CN102633427A

CN102633427A - 拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪

Info

Publication number: CN102633427A
Application number: CN2012101236328A
Authority: CN
Inventors: 侯丽雅; 李宗安; 章维一; 朱丽
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: CN102633427B

Abstract

本发明公开了一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪，包括微针夹持结构，拉针运动结构，加热丝夹持结构，锻针运动结构，锻针运动结构由步进电机、电机固定板、联轴器、上限位开关、丝杠、下限位开关、丝杠固定结构、锻针滑块以及拉锻切换结构和步进电机控制器构成，本发明设计了延时控制结构，可以实现大的锥度的微喷嘴制作和二次拉制成型的微喷嘴制作；以可调的重物块和砝码的重力作为拉制力；将微针拉制和微针锻制集成于一体，设计了拉制锻制切换结构，以步进电机控制锻针运动，提高了锻针的精度，实现了微针锻制自动化，结构简单，操作简单，成本低廉，拉制、锻制技术参数可控。

Description

拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪

技术领域

本发明属于玻璃微喷嘴制作领域，特别是一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪。

背景技术

目前，常见的微喷嘴制作装置有水平式和垂直式拉针仪、锻针仪，拉针仪有水平式、垂直式，一般依靠电磁力、气动力、重力等将加热的玻璃管道从中部拉开，锻制仪的工作过程为将玻璃管道或经过拉制的微喷嘴出口处加热，由于粘度降低表面张力作用使玻璃发生残余变形，端口收缩，形成所需的几何形状。在被应用于微液滴发生时，具有快速收敛的微流道内表面有利于微喷射现象；应用于细胞显微操作、细胞注射时，需要针尖内径为微米甚至纳米级别的微喷嘴；当被做为细胞微钳时需要经过锻制的微喷嘴，将拉制出的微喷嘴进行热处理可以明显改善微喷嘴在拉制过程中形成的残余应力。这些操作均需要特定几何形状的玻璃微喷嘴，要求微喷嘴一致性良好，以实现可重复性实验。所以需要制作出操作简单、高度自动化的微喷嘴制作仪，摆脱对操作熟练性的依赖，节省劳力和工作时间；需要制作出几何形状、应力性质等使用特性一致性良好的微喷嘴，以取得良好应用效果，需要将拉制和锻制微喷嘴集成至同一台仪器，进行拉制、高温抛光、锻口等操作，以节约成本，需要能够实现二次拉制制作微喷嘴，以得到大锥度的微喷嘴。

为了解决这一问题，许多国家的研究人员作了相关研究工作，如US6363750B1、US4111677、US4530712等专利申请的设计思想基本上是相同的，即都是将玻璃微针局部加热拉伸，以形成出口处内径比较小的微喷嘴，通过改变拉力等操作来控制微针几何形状，虽然专利US6363750B1中提出了一种可以同时进行拉制和锻制的微喷嘴制作仪，但这种仪器结构复杂，增加了使用者的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以同时进行拉制和锻制且成本较低的拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种微喷嘴制作仪，包括微针夹持结构，拉针运动结构，加热丝夹持结构，锻针运动结构，锻针运动结构由步进电机、电机固定板、联轴器、上限位开关、丝杠、下限位开关、丝杠固定结构、锻针滑块以及拉锻切换结构和步进电机控制器构成，所述步进电机通过螺栓固定于电机固定板，电机固定板采用螺栓连接固定于背板，电机与丝杠通过联轴器连接，丝杠通过轴承装配于丝杠固定结构，丝杠固定结构沿垂直方向装配于背板，上限位开关和下限位开关装配于丝杠固定结构，控制锻针滑块不超过行程，拉锻切换结构包括拉锻切换器和辅助板，其中，拉锻切换器由螺栓连接于辅助板，辅助板以螺栓装配于锻针滑块。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

设计了延时控制结构，可以实现大的锥度的微喷嘴制作和二次拉制成型的微喷嘴制作；以可调的重物块和砝码的重力作为拉制力；将微针拉制和微针锻制集成于一体，设计了拉制锻制切换结构，以步进电机控制锻针运动，提高了锻针的精度，实现了微针锻制自动化，结构简单，操作简单，成本低廉，拉制、锻制技术参数可控。所以，所述的微喷嘴制作仪能够进行微针拉制、锻制操作，制作出能够适用于多种不同使用场合的玻璃微针。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的主视结构示意图。

