CN105855139B - 压电驱动的流体点胶阀及点胶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电驱动的流体点胶阀及点胶装置，属于点胶装置领域，所述流体点胶阀包括阀体、压电陶瓷致动器、支撑件、横向设置的变幅杆和竖向设置的传动杆，所述压电陶瓷致动器和支撑件的一端均设置在所述阀体上，另一端均与所述变幅杆的一端相连，所述变幅杆的另一端连接所述传动杆。与现有技术相比，本发明采用压电陶瓷致动器与变幅杆配合的形式，使得动作稳定性和响应速度增强，同时由于压电陶瓷致动器变形独立，所以可以实现较大的变形量。

Description

压电驱动的流体点胶阀及点胶装置

技术领域

本发明涉及点胶装置领域，特别是指一种压电驱动的流体点胶阀及具有该流体点胶阀的点胶装置。

背景技术

流体点胶技术是微电子封装中的一项关键技术，流体点胶技术主要有两种，接触式点胶和非接触式点胶。传统的点胶技术为接触式点胶包括计量管式点胶、活塞式点胶和时间/压力型点胶等方式。而非接触式点胶又可以分为气动式点胶和压电驱动式点胶。气动式点胶的主要动力源是压缩空气。压电式喷射点胶采用杠杆放大原理或液压放大原理将叠层压电陶瓷的微小位移进行放大，然后驱动撞针与喷嘴阀座配合实现胶液的喷射。

中南大学邓圭玲等提出的CN102935416A号专利文献，名称为“基于压电陶瓷驱动和柔性放大壁的点胶阀”，其实现方式为：点胶阀装置包括胶液通道部分、喷嘴部分和喷针，所述的喷嘴部分、胶液通道部分和喷针安装在基座的一端，柔性放大臂的一端与至少一个压电陶瓷致动器对接并安装在所述的基座的另一端，所述的柔性放大臂的另一端与所述的喷针连接。

美国诺信公司的PICO点胶阀采用一块叠层压电陶瓷作为驱动部分，所用叠层压电陶瓷的内部分成两部分，每部分叠层电极采取的是并联叉指状连接方式。叠层压电陶瓷内部的两部分中任意部分的变形，都会受到相邻部分边界条件的限制，直接限制和影响了叠层压电陶瓷的整体变形量。另外，PICO这类陶瓷结构制造成本高，且陶瓷内部的两部分中有任意部分损坏，陶瓷整体都需要更换，维护成本也高。

上述方案一采用悬臂梁结构，为保证位移输出，需要很长的臂长，使得结果稳定性和响应速度降低；上述方案二驱动部分是由一整块压电陶瓷分成的两个部分所构成的，工作时，两部分之间互相影响，直接限制了变形量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种输出稳定，响应速度快，变形量大的压电驱动的流体点胶阀及点胶装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种压电驱动的流体点胶阀，包括阀体、压电陶瓷致动器、支撑件、横向设置的变幅杆和竖向设置的传动杆，其中：

所述压电陶瓷致动器和支撑件的一端均设置在所述阀体上，另一端均与所述变幅杆的一端相连，所述变幅杆的另一端连接所述传动杆。

进一步的，所述压电陶瓷致动器包括上下依次间隔设置的第一叠层压电陶瓷和第二叠层压电陶瓷；所述支撑件为螺栓，所述螺栓位于所述第一叠层压电陶瓷和第二叠层压电陶瓷之间。

进一步的，所述压电陶瓷致动器为叠层压电陶瓷，所述支撑件为柔性铰链杆，所述压电陶瓷致动器和支撑件上下相对设置。

进一步的，所述变幅杆的上方或下方设置有预紧弹簧。

进一步的，所述阀体带有内腔，所述压电陶瓷致动器、支撑件、变幅杆均设置在所述内腔中。

进一步的，所述传动杆上在所述传动杆和变幅杆的连接处设置有上螺母和下螺母。

进一步的，所述流体点胶阀还包括喷射部分，所述喷射部分包括带有喷孔的喷射阀座，所述喷射阀座的内部在所述喷孔的上方设有撞针和撞针套件，所述撞针的上端与所述传动杆接触，所述撞针上配合设置有弹性元件。

