用于分配不连续量的粘性物质的装置和方法

专利名称：用于分配不连续量的粘性物质的装置和方法
技术领域：
本发明通常涉及分配装置和方法，特别的，本发明涉及以非接触方式将不连续量的粘性物质分配到工件上的装置和方法。
背景技术：
在微电子硬件和其它产品的制造中，气动分配装置被用于以非接触方式将少量或小液滴的高粘性物质分配到基片或工件上。示例性的高粘性物质包括，但并不限定于，焊剂，焊膏，粘合剂，焊接掩膜，热聚合物，油，密封剂，密封聚合物，墨水，和硅酮。通常，这种高粘性物质在室温下不易于在其自重下流动。
用于粘性物质的常规气动非接触分配装置包括气动的往复阀元件，其用于选择性将阀座配合在排出通道的周围。在通常涉及的例如喷射的过程中，通过从与阀座的接触缩回针阀而分配液滴，这允许大量粘性物质在压力下，从填满的流体腔穿过针阀与阀座隔开的间隙并且流入排出通道。针阀随后快速地移向阀座以便闭合分配装置，这致使一定量的粘性物质被迫通过排出通道，并且等量的粘性物质从排出通道的排出孔喷出。该被喷射的少量粘性物质作为液滴被喷至与排出口间隔开的工件。
在常规的非接触分配装置中，由于清洁工具难以接近分配装置的内表面，阀座的替换和清洁是耗时而费力的过程。通常，阀座与流体腔是成整体的，并且结果该阀座是不可拆卸的，这限制了进入流体腔并在它们的接合点处形成了难以清洁的圆形直角。此外，阀座可包括用于引导针阀的导向销或叶片，从而针尖与阀座之间形成了能容忍较小不对准的可再生流体密封。然而，导向叶片限定了难以在短时间内进行有效地充分清洁的直角。
拆卸和重新装配常规的非接触分配装置是涉及多个工具的困难的过程。此外，在重新装配的过程中，标准规格要求在部件之间建立起精确的空间关系。作为复杂性的结果，拆卸和重新装配减缓了，并且即使是对精于装配过程的技术人员来说，也需花费长达四十五(45)分钟的时间来完成。
在特定的常规分配装置中，流体腔中的阀座和针尖构成了通过仔细地搭接而具有相应空间属性的配对。任何试图替换阀座以便，例如改变排出通道的直径，通常由于针尖和新的阀座不是相配的对而导致泄漏，并且因此不能提供足够的密封。因此，在这种常规分配装置中，分配孔的直径仅可在生产阀座的过程中，以具有相配合的针尖的针阀来替换现有的针阀和阀座才能被改变。
在常规气动非接触分配装置中所遇到的另一个问题是噪音。该分配装置通过开关电磁阀，以便提供和移除来自空气活塞腔的加压空气而开启和闭合。加压空气作用在使针阀往复运动的空气活塞上。为了闭合分配装置，电磁阀被转换以便将气压从空气活塞腔中通过排出通道排放至周围环境中。穿过排出通道的快速空气流动产生了旁观者可听见的声音。可使用常规的消音器或消声器来降低阀的排气口的噪音。然而，电磁阀的排出口必须能够接近以允许消音器的连接，典型地是通过螺纹连接。
因此，提供一种分配装置，其能克服用于粘性物质的常规分配装置的如此所述的这些以及其它不足是需要的。

发明内容
在本发明的一个实施例中，装置包括主体，该主体包括排出口，气腔，和阀元件，该阀元件通过将加压空气选择性地施加到气腔而可在开启位置和闭合位置之间移动，其中在开启位置，粘性物质的流动被引向排出口以用于分配，而在闭合位置，粘性物质向排出口的流动被阻止。该装置还包括具有排出口的电磁阀，至少当阀元件从开启位置移向闭合位置时，该排出口与气腔选择性地流体连通。延伸穿过主体的是空气通道，其通过电磁阀的排出口与主体的气腔连接。从气腔排出的加压空气流经空气通道以便冷却主体。
在本发明的另一实施例中，装置包括冷却剂气体源，包括用于接收粘性物质流的排出通道的分配体，和与分配体热连接的传热部件。一温度传感器与该传热部件热连接。控制器与该温度传感器电连接并且与一冷却装置电连接以便冷却传热部件。该控制器响应从温度传感器接收的温度信号而促使冷却装置冷却传热部件和分配体。
在本发明当前的另一实施例中，用于分配装置的阀座包括主体，其具有一通道，一通向被定位的通道的入口，以用于接收来自分配装置的粘性物质流，以及一包围通道的阀座。该阀座能够与阀元件接触以便阻止粘性物质流入通道。该入口与通道间隔开，以便阀元件不接触入口。
在本发明的另一实施例中，用于分配粘性物质的装置宝库主体，以可拆卸方式连接到主体的流体腔外壳，以及以可拆卸方式连接到流体腔外壳的喷嘴。该喷嘴包括排出通道，当喷嘴连接到流体腔外壳时，该排出通道选择性地与由流体腔外壳限定的流体腔流体的连通。以可拆卸方式定位在流体腔外壳内的是一覆盖流体腔外壳内壁的衬套，以便该内壁不与粘性流体接触。
在本发明的另一实施例中，用于分配装置的喷嘴组件包括喷嘴和阀座盘，该阀座盘具有与喷嘴的排出通道相连接的排出通道。阀座盘包括被定位的将与分配装置的阀元件相接触的阀座，以便阻止粘性物质的流动。喷嘴组件还包括容纳粘性物质的流体腔外壳，以用于在阀元件开启时流入阀座盘的排出通道，以及一以可拆卸方式安装到分配装置的挡板。挡板将阀座盘，流体腔外壳，和喷嘴通过定位在喷嘴和流体腔之间的阀座盘固定到分配装置。
在本发明的另一实施例中，喷嘴组件包括具有排出通道的分配体，该排出通道被定位以便接收来自分配装置的粘性物质流。排出通道具有供粘性物质排出的排出口。喷嘴组件还包括将分配体以可拆卸方式连接到分配装置的传热主体。该传热主体具有流体通道，其适合于接收冷却剂气体的流动，并且被定位以便从流体通道排出的冷却剂气体流不会与从排出通道排出的粘性物质相遇。
在本发明的另一实施例中，喷嘴组件包括具有排出通道的分配体，和阀座盘，其具有与分配体的排出通道相连接的排出通道，以及阀座。该阀座被定位于将与分配装置的阀元件相接触，以便阻止粘性物质向阀座盘的排出通道的流动。喷嘴组件还包括传热主体，其使分配体和阀座以可拆卸方式与分配装置固定，以便阀座盘被定位在分配体和阀元件之间。