图2是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的俯视结构示意图。

图3是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的左视构示意图。

图4是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的微喷嘴拉制示意图。

图5是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的延时拉制示意图。

图6是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的拉制结束阶段示意图。

图7是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的微喷嘴锻制过程示意图。

图8是本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的立体结构示意图。

具体实施方式

本发明一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪，包括微针夹持结构，拉针运动结构，加热丝夹持结构，锻针运动结构，锻针运动结构由步进电机6、电机固定板7、联轴器8、上限位开关9、丝杠10、下限位开关13、丝杠固定结构14、锻针滑块29以及拉锻切换结构和步进电机控制器构成，所述步进电机6通过螺栓固定于电机固定板7，电机固定板7采用螺栓连接固定于背板18，电机6与丝杠10通过联轴器8连接，丝杠10通过轴承装配于丝杠固定结构14，丝杠固定结构14沿垂直方向装配于背板18，上限位开关9和下限位开关13装配于丝杠固定结构14，控制锻针滑块29不超过行程，拉锻切换结构包括拉锻切换器11和辅助板12，其中，拉锻切换器11由螺栓连接于辅助板12，辅助板12以螺栓装配于锻针滑块29。

微针夹持结构由微针上端夹持器2、上部螺钉4、微针下端夹持器23、下部螺钉24构成，微针上端夹持器2通过螺栓装配于背板18的条形孔，上部螺钉4安装在微针上端夹持器2的上部V型槽3的一侧，上部螺钉4的螺帽覆盖住上部V型槽3，微针下端夹持器23固定在滑块28上，下部螺钉24安装在微针下端夹持器23的下部V型槽22的一侧，下部螺钉24的螺帽覆盖住下部V型槽22。

拉针运动结构包括导轨19、滑块28、微针下端夹持器23、配重21及延时结构20，导轨19通过螺栓安装于背板18上，滑块28安装与导轨19，可沿导轨19滑动，微针下端夹持器23通过螺栓固定于滑块28，配重21通过螺栓固定于微针下端夹持器23，延时结构20通过螺栓固定在背板18上，延时结构20是可抽拉的电磁铁。

加热丝夹持结构包括加热丝1、金属垫片5、夹持结构27、螺栓26及弹簧25，夹持结构27通过螺栓26及弹簧25固定于微喷嘴制作仪基座背板18的条型通孔中，分布在夹持结构27两侧对称的金属垫片5连接于加热丝控制导线30，加热丝1的两端连接至两端的金属垫片5上，导线30连接于加热丝控制器。

实施例：微针夹持结构由装配于背板18的条型通孔的微针上端夹持器2、上部螺钉4，装配于滑块28上的微针下端夹持器23、下部螺钉24构成，微针夹持器上加工有V型槽。所述的拉针运动结构由导轨19、滑块28、装配于滑块的微针下端夹持器23及延时结构20构成，所述的滑块28为沿导轨19滑动的滚珠滑块，可以通过市场购买获得，微针拉制过程中由滑块28及装配于其上的微针下端夹持器23，配重21（金属配重块）提供拉力，所述的配重21（金属配重块）构成了拉力调节部分，当需要调节拉力时可以增减配重块数量。背板18由对称侧板17固定于基板15，构成机身。所述的延时结构20由直动框架式电磁铁及基于STC8051延时控制电路构成，所述的加热丝1由镍镉合金电阻丝绕成螺旋状，加热丝1的圈数及螺旋线圈直径均可以调节，所述的加热丝1由对称金属垫片5及螺钉固定于由绝缘PDMS材料加工制作的夹持结构27上，夹持结构27通过螺栓26及弹簧25固定于微喷嘴制作仪基座背板18的条型通孔中，所述的金属垫片5连接于加热丝控制导线30，同时起到导电作用，所述的导线30连接于加热丝控制器，在导轨19下端装有限位开关16，当拉制过程结束时由滑块28触动，控制加热丝1加热回路断开。所述的锻针过程由加热丝部分和运动部分构成，由于所述的锻制加热丝1与拉制过程工作加热丝为同一个电阻丝，其控制部分为共用模式，所述的锻针运动部分由步进电机6、电机固定金属板7、丝杠10、丝杠固定结构14、拉锻切换结构部分和步进电机控制部分构成，所述电机6通过螺栓固定于电机固定板7，用螺栓将电机固定板7装配于背板18，步进电机6与丝杠10通过联轴器8连接，丝杠10通过轴承装配于丝杠固定结构14，丝杠固定结构14沿垂直方向装配于背板18，上限位开关9和下限位开关13固定于丝杠固定结构14，控制锻针滑块29不超过行程，所述的拉锻切换结构能够使拉制过程与锻制过程分时复用同一个工作电阻丝，实现方式为设计了拉锻切换器11，将其用螺栓连接于辅助板12，再将辅助板12以螺钉固定于锻针滑块29，所述的步进电机控制部分采用C++编程，以上位PC机串口通信控制STC8051单片机控制，能够实现上升、延时、下降等连续及单步过程，能够设置速度等参数。

