CN109604107B - 对称性结构布局的压电喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称性结构布局的压电喷射阀，属于流体点胶领域，本发明包括阀体，阀体内设置有对称式多级多铰链放大机构和撞针，铰链放大机构水平方向和竖直方向对称，其内部水平设置有多层压电陶瓷，铰链放大机构将多层压电陶瓷产生的水平方向的小行程转换为竖直方向的大行程；铰链放大机构下表面中心处设置有耐磨球，耐磨球与撞针接触并驱动撞针沿竖直方向向下运动，撞针上套有用于将撞针沿竖直方向向上复位的撞针弹簧，撞针下方设置有喷嘴。本发明为对称式结构，结构和原理上消除了干扰撞针垂直运动过程中受到的水平方向的力，降低了输出力损失，适用于高黏度的胶水，有效避免了点胶过程中出现的散点、挂胶等问题，提升了磨损件的寿命。

Description

对称性结构布局的压电喷射阀

技术领域

本发明涉及流体点胶领域，特别是指一种对称性结构布局的压电喷射阀。

背景技术

压电喷射阀是微电子封装中的一项关键技术，压电喷射阀采用放大机构将致动部件(如压电陶瓷)的微小位移放大为撞针的大位移，撞针撞击喷嘴，将喷嘴处的流体喷出，实现点胶、打印等。

现有技术压电喷射阀(如德国VERMES公司出品的3200F产品、美国诺信压电点胶阀产品、德国MARCO点胶阀产品等)的放大机构为杠杆放大机构，杠杆放大机构与撞针(或撞杆)之间的动作(或力)传递，是通过把杠杆放大机构与撞针从结构上连接或固定到一起实现的，这种结构导致撞针的往复运动是一种沿某一特定圆心的小范围往复回转运动，该运动存在垂直于撞针运动方向的剪切力分量和位移分量，严重影响到撞针系统和点胶效果的可靠性、稳定性，且对往复运动撞针零部件的磨损严重，磨损后不利于点胶阀的密封，造成点胶阀的挂胶，甚至不能正常工作等问题。

如图1所示，为现有技术中的杠杆放大机构的结构原理：杠杆放大机构200将压电陶瓷100的位移放大，杠杆放大机构200沿回转轴600进行回转运动，相对于压电陶瓷100的位置，点胶阀其它零部件，诸如：杠杆放大机构200、预紧弹簧300、撞针弹簧400、撞针500、回转轴600等，水平和竖直方向不是完全对称布局，从结构布局上直接导致由于压电陶瓷 100的变形和输出力，经过杠杆放大机构200传导到撞针500，导致撞针 500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分量。轴线运动为点胶工序所需的有利于点胶的运动，而切向运动却起到扰动系统的不利作用，严重影响到撞针系统和点胶效果的可靠性、稳定性。并且杠杆放大机构200与撞针500为钢制材质的面接触，摩擦系数大，如果存在上述切向运动分量会造成磨损严重，磨损后不利于点胶阀的密封，造成点胶阀的挂胶，甚至不能正常工作等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种对称性结构布局的压电喷射阀，本发明为对称式结构，结构和原理上消除了干扰撞针垂直运动过程中受到的水平方向的剪切力，并且本发明降低了输出力损失，适用于高黏度的胶水，有效避免了点胶过程中易出现的散点、挂胶等问题，提升了相关磨损件的寿命。

本发明提供技术方案如下：

一种对称性结构布局的压电喷射阀，包括阀体，所述阀体内设置有对称式多级多铰链放大机构和撞针，其中：

所述对称式多级多铰链放大机构水平方向和竖直方向对称，所述对称式多级多铰链放大机构内水平设置有多层压电陶瓷，所述对称式多级多铰链放大机构将所述多层压电陶瓷在电场下产生的水平方向的小行程转换为竖直方向的大行程；