在本发明的另一实施例中，分配粘性物质的方法包括引导粘性物质通过喷嘴中的排出通道，用喷嘴内的温度传感器检测喷嘴的温度，并且将检测到的喷嘴温度与设定点温度作比较。如果喷嘴的温度高于设定点温度，则喷嘴被有效地冷却。
在本发明的另一实施例中，分配粘性物质的方法包括将加压空气从气动致动器中排出，以便中断从分配装置排出的粘性物质流。该方法还包括通过引导排出的空气穿过限定在分配装置中的空气通道而冷却部分分配装置。
根据附图及其说明书，本发明的这些和其它目的以及优点将变得更加明显。


合并并且构成说明书的一部分的附图，与上面给出的本发明的一般说明一起，示出了本发明的实施例，并且下面给出的详细描述用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明一实施例的分配装置的透视图；图2是图1中分配装置的顶视图，出于清楚的目的未示出电缆和气动导管；图3是大体上沿图1中的3-3线截取的分配装置的剖面图；图3A是图3的一部分的放大图；图4是图3A的一部分的放大图；图5A是根据本发明一实施例的针尖和阀座盘的视图；图5B是相似于图5A的图，出于清楚的目的移除了针尖，示出了阀座盘在与闭合位置的针尖接触后，阀座盘关于阀座的塑性变形；图6是用在图1的分配装置中的针尖的替代实施例的侧视图；图7是将电磁阀与主体隔开并且热隔离的绝热层实施例的透视图；图8是在图1的分配装置中使用的流体腔外壳的可替代实施例的局部剖面图；图9A和9B是用于分配装置的阀座盘的可替代实施例的顶视图和剖面图；图10是根据本发明一实施例的流体管加热器的透视图；图11是根据本发明可替代实施例并与图3A相似的剖面图。
具体实施例方式
参照图1和2，示出了与计算机控制的非接触分配系统(未示出)结合使用的分配装置10。本发明的分配装置10可被安装在分配系统中，该分配系统包括与在美国专利No.5,747,102，名称为“用于分配少量流体物质的方法和装置”中所描述的分配系统相似或相同的装置，其公开的内容被合并于此并且其全部内容被引为参考。当分配装置10安装在Asymtek X-1010 AxiomTMSMT分配器，Asymtek X-1020 AxiomTM半导体分配器，Asymtek M-2020 Millennium超高速半导体分配器，或者Asymtek M-2010 Millennium超高速SMT分配器中时，该分配装置10特别有用。分配装置10包括安装台11，图1和图2示出的是燕尾形的安装台，用于将分配装置10连接到分配系统的机械支承上。
分配装置10包括模块，通常以附图标记12示出，其部分地定位在主体22的内部并且部分地从主体22的相对端部突出，支撑供给装置14的注射器支架16，电磁阀20，和定位在注射器支架16和电磁阀20之间的接线盒18。维护分配装置10的电缆21和流体导管23，25与装置10在接线盒18处交界，该接线盒用作将电力和流体分配到模块12和电磁阀20的中央分配点。电缆21的相对端部与控制分配装置10的操作的分配系统的控制器27(图3)相配合。流体导管23将加压气体供给到与电磁阀20相连的接线盒18的内部的流体岐管，该电磁阀通过由电缆21和29供电的控制器27提供的电信号通电和断开电源，以便提供加压气体以用于打开和闭合气动的分配装置10。
通常，控制器27可包括任何电控装置，其被配置成根据一个或多个输入来控制一个或多个变量。多个单独的控制系统可被用于控制各种元件(例如电磁阀20，冷却剂气体供应85等)，并且这些单独的控制系统可以整合在一起，或者设想为集合的构成，即单个组合的控制器27。包括具有容易使用的人机接口(HMI)的可编程逻辑控制(PLC)装置的示例性控制器27是本领域普通技术人员公知的。
分配装置10对于分配由注射器型供给装置14供给的加压粘性物质是有效的。通常，供给装置14是一次性的注射器或药筒，并且填充供给装置14的粘性物质是任何高粘性的物质，包括但并不限定于，焊剂，焊膏，粘合剂，焊接掩膜，热混合物，油，密封剂，灌注混合物，墨水，以及硅酮。典型地，供给装置14包括刮水器或柱塞(未示出)，它们可在施加气压，典型地在5psi和30psi之间的条件下，在柱塞上的顶部空间内移动。
分配装置10，注射器支架16，接线盒18和电磁阀20，当从这些部件的至少一个方向看时，它们与通常为平面的布置对准，以便限定减小的总宽度轮廓，这增加了整个分配外壳。特别地，包括主体22，注射器支架16，接线盒18和电磁阀20的分配装置10的总长度L，是常规的，但是该分配装置10的宽度W，与常规的分配装置相比，其显著地减小了。通常，分配装置10的宽度大约为1.2英寸。由于该紧凑的宽度，通过以肩并肩关系排列的多个分配装置10可处理更大的工作(即，总的分配面积增加了)。
连续地参照图3和3A，分配装置10还包括阀元件，在图中以针阀24说明，其可在主体22的纵向孔26内轴向地移动，流体腔外壳28，和喷嘴组件，通常以附图标记34表示。喷嘴组件34包括喷嘴35和具有与流体腔外壳28的外部滑动配合的传热部件44。止动器32，其包括衬套30和通过弹簧夹固定到止动器32的波簧36，该止动器32用于将流体腔外壳28可移动地固定到主体22。传热部件44与止动器32相配合以用于使喷嘴35和阀座盘62与流体腔外壳28固定。
衬套30的部件具有与主体22的螺纹连接。从止动器32轴向地延伸出来的是一对钩状臂39a，39b(图1)，其与传热部件44的边缘配合以便将传热部件44与流体腔外壳28锁定在一起。止动器32相对于阀体的转动使钩状臂39a，39b与传热部件44上边缘的狭槽相对准，此时向下的力可将传热部件44从流体腔外壳28处移除。喷嘴35和阀座盘62随后可被无工具地拆卸为单独的部件，如图3中的阴影所示。而后流体腔外壳28可在无工具的帮助下从主体22处移除。移除这些构件的容易度减少了用于拆卸和重新装配以便清洁内部受潮表面和维护所需要的时间。当阀座盘62，喷嘴35，以及任选地流体腔外壳28，从主体22上移除时，保持施加在针阀24上的预负荷弹簧偏压的设定，以便在重新装配这些构件时，该设定可重新设定。
