和所述喷嘴口共轴设置；

温控模块，所述温控模块设置在所述框架的第三区域，所述温控模块用于加热所述喷嘴储胶腔内的胶液。

其中，所述胶液输送部包括一流道块，所述流道块内设置有一流道，所述流道的出口处与所述喷嘴储胶腔连通，所述流道的入口设置在所述流道块的第一端，所述流道的入口处插设有一堵头螺钉，所述流道入口处的正上方设置有一进胶件，所述进胶件的顶端与一胶筒连通。

其中，所述胶液喷射部还包括一导向套，所述导向套竖直地设置在所述喷针口的正上方，且与所述流道块的第二端固定连接，所述喷针设置在所述导向套内，所述导向套与所述喷针共轴设置。

其中，所述喷针的顶部还固定设置有一喷针帽，所述导向套内还设置有第一弹性元件，所述第一弹性元件共轴地套设在所述喷针上，所述第一弹性元件的第一端与所述喷针帽连接，第二端与所述导向套内的一台阶结构连接。

其中，所述喷射模块上还设置有多个密封圈，所述密封圈分别设置在所述进胶件与所述流道块的连接处、所述堵头螺钉与所述流道块的连接处、所述导向套与所述流道块的连接处以及所述喷针与所述导向套的连接处；所述框架的第一区域还设置有一定位珠，所述定位珠用于确定并限制所述流道块在所述第一区域的位置。

其中，所述压电陶瓷致动器的第一端和第二端还分别固定设置有一顶块，所述位移放大臂的第一端和第二端分别向上凸起地设置有一连接块，两个所述连接块的内侧均设置有一凹口，两个所述顶块的外侧分别凸出地设置在两个所述连接块的凹口内。

其中，所述位移放大臂上还水平地设置有第二弹性元件，所述第二弹性元件的第一端和第二端分别与两个所述连接块的顶部固定连接。

其中，所述位移放大臂第一端的连接块通过螺钉与所述框架固定连接，所述位移放大臂第二端的连接块通过螺母与所述传动杆的顶部固定连接。

其中，所述框架的第二区域还设置有一电路板，所述压电陶瓷致动器与所述电路板电连接。

其中，所述温控模块包括一温度控制腔和一温度检测通道，所述温度控制腔和所述温度检测通道均位于所述框架的第三区域，所述温度控制腔的第一端靠近所述喷嘴储胶腔，所述温度控制腔和所述温度检测通道内分别设置有一加热棒和一铂电阻，所述加热棒和所述铂电阻均与所述电路板电连接。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明的模块式压电驱动精密喷射阀，驱动模块的压电陶瓷致动器与位移放大臂均水平地布置，其竖直方向的位移由位移放大臂的第二端向下弯曲形成，可以将压电陶瓷致动器在水平方向上的位移输出转换为传动杆在竖直方向上的位移输出，相较采用传统杠杆式放大原理的放大机构而言，本驱动模块的压电陶瓷致动器水平放置，大大减小了喷射阀的体积；

本发明的模块式压电驱动精密喷射阀，其位移的放大倍数较大，喷针可以获得很大的运动速度，可以有效提高胶液喷射速度和喷***度，适用于大粘度的胶液；

本发明的模块式压电驱动精密喷射阀，模块化的设计使喷射阀可以通过更换相关模块满足不同的喷射要求，并且使喷射阀的拆卸、清洗和维修等更便捷，提高易用性。

附图说明

图1为本发明的整体结构三维透视图；

图2为本发明的整体结构剖视图；

图3为本发明的胶液喷射部放大示意图；

图4为本发明的位移放大臂变形示意图；

图5为两种喷射阀的速度曲线对比图。

【附图标记说明】

1-框架；2-喷射模块；21-胶液输送部；211-流道块；212-流道；213-堵头螺钉；214-进胶件；215-胶筒；22-胶液喷射部；221-喷嘴储胶腔；222-喷针口；223-喷嘴口；224-喷针；225-喷嘴；226-导向套；227-第一弹性元件；3-驱动模块；301-压电陶瓷致动器；302-位移放大臂；303-传动杆；304-顶块；305-连接块；306-第二弹性元件；4-温控模块；401-温度控制腔；402-温度检测通道；403-加热棒；404-铂电阻；405-工艺孔；5-密封圈；6-定位珠；7-电路板；8-接线头。

