CN110052357B - 一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构 - Google Patents

一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构 Download PDF

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Abstract

一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，属于微液滴喷射领域。本发明解决了现有的能够实现高粘度流体喷射的压电微喷机构对喷口的开闭控制以及对所喷射液滴的大小控制成本高的问题。它包括预紧端盖、压电叠堆、弹性膜片、锥头、喷嘴及微喷腔体，预紧端盖盖设在微喷腔体上方且与微喷腔体外壁螺纹连接，压电叠堆竖直设置在预紧端盖内，微喷腔体的顶端为开口端，底端沿竖直方向开设有螺纹孔，所述喷嘴为竖直穿设在螺纹孔内的空心圆柱体，且与微喷腔体螺纹连接，所述弹性膜片水平固设在微喷腔体的上部，所述锥头位于微喷腔体内且与喷嘴同轴设置，锥头大端与压电叠堆底端之间通过弹性膜片固接，锥头的小端直径小于喷嘴的内径设置。

Description

一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构
技术领域
本发明涉及一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，属于微液滴喷射领域。
背景技术
基于压电致动的微液滴喷射机构广泛应用于材料化工、生物医疗、微机电系统制造等领域中，主要实现对微小液滴的喷射和控制等功能。传统的压电微喷机构的喷口为常开形式，在工作时依靠振子的振动驱使液滴从喷口喷出，但由于压电致动振幅微小难以高粘度流体进行喷射。而现有阀门式压电微喷机构虽然能实现对高粘度流体的喷射，但主要依靠高精密加工或牺牲响应速度使用位移放大机构来保证对喷口的有效开闭控制。并且，现有对压电微喷机构所喷射液滴大小的控制主要依靠激励参数的调整来实现，需要较高的成本来集成较为复杂的控制器系统。
发明内容
本发明是为了解决现有的能够实现高粘度流体喷射的压电微喷机构对喷口的开闭控制以及对所喷射液滴的大小控制成本高的问题，进而提供了一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，它包括预紧端盖、压电叠堆、弹性膜片、锥头、喷嘴及微喷腔体，所述预紧端盖盖设在微喷腔体上方且与微喷腔体外壁螺纹连接，所述压电叠堆竖直设置在预紧端盖内，微喷腔体的顶端为开口端，底端沿竖直方向开设有螺纹孔，所述喷嘴为竖直穿设在螺纹孔内的空心圆柱体，且与微喷腔体螺纹连接，所述弹性膜片水平固设在微喷腔体的上部，所述锥头位于微喷腔体内且与喷嘴同轴设置，锥头大端与压电叠堆底端之间通过弹性膜片固接，锥头的小端直径小于喷嘴的内径设置。
进一步地，所述微喷腔体包括紧固端盖、紧固板及内腔体，内腔体的顶端为开口端且其内部呈漏斗状，内腔体的下部卡设在水平设置的紧固板上，喷嘴与内腔体下部螺纹连接，紧固端盖扣设在内腔体上且底端与紧固板固接，紧固端盖的顶端开设有通孔，弹性膜片夹设在紧固端盖与内腔体顶端之间，压电叠堆的底部穿设在通孔内且与弹性膜片固接，预紧端盖与紧固端盖之间螺纹连接。
进一步地，内腔体外壁与紧固端盖之间设置有密封圈Ⅰ。
进一步地，所述弹性膜片与内腔体顶端之间设置有密封圈Ⅱ。
进一步地，喷嘴内同轴嵌设有弹性体，所述弹性体为柱状体结构且沿其自身轴线方向开设有出液孔，锥头的小端直径小于出液孔的顶端直径。
进一步地，所述出液孔为锥形孔，且其顶端为大直径端。
进一步地，锥头的高度H1的取值范围为10mm～100mm，锥头的锥角α的取值范围为15°～45°。
进一步地，弹性体的高度H2的取值范围为5mm～50mm，出液孔的锥角β的取值范围为5°～30°，出液孔的底端内径M与高度H2之间满足的关系为M＝(0.1～0.8)H2。
进一步地，紧固端盖与紧固板之间通过若干紧固螺钉固接。
进一步地，压电叠堆与弹性膜片之间采用胶粘连接；弹性膜片与锥头之间采用胶粘或者压焊连接。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请能够实现高粘度流体喷射，采用压电陶瓷致动方式响应速度快，只需要旋转调节喷嘴即可实现液滴大小、喷射强度的调节，与现有技术相比，不需要复杂的控制系统，简单方便，控制成本更低。
