專利名稱：閥單元和流體控制薄片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種布置在用來傳輸流體的通道中并且適合于通過振動實現(xiàn)打開和關閉的閥單元，并且也涉及一種包含這種閥單元的流體控制薄片。
背景技術：
在近來的極小技術和精微處理技術中已經(jīng)取得了顯著的進步，人們希望今后這些技術會融合在一起，并且發(fā)展到各種應用技術中。
作為這種融合技術的一種，人們已經(jīng)開始注意微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術或其中集成有半導體芯片和微執(zhí)行器的所謂的微機械。在這種技術中，LSI和執(zhí)行實際工作的執(zhí)行器被集成和容納在一個幾平方毫米的薄片中。特別的是，人們希望微流體回路(microfluidic circuit)和LSI電路的結合會發(fā)生新的融合。
在這種薄片中，用于將流體供給到一個通道的至少一個微型泵，所述的那個通道，多個傳感器，用來打開和關閉通道的微型閥，以及用來驅動它們的LSI電路，都被集成在一個基底上，用作流體回路。所述通道通常具有在幾微米到幾百微米范圍內(nèi)的管直徑，而且微型泵和微型閥被這個管徑的大小所限制。
順便提一下，這個微型閥所具有的微型結構非常不同于一般的閥，而且除非包括流體泄漏、打開/關閉操作的可靠性、耐用性等的問題被解決，否則不會達到其功能。此外，除非其控制容易而且準確，否則這個微型閥不能被用作薄片的流體回路的一個元件。此外，因為這個微型閥極其小，所以需要非常高的可靠性，而且這個可靠性會受在一般閥中可以被忽略的例如慣性、振動和尺寸誤差的影響。
因此，正如美國專利號US 6279872中公開的一樣，人們提出了一種適合用作這種微型閥的快速動作型閥。
附圖18是傳統(tǒng)快速動作型閥的示意圖。這個快速動作型閥被這樣布置，即腔室101被設置在外殼100內(nèi)，被閥元件103關閉的閥座104被設置在其內(nèi)部。閥座104被一個執(zhí)行器105支撐，所述執(zhí)行器能在軸向延伸和收縮。執(zhí)行器105響應于執(zhí)行信號而延伸和收縮。結果，閥座104以閥元件103不能跟隨的這樣一個高速度移動遠離閥元件103，而且閥元件103的移動通過慣性被延遲，由此形成一個通過閥座104的流動。這個流動將閥元件103推回到其關閉位置。流體被允許流動，并且受這個操作的重復來控制。此外，這個快速動作型閥可以在短轉換時間里轉換，而且可以獲得高的重復速度。
如上所述，人們對其中融合了微流體回路和LSI電路的這種薄片寄予很大的期望。但是，包含在這種薄片中的這種微型閥所具有的微型結構非常不同于一般的閥，而且除非包括流體泄漏、打開/關閉操作的可靠性、耐用性等的問題被解決，否則不會達到其功能。此外，還具有這個問題，即，除非其控制容易而且準確，否則這個微型閥不能被用作薄片的流體回路的一個元件。因為這個微型閥極其小，所以需要非常高的可靠性，而且這個可靠性會受在一般閥中可以被忽視的例如慣性、振動和尺寸誤差等的影響。
此外，在US6279872中提出的快速動作型閥可以在短轉換時間內(nèi)轉換，而且可以獲得高的重復速度。但是，因為通道是通過將閥元件103壓在閥座104例如金屬圓板的入口/出口端口上而關閉的，所以，在關閉操作的可靠性、在壓力波動時的壓力氣密性等方面存在一些問題。而且，因為通道的開口被限制到壓電元件的操作寬度(幾微米到幾十微米)內(nèi)，所以控制的準確度和響應性很難控制，而且明顯會受到振動、尺寸誤差等的影響。此外，這個快速動作型閥具有一個窄的動態(tài)范圍，所以，流過快速動作型閥的流體的最大流率不會很大。此時，如果嘗試引起流體以高速連續(xù)流動，那么就會發(fā)生大的脈動流動。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，本發(fā)明的一個目標就是要提供一種閥單元，所述閥單元能容易而且準確地實現(xiàn)控制，并且提供一個寬動態(tài)范圍，高速響應，和小的脈動。本發(fā)明的另一個目標是要提供一種流體控制薄片，所述流體控制薄片能容易而且準確地實現(xiàn)控制，容易替換，而且很經(jīng)濟。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，所提供的閥單元包括一個具有流體入口和出口的腔室；一個容納在所述腔室中的閥元件；和用來振動腔室的激勵裝置，其中，一個傾斜部分被設置在出口處，而且當腔室在閥元件因為腔室中的流體壓力而位于傾斜部分的狀態(tài)下受到振動、并且通過由激勵裝置振動而移動時，閥元件相對于傾斜部分移動，所述出口被打開。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種流體控制薄片，包括以下組合一個具有用于保持流體的貯存器的第一層；一個具有用于控制從第一層供給的流體的流動的閥機構的第二層；一個具有用來探測從第二層供給的流體的反應(reaction)的反應探測部分的第三層。
根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供一種閥單元包括一個具有流體入口和出口的腔室；一個容納在腔室中的閥元件；用來振動腔室的激勵裝置；和一個用來驅動激勵裝置的驅動器，所述閥元件適合于通過由激勵裝置振動而打開和關閉腔室出口，其中，激勵裝置通過改變施加到腔室的振動的頻率和/或振幅，并通過借助于變化振動改變閥元件的振幅，來改變出口的打開/關閉中之一，和改變其開口。
根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供一種流體控制薄片，包括多個閥單元，各個閥單元包括一個具有流體入口和出口的腔室，和一個容納在腔室中的閥元件；一個裝備閥的基底，其中，所述多個閥單元以這種方式被設置，即從振動學的角度使它們彼此分離，以提供相互不同的固有頻率；用來將振動施加到裝備閥的基底上的激勵裝置；和一個用來驅動激勵裝置的驅動器，當閥元件通過激勵裝置被振動時，各個閥元件適合于打開和關閉腔室出口，其中，通過利用一頻率將振動施加到裝備閥的基底，激勵裝置可以改變出口的打開/關閉狀態(tài)，或者其開口程度，所述頻率上疊加有要控制的閥單元的一個或多個固有頻率。
根據(jù)本發(fā)明上述方面，可以提供一種能實現(xiàn)對極其少量流體進行精確流動控制的閥單元，和一種能分別控制多個閥單元的流體控制薄片。


附圖1A是使用本發(fā)明第一實施例的閥單元的流體回路薄片的總體結構的分解透視圖；附圖1B是如圖1A所示的閥單元的片斷透視圖；附圖2是本發(fā)明第一實施例的閥單元的驅動器的示意圖；附圖3A是當本發(fā)明第一實施例的微型閥的閥元件被激勵時的相圖；
附圖3B是顯示被施加給如圖3A所示閥元件的力的說明圖；附圖4A是具有本發(fā)明第二實施例的球閥元件的閥單元的片斷透視圖；附圖4B是設置有一個具有本發(fā)明第一實施例的圓錐楔形頭3v的閥元件的閥單元的片斷透視圖；附圖5A是說明本發(fā)明第三實施例的具有止回閥功能的閥單元的功能的圖；附圖5B是如圖5A所示的具有止回閥功能的閥單元的示意圖；附圖5C是當具有止回閥功能的閥單元被用在流體回路中時的說明圖；附圖6A是一個說明閥元件推進裝置的圖，所述閥元件推進裝置用來在不接觸的基礎上吸住根據(jù)第四實施例的閥單元的閥元件；附圖6B是說明這樣一種情況的圖，其中，設置了第一閥元件推進裝置，用來通過接觸來壓閥元件；附圖6C是說明這樣一種情況的圖，其中，設置了第二閥元件推進裝置，用來通過接觸壓閥元件；附圖7A是說明這樣一種情況的圖，其中，閥元件推進裝置被設置在保持部件上，所述保持部件上安裝有本發(fā)明第五實施例的一個閥單元；附圖7B是說明這樣一種情況的圖，其中，閥元件推進裝置被設置在保持部件上，所述保持部件上安裝有多個閥單元；附圖7C是說明這樣一種情況的圖，其中，閥元件推進裝置被設置在裝備閥的薄片上；附圖7D是在這樣一種情況下的透視圖，其中，閥元件推進裝置被設置在裝備閥的薄片的下側；附圖8A是使用本發(fā)明第六實施例的閥單元的流體回路薄片的總體結構的分解透視圖；附圖8B是如圖8A所示的閥單元的片斷透視圖；附圖9是本發(fā)明第六實施例的閥單元的驅動器的示意圖；附圖10A是當本發(fā)明第六實施例的微型閥的閥元件被激勵時的相圖；附圖10B是顯示被施加給如圖10A所示閥元件的力的說明圖；附圖11是解釋施加到本發(fā)明第六實施例的閥單元的振動角頻率與作用在閥上的力之間的關系的圖；附圖12A是一個解釋本發(fā)明第六實施例的閥單元的流率控制的圖；