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。

本发明针对现有的压电驱动喷射阀的压电陶瓷致动器驱动器与放大机构分别布置在垂直方向和水平方向，导致其尺寸较大，同时难以喷射大粘度胶液的问题，提供了一种模块式压电驱动喷射阀。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种模块式压电驱动喷射阀，包括：框架1，所述框架1上设置有第一区域、第二区域和第三区域；喷射模块2，所述喷射模块2设置在所述框架1的第一区域，所述喷射模块包括胶液输送部21和胶液喷射部22，所述胶液喷射部22包括一喷嘴储胶腔221，所述胶液输送部21的出口处与所述喷嘴储胶腔221连通，所述喷嘴储胶腔221的顶部和底部分别开设有一喷针口222和一喷嘴口223，所述喷针口222的正上方竖直地设置有一喷针224，所述喷嘴口223的外侧设置有一呈漏斗状的喷嘴225，所述喷针224用于挤压所述喷嘴储胶腔221内的胶液并控制所述喷嘴225处胶液的喷出；驱动模块3，所述驱动模块3设置在所述框架1的第二区域，包括一压电陶瓷致动器301和一位移放大臂302，所述压电陶瓷致动器301的第一端和第二端分别与所述位移放大臂302的第一端和第二端连接，其中，所述压电陶瓷致动器301和所述位移放大臂302均水平地布置；所述位移放大臂302的第一端与所述框架1的内侧壁固定连接，第二端固定设置有一传动杆303，所述传动杆303的底部与所述喷针224的顶部相接触，其中，所述传动杆303，所述喷针224和所述喷嘴口223共轴设置；温控模块4，所述温控模块4设置在所述框架1的第三区域，所述温控模块4用于加热所述喷嘴储胶腔221内的胶液。

本发明的上述实施例所述的模块式压电驱动喷射阀，喷射模块2设置在框架1的第一区域，用于将胶液喷射出喷射阀。其中喷射模块2包括胶液输送部21和胶液喷射部22，胶液输送部21用于将胶液输送至胶液喷射部22的喷嘴储胶腔221内，喷嘴储胶腔221是一个临时储存胶液的腔体，喷嘴储胶腔221的底部设置有喷嘴口223，并在喷嘴口223的外侧设置一弹性的喷嘴225。而喷嘴储胶腔221的顶部则开设一喷针口222，并竖直地插设有一喷针224，喷针224的底部穿过喷嘴储胶腔221内并与喷嘴225呈漏斗状的内壁有轻微的接触(预设状态有间隙)，喷针224可在驱动模块3作用下竖直向下移动，挤压喷嘴储胶腔221内的胶液，改变其压力状态，并控制喷嘴225处胶液的喷出。驱动模块3设置在框架的第二区域，包括一压电陶瓷致动器301和一位移放大臂302，且两者均水平地布置，压电陶瓷致动器301的第一端和第二端分别与位移放大臂302的第一端和第二端连接。由于位移放大臂302的第一端与框架1的内侧壁固定连接，因此位移放大臂302形成一个可以弯曲的柔性杆，而其第二端固定设置有一传动杆303，且传动杆303的底部与喷针224的顶部接触，因此位移放大臂302的第二端在压电陶瓷致动器301的作用下向下弯曲，带动传动杆303向下移动，进而推动喷针224向下移动。其中，传动杆303，喷针224和喷嘴口223共轴设置，以保证驱动模块3的精准驱动，以及喷针224对喷嘴口223控制的可靠性。在框架1的第三区域设置的温控模块4，其中的一端与喷嘴储胶腔221位置靠近，通过热传导的方式对喷嘴储胶腔221内临时储存的胶液进行加热保温，使胶液温度保持在适宜喷射的范围之内。本发明的模块式压电驱动精密喷射阀，驱动模块3的压电陶瓷致动器301与位移放大臂302均水平地布置，其竖直方向的位移由位移放大臂302的第二端向下弯曲产生，可以将压电陶瓷致动器301在水平方向上的位移输出转换为传动杆303在竖直方向上的位移输出，相较采用传统杠杆式放大原理的放大机构而言，本驱动模块3的压电陶瓷致动器301水平布置，大大减小了喷射阀的体积。同时，本发明的驱动模块3放大倍数较大，喷针224可以获得很大的运动速度，可以有效提高胶液的喷射速度和喷***度。因此，本发明具有结构简单，使用方便，体积小，喷***度高等优点。