作为对流体腔外壳28进行清洁的替换，现有的流体腔外壳28可从主体22上移除，并被新的或已被清洁了的流体腔外壳28所替代。特别的，分配装置10可设置一组可互换的并可被周期性替代的流体腔外壳28。被移除的流体腔外壳28可被清洁以用于再次使用，或可选择地被丢弃。
参照图3，3A和4，喷嘴35由与喷嘴套或固定件48相连接的喷嘴头46组成。喷嘴头46插入到沿喷嘴支架48的轴向延伸的中央轴孔50中，并通过例如环氧树脂或铜焊加以固定。当传热部件44安装在流体腔外壳28上并被固定时，喷嘴支架48的截顶圆锥形或截头圆锥体表面54与传热部件相应的截顶圆锥形或截头圆锥体表面52相接触。截头圆锥体表面52将轴向荷载传递至以密封关系而将喷嘴35固定到流体腔外壳28的截头圆锥体表面54。在本发明的一个实施例中，每一截头圆锥体表面52，54包括大约70°的锥形角。
通过增加传热部件44与喷嘴支架48之间存在的接触表面积，截头圆锥体表面52，54之间的交界面提高了从传热部件44至喷嘴35的传热效率。因此，截头圆锥体交界面提高了从加热元件84至在喷嘴35的流体通道72的内部的粘性物质的传热效率。此外，截头圆锥体表面52，54之间的配合使得在安装过程中，传热部件44相对于喷嘴支架48进行自动定心。
常规构造的流体管56使供给装置14的出口与限定在流体腔外壳28内部的流体腔60的入口相配合。粘性物质在压力作用下从供给装置14通过流体管56供给至入口58，并最终到达流体腔60。配件134提供了流体管56和入口58之间的分界面。
连续参照图3，3A和4，定位在流体腔60内部的是阀座插件或圆盘62，其通过由截头圆锥体表面52施加在截头圆锥体表面54的轴向荷载而被锁定在喷嘴支架48和流体腔外壳28之间限定的空间内。通过从流体腔外壳28处移除传热部件44和喷嘴35，阀座盘62可从分配装置10上拆卸。阀座盘62的拆卸还提供了通向流体腔60的通道以用于清洁。
流体腔外壳28，喷嘴35，和阀座盘62是分配装置10中的模块化的元件支撑面，它们由粘性物质加以润湿，并且出于清洁的目的可被容易地拆卸。结果，对分配装置10的清洁过程被简化了，并且总的清洁时间缩短了。在特定实施例中，全部清洁过程，包括流体腔外壳28，喷嘴35，和阀座盘62的拆卸和重新装配，耗费约四至五分钟，与常规分配装置的类似清洁过程相比，其处于更快的数量等级中。通过极大的减少拆卸和重新装配流体腔外壳28，喷嘴35，和阀座盘62所需要的工具的数量，日常清洁和维护被简化了。流体腔外壳28，喷嘴35，和阀座盘62可被类似的清洁元件替代，并且随后被批量的清洁以进一步减少清洁这些元件所需要的时间。在特定实施例中，流体腔外壳28可由廉价的一次性材料形成，由于避免了清洁可进一步简化维护。
阀座盘62包括在出口66和入口68之间延伸的具有适当直径的流体通道64。在新的条件下，入口68限定并与阀座70相一致。在用过了的条件下，即包围入口68的阀座盘62的材料已经由于与针尖76的接触而发生了塑性变形，正如这里的描述，入口68和阀座70的位置可以不同。在本发明的替代实施例中，阀座盘62可与喷嘴35的喷嘴支架48成整体，并且因此，可作为一个单元或单独的零件与喷嘴支架48一起从分配装置10上拆卸。
喷嘴头46是管状的，并且其包围与阀座盘62的流体通道64的出口66同轴的排放通道72。排放通道72具有相对较高的长度直径比，其由通道72的长度与排出口或孔74的直径的比来确定，因此与常规的喷嘴头相比，喷嘴头46长而窄。优选地，排放通道72的长度与排出口74的直径比大于或等于约25∶1。在本发明的特定实施例中，排出孔74的直径可为一(1)密耳(mil)至八(8)密耳(mil)，并且喷嘴头46的长度可为0.375英寸。
由于喷嘴头46或分配装置的另一部分和粘性物质将要施加到的工件之间的接触，该相对较大的直径长度比允许喷嘴头46进入到以前常规分配装置所难以接近的工作面上的密集分配区域。特别地，与常规分配喷嘴相比，该较大的直径长度比允许喷嘴头46从喷嘴支架48伸出。该增加的直径长度比增加了可从喷嘴支架48伸出的喷嘴的长度。喷嘴头46可由任何适当的材料形成，这种材料包括但并不限于钨和陶瓷，如果与包围分配装置10周围的物体相接触，这种材料可抵抗损坏。喷嘴头46还可包括热绝缘物质的层46a，如涂层，其用于减少喷嘴头46的热损失。由层46a提供的绝缘将用于稳定存留在排出通道72内的粘性物质的温度。喷嘴头46的高直径长度比对于层46a提供了足够的空间而不会妨碍分配操作。
排出通道72沿其长度并沿着排出孔74延伸的方向渐缩(或变窄)，以便其直径在接近孔口74处最窄，其中粘性物质从排出孔74排出。渐缩的排出通道72允许增加直径长度比，而不会在通道长度上引起显著的压力降，并因此通过增加排出孔74分配的粘性物质的速度来补偿排出通道72的非一般的长度。喷嘴头46的外径可与大部分端部长度上基本一致。
参照图3，3A，4，5A和5B，针阀24的下端包括针尖76，其适于与阀座70密封接合以避免流体从流体腔60流入到流体通道64。与针尖76相对的针阀24的端部与气动活塞78的孔固定在一起，该气动活塞78可在形成于主体22中的气腔80内滑移。由气动活塞78支承的环形密封向不透水的滑动式密封提供了包围气腔80的圆柱形表面。正如下文的解释，选择性地提供至气腔80的加压空气，对于针尖76与阀座70的密封接合以及脱离密封接合提供了可控的，往复运动。当针尖76定位在远离阀座70的缩进位置时，大量粘性物质从流体腔60流出并穿过阀座盘62的流体通道64和喷嘴头46的排出通道72。由于针尖76向阀座70快速移动并与阀座70相接触，从排出孔74分离出的等量粘性物质确定了小液滴。空中的粘性物质小液滴从排出孔74排向并沉积在工件(未示出)上，例如印刷电路板。