本发明拉锻集成式微喷嘴制作仪的工作过程为：拉制过程为如图4所示首先设置加热温度、选择合适几何形状加热丝1（匝数、内径），选择合适的配重块的数目，将微喷嘴31装夹固定于上端V型槽3、下端V型槽22，分别以上部螺钉4、下部螺钉24压紧微针上下端，打开控制开关，当拉制完成时，滑块28触及限位开关16，加热丝停止加热。延时控制模式分为两种：一、首先装夹微针31上端，然后将滑块28上滑后拉出延时结构20支撑滑块28，停稳后装夹微针31下端，设置延时时间（原则上大于非延时模式拉制时间），开始微针拉制；二、首先装夹微针31上端，然后将滑块28上滑至延时结构20上方一定距离，装夹微针31下端，设置延时时间（原则上大于非延时模式拉制时间），待加热拉出一段变形，如图5所示，延时结构20支撑住滑块28，待延时结束后完成微针拉制，如图6所示。锻制过程为如图7所示：将经过拉制或者经过拉制、截断等工序的微针31装夹于微针夹持器下部V型槽22，以下部螺钉24压紧，调节步进电机6将微针31的出口端对准加热丝1螺旋线圈下端，此时下降微针下端夹持器23距离L1，再选择微针锻制时进入线圈距离L2，则设置微针下端夹持器23上升总距离为L1+L2，设置上升速度V1、下降速度V2，加热时间t，设置加热丝1温度，打开加热丝控制器待温度场稳定后，点击开始，微针31完成上升、加热、下降过程，可以完成锻制、热抛光、热处理等加工。

Claims

1.一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪，包括微针夹持结构，拉针运动结构，加热丝夹持结构，锻针运动结构，其特征在于，锻针运动结构由步进电机（6）、电机固定板（7）、联轴器（8）、上限位开关（9）、丝杠（10）、下限位开关（13）、丝杠固定结构（14）、锻针滑块（29）以及拉锻切换结构和步进电机控制器构成，所述步进电机（6）通过螺栓固定于电机固定板（7），电机固定板（7）采用螺栓连接固定于背板（18），步进电机（6）与丝杠（10）通过联轴器（8）连接，丝杠（10）通过轴承装配于丝杠固定结构（14），丝杠固定结构（14）沿垂直方向装配于背板（18），上限位开关（9）和下限位开关（13）装配于丝杠固定结构（14），控制锻针滑块（29）不超过行程，拉锻切换结构包括拉锻切换器（11）和辅助板（12），其中，拉锻切换器（11）由螺栓连接于辅助板（12），辅助板（12）以螺栓装配于锻针滑块（29）。

2.根据权利要求1所述的一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪，其特征在于，微针夹持结构由微针上端夹持器（2）、上部螺钉（4）、微针下端夹持器（23）、下部螺钉（24）构成，微针上端夹持器（2）通过螺栓装配于背板（18）的条形孔，上部螺钉（4）安装在微针上端夹持器（2）的上部V型槽（3）的一侧，上部螺钉（4）的螺帽覆盖住上部V型槽（3），微针下端夹持器（23）固定在滑块（28）上，下部螺钉（24）安装在微针下端夹持器（23）的下部V型槽（22）的一侧，下部螺钉（24）的螺帽覆盖住下部V型槽（22）。

3.根据权利要求1所述的一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪，其特征在于，拉针运动结构包括导轨（19）、滑块（28）、微针下端夹持器（23）、配重（21）及延时结构（20），导轨（19）通过螺栓安装于背板（18）上，滑块（28）安装与导轨（19），可沿导轨（19）滑动，微针下端夹持器（23）通过螺栓固定于滑块（28），配重（21）通过螺栓固定于微针下端夹持器（23），延时结构（20）通过螺栓固定在背板（18）上。

4.根据权利要求1所述的一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪，其特征在于，加热丝夹持结构包括加热丝（1）、金属垫片（5）、夹持结构（27）、螺栓（26）及弹簧（25），夹持结构（27）通过螺栓（26）及弹簧（25）固定于微喷嘴制作仪基座背板（18）的条型通孔中，分布在夹持结构（27）两侧对称的金属垫片（5）连接于加热丝控制导线（30），加热丝（1）的两端连接至两端的金属垫片（5）上，导线（30）连接于加热丝控制器。

5.根据权利要求3所述的一种拉锻集成式玻璃微喷嘴制作仪，其特征在于，延时结构（20）是可抽拉的电磁铁。