附圖12B是一個解釋本發(fā)明第六實施例的閥單元的啟動控制(startcontrol)的圖；附圖12C是一個解釋本發(fā)明第六實施例的閥單元的流率波形控制的圖；附圖13A是一個根據(jù)本發(fā)明第七實施例通過多個頻率的振動單獨地控制多個閥單元的解釋圖，所述閥單元各自具有不同的共振點；附圖13B是一個根據(jù)本發(fā)明第七實施例通過多個頻率的振動單獨地控制多個閥單元的解釋圖，所述閥單元各自具有不同的尺寸；附圖13C是一個解釋在通過疊加波的振動使閥單元振動的情況下，多個閥單元的打開和關閉的圖；附圖14是本發(fā)明第九實施例的微型閥的去氣結構的關鍵部分的一個橫截面圖；附圖15A是根據(jù)本發(fā)明第十實施例解釋當閥控制被執(zhí)行以實現(xiàn)頭部出來時第一頭部出來探測的圖；附圖15B是根據(jù)本發(fā)明第十實施例解釋當閥控制被執(zhí)行以實現(xiàn)頭部出來時第二頭部出來探測的圖；附圖16A是一個解釋在振動基礎上對流率和物理特性進行探測的根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的圖；附圖16B是一個解釋在光強度變化的基礎上對流率和物理特性進行探測的根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的圖；附圖16C是一個解釋在閥振動的基礎上對物理特性進行探測的根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的圖；附圖17A是本發(fā)明第十二實施例的閥單元和壓電元件的第一組件的解釋圖；附圖17B是本發(fā)明第十二實施例的閥單元和壓電元件的第二組件的解釋圖；附圖18是傳統(tǒng)快速動作型閥的示意圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發(fā)明實施例進行描述。
第一實施例附圖1A是使用本發(fā)明第一實施例的閥單元的流體回路薄片(chip)的總體結構的分解透視圖。附圖1B是如圖1A所示的閥單元的片斷透視圖。
首先，我們對使用本發(fā)明第一實施例的閥單元的流體回路薄片的總體結構進行描述。在附圖1A中，附圖標記1表示一個安裝閥的薄片(本發(fā)明的第二層)，所述安裝閥的薄片設置有一個閥機構，當閥機構被施加振動，從V形內(nèi)壁表面(閥座)提供一個反作用力，并且將液體壓力供給到閥機構時，所述閥機構可以通過閥元件的慣性被打開和關閉。附圖標記1a表示形成裝備閥的薄片1的閥機構的微型閥(本發(fā)明的閥單元)。附圖標記2a表示一個貯存器部分(本發(fā)明的第一層)，所述貯存器部分具有一個用于保持要供應給微型閥1a的流體的貯存器A。附圖標記2b表示一個具有一個流體回路C(本發(fā)明的反應部分)的流體回路薄片主體(本發(fā)明的第三層)，所述流體回路薄片主體設置有各種用來測量的傳感器B(本發(fā)明的探測部分)，并且被構成為預定的電路。應該注意的是，需要一個具有泵作用的裝置，以允許將流體從貯存器部分2a送出。在第一實施例中，使用了一個如圖1A中所示的注射器泵D。所述注射器泵D被設置成，在流體被供應給貯存器部分2a，并且被保持在其中以后，電機D2被驅動，以通過齒輪和齒條D3的作用來延伸注射器D1。因此，在注射器D1中的空氣被推出，并且貯存器部分2a中的流體(液體)由這個空氣壓力進行供應。但是，所述泵可以是另一種類型。裝備閥的薄片1，貯存器部分2a，和流體回路薄片主體2b各自都是具有預定厚度的板狀部件。此外，雖然在這個實施例中在下面是對微型閥1a進行描述，但是這只是表示了本發(fā)明的數(shù)個優(yōu)選實施例。閥單元當然不會被限制為微型閥1a，而是只要閥單元能使用激勵進行控制就可以。
此外，附圖標記3表示在其兩端形成楔形頭的閥元件，所述閥元件用來實現(xiàn)微型閥1a的閥的打開和關閉。附圖標記4表示壓電元件(本發(fā)明的激勵裝置)，所述壓電元件用來通過從垂直于通道的方向施加振動給裝備閥的薄片1而控制閥元件3。壓電元件4相對于裝備閥的薄片1可分離地進行設置。應該注意的是，楔形頭3v可以只是形成在閥元件3的一端側(出口側)；但是，在這個第一實施例的情況下，楔形頭3v被設置在閥元件3的兩端，以便于在入口側提供止回閥的功能給楔形頭3v。這將在第三實施例中進行描述。裝備閥的薄片1和貯存器部分2a被結合構成一個通道控制單元，而且這個通道控制單元被層壓在流體回路薄片主體2b上。這個組件作為一個整體，構成一個流體控制薄片。如果裝備閥的薄片1，貯存器部分2a，和射流薄片主體2b被替換，那么泵例如注射器泵，和壓電元件4就可以重復地被利用。
這里將對閥元件3的細節(jié)進行描述。閥元件3的材料通?？梢允侨魏谓饘伲?，鐵合金，不銹鋼，和鋁，無機材料例如玻璃或陶瓷，和樹脂等。作為選擇材料的標準，可以引用優(yōu)良的可可加工性，極好的表面物理特性例如比重，親水性，和因為使用慣性而需要的粘滯阻力，以及極好的抗腐蝕性。為了改善親水性，粘滯阻力，和抗腐蝕性，可以通過使用金屬電鍍，涂層，激光束加工，或者等離子弧加工，而提供表面處理。如果親水性和粘滯阻力被改善，那么閥元件3的動作在流體動力方面就會提高。
接下來，對裝備閥的薄片1的細節(jié)進行詳細描述。在附圖1B中，附圖標記5表示一個閥主體基層，在所述閥主體基層中，微型閥1a的內(nèi)部通道以沖壓槽的形式被形成。附圖標記5b表示一個下基層，所述下基層覆蓋沖壓槽的下側而形成一個通道。貯存器部分2a被層壓在閥主體基層5的上表面上，以覆蓋所述閥主體基層，并且槽的內(nèi)部形成為通道。應該注意的是，雖然閥主體基層5被稱為構成微型閥1a的基層，但是本發(fā)明不被限制于此。在另一種閥單元的情況下，這個部分被稱作閥主體部分，而不是被稱作閥主體基層5。
這里，作為閥主體基層5和下基層5b的材料，可以使用任何無機材料例如玻璃或陶瓷，樹脂等，通常也可以使用金屬，例如鐵合金，不銹鋼，和鋁。選擇材料的首要的標準是優(yōu)良的可加工性，但是作為其它選擇標準，可以引用極好的光透性，和抗腐蝕性，以允許光傳感器從薄片外側來觀察和測量。此外，表面處理優(yōu)選是通過使用金屬電鍍、涂層、激光束加工，或等離子弧加工。阻力在流體動力方面被減少，而且有機物質(zhì)的固定也被改進。
應該注意的是，雖然在這個第一實施例中，提供了下基層5b，但是優(yōu)選的是，可省去下基層5b，并且通過流體回路薄片主體2b來覆蓋槽的下側。通過這么做，可以減少零件數(shù)量并且減少組裝步驟的數(shù)量。
附圖標記6表示一個入口端口，這個入口端口用作連接到貯存器部分2a的通道連接部。附圖標記7表示具有預定厚度和預定高度的入口側通道。附圖標記8表示一個閥腔室(本發(fā)明的腔室)，其中容納著閥元件3。附圖標記8a表示形成在閥腔室8中的一個V形閥座(本發(fā)明的傾斜部分)。附圖標記9表示具有預定厚度和預定高度的一個出口側通道。附圖標記10表示一個出口端口，這個出口端口用作連接到流體回路薄片主體2b的通道連接端口。應該注意的是，在第一實施例中，入口端口6和入口側通道7相應于本發(fā)明的入口，出口側通道9和出口端口10相應于本發(fā)明的出口。但是，入口和出口的形式不限于此。此外，入口端口6，入口側通道7，出口側通道9，和出口端口10與閥腔室8整體地形成。
入口側通道7，閥腔室8，和出口側通道9優(yōu)選設置成，通道中心線被直線地設置，以便于旋轉或擺動運動不會發(fā)生在閥元件3中。出口通道9的寬度在幾微米到幾百微米的范圍中，而且通道寬度大于出口通道9的寬度，但通常是在類似的量級。閥元件的長度優(yōu)選是通道寬度或附近值(thereabouts)的2-10倍(fold)。閥元件3從后面被來自入口端口6的壓力(背壓)推進，而且其楔形頭3v可以光滑地配合到閥座8a，而不會有間隙。此外，雖然在這個實施例中，閥座8a呈V形，而且相對于中心線對稱設置，但是閥座8a可以由一個簡單傾斜表面構成。在那種情況下，閥元件3呈現(xiàn)一個相應類似的形狀。
接下來，將描述一個用來控制第一個實施例的微型閥1a的驅動器。如圖2是本發(fā)明第一實施例的閥單元的驅動器的示意圖。在圖2中，附圖標記4a表示一個由例如鋯鈦酸鉛(PZT)制成并且構成壓電元件4的壓電層。附圖標記4b表示用來將電壓施加到壓電層4a的電極片。這對電極片4b使彼此與夾在中間的壓電層4a相對，而且這對電極片中的一個接地，而且為了控制的目的，將具有預定驅動頻率的電壓施加到另一個電極片4b。
附圖標記11表示一個用來控制微型閥1a的閥元件3的位置的驅動器，附圖標記12表示電源部分。附圖標記13表示波形控制部分，用來改變由電源部分12供應的電流或電壓的頻率和振幅，或形成波形。附圖標記14表示一個輸入部分，能夠從外部控制波形成形，波形成形是受這個波形控制部分13實現(xiàn)的。附圖標記15表示一個放大器，用來控制由波形控制部分13成形的模擬控制信號的振幅。當來自放大器15的驅動電流在正負之間變化時，壓電元件4能重復擴張和收縮。應該注意的是，來自驅動器11的輸出被成形成一個正弦波形的模擬信號，但來自輸入部分14的輸入只是一個數(shù)字信號。因為需要D/A轉換，所以優(yōu)選的是，提供盡可能實用的數(shù)字處理，以簡化這個處理過程。