进一步的，所述弹性元件为弹簧片。

进一步的，所述撞针的上端还设有撞针螺母；

所述撞针套件通过限位卡簧设置在所述喷射阀座内；

所述喷射部分通过螺栓或者卡槽连接于所述阀体的下部。

另一方面，提供一种点胶装置，包括上述的压电驱动的流体点胶阀。

本发明的具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的压电驱动的流体点胶阀工作时，当给压电陶瓷致动器上电时，所述压电陶瓷致动器会产生伸缩形变，传输给变幅杆，使得变幅杆绕支撑件逆时针或顺时针转动，推动传动杆向上或向下运动，实现了形变的放大。本发明采用压电陶瓷致动器与变幅杆配合的形式，代替了现有技术中的柔性放大臂，避免了较长的臂长使得结果稳定性和响应速度降低，同时由于压电陶瓷致动器变形独立，所以可以实现较大的变形量。

附图说明

图1为本发明的压电驱动的流体点胶阀的一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的压电陶瓷致动器加电变形图；

图3为图1所示实施例的压电陶瓷致动器加电示意图；

图4为本发明的压电驱动的流体点胶阀的另一实施例的结构示意图；

图5为图4所示实施例的压电陶瓷致动器加电变形图。

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。

本发明提供一种压电驱动的流体点胶阀，如图1-5所示，包括阀体1、1’、压电陶瓷致动器11、12、12’、支撑件13、11’、横向设置的变幅杆2、2’和竖向设置的传动杆3、3’，其中：

压电陶瓷致动器11、12、12’和支撑件13、11’的一端均设置在阀体1、1’上，另一端均与变幅杆2、2’的一端相连，变幅杆2、2’的另一端连接传动杆3、3’。

工作时，首先，上电后的压电陶瓷致动器11、12、12’在逆压电作用下，产生伸缩形变，进而带动与它相连的变幅杆2、2’运动，由于支撑件13、11’的存在，变幅杆2、2’只能绕支撑件13、11’做顺时针或逆时针转运，在其带动下，传动杆3、3’做上下振动。

与现有技术相比，本发明采用压电陶瓷致动器11、12、12’与变幅杆2、2’配合的形式，代替了现有技术中的柔性放大臂，避免了较长的臂长使得结果稳定性和响应速度降低，同时由于压电陶瓷致动器11、12、12’变形独立，所以可以实现较大的变形量。

具体的，本发明可以有多种结构形式，现仅举比较典型的两种结构形式予以说明如下：

结构形式一：

如图1所示，压电陶瓷致动器优选包括上下依次间隔设置的第一叠层压电陶瓷11和第二叠层压电陶瓷12；支撑件优选为螺栓13，螺栓13位于第一叠层压电陶瓷11和第二叠层压电陶瓷12之间。压电陶瓷致动器不限于叠层压电陶瓷，可以是任何压电材料类构成的结构或组件。螺栓优选拧紧在阀体1上，同时连接变幅杆2，为第一叠层压电陶瓷11和第二叠层压电陶瓷12提供预紧力。

当该点胶阀工作时，如图2所示，首先，第一叠层压电陶瓷11加电伸长，第二叠层压电陶瓷12不加电，不发生变化。受此影响，变幅杆2做顺时针旋转运动，同时带动传动杆3向下运动。

