CN110833968A - 液材挤出装置及其闭锁控制方法及机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液材挤出装置及其闭锁控制方法及机构,包括:提供一驱动模组,其以一压电致动单元驱动一柱塞对一液室内的液材进行推挤并碰触一阀座,使液材由一阀嘴挤出;提供一控制单元,其设有一应变规于该驱动模组上,可依该应变规所检测的应变量控制输入至该压电致动单元的电压;借由该控制单元监控该柱塞碰触到该阀座时该应变规所检测的应变量,且当该应变量不符合一预设值时,该控制单元改变输入至该压电致动单元的电压,可确保该柱塞在每次碰触到该阀座时皆具有相同或相似的闭锁力。
Description
技术领域
本发明有关于一种液材挤出装置,尤指一种以压电方式进行液材挤出的液材挤出装置及其闭锁控制方法及机构。
背景技术
已知液材挤出装置如专利号第I572411号「液材挤出方法及机构」所揭示,可以形成三个单元模组被独立的拆解,其中:第一单元,包括由一驱动腔体、一压电致动器、一柱塞机构、一杠杆机构、一微调机构所构成;第二单元由一供液座所构成;第三单元由一液室模组所构成;如此可以方便机构装置的组装及维修。
已知液材挤出装置在该驱动腔体内设有一腔室,该腔室中设有该压电致动器及该柱塞机构,使该压电致动器经该杠杆机构对该柱塞机构中的一柱塞作动挤出液材;其中,该压电致动器是借由输入电压使其反复膨胀与收缩,进而产生的寸动的位移量来控制液材的挤出,当该压电致动器处于膨胀状态时,该柱塞之前端部会向下位移碰触一阀垫的一挤出口产生闭锁状态,使液材不会由一阀嘴滴落而漏液;当该压电致动器处于收缩状态时,该柱塞之前端部会向上位移与该阀垫的挤出口分离而解除闭锁状态,并在下次该柱塞向下闭锁时挤压液材使液材由该阀嘴滴落;如此重复地作动该柱塞以连续挤出液材。
发明内容
已知液材挤出装置的压电致动器在输入电压使其反复膨胀与收缩过程中,该压电致动器的温度也会逐渐地提升,而温度提升会使该压电致动器在相同电压下的膨胀量低于预设值(因温度与膨胀量是负相关),若温度扩散至液材挤出装置的其它结构也会造成结构的热变形;不论是膨胀量降低或结构的热变形,两者皆会改变柱塞碰触阀垫所产生的闭锁力,进而影响液材挤出的稳定性,严重时更会导致闭锁失效。
因此,本发明的目的,在于提供一种可控制闭锁力的液材挤出装置。
本发明另一目的,在于提供一种可控制闭锁力的液材挤出装置闭锁控制方法。
本发明又一目的,在于提供一种用以执行如所述液材挤出装置闭锁控制方法的机构。
依据本发明目的的液材挤出装置,包括:一驱动模组,设有一驱动腔体,内设有一腔室,该腔室中设有一压电致动单元与一杠杆机构;该杠杆机构可受该压电致动单元的作用力驱动使一杠杆进行摆动;一供液模组,设于该驱动模组下方,包括一位于上方的供液座与一位于下方的阀座;该供液座中设有一流道,以供导引液材进入一供液区间中;该供液区间下方至该阀座之间设有一液室;一柱塞模组,设于该驱动模组与该供液模组之间,其设有一柱塞,该柱塞一端受该杠杆压触,另一端位于该液室内;该柱塞受该杠杆作用对该液室内的液材进行推挤并碰触该阀座,使液材由一阀嘴挤出;一控制单元,设有一应变规于该驱动模组上,可依该应变规所检测的应变量控制输入至该压电致动器的电压。
依据本发明另一目的的液材挤出装置闭锁控制方法,使用如所述液材挤出装置,包括:使该控制单元监控该柱塞碰触到该阀座时该应变规所检测的应变量;当该应变量不符合一预设值时,该控制单元改变输入至该压电致动器的电压。
依据本发明另一目的的另一液材挤出装置闭锁控制方法,包括:提供一驱动模组,其以一压电致动单元驱动一柱塞对一液室内的液材进行推挤并碰触一阀座,使液材由一阀嘴挤出;提供一控制单元,其设有一应变规于该驱动模组上,可依该应变规所检测的应变量控制输入至该压电致动单元的电压。
依据本发明又一目的的液材挤出装置的闭锁控制机构,包括:用以执行如所述液材挤出装置的闭锁控制方法的机构。
