CN108672212B - 一种微喷射点胶驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微喷射点胶驱动装置，装置由上驱动单元1、下驱动单元2、摆动单元3和输出单元4组成。2个驱动单元对称置于摆动单元两侧。驱动单元是由若干个柔性铰链和杆件组成的柔性结构，利用柔性铰链的弹性变形使连接于摆动单元的杆件实现左右微幅摆动；摆动单元是由1个柔性铰链和1个T型杆组成，利用柔性铰链的弹性变形将驱动单元的左右摆动传递至摆动单元，使其上下微幅摆动；输出单元是由2个对称布置的弧形柔性梁和1个撞针固定杆组成，利用弧形柔性梁的弹性变形将摆动单元的上下摆动传递至输出单元，使用于安装撞针的杆件上下微幅摆动，实现微喷射功能。所设计的微喷射点胶驱动装置可用于生物工程、快速制造、电子封装等领域。

Description

一种微喷射点胶驱动装置

技术领域

本发明涉及一种微喷射点胶驱动装置，属于液体分配技术，主要应用于生物工程、电子封装、快速制造等领域。

背景技术

近年来，随着生命科学、电子封装、快速制造等尖端领域的快速发展，对液体材料进行分配转移操作的要求也越来越高，在这些领域中对液体分配的频率、精度以及液体体积等情况有着不同的要求。传统的点胶系统受工作原理和驱动方式的限制，使得其胶液分配精度和速度难以满足精准快速分配的要求。

微喷射点胶驱动装置采用压电陶瓷作为驱动器，利用压电材料的逆压电效应实现驱动，具有分配频率快、分配精度高、频响高等优点，越来越广泛应用于电子与制造领域。尤其是在电子封装领域，胶黏剂、银浆等高黏性液体材料的微量喷射点胶操作是表面贴装、引线连接、微结构制造等电子工业领域不可或缺的技术手段，是保证电子封装质量的重要环节，也是制约电子封装技术向高密度、微型化、立体化方向发展的瓶颈之一。另外，随着电子封装技术不断发展，器件尺寸越来越小，安装密度越来越高，新型封装技术不断涌现，对微滴分配操作的精度、速度和灵活性提出了更高要求。

在电子封装领域主要存在接触式点胶和非接触式喷胶两种分配方式。接触式点胶技术发展较早，在银浆、焊膏等特高黏度材料分配及填充、筑坝等大剂量胶体需求场合应用较多，但存在分配速度慢、一致性差、胶滴体积大的缺点。目前，利用撞针撞击胶体形成喷射的非接触式分配技术在很多场合得到应用。该方法利用脉冲式高压空气带动撞针振动，具有驱动力大、分配胶体黏度高的特点，但这类喷射阀特别容易受到气压波动、迟滞性等影响，限制了分配精度、速度的进一步提高。为此，部分研究学者提出了利用压电致动器带动撞针振动的微喷方案，该类方案多利用位移放大机构来放大压电致动器位移，以满足对撞针振幅的需求。

柔顺机构是采用柔性构件的弹性变形传递和转换运动、力或能量的一种新型结构，柔顺机构具有免摩擦、免润滑、整体化制造、运动灵敏度高等优点，柔顺机构的这些优点使得其可用于微喷点胶驱动装置的结构设计。压电陶瓷致动器具有稳定性好、响应快、输出力大和定位精确等特点，适宜于作为放大机构的致动器，能满足驱动撞针所需的输出力、响应速度和精密性的工作要求，可以获得更快的点胶速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于柔顺机构的微喷射点胶驱动装置，克服现有点胶技术中回程速度慢，胶滴一致性差等问题，实现快速均匀点胶。