如图2、图3所示，所述胶液输送部21包括一流道块211，所述流道块211内设置有一流道212，所述流道212的出口处与所述喷嘴储胶腔221连通，所述流道212的入口设置在所述流道块211的第一端，所述流道212的入口处插设有一堵头螺钉213，所述流道212入口处的正上方设置有一进胶件214，所述进胶件214的顶端与一胶筒215连通。

本发明的上述实施例所述的胶液输送部21，包括一内部设置有流道212的流道块211，其中喷嘴储胶腔221设置在流道块211的第二端内部，流道212的出口处接通喷嘴储胶腔221。而流道212的入口处通过一堵头螺钉213将其堵塞以防止胶液外流，同时其入口处的正上方开设有一通道，并插设有一进胶件214，且在进胶件214的顶端连通设置一胶筒215，胶筒215内贮存有待喷射的胶液。因此，胶筒215内的胶液可顺着通道不断地流入喷嘴储胶腔221内，以保证喷射阀能不断地进行喷胶。

其中，所述胶液喷射部22还包括一导向套226，所述导向套226竖直地设置在所述喷针口222的正上方，且与所述流道块211的第二端固定连接，所述喷针224设置在所述导向套226内，所述导向套226与所述喷针224共轴。所述喷针224的顶部还固定设置有一喷针帽，所述导向套226内还设置有第一弹性元件227，所述第一弹性元件227共轴地套设在所述喷针224上，所述第一弹性元件227的第一端与所述喷针帽连接，第二端与所述导向套226内的一台阶结构连接。

本发明的上述实施例所述的胶液喷射部22，在喷针口222的正上方还竖直地设置了一导向套226，并固定在流道块211的第二端。喷针224滑动地设置在导向套226内，可沿导向套226的内侧壁滑动，且与导向套226共轴设置，以保证喷针224在竖直方向上移动的准确性。在喷针224顶端设置的喷针帽，其上表面位于导向套226以上，并与传动杆303的下表面接触，使得传动杆303向下移动时能准确方便地推动喷针224的向下运动。同时，在导向套226内设置的第一弹性元件227，共轴地套设在喷针224上，其第一端与喷针帽连接，第二端与导向套226内的一台阶结构连接。当压电陶瓷致动器301处于高压状态时，其位移增大，通过位移放大臂302带动传动杆303向下移动以及喷针224向下移动，喷针帽将第一弹性元件227压缩，而当压电陶瓷致动器301处于低压状态时，其位移减小，位移放大臂302和传动杆303逐渐地复位，此时喷针224将会在第一弹性元件227回复力作用下向上运动，胶液重新填充喷嘴储胶腔221，以保证喷射阀的反复喷胶。

其中，所述喷射模块2上还设置有多个密封圈5，所述密封圈5分别设置在所述进胶件214与所述流道块211的连接处、所述堵头螺钉213与所述流道块211的连接处、所述导向套226与所述流道块211的连接处以及所述喷针224与所述导向套226的连接处；所述框架1的第一区域还设置有一定位珠6，所述定位珠6用于确定并限制所述流道块211在所述第一区域的位置。

本发明的上述实施例所述的喷射模块2上设置的多个密封圈5，用于对胶液通道的各个连接位置进行密封，防止胶液从流道块211的其他位置漏出。在框架1的第一区域设置了一定位珠6，定位珠6的底部位于流道块211的第一端上表面预设的位置，保证流道块211准确地安装在框架1的第一区域，以保证其第一端和第二端的各个开口位置的准确性。