本发明实施例的液材挤出装置及其闭锁控制方法及机构,借由该控制单元监控该柱塞碰触到该阀座时该应变规所检测的应变量,且当该应变量不符合一预设值时,该控制单元改变输入至该压电致动单元的电压以调整该压电致动单元的膨胀程度,可确保该柱塞在每次碰触到该阀座时皆具有相同或相似的闭锁力可维持在闭锁状态。
附图说明
图1是本发明实施例中液材挤出装置的机构配置示意图。
图2是本发明实施例中液材挤出装置的部分剖面示意图。
图3是本发明实施例中液材挤出装置分成驱动模组、供液模组、柱塞模组的部分剖面示意图。
图4是本发明实施例中驱动模组的驱动腔体形变的示意图。
图5是本发明实施例中在挤出步骤过程中应变规所预设检测的应变量的示意图。
图6是本发明实施例中在挤出步骤过程中应变规所实际检测的应变量的示意图。
图7是本发明实施例中应变规设置于驱动模组的驱动腔体外侧的示意图。
图8是本发明实施例中应变规设置于驱动模组的杠杆的示意图。
图9是本发明实施例中应变规设置于驱动模组的压电致动单元的示意图。
【符号说明】
A 驱动模组 A1 驱动腔体
A11 第一腔室 A12 第二腔室
A13 连通室 A14 第三腔室
A15 连通口 A151 第二颈部
A2 压电致动单元 A21 第一压电致动器
A22 第二压电致动器 A23 压电致动器
A3 枢座 A31 轴孔
A32 环缘 A4 杠杆机构
A41 杠杆 A411 长槽孔
A412 抗力点 A42 支点
A43 施力点 A44 第二弹性元件
A45 杠杆 A46 杠杆
A5 微调机构 A51 微调件
A511 螺纹 A52 螺固件
B 供液模组 B1 供液座
B11 接头 B12 流道
B13 供液区间 B14 容置区间
B15 液口缘 B151 外螺纹
B2 阀座 B21 阀垫
B211 挤出口 B22 液室
B23 阀嘴座 B231 阀嘴
B24 罩盖 B3 隔热件
B31 轴孔 C 柱塞模组
C1 柱塞 C11 枢轴段
C12 阀针 C13 前端部
C14 定位部 C15 压抵面
C2 柱塞座 C21 枢孔
C211 闸孔 C212 第一颈部
C22 轴衬 C23 第一弹性元件
C24 轴封 C25 第一段差
C26 第二段差 D 控制单元
D1 应变规 D2 控制器
具体实施方式
请参阅图1、2、3,本发明实施例的液材挤出装置及其闭锁控制方法及机构,可以使用于图中所示液材挤出装置,兹以其为例作说明,该液材挤出装置包括:
一驱动模组A,设有包括:一驱动腔体A1,内部相互错置分设有一第一腔室A11与一第二腔室A12,并在二者间形成一连通室A13;另在该第二腔室A12下方设有一第三腔室A14,其与该第二腔室A12间以一连通口A15相通;该第一腔室A11相较于该第二腔室A12、该连通室A13与该第三腔室A14具有较大且较长的空间;该第一腔室A11中设有一压电致动单元A2,其由一位于下方的第一压电致动器A21与一位于上方的第二压电致动器A22所组成,两者以直立串联设置且该第一压电致动器A21的纵向长度大于该第二压电致动器A22;该第二腔室A12中设有一枢座A3,其设有一轴孔A31,并于该轴孔A31下方形成一环缘A32,该环缘A32枢设定位于该第二腔室A12与该第三腔室A14之间的该连通口A15中;该连通室A13内设有一杠杆机构A4;该驱动腔体A1上方设有一微调机构A5,其介于该第一腔室A11上方内壁与该压电致动单元A2间,并以一具螺纹A511的微调件A51螺伸入该第一腔室A11中对该压电致动单元A2进行微调该压电致动单元A2上方与该第一腔室11间之间距,使该压电致动单元A2夹设在该微调机构A5与该杠杆机构A4间,并可于微调后以例如螺帽的螺固件A52予以螺固定位该微调件A51的高度定位;
