预加载压电致动器和采用致动器的气阀制造技术

一种用于控制气流的阀装置。气体块包括进气部、出气部、以及将进气部流体连接到出气部的气腔。隔膜部被配置为用于在进气部和出气部之间控制气流。致动器被配置为改变隔膜部位置以便控制气流。致动器包括：管状壳体；柱塞，其定位在壳体内部并具有致动延伸部，致动延伸部延伸到壳体外部并联接到隔膜部，柱塞被配置为能够在壳体内部滑动；位于柱塞内部的压电体；以及预加载器，其向柱塞施加力以使柱塞压靠于压电体。压电体。压电体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预加载压电致动器和采用致动器的气阀
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年7月12日提交的美国非临时专利申请No.16/510,671的权益，其公开内容以引用的方式整体并入本文。


[0003]1.领域
[0004]本公开涉及压电致动器和传递压电元件的膨胀同时保护元件免受环境影响的结构。本公开还涉及用于控制气流的阀，尤其是采用压电致动器的阀。

技术介绍

[0005]2.相关技术及解决的问题：
[0006]致动器采用在施加电压电位时膨胀的压电元件在本领域中是已知的。在例如美国专利7,859,169中公开了用于预加载压电元件的装置；然而，在该公布和其他公布中，均没有提供保护压电元件免受环境影响的措施。
[0007]因此，需要一种为压电元件提供预加载和保护的压电元件装置。此外，还需要能够在高温(例如，高达2000℃)下运行并免受环境湿气影响的装置。
[0008]可以使用阀来控制气流。在需要精确控制非常少量的气流的情况下，可以使用压电元件作为致动装置来控制流量。例如在半导体制造设备中需要非常精确地控制微量气流。
[0009]利用压电元件的气流阀在例如美国专利5,881,767和美国公布2018/0163886中公开。尽管这些阀在某些环境中可以正常工作，但没有公开用于适当预加载压电元件的措施，也没有公开用于保护压电元件在升高的温度和高湿度环境中操作的措施。
[0010]因此，需要一种基于压电的致动器，其能够精确控制气流，同时能够在升高的温度下操作，为压电元件提供保护，并抵抗由于环境湿气造成的损坏。