针尖76基本上是球形的，以用于与圆形的阀座70密封接触。典型地，针尖76的半径根据阀座70和阀座盘62中的流体通道64的尺寸加以选择，以便提供密封接合。当阀座79磨损和/或塑性变形时，该密封接合可从线性接触转换为圆形接触表面。
参照图6并根据本发明的替代实施例，分配装置10可设置一具有针尖82的针阀24a，其特征在于具有可与多个不同的阀座盘62形成有效密封接合的凸面曲率，其中，在该阀座盘62中的入口68和阀座70具有不同的直径。在一个特定的实施例中，针尖82可具有大约一(1)英寸的曲率半径，其使阀座盘62上的阀座70与直径范围从0.010″至0.060″的排出通道64有效地密封。这有利地提供了在更大的范围内改变所分配的液滴尺寸而不会同时替换针阀24a的能力，这提高了分配装置10的灵活性和范围。另外，针尖82的相对较大的曲率半径已被测定以便容许针尖82和阀座70之间离轴的不对准。
参照图3A，4，5A和5B，阀座盘62，或包括阀座70的阀座盘62的至少中心部分由例如440C不锈钢或303不锈钢材料形成，这种材料比形成针尖76的材料要软一些。结果，阀座70比针尖76磨损地更快，并且针阀24的操作寿命增加了。如图5A所示，未使用的阀座盘62包括与入口68相一致的圆形阀座70。如图5B所示，当在初始分配循环过程中，针尖76反复撞击位于闭合位置的阀座70，该阀座70将塑性变形以便与针尖76的外形相关联或与其保持一致。塑性变形或模压在阀座70与针尖76之间限定了环形的接触表面，并消除针尖76和阀座70匹配重叠的需要。尽管本发明并不限定于此，但是在发生塑性变形后，阀座70与入口68不重合。阀座盘62是可替换的和可取代的，而不需要同时替换针阀24。正如确实存在于常规分配装置中的那样，阀座盘62的一致性消除了阀座盘62的阀座70和针尖76同时重叠的需要，以便形成相配的一对。
如果阀座70损坏或磨损了或者为了简单地改变流体通道64的直径，新的阀座盘62可被安装而无需同时安装新的针阀24。现有针阀24的针尖76将会使替换阀座盘62的阀座70变形，以便在它们之间建立起密封接合，并且不管这种交换而有效地保持轴向的对准。相对于阀座70而位于针尖76的侧面位置中的，径向或横向于针阀24纵轴的不对准由阀座70的变形来调节。
参照图3和3A，可为柔性薄片热阻加热器的加热元件84，环绕着传热部件44的外部。加热元件84与传热部件44之间具有足够的传热或热接触关系，以用于加热传热部件44。热量可迅速地从传热部件44传导至喷嘴支架48以用于局部地加热喷嘴头46和存留在排出通道72中的粘性物质。在本发明的特定实施例中，加热元件84和/或传热部件44的外部可由热绝缘层84a覆盖，该热绝缘层限制从加热元件84的热损失并帮助控制温度。
传热部件44还结合有入口通道86，出口通道88，和环形的通气槽90(图3A)，该通气槽90连接入口通道和出口通道86，88并包围喷嘴支架48的轴向长度。冷却剂气体，例如空气，通过在接线盒18内部连接的空气导管25和83而从冷却剂流体供应源85供给至入口通道86。从入口通道86流出的冷却剂气体流经环形的通气槽90，并经由排出通道88排出，以便建立正向的流体流动。入口通道和出口通道86，88以及环形通气槽90的尺寸优选地被选择以便使朝向流动冷却剂气体的热传导最优化。本发明考虑到冷却剂气体可以不同的方式提供，或者冷却可通过使用不同的冷却剂流体，例如液体来完成。在本发明的替代实施例中，传热部件44可通过使用热电冷却装置，例如珀耳帖效应冷却器(Peltier cooler)进行冷却。
温度传感器92(图3A)，例如电阻式温度检测器，被设置于限定在传热部件44的不通的传感器通道94(图3A)中。定位在接近加热元件84的传热部件44中的温度传感器92，通过一系列的导线87，89向控制器27提供了温度反馈信号。导线87，89从接线盒18中空气导管83的腔83a的开口端部显露出来，并与温度传感器92连接。在接线盒18的内部，导线87，89从空气导管83中分开，并通过连接器95与电缆21连接。更特别地，导线87，89从三通管91的一个臂中引出，该三通管91也被密封以防止冷却空气的泄漏。
控制器27(图3)操作加热元件84，并且还调节从冷却剂流体供应源85流向入口冷却剂通道86的冷却剂气体的流量，以便将喷嘴头46和存留在通道64和72内的粘性物质保持在例如由温度设定点所表示的目标温度。当温度低于设定点时，热量从加热元件84提供至传热部件44，并且随后传导至喷嘴35和喷嘴头46内部的粘性物质。当温度超过设定点时，传热部件44由流经环形通气槽90的冷却空气流有效地冷却，该冷却空气流依次冷却喷嘴35和喷嘴头46内部的粘性物质。在特定的实施例中，仅仅使用由温度传感器92提供的反馈温度信息，控制器27在加热和制冷之间自动转换，以用于精确调节通道64和72内部的粘性物质的温度，而无需人工干预。本发明考虑到了有效的冷却，以流经通道83a和86以及通气槽90的空气流示出，可以是任何冷却机械，该冷却机械通过从这些结构中移除热量而降低传热部件44和/或喷嘴35的温度。
喷嘴35的精确加热和有效冷却，特别的，出于流动性和精确分配以及粘性物质的可再生量的目的，喷嘴头46使存留在通道64和72中的粘性物质的粘度变化最小化了。然而，喷嘴头46被保持在可降低粘性物质特性的温度下，例如过早地产生凝胶或硬化。典型地，存留在喷嘴头46中的粘性物质的可分配性通过保持其温度在约30℃至约65℃之间的范围而提高了，尽管该温度范围并不限定于此并且其可依赖于粘性物质的本性。粘性物质应在选定的温度范围内仅仅保持短期的时间，并且不超过可能会发生硬化的温度。为此，只有喷嘴组件34而非分配装置10的其余部分被保持在温度设定点。