一供液模组B,设于该驱动模组A下方,设有包括:一位于上方的供液座B1与一位于下方的阀座B2;该供液座B1设有一接头B11供与贮存有粘性液材的容器相接设;该供液座B1中设有流道B12,以供导引自该接头B11流入的液材进入一供液区间B13中;该供液座B1上设有一容置区间B14,位于该供液区间B13与该第三腔室A14间且与两者相通;该供液区间B13下方至该阀座B2的一阀垫B21间设有一液室B22,该供液座B1同时于该液室B22处向下伸设一液口缘B15;该阀垫B21提供一凹设的球型(亦可为其他形状,例如V形)挤出口B211在该液室B22底端出口处;该阀垫B21下方则设有一阀嘴座B23,其以一阀嘴B231与该阀垫B21的该挤出口B211对应接设,该挤出口B211与该阀嘴B231形成由该液室B22向下孔径渐缩的多段孔径;该阀垫B21与该阀嘴座B23受一罩盖B24与该液口缘B15的外螺纹B151螺设,而将二者容设定位于该罩盖B24与该液室B22底端出口处;该供液座B1上方设有一隔热件B3,其由导热性低的材质(例如塑胶)所制成,该隔热件B3设有一轴孔B31;
一柱塞模组C,设于该第三腔室A14与该容置区间B14所形成的空间内,设有包括:一杆状的柱塞C1与一柱塞座C2;该柱塞C1设于该柱塞座C2的一枢孔C21中,其由硬度较高材质(例如陶瓷)所制成,该柱塞C1包括:一与该柱塞座C2上枢孔C21中一轴衬C22枢设的枢轴段C11、一位于该枢轴段C11下方而轴径较小的阀针C12、一位于该阀针C12下方之前端部C13、以及位于该枢轴段C11上方的一定位部C14与一压抵面C15;其中,该阀针C12伸经该柱塞座C2的枢孔C21底端孔径较小的闸孔C211及该供液座B1的供液区间B13;该闸孔C211的孔径较该阀针C12杆径大,而使该阀针C12杆径与该闸孔C211的孔径内壁保持一间距;该闸孔C211使该柱塞座C2于该处形成对该枢孔C21形成束缩的一第一颈部C212,该第一颈部C212与该柱塞C1的枢轴段C11间的阀针C12杆径外套设一例如弹簧的第一弹性元件C23,其位于该柱塞座C2的枢孔C21中;该柱塞座C2的颈部C212下方设有一轴封C24;该柱塞座C2上段以形成一段较小轴径而在该轴径相接处形成一第一段差C25,以供该柱塞座C2上段轴径枢穿于该枢座A3的轴孔A31,但借由该第一段差C25顶抵在该第二腔室A12与该第三腔室A14间构成该连通口A15的一第二颈部A151处,而使柱塞座C2受该第二颈部A151限制上定位;该柱塞座C2上段轴径枢穿于该枢座A3的轴孔A31时,该柱塞座C2上段轴径与该轴孔A31的孔径内壁保持一间距;该柱塞座C2下段以形成一段较小轴径而在该轴径相接处形成一第二段差C26,以供柱塞座C2下段供该隔热件B3的轴孔B31套设后,借由该第二段差C26坐靠在该隔热件B3上而使该柱塞座C2限制下定位而不致下移落下;
一控制单元D,设有一应变规D1与一控制器D2,该应变规D1设于该驱动腔体A1的第一腔室A11内壁,用于检测该柱塞C1碰触该阀座B2的阀垫B21时该驱动腔体A1因形变所产生的应变量;该控制器D2依该应变规D1所检测到的应变量控制输入至该压电致动单元A2的电压。
请参阅图2、3,该杠杆机构A4的一杠杆A41的一端下方受一由硬度较高材质(例如钨钢、陶瓷)圆棒状轴杆所形成的支点A42撑抵,上方则形成隆凸状供该压电致动单元A2下方抵触的施力点A43;在该杠杆A41与该枢座A3之间设有二个例如弹簧的第二弹性元件A44(因图2、3为侧面视图,且该二个第二弹性元件A44是并列设于该支点A42与该柱塞座C2上段轴径之间,故图中仅显示一个第二弹性元件A44),该第二弹性元件A44的线径较该第一弹性元件C23大,该杠杆A41同时承受该压电致动单元A2的作用力与该第二弹性元件A44弹性恢复力的反作用力;该杠杆A41的另一端设有一长槽孔A411供该柱塞C1的定位部C14伸入,该长槽孔A411提供当杠杆A41上、下摆动时与该定位部C14间的位移缓冲间距;该柱塞C1的压抵面C15受该杠杆A41另一端向下凸设的抗力点A412压触,该柱塞C1同时承受该杠杆机构A4的杠杆A41作用力及该第一弹性元件C23弹性恢复力的反作用力。