技术实现思路

[0011]包括以下概述以便提供对本专利技术的一些方面和特征的基本理解。这种概述不是对本专利技术的广泛概览，因此其并非旨在具体限定本专利技术的关键或关键要素或描绘本专利技术的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本专利技术的一些概念，作为下文呈现的更详细说明的前序。
[0012]提供一种用于压电致动器的装置，其中，该装置提供压电元件的预加载和保护。压电元件被包封在保护压电元件的壳体中，同时还能够将运动致动传递到壳体外部。在某些实施方式中，壳体由使热膨胀最小化以保持恒定预加载的材料制成。在这样的实施方式中，壳体可以由镍铁合金制成，镍铁合金也称为Invar，例如可从宾夕法尼亚州费城的Carpenter Technology Corporation公司购买的Invar在其他实施方式中，壳体由镍钴合金制成，镍钴合金例如为Kovar，也可从Carpenter Technology Corporation公司购
买。在其他实施方式中，壳体由可从弗吉尼亚州罗阿诺克的Nordt EPM公司购买的Inovko制成。
[0013]在一些实施方式中，预加载是使用弹簧垫圈实现的，例如一个或多个贝勒维尔(Belleville)垫圈。弹簧垫圈在壳体和压电元件之间被堆叠并压缩，以预加载压电元件。在一些实施方式中，压电元件是串联堆叠的元件，其中，一系列压电元件被串联堆叠。
[0014]根据所公开的方面，提供了一种致动器，包括：长型管状壳体，其具有配置为用于接纳盖帽的第一端和具有致动开口的第二端；盖帽，其被配置为牢固地附接至第一端；柱塞，其位于壳体内并配置为在壳体内滑动，柱塞具有包括肩部和致动延伸部的致动端，其中，致动延伸部被尺寸设计为装配在致动开口内并通过致动开口延伸到壳体外部；至少一个压电元件，其位于柱塞内并抵接致动端的内壁；电引线，其附接至所述至少一个压电元件；以及至少一个预加载元件，其位于壳体内部并在第二端和肩部之间被压缩。
[0015]根据其他方面，提供了一种用于控制气流的阀装置，包括：气体块，其具有进气部、出气部、以及将进气部流体连接到出气部的气腔；隔膜部，其被配置为用于控制进气部和出气部之间的气流；致动器，其被配置为改变隔膜部位置以便控制气流，所述致动器包括：管状壳体；柱塞，其位于壳体内部并具有致动延伸部，致动延伸部延伸到壳体外部并联接到隔膜部，柱塞配置为能够在壳体内部滑动；位于柱塞内部的压电体；以及预加载器，其向柱塞施加力以使柱塞压靠于压电体。
附图说明
[0016]包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图例示了本专利技术的实施方式，并且与说明书一起用于解释和说明本专利技术的原理。附图旨在以图解方式说明示例性实施方式的主要特征。附图并非旨在描绘实际实施方式的每个特征或所描绘元件的相对尺寸，并且未按比例绘制。
[0017]本专利技术的一个或多个实施方式在附图的图中通过示例而非限制的方式来说明，其中相同的附图标记表示相似的元件并，且在附图中：
[0018]图1是根据一个实施方式的致动装置的一个实施方式的截面图。
[0019]图2是根据另一实施方式的致动装置的一个实施方式的截面图。
[0020]图3是示出结合图1或2的致动器的气阀的横截面。
[0021]图4是示出结合图1或2的致动器的另一气阀的横截面。
[0022]图5是示出利用波纹管将压电元件相对于周围环境密封的实施方式的截面图。
[0023]图6是示出利用波纹管将压电元件相对于周围环境密封的另一实施方式的截面图。
具体实施方式
[0024]现在将参照附图描述本专利技术致动器的实施方式。不同的实施方式或其组合可用于不同的应用或实现不同的益处。取决于寻求实现的结果，本文公开的不同特征可以部分地或完全地、单独地或与其他特征组合地使用，以平衡优势与要求和约束。因此，将参考不同的实施方式强调某些益处，但不限于所公开的实施方式。换言之，本文公开的特征不限于描述它们的实施方式，而是可以与其他特征“混合和匹配”并结合到其他实施方式中。
[0025]以下实施方式公开了一种用于致动器的装置，所述装置利用被预加载并被保护免受环境影响的压电元件。作为可以使用的压电元件的非限制性示例，可以从德国慕尼黑的EPCOS公司购买型号为AN0X/8516和B58004M4030A020的多层压电致动器。这些压电单元可以在相对较高的温度下稳定运行，但建议被预加载超过100N，优选被加载730N。当然，也可以使用其他压电元件。美国专利9,425,378中也公开了一种合适的压电元件。
[0026]图1示出了致动器100的横截面。大致管状的壳体115在一端具有致动开口117，在相对端具有盖帽开口119。盖帽开口119可以跨越管状壳体的内部，但致动开口117具有较小的直径，因此限定了止动部118。盖帽120通过例如螺纹固定至管状壳体。在图1的示例中，盖帽也由固定螺钉121固定。盖帽包括通道122，以允许电引线110通过。
[0027]柱塞125位于管状壳体115内部并被尺寸设计为距管状壳体115的内壁具有足够的间隙，以使柱塞125能够在管状壳体115内移动。柱塞125也是大致管状的，具有内腔127。柱塞125还包括致动延伸部129，该致动延伸部被配置为装配在管状壳体115的致动开口117内，并延伸到壳体115外部。由于延伸部129的直径小于柱塞125本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种致动器，包括：长型管状壳体，其具有配置为用于接纳盖帽的第一端和具有致动开口的第二端；盖帽，其配置为牢固地附接至第一端；柱塞，其位于壳体内并配置为在壳体内滑动，柱塞具有包括肩部和致动延伸部的致动端，其中，致动延伸部被设计尺寸为装配在致动开口内并通过致动开口延伸到壳体外部；至少一个压电元件，其位于柱塞内并抵接致动端的内壁；附接至所述至少一个压电元件的电引线；以及至少一个预加载元件，其位于壳体内部并在第二端和肩部之间被压缩。2.根据权利要求1所述的致动器，其中，盖帽被配置为当盖帽牢固地附接至第一端时使压电元件压靠于预加载元件。3.根据权利要求2所述的致动器，其中，预加载元件包括至少一个弹簧垫圈。4.根据权利要求2所述的致动器，其中，预加载元件包括至少一个Belleville垫圈。5.根据权利要求1所述的致动器，其中，盖帽包括用于电引线的通道。6.根据权利要求1所述的致动器，其中，压电元件包括串联堆叠的多个压电换能器。7.根据权利要求1所述的致动器，其中，壳体和柱塞中的至少一个包括Invar、Inovco或Kovar。8.根据权利要求1所述的致动器，还包括位于盖帽和压电元件之间的止动器。9.根据权利要求8所述的致动器，其中，止动器包括凹部，所述凹部被尺寸设计为在止动器和柱塞之间限定腔。10.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述至少一个压电元件包括串联堆叠的多个压电元件，并且其中，电引线包括各自附接至所述多个压电元件中的每一个的多根引线。11.根据权利要求1所述的致动器，还包括波纹管，波纹管在波纹管的一端处密封至柱塞，而在波纹管的第二端处密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：关键系统公司，
类型：发明
国别省市：