参照图1-3，3A和7，电磁阀20通过插入的绝热层96直接安装在主体22上，该绝热层96防止，或者至少减少了从电磁阀20至主体22的热传导。电磁阀20与主体22的直接连接减少了空气量，从而促进了快速的气压变化以便驱动气动活塞78，这种气压变化减小了用于填充气腔80以便开启和闭合分配装置10的响应时间。电磁阀20典型地包括可移动的线圈，该线圈通过来自驱动器电路20a的电信号并对电磁感应线圈(未示出)选择性地通电和断开电流而驱动。驱动器电路20a为具有电源开关电路的已知设计，其中该电源开关电路向电磁阀20提供电信号。驱动器电路20a可整合到电磁阀20的结构中。
响应来自驱动器电路20a的电信号，电磁阀20选择性地开关加压空气至空气入口99和空气出口100之间的空气供给口101的流动路径。该供给口101与气腔80通过限定在主体22中的通道98连通。当适当的电信号施加给电磁阀20时，加压空气从空气入口99供应至供给口101，并且随后供应至通道98。通向排出口100的流体路径在电磁阀20的内部被堵塞了。当电信号中止时，空气入口99被堵塞并且排出口100与供给口101连接。填充气腔80的加压空气依次通过通道98，供给口101和排出口100而被排出。
本领域普通技术人员可以理解，电磁阀可以是任何三通或四通阀，其操作以便在流动路径中开关加压空气的流动。适合于在分配装置10中用作电磁阀20的三通电磁阀的生产线是MHA2生产线，其生产的电磁阀可从纽约Hauppauge的Festo公司(Festo Corporation ofHauppauge，New York)买到。
参照图3，3A和7，气动活塞78限定了气腔80的轴向可移动的密封壁，并且该密封壁由气腔80的侧壁气动地密封。当电磁阀20根据电信号开关以便使流经通道98的加压空气填充气腔80时，气动活塞78和针阀24沿针尖76从阀座70分离的方向轴向地移动，并由此提供了打开的位置。相反地，当电磁阀20通过移除电信号而被转换以便排出气腔80中的加压空气时，气动活塞78和针阀24沿针尖76和阀座70相接触的方向轴向地移动，并由此提供了闭合的位置。
电磁阀20的排出口100通过形成在绝热层96中的槽形通道104而与主体22中的空气通道102流体地接合。开口103也设置在绝热层96中以用于供给口101与通道98的接合。当分配装置10闭合并且气动活塞78朝向其闭合位置移动时，从气腔80排出的加压空气通过气腔80的快速解压而加以冷却。从气腔80排出的该冷却空气通过位于其相对闭合端部之间的通道104而从排出口100流至空气通道102，并且随后流至包围针阀24的长度的空气室106。该排出的空气最终通过贯穿主体22交叉钻孔的出口通道108流至分配装置10的周围环境，出于清晰的目的，该主体22已从其实际角度位置旋转了。冷却的排出空气流从针阀24和主体22中移除热量。该热量排放至分配装置10的周围环境以便废弃。通过减少从主体22和针阀24流至流体腔外壳28和喷嘴35的传导热，该冷却的排出空气流参与喷嘴头46的温度的精确调节。这防止或降低了在主体22的内部发生过早的凝胶化和/或硬化。绝热层96中的通道104和主体22中的空气通道102相配合以便通过改变空气流的方向而进一步降低由排出的加压空气所产生的噪音。
绝热层96和流过主体22的通道102和108以及空气室106的冷却排出空气的有效空气流，当被单独或集合的考虑时，有助于主体22内的热负荷的热量管理。结果，在分配循环过程中，外来热源对喷嘴35和存留于其中的粘性物质的温度没有影响，或至少具有最小的影响。
电磁阀20可通过驱动器电路20a对电磁阀20的电磁线圈(未示出)通电而过度激励，从而通过由气动活塞78从静态开始的更快加速而引起分配装置10操作速度的增加。用于启动分配装置10的整个响应时间是从电信号最初提供给电磁阀20的时刻直至分配装置10完全开启的时刻来测量的。整个响应时间由电磁阀20转换并且将加压空气以全流量供给至通道98所需的电磁线圈响应时间的贡献，和以加压空气填充气腔80所需的填充时间的贡献组成，其中当针阀24处于完全开启位置时，该加压空气中止。在转换过程中，通过使驱动器电路20a在电磁线圈上施加超过电磁阀20的额定电压的过载电压，可缩短电磁线圈的响应时间，该响应时间缩短了整个阀门的响应时间。例如，额定电压为五(5)伏直流电压(VDC)的电磁阀20可由驱动器电路20a施加的二十四(24)伏直流电压(VDC)通电以便缩短响应时间，并且其随后被调制以维持电磁阀20处于开启状态而不损坏该电磁阀20。连同电磁阀20与主体22的紧密接合，驱动器电路20a的过载允许气腔80被填充并且针阀24可被置于开启的位置，包括电磁阀20的电响应时间，少于四(4)毫秒。从而通过缩短由电磁响应相对于填充气腔80所需的时间而引起的时间贡献，电磁阀20的过载缩短了开启分配装置10的整个响应时间。典型地，在三(3)至四(4)毫秒内，气腔80排出气压并且针阀24移动到闭合状态。由于闭合分配装置10所需的一部分时间可与开启分配装置10所需的时间相重叠，这将导致最大的操作频率约为200Hz。
参照图3和3A，消音器110可设置在主体22的空气通道102中，以用于削弱与排出的空气相联系的声波，该消音器显著地降低了与从气腔80排出的空气相关的噪音而不会显著地延迟气动活塞78的闭合响应时间。消音器110可为由例如钢丝棉，聚乙烯，或金属，如青铜，钢，或铝形成的多孔结构，或者可通过内部通道构成一个挡板，其通过偏转，抑制，或调节空气通道102中的空气流来降低空气流的流速。由消音器110产生的反压力不会影响分配装置10在气腔80内的相关气压下闭合的响应时间。由于电磁阀20的排出孔100与主体22的空气通道102流体地连通，传统的消音器不能连接到排出口100。