本发明实施例在实施上,使用者将可独立拆解的该驱动模组A、该供液模组B、该柱塞模组C组装成液材挤出装置,使该柱塞模组C夹设在该驱动模组A与该供液模组B之间,并以该微调机构A5对其内的该压电致动单元A2进行微调,使该压电致动单元A2被定位在该微调机构A5与该杠杆机构A4之间;
在组装完成后,执行以下步骤让液材挤出装置可以进行液材挤出的功能,包括:
一闭锁步骤,该杠杆机构A4直接承受该压电致动单元A2的作用力使该杠杆A41向下摆动而间接连动该柱塞C1向下移动;此时,该控制单元D的控制器D2输入电压至该第一压电致动器A21控制该第一压电致动器A21呈膨胀状态,控制该第二压电致动器A22呈膨胀或不膨胀状态,但该第一压电致动器A21的膨胀量(%)会大于该第二压电致动器A22的膨胀量(%);其中,该第一压电致动器A21在此步骤可呈完全膨胀状态(膨胀100%);在该柱塞C1之前端部C13尚未碰触该阀垫B21的挤出口B211前,该第二压电致动器A22会受该控制器D2控制依不同比例逐渐膨胀(例如第一次膨胀50%、第二次膨胀60%,直至闭锁状态产生);换言之,在该第一压电致动器A21不变动膨胀状态的情形下,该第二压电致动器A22膨胀所产生的作用力会经由该第一压电致动器A21传递至该杠杆机构A4,该杠杆机构A4会直接承受以串联方式安装的该第一压电致动器A21与该第二压电致动器A22膨胀所产生的作用力的加总(该第一压电致动器A21的当前的膨胀%+该第二压电致动器A22当前的膨胀%),直至该柱塞C1之前端部C13碰触该阀垫B21的挤出口B211产生闭锁,并以该控制器D2纪录闭锁时该压电致动单元A2的膨胀状态为预设值;
一挤出步骤,在此步骤中该第二压电致动器A22保持在预设的膨胀状态,该第一压电致动器A21收缩以减少施予该杠杆机构A4作用力,使该杠杆A41受该第二弹性元件A44弹性恢复力的反作用力作用而向上摆动,该柱塞C1亦受该第一弹性元件C23弹性恢复的反作用力作用而向上移动,使其前端部C13解除碰触该阀垫B21的挤出口B211;如此反复的以该第一压电致动器A21来回对该杠杆机构A4施予不同程度的作用力,使该柱塞C1之前端部C13不断地在该液室B22中上、下来回移动挤压液材,并在该柱塞C1之前端部C13每一次碰触该阀垫B21的挤出口B211时由该挤出口B211经该阀嘴B231挤出液材;其中,该控制器D2控制该第一压电致动器A21的膨胀与收缩来对杠杆机构A4施予不同程度的作用力,在此步骤中该第一压电致动器A21的膨胀为完全膨胀(膨胀100%),而收缩是相对前次完全膨胀状态依液材的特性来进行调整(例如由膨胀100%调整为膨胀80%);
一控制步骤,在挤出步骤执行的过程中,该控制单元D的应变规D1同时检测该驱动腔体A1的应变量;如图4所示,当该柱塞C1向下移动碰触该阀座B2进行闭锁时,该压电致动单元A2膨胀的作用力将使该驱动腔体A1由内而外略为扩撑产生形变;如图5所示,该应变规D1可检测并由该控制器D2纪录挤出步骤执行过程中该驱动腔体A1形变的应变量(峰值为闭锁时),在该液材挤出装置执行挤出步骤的使用初期,因压电致动单元A2的温度尚未提升至可影响膨胀量,故每次闭锁时该应变规D1所检测到的应变量皆会相同或相近;但在使用一段时间后,因该压电致动单元A2的温度逐渐地提升,使该压电致动单元A2的膨胀程度减少,进而改变原先闭锁时的应变量;如图6所示,该驱动腔体A1的应变量随着使用时间的增加而逐渐减小,表示该柱塞C1碰触该阀垫B21的闭锁力亦逐渐减弱;故当该控制器D2所记录的应变量低于一预设值时,该控制器D2会增加输入至该第二压电致动器A22的电压使该压电致动单元A2增加膨胀程度,当该控制器D2所记录的应变量高于一预设值时,该控制器D2会减少输入至该第二压电致动器A22的电压使该压电致动单元A2减少膨胀程度;其中,该预设值可为该液材挤出装置执行闭锁步骤产生闭锁时所测得的应变量或在执行挤出步骤的使用初期产生闭锁时所测得的应变量。