所述对称式多级多铰链放大机构下表面中心处设置有耐磨球，所述耐磨球与所述撞针接触并驱动所述撞针沿竖直方向向下运动，所述撞针上套有用于将所述撞针沿竖直方向向上复位的撞针弹簧，所述撞针下方设置有喷嘴。

进一步的，所述多层压电陶瓷的两端通过预紧螺钉与所述对称式多级多铰链放大机构连接，并且通过所述预紧螺钉对所述多层压电陶瓷施加一定的水平方向预紧力。

进一步的，所述撞针包括撞针本体和连接在所述撞针本体上端的传力部，所述传力部与所述撞针本体为一体结构，所述传力部的直径大于所述撞针本体和撞针弹簧的直径，所述耐磨球与所述传力部上表面接触，所述撞针弹簧套在所述撞针本体上，所述撞针弹簧的上端与所述传力部的下表面接触，所述撞针弹簧的下端与所述阀体的内壁接触。

进一步的，所述对称式多级多铰链放大机构包括柔性铰链，所述柔性铰链通过连接梁连接，所述柔性铰链和连接梁水平方向和竖直方向对称设置。

进一步的，所述阀体下方设置有与所述阀体连接的阀座，所述阀体和阀座之间设置有隔热垫片，所述耐磨球为陶瓷球。

进一步的，所述隔热垫片为PEEK聚醚醚酮隔热垫片或结构陶瓷垫片。

进一步的，所述撞针上套有用于对所述撞针进行竖直方向导向定位的导套，所述导套设置在所述阀体和/或阀座内。

进一步的，所述导套下方设置有密封件，所述密封件套在所述撞针上。

进一步的，所述阀座下方连接有用于对所述喷嘴进行承载和限位的喷嘴托座，所述喷嘴设置在所述喷嘴托座内。

进一步的，所述喷嘴托座内在所述喷嘴上方设置有喷嘴附件，所述喷嘴附件套在所述撞针上。

本发明具有以下有益效果：

本发明的驱动源为单一的多层压电陶瓷，其具备小位移大出力特点，通过对称式多铰链多级放大原理，将位移放大至规定行程。

本发明采用水平放置的对称式的多铰链多级放大结构，多层压电陶瓷水平置于对称式多级多铰链放大机构的内部，多层压电陶瓷与对称式多级多铰链放大机构装配之后呈现出完全对称性布局和对称结构特点。

本发明在结构设计时，巧妙地将陶瓷的微位移进行放大，并完全运用铰链式结构，对空间上进行合理布局且有效的优化了零部件的构成。通过对称式多级多铰链放大机构与撞针之间的撞击力，将压电陶瓷的水平往复运动转换为竖直往复运动并传递给撞针，并在撞针弹簧的配合下使撞针沿自身轴向进行反复运动，有效的消除了撞针的切向力，避免撞针运动时产生垂直于运动方向的位移或力的分量。

本发明将撞针与铰链放大系统分开，对称置于铰链放大系统的正下方，使整个压电喷射阀成为对称式结构。该特征使打胶性能改善效果明显，避免了由于切向分力或切向位移分量所导致的压电陶瓷输出位移和输出力的损失，可以打更高粘度的胶水，且有效避免了点胶过程中易出现的散点、挂胶等现有点胶阀经常出现的问题。

另外，本发明通过球形耐磨触点，耐磨性好，增加对称式多级多铰链放大机构与撞针的耐磨性，有效提升了相关磨损件的寿命指标。

本发明可实现热熔胶以及低于200000cps内不同粘度流体的喷射，例如各种胶液、银浆、试剂、油墨、腐蚀性液体、树脂、食品等固液混合流体等，可实现3D打印，且喷射过程为非接触式打印，用于微电子封装、电声器件封装、LED封装、手机封装、显示器封装等领域。

