CN109513563A - 压电陶瓷喷射阀及喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电陶瓷喷射阀及喷射装置，属于点胶喷射领域。所述压电陶瓷喷射阀包括阀体、位于所述阀体下方的阀座、穿设于所述阀体和阀座内部的撞针以及设置于所述撞针下方的喷嘴，所述阀体内设置有压电陶瓷组件，所述压电陶瓷组件与撞针之间设置有杠杆放大机构，所述杠杆放大机构通过回转轴设置在阀体内，所述杠杆放大机构的一端与压电陶瓷组件接触，另一端与所述撞针接触，所述杠杆放大机构与撞针接触的端面上设置有第一球体。本发明能够提高撞针系统的可靠性和稳定性。

Description

压电陶瓷喷射阀及喷射装置

技术领域

本发明涉及点胶喷射阀领域，特别是指一种压电陶瓷喷射阀及喷射装置。

背景技术

压电式喷射阀利用了压电材料的逆压电效应，喷射频率高、设备结构简单,而且喷射可以获得十分微小的胶点；并且压电结构的控制精度高,可提高喷射点胶品质。但压电式喷射阀的流量小,若要提高喷射流量需要采用放大机构或增大喷射装置的体积。

目前常用的压电式喷射阀通常在压电陶瓷与撞针之间设置杠杆放大机构以提高压电式喷射阀的喷射流量，如图1所示，压电陶瓷1’在电场作用下产生伸缩运动，杠杆放大机构2’在压电陶瓷1’的作用下沿回转轴6’进行回转运动，撞针5’在杠杆放大机构2’的带动下沿自身的轴线往复运动，由此将压电陶瓷1’的位移放大。

但是，发明人在研究过程中发现，由于该压电式喷射阀中撞针5’与杠杆放大机构2’之间为固定连接方式，杠杆放大机构2’沿回转轴6’进行回转运动，导致撞针5’的运动轨迹可分解为沿自身的轴线运动以及垂直于轴线运动的切向运动。轴线运动为点胶工序所需的运动，而切向运动会严重影响到撞针系统的可靠性和稳定性，且对运动零部件的磨损严重，甚至不利于压电式喷射阀的密封。此外，杠杆放大机构2’与撞针5’之间为面接触，摩擦系数大，磨损严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高撞针系统的可靠性和稳定性的压电陶瓷喷射阀及喷射装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种压电陶瓷喷射阀，包括阀体、位于所述阀体下方的阀座、穿设于所述阀体和阀座内部的撞针以及设置于所述撞针下方的喷嘴，所述阀体内设置有压电陶瓷组件，所述压电陶瓷组件与撞针之间设置有杠杆放大机构，所述杠杆放大机构通过回转轴设置在阀体内，所述杠杆放大机构的一端与压电陶瓷组件接触，另一端与所述撞针接触，所述杠杆放大机构与撞针接触的端面上设置有第一球体。

进一步的，所述杠杆放大机构包括第一连杆和与所述第一连杆垂直的第二连杆，所述第一球体设置于第一连杆的端部，所述第二连杆的一端与压电陶瓷组件接触连接，所述第二连杆的另一端与阀体之间设置有预紧弹簧，所述撞针与阀体之间设置有撞针弹簧。

进一步的，所述压电陶瓷组件与杠杆放大机构接触的端部设置有球形凸起，所述第二连杆的端部设置有与所述球形凸起相配合的球形凹槽。

进一步的，所述第一球体的半径SR为1mm≤SR≤3mm，所述第一球体的中心与所述球形凹槽的中心之间的水平距离X1和竖直距离Y1分别为2mm≤X1≤12mm，2mm≤Y1≤12mm，所述回转轴的中心与所述球形凹槽的中心线之间的水平距离X2和竖直距离Y2分别为5mm≤X2≤35mm，2mm≤Y2≤12mm。

进一步的，所述第一球体的中心与所述球形凹槽的中心之间的水平距离X1和竖直距离Y1分别为2.5mm≤X1≤8mm，2mm≤Y1≤8mm，所述回转轴的中心与所述球形凹槽的中心线之间的竖直距离Y2为4mm≤Y2≤14mm，其中X1+1≤X2，Y1+1≤Y2。