其中，所述压电陶瓷致动器301的第一端和第二端还分别固定设置有一顶块304，所述位移放大臂302的第一端和第二端分别向上凸起地设置有一连接块305，两个所述连接块305的内侧均设置有一凹口，两个所述顶块304的外侧分别凸出地设置在两个所述连接块305的凹口内。所述位移放大臂302上还水平地设置有第二弹性元件306，所述第二弹性元件306的第一端和第二端分别与两个所述连接块305的顶部固定连接。所述位移放大臂302第一端的连接块305通过螺钉与所述框架1固定连接，所述位移放大臂302第二端的连接块305通过螺母与所述传动杆303的顶部固定连接。

本发明的上述实施例所述的驱动模块3，在位移放大臂302的第一端和第二端分别向上凸起设置一连接块305，使得位移放大臂302形成类似哑铃的形状(不对称)，其中的压电陶瓷致动器301通过第一端和第二端上的顶块304贴合地顶入连接块305内侧的凹口内，以保证压电陶瓷致动器301的位移能准确地反馈至位移放大臂302上。当压电陶瓷致动器301处于高压状态并伸长时，会通过顶块304作用在位移放大臂302上，位移放大臂302受到水平力而产生形变，由于位移放大臂302第一端的连接块305通过螺钉与框架1固定连接，使位移放大臂302形成柔性杆，且位移放大臂302所受到的水平力方向与柔性铰链中心不在同一条直线上，则柔性铰链处会受到一个转矩作用使铰链产生转动，导致位移放大臂302向下弯曲，其第二端的连接块305以及传动杆303产生竖直向下的位移，因此位移放大臂302将水平方向压电陶瓷致动器301的位移S_in放大为传动杆303竖直方向上的位移S_out，如图4所示,其放大倍数为传动杆303轴线到柔性铰链中心距离与顶块304作用于位移放大臂302的位置到柔性铰链中心距离之比。同时，位移放大臂302上水平设置的第二弹性元件306，其第一端和第二端分别与两个连接块305的顶部固定连接，用于向位移放大臂302和压电陶瓷致动器301提供预紧力，提高整个驱动模块3的刚度。

其中，所述框架1的第二区域还设置有一电路板7，所述压电陶瓷致动器301与所述电路板7电连接。所述电路板7通过框架1顶端的接线头8与一控制器电连接，用于收集数据反馈给控制器，方便控制器发出指令对压电陶瓷致动器301等进行控制。

其中，所述温控模块4包括一温度控制腔401和一温度检测通道402，所述温度控制腔401和所述温度检测通道402均位于所述框架1的第三区域，所述温度控制腔401的第一端靠近所述喷嘴储胶腔221，所述温度控制腔401和所述温度检测通道402内分别设置有一加热棒403和一铂电阻404，所述加热棒403和所述铂电阻404均与所述电路板7电连接。

本发明的上述实施例所述的温控模块4，通过加热棒403散发热量，对喷嘴储胶腔221内的胶液进行加热，使其温度保持在适宜喷射的范围，而铂电阻404根据其自身的特性，其电阻的变化数据被电路板7收集，进而通过控制器调整加热棒403的功率，即铂电阻404相当于一个温度计。另外，温度控制腔401和温度检测通道402通过一工艺孔405与外界连通，便于温度控制腔401和温度检测通道402的加工，以及加热棒403和铂电阻404的安装。

图5所示为采用传统杠杆式放大原理的放大机构的旧喷射阀和本发明的采用水平位移放大机构的喷射阀的喷针速度曲线对比图。由于水平的位移放大臂302放大倍数大，在两种喷射阀长度方向大致相同情况下，采用水平的位移放大臂302产生的喷针224行程增加，而喷针224的行程和下行运动速度决定喷射阀的喷射性能，喷针224行程增加使喷针244运动速度明显提高。其中虚线为采用的传统杠杆式放大原理的放大机构的喷射阀喷针224速度曲线图，实线为采用水平位移放大臂302的喷射阀喷针224速度曲线图，通过对比可看出采用水平位移放大臂302的喷射阀喷针224下行运动速度明显增加，增加量达100％。