接下來，將描述第一實施例的微型閥1a可以通過壓電元件4的激勵進行控制的理由。附圖3A是當本發(fā)明第一實施例的微型閥的閥元件被激勵時的相圖。附圖3B是顯示被施加給如圖3A所示閥元件的力的說明圖。
如圖3B所示，假設微型閥1a的閥座8a具有一個錐角θ，并且在一些時間點上，由于來自入口側的背壓而與閥元件3接觸，所述閥元件在楔形頭3v處類似地具有錐角θ。此時，包括背壓的推力PV從入口側通道7一側施加到閥元件3，而且由于壓電元件4而形成的具有頻率fc的振動在垂直于通道方向的方向上被施加到裝備閥的薄片1。因此，當從裝備閥的薄片1看時，閥元件3以相對加速度αv和相對速度uv移動。此外，相對加速度αv表達為αv＝g(T，fc)，其中，T代表時間。
順便提一下，施加到閥元件3的慣性力Fv表達為Fv＝mv·αv。此外，如果假設閥元件3受到的流體阻力Rd的阻力系數(shù)是Kv，那么流體阻力Rd表達為Rd＝Kv·uv2。如果摩擦系數(shù)假設是Kf，那么，摩擦力Rf是Rf＝Kf·(Pvcosθ)。
因此，如果假設在平行于閥座8a的方向上的相對加速度和相對速度是αv*和uv*，那么數(shù)學公式1作為在平行于閥座8a的方向上的慣性力Fv*而獲得，而且相對加速度αv*是αv*＝Fv*/mv。
Fv*＝Fvcosθ-Rdcosθ-Rf因此，如果假設閥元件在平行于閥座8a上的位移是dv*，那么就可以獲得數(shù)學公式2。從這些可以獲得數(shù)學公式3和4。根據(jù)數(shù)學公式4，可以意識到，數(shù)學公式4的第一項是與g(T，fc)的積分成比例的，而且第二項是與g(T，fc)的平方的積分成比例的。
dv*＝∫∫αv*dTdT[數(shù)學公式3]Fv*＝(mvg(T，fc))cosθ-(Kv(∫g(T，fc)dT)2)cosθ-Rf[數(shù)學公式4]
dv*=12mv∫∫{(mvg(T,fc))cosθ-(Kv(∫g(T,fc)dT)2)cosθ-Rf}dTdT]]>因此，閥元件3的位移dv*可以被由驅動器11所賦予的頻率fc的變化，加速度的大小等來控制。例如，如果結合附圖3A，那么在附圖3A的上階段中的相圖顯示出，背壓已經(jīng)被施加到閥元件3來關閉微型閥1a。在中間階段的相圖顯示出，閥腔室8在X方向上由壓電元件4激勵，而且這個作用引起閥元件3在與背壓P相反的方向上從閥座8a接受力分量，并且在與背壓P方向相反的方向上被向上推，由此形成一個大的通道E*。這個向上推指的是，閥元件3根據(jù)頻率fc，振幅大小等，通過在閥座8a上滑動，或者通過從閥座上跳起來，而移動。
此外，在下階段中的相圖顯示出，與中間階段的相圖相反，閥腔室8通過壓電元件4在Y方向上被激勵，而且這個作用引起閥元件3在Y方向上由壓電元件4激勵，而且這個作用引起閥元件3在與背壓P相反的方向上從閥座8a接受力分量，并且在與背壓P方向相反的方向上被向上推，由此形成一個大的通道E。與上述方式一樣，閥元件3通過在閥座8a*上滑動，或者通過從閥座8a*上跳起來，而移動。
這樣，當閥元件3坐在閥座8a和8a*之間的中央時，第一實施例的微型閥1a就關閉通道，并且在與背壓P相反的方向上被閥座8a和8a*中一者向上推，由此形成通道E或E*。作用在閥元件3上的上推力(慣性力Fv*)，和閥元件3的位移dv*可以通過控制壓電元件4的頻率fc，振幅大小，閥元件自身質(zhì)量，各個閥座8a和8a*的錐角θ等來改變。因此，各個通道E和E*的尺寸，也就是說，微型閥1a的開口程度可以通過調(diào)整這些參數(shù)來改變，以便于流率可以被控制。此外，從附圖3A的相圖可以顯然看到，當?shù)谝粚嵤├奈⑿烷y1a處于除顯示在上階段的關閉狀態(tài)以外的狀態(tài)時，通道E和E*中一者是恒定打開的，流動中沒有中斷。因此，可以獲得讓脈動很小的穩(wěn)定流速。此外，閥元件3的位移dv*通過壓電元件4的激勵來改變，但位移dv*的大小不只取決于壓電元件4自身的大小。就是說，當閥元件3因為振動，被迫在與背壓P相反方向上向上移動時，可以形成比相應于壓電元件4的振幅的通道更大的通道E和E*，由此可以擴大最大流速即動態(tài)范圍。
如上所述，在第一實施例的微型閥1a中，閥元件3在其形狀方面是設置有楔形頭3v，閥座8a以V形形成，激勵是通過壓電元件4在垂直于閥腔室8中的流動方向的方向上實現(xiàn)的。因此，閥的打開程度可以被施加到壓電元件4的驅動電流的頻率和振幅所控制。因此，控制可以容易而且準確地被提供，動態(tài)范圍很寬，而且響應很快，因為閥座8a的反作用力不像傳統(tǒng)的快作用型閥一樣被使用。即使企圖增強壓力，流體不會因為閥元件3的形狀和閥座8a的形狀而泄漏。一種已知的方法例如印刷可以使用在裝備閥的薄片1的加工處理過程中，從而容易制作，而且耐用性極好。
此外，在這個第一實施例中，壓電元件4在垂直于閥腔室8中的流動方向的方向上激勵。但是，不用說，如果使用基于旋轉運動的具有垂直方向分量的激勵方法，那么也可以獲得類似的操作效果。
第二實施例接下來描述第二實施例的微型閥1a。在第二實施例的微型閥1a中，閥元件頭的形狀和閥座的形狀呈三維設置。附圖4A是具有本發(fā)明第二實施例的球閥元件的閥單元的片斷透視圖。附圖4B是設置有一個具有本發(fā)明第一實施例的圓錐楔形頭3v的閥元件的閥單元的片斷透視圖。
在附圖4A中，附圖標記3a表示具有球形形狀的閥元件，而且通過結合圓錐閥座8a構成微型閥1a。第一實施例的閥元件3被設置有楔形頭3v，這個楔形頭被配合到具有V形形狀的閥座8a中。這是因為微型閥1a借助于二維槽形成通道。但是，這些實施例利用了當從側面(sideways)實現(xiàn)激勵時的閥元件3的慣性，來自閥座8a的反作用力，和來自背面的壓力，而且這些實施例不限于二維。第二實施例通過三維軸對稱通道實現(xiàn)了這些力的利用。
球閥元件3a可以通過結合霧化和冷卻，或者通過磨削和拋光等，相對容易地進行制作。因為它是球形的，所以閥元件3的制作和組裝很容易。當閥打開時的面積與閥腔室8的面積的比率大于二維構造的情況，因此，動態(tài)范圍可以增加。
在附圖4B所示微型閥1a的情況下，閥元件具有圓錐形楔形頭，如圖4B中的3b所示。這個閥元件3b基本上類似于球閥元件3a。此外，因為楔形效應更大，所以這個結構適合于增強壓力。應該注意的是，這里提到的楔形效應是這樣的效應，即，當一個力從不同于傾斜表面的方向(在這個實施例中，從背壓P的方向)施加到傾斜表面時，這個力會通過杠桿原理被加強。
第三實施例第三實施例的微型閥1a具有控制閥和止回閥的功能。附圖5A是說明本發(fā)明第三實施例的具有止回閥功能的閥單元的功能的圖。附圖5B是如圖5A所示的具有止回閥功能的閥單元的示意圖。附圖5C是當具有止回閥功能的閥單元被用在流體回路中時的說明圖。
在附圖5A中，附圖標記8b表示入口側閥座，這個閥座配合到第三實施例的閥元件3。第三實施例的閥元件3在其形狀方面與第一實施例一樣，設置成呈二維板的形狀。除了在閥腔室8的出口側以外，也在閥腔室8的入口側形成楔形頭。止回閥功能通過設置入口側楔形頭和入口側閥座8b來實現(xiàn)。
當流體在向前方向上停止時，由于背壓從入口側通道7被施加到閥元件3的背面，那么閥元件3就被壓靠到閥座8a上，并且被關閉。這是控制閥的正常功能。如果壓電元件4的激勵在這個狀態(tài)下被施加時，閥元件3的位置就會在閥腔室的寬度方向上從中央移開，并設定在打開狀態(tài)，這個打開狀態(tài)對于向前方向的流體供應是很必要的。激勵在這個狀態(tài)下被繼續(xù)，以供應流體。接下來，當流體供應和激勵在一些時間點被停止時，高壓從輸出側通道9向后流動。這個狀態(tài)是如圖5A所示圖中說明在反向流時的狀態(tài)的圖。此時，閥元件3的輸入側楔形頭配合到輸入側閥座8b，而且能停止反向流。
接下來，將描述具有止回閥功能的微型閥應該具有的結構。如圖5B所示，假設閥元件3的輸出側楔形頭的頂角是θa，而且輸入側楔形頭的頂角是θb。類似地，假設輸出側V形閥座8a的接受角是θa，輸入側閥座8b的接受角是θb。此時，θa≥θb是具有止回閥功能的微型閥應該滿足的要求。
即，如果輸入側楔形頭的頂角形成為比輸入側楔形頭頂角更尖的角度，那么楔形效應就更大。因此，在很小的壓力下閥就可靠地被關閉，而且可以更加有效地防止反向流。同時，在向前供應流體時，如果輸入側楔形頭的頂角θb更小，那么流體阻力就更小，而且壓力損失可以降低。如果θa＝θb，那么閥元件3的制作很容易，而且在組裝時，微型閥可以在不需要考慮閥元件3的插入方向的情況下進行組裝，因此便于微型閥的制作。
