CN105903642B - 一种适用于窄缝的微量点胶装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于窄缝的微量点胶装置，包括驱动机构、移液针调整机构、微管调整机构，所述驱动机构包括支撑架，安装在支撑架上的旋转马达、联轴器、偏心轮机构和与偏心轮机构连接的移液针安装板，所述旋转马达的输出端通过联轴器与偏心轮机构驱动连接；所述移液针调整机构包括安装在移液针安装板上的移液针夹持器和移液针；所述微管调整机构包括微管支架、固定在所述微管支架上的微管，所述微管支架包括微小调整模块和姿态调整部件。本发明还公开了一种适用于窄缝的微量点胶方法。本发明适用于各种黏度的窄缝的微量点胶，点胶工艺简单易于实现，且具有频率可调（最高频率130Hz）、超微量（fL级）、窄缝点胶等优点。

Description

一种适用于窄缝的微量点胶装置及方法

技术领域

本发明专利涉及点胶技术领域，尤其涉及一种适用于窄缝的微量点胶装置及方法。

背景技术

点胶技术广泛应用微装配、生物工程、快速制造等各个领域及行业，随着微机电系统（MEMS）迅猛发展，对微量点胶的要求越来越高。点胶技术追求着更微量、更快速、精度更高、可靠性更强的方向发展。

目前常见的点胶方式有：活塞式、螺杆泵式、喷射式和时间/压力式。活塞式点胶受到黏度、温度、气压等因素的影响较小，均一性较好，但体积在2μL-2mL内，且受点胶装置的结构限制，难以实现在窄逢内微量点胶。螺杆泵式点胶适用胶液粘度范围广，但受到螺杆参数的影响较大，分配精度较低。喷射式点胶具有胶滴均一性好、点胶速度快等优点，但受胶液粘度影响很大，很难适用于高粘度胶液，且用低粘度胶液进行高速点胶易产生卫星滴等现象，影响胶滴质量。由于点胶装置的结构限制，时间压力型虽然针头可以做得很细，但只能实现黏度小于500cp胶液的窄缝点胶，且由于原理上原因，无法保证点胶的均匀性。目前对于高黏度的胶液，国内外无法实现在窄缝内的微量点胶。

本发明在华南理工大学张勤提出的超微量点胶方法的基础上进一步改进，实现高速化微量点胶，最高频率能达130Hz，且解决了目前无法实现在窄逢（微米级）处的微量点胶。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种适用于窄缝的微量点胶装置及方法，本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种适用于窄缝的微量点胶装置，包括驱动机构、移液针调整机构、微管调整机构，所述的驱动机构包括支撑架，安装在支撑架上的旋转马达、联轴器、偏心轮机构和与偏心轮机构连接的移液针安装板，所述旋转马达的输出端通过联轴器与偏心轮机构驱动连接；

所述的移液针调整机构包括安装在移液针安装板上的移液针夹持器和夹持固定在移液针夹持器上的移液针；

所述的微管调整机构包括微管支架、固定在所述微管支架上的微管，所述的微管支架包括具有x、y、z方向移动功能的微小调整模块和设置在微小调整模块上的姿态调整部件。

进一步地，所述的驱动机构传动部件为偏心轮机构和联轴器，所述偏心轮机构包括偏心轮、从动轴，所述从动轴固定安装在偏心轮上，所述从动轴通过联轴器与旋转马达相连接，移液针安装板上设置有与所述偏心轮相配合的圆孔。

进一步地，所述的偏心轮上设置多个偏心距不同的从动轴安装孔，从动轴带动偏心轮旋转，不同的从动轴安装孔用于改变移液针的运动行程，当需要不同的移液针的运动行程时，可选择相应的从动轴安装孔来固定从动轴。

进一步地，所述移液针夹持器包括外壳、设置在所述外壳空腔中的夹持轴、凸字形内套筒、下套筒、上套筒和压缩弹簧，所述外壳的空腔中设置有隔板，隔板中心设置有与所述的夹持轴中部滑动配合的导向孔，所述的夹持轴的上下两端对称设置有锥形夹持部，内部沿轴线设置有穿插移液针的通孔；所述的下套筒、上套筒为内设锥形通孔的Y形柱状结构，分别与夹持轴两端的锥形夹持部相配合；所述内套筒套在夹持轴上；所述压缩弹簧套在内套筒的小端上，其一端与内套筒的阶梯面接触，另一端与外壳内腔中的阶梯面相接触；所述内套筒的大端端面在压缩弹簧作用下紧抵于上套筒的阶梯面，所述下套筒的阶梯面在压缩弹簧作用下紧压于外壳下端面，所述的上套筒的上端面与外壳的止位端板之间嵌入有中空的T形挤压块。

