本發(fā)明涉及一種微噴噴射閥，是一種含杠桿結(jié)構(gòu)的壓電膜片式裝置，屬于機(jī)械工程，器件封裝，微小金屬零件快速成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在微電子工業(yè)中常用到多種不同性質(zhì)的材。有機(jī)發(fā)光器件制造中需要使用包括銦硒氧化物、三(8—羥基喹啉)鋁等在內(nèi)的多種不同有機(jī)材料、聚合物材料，和電介質(zhì)材料等。制造過(guò)程中如采用傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積、電鍍、光刻等加工工藝，將造成其中貴重材料的浪費(fèi)。我們可以用微滴噴射生成微米級(jí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)微量材料的精確技術(shù)。

人們對(duì)電子產(chǎn)品精密化、小型化的要求的逐漸提高，推動(dòng)著半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)和微電子封裝中，焊球陣列制作和封裝用流體材料的微量精確分配是在追求電子產(chǎn)品體積小，重量輕的前提下又能保證芯片良好的散熱和抗震性的關(guān)鍵。

目前的微噴噴射閥類型中，一般采用靜電式、熱氣泡式、氣動(dòng)膜片式、壓電式、機(jī)械式、電磁式、應(yīng)力驅(qū)動(dòng)式、聲學(xué)激勵(lì)式和激光式。靜電式需要較大的隔膜，會(huì)加大制造成本，影響分辨率。熱氣泡式不適合材料本身需要加熱或高粘度流體中應(yīng)用。電磁式不適合非導(dǎo)電材料。氣動(dòng)膜片式微噴技術(shù)噴射液滴成形一致性差且氣壓脈沖頻率不高，驅(qū)動(dòng)力小。而壓電式現(xiàn)有收縮管式、平板式、疊堆型幾種類型，但是幾種一是都是壓電陶瓷貼緊表面，中間沒(méi)有隔熱措施，可是由于壓電陶瓷本身的溫度特性限制，當(dāng)溫度高一點(diǎn)就會(huì)影響壓電陶瓷的性能，二是當(dāng)噴射高粘度的材料，如金屬微滴，則需要驅(qū)動(dòng)力比較大。所以一般這種方法只能用于常溫低粘度材料的微滴噴射。目前對(duì)于粘度很大的金屬微滴噴射效果不是很好。由于噴頭直徑小，特別容易堵塞，目前很多方法都是通過(guò)清水沖洗或者在噴嘴處設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)清理或防止堵塞，這種方法清理過(guò)濾網(wǎng)很不方便，要拆卸噴頭。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種含杠桿結(jié)構(gòu)的壓電膜片式微噴噴射閥。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)按需噴射精確性和能夠使用壓電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行噴射高粘度液體與金屬微滴噴射，更方便解決噴頭堵塞問(wèn)題。解決了傳統(tǒng)氣動(dòng)微噴液體成型一致性差與壓電陶瓷的溫度特性的限制噴射溶液種類，解決傳統(tǒng)噴射高粘度液體動(dòng)力不足問(wèn)題，并且具備高精度按需對(duì)高粘度液體與金屬微滴進(jìn)行噴射。

該噴射閥采用壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)元件，在壓電信號(hào)的激勵(lì)下，產(chǎn)生逆壓電信號(hào)通過(guò)壓電陶瓷變形使杠桿傳遞動(dòng)力，通過(guò)杠桿原理可知壓電陶瓷產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力放大后，帶動(dòng)薄膜片出現(xiàn)彎曲變形，擠壓噴嘴腔內(nèi)，使得噴嘴腔中流體壓力急劇變化，使得流體從噴射閥噴嘴處有規(guī)律的擠出，壓電陶瓷失電的時(shí)候，在彈簧的回彈力作用下活塞桿快速回彈，使得形成的射流頸縮斷裂，形成液滴。通過(guò)加熱裝置溫度反饋系統(tǒng)能夠更合適地對(duì)噴射材料進(jìn)行熔融，而通過(guò)杠桿對(duì)噴嘴腔進(jìn)行擠壓，有強(qiáng)大的推力進(jìn)行高粘度的微噴材料噴射。

本發(fā)明包括基座、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)、噴射機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)料機(jī)構(gòu)、溫度反饋元件。其中溫度反饋元件包括加熱圈與熱電偶，加熱圈緊貼在儲(chǔ)料缸，加熱圈用于使得材料熔融，熱電偶的測(cè)溫探針插到出料管道內(nèi)，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度情況，實(shí)現(xiàn)充分利用能源加熱。微調(diào)機(jī)構(gòu)包括微調(diào)器與微調(diào)器固定件，通過(guò)微調(diào)固定件將微調(diào)器固定在固定基板上，通過(guò)微調(diào)器、彈簧可以精確地調(diào)節(jié)壓電陶瓷在豎直方向上的初始位置，對(duì)薄膜片進(jìn)行預(yù)壓，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)出于最佳狀態(tài)。