行程调节组件包括套管116，与套管116螺纹连接的加载螺钉112，和由加载螺钉112压缩的压缩弹簧114，其用于将轴向荷载施加在接近与针尖76相对的针阀24的末端的加载按钮115上。加载螺钉112通过套管116固定在主体22上，并且通过相对于主体22旋转而可轴向地移动。压缩弹簧114被部分地压缩，并且因此通过调节加载螺钉112相对于套管116的轴向位置施加预荷载。在设定这种预荷载的弹性偏压后，应用踏板锁具来永久地固定加载螺钉112和套管116的相对位置。
行程调节旋钮118固定在加载螺钉112上，并且此后，该旋钮用于相对于主体22转动加载螺钉112和套管116以便确定针尖76相对于阀座70的行程长度。在图3中描绘的分配装置10具有零行程长度设定和最大的预负荷的弹簧偏压。行程长度的设定改变了预负荷弹簧偏压的大小。
当足量的加压空气供应至气腔80以用于克服预负荷弹簧偏压时，气动活塞78将沿远离阀座70的方向支承针阀24和加载按钮115。加载按钮115和套管116之间的触点作为一个挡块而操作。结果，针尖76与阀座70相分离，并且少量粘性物质流入到阀座盘62的流体通道64。当气压从气腔80排出时，来自弹簧114的轴向荷载向阀座70快速地移动针阀24，其迫使存留在通道72中的少量粘性物质从排出孔74排出。
当传热部件44，喷嘴35，和/或流体腔外壳28例如在清洁和维护的过程中，从分配装置10移除并被替代时，由于行程调节设定的更改，预负荷弹簧偏压可被保持。结果，预负荷弹簧偏压在制造和/或分配装置10被置于操作之前时，将不需要正常进行从阀门设定的再次调节。保持弹簧114的预负荷弹簧偏压的能力使得重新装配和安装容易了。
当针阀24在主体22内往复轴向运动的过程中，其通过一对轴向间隔开的针阀导向器或衬套122，124引导，其中衬套124定位在轴承套管125中。衬套122，124可由塑料，例如包括作为润滑剂操作的石墨的PEEK形成。衬套122，124的轴向间距可被选择为针阀24的部件的直径的至少四(4)倍，这有利地提供并维持了针尖76的精确的轴向引导，以用于在多个分配循环中与阀座70反复地接触和密封。包围针阀24的部分的流体密封126和包围针阀24的不同部分的流体密封128将流体室60和气腔80分别与衬套122，124之间的孔26的部分隔开。
参照图8，其中相同的附图标记指示图1-7中相同的特征，并且根据本发明的替代实施例，衬套130可被定位在流体腔外壳28的内部。衬套130用作流体隔板，以防止流体腔外壳28的内表面变湿。衬套130可从流体腔外壳28中拆卸，并且因此是可置换的。因此，当流体腔外壳28从主体22中移出时，这些内表面不需要被清洁，并且通过简单地插入一个新的或清洁的衬套130而容易地再次使用。
衬套130可由任何适当的材料形成，这些材料包括，但并不限定于，铝和例如尼龙的聚合物。衬套130可被清洁或再次使用，或者如果它是由相对廉价的材料形成时，可被简单地丢弃。所描述的衬套130包括整体的阀座盘132，流体配件134，和流体密封135，尽管本发明并不限定于此，它们可与衬套130一起拆卸。
参照图9A和9B，其中相同的附图标记指示图1-7中的相同特征，并且根据本发明的替代实施例，与阀座盘62(图5A和5B)相似并且适合于用在分配装置10(图1)的阀座盘136包括具有出口140和入口142的排出通道138。在闭合位置中，针尖76(图5A)跨过与入口142相间隔的阀座146而与截头圆锥体表面144接触。阀座146的几何外形通过由针尖76和截头圆锥体表面144之间的反复接触而引起的塑性变形或模压来确定。由于针尖76相对于阀座146的往复作用，以及在分配的粘性物质中存在研磨剂所造成的截头圆锥体表面144的逐渐磨损，阀座146可在分配装置10(图1)的操作过程中变宽。由于阀座146与入口142相间隔，阀座146由于与针尖76的接触而引起的几何变化将不会对入口142产生显著地冲击。阀座盘136可由与阀座盘62相同的材料形成，或者可替换地，阀座盘136，或至少截头圆锥体表面144，可由在这种硬度范围内的物质涂覆。这在分配研磨的粘性物质时可能是有利的，这是由于截头圆锥体表面144的磨损将被减少。
在阀座盘136被安装在分配装置10，并且在闭合位置由针尖76接触之前，限定阀座146的截头圆锥体表面144的部分可塑性地变形以便限定初始的阀座146。该预先使用的凹痕增加了阀座146与针尖76接触的面积。不具有凹痕的阀座的初始磨损率，如果其允许发生在分配装置10中，将显著地大于随后的磨损率。用于限定初始阀座146操作的截头圆锥体表面144的预先使用的凹痕将使磨损曲线变平，以便当阀座盘136最初安装在分配装置10中时，将不会经历更高的初磨损。预先使用的凹痕允许液体分配器10在一安装后即以较低的线性流态操作，而不会经历初始的高和/或非线性磨损率。
参照图10并根据本发明的替代实施例，加热器150可关于流体管56的长度被定位以用于施加热量，以便提高通过管56传送至主体22(图3)的粘性物质的温度。加热器150包括热传导块或壳体152，其以良好的热接触安装在流体管56上。以与壳体152热接触的方式并且定位在相应的盲孔内的是加热元件154和温度传感器156。电导线从加热元件154和温度传感器156延伸至控制器27。壳体152可为在每一半壳体152a，152b中形成有凹槽的蛤壳形构造，其中流体管56以用于传热的有效接触方式容纳在该凹槽中。由加热器150提供给位于侧面流体管56的粘性物质的热量补充了喷嘴35(图3A)的粘性物质的热量，并且这对于以高流量分配时可能特别有效，其中对于由单独在喷嘴35内的传热控制的有效温度来说，流过排出通道72(图4)的粘性物质的流动太快。