此外，如果閥元件3的形狀是球形，而且閥腔室8的輸入側閥座8b的接受角設定成小于輸出側上形成的閥座8a的接受角，那么楔形效應就大。因此，甚至用很小的壓力閥就可以可靠地關閉，而且可以更加有效地防止反向流。
附圖5C顯示了一個例子，即其中，各自設置有具有止回閥功能的微型閥的兩個輸出側通道9可以會聚在一點，從而混合兩種液體A和B，并且使其反應。假設在反應后，一種液體B沒有供應，而另一種液體A按原樣被繼續(xù)供應。此時，在液體A一側的具有止回閥功能的微型閥被打開，壓力液體被供應，因此液體A流到在液體B一側的輸出側通道9中。如果是不具有止回閥功能的微型閥，那么液體A就會穿過液體B一側的微型閥，流到液體B供應側。為了防止這個，需要單獨設置止回閥，但是對于根據(jù)第三實施例的具有止回閥功能微型閥來說，就不需要單獨設置止回閥。
第四實施例如果微型閥1a被關閉，背壓就相當小，因此，單獨靠背壓進行關閉是不夠的。因此，第四實施例的微型閥1a設置有一個閥元件推進裝置，以提高閥關閉壓力，并且賦予關閉可靠性。附圖6A是一個說明閥元件推進裝置的圖，所述閥元件推進裝置用來在不接觸的基礎上吸住閥單元的第四實施例的閥元件。附圖6B是說明這樣一種情況的圖，其中，提供了第一閥元件推進裝置，用來通過接觸來壓閥元件。附圖6C是說明這樣一種情況的圖，其中，設置了第二閥元件推進裝置，用來通過接觸壓閥元件。
在附圖6A中，附圖標記16表示閥元件推進裝置，所述推進裝置被設置在不與微型閥1a接觸的狀態(tài)下。這個閥元件推進裝置16在不接觸的基礎上吸住閥元件，而且有各種裝置可以采用。如果閥元件3是鐵磁物質(zhì)，那么可以使用永久磁體或電磁體來作為閥元件推進裝置16。此外，如果閥元件3是永久磁體，那么閥元件推進裝置16是鐵磁物質(zhì)，永久磁體，或者電磁體。當閥元件3被這個吸力吸到位于閥座8a和8a*之間的中央部分時，微型閥1a可靠地保持在關閉狀態(tài)。此外，如圖6A中的虛線所示，如果微型閥具有止回閥功能，那么閥元件3可以通過使用排斥力而可靠地密封和關閉在輸入側閥座。
上述的閥元件推進裝置16被設置成，在不接觸的狀態(tài)下吸住或用排斥力壓住，而且閥元件推進裝置16被設置在與微型閥1a隔開的位置上。但是，閥元件推進裝置16可以設置在微型閥1a中。在附圖6B中，附圖標記16a表示推進彈簧。推進彈簧16a能通過從閥元件3后面進行物理的推壓，以最簡單的結構來賦予推進力，但是其組裝困難。此外，在附圖6C中所示的附圖標記16b表示通過在裝備閥的薄片1中的隆起塊形成的彈性突出塊。閥元件3的輸入側楔形頭可以通過這個彈性突出塊16b被壓住。在這種情況下，加工處理步驟的數(shù)量增加，但是組裝容易。
因此，在第四實施例的微型閥1a的情況下，通過提供閥單元推進裝置16，閥元件3可以可靠地密封和關閉在閥座8a和8b。因為實現(xiàn)了可靠的關閉，所以可以提高閥關閉壓力。此外，因為閥元件在動作開始時能可靠地處于預定位置，所以，流體的可控性(準確性等)得以改進。
第五實施例在第五實施例的微型閥1a和流體控制薄片中，對閥元件推進裝置的布置進行了設計。附圖7A是說明這樣一種情況的圖，其中，閥元件推進裝置被設置在保持部件上，所述保持部件上安裝有本發(fā)明第五實施例的一個閥單元。附圖7B是說明這樣一種情況的圖，其中，閥元件推進裝置被設置在保持部件上，所述保持部件上安裝有多個閥單元。附圖7C是說明這樣一種情況的圖，其中，閥元件推進裝置被設置在裝備閥的薄片上。附圖7D是在這樣一種情況下的透視圖，其中，閥元件推進裝置被設置在裝備閥的薄片的下側。
在附圖7A和7B中，附圖標記2b*表示一個保持部件，所述保持部件用來固定裝備閥的薄片1，即流體控制薄片。在附圖7A中，閥元件推進裝置16可分離地設置在裝備閥的薄片1的側表面的位置上，所述裝備閥的薄片被布置在保持部件2b*上，并且只設置有一個微型閥1a。對于這個閥元件推進裝置16，可以有在非接觸基礎上進行推進的各種類型，正如第四實施例所述的一樣。如果閥元件3是鐵磁體，那么可以使用永久磁體或電磁體作為閥元件推進裝置16。如果閥元件3是永久磁體，那么閥元件推進裝置16可以是鐵磁體，永久磁體，或電磁體。因為在附圖7A情況下的閥元件推進裝置16被安裝到保持部件2b*，所以當替換流體控制薄片時，閥元件推進裝置16可以重復地被利用。
接下來，在附圖7B中，閥元件推進裝置16可分離地設置在裝備閥的薄片1的側表面的位置上，所述裝備閥的薄片1被布置在保持部件2b*上，并且設置有多個(在這個例子中為兩個)微型閥1a。在這個情況下，正如從數(shù)學公式4理解到的一樣，通過改變壓電元件4的驅動頻率等因素，可以只打開一個微型閥1a，并且保持另一個微型閥1a被關閉。因此，打開的微型閥1a可以通過選擇驅動頻率等進行控制。在附圖7B的情況下，因為閥元件推進裝置16被設置在保持部件2b*上，所以當替換流體控制薄片時，閥元件推進裝置16可以重復地被利用。此外，因為不需要多個閥元件推進裝置16，所以這個布置會更加經(jīng)濟。
此外，裝備閥的薄片1或流體控制薄片被布置成可滑動地保持在保持部件2b*上，而且壓電元件4自身只實現(xiàn)激勵薄片的操作。此時，因為壓電元件4的振幅無限地小，只在幾微米到幾十微米的范圍內(nèi)，所以，不需要讓閥元件推進裝置16來跟隨薄片的移動。
此外，以下這種情況當然也適用于這個實施例，其中，裝備閥的薄片1即流體控制薄片，被固定到保持部件2b*，而且與保持部件2b*一起被壓電元件4激勵。
附圖7C顯示了這種情況，其中，閥元件推進裝置16被設置在裝備閥的薄片1上。在這種情況下，即使在單獨使用流體控制薄片的情況下，也可以將推進力施加到閥元件3，以便于閥元件3的關閉狀態(tài)可以單獨被薄片保持。因此，因為當丟棄使用過的流體控制薄片時，薄片中的流體可以被保持，所以可以提供高度安全的流體控制薄片。
順便提一下，可以只是通過磁化如圖7D的透視圖所示的片狀下基底5b的表面，來制作閥元件推進裝置16。在這種情況下，有必要將磁路布置成平行于閥元件3。
這樣，在第五實施例的微型閥1a中，通過設計閥元件推進裝置16的布置位置，可以單獨替換流體控制薄片，從而提供更大的經(jīng)濟優(yōu)勢。此外，也可以在提高例如在丟棄時保持流體的安全性方面獲得優(yōu)勢。應該注意的是，這個微型閥技術被應用于次毫米級別的閥機構。
根據(jù)本發(fā)明這個實施例的微型閥，因為閥元件通過振動，在傾斜部分朝著腔室入口移動，所以可以可靠地而且快速地調(diào)節(jié)開口。此外，控制很容易而且很準確，動態(tài)范圍寬，響應快速，而且脈動變小。閥元件可靠地與傾斜部分接觸，因此，即使壓力被提高，流體泄漏也不會發(fā)生，制作很容易，而且耐用性極好。當腔室振動時，可以使閥元件朝著入口移動。通過振動的變化可以很容易地控制該流動。
此外，閥元件的一端在其形狀方面形成為楔形，所以楔形頭的楔形端可以與傾斜部分接觸。因此，借助于楔形效應，可以獲得可靠的接觸，所以，即使壓力被提高，流體也不會泄漏。如果閥元件形成為球形，那么閥元件的制作和裝配變得容易。類似地，如果閥元件形成為圓錐形，那么閥元件的制作和裝配變得容易，而且控制也很容易。因為楔形效應變大，所以可以提高壓力。
此外，因為激勵裝置和腔室可以分離，所以當進行閥主體部分的替換時，激勵裝置可以重復使用。如果激勵裝置是壓電元件，那么可以電子地提供控制，并且，控制容易而且準確。此外，因為提供了用于產(chǎn)生將要應用到激勵裝置的控制波形的驅動器，所以可以通過控制波形來非常容易地提供控制。
此外，閥元件各端的形狀是楔形，球形，和圓錐形中的任何一種，而且形成有可以與閥元件接觸的傾斜部分。因此，通過入口側形狀和傾斜部分，可以提供止回閥功能。此外，閥元件各端的形狀是楔形或圓錐形，而且閥元件入口側端的頂角小于其出口側端的頂角，同時，形成在腔室入口側的傾斜部分的角度小于形成在腔室出口側的傾斜部分的角度。因此，楔形效應很大，從而即使在很小的壓力下就可以將閥可靠地關閉，而且可以更加有效地防止反向流。在向前的方向上供應流體時，如果入口側端的角度較小，那么流體阻力就較小，而且可以降低壓力損失。
此外，閥元件的形狀是球形，而且形成在入口側的傾斜部分的角度小于形成在出口側的傾斜部分的角度。因此，楔形效應很大，因此，即使在很小的壓力下也可以將閥可靠地關閉，而且可以更加有效地防止反向流。
此外，因為提供了用于朝著腔室出口推進閥元件的閥元件推進裝置，所以可以可靠地進行關閉，而且可以提高關閉壓力。因為在動作開始時，閥元件可靠地處于預定位置，所以流體的可控性(準確性等)得以提高。如果閥元件推進裝置是電磁體，而且閥元件是鐵磁體或永久磁體，那么可以在非接觸基礎上將推進力施加到閥元件。因此，可以可靠地進行關閉，而且可以提高關閉壓力。此外，因為在動作開始時，閥元件可靠地處于預定位置，所以流體的可控性(準確性等)得以提高。如果閥元件推進裝置是永久磁體，那么當通過控制電磁體的磁性提供止回閥功能時，可以可靠地防止在相反方向上發(fā)生流體泄漏。