基座包括固定基板與噴嘴腔基座，其是由不銹鋼材質(zhì)制成的方形體結(jié)構(gòu)，微調(diào)器與杠桿固定在固定基板上，噴嘴腔基座與固定基板連接固定。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括杠桿機(jī)構(gòu)、壓電陶瓷固定件、壓電陶瓷連接件、壓電陶瓷、彈簧、推桿，壓電陶瓷與壓電陶瓷連接件連接，壓電陶瓷另一端與杠桿連接，壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)元件，通過(guò)杠桿及推桿擠壓薄膜片。

噴射機(jī)構(gòu)包括薄膜片，薄膜片固定釘、薄膜片壓緊件、噴嘴腔、排氣口、出料管道和保溫套，薄膜片與噴嘴腔的接觸面使用液態(tài)密封墊密封，薄膜片為不銹鋼材質(zhì)，薄膜片和薄膜片壓緊件安裝在噴嘴腔的上端面，薄膜片壓緊件為階梯狀，其軸肩上加工有薄膜片固定釘，使用薄膜片固定釘將薄膜片壓緊件固定在噴嘴腔基座內(nèi)，薄膜片壓緊件下端面緊壓在薄膜片上，保證薄膜片在工作時(shí)的定位和壓緊。噴嘴腔右側(cè)上端面加工有排氣口，通過(guò)排氣口可將噴嘴腔的空氣完全排除，防止殘留的氣體對(duì)微噴噴射效果的影響。出料管道成傾斜狀，這樣能夠便于材料順利到達(dá)噴嘴腔。設(shè)計(jì)噴嘴腔為錐形，薄膜片有足夠大的自由振動(dòng)半徑，并且有利于微噴材料的流體壓力和動(dòng)量在微噴孔處匯聚。噴嘴腔內(nèi)壁光滑，以減小驅(qū)動(dòng)壓力損失。熱電偶插入出料管道中用于測(cè)量溫度。保溫套緊貼在儲(chǔ)料管道，在噴嘴腔基座中。防止流體經(jīng)過(guò)出料管道熱量散失嚴(yán)重。壓電陶瓷振動(dòng)通過(guò)杠桿傳遞動(dòng)力使薄膜片變形使得噴嘴腔流體壓力變大，當(dāng)這個(gè)壓力大于克服流體本身的表面張力的時(shí)候，微滴噴射成型。

儲(chǔ)料機(jī)構(gòu)包括氣壓接口、儲(chǔ)料缸蓋、密封圈、儲(chǔ)料缸、隔熱套、過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)固定螺釘與隔熱板。氣壓接口與儲(chǔ)料缸蓋上端螺紋連接，儲(chǔ)料缸蓋下端與儲(chǔ)料缸上端螺紋連接，氣壓接頭連接氣壓管作為供料背壓，儲(chǔ)料缸蓋內(nèi)加工有密封溝槽，密封圈安裝在密封溝槽內(nèi)。用密封圈使得儲(chǔ)料缸蓋與儲(chǔ)料缸密封，保證高溫環(huán)境下達(dá)到良好的效果。隔熱套套在加熱圈上，防止溫度散失，隔熱板蓋在噴嘴腔基座上面，進(jìn)行二次防護(hù)熱散失，同時(shí)也起到安全保護(hù)作用。本設(shè)計(jì)充分考慮了溫度問(wèn)題，目的是為了使得噴射效果更好。過(guò)濾網(wǎng)安裝在儲(chǔ)料缸底部，用固定螺釘定位在儲(chǔ)料缸最下方，材料采用耐高溫的材料。這樣可以從源頭上過(guò)濾雜質(zhì)，以防噴頭堵塞，安裝在儲(chǔ)料缸下端，拆卸方便。

本發(fā)明的工作原理為：使用函數(shù)發(fā)生器與電壓放大器產(chǎn)生對(duì)不同波形頻率的信號(hào)，對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行控制，壓電陶瓷在信號(hào)的控制下進(jìn)行高頻振動(dòng)，通過(guò)杠桿把動(dòng)力變大作用到推桿上，擠壓薄膜片，噴嘴腔體積變小使得噴嘴腔內(nèi)材料壓力增大，當(dāng)電壓信號(hào)出于零的狀態(tài)，薄膜片就恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，此時(shí)噴嘴腔內(nèi)材料壓力減小為負(fù)壓。這樣壓電陶瓷的往復(fù)高頻率的振動(dòng)使得噴嘴腔流體壓力變化使得微噴流體有規(guī)律的噴射出來(lái)。