进一步地，所述锥形夹持部包括三块相互间隔一定间隙的弹性夹片，各弹性夹片在所述下套筒、上套筒的锥形通孔作用下实现对移液针2的收拢夹紧和松开。

进一步地，所述移液针夹持器用于夹持和调节移液针，移液针夹持器中的移液针的伸出长度可调，移液针伸出微管的长度高于窄缝的深度1-2mm。

进一步地，所述的微管调整机构为可移动式，所述姿态调整部件固定安装在上述微小调整模块的前端，所述微管固定在所述姿态调整部件上。

进一步地，所述姿态调整部件由上至下依次包括微管夹紧部、球冠高度可调的三个支撑柱，通过调整三个支撑柱的高度，调节微管绕x、y轴的转动姿态。

本发明还公开了一种采用所述超微量点胶装置的点胶方法，包括步骤：

1）选择移液针，根据窄缝高度选择移液针的长度，根据窄缝宽度和胶液黏度，选择移液针先端的直径，移液针先端的直径为窄缝宽度的1/2~2/3倍；

2）安装移液针，用移液针夹持器夹持移液针，使移液针垂直于窄缝面，同时调整移液针的伸出长度，移液针伸出微管的长度大于窄缝高度1~2mm；

3）选择微管，根据移液针末端的直径选择微管的内径，微管内径一般大于移液针进入胶液内直径的3到5倍，根据微管加紧部厚度选择微管的长度。用注射器或者利用微管的毛细现象吸附胶液，微管内的液柱高度大于移液针回程的液窝深度；

4）调节微管位置及姿态，先将内附胶液的微管安装固定在姿态调整部件上，姿态调整部件通过支撑柱调节微管的姿态，使微管垂直于窄缝面，接着通过微小调整模块调节微管的位置，使微管的轴中心线与移液针的轴中心线重合，同时调整微管下端面与窄缝结构最顶端的距离为1mm~2mm，其目的是因为移液针伸出内附胶液的微管时会顺势从微管中带出胶液，设置所述距离可防止该胶液污染窄缝最顶端面；

5）根据移液针先端的初始及终点位置选择从动轴对应的安装孔：先调节移液针先端的初始位置，使移液针先端与窄缝面重合；接着移动移液针先端至微管内且距离微管下端口1-2mm处作为终点位置；根据移液针先端的初始位置和终点位置选择合适的从动轴安装孔来确定移液针的往返行程；

6）旋转马达通过偏心轮机构控制移液针穿出内附胶液的微管，移液针先端吸附微小液滴，当移液针先端靠近窄缝面时，移液针先端的微小液滴与窄缝面接触，微小液滴涂在窄缝面上，移液针离开窄缝面后，微小液滴一部分残留在窄缝面上，实现窄缝的微量点胶。

相比现有技术：本发明解决了目前国内外无法实现窄缝中的微量 点胶，且频率可调，调整范围0~130HZ，点胶工艺简单易于实现等优点。

附图说明

图1是本发明实施例的微量点胶装置的结构原理图。

图2是本发明实施例的微管调整机构的结构示意图。

图3是本发明实施例的微管调整机构中的微调夹持装置示意图。

图4是本发明实施例的偏心轮机构原理图。

图5为本发明实施例的窄缝微量点胶方法示意图。

图6为本发明实施例的窄缝微量点胶过程示意图。

图7为本发明实施例的移液针夹持器的结构示意图。

图8为本发明实施例的窄缝结构示意图。

图中所示为：1-移液针夹持器；2-移液针；3-微管；4-微管支架；5-胶液；6-高速摄像仪；7-移液针安装板；8-偏心轮机构；9-联轴器；10-旋转马达；11-支撑架；12-窄缝面；13-微小液滴；14-偏心轮；15-从动轴；16-窄逢结构；17-下套筒；18-外壳；19-压缩弹簧；20-内套筒；21-夹持轴；22-挤压块；23-上套筒；24-下侧板；25-上侧板；26-微小调整模块；27-姿态调整部件；28-微管夹紧部；29-球冠；30-支撑柱；31-隔板；32-止位端板；33-锥形夹持部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

如图1所示，一种适用于窄缝的微量点胶装置，包括驱动机构、移液针调整机构和微管调整机构，所述的驱动机构包括支撑架11，安装在支撑架上的旋转马达10、联轴器9、偏心轮机构8和与偏心轮机构8连接的移液针安装板7，所述旋转马达10的输出端通过联轴器9与偏心轮机构8驱动连接；