此外，如果閥元件推進裝置是永久磁體，而且閥元件設置有鐵磁體或永久磁體，那么可以在非接觸基礎上將推進力施加到閥元件。因此，可以可靠地進行關閉，而且可以提高關閉壓力。此外，因為在動作開始時，閥元件可靠地處于預定位置，所以流體的可控性(準確性等)得以提高。此外，如果閥元件推進裝置是鐵磁體，而且閥元件設置有永久磁體，那么可以在非接觸基礎上將推進力施加到閥元件。因此，可以可靠地進行關閉，而且可以提高關閉壓力。此外，因為在動作開始時，閥元件可靠地處于預定位置，所以流體的可控性(準確性等)得以提高。
此外，因為閥元件推進裝置是推進彈簧或彈性突出塊，所以可以可靠地進行關閉，而且可以提高關閉壓力。此外，因為在動作開始時，閥元件可靠地處于預定位置，所以流體的可控性(準確性等)得以提高。
接下來，根據(jù)本發(fā)明實施例的流體控制薄片，因為提供了閥單元和通道部分，所以，閥單元可以經(jīng)歷更小的流體泄漏，并且允許提高壓力，而且所述閥單元的替換很容易而且很經(jīng)濟。因此，流體控制薄片作為一個整體在較小流體泄漏和高壓力的情況下被使用。此外，如果提供了用于保持流體的貯存器部分，那么閥單元可以經(jīng)歷更小的流體泄漏，并且允許提高壓力，而且所述貯存器的替換很容易而且很經(jīng)濟。因此，流體控制薄片作為一個整體在較小流體泄漏和高壓力的情況下被使用。因為朝著腔室出口推進閥元件的閥元件推進裝置被設置在閥單元外部，所以通過將閥元件推進裝置安裝在閥單元外部，可以將流體控制薄片形成為容易替換，容易使用而且經(jīng)濟的流體控制薄片。
此外，流體控制薄片由具有用于保持流體的貯存器的第一層，具有用于控制由第一層供應的流體流的閥機構的第二層，和用于引起由第二層供應的流體經(jīng)歷反應的反應部分或用于探測反應的探測部分。因此，相關部分容易替換，并且可以結合起來重復而且經(jīng)濟地使用。此外，如果各個層可以彼此分離，那么相關層容易替換，并且可以結合起來重復而且經(jīng)濟地使用。
此外，因為閥機構的上側被第一層的下表面覆蓋，所以通道形成為打開狀態(tài)，然后被第一層的下表面覆蓋。因此，可以減少零件數(shù)量和裝配步驟的數(shù)量。類似地，因為反應部分和/或探測部分的上側被這個第二層的下表面覆蓋，所以，通道形成為打開狀態(tài)，然后被第二層的下表面覆蓋。因此，可以減少零件數(shù)量和裝配步驟的數(shù)量。
此外，因為提供了用于振動流體控制薄片的閥元件推進裝置，而且激勵裝置被設置在流體控制薄片外部，所以通過將激勵裝置安裝在外部，流體控制薄片可以形成為容易替換，容易使用而且經(jīng)濟的流體控制薄片。所述激勵裝置相對于流體控制薄片可分離地進行安裝。因為所述激勵裝置相對于流體控制薄片是可分離的，所以流體控制薄片可以形成為容易替換，容易使用而且經(jīng)濟的流體控制薄片。
此外，因為閥元件推進裝置被提供在流體控制薄片外部，所以通過將閥元件推進裝置安裝在外部，流體控制薄片可以形成為容易替換，容易使用而且經(jīng)濟的流體控制薄片。因為所述閥元件推進裝置相對于流體控制薄片可分離地進行安裝，而且所述激勵裝置相對于流體控制薄片是可分離的，所以流體控制薄片可以形成為容易替換，容易使用而且經(jīng)濟的流體控制薄片。
第六實施例附圖8A是使用本發(fā)明第六實施例的閥單元的流體回路薄片的總體結構的分解透視圖。附圖8B是如圖8A所示的閥單元的片斷透視圖。
下面，我們對使用本發(fā)明第六實施例的閥單元的流體回路薄片的總體結構進行描述。
在附圖8A中，附圖標記21表示裝備閥的薄片，所述裝備閥的薄片設置有一個閥機構，當閥機構被施加振動，從V形內(nèi)壁表面(閥座)提供一個反作用力，并且將流體壓力供給到閥機構時，所述閥機構可以通過閥元件的慣性被打開和關閉。附圖標記21a表示形成裝備閥的薄片21的閥機構的微型閥。附圖標記22a表示貯存器部分，所述貯存器部分具有一個用于保持要供應給微型閥21a的流體的貯存器Z。附圖標記22b表示具有流體回路C的流體回路薄片主體，所述流體回路薄片主體設置有各種用來測量的傳感器B，并且被構成為預定的電路。應該注意的是，需要一個具有泵作用的設備，以允許將流體從貯存器部分22a送出。在第六實施例中，使用了一個如圖8A中所示的注射器泵D。
所述注射器泵D被設置成，在流體被供應給貯存器部分22a，并且被保持在其中以后，電機D2被驅動，以通過齒輪和齒條D3的作用來延伸注射器D1。
因此，在注射器D1中的空氣被推出，并且貯存器部分22a中的流體(液體)由這個空氣壓力進行供應。但是，所述泵可以是另一種類型。此外，可以在流體回路薄片的下表面上設置一個出口側貯存器部分22c(見附圖14)，正如下面要在第九實施例中描述的一樣。裝備閥的薄片21，貯存器部分22a，和流體回路薄片主體22b各自都是具有預定厚度的板狀部件。
此外，雖然在這個實施例中在下面是對微型閥21a進行描述，但是這只是示出了本發(fā)明的數(shù)個優(yōu)選實施例。閥單元當然不會被限制為微型閥21a，而是只要閥單元能使用激勵進行控制就可以。
此外，附圖標記23表示在其兩端形成楔形頭的閥元件，所述閥元件用來實現(xiàn)微型閥21a的閥的打開和關閉。附圖標記24表示壓電元件(本發(fā)明的激勵裝置)，所述壓電元件用來通過從垂直于通道的方向施加振動給裝備閥的薄片21而控制閥元件23。壓電元件24相對于裝備閥的薄片21可分離地進行設置。應該注意的是，楔形頭23v可以只是形成在閥元件23的一端側(出口側)；但是，在這個第六實施例的情況下，楔形頭23v被設置在閥元件23的兩端，以便于在入口側提供止回閥的功能給楔形頭23v。裝備閥的薄片21和貯存器部分22a被結合構成一個通道控制單元，而且這個通道控制單元被層壓在流體回路薄片主體22b上。這個組件作為一個整體，構成一個流體控制薄片。
此外，具有這樣一種情況，其中，流體控制薄片被層壓在出口側貯存器部分22c上。如果裝備閥的薄片21，貯存器部分22a，和射流薄片主體22b被替換，那么泵，例如注射器泵，和壓電元件24就可以重復地被利用。
接下來，對裝備閥的薄片21的細節(jié)進行詳細描述。在附圖8B中，附圖標記25表示一個閥主體基層，在所述閥主體基層中，微型閥21a的內(nèi)部通道以沖壓槽的形式被形成。附圖標記25b表示一個下基層，所述下基層覆蓋沖壓槽的下側而形成一個通道。貯存器部分22a被層壓在閥主體基層25的上表面上，以覆蓋所述閥主體基層，并且槽的內(nèi)部形成為通道。應該注意的是，雖然閥主體基層25被稱為構成微型閥21a的基層，但是本發(fā)明不被限制于此。在除微型閥21a之外的一種閥單元的情況下，這個部分被稱作閥主體基層，而不是被稱作閥主體基層25。
附圖標記26表示一個入口端口，這個入口端口用作連接到貯存器部分22a的通道連接部。附圖標記27表示具有預定厚度和預定高度的入口側通道。附圖標記28表示一個閥腔室，其中容納著閥元件23。附圖標記28a表示形成在閥腔室28中的一個V形閥座。附圖標記29表示具有預定厚度和預定高度的一個出口側通道。附圖標記30表示一個出口端口，這個出口端口用作連接到流體回路薄片主體22b的通道連接端口。應該注意的是，在第六實施例中，入口端口26和入口側通道27相應于本發(fā)明的入口，出口側通道29和出口端口30相應于本發(fā)明的出口。但是，入口和出口的形式不限于此。此外，入口端口26，入口側通道27，出口側通道29，和出口端口30與閥腔室28整體地形成。
入口側通道27，閥腔室28，和出口側通道29優(yōu)選設置成，通道中心線被直線地設置，從而旋轉或擺動運動不會發(fā)生在閥元件23中。出口通道29的寬度在幾微米到幾百微米的范圍中，而且通道寬度大于此，但通常是在類似的量級。閥元件的長度優(yōu)選是通道寬度或附近值的2-10倍。閥元件23從后面被來自入口端口26的壓力(背壓)推動，而且其楔形頭23v可以借助楔形效應光滑地配合到閥座28a，而不會有間隙。
換句話說，這是因為，當一個力從不同于傾斜表面的方向(在這個實施例中，從附圖10所示的背壓P的方向)施加到傾斜表面時，這個力通過杠桿原理被增加。此外，雖然在這個實施例中，閥座28a呈V形，而且相對于中心線對稱設置，但是閥座28a可以由一個簡單傾斜表面構成。在那種情況下，閥元件23呈現(xiàn)一個相應類似的形狀。
接下來，將描述一個用來控制第六個實施例的微型閥21a的驅動器。如圖9是本發(fā)明第六實施例的閥單元的驅動器的示意圖。在圖9中，附圖標記24a表示一個由例如鋯鈦酸鉛(PZT)制成并且構成壓電元件24的壓電層。附圖標記24b表示用來將電壓施加到壓電層24a的電極片。這對電極片24b使彼此與夾在中間的壓電層24a相對，而且這對電極片中的一個接地，而且為了控制的目的，將具有預定驅動頻率的電壓施加到另一個電極片24b。