噴射閥裝置一個(gè)微滴產(chǎn)生的過(guò)程分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是：液柱伸長(zhǎng)，由于壓電信號(hào)，壓電陶瓷產(chǎn)生位移，通過(guò)杠桿使薄膜片運(yùn)動(dòng)擠壓噴嘴腔，液面向外凸出行程液柱并逐漸伸長(zhǎng)。第二階段是：液柱縮頸，電壓增大到巔峰值，薄膜片運(yùn)動(dòng)速度減小至零，由于已噴出噴嘴部分的液柱獲得了膜片驅(qū)動(dòng)的動(dòng)量以較高速度運(yùn)動(dòng)，加上噴嘴口處黏性阻力的作用，液柱縮頸。第三階段是：電壓逐漸減為零，斷裂成型，膜片復(fù)位，噴嘴腔腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，液柱在其頸部上下兩部分受到反向作用力，下端部分液滴斷裂。第四階段是：液滴噴射，微滴形成后以一定速度噴射出去。一個(gè)階段的的噴射已經(jīng)完成，準(zhǔn)備下一個(gè)個(gè)噴射過(guò)程。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：本發(fā)明采用壓電陶瓷作為動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)杠桿將其動(dòng)力變大擠壓薄膜片變形，從而使得噴射材料壓力急劇變化，這樣液滴就有規(guī)律的噴射出來(lái)。壓電信號(hào)由函數(shù)發(fā)生器與電壓放大器精確控制，這樣使得液滴成型一致性變得更好。通過(guò)加熱裝置與保溫隔熱裝置，使得材料熔融，這就使得本裝置可以不用考慮壓電陶瓷溫度特性，使得材料能夠加熱到很高溫度，能夠來(lái)噴射金屬微滴等，一般來(lái)說(shuō)金屬熔融后粘度比較大，所以本裝置采用杠桿原理將動(dòng)力變大，使得更加順暢地噴射像金屬微滴粘度大的微滴。對(duì)于一些粘度大的液體能夠不用加溫也能噴射出去，節(jié)約能源。過(guò)濾裝置可以解決噴嘴堵塞問(wèn)題，能夠更加方便的清理過(guò)濾網(wǎng)。本發(fā)生裝置推力大，產(chǎn)生微滴點(diǎn)膠尺寸小，精密可控，適用于高熔點(diǎn)的金屬類材料，高粘度材料不用加熱噴射。在器件封裝、微信光學(xué)元器件、微小金屬零件快速成型和微小電氣連接等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用和發(fā)展前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明噴射裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2位本發(fā)明噴射裝置外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1中1氣壓接頭、2儲(chǔ)料缸蓋、3密封圈、4加熱圈、5儲(chǔ)料缸、6隔熱套、7過(guò)濾網(wǎng)固定螺釘、8過(guò)濾網(wǎng)、9隔熱板、10保溫套、11熱電偶、12噴嘴腔基座、13出料管道、14液滴、15噴嘴腔、16薄膜片、17排氣口、18薄膜固定釘、19薄膜壓緊件、20推桿、21微調(diào)器、22微調(diào)器固定件、23壓電陶瓷固定件、24壓電陶瓷固定件、25彈簧、26壓電陶瓷、27杠桿結(jié)構(gòu)、28杠桿安裝件、29固定基板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括基座、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)、噴射機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)料機(jī)構(gòu)、溫度反饋元件。其中溫度反饋元件包括加熱圈4與熱電偶11，加熱圈4緊貼在儲(chǔ)料缸5，用于使得材料熔融。熱電偶11的測(cè)溫探針插到出料管道13內(nèi)，檢測(cè)溫度。

儲(chǔ)料機(jī)構(gòu)包括氣壓接口1、儲(chǔ)料缸蓋2、密封圈3、儲(chǔ)料缸5、隔熱套6、過(guò)濾網(wǎng)8，過(guò)濾網(wǎng)固定螺釘7與隔熱板9。氣壓接口1與儲(chǔ)料缸蓋2上端螺紋連接，儲(chǔ)料缸蓋2下端與儲(chǔ)料缸5上端螺紋連接，氣壓接頭1連接氣壓管作為供料背壓，儲(chǔ)料缸蓋2內(nèi)加工有密封溝槽，密封圈3安裝在密封溝槽內(nèi)。用密封圈3使得儲(chǔ)料缸蓋2與儲(chǔ)料缸5密封。隔熱套6套在加熱圈4上，隔熱板9蓋安裝在噴嘴腔基座12上面，進(jìn)行二次防護(hù)熱散失。過(guò)濾網(wǎng)8安裝在儲(chǔ)料缸5底部，用過(guò)濾網(wǎng)固定螺釘7定位在儲(chǔ)料缸5最下方。材料在儲(chǔ)料缸5熔融后或者流體在儲(chǔ)料缸5加熱后，通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)8過(guò)濾雜質(zhì)，進(jìn)入儲(chǔ)料管道13，熱電偶11檢測(cè)實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括杠桿機(jī)構(gòu)27、壓電陶瓷固定件23、壓電陶瓷連接件24、壓電陶瓷26、彈簧25、推桿20，壓電陶瓷26與壓電陶瓷連接件24連接，壓電陶瓷26另一端與杠桿27連接，壓電陶瓷26為驅(qū)動(dòng)元件，壓電信號(hào)使得壓電陶瓷26振動(dòng)，通過(guò)杠桿27及推桿20擠壓薄膜片16。