所述的移液针调整机构包括安装在移液针安装板7上的移液针夹持器1、夹持固定在移液针夹持器1上的移液针2；

所述的微管调整机构包括微管支架4、固定在所述微管支架4上的微管3，所述的微管支架4包括具有x、y、z方向移动功能的微小调整模块26和设置在微小调整模块26上的姿态调整部件27。所述移液针2移动时从所述微管3中穿过并伸出微管3外。

所述的驱动机构传动部件为偏心轮机构8和联轴器9，所述偏心轮机构8包括偏心轮14、从动轴15，所述从动轴15固定安装在偏心轮14上，所述从动轴15通过联轴器9与旋转马达10相连接，移液针安装板7上设置有与所述偏心轮14相配合的圆孔。因此旋转马达10的转动带动移液针安装板7上下运动。

所述的偏心轮14上设置多个偏心距不同的从动轴安装孔，从动轴15带动偏心轮旋转，不同的从动轴安装孔用于改变移液针的运动行程，当需要不同的移液针的运动行程时，可选择相应的从动轴安装孔来固定从动轴15，当需要不同的移液针2的运动行程时，可选择相应的从动轴安装孔来固定从动轴15。

如图7所述，所述移液针夹持器1包括外壳18、设置在所述外壳18空腔中的夹持轴21、凸字形内套筒20、下套筒17、上套筒23和压缩弹簧19，所述外壳18的空腔中设置有隔板31，隔板31中心设置有与所述的夹持轴21中部滑动配合的导向孔，所述的夹持轴21的上下两端对称设置有锥形夹持部33，内部沿轴线设置有用于穿插移液针2的通孔；所述的下套筒17、上套筒23为内设锥形通孔的Y形柱状结构，分别与夹持轴21两端的锥形夹持部33相配合，所述锥形夹持部33包括若干块相互间隔一定间隙的弹性夹片，各弹性夹片在所述下套筒17、上套筒23的锥孔作用下实现收拢夹紧和松开；所述内套筒20套在夹持轴21上，所述压缩弹簧19套在内套筒的小端上，其一端与内套筒20的阶梯面接触，另一端与外壳18内腔中的阶梯面相接触，所述内套筒20的大端端面在压缩弹簧19作用下紧抵于上套筒23的阶梯面，所述下套筒17的阶梯面在压缩弹簧19作用下紧压于外壳18下端面，所述的上套筒23的上端面与外壳18的止位端板32之间嵌入有中空的T形挤压块22，自然状态下，压缩弹簧19处于预紧状态，上下两侧分别挤压外壳18和内套筒20；外壳18内部有两个空腔体构成，下腔体比上腔体小且比上腔体短，下腔体内有下套筒17和夹持轴21一部分，上腔体内装有压缩弹簧19、内套筒20、上套筒23、夹持轴21另一部分；给予挤压块22一个向下的压力，挤压块22推动内套筒20和上套筒23下移，解除下套筒17、上套筒23对锥形夹持部33的挤压，锥形夹持部33的各弹性夹片在自身弹性作用下松开对移液针2的夹紧力，此时可调整移液针2伸出外壳18部分的长度，使移液针2获得合适的初始位置及点胶距离，调整结束后，接触对挤压块22的压力，内套筒20在压缩弹簧19的作用下推动上套筒23上移，从而使下套筒17、上套筒23挤压锥形夹持部33，所述锥形夹持部33的各弹性夹片收拢夹紧移液针2。

所述锥形夹持部33包括三块相互间隔一定间隙的弹性夹片，各弹性夹片在所述下套筒17、上套筒23的锥形通孔作用下实现对移液针2的收拢夹紧和松开。

如图2所示，所述的微管调整机构为可移动式，其中所述姿态调整部件27固定安装在上述微小调整模块26的前端，所述微管3固定在所述姿态调整部件27上。

如图3所示，所述姿态调整部件27由上至下依次包括微管夹紧部28、球冠29和高度可调的三个支撑柱30，通过调整三个支撑柱30的高度，调节微管3绕x、y轴的转动姿态。通过对微管3姿态的调整，微管3的轴心线和移液针2的轴心线重合，这样在移液针2移动并穿出微管3时，能有效避免移液针2在运动过程中碰撞到微管3内壁，调整时，可采用高速摄像仪6进行观察。