附图说明
图1为本发明的主剖视示意图；
图2为锥头的主剖视示意图；
图3为弹性体的主剖视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，它包括预紧端盖1、压电叠堆2、弹性膜片3、锥头4、喷嘴5及微喷腔体6，所述预紧端盖1盖设在微喷腔体6上方且与微喷腔体6外壁螺纹连接，所述压电叠堆2竖直设置在预紧端盖1内，微喷腔体6的顶端为开口端，底端沿竖直方向开设有螺纹孔，所述喷嘴5为竖直穿设在螺纹孔内的空心圆柱体，且与微喷腔体6螺纹连接，所述弹性膜片3水平固设在微喷腔体6的上部，所述锥头4位于微喷腔体6内且与喷嘴5同轴设置，锥头4大端与压电叠堆2底端之间通过弹性膜片3固接，锥头4的小端直径小于喷嘴5的内径设置。压电叠堆2、锥头4以及喷嘴5由上到下依次同轴固接。
压电叠堆2与弹性膜片3之间采用胶粘连接；弹性膜片3与锥头4之间采用胶粘或者压焊连接，在脉冲电压激励下，压电叠堆2产生的位移变化通过弹性膜片3传输至锥头4上；
通过旋转微喷腔体6来调整其与预紧端盖1的相对位置，进而对压电叠堆2的预紧力进行调整，以满足不同的致动性能；
喷嘴5与微喷腔体6采用螺纹连接；微喷腔体6内装有高粘度液体，在脉冲电压激励下压电叠堆2所产生的位移弯化可以有效传输至锥头4，引起锥头4与喷嘴5之间距离的变化，即喷口的开闭，微喷腔体6内的高粘度流体在喷口开闭的作用下以微液滴的形式从喷口喷出。喷嘴5内同轴嵌设有弹性体7，所述弹性体7为柱状体结构，且沿其自身轴线方向开设有出液孔71，所述出液孔71为锥形孔。弹性体7与喷嘴5之间采用胶粘连接，通过旋转喷嘴5实现弹性体7与锥头4小端的位置调整，
所述锥头4为圆锥形结构，不同的锥头4角度和高度可以实现不同的灵敏度调节。
压电叠堆2为圆柱体或长方体，收压电陶瓷片堆叠形成，压电陶瓷片为厚度方向极化，可以调整压电叠堆2的整体厚度和压电叠堆2内的压电陶瓷片的数量来调整压电叠堆2的致动位移。
本申请能够实现高粘度流体喷射，采用压电陶瓷致动方式响应速度快，只需要旋转调节喷嘴5即可实现液滴大小、喷射强度的调节，与现有技术相比，不需要复杂的控制系统，简单方便。
所述微喷腔体6包括紧固端盖61、紧固板62及内腔体63，内腔体63的顶端为开口端且其内部呈漏斗状，内腔体63的下部卡设在水平设置的紧固板62上，喷嘴5与内腔体63下部螺纹连接，紧固端盖61扣设在内腔体63上且底端与紧固板62固接，紧固端盖61的顶端开设有通孔61-1，弹性膜片3夹设在紧固端盖61与内腔体63顶端之间，压电叠堆2的底部穿设在通孔61-1内且与弹性膜片3固接，预紧端盖1与紧固端盖61之间螺纹连接。预紧端盖1与紧固端盖61之间通过螺纹连接，便于拆装。
内腔体63外壁与紧固端盖61之间设置有密封圈Ⅰ64。通过设置密封圈Ⅰ64有效防止腔体内高粘度流体溢出。
所述弹性膜片3与内腔体63顶端之间设置有密封圈Ⅱ65。通过设置密封圈Ⅱ65有效防止腔体内高粘度流体溢出。
喷嘴5内同轴嵌设有弹性体7，所述弹性体7为柱状体结构且沿其自身轴线方向开设有出液孔71，锥头4的小端直径小于出液孔71的顶端直径。弹性体7与喷嘴5之间采用胶粘连接。通过旋转喷嘴5调整弹性体7与锥头4之间的位置，进而实现喷口的开闭以及调整所喷射液滴的大小。通过设置弹性体7保证喷口关闭时的密封性，且在高粘度流体喷出过程中，使锥头4与弹性体7之间存在一定的缓冲作用。
所述出液孔71为锥形孔，且其顶端为大直径端。
锥头4的高度H1的取值范围为10mm～100mm，锥头4的锥角α的取值范围为15°～45°。H1优选值为20mm，α优选值为30°。
弹性体7的高度H2的取值范围为5mm～50mm，出液孔71的锥角β的取值范围为5°～30°，出液孔71的底端内径M与高度H2之间满足的关系为M＝0.1～0.8H2。H2的优选值为5mm；β的优选值为5°。
锥头以及弹性体的各个结构实际尺寸根据其应用场合而确定，可以不做具体值的严格限定。
紧固端盖61与紧固板62之间通过若干紧固螺钉8固接。紧固螺钉8的数量优选为4个，且沿内腔体63周向均布。
压电叠堆2与弹性膜片3之间采用胶粘连接；弹性膜片3与锥头4之间采用胶粘或者压焊连接。
工作原理：
在脉冲电压激励下，压电叠堆2所产生位移变化是可以有效传输至锥头4，实现对喷口的开闭控制；通过相对旋转预紧端盖1与微喷腔体6实现对压电叠堆2的预紧力的调整；通过旋转喷嘴5来调整所喷射液滴的大小。