本发明实施例的液材挤出装置及其闭锁控制方法及机构,借由该控制单元D监控该柱塞C1碰触到该阀座B2时该应变规D1所检测的应变量,且当该应变量不符合一预设值时,该控制单元D改变输入至该压电致动单元A2的电压以调整该压电致动单元A2的膨胀程度,可确保该柱塞C1在每次碰触到该阀座B2时皆具有相同或相似的闭锁力可维持在闭锁状态。
在本发明实施例中,可同时使用多个应变规D1进行检测,且该应变规D1亦不限于设置在该第一腔室A11内壁,亦可设置在该驱动腔体A1的外侧(图7)或该杠杆A41(图8)等可受该压电致动单元A2的作用力而形变的驱动模组A的构件上;亦可直接分别设置于该压电致动单元A2的第一压电致动器A21与第二压电致动器A22上(图9)。
在本发明实施例中,该压电致动单元A2主要是提供该杠杆机构A4驱动的作用力,其不限于需使用两个串联的压电致动器,亦可使用单一压电致动器不同程度的膨胀与收缩来驱动该杠杆机构A4。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,当不能以此限定本发明实施的范围,即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰,皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (12)
1.一种液材挤出装置,包括:
一驱动模组,设有一驱动腔体,内设有一腔室,该腔室中设有一压电致动单元与一杠杆机构;该杠杆机构可受该压电致动单元的作用力驱动使一杠杆进行摆动;
一供液模组,设于该驱动模组下方,包括一位于上方的供液座与一位于下方的阀座;该供液座中设有一流道,以供导引液材进入一供液区间中;该供液区间下方至该阀座之间设有一液室;
一柱塞模组,设于该驱动模组与该供液模组之间,其设有一柱塞,该柱塞一端受该杠杆压触,另一端位于该液室内;该柱塞受该杠杆作用对该液室内的液材进行推挤并碰触该阀座,使液材由一阀嘴挤出;
一控制单元,设有一应变规于该驱动模组上,可依该应变规所检测的应变量控制输入至该压电致动单元的电压。
2.如权利要求1所述的液材挤出装置,其中,该应变规设于该驱动腔体上,用于检测该柱塞碰触该阀座时该驱动腔体的形变。
3.如权利要求2所述的液材挤出装置,其中,该应变规设于该腔室内壁,用于检测该柱塞碰触该阀座时该腔室的形变。
4.如权利要求1所述的液材挤出装置,其中,该应变规设于该杠杆上,用于检测该柱塞碰触该阀座时该杠杆的形变。
5.如权利要求1所述的液材挤出装置,该驱动腔体内部相互错置分设有一第一腔室与一第二腔室,并在二者间形成一连通室;该第一腔室较该第二腔室与该连通室具有较大且较长的空间;该压电致动单元设于该第一腔室内,该杠杆机构设于该连通室内。
6.如权利要求1所述的液材挤出装置,其中,该压电致动单元设有直立串联设置的一第一压电致动器与一第二压电致动器。
7.如权利要求6所述的液材挤出装置,其中,该第一压电致动器位于该第二压电致动器下方,该第一压电致动器的纵向长度大于该第二压电致动器。
8.如权利要求1所述的液材挤出装置,其中,该压电致动单元夹设在一微调机构与该杠杆机构间。
9.一种液材挤出装置闭锁控制方法,使用如权利要求1至8中任一权利要求所述的液材挤出装置,包括:
使该控制单元监控该柱塞碰触到该阀座时该应变规所检测的应变量;当该应变量不符合一预设值时,该控制单元改变输入至该压电致动单元的电压。
10.如权利要求9所述的液材挤出装置闭锁检测方法,其中,该预设值为该液材挤出装置使用初期所测得的应变量。
11.一种液材挤出装置闭锁控制方法,包括:
提供一驱动模组,其以一压电致动单元驱动一柱塞对一液室内的液材进行推挤并碰触一阀座,使液材由一阀嘴挤出;
提供一控制单元,其设有一应变规于该驱动模组上,可依该应变规所检测的应变量控制输入至该压电致动单元的电压。
12.一种液材挤出装置闭锁检测机构,包括:用以执行如权利要求11所述的所述液材挤出装置闭锁控制方法的机构。
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