随后，第一叠层压电陶瓷11断电缩短至原来长度，同时，第二叠层压电陶瓷12加电伸长。同样的，此时，变幅杆2带动传动杆3向上运动。

图3示出了该实施例的加电波形。电压a与电压b分别为第一叠层压电陶瓷11与第二叠层压电陶瓷12所加电压。

与现有技术相比，如美国PICO点胶阀，该阀所用压电陶瓷是一整块结构，内部分成两部分，分别负责阀的开启或关闭，且该阀所用压电陶瓷内部的两部分中任意部分的变形，都会受到相邻部分边界条件的限制，直接限制和影响了压电陶瓷的形变量。另外，PICO这类陶瓷结构制造成本高，且陶瓷内部的两部分中有任意部分损坏，陶瓷整体都需要更换，维护成本也高。在本发明中，第一叠层压电陶瓷11和第二叠层压电陶瓷12为完全相同的两块叠层压电陶瓷，分别负责阀的开启或关闭，第一叠层压电陶瓷11和第二叠层压电陶瓷12之间结构上互不干扰，独立工作，任意叠层压电陶瓷的变形不会受到另外的叠层压电陶瓷的影响，因此控制方便，且变形量大。使得将来缩减叠层压电陶瓷的长度成为一种可能。同时，压电陶瓷长度的缩小，会有效降低压电喷射阀的制造成本。

结构形式二：

如图4所示，压电陶瓷致动器为叠层压电陶瓷12’，支撑件11’为柔性铰链杆，压电陶瓷致动器和支撑件11’上下相对设置。同样的，该压电陶瓷致动器不限于叠层压电陶瓷，可以是任何压电材料类构成的结构或组件。图4中压电陶瓷致动器和支撑件的位置可以互相更换。

当该点胶阀工作时，如图5所示，下叠层压电陶瓷12’加电伸长。此时，变幅杆2’绕柔性铰链杆11’逆时针转动，带动传动杆3’向上运动此时，点胶阀进入开启状态。

随着叠层压电陶瓷12’断电收缩，变幅杆2’绕柔性铰链杆11’顺时针转动，带动传动杆3’向下运动。如此循环动作，实现点胶阀的点胶。

本结构采用一块叠层压电陶瓷12’和柔性铰链杆11’配合的结构，可以进一步降低点胶阀的成本。

优选的，变幅杆2’的上方或下方设置有预紧弹簧6’。

如图4所示，预紧弹簧6’抵住变幅杆2’，为变幅杆2’提供预紧力。工作时，当下叠层压电陶瓷12’断电收缩时，弹簧6’协助推动变幅杆2’绕柔性铰链杆11’顺时针转动，带动传动杆3’向下运动。

此外，本发明中，阀体1、1’优选带有内腔，压电陶瓷致动器11、12、12’、支撑件13、11’、变幅杆2、2’均设置在该内腔中。

采用内腔结构使压电陶瓷致动器11、12、12’、支撑件13、11’、变幅杆2、2’等置于阀体内部，不仅有效的避免了这些元件的损坏，同时节省了成本，易于点胶阀的小型化。

另外，在传动杆3、3’和变幅杆2、2’的连接处还优选设置有上螺母31、31’和下螺母32、32’。上螺母31、31’和下螺母32、32’使传动杆3、3’和变幅杆2、2’紧密固定在一起，防止了二者间的相对滑动，且拆卸方便，成本较低。

进一步的，流体点胶阀还可以包括喷射部分，喷射部分包括带有喷孔53、53’的喷射阀座5、5’，所述喷射阀座5、5’的内部在所述喷孔53、53’的上方设有撞针54、54’和撞针套件52、52’，撞针54、54’的上端与传动杆3、3’接触，撞针54、54’上设置有弹性元件55、55’。

工作时，当传动杆3、3’向上或向下运动时，会同时带动撞针54、54’产生相应运动。

当采用结构一时：

传动杆3无相应上下运动时，撞针54与喷孔53有一定的距离，即点胶阀处于开启状态。当传动杆3向下运动时会带动撞针54向下运动，在阀座腔51内的液体受撞针54挤压，从喷孔53中喷射出来。此时，点胶阀进入关闭状态。

随后，当变幅杆2带动传动杆3向上运动，撞针54受弹性元件55回复力的作用向上运动，少量的空气回流至阀座腔51内，也就是说，在撞针54与喷孔53之间出现了一个小型空气腔。待喷射的流体将填满上述空气腔，准备下一个动作。此时，点胶阀进入了开启状态。