Claims (10)

1.一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：它包括预紧端盖(1)、压电叠堆(2)、弹性膜片(3)、锥头(4)、喷嘴(5)及微喷腔体(6)，所述预紧端盖(1)盖设在微喷腔体(6)上方且与微喷腔体(6)外壁螺纹连接，所述压电叠堆(2)竖直设置在预紧端盖(1)内，微喷腔体(6)的顶端为开口端，底端沿竖直方向开设有螺纹孔，所述喷嘴(5)为竖直穿设在螺纹孔内的空心圆柱体，且与微喷腔体(6)螺纹连接，所述弹性膜片(3)水平固设在微喷腔体(6)的上部，所述锥头(4)位于微喷腔体(6)内且与喷嘴(5)同轴设置，锥头(4)大端与压电叠堆(2)底端之间通过弹性膜片(3)固接，锥头(4)的小端直径小于喷嘴(5)的内径设置。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：所述微喷腔体(6)包括紧固端盖(61)、紧固板(62)及内腔体(63)，内腔体(63)的顶端为开口端且其内部呈漏斗状，内腔体(63)的下部卡设在水平设置的紧固板(62)上，喷嘴(5)与内腔体(63)下部螺纹连接，紧固端盖(61)扣设在内腔体(63)上且底端与紧固板(62)固接，紧固端盖(61)的顶端开设有通孔(61-1)，弹性膜片(3)夹设在紧固端盖(61)与内腔体(63)顶端之间，压电叠堆(2)的底部穿设在通孔(61-1)内且与弹性膜片(3)固接，预紧端盖(1)与紧固端盖(61)之间螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：内腔体(63)外壁与紧固端盖(61)之间设置有密封圈Ⅰ(64)。
4.根据权利要求2或3所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：所述弹性膜片(3)与内腔体(63)顶端之间设置有密封圈Ⅱ(65)。
5.根据权利要求4所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：喷嘴(5)内同轴嵌设有弹性体(7)，所述弹性体(7)为柱状体结构且沿其自身轴线方向开设有出液孔(71)，锥头(4)的小端直径小于出液孔(71)的顶端直径。
6.根据权利要求5所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：所述出液孔(71)为锥形孔，且其顶端为大直径端。
7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：锥头(4)的高度(H1)的取值范围为10mm～100mm，锥头(4)的锥角(α)的取值范围为15°～45°。
8.根据权利要求7所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：弹性体(7)的高度(H2)的取值范围为5mm～50mm，出液孔(71)的锥角(β)的取值范围为5°～30°，出液孔(71)的底端内径(M)与高度(H2)之间满足的关系为M＝(0.1～0.8)H2。
9.根据权利要求2、3、5、6或8所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：紧固端盖(61)与紧固板(62)之间通过若干紧固螺钉(8)固接。
10.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的一种应用于高粘度流体喷射的阀门可调式压电微喷机构，其特征在于：压电叠堆(2)与弹性膜片(3)之间采用胶粘连接；弹性膜片(3)与锥头(4)之间采用胶粘或者压焊连接。
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