全浮動膜片微單向閥的製作方法
2023-09-16 17:16:10
專利名稱：全浮動膜片微單向閥的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於微流體系統技術領域，具體涉及一種全浮動膜片微單向閥。
背景技術：
微流體系統是微系統內繼微機電系統、微光電系統的另一重要分支。在工程領域中最重要的能量、信號及物質在微系統內的傳遞，可以以此三種系統來實現。依能量的不同形式，其傳遞可由微電子系統、微光學系統、微機械系統及微流體系統解決；信號可以由微電子系統與微光學系統傳遞；而物質在微系統內的運輸，目前而言，只能由微流體系統完成。這與自然界中相似，生物體內物質的運輸也是通過流體來實現的。因此在微系統及納米技術的實用化及產業化過程中，微流體技術將起越來越重要的作用。
作為微流體系統中的重要控制元件，微單向閥是微系統領域研究的熱點。迄今為止微單向閥的流向控制均由部分或整體固定於閥體上的膜片來實現，其中一種形式如圖1a-b所示，帶孔膜片1固定於閥體上，在膜的一面有閥座2，出口4在膜的另一面，進口5在閥座同側。當流體將膜片壓向閥座方向(反向流動趨勢3)時，閥處於關閉狀態；當流體將膜片推離閥座方向(正向流動趨勢6)時，閥處於開啟狀態。此種結構不適於氣液混合流體通過且所需開啟關閉壓力較大，極大地影響了系統的性能。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種微流體系統中的流向控制元件，即全浮動膜片微單向閥。它以全浮動膜片為特性，具有極小的開啟關閉壓力和極好的動態性能。
本實用新型的技術方案如下全浮動膜片微單向閥，它是由一個、兩個或多個閥體零件裝配而成的閥體和在閥體中自由浮動的一片或多片膜片組成，閥體的閥腔內壁上設有與膜片配合可以阻止或利於流體的通過、控制流體流向的相應結構。
全浮動膜片微單向閥可以由下閥體、上閥體和浮動膜片構成，浮動膜片被置入上閥體或下閥體，另一閥體以粘接或焊接，或以機械方式連接，以形成完整的閥體。
所述下閥體與上閥體連接方式為雷射焊接、微波焊接、擴散焊接、摩擦焊接、射頻焊接、超聲波焊接、或矽陽極鍵合一種或組合。
所述浮動膜片上帶有微孔道或微溝槽結構，自由浮動於閥腔內。
在閥腔內壁進口一側為與膜配合可阻擋流體通過的結構，該結構為一光滑平面，或同心的圓形或方形的封閉凹陷或凸起結構，或以點陣形式排列的圓形或方形的凹點。
在閥腔內壁出口一側設有凸起結構，該凸起結構為圓形或方形的凸起，凸起之間形成的流道允許流體通過；或在閥腔內壁出口一側設有不能被膜完全覆蓋的通向閥腔內壁出口的凹槽；或將閥腔內壁出口偏置使其不能被膜覆蓋，使膜不能阻礙流體通過。
採用上述結構，給本實用新型帶來以下優點1、本實用新型全浮動膜片微單向閥在閥體內自由浮動的膜片與在閥腔內壁上的相應結構配合可以阻止或利於流體的通過，從而控制流體的流向。由於膜片與閥腔沒有固定的機械連接，閥的開啟與封閉壓力極小，動態性能提高，對幹擾微流體系統工作的流體中的氣泡有較好的通過性；與目前應用的微閥相比可以提高微流體系統整體性能。因而具有效率高、壽命長、結構簡化、造價降低的優點。
2、本實用新型全浮動膜片微單向閥可以用於微流體控制，徹底地避免了背景技術中的上述缺點，為提高微流體系統的性能提供了條件。
圖1a-b為現有技術中微單向閥原理圖。其中，圖1a為閥關閉狀態；圖1b為閥開啟狀態。
圖2a-b為本實用新型全浮動膜片微單向閥原理圖。其中，圖2a為閥關閉狀態；圖2b為閥開啟狀態。
圖3為本實用新型全浮動膜片微單向閥結構示意圖。
圖中，1帶孔膜片；2閥座；3反向流動趨勢；4出口；5進口；6正向流動趨勢；7浮動膜片；8凸起結構；9閥腔內壁出口；10閥腔內壁進口；11下閥體；12上閥體。