待喷射的流体填满这个空气腔后，重复以上两个动作，如此循环。

当采用结构二时：

初始状态时，传动杆3’的下方顶住撞针54’，弹性元件55’受来自于上方的压力，撞针54’与喷孔53’紧贴，即点胶阀处于关闭状态。

当点胶阀工作时，当变幅杆2’带动传动杆3’向上运动，撞针54’受弹性元件55’回复力的作用向上运动，少量的空气回流至阀座腔51’内，在撞针54’与喷孔53’之间出现了一个小型空气腔。待喷射的流体将充满这个空气腔，准备下一个动作。此时，点胶阀进入开启状态。

待喷射的流体填满这个空气腔后，传动杆3’向下运动，同时推动撞针54’向下运动，在阀座腔51’内的液体受撞针54’挤压，从喷孔53’中喷射出来。此时，点胶阀进入了关闭状态。

点胶阀重复以上两个动作，如此循环。

此外喷射部分还可以设置有密封圈等辅助装置。该结构是一种典型的机械系统的强迫运动，其中利用弹性元件55、55’提供回弹力，推动撞针54、54’向上实现其回复运动，效果较好。

优选的，弹性元件55、55’为弹簧片。与现有技术相比，本发明中的弹簧片并非利用谐振作用，而是利用弹簧片机械回弹力，协助撞针抬起，可靠性较高。

进一步优选的，撞针54、54’的上端还可以设有撞针螺母57、57’；撞针套件52、52’可以通过限位卡簧56、56’设置在所述喷射阀座5、5’内；喷射部分可以通过螺栓或者卡槽连接于所述阀体1、1’的下部。

与上述相对应，本发明提供一种点胶装置，包括上述的压电驱动的流体点胶阀。

与现有技术相比，本发明工作时，当给压电陶瓷致动器上电时，压电陶瓷致动器会产生伸缩形变，传输给变幅杆，使得变幅杆绕支撑件逆时针或顺时针转动，推动传动杆向上或向下运动，实现了形变的放大。本发明采用压电陶瓷致动器与变幅杆配合的形式，代替了现有技术中的柔性放大壁，避免了较长的臂长使得结果稳定性和响应速度降低，同时由于压电陶瓷致动器变形独立，所以可以实现较大的变形量。

以上所述是本发明的优选实施方式，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 (8)

1.一种压电驱动的流体点胶阀，其特征在于，包括阀体、压电陶瓷致动器、支撑件、横向设置的变幅杆和竖向设置的传动杆，所述阀体带有内腔，其中：

所述压电陶瓷致动器和支撑件的一端均设置在所述阀体上，另一端均与所述变幅杆的一端相连，所述变幅杆的另一端连接所述传动杆，

所述压电陶瓷致动器为叠层压电陶瓷，所述支撑件为柔性铰链杆，所述压电陶瓷致动器和支撑件上下相对设置，且压电陶瓷致动器和支撑件的位置可以互相更换。

2.根据权利要求1所述的压电驱动的流体点胶阀，其特征在于，所述压电陶瓷致动器为叠层压电陶瓷，所述支撑件为柔性铰链杆时，所述变幅杆的上方或下方设置有预紧弹簧。

3.根据权利要求2所述的压电驱动的流体点胶阀，其特征在于，所述压电陶瓷致动器、支撑件、变幅杆均设置在所述内腔中。

4.根据权利要求3所述的压电驱动的流体点胶阀，其特征在于，所述传动杆上在所述传动杆和变幅杆的连接处设置有上螺母和下螺母。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的压电驱动的流体点胶阀，其特征在于，所述流体点胶阀还包括喷射部分，所述喷射部分包括带有喷孔的喷射阀座，所述喷射阀座的内部在所述喷孔的上方设有撞针和撞针套件，所述撞针的上端与所述传动杆接触，所述撞针上配合设置有弹性元件。

6.根据权利要求5所述的压电驱动的流体点胶阀，其特征在于，所述弹性元件为弹簧片。

7.根据权利要求6所述的压电驱动的流体点胶阀，其特征在于，所述撞针的上端还设有撞针螺母；

所述撞针套件通过限位卡簧设置在所述喷射阀座内；

所述喷射部分通过螺栓或者卡槽连接于所述阀体的下部。

8.一种点胶装置，其特征在于，包括权利要求7所述的压电驱动的流体点胶阀。