如图5和图6所示，一种采用所述超微量点胶装置的点胶方法，包括步骤：

1）选择移液针2，根据窄缝高度选择移液针2的长度，根据窄缝宽度和胶液粘度，选择移液针2先端的直径，移液针2直径为窄缝宽度的1/2~2/3倍；

2）安装移液针2，用移液针夹持器1夹持移液针2，使移液针2垂直于窄缝面12，同时调整移液针2的伸出长度，移液针2伸出微管长度大于窄缝高度1~2mm；

3）选择微管3，根据移液针2末端的直径选择微管3的内径，微管3内径一般大于移液针进入胶液内直径的3到5倍；根据微管加紧部28的厚度选择微管3的长度，用注射器或者利用微管3的毛细现象吸附胶液5，微管3内的液柱高度大于1.5mm；

4）调节微管3位置及姿态，先将内附胶液的微管3安装固定在姿态调整部件27上，姿态调整部件27通过支撑柱30调节微管3的姿态，使微管3垂直于窄缝面12，接着通过微小调整模块26调节微管3的位置，使微管3的轴中心线与移液针2的轴中心线重合，同时调整微管3下端面与窄缝结构16最顶端的距离为1mm~2mm，其目的是因为移液针伸出内附胶液的微管时会顺势从微管中带出胶液，设置所述距离可防止该胶液污染窄缝最顶端面；

5）根据移液针2先端的初始及终点位置选择从动轴对应的安装孔：先调节移液针2先端的初始位置，使移液针2先端与窄缝面12重合；接着移动移液针2先端至微管3内且距离微管3下端口1-2mm处作为终点位置；根据移液针2先端的初始位置和终点位置选择合适的从动轴安装孔来确定移液针2的往返行程；

6）旋转马达10通过偏心轮机构8控制移液针2穿出内附胶液的微管3，移液针2先端吸附微小液滴13，当移液针2先端靠近窄缝面12时，移液针2先端的微小液滴13与窄缝面12接触，微小液滴13涂在窄缝面12上，移液针2离开窄缝面1后，微小液滴13一部分残留在窄缝面12上，实现窄缝的微量点胶。

图8为窄缝结构16的示意图，窄缝面12位于下侧板24和上侧板25之间。在窄缝面12上进行点胶，形成胶斑。

通过调整旋转马达10（可以选用Maxon电机，比如Maxon DCX26L）于合适的转速，转速范围为0~130n/s。旋转马达通过联轴器9带动偏心轮机构8旋转，使得移液针安装板7往返运动，带动移液针2进行往返运动，操作时，通过控制旋转马达10的转速可调节点胶速度。

本实施例采用高速旋转马达结合偏心轮机构8作用移液针2往返运动的动力源，实现高速化点胶作业，最高频率能达130Hz；移液针夹持器1夹持微细的移液针2，避免移液针2折弯等现象，且用于调整移液针2的伸出长度，在窄逢中进行点胶；微管支架4用于调整微管3中心线与移液针2中心线重合，使移液针2顺利穿过内附胶液5的微管3。

综上所述，上述实施例提供的点胶装置可适用于不同宽度和深度的窄缝（微米级）的微量点胶作业，点胶速度可控，且不受胶液黏度的影响，点胶品质高，具有广泛的市场应用前景。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于窄缝的微量点胶装置，包括驱动机构、移液针调整机构、微管调整机构，其特征在于：

所述的驱动机构包括支撑架(11)，安装在支撑架(11)上的旋转马达(10)、联轴器(9)、偏心轮机构(8)和与偏心轮机构(8)连接的移液针安装板(7)，所述旋转马达(10)的输出端通过联轴器(9)与偏心轮机构(8)驱动连接；

所述的移液针调整机构包括安装在移液针安装板(7)上的移液针夹持器(1)和夹持固定在移液针夹持器(1)上的移液针(2)；

所述的微管调整机构包括微管支架(4)、固定在所述微管支架(4)上的微管(3)，所述的微管支架(4)包括具有x、y、z方向移动功能的微小调整模块(26)和设置在微小调整模块(26)上的姿态调整部件(27)；

所述移液针夹持器(1)包括外壳(18)、设置在所述外壳(18)空腔中的夹持轴(21)、凸字形内套筒(20)、下套筒(17)、上套筒(23)和压缩弹簧(19)，所述外壳(18)的空腔中设置有隔板(31)，隔板(31)中心设置有与所述的夹持轴(21)中部滑动配合的导向孔，所述的夹持轴(21)的上下两端对称设置有锥形夹持部(33)，内部沿轴线设置有穿插移液针(2)的通孔；所述的下套筒(17)、上套筒(23)为内设锥形通孔的Y形柱状结构，分别与夹持轴(21)两端的锥形夹持部(33)相配合；所述内套筒(20)套在夹持轴(21)上；所述压缩弹簧(19)套在内套筒(20)的小端上，其一端与内套筒(20)的阶梯面接触，另一端与外壳(18)内腔中的阶梯面相接触；所述内套筒(20)的大端端面在压缩弹簧(19)作用下紧抵于上套筒(23)的阶梯面，所述下套筒(17)的阶梯面在压缩弹簧(19)作用下紧压于外壳(18)下端面，所述的上套筒(23)的上端面与外壳(18)的止位端板(32)之间嵌入有中空的T形挤压块(22)。