以上所述是本发明的优选实施方式及对比实施例，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。

Claims

1.一种模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，包括：

框架，所述框架上设置有第一区域、第二区域和第三区域；

喷射模块，所述喷射模块设置在所述框架的第一区域，所述喷射模块包括胶液输送部和胶液喷射部，所述胶液喷射部包括一喷嘴储胶腔，所述胶液输送部的出口处与所述喷嘴储胶腔连通，所述喷嘴储胶腔的顶部和底部分别开设有一喷针口和一喷嘴口，所述喷针口的正上方竖直地设置有一喷针，所述喷嘴口的外侧设置有一呈漏斗状的喷嘴，所述喷针用于挤压所述喷嘴储胶腔内的胶液并控制所述喷嘴处胶液的喷出，所述喷针和所述喷嘴口共轴设置；

驱动模块，所述驱动模块设置在所述框架的第二区域，包括一压电陶瓷致动器和一位移放大臂，所述压电陶瓷致动器的第一端和第二端分别与所述位移放大臂的第一端和第二端连接，其中，所述压电陶瓷致动器和所述位移放大臂均水平地布置；所述位移放大臂的第一端与所述框架的内侧壁固定连接，第二端固定设置有一传动杆，所述传动杆的底部与所述喷针的顶部相接触；

温控模块，所述温控模块设置在所述框架的第三区域，所述温控模块用于精确控制所述喷嘴储胶腔内的胶液温度；

所述压电陶瓷致动器的第一端和第二端分别固定设置有一顶块，所述位移放大臂的第一端和第二端分别向上凸起地设置有一连接块，两个所述连接块的内侧均设置有一凹口，两个所述顶块的外侧分别凸出地设置在两个所述连接块的凹口内；

所述位移放大臂上水平地设置有第二弹性元件，所述第二弹性元件的第一端和第二端分别与两个所述连接块的顶部固定连接。

2.根据权利要求1所述的模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，所述胶液输送部包括一流道块，所述流道块内设置有一流道，所述流道的出口处与所述喷嘴储胶腔连通，所述流道的入口设置在所述流道块的第一端，所述流道的入口处插设有一堵头螺钉，所述流道入口处的正上方设置有一进胶件，所述进胶件的顶端与一胶筒连通。

3.根据权利要求2所述的模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，所述胶液喷射部还包括一导向套，所述导向套竖直地设置在所述喷针口的正上方，且与所述流道块的第二端固定连接，所述喷针设置在所述导向套内，所述导向套与所述喷针共轴设置。

4.根据权利要求3所述的模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，所述喷针的顶部还固定设置有一喷针帽，所述导向套内还设置有第一弹性元件，所述第一弹性元件共轴地套设在所述喷针上，所述第一弹性元件的第一端与所述喷针帽连接，第二端与所述导向套内的一台阶结构连接。

5.根据权利要求4所述的模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，所述喷射模块上还设置有多个密封圈，所述密封圈分别设置在所述进胶件与所述流道块的连接处、所述堵头螺钉与所述流道块的连接处、所述导向套与所述流道块的连接处以及所述喷针与所述导向套的连接处；所述框架的第一区域还设置有一定位珠，所述定位珠用于确定并限制所述流道块在所述第一区域的位置。

6.根据权利要求1所述的模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，所述位移放大臂第一端的连接块通过螺钉与所述框架固定连接，所述位移放大臂第二端的连接块通过螺母与所述传动杆的顶部固定连接。

7.根据权利要求1所述的模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，所述框架的第二区域还设置有一电路板，所述压电陶瓷致动器与所述电路板电连接。

8.根据权利要求7所述的模块式压电驱动精密喷射阀，其特征在于，所述温控模块包括一温度控制腔和一温度检测通道，所述温度控制腔和所述温度检测通道均位于所述框架的第三区域，所述温度控制腔的第一端靠近所述喷嘴储胶腔，所述温度控制腔和所述温度检测通道内分别设置有一加热棒和一铂电阻，所述加热棒和所述铂电阻均与所述电路板电连接。