附圖標記31表示用來控制微型閥21a的閥元件23的位置的驅動器，附圖標記32表示電源部分。附圖標記33表示波形控制部分，用來改變由電源部分32供應的電流或電壓的頻率和振幅，或成形波形。附圖標記34表示一個輸入部分，所述輸入部分能夠通過確定各個控制動作，從外部控制波形成形，波形成形是受這個波形控制部分33實現(xiàn)的。附圖標記35表示一個放大器，用來控制由波形控制部分33成形的模擬控制信號的振幅。當來自放大器35的驅動電流在正負之間變化時，壓電元件24能重復擴張和收縮。
附圖標記36表示一個用于在顯示單元(未示)上顯示的顯示部分。附圖標記37表示一個用于控制驅動器31的總系統(tǒng)的中央控制部分(本發(fā)明的控制部分)。附圖標記37a表示D/A轉換器。附圖標記38表示一個用于存儲適用于中央控制部分37的控制程序和數(shù)據(jù)的存儲部分。附圖標記38a表示一個用于存儲適用于微型閥21a的各個控制動作的控制數(shù)據(jù)的閥控制表。應該注意的是，中央控制部分37構成為一個功能實現(xiàn)裝置，所述功能實現(xiàn)裝置通過從存儲部分38讀取控制程序到中央處理單元(CPU)中進行操作。
因此，中央控制部分37，輸入部分34，顯示部分36，存儲部分38，和閥控制表38a可以通過與驅動器31分開的個人電腦等構成。這樣，驅動器31是可分離的。此外，驅動器31的驅動輸出是模擬信號，而中央控制部分37的控制信號只是數(shù)據(jù)信號，因此，需要在中間進行D/A轉換。優(yōu)選的是，在中央控制部分37一側提供盡可能實用的數(shù)字處理，以簡化該模擬處理過程。
如果第六實施例的驅動器31被操作，那么受到控制的一系列閥和其一系列控制動作都被顯示在顯示設備上。就讓哪個閥實現(xiàn)什么動作而進行選擇，而且從輸入部分34提供必要的設定。中央控制部分37從閥控制表38a獲取輸入的設定值以及控制數(shù)據(jù)，確定要應用到壓電元件24的驅動電流，并且借助于波形控制部分33成形波形。
在第六實施例中，正如下面描述的一樣，用于閥控制的驅動電流的振幅Adr和頻率fdr被讀取和控制。壓電元件24通過驅動電流被振動，振動時具有振幅A和頻率fc。基本上，公式fdr＝fc是保持有效的，并且，雖然Adr被放大，它基本上也與A成比例。
因此，首先要對第六實施例的微型閥21a可以通過來自壓電元件24的激勵、特別是可以通過調(diào)節(jié)振幅A和頻率fc而變得可控的基本原理進行說明。
附圖10A是當本發(fā)明第六實施例的微型閥的閥元件被激勵時的相圖。附圖10B是顯示被施加給如圖10A所示閥元件的力的說明圖。
如圖10B所示，假設微型閥21a的閥座28a具有一個錐角θ，并且在一些時間點上，由于來自內(nèi)側的背壓而與閥元件23接觸，所述閥元件在楔形頭23v處類似地具有錐角θ。此時，包括背壓的推力PV從入口側通道27一側施加到閥元件23，而且由于壓電元件24而形成的具有振幅A和頻率fc的振動在垂直于通道方向的方向上被施加到裝備閥的薄片21。因此，當從裝備閥的薄片21看時，閥元件23以相對加速度αv和相對速度uv移動。相對加速度αv和相對速度uv是振幅A和頻率fc的函數(shù)。
順便提一下，施加到閥元件23的慣性力Fv表達為Fv＝mv·αv。此外，如果假設閥元件23受到的流體阻力Rd的阻力系數(shù)是Kv，那么流體阻力Rd表達為Rd＝Kv·uvn(n是取決于流體的不同的測量值)。如果摩擦系數(shù)假設是Kf，那么，摩擦系數(shù)Rf是Rf＝Kf·(Pvcosθ)。
因此，為了分析閥元件23的運動，在平行于閥座28a的方向上的值的平衡首先被考慮。如果假設在平行于閥座28a的方向上的相對加速度和相對速度是αv*和uv*，那么數(shù)學公式5作為在平行于閥座28a的方向上的慣性力Fv*而獲得，而且相對加速度αv*是αv*＝Fv*/mv。
Fv*＝Fvcosθ-Rdcosθ-Rf因此，如果假設閥元件23在平行于閥座28a的方向上的位移是dv*，那么就可以獲得數(shù)學公式6。
dv*＝∫uv*dT＝∫∫αv*dTdT從這些可以獲得數(shù)學公式7和8。根據(jù)數(shù)學公式8，可以意識到，數(shù)學公式8的第一項是與mv·αv*的積分成比例的慣性項，而且第二項是與Kv·uv*n的積分成比例的流體阻力項，而且第三項是與摩擦力成比例的摩擦力項。
Fv*=(mvαv*)cosθ-(Kvuv*n)cosθ-Rf]]>[數(shù)學公式8]dv*=∫∫(mvαv*)cosθdTdT-∫∫(Kvuv*n)cosθdTdT+∫∫RfdTdT]]>閥元件23在平行于閥座28a的方向上按照數(shù)學公式7的dv*來進行位移，但是閥元件23在垂直于流動的方向上的相對加速度αv和相對速度uv是由數(shù)學公式9和10表達的。閥元件23在其寬度方向上的位移dv是通過dv*cosθ表達的。
αv=d2dt2(dv*cosθ)]]>[數(shù)學公式10]uv=ddt(dv*cosθ)]]>但是，不可避免要通過離散方法例如微積分來解各個數(shù)學公式7和8以及數(shù)學公式9和10。因此，在獲得數(shù)字解之前，振幅A和頻率fc是固定的，并且根據(jù)數(shù)學公式7，對其進行定性分析。
附圖11是解釋施加到本發(fā)明第六實施例的閥單元的振動角頻率與作用在閥上的力之間的關系的圖。
如果下面為了解釋目的而使用角頻率ω(ω＝2pfc)，那么，在角頻率ω小于預定ω1，即ω＜ω1的情況下，數(shù)學公式3的第一項的慣性力見效，趨向于引起運動。但是，由于能量不足，第三項的摩擦力克服慣性力，所以閥元件23的位移不會發(fā)生。當然，第二項的流體阻力也不會發(fā)生。因此，相對角速度αv和相對速度uv都是0s。換句話說，閥元件23處于閥不操作的區(qū)域，此時，它停止在閥座28a上，并且保持不動。
接下來，在ω1＜ω＜ω2的情況下，第一項的慣性力變大，而且超過第三項摩擦力的大小，所以運動發(fā)生。此后，第二項的流體阻力也發(fā)生。這個區(qū)域變成一個閥操作區(qū)域。相對角速度αv和相對速度uv都是角頻率ω的函數(shù)。由壓電元件4施加的帶有振幅A和角頻率ω的振動可以是一個函數(shù)，這個函數(shù)可以呈現(xiàn)任何波形。但是，正如從數(shù)學公式6中認識到的一樣，uv*是這個函數(shù)的微分，而且與ω自身和ω函數(shù)的微分的乘積成比例。此外，因為第二項具有Kv·uv*n作為其元素，所以顯然的是，第二項具有一個與ω的n次方的分量成比例的元素。從這點看來，明顯的是，角頻率接近ω1時第二項具有一個小值，但是角頻率接近ω2時其很快趨向于具有一個大值，此時。這個流體阻力構成了用于抑制閥元件23打開的分量。
相反，第一項的慣性力是振動函數(shù)的二階微分，并且很復雜。但是，正如從uv*與ω自身和ω函數(shù)的微分的乘積成比例地變大的事實可以理解的一樣，第一項的慣性力通常相對于ω逐漸變大。這個慣性力構成打開閥元件23的分量。
因此，如圖11所示，對于微型閥21a，在ω1時打開或關閉閥是可能的。當ω大于這個ω1時，這樣的一個狀態(tài)繼續(xù)，在所述這個狀態(tài)中用于打開閥元件23的分量大于流體阻力分量。當角頻率趨近ω2，而且流體阻力急劇增加時，用于打開閥元件23的分量被抵消，而且其有效分量開始減少，并且在ω2時達到0。
當ω2＜ω時，第一項的慣性力變得小于第三項的摩擦力，而且運動停止。在這個狀態(tài)下，用于打開微型閥21a的力不足，并且終止運動。因此，這個區(qū)域是閥不操作區(qū)域。
接下來，當頻率fc固定時，基于振幅A的變化進行考察。此時，假設振幅A不是時間t的函數(shù)，而是一個恒定值。當振幅A固定時，這個變化完全類似于頻率fc的變化。與預定的A1相比，在A＜A1的情況下，在數(shù)學公式7中的第一項的慣性力見效，并且趨向于實現(xiàn)運動。但是，由于能量不足，第三項的摩擦力克服慣性力，所以閥元件23的位移不會發(fā)生。當然，第二項的流體阻力也不會發(fā)生。這個區(qū)域是閥不操作區(qū)域。
同時，在A1≤A≤A2的情況下，第一項的慣性力，即慣性力趨向于打開閥元件23的分量，變得很大，并且超過第三項摩擦力的大小，所以運動發(fā)生。此后，第二項的流體阻力也發(fā)生。慣性力與A成比例地變大。但是，可以理解的是，因為流體阻力具有一個分量，該分量與A的n次方(n-thpower)的分量成比例，振幅接近A1時所以第二項具有一個小值，但是振幅接近A2時其很快具有一個大值。因此，利用微型閥21a，可以在A1和A2之間打開閥元件23，而且用于打開閥元件23的力在A2時變成0。