本发明采用的技术方案如下：

本发明设计的一种基于柔顺机构的微喷射点胶驱动装置，包括2个驱动单元、摆动单元和输出单元。上下两个驱动单元分别放置在摆动单元两侧，通过柔性铰链和摆动单元相连接；摆动单元的一端通过柔性铰链与框体相连，另一端与输出单元通过弧形柔性梁相连接；其工作原理如图1所示，微喷射点胶驱动装置中上下两个驱动单元分别驱动摆动单元沿Y正负方向上下微幅摆动，与之相连的输出单元也随之沿Y正负方向上下摆动，带动与输出单元相连的撞针沿Y正负方向上下运动，实现点胶阀的快速开启和闭合(撞针向Y正方向运动时，点胶阀开启，反之闭合)，将供胶系统注入点胶阀内的胶体逐滴喷射出去。

所述2个驱动单元包括上驱动单元1和下驱动单元2，它们对称放置于摆动单元两侧。当上驱动单元1工作时，输出单元可沿X正方向微幅摆动；当下驱动单元2工作时，输出单元可沿X负方向微幅摆动，可实现撞针6沿Y正负方向微幅运动。上驱动单元1如图2所示，由第一柔性铰链12、第二柔性铰链13、第三柔性铰链15、第一压电陶瓷致动器11和第一杆件14组成；当第一压电陶瓷致动器11沿X负方向施加输入位移，利用第二柔性铰链13的拉伸变形将该输入位移传递至第一杆件14与第二柔性铰链13的联接处，利用第一柔性铰链12的弯曲变形将输入位移传递至第一杆件14与第三柔性铰链15的联接处，使得第一杆件14与第三柔性铰链15的联接处沿X负方向微幅运动，利用第三柔性铰链15的拉伸变形将该沿X负方向微幅运动传递至摆动单元。下驱动单元2与上驱动单元1结构相同，由第四柔性铰链19、第五柔性铰链20、第六柔性铰链21、第二压电陶瓷致动器17和第二杆件22组成，利用柔性铰链19、20和21的弹性变形实现将第二杆件22沿X正方向微幅运动传递至摆动单元。

所述摆动单元3如图2所示，由T型摆杆18和第七柔性铰链16组成，其中T型摆杆18由第三杆件23、第四杆件24和第五杆件25构成T字型结构，第三杆件23通过第三柔性铰链15连接于上驱动单元1，第四杆件24通过第六柔性铰链21连接于下驱动单元2；第七柔性铰链16连接于摆杆18的中部；当上驱动单元1工作时,第一杆件14的输出位移通过第三柔性铰链15传递至第三杆件23，利用第七柔性铰链16的弯曲变形使第五杆件25沿Y正方向摆动；当下驱动单元2工作时，第二杆件22的输出位移通过第六柔性铰链21传递至第四杆件24，利用第七柔性铰链16的弯曲变形使第五杆件25沿Y负方向摆动，从而实现第五杆件25的上下摆动。

所述输出单元4如图2所示，由弧形柔性梁9和撞针固定杆8组成，撞针固定杆8通过弧形柔性梁9与T型摆杆18相连接，利用弧形柔性梁9的弹性变形将T型摆杆18的上下摆动传递至撞针固定杆8，使得撞针固定杆8实现上下摆动。撞针固定杆8与撞针6固连在一起，撞针6可以随撞针固定杆8摆动实现上下的微幅往复运动，以实现微喷射点胶驱动功能。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和增益效果：

(1)本发明设计的微喷射点胶驱动装置采用柔顺机构实现驱动撞针，使得撞针的位移精度更高，可控性更好，喷射速度相比传动的气动或者液压驱动更快；

(2)本发明设计的微喷射点胶驱动装置通过对称放置的两个驱动单元驱动摆动单元带动输出单元上下摆动实现双向驱动，相比较传统的单向驱动点胶阀具有响应速度更快、回程效率更高的优势，相比较传统点胶阀依靠弹簧的弹性回程，本发明采用的驱动回程切断液滴效果更好，能有效避免卫星滴的出现；