进一步的，所述第一连杆与第二连杆之间通过倾斜的第三连杆连接，所述第一球体与杠杆放大机构之间粘接连接。

进一步的，所述压电陶瓷组件包括压电陶瓷和分别与所述压电陶瓷的两端粘接连接的压电陶瓷帽和压电陶瓷锥形件，所述球形凸起设置于压电陶瓷锥形件的端部。

进一步的，所述阀体与阀座之间设置有若干第二球体，所述第一球体和第二采用球体均采用陶瓷、聚四氟乙烯或电木制成。

进一步的，所述阀座内位于撞针的外周设置有密封件。

一种喷射装置，包括上述任一所述的压电陶瓷喷射阀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的压电陶瓷喷射阀及喷射装置在工作时，压电陶瓷组件在电场的作用下产生伸缩运动，该运动具有的速度和位移特征通过回转轴和杠杆放大机构传输至撞针，由此撞针反复运动撞击喷嘴并根据喷射原理将喷射阀中的胶液喷射到产品的外部。由于本发明的压电陶瓷喷射阀通过在杠杆放大机构上设置第一球体，杠杆放大机构与撞针之间通过第一球体摩擦连接，当杠杆放大机构将绕回转轴进行回转运动时，杠杆放大机构将压电陶瓷组件的小行程转换为第一球体的大行程，第一球体在Y方向的位移将转换为撞针沿其轴向的位移(如图2所示)，而第一球体在X方向的位移会对撞针产生一个X向的分力(即剪切力)，但是由于第一球体的球形结构，使其与撞针之间的接触为线接触，撞针产生的X向分力将会很小，X向分力随撞针的轴向运动产生的干扰也即足够小，由此极大的提高了本发明的压电陶瓷喷射阀的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为现有技术中压电陶瓷喷射阀的结构原理图；

图2为本发明的压电陶瓷喷射阀的结构示意图；

图3为本发明的压电陶瓷喷射阀的杠杆放大机构的结构示意图；

图4为本发明的压电陶瓷喷射阀的压电陶瓷组件的结构示意图；

图5为本发明的压电陶瓷喷射阀的杠杆放大机构的尺寸标注。

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。

一方面，本发明提供一种压电陶瓷喷射阀，如图2至图5所示，包括阀体4、位于阀体4下方的阀座12、穿设于阀体4和阀座12内部的撞针5以及设置于撞针5下方的喷嘴10，阀体4内设置有压电陶瓷组件3，压电陶瓷组件3与撞针5之间设置有杠杆放大机构1，杠杆放大机构1通过回转轴2设置在阀体4内，杠杆放大机构1的一端与压电陶瓷组件3接触，另一端与撞针5接触，杠杆放大机构1与撞针5接触的端面上设置有第一球体13。

本发明的压电陶瓷喷射阀在工作时，压电陶瓷组件3在电场的作用下产生伸缩运动，该运动具有的速度和位移特征通过回转轴2和杠杆放大机构1传输至撞针5，由此撞针5反复运动撞击喷嘴10并根据喷射原理将喷射阀中的胶液喷射到产品的外部。由于本发明的压电陶瓷喷射阀通过在杠杆放大机构1上设置第一球体13，杠杆放大机构1与撞针5之间通过第一球体13摩擦连接，当杠杆放大机构1将绕回转轴2进行回转运动时，杠杆放大机构1将压电陶瓷组件3的小行程转换为第一球体13的大行程，第一球体13在Y方向的位移将转换为撞针5沿其轴向的位移(如图2所示)，而第一球体13在X方向的位移会对撞针5产生一个X向的分力(即剪切力)，但是由于第一球体13的球形结构，使其与撞针5之间的接触为线接触，撞针5产生的X向分力将会很小，X向分力随撞针5的轴向运动产生的干扰也即足够小，由此极大的提高了本发明的压电陶瓷喷射阀的可靠性和稳定性。