综上所述，本发明的对称性结构布局的压电喷射阀为对称式结构，结构和原理上消除了干扰撞针垂直运动过程中受到的水平方向的剪切力，并且本发明降低了输出力损失，适用于高黏度的胶水，有效避免了点胶过程中易出现的散点、挂胶等问题，提升了相关磨损件的寿命。

附图说明

图1为现有技术的杠杆放大机构的结构原理图；

图2为本发明的铰链放大系统的示意图；

图3为本发明的对称性结构布局的压电喷射阀示意图；

图4为图3的局部放大图；

图5位对称式多级多铰链放大机构的原理图。

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。

本发明实施例提供一种对称性结构布局的压电喷射阀，如图2-4所示，包括阀体4，阀体4内设置有对称式多级多铰链放大机构1和撞针6，其中：

对称式多级多铰链放大机构1水平方向和竖直方向对称，图3中X轴方向为水平方向，Y轴方向为竖直方向，对称式多级多铰链放大机构1内水平设置有多层压电陶瓷2，多层压电陶瓷长度方向上水平放置，多层压电陶瓷连接有驱动电路，多层压电陶瓷作为源动力，其在电场作用下产生伸缩运动，该运动具有的速度和位移特征。

本发明通过对称式多级多铰链放大机构1将多层压电陶瓷2在驱动电路的电场下产生的水平方向(X轴方向)的微米级小运动行程转换为竖直方向(Y轴方向)的亚毫米级大运动行程。并且压电陶瓷及对称式多级多铰链放大机构可拆装，结构简易便于安装及维护。多铰链多级放大机构的外形设计，简化了安装工艺，降低了装调难度。

对称式多级多铰链放大机构1下表面中心处设置有耐磨球5，耐磨球 5与撞针6接触并将Y轴方向的亚毫米级大行程(力)传递至撞针，驱动撞针6沿竖直方向向下运动，撞针6下方设置有喷嘴12，撞针6撞击喷嘴 12，依据喷射原理将流道中的胶液喷射到外部，撞针6上套有用于将撞针 6沿竖直方向向上复位的撞针弹簧7，在完成一次液体喷射后将撞针复位。

本发明的驱动源为单一的多层压电陶瓷，其具备小位移大出力特点，通过对称式多铰链多级放大原理，将位移放大至规定行程。

本发明采用水平放置的对称式的多铰链多级放大结构，多层压电陶瓷水平置于对称式多级多铰链放大机构的内部，多层压电陶瓷与对称式多级多铰链放大机构装配之后呈现出完全对称性布局和对称结构特点。

本发明在结构设计时，巧妙地将陶瓷的微位移进行放大，并完全运用铰链式结构，对空间上进行合理布局且有效的优化了零部件的构成。通过对称式多级多铰链放大机构与撞针之间的撞击力，将压电陶瓷的水平往复运动转换为竖直往复运动并传递给撞针，并在撞针弹簧的配合下使撞针沿自身轴向进行反复运动，有效的消除了撞针的切向力，避免撞针运动时产生垂直于运动方向的位移或力的分量。

本发明将撞针与铰链放大系统分开，对称置于铰链放大系统的正下方，使整个压电喷射阀成为对称式结构。该特征使打胶性能改善效果明显，避免了由于切向分力或切向位移分量所导致的压电陶瓷输出位移和输出力的损失，可以打更高粘度的胶水，且有效避免了点胶过程中易出现的散点、挂胶等现有点胶阀经常出现的问题。

另外，本发明通过球形耐磨触点，耐磨性好，增加对称式多级多铰链放大机构与撞针的耐磨性，有效提升了相关磨损件的寿命指标。耐磨触点可以为多种材质，如陶瓷，耐磨金属等。

本发明可实现热熔胶以及低于200000cps内不同粘度流体的喷射，例如各种胶液、银浆、试剂、油墨、腐蚀性液体、树脂、食品等固液混合流体等，可实现3D打印，且喷射过程为非接触式打印，用于微电子封装、电声器件封装、LED封装、手机封装、显示器封装等领域。