参照图11，其中相同的附图标记指示图3A中相同的特征，并且根据本发明的替代实施例，传热部件44可包括与入口通道和出口通道86，88相连接的环形内部通气槽160。通气槽160在传热部件44周围圆周地延伸，结果，其环绕和包围了喷嘴支架48的轴向长度。从空气导管83供应到入口通道86的冷却剂气体流经通气槽160，并且经由排出通道88排出以便建立正向的流体流。内部通气槽160可单独执行或与通气槽90(图3A)联合执行。
尽管本发明已经通过各种实施例的描述作出了说明，并且尽管这些实施例已被相当详细地描述了，但是申请人的意图并不是想将所附权利要求的范围限定或以任何方式限定为这些细节。额外的优点和修改对于本领域技术人员来说是很明显的。因此，本发明在其较宽的方面并不限于所示的和所描述的具体细节，代表性的装置和方法，以及说明性的例子。因此，在不脱离申请人的总的发明构思的精神或范围的前体下，可从这些细节中做出偏差。本发明本身的范围应仅由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于分配粘性物质的装置，包括包括排出口，气腔，和阀元件的主体，通过将加压空气选择性地施加到所述气腔，该阀元件可在开启位置和闭合位置之间移动，其中在开启位置，粘性物质的流动被引向所述排出口，而在闭合位置，粘性物质向所述排出口的流动被阻止；具有排出口的电磁阀，至少当所述阀元件从所述开启位置移向所述闭合位置时，该排出口与所述气腔选择性地流体连通；延伸穿过所述主体的空气通道，所述空气通道通过所述电磁阀的所述排出口与所述主体的所述气腔连接，以便从所述气腔排出的加压空气流经所述空气通道以冷却所述主体。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述空气通道包括形成在所述主体中的通气槽，所述通气槽与所述阀元件的一部分成环绕的关系，并与所述空气通道连接以便接收流经所述空气通道的加压空气。
3.如权利要求2所述的装置，还包括定位在所述空气通道中的噪音降低装置，所述噪音降低装置配置成用于降低流经所述空气通道的加压空气所发出的声音。
4.如权利要求1所述的装置，还包括包括槽形通道的绝热层，该槽形通道具有与所述排出口连接的第一封闭端和与所述空气通道连接的第二封闭端，所述绝热层定位在所述电磁阀和所述主体之间以便封闭所述槽形通道。
5.一种装置，包括分配体，其包括接收粘性物质流的排出通道；传热部件，其与所述分配体热连接；温度传感器，其与所述传热部件热连接；冷却装置，其用于冷却所述传热部件；和控制器，其与所述温度传感器和所述冷却装置电连接，所述控制器响应于所述温度传感器接收的温度信号而促使所述冷却装置冷却所述传热部件和所述分配体。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述冷却装置还包括冷却剂流体源，其能够供应冷却剂流体；和延伸穿过所述传热部件的流体通道，所述流体通道与所述冷却剂流体源流体连通，以便将冷却剂流体引至所述流体通道。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述冷却剂流体是气体。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述温度传感器包括电导线，并且还包括流体导管，其具有将所述冷却剂气体供应与所述流体通道连接的腔，所述电导线从所述温度传感器穿过所述流体导管的所述腔引出。
9.如权利要求5所述的装置，还包括支承所述分配体的主体，所述分配体通过所述传热部件以可拆卸方式固定到所述主体；和定位在所述主体中的阀元件，所述阀元件具有开启位置和闭合位置，其中在开启位置，粘性物质流入到所述分配体的所述排出通道，而在闭合位置，粘性物质向所述排出通道的流动被阻止。
10.如权利要求9所述的装置，其中分配体包括第一截头圆锥体表面，并且所述传热部件包括与所述第一热截头圆锥体表面相接触的第二截头圆锥体表面，所述第二截头圆锥体表面向第一截头圆锥体表面施加轴向荷载，以将所述分配体固定于所述主体。
11.如权利要求5所述的装置，其中所述冷却装置还包括热电冷却装置。
12.如权利要求5所述的装置，还包括加热元件，其与所述控制器工作性地连接并且与所述传热部件热连接，所述控制器响应于由所述温度传感器接收的温度信号而促使所述加热元件加热所述传热部件和所述分配体。
13.一种用于分配装置的阀座盘，该分配装置具有用于控制粘性液体流动的往复阀元件，包括主体，其具有通道；通向所述通道的入口，用于接收粘性物质流；以及围绕所述通道的阀座，所述阀座能够与所述阀元件接触以阻止粘性物质流入所述通道，并且所述入口与所述通道间隔开，以便所述阀元件不接触所述入口。
14.如权利要求13所述的阀座盘，其中所述阀座盘包括与阀元件相对的截头圆锥体表面，所述截头圆锥体表面将所述阀座与所述入口隔开。
15.如权利要求14所述的阀座盘，其中所述阀座被限定为所述截头圆锥体表面上的环形区域。
16.一种分配装置，包括主体；喷嘴，其以可拆卸方式安装到所述主体并具有排出口；阀元件，其可在所述主体内的开启位置和闭合位置之间移动，其中在开启位置，粘性物质流被引向所述排出口，而在闭合位置，粘性物质向所述排出口的流动被阻止；以及阀座盘，当所述喷嘴安装到所述主体时，该阀座盘被定位在所述喷嘴和所述主体之间，所述阀座盘具有一通道；一通向所述通道的入口，该入口以用于接收粘性物质的流动；以及一围绕所述通道的阀座，所述阀座定位在将与所述阀元件接触的所述阀座盘上，以阻止粘性物质流入所述通道，并且所述入口与所述通道间隔开，以便所述阀元件不接触所述入口。
17.如权利要求16所述的分配装置，其中所述阀座盘包括与所述阀元件相对的截头圆锥体表面，所述截头圆锥体表面将所述阀座与所述入口隔开。