作为本发明的一种改进，杠杆放大机构1优选包括第一连杆1-1和与第一连杆1-1垂直的第二连杆1-2，球体13设置于第一连杆1-1的端部，第二连杆1-2的一端与压电陶瓷组件3接触连接，第二连杆1-2的另一端与阀体4之间设置有预紧弹簧6，撞针5与阀体4之间设置有撞针弹簧11。本发明通过对杠杆放大机构1结构的特殊设计以及阀体4内部空间合理的布局，形成了杠杆放大机构1、回转轴2、压电陶瓷组件3、撞针5、预紧弹簧6、撞针弹簧11等零件或组件构成的传递系统空间布局形式，这种布局一方面使得压电陶瓷组件3能够远离阀座12，并且将压电陶瓷组件3于阀座12分布在本发明的压电喷射阀的对角位置，延长了热传输路径的长度，减小了阀座12的温度传导到压电陶瓷组件3的可能性，有效地保护了压电陶瓷组件3；另一方面使得预紧弹簧6和撞针弹簧11安装在不同的位置，极大地方便了对预紧弹簧6和撞针弹簧11的刚度和弹性系数的调整，以实现弹簧负载力的合理分配，有利于对压电喷射阀的维护。

优选的，第二连杆1-2上设置预紧弹簧6的位置可以设置有凹槽1-4，凹槽1-4与阀体4之间设置有穿过预紧弹簧6的内孔的轴，该轴能够保证预紧弹簧6在做伸缩运动时沿其自身轴向运行的稳定性。

本发明实施例中，为了将撞针弹簧11固定在阀体4内，阀体4内位于撞针弹簧11的外周设置有弹簧座8，撞针弹簧11的一端与撞针5的一个端面接触，撞针弹簧11的另一端与弹簧座8的阶梯孔端面接触。弹簧座8除了具有固定撞针弹簧11的作用，还可以抵消球体13对撞针5产生的极小的X向分力，进一步确保撞针5能够沿自身轴向运行的稳定性。

为了减小陶瓷组件3在伸缩运动时与杠杆放大机构1的摩擦力，压电陶瓷组件3与杠杆放大机构1接触的端部优选设置有球形凸起3-31，第二连杆1-2的端部设置有与球形凸起3-31相配合的球形凹槽1-4。

本发明实施例给出了球形凹槽1-4的中心、回转轴2的中心以及第一球体13的中心之间的尺寸关系，其中本发明实施例以球形凹槽1-4的直径φb为加工基准和使用基准，在该基准下，第一球体13的半径SR为1≤SR≤3，第一球体13的中心与球形凹槽1-4的中心之间的水平距离X1和竖直距离Y1分别为2≤X1≤12，2≤Y1≤12，回转轴2的中心(即杠杆放大机构1上直径φa的孔的中心)与球形凹槽1-4的中心线之间的水平距离X2和竖直距离Y3分别为5≤X2≤35，2≤Y2≤12。

其中X1、Y1和Y2进一步为2.5mm≤X1≤8mm，2mm≤Y1≤8mm，4mm≤Y2≤14mm，其中X1+1≤X2，Y1+1≤Y2。本发明实施例中，通过对杠杆放大机构1的尺寸进行合理的设计，在上述给出的数据范围的基础上，将撞针5和压电陶瓷组件3相对于回转轴2的位置比例设计在4～12范围内，以更加有效地避免撞针5形成X向位移分量(X向位移＜0.07mm)，剪切力极小可忽略。第一球体13的Y向运动距离由于不同匹配的参数，应处于0.1～0.6的范围区间内。

为了增加第一连杆1-1与第二连杆1-2之间的连接强度，第一连杆1-1与第二连杆1-2之间优选通过倾斜的第三连杆1-5连接。

由于压电陶瓷在本发明中主要承受轴向压力，压电陶瓷的耐磨性较差，因此，为了减小压电陶瓷的损伤，延长其使用寿命，压电陶瓷组件3优选包括压电陶瓷3-2和分别与压电陶瓷3-2的两端粘接连接的压电陶瓷帽3-1和压电陶瓷锥形件3-2，球形凸起3-31设置于压电陶瓷锥形件3-3的端部。

其中，撞针5与球体13接触的端面优选为平面，以便于球体13与撞针5之间的摩擦运动。

此外，阀体4与阀座12之间还可以设置有若干第二球体7以隔绝阀座12的热量通过阀座12与阀体4的接触传递至阀体4的内部。

为了避免阀座12中的热量传递到阀体4的内部，对阀体4内部的零部件造成影响，第一球体13和第二球体7均优选采用陶瓷材料制成，球体13与杠杆放大机构1之间可以粘接连接。

陶瓷材料具有较低的导热系数，隔热效果极佳，第一球体13和第二球体7通过采用陶瓷材料制成，其隔绝了阀座12内的热量通过撞针5与杠杆放大机构1之间的接触传递至压电陶瓷组件3这一路径。