(3)本发明设计的微喷射点胶驱动装置采用压电陶瓷致动器作为驱动源，相比较传统的气动或者液压驱动具有驱动频率更高，输出位移更加精准可控的优点；

(4)本发明设计的微喷射点胶驱动装置中的T型摆杆18末端与撞针固定杆8相连的地方为一对对称放置的弧形柔性梁9，该柔性梁可以有效减小或抵消T型摆杆18的转动效果，使撞针固定杆8及其与之固连的撞针6完成近似直线的运动，提升撞针线性度，降低摩擦负载。

附图说明

图1为微喷射点胶系统的工作原理图；

图2为微喷射点胶驱动装置的结构设计图；

图1中，1、上驱动单元，2、下驱动单元，3、摆动单元，4、输出单元，5、供胶系统，6、撞针，7、阀体；

图2中，8、撞针固定杆，9、弧形柔性梁，10、定位孔，11、第一压电陶瓷致动器，12、第一柔性铰链，13、第二柔性铰链,14、第一杆件，15、第三柔性铰链,16、第七柔性铰链，17、第二压电陶瓷致动器，18、T型摆杆，19、第四柔性铰链，20、第五柔性铰链，21、第六柔性铰链，22、第二杆件，23、第三杆件，24、第四杆件，25、第五杆件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，本发明所述的一种微喷射点胶驱动装置，包括：8、撞针固定杆，9、弧形柔性梁，10、定位孔，11、第一压电陶瓷致动器，12、第一柔性铰链，13、第二柔性铰链,14、第一杆件，15、第三柔性铰链,16、第七柔性铰链，17、第二压电陶瓷致动器，18、T型摆杆，19、第四柔性铰链，20、第五柔性铰链，21、第六柔性铰链，22、第二杆件，23、第三杆件，24、第四杆件，25、第五杆件。

根据如图2所示的微喷射点胶驱动装置的结构设计图，设计的关键在于将驱动单元沿X负方向的位移经摆动单元的传递转换为输出单元的沿Y正负方向近似直线往复运动；

为了综合微喷射点胶驱动装置的稳定性，为了使驱动更加精准，要对第一压电陶瓷致动器11和第二压电陶瓷致动器17分别预紧，第一压电陶瓷致动器11在初始位置预紧，第二压电陶瓷致动器17在第一压电陶瓷致动器11工作时进行预紧，使得处于工作状态下的第一压电陶瓷致动器11以及第二压电陶瓷致动器17两端卡紧没有空隙，以达到稳定、均衡、高效的驱动效果；此外用定位孔10来固定驱动装置来进一步提升稳定性。

利用本发明进行喷射点胶时，具体步骤如下：

步骤一：先进行喷胶准备工作，供胶系统将胶体注入阀体7的空腔内，在排出空腔内气体后关闭阀体7，完成准备工作；

步骤二：上驱动单元1中的第一压电陶瓷致动器11被施加一个电压后伸长，推动第一杆件14以第一柔性铰链12为支点顺时针转动，第一杆件14末端的转动通过第三柔性铰链15传递到摆动单元3中的第三杆件23，驱动T型摆杆18以第七柔性铰链16为支点逆时针转动，带动撞针7沿Y正方向运动，阀体7开启，胶体在供胶系统的推动下喷出；

步骤三：将第一压电陶瓷致动器11断电，同时给下驱动单元2中的第二压电陶瓷17施加电压，第一压电陶瓷致动器11在断电后迅速回缩，上驱动单元1和摆动单元3处于回程状态，下驱动单元2中的第二压电陶瓷致动器17在施加电压后伸长，推动第二杆件22以第五柔性铰链20为支点逆时针转动，第二杆件22末端的转动通过第六柔性铰链21传递到摆动单元3中的第四杆件24，驱动T型摆杆18以第七柔性铰链16为支点顺时针转动，带动撞针7沿Y负方向运动，阀体7关闭，胶体被切断，已喷出的胶体以胶滴形式脱离阀体7滴落；