當A2＜A時，第一項的慣性力變得小于第三項的摩擦力，而且運動停止。在這個狀態(tài)下，用于打開微型閥21a的力不足，并且終止運動。因此，這個區(qū)域是閥不操作區(qū)域。
這樣，可以理解的是，閥操作區(qū)域處于ω1≤ω≤ω2或者A1≤A≤A2的范圍中。但是，為了控制，有利的是，角頻率ω或者振幅A和作用力Fv*在它們的關系方面應該一致地相應于彼此(一對一)。因此，優(yōu)選的是，第六實施例的微型閥21a應該被控制在這樣的范圍內(nèi)，其中，作用力Fv*只是相對于角頻率ω增加，即，在ω1≤ω≤ωm的范圍中，或者，類似地，被控制在這樣的范圍內(nèi)，其中，作用力Fv*只是相對于振幅A增加，即在A1≤A≤Am的范圍中。但是，也有如下情況，可以使用ωm＜ω≤ω2或者Am＜A≤A2。此外，如果微型閥21a要被關閉，那么如果控制到ω＝ω1或者更少，或者，ω2或者更多，或者A＝A1或更少，或者，A2或者更多，就足夠。
正如從前面的描述可以理解的一樣，通過變化驅動器31施加的振幅A或者角頻率ω，閥元件23的位移dv*能控制閥的打開。例如，如果參考附圖10A，附圖10A上階段中的相圖顯示出，背壓已經(jīng)被施加到閥元件23，從而關閉微型閥21a。在中間階段中的相圖顯示出，閥腔室28被壓電元件24在X方向上被激勵，并且這個動作引起閥元件23在與來自閥座28a的背壓P的相反方向上受到一個力分量，并且在背壓P的相反的方向上被向上推，由此形成一個大的通道E*。順便說一下，這個向上推意思是，閥元件23通過在閥座28a上滑動，或者在一些情況下，通過根據(jù)驅動電流的角頻率ω、其振幅A的大小等從閥座28a跳起來，而移動。
此外，在下階段中的相圖顯示出，與中間階段中的相圖相反，閥腔室28被壓電元件24在Y方向上被激勵，而且這個動作引起閥元件23在與來自閥座28a的背壓P的相反方向上受到一個力分量，并且在與背壓P的相反的方向上被向上推，由此形成一個大的通道E。應該注意的是，在控制閥的過程中，閥的打開是可以通過選擇閥元件自身的質(zhì)量、各個閥座28a和28a*的錐角θ等而改變閥特性來調(diào)節(jié)的。
因此，通過控制壓電元件24的驅動電流的上述角頻率ω和振幅A，各種閥控制變得可行，例如可以流率控制、啟動控制、流率波形等。附圖12A是一個解釋本發(fā)明第六實施例的閥單元的流率控制的圖。附圖12B是一個解釋本發(fā)明第六實施例的閥單元的啟動控制的圖。附圖12C是一個解釋本發(fā)明第六實施例的閥單元的流率波形控制的圖。
正如附圖12A中顯示的一樣，如果從壓電元件24施加高頻率振動給微型閥21a，那么閥元件23會接受到一個大的能量，并且會經(jīng)歷具有大振幅的振動。因此，微型閥21a允許流體在大開口情況下流動。相反，顯然的是，如果施加了低頻率振動，那么閥元件23經(jīng)歷小振動，從而允許流體在小開口情況下流動。
類似的是，當從壓電元件24施加具有大振幅的振動給微型閥21a時，閥元件23經(jīng)歷具有大振幅的振動，所以，微型閥21a允許流體在大開口情況下流動。同時，如果施加了小振幅的振動，那么閥元件23經(jīng)歷具有小振幅的振動，從而允許流體在大開口情況下流動。
這樣，第六實施例的微型閥21a能通過控制角頻率ω和振幅A的大小而實現(xiàn)流率控制。角頻率ω或振幅A的大小和流率之間的關系作為控制波形的振幅Adr和頻率fdr之間的關系，被存儲在存儲部分38的閥控制表38a中。當從輸入部分34進行輸入時，中央控制部分37引起波形控制部分33控制驅動電流。
如果微型閥21a處于關閉狀態(tài)，那么閥元件23通過推進力PV和表面張力與閥座28a緊密接觸。因為這個原因，當微型閥21a被啟動時，即使目標振動和頻率的驅動電流被突然施加，在啟動時的增長(build-up)特性不好。因此，如圖12B所示，增長特性通過在啟動時只施加預定時間T的高頻率振動而改善。隨后，施加預定角頻率ω的主振動。這可以類似地通過控制振幅來實現(xiàn)。
換句話說，通過在啟動時只施加預定時間T的大振幅A的振動，可以快速地實現(xiàn)增長，而且隨后施加主振動，以允許流體以預定速率流動。
此外，在流動被控制的情況下，關于流動的流率波形(流率圖形)，存在需要斷續(xù)流動(脈動流動)的情況，和需要脈動流動很小的連續(xù)流動的情況。因此，如果驅動電流如圖12C所示被設定為斷續(xù)波形的電流時，壓電元件24的振動就變成斷續(xù)振動。此后，在閥元件23打開的期間，這個流動變成斷續(xù)流動。相反，在常規(guī)的交流電的情況下，微型閥21a的通道的一些部分總是打開，從而可以獲得穩(wěn)定的流率，此時，脈動很小。此外，在流率通過施加逐漸增加的控制波形并且通過隨后抵消它而被穩(wěn)定的情況下，并且在其上疊加一個小的變化電流，那么，閥元件23可以被移動到一個偏置位置。這樣，可以如圖13C所示，實現(xiàn)具有無限小脈動的連續(xù)流動。
如上所述，第六實施例的微型閥21a控制閥的打開，并且通過由驅動器31施加的控制波形來控制壓電元件24的振幅A或角頻率ω，進而實現(xiàn)流率控制。通過施加一個大振幅或者高頻率的控制波形，可以獲得一個大的流率，同時可以通過具有小振幅或小頻率的驅動電流，獲得一個小的流率。此外，通過在啟動時允許具有高頻率或大振幅的驅動電流流動預定時間而將大振動施加給壓電元件24，可以改善增長特性。
根據(jù)第六實施例的閥控制，閥元件23的振幅可以通過被壓電元件24激勵而改變，但是振幅的大小不單獨決定于壓電元件24自身的振幅。即，當閥元件23因為振動而在與背壓P的相反方向上被迫向上移動時，可以形成一個比相應于壓電元件24的振幅的通道更大的通道，由此可以擴大最大流率，即動態(tài)范圍。
第七實施例接下來將描述第七實施例的微型閥，所述微型閥用于通過疊加多個頻率而單獨地控制多個微型閥。附圖13A是一個根據(jù)本發(fā)明第七實施例通過多個頻率的振動單獨地控制多個閥單元的解釋圖，所述閥單元各自具有不同的共振點。附圖13B是一個根據(jù)本發(fā)明第七實施例通過多個頻率的振動單獨地控制多個閥單元的解釋圖，所述閥單元各自具有不同的尺寸。附圖13C是一個解釋在通過疊加波的振動使閥單元振動的情況下，多個閥單元的打開和關閉的圖。
在附圖13A中，附圖標記21a至21d表示微型閥，其形成在裝備閥的薄片21中的閥體基底25具有各自不同的固有頻率。各個微型閥21a至21d設置有閥體基底25，在振動學角度，所述基底與彼此分離。微型閥21a至21d分別相應于不同角頻率ωa1至ωa4的振動，并且各自單獨地或者同時地共振。壓電元件24設置在裝備閥的薄片21的側表面上，而且設置有多個用于測量的傳感器B和流體回路C的流體回路薄片主體22b被層壓在裝備閥的薄片21的下表面上。但是，優(yōu)選的是，例如，設置懸臂結構，從而壓電元件24的振動有利于微型閥21a至21d的分別振動。
在第七實施例中，一對L形槽形成在微型閥21b和輸出側通道29的兩側，所以微型閥21b的有效寬度被減少。微型閥21c整體上的寬度形成得很小。此外，微型閥21d在流動方向上的長度形成得很短。此外，可以設置一個用于改變不同固有頻率的裝置。
裝備閥的薄片21整體上是一個整體基底。當微型閥21a至21d被設置在這個具有上述結構的基底上時，微型閥21a至21d設置由相互不同的固有頻率。
如圖13C所示，如果其上疊加有一個或多個角頻率ωa1至ωa4的控制波形被允許流過上述裝備閥的薄片21的壓電元件24，而且由此被振動，那么微型閥21a至21d中與這些角頻率ωa1至ωa4共振而且具有與角頻率ωa1至ωa4相同的固有頻率的相應微型閥被打開。當然，如果角頻率ωa1至ωa4中的一個被單獨地施加，那么微型閥21a至21d中的一個被打開。此時，如果結合振幅A的控制，而且振幅A為各個微型閥21a至21d而變化，那么，各個微型閥21a至21d的打開可以單獨受到控制。
應該注意的是，雖然在第七實施例中對懸臂結構的情況進行了描述，但是在通過其它方式例如形狀、重量和材料讓固有頻率改變的情況下，也可以獲得類似的操作效果。
在附圖13B中，附圖標記23A至23D表示構成微型閥21a至21d的閥元件。附圖標記28A至28D表示微型閥21a至21d的閥腔室。附圖標記28a至28d和28a*至28d*表示多對相對閥座，這些閥座構成微型閥21a至21d。
在附圖13B的情況下的微型閥21a至21d也具有不同的固有頻率。但是，可以通過改變閥元件23A至23D、閥腔室28A至28D以及閥的構件之類的元件的規(guī)格來改變固有頻率。例如，可以通過選擇閥元件23A至23D的質(zhì)量，特別是它們的具體重量和形狀，包括尺寸，角度Φ等，或者通過改變閥座28a至28d和28a*至28d*的角度θ以及它們的表面粗糙度以及其表面物理屬性，來提供不同的固有頻率。