18.如权利要求17所述的分配装置，其中所述阀座被限定为所述截头圆锥体表面上的环形区域。
19.如权利要求16所述的分配装置，其中所述阀座盘与所述喷嘴为一整体。
20.一种用于分配粘性物质的装置，包括主体；流体腔外壳，其以可拆卸方式连接到所述主体，所述流体腔外壳限定了一流体腔；喷嘴，其以可拆卸方式连接到所述流体腔外壳，所述喷嘴包括一排出通道，当所述喷嘴连接到所述流体腔外壳时，该排出通道选择性地与所述流体腔流体连通；和衬套，其以可拆卸方式定位在所述流体腔外壳内侧，所述衬套覆盖所述流体腔外壳的内壁，以便所述内壁不与粘性流体接触。
21.如权利要求20所述的分配装置，还包括阀元件，其可在所述主体内移动，以选择性地将所述排出通道与所述流体腔流体连通，所述阀元件具有一开启位置和一闭合位置，其中在开启位置，粘性物质从所述流体腔流入所述排出通道，而在闭合位置，从所述流体腔向所述排出通道的粘性物质的流动被阻止。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述衬套包括定位成将与所述阀元件相接触的阀座，以便阻止粘性物质流入所述排出通道。
23.一种用于粘性物质的分配装置的喷嘴组件，该分配装置具有可在开启位置和闭合位置之间移动的阀元件，以用于调节粘性物质的流动，该喷嘴组件包括喷嘴，其具有排出通道；阀座盘，其具有与所述喷嘴的所述排出通道相连接的排出通道，和定位成将在闭合位置与阀元件相接触的阀座，以阻止粘性物质流向所述阀座盘的所述排出通道；流体腔外壳，当阀元件打开时，流体腔外壳容纳粘性物质以流入所述阀座盘的所述排出通道；挡板，其以可拆卸方式安装于该分配装置，通过定位在所述喷嘴和所述流体腔之间的所述阀座盘，所述挡板用于将所述阀座盘、所述流体腔外壳、和所述喷嘴固定到分配装置。
24.如权利要求23所述的装置，其中所述喷嘴包括截头圆锥体表面，并且所述挡板包括一部件，该部件具有与所述喷嘴的所述截头圆锥体表面相接触的截头圆锥体表面，用于施加一轴向力而将所述阀座盘、所述流体腔外壳、和所述喷嘴固定于分配装置。
25.一种用于粘性物质的分配装置的喷嘴组件，该分配装置具有可在开启位置和闭合位置之间移动的阀元件，用于调节粘性物质的流动，该喷嘴组件包括分配体，其包括被定位以接收粘性物质流动的排出通道，所述排出通道包括排出口，粘性物质从排出口排出；和传热主体，其以可拆卸方式将所述分配体连接到分配装置，所述传热主体包括适于接收冷却剂气体流的流体通道，所述流体通道被定位以便从所述流体通道排出的冷却剂气体流不与从所述排出通道排出的粘性物质相遇。
26.一种用于粘性物质的分配装置的喷嘴组件，该分配装置具有可在开启位置和闭合位置之间移动的阀元件，以用于调节粘性物质的流动，该喷嘴组件包括分配体，其具有排出通道；阀座盘，其具有与所述分配体的所述排出通道连接的排出通道，和定位成将与处于闭合位置的阀元件相接触的阀座，以便阻止粘性物质流至所述阀座盘的所述排出通道；和传热主体，其以可拆卸方式将所述分配体和所述阀座与所述分配装置固定，以便将所述阀座盘定位在所述分配体和阀元件之间。
27.如权利要求26所述的喷嘴组件，其中所述传热主体包括流体通道，其适合于将冷却剂气体的流动引导穿过所述流体通道，所述流体通道被这样定位，以便从所述流体通道排出的冷却剂气体不会与从排出通道排出的粘性物质相遇。
28.一种分配粘性物质的方法，包括引导粘性物质穿过喷嘴中的排出通道；检测喷嘴的温度；将检测到的喷嘴的温度与设定点温度作比较；以及如果喷嘴的温度大于设定点温度，则有效地冷却喷嘴。
29.如权利要求28所述的方法，其中有效地冷却喷嘴还包括引导冷却剂流体流通过喷嘴中的通道。
30.如权利要求29所述的方法，还包括将来自排出通道的粘性物质从定位在喷嘴上的排出口排出，以便流经喷嘴的冷却剂流体流不会影响所排出的粘性物质的分配图样。
31.如权利要求28所述的方法，还包括如果喷嘴的温度低于设定点温度，则加热喷嘴。
32.如权利要求31所述的方法，还包括自动地在第一操作状态和第二操作状态间转换，其中在第一操作状态下，喷嘴被加热以便提高喷嘴的温度，在第二操作状态下，喷嘴被有效冷却以便降低喷嘴的温度。
33.如权利要求28所述的方法，其中检测喷嘴的温度还包括通过定位在喷嘴内部的温度传感器来检测喷嘴的温度。
34.一种用于分配装置的粘性物质的分配方法，包括从气动致动器中排出加压空气，由此中断从分配装置排出的粘性物质流；和通过引导排出气体穿过限定在分配装置中的空气通道来冷却分配装置的一部分。
35.如权利要求34所述的方法，其中气动致动器由连接到分配装置的电磁阀来控制，该分配装置包括用于粘性物质流的通道，并且冷却分配装置的一部分包括阻断从电磁阀流向该通道的热量流。
全文摘要
用于将少量粘性物质分配到工件上的装置和方法。该窄轮廓的分配装置(10)包括流体腔(28)，喷嘴(35)，和阀座盘(62；136)，它们代表了可从分配装置(10)的主体(22)拆卸的单独部件，以用于清洁和/或替换。喷嘴(35)通过传热主体(44)而与流体腔(28)连接，该传热主体(44)可通过，例如流经限定在传热主体(44)中的空气通道(86，88，90)的冷却剂流体来冷却。分配装置(10)的主体(22)可由从气动致动器(78，80)的气腔(80)排出的空气来冷却，该气动致动器(78，80)用于调节针阀(22)的运动以便控制分配装置(10)中的粘性物质的流动。
文档编号B67B7/00GK1849486SQ200480020480
公开日2006年10月18日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年7月14日
发明者埃里克·菲斯克, 霍拉蒂奥·基尼奥内斯, 菲利普·P·马约尔卡, 阿历克·巴比亚兹, 罗伯特·恰尔代拉 申请人:诺信公司