噴射機(jī)構(gòu)包括薄膜片16、薄膜片固定釘18、薄膜片壓緊件19、噴嘴腔15、排氣口17、出料管道13和保溫套10，薄膜片16與噴嘴腔15的接觸面使用液態(tài)密封墊密封，薄膜片16為不銹鋼材質(zhì)，薄膜片16和薄膜片壓緊件19安裝在噴嘴腔15的上端面，薄膜片壓緊件19為階梯狀，其軸肩上加工有薄膜片固定釘18，使用薄膜片固定釘18將薄膜片壓緊件19固定在噴嘴腔基座12內(nèi)，薄膜片壓緊件19下端面緊壓在薄膜片16上，保證薄膜片16在工作時(shí)的定位和壓緊。噴嘴腔15右側(cè)上端面加工有排氣口17，通過(guò)排氣口17可將噴嘴腔15的空氣完全排除。出料管道13成傾斜狀，這樣能夠便于使得儲(chǔ)料缸5的材料順利到達(dá)噴嘴腔15。在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，薄膜片16變形使得噴嘴腔15體積發(fā)生變化，噴射材料壓力急劇變化，當(dāng)這個(gè)壓力大于克服流體本身的表面張力的時(shí)候，液滴14就噴射出來(lái)了。設(shè)計(jì)噴嘴腔15為錐形，薄膜片16有足夠大的自由振動(dòng)半徑，并且有利于微噴材料的流體壓力和動(dòng)量在微噴孔處匯聚。噴嘴腔15內(nèi)壁光滑，以減小驅(qū)動(dòng)壓力損失。

基座包括固定基板30與噴嘴腔基座12，其是由不銹鋼材質(zhì)制成的方形體結(jié)構(gòu)，微調(diào)器21與杠桿27固定在固定基板30上，噴嘴腔基座12與固定基板12連接固定。

微調(diào)機(jī)構(gòu)包括微調(diào)器21與微調(diào)器固定件22，通過(guò)微調(diào)固定件22將微調(diào)器21固定在固定基板29上，通過(guò)微調(diào)器21、彈簧25可以精確地調(diào)節(jié)壓電陶瓷26在豎直方向上的初始位置，對(duì)薄膜片16進(jìn)行預(yù)壓，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)出于最佳狀態(tài)。

本發(fā)明的工作原理為：使用函數(shù)發(fā)生器與電壓放大器產(chǎn)生對(duì)不同波形頻率的信號(hào)，對(duì)壓電陶瓷26進(jìn)行控制，壓電陶瓷26在信號(hào)的控制下進(jìn)行高頻振動(dòng)，通過(guò)杠桿27把動(dòng)力變大作用到推桿20上，擠壓薄膜片16，噴嘴腔15體積變小使得噴嘴腔15內(nèi)材料壓力增大，當(dāng)電壓信號(hào)出于零的狀態(tài)，薄膜片16就恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，此時(shí)噴嘴腔15內(nèi)材料壓力減小為負(fù)壓。這樣壓電陶瓷26的往復(fù)高頻率的振動(dòng)使得噴嘴腔15流體壓力變化使得微噴流體有規(guī)律的噴射出來(lái)。

噴射閥裝置一個(gè)微滴產(chǎn)生的過(guò)程分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是：液柱伸長(zhǎng)，由于壓電信號(hào)，壓電陶瓷26產(chǎn)生位移，通過(guò)杠桿27使薄膜片16運(yùn)動(dòng)擠壓噴嘴腔15，液面向外凸出行程液柱并逐漸伸長(zhǎng)。第二階段是：液柱縮頸，電壓增大到巔峰值，薄膜片16運(yùn)動(dòng)速度減小至零，由于已噴出噴嘴部分的液柱獲得了膜片驅(qū)動(dòng)的動(dòng)量以較高速度運(yùn)動(dòng)，加上噴嘴口處黏性阻力的作用，液柱縮頸。第三階段是：電壓逐漸減為零，斷裂成型，薄膜片16復(fù)位，噴嘴腔15腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，液柱在其頸部上下兩部分受到反向作用力，下端部分液滴14斷裂。第四階段是：液滴噴射，微滴形成后以一定速度噴射出去。一個(gè)階段的的噴射已經(jīng)完成，準(zhǔn)備下一個(gè)個(gè)噴射過(guò)程。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。