具體實施方式
以下結合附圖具體說明本實用新型的實現如圖2a-b所示，由高分子材料，如聚四氟乙烯、聚丙烯或其它高分子材料，或金屬，如鈦、鎳、金或其它金屬，或其它材料，如陶瓷或矽，或上述材料的任意組合，加工製成的一片或多片浮動膜片7，其上帶有或不帶有微孔道或微溝槽結構，自由浮動於閥腔(閥體形成的內腔)內。在閥腔內壁進口10一側有結構，如一光滑平面，或同心的圓形，方形或其他形狀的封閉凹陷或凸起結構，或以點陣形式排列的圓形，方形或其他形狀的凹點，與膜配合可阻擋流體的通過。在閥腔內壁出口9一側有凸起結構8，如圓形，方形或其他形狀的凸起，凸起之間形成的流道允許流體通過，或不能被膜完全覆蓋的通向閥腔內壁出口9的凹槽，或將閥腔內壁出口9偏置使其不能被膜覆蓋，使膜不能阻礙流體通過。當流體將膜片壓向閥腔內壁進口10一側(反向流動趨勢3)時，閥處於關閉狀態；當流體將膜片壓向閥腔內壁出口9和凸起結構8方向(正向流動趨勢6)時，閥處於開啟狀態。
參見圖3，本實用新型微單向閥由下閥體11、上閥體12和浮動膜片7構成，此3個零件可以由高分子材料，如聚四氟乙烯、聚丙烯或其它高分子材料，或金屬，如鈦、鎳、金或其它金屬，或其它材料，如陶瓷或矽，或上述材料的任意組合，以微加工技術或常規加工技術，如熱壓、注塑成型、電鍍沉積、衝壓、切削加工、粉末冶金、快速成型技術、薄膜加工技術、陰極濺射技術、矽加工技術或其它加工技術製成。
浮動膜片7可被自動或手工置入上閥體11或下閥體12中，利用或不利用一些輔助措施，如真空、靜電、表面張力、氣流、液體、超聲波或其它有助於置入膜片的措施。
浮動膜片7被置入上閥體11或下閥體12後，另一閥體可以以粘接、焊接，如雷射焊接、微波焊接、擴散焊接、摩擦焊接、射頻焊接、超聲波焊接、矽陽極鍵合或其它焊接技術，或以機械方式連接於其上，以形成完整的閥體。
權利要求1.全浮動膜片微單向閥，其特徵在於它是由一個、兩個或多個閥體零件裝配而成的閥體和在閥體中自由浮動的一片或多片膜片組成，閥體的閥腔內壁上設有與膜片配合可以阻止或利於流體的通過、控制流體流向的相應結構。
2.根據權利要求1所述的全浮動膜片微單向閥，其特徵在於所述浮動膜片上帶有微孔道或微溝槽結構，自由浮動於閥腔內。
3.根據權利要求1所述的全浮動膜片微單向閥，其特徵在於在閥腔內壁進口一側為與膜配合可阻擋流體通過的結構，該結構為一光滑平面，或同心的圓形或方形的封閉凹陷或凸起結構，或以點陣形式排列的圓形或方形的凹點。
4.根據權利要求1所述的全浮動膜片微單向閥，其特徵在於在閥腔內壁出口一側設有凸起結構，該凸起結構為圓形或方形的凸起，凸起之間形成的流道允許流體通過；或在閥腔內壁出口一側設有不能被膜完全覆蓋的通向閥腔內壁出口的凹槽；或將閥腔內壁出口偏置使其不能被膜覆蓋，使膜不能阻礙流體通過。
專利摘要本實用新型屬於微流體系統技術領域，具體涉及一種全浮動膜片微單向閥。它是由一個、兩個或多個閥體零件裝配而成的閥體和在閥體中自由浮動的一片或多片膜片組成，閥體的閥腔內壁上設有與膜片配合可以阻止或利於流體的通過、控制流體流向的相應結構，從而控制流體的流向。其加工方法為閥體和浮動膜片採用熱壓、注塑成型、電鍍沉積、衝壓、切削加工、粉末冶金、快速成型技術、薄膜加工技術、陰極濺射技術、矽加工技術之一或其組合進行加工；浮動膜片採用自動或手工置入閥體中。本實用新型具有效率高、壽命長、結構簡化、造價低的優點。
文檔編號F16K15/00GK2833285SQ20052008994
公開日2006年11月1日 申請日期2005年3月30日 優先權日2005年3月30日
發明者劉溫 申請人:劉溫