循环步骤二和步骤三即可实现连续喷射。

综上所述，本发明提供的微喷射点胶驱动装置在驱动喷射的过程中上下驱动单元交替协作，驱动效率更高。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微喷射点胶驱动装置，其特征在于，包括2个驱动单元、摆动单元和输出单元组成； 所述驱动单元是由若干个柔性铰链和杆件组成的柔性结构，利用柔性铰链的弹性变形使连接于摆动单元的杆件实现左右微幅摆动；所述摆动单元是由1个柔性铰链和1个T型杆组成，利用柔性铰链的弹性变形将驱动单元的左右摆动传递至摆动单元，使其上下微幅摆动；所述的输出单元是由2个对称布置的弧形柔性梁和1个撞针固定杆组成，利用弧形柔性梁的弹性变形将摆动单元的上下摆动传递至输出单元，使用于安装撞针的杆件上下微幅摆动，实现微喷射功能；

2个所述驱动单元包括上驱动单元和下驱动单元，它们对称放置于摆动单元两侧； 当上驱动单元工作时，输出单元可沿X正方向微幅摆动；当下驱动单元工作时，输出单元可沿X负方向微幅摆动，可实现撞针沿Y正负方向微幅运动；上驱动单元由第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第一压电陶瓷致动器和第一杆件组成；当第一压电陶瓷致动器沿X负方向施加输入位移，利用第二柔性铰链的拉伸变形将该输入位移传递至第一杆件与第二柔性铰链的联接处，利用第一柔性铰链的弯曲变形将输入位移传递至第一杆件与第三柔性铰链的联接处，使得第一杆件与第三柔性铰链的联接处沿X负方向微幅运动，利用第三柔性铰链的拉伸变形将该沿X负方向微幅运动传递至摆动单元；下驱动单元与上驱动单元结构相同，由第四柔性铰链、第五柔性铰链、第六柔性铰链、第二压电陶瓷致动器和第二杆件组成，利用柔性铰链的弹性变形实现将第二杆件沿X正方向微幅运动传递至摆动单元；

所述摆动单元由T型摆杆和第七柔性铰链组成，其中T型摆杆由第三杆件、第四杆件和第五杆件构成T字型结构，第三杆件通过第三柔性铰链连接于上驱动单元，第四杆件通过第六柔性铰链连接于下驱动单元；第七柔性铰链连接于摆杆的中部；当上驱动单元工作时，第一杆件的输出位移通过第三柔性铰链传递至第三杆件，利用第七柔性铰链的弯曲变形使第五杆件沿Y正方向摆动；当下驱动单元工作时，第二杆件的输出位移通过第六柔性铰链传递至第四杆件，利用第七柔性铰链的弯曲变形使第五杆件沿Y负方向摆动，从而实现第五杆件的上下摆动；

所述输出单元由弧形柔性梁和撞针固定杆组成，撞针固定杆通过弧形柔性梁与T型摆杆相连接，利用弧形柔性梁的弹性变形将T型摆杆的上下摆动传递至撞针固定杆，使得撞针固定杆实现上下摆动。

2.根据权利要求1中所述的微喷射点胶驱动装置，其特征在于，2个驱动单元包括上驱动单元和下驱动单元，它们对称放置于摆动单元两侧； 当上驱动单元工作时，输出单元可沿Y正方向微幅摆动；当下驱动单元工作时，输出单元可沿Y负方向微幅摆动；上下驱动单元交替工作，可实现撞针沿Y正负方向微幅运动。

3.根据权利要求1中所述的微喷射点胶驱动装置，其特征在于，驱动单元与摆动单元之间是采用柔性铰链实现运动传递。

4.根据权利要求1中所述的微喷射点胶驱动装置，其特征在于，摆动单元与输出单元之间是采用弧形柔性梁实现运动传递。

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