第一球体13和第二球体7除了采用陶瓷材料制成以外，还可以选择聚四氟乙烯或电木等其他能起到热隔离作用的材质加工制作。

进一步的，阀座12内位于撞针11的外周优选设置有密封件9。密封件9用于实现本发明的压电陶瓷喷射阀的动密封功能，避免胶液的渗漏。

另一方面，本发明提供一种喷射装置，包括上述压电陶瓷喷射阀。

本发明的喷射装置在工作时，压电陶瓷喷射阀中的压电陶瓷组件3在电场的作用下产生伸缩运动，该运动具有的速度和位移特征通过回转轴2和杠杆放大机构1传输至撞针5，由此撞针5反复运动撞击喷嘴10并根据喷射原理将喷射阀中的胶液喷射到产品的外部。由于本发明的压电陶瓷喷射阀通过在杠杆放大机构1上设置第一球体13，杠杆放大机构1与撞针5之间通过第一球体13摩擦连接，当杠杆放大机构1将绕回转轴2进行回转运动时，杠杆放大机构1将压电陶瓷组件3的小行程转换为第一球体13的大行程，第一球体13在Y方向的位移将转换为撞针5沿其轴向的位移(如图2所示)，而第一球体13在X方向的位移会对撞针5产生一个X向的分力(即剪切力)，但是由于球体13的球形结构，使其与撞针5之间的接触为线接触，撞针5产生的X向分力将会很小，X向分力随撞针5的轴向运动产生的干扰也即足够小，由此极大的提高了本发明的压电陶瓷喷射阀的可靠性和稳定性。

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 (10)

1.一种压电陶瓷喷射阀，包括阀体、位于所述阀体下方的阀座、穿设于所述阀体和阀座内部的撞针以及设置于所述撞针下方的喷嘴，所述阀体内设置有压电陶瓷组件，所述压电陶瓷组件与撞针之间设置有杠杆放大机构，其特征在于，所述杠杆放大机构通过回转轴设置在阀体内，所述杠杆放大机构的一端与压电陶瓷组件接触，另一端与所述撞针接触，所述杠杆放大机构与撞针接触的端面上设置有第一球体。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述杠杆放大机构包括第一连杆和与所述第一连杆垂直的第二连杆，所述第一球体设置于第一连杆的端部，所述第二连杆的一端与压电陶瓷组件接触连接，所述第二连杆的另一端与阀体之间设置有预紧弹簧，所述撞针与阀体之间设置有撞针弹簧。

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述压电陶瓷组件与杠杆放大机构接触的端部设置有球形凸起，所述第二连杆的端部设置有与所述球形凸起相配合的球形凹槽。

4.根据权利要求3所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述第一球体的半径SR为1mm≤SR≤3mm，所述第一球体的中心与所述球形凹槽的中心之间的水平距离X1和竖直距离Y1分别为2mm≤X1≤12mm，2mm≤Y1≤12mm，所述回转轴的中心与所述球形凹槽的中心线之间的水平距离X2和竖直距离Y2分别为5mm≤X2≤35mm，2mm≤Y2≤12mm。

5.根据权利要求4所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述第一球体的中心与所述球形凹槽的中心之间的水平距离X1和竖直距离Y1分别为2.5mm≤X1≤8mm，2mm≤Y1≤8mm，所述回转轴的中心与所述球形凹槽的中心线之间的竖直距离Y2为4mm≤Y2≤14mm，其中X1+1≤X2，Y1+1≤Y2。

6.根据权利要求2所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述第一连杆与第二连杆之间通过倾斜的第三连杆连接，所述第一球体与杠杆放大机构之间粘接连接。

7.根据权利要求1至6中任一所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述压电陶瓷组件包括压电陶瓷和分别与所述压电陶瓷的两端粘接连接的压电陶瓷帽和压电陶瓷锥形件，所述球形凸起设置于压电陶瓷锥形件的端部。

8.根据权利要求7所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述阀体与阀座之间设置有若干第二球体，所述第一球体和第二采用球体均采用陶瓷、聚四氟乙烯或电木制成。

9.根据权利要求7所述的压电陶瓷喷射阀，其特征在于，所述阀座内位于撞针的外周设置有密封件。

10.一种喷射装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一所述的压电陶瓷喷射阀。