2.根据权利要求1所述的适用于窄缝的微量点胶装置，其特征在于：所述的驱动机构传动部件为偏心轮机构(8)和联轴器(9)，所述偏心轮机构(8)包括偏心轮(14)、从动轴(15)，所述从动轴(15) 固定安装在偏心轮(14)上，所述从动轴(15)通过联轴器(9)与旋转马达(10)相连接，移液针安装板(7)上设置有与所述偏心轮(14)相配合的圆孔。

3.根据权利要求2所述的适用于窄缝的微量点胶装置，其特征在于：所述的偏心轮(14)上设置多个偏心距不同的从动轴安装孔。

4.根据权利要求1所述的适用于窄缝的微量点胶装置，其特征在于：所述锥形夹持部(33)包括三块相互间隔一定间隙的弹性夹片，各弹性夹片在所述下套筒(17)、上套筒(23)的锥形通孔作用下实现对移液针(2)的收拢夹紧和松开。

5.根据权利要求1所述的适用于窄缝的微量点胶装置，其特征在于：所述移液针夹持器(1)用于夹持和调节移液针(2)，移液针夹持器(1)中的移液针(2)的伸出长度可调，移液针(2)伸出微管(3)的长度高于窄缝的深度1-2mm。

6.根据权利要求 1所述的适用于窄缝的微量点胶装置，其特征在于：所述的微管调整机构为可移动式，所述姿态调整部件(27)固定安装在上述微小调整模块(26)的前端，所述微管(3)固定在所述姿态调整部件(27)上。

7.根据权利要求6所述的适用于窄缝的微量点胶装置，其特征在于：所述姿态调整部件由上至下依次包括微管夹紧部(28)、球冠(29)和高度可调的三个支撑柱(30)，通过调整三个支撑柱(30)的高度，调节微管(3)绕x、y轴的转动姿态。

8.一种采用权利要求1至7中任一项所述适用于窄缝的微量点胶装置的点胶方法，其特征在于，包括步骤：

1）选择移液针(2)，根据窄缝高度选择移液针(2)的长度，根据窄缝宽度和胶液黏度，选择移液针(2)先端的直径，移液针(2)先端直径为窄缝宽度的1/2~2/3倍；

2）安装移液针(2)，用移液针夹持器(1)夹持移液针(2)，使移液针(2)垂直于窄缝面(12)，同时调整移液针(2)的伸出长度，移液针(2)伸出微管的长度大于窄缝高度1~2mm；

3）选择微管(3)，根据移液针(2)末端的直径选择微管(3)的内径，微管(3)内径大于移液针进入胶液内直径的3到5倍，用注射器或者利用微管(3)的毛细现象吸附胶液，微管(3)内的液柱高度大于移液针回程的液窝深度；

4）调节微管(3)位置及姿态，先将内附胶液的微管(3)安装固定在姿态调整部件(27)上，姿态调整部件(27)通过支撑柱(30)调节微管(3)的姿态，使微管(3)垂直于窄缝面(12)，接着通过微小调整模块(26)调节微管(3)的位置，使微管(3)的轴中心线与移液针(2)的轴中心线重合，同时调整微管(3)下端面与窄缝结构(16)最顶端的距离为1mm~2mm；

5）根据移液针(2)先端的初始及终点位置选择从动轴对应的安装孔：先调节移液针(2)先端的初始位置，使移液针(2)先端与窄缝面(12)重合；接着移动移液针(2)先端至微管(3)内且距离微管(3)下端口1-2mm处作为终点位置；根据移液针(2)先端的初始位置和终点位置选择合适的从动轴安装孔来确定移液针(2)的往返行程；

6）旋转马达(10)通过偏心轮机构(8)控制移液针(2)穿出内附胶液(5)的微管(3)，移液针(2)先端吸附微小液滴(13)，当移液针(2)先端靠近窄缝面(12)时，移液针(2)先端的微小液滴(13)与窄缝面(12)接触，微小液滴(13)涂在窄缝面(12)上，移液针(2)离开窄缝面(1)后，微小液滴(13)一部分残留在窄缝面(12)上，实现窄缝的微量点胶。