综上所述，本发明的对称性结构布局的压电喷射阀为对称式结构，结构和原理上消除了干扰撞针垂直运动过程中受到的水平方向的剪切力，并且本发明降低了输出力损失，适用于高黏度的胶水，有效避免了点胶过程中易出现的散点、挂胶等问题，提升了相关磨损件的寿命。

作为本发明的一种改进，多层压电陶瓷2的两端通过预紧螺钉3与对称式多级多铰链放大机构1连接，并且通过预紧螺钉3对多层压电陶瓷2 施加一定的水平方向预紧力。

本发明的多层压电陶瓷，多铰链多级放大机构，与预紧螺钉构成一个铰链放大系统。预紧螺钉在多层压电陶瓷前后两端施加一定预紧力并通过粘接工艺使整个组件固定。

现有技术的压电陶瓷的预紧弹簧300与起回弹撞针500作用的撞针弹簧400(位于预紧弹簧300内部)设计为并联结构，如图1所示，虽然结构紧凑，但是特别不利于阀体的装调等操作，不利于对产品的维护和故障检测、排除等，不利于对产品的维护。

本发明在结构设计上，巧妙地取消了预紧弹簧的使用，通过这种对称的多铰链微位移放大机构，来实现压电陶瓷的预紧和位移放大，有效地简化了装配工艺，便于点胶阀产品的装配与调试，极大降低了点胶阀人工装配和调试成本。

进一步的，撞针6包括撞针本体15和连接在撞针本体15上端的传力部16，撞针本体用于撞击喷嘴，喷射液体，传力部用于将耐磨球的力传递给撞针，优选的，传力部16与撞针本体15为一体结构，一体加工成型。传力部16的直径大于撞针本体15和撞针弹簧7的直径，使得耐磨球5与传力部16上表面接触并顶在传力部上表面上，撞针弹簧7套在撞针本体 15上，撞针弹簧7的上端与传力部16的下表面接触，撞针弹簧7的下端与阀体4的内壁接触，用于使撞针复位。

本发明中，对称式多级多铰链放大机构可以有多种形式，只要其水平方向和竖直方向对称，并且能够将多层压电陶瓷在驱动电路的电场下产生的水平方向的运动行程转换为竖直方向的运动行程即可，这里给出对称式多级多铰链放大机构一个具体的示例：

该对称式多级多铰链放大机构1包括柔性铰链17，柔性铰链17通过连接梁18连接，柔性铰链17和连接梁18水平方向和竖直方向对称设置，其结构图如图2所示。

对称式多级多铰链放大机构原理如图5所示。多层压电陶瓷与对称式多级多铰链放大机构之间通过一定预紧力连接，当给多层压电陶瓷输入一定电压时，在多层压电陶瓷驱动力和输入位移作用下，对称式多级多铰链放大机构中由于柔性铰链发生形变而使得连接梁产生垂直方向的位移。耐磨球设置在下表面中心的连接梁上，将位移传递给撞针。

本发明中，阀体4下方设置有与阀体4连接的阀座10，阀体4和阀座 10之间设置有隔热垫片9。

压电喷射阀在工作时，撞针的往复运动会产生热量，并且，为保证胶液的流动性，一些胶液的温度较高。如果阀座的热量传递给压电陶瓷，会对压电陶瓷的工作产生影响。

现有的压电喷射阀的隔热处理都不到位，本发明使用隔热片实现充分隔热，隔热效果极佳。

并且本发明的耐磨球优选为陶瓷球，陶瓷球不仅耐磨，还起到隔热的作用，阀座与阀体之间的隔热片，以及固定在铰链放大系统下方的球形陶瓷触点，充分将阀座中的热隔离开，对阀体内部的压电陶瓷结构起到保护作用，保证压电陶瓷的工作温度处于一个较低的区间，利于提高系统的工作稳定性，增加其工作寿命。

优选的，隔热垫片9为导热系数低的PEEK聚醚醚酮隔热垫片或结构陶瓷垫片。采用PEEK聚醚醚酮的隔热垫片或结构陶瓷垫片，不仅能有效的阻隔阀座的热量传递，因材质相比不锈钢较软，能够有效的避免阀座与阀体直接的重复拆装磨损，使阀座在长时间使用后，依然能够保证高的定位精度，有效地提高了喷射阀的使用寿命。

撞针6上套有用于对撞针6进行竖直方向导向定位的导套8，导套8 设置在阀体4和/或阀座10内。撞针弹簧可以确保撞针沿自身轴向运行的稳定性，及其相关零件导套构成复位系统，使撞针能够随多层压电陶瓷返回到初始位置以进行下一个工作周期。导套8下方设置有密封件14，密封件14套在撞针6上，实现系统的动密封功能。

本发明中，阀座10下方连接有用于对喷嘴12进行承载和限位的喷嘴托座13，喷嘴12设置在喷嘴托座13内。喷嘴托座13内在喷嘴12上方设置有喷嘴附件11，喷嘴附件11套在撞针6上，喷嘴附件将喷嘴固定于喷嘴托座之上，并防止流道内液体外泄，起密封作用。

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)

1.一种对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，包括阀体，所述阀体内设置有对称式多级多铰链放大机构和撞针，其中：

所述对称式多级多铰链放大机构水平方向和竖直方向对称，所述对称式多级多铰链放大机构内水平设置有多层压电陶瓷，所述对称式多级多铰链放大机构将所述多层压电陶瓷在电场下产生的水平方向的微米级小行程转换为竖直方向的亚毫米级大行程；

所述对称式多级多铰链放大机构下表面中心处设置有耐磨球，所述耐磨球为陶瓷球，所述耐磨球与所述撞针接触并驱动所述撞针沿竖直方向向下运动，所述撞针上套有用于将所述撞针沿竖直方向向上复位的撞针弹簧，所述撞针下方设置有喷嘴；

所述多层压电陶瓷的两端通过预紧螺钉与所述对称式多级多铰链放大机构连接，并且通过所述预紧螺钉对所述多层压电陶瓷施加一定的水平方向预紧力并通过粘接工艺固定；

所述对称式多级多铰链放大机构包括柔性铰链，所述柔性铰链通过连接梁连接，所述柔性铰链和连接梁水平方向和竖直方向对称设置。

2.根据权利要求1所述的对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，所述撞针包括撞针本体和连接在所述撞针本体上端的传力部，所述传力部与所述撞针本体为一体结构，所述传力部的直径大于所述撞针本体和撞针弹簧的直径，所述耐磨球与所述传力部上表面接触，所述撞针弹簧套在所述撞针本体上，所述撞针弹簧的上端与所述传力部的下表面接触，所述撞针弹簧的下端与所述阀体的内壁接触。

3.根据权利要求1或2所述的对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，所述阀体下方设置有与所述阀体连接的阀座，所述阀体和阀座之间设置有隔热垫片。

4.根据权利要求3所述的对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，所述隔热垫片为PEEK聚醚醚酮隔热垫片或结构陶瓷垫片。

5.根据权利要求3所述的对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，所述撞针上套有用于对所述撞针进行竖直方向导向定位的导套，所述导套设置在所述阀体和/或阀座内。

6.根据权利要求5所述的对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，所述导套下方设置有密封件，所述密封件套在所述撞针上。

7.根据权利要求6所述的对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，所述阀座下方连接有用于对所述喷嘴进行承载和限位的喷嘴托座，所述喷嘴设置在所述喷嘴托座内。

8.根据权利要求7所述的对称性结构布局的压电喷射阀，其特征在于，所述喷嘴托座内在所述喷嘴上方设置有喷嘴附件，所述喷嘴附件套在所述撞针上。

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