如圖13C所示，如果在其上疊加有一個或多個角頻率ωa1至ωa4的驅動電流被允許流過上述裝備閥的薄片21的壓電元件24，而且由此被振動，那么，這些微型閥21a至21d中的與這些角頻率ωa1至ωa4共振而且具有與角頻率ωa1至ωa4相同的固有頻率的相應的微型閥就被打開。通過同時結合振幅A的控制，可以單獨地實現(xiàn)包括開口的控制在內(nèi)的控制。
此外，在裝備閥的薄片21中，一個開口F被設置在通道一端，所以通道的內(nèi)部向大氣開放。因此，包括來自各個腔室內(nèi)部的流體被混合到其中的液體混合物的氣味在內(nèi)的東西就被釋放到空氣中。
第八實施例第八實施例是在第一微振動模式下的閥控制，在所述微振動模式下，微振動被施加到微型閥21a。第八實施例的閥元件21a的結構類似于附圖8A中所示的結構，所以下面要參考附圖8至12C，特別是要參考附圖12A。
在第一微振動模式下的閥控制中，在打開和關閉閥時，微振幅振動，特別是具有不同于主振動的頻率和振幅的微振動，單獨地或者通過疊加在主振動上被施加。
用在第一微振動模式下的微振動不具有足以打開微型閥21a大小的力。當流體流過的閥被關閉時，僅僅停止主振動會導致在閥元件23和閥座28a之間產(chǎn)生一個小的親和力(落座性(seatability)很差)。即，不可能指望產(chǎn)生楔效應，即當背壓P將這個力施加到傾斜表面上時，這個力通過杠桿原理被提高。另一方面，當閥被打開時，由于壓閥元件23的推進力PV，和在閥元件23與閥座28a之間的表面張力使其很難平滑地打開閥，很難致動閥元件23。
在這個第八實施例中，當微振動在關閉期間被施加時，閥元件23和閥座28a之間的親和力被提高，而且可以改善楔效應。因此，可以提供更高的壓力阻力。在打開時，明顯的摩擦力被減少，而且可以平滑地打開微型閥21a，由此允許在高壓下進行閥控制。
在第六實施例的啟動控制中，可以通過在啟動期間施加具有高頻率的振動或具有大振幅A的振動，來改善增長特性。但是，在第八實施例的第一微振動模式下，閥在沒有張力的情況下被平滑地打開，而不是改善例如增長特性和快速性。
第九實施例在第九實施例中的閥控制是在第二微振動模式下的閥控制。
第九實施例的微型閥21a的結構類似于附圖12A所示的結構，所以下面要參考附圖8至13C，特別是參考附圖13A。
在第二微振動模式下的閥控制是這樣的控制，其中，具有微振幅的振動單獨地被施加，或通過疊加在壓電元件24的主振動上而被施加，從而從通道中去氣。此外，為了使這個去氣作用更加有效，第九實施例的微型閥21a在通道中設置有一個去氣結構。附圖14是本發(fā)明第九實施例的微型閥的去氣結構的關鍵部分的一個橫截面圖。
在流體流過腔室之前，一種氣體通常是空氣被充滿腔室中。除非這種空氣被排出，否則很難允許流體流動。但是，如果微型閥1a完全被打開，而且流體被引起向外流動，那么不利的是，流體流到各個感應器B和流體回路C中，從而讓精確控制變得很困難。
因此，在第九實施例中，不具有足以打開微型閥21a的力的具有微振幅的振動單獨地或者通過疊加而被施加，以從腔室中去氣。利用在這個第二微振動模式下的微振動，空氣單獨從閥元件23和閥座28a之間向外流。當流體充滿時，振動自然地就受到抑制，而且微型閥21a接著呈現(xiàn)關閉狀態(tài)。通過實現(xiàn)這些微振動，空氣可以被排出，但是流體不能從閥元件23和閥座28a之間的間隙向外流。此外，通過在這個第二微振動模式下長時間地施加振動，流體的前端就從閥元件23和閥座28a之間的間隙向外滲出，由此可以引起液體頭部出來。這樣，在啟動控制時，可以使啟動的時間點精確，從而允許高精度的控制。
應該注意的是，可以在微型閥21a的通道中設置一個去氣結構，如圖14所示。在附圖14中，附圖標記22c表示輸出側貯存器部分，所述存儲器部分具有一個用來保存從微型閥21a向外流的流體的貯存器D。附圖標記39表示一個氣體滲透薄膜，所述氣體滲透薄膜用例如聚乙烯和聚丙烯等制成，它允許氣體滲透穿過，但是不允許液體穿透穿過。附圖標記40表示設置在流體回路薄片主體22b中的流體回路C的通道。
在附圖14中，從連接到通道40的出口端口向外流的流體臨時地被存儲在貯存器D中。氣體滲透薄膜39以這種方式被設置，即要覆蓋這個貯存器D。由于貯存器D被這個氣體滲透薄膜39覆蓋，在第二微振動模式下的氣體排出情況就可以被加強。此外，因為覆蓋貯存器D的氣體滲透薄膜39被設置在微型閥21a的出口側，所以在空氣可能積累的下游側的空氣可以被排出到外面。應該注意的是，通過形成微孔代替氣體滲透薄膜，也可以獲得類似的效果。可以將另一種基底等層壓在氣體滲透薄膜39上。
此外，在第九實施例的微型閥21a被用在用于處理細菌的流體回路薄片中的情況下，如果氣體滲透薄膜39被形成為一個傳送空氣但是不傳送液體和細菌的薄膜，那么可以提供一個用于生物學處理的安全流體回路薄片，因為液體和細菌不會泄漏到外面。
第十實施例第十實施例的閥控制是輔助性控制，用于有效地執(zhí)行第九實施例中的閥控制，以引起液體頭部出來。附圖15A是根據(jù)本發(fā)明第十實施例解釋當閥控制被執(zhí)行以實現(xiàn)頭部出來時第一頭部出來探測的圖。附圖15B是根據(jù)本發(fā)明第十實施例解釋當閥控制被執(zhí)行以實現(xiàn)頭部出來時第二頭部出來探測的圖。
在附圖15A中，附圖標記41表示用于探測閥振動的振動探測裝置。用于探測聲音的麥克風，設置在閥座28a或28a*的位置X上的壓電元件等等都合適作為振動探測裝置41。振動探測裝置41可以是適合于探測電場或磁場中的變化的裝置。當從氣體振動的狀態(tài)轉移到液壓振動的狀態(tài)、而且通道中充滿了液體(如圖15A所示時)，振動探測裝置41探測到振動中的變化。應該注意的是，頭部出來探測的位置可以設定在稍微位于位置X下游的位置Y，從而探測發(fā)生泄漏的位置。在頭部出來已經(jīng)在位置X被探測到的情況下，液體進給精確度改善，而且即使在頭部出來后施加了干擾，也不會發(fā)生泄漏。但是，在頭部出來已經(jīng)在位置Y被探測到的情況下，當在頭部出來后啟動了液體的運動時，液體能非常平滑地移動，所以液體進給精確度變得更高。如果振動探測裝置41被制成可分離的，那么當微型閥21a和流體控制薄片的其它構件被替換時，振動探測裝置41可以重新利用。
在附圖15B中，附圖標記42a表示光發(fā)射元件，附圖標記43b表示光接收元件。從光發(fā)射元件42a發(fā)射的光被光接收元件42b接收。具體說，液體和空氣的光傳輸可以被探測，以探測頭部的出來。作為替換，液體和空氣的折射率的變化或者發(fā)射到閥座28a和從閥座28a反射的光的反射率的變化可以通過光接收元件42b探測(圖中沒有顯示光接收元件42b)。探測可以在位置X和Y中任一位置以與上述方式相同的方式實現(xiàn)。如果光發(fā)射裝置42a和光接收元件42b被制成可分離的，那么當微型閥21a和流體控制薄片的其它構件被替換時，它們可以重新利用。
第十一實施例第十一實施例的微型閥21a是用來有效地執(zhí)行閥控制，而且用來探測流率和物理特性，以提高液體進給準確性和通過薄片進行分析的準確性。附圖16A是一個解釋在振動基礎上對流率和物理特性進行探測的根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的圖。附圖16B是一個解釋在光強度變化的基礎上對流率和物理特性進行探測的根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的圖。附圖16C是一個解釋在閥振動的基礎上對物理特性進行探測的根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的圖。
在附圖16A中，附圖標記43表示用來探測微型閥21a的閥元件23振動的振動探測裝置。液體流過閥腔室28是通過振動探測裝置43探測的，流率和物理特性是從其閥振動特性進行探測的。如圖16A所示，在時間點T1的液體移動的閥振動被探測，而且在時間點T2和時間點T3，閥振動進一步被重復探測。如果這個變化的曲線和此時的溫度是已知的，那么可以計算粘度和流率，并且通過使用這個作為一個線索可以識別物質(zhì)。
接下來，如圖16B所示，附圖標記44a表示一個用來發(fā)射光以探測流率和物理特性的光發(fā)射元件，附圖標記44b表示用來接收來自光發(fā)射元件44a的光的光接收元件。當流體流過閥腔室28時發(fā)生的光強度變化被光接收元件44b探測到，而且流率和物理特性從其光強度變化特性進行確定。如圖16B所示，在時間點T1的流體移動的光強度被探測，而且在時間點T2和時間點T3，光強度進一步被重復探測。如果這個變化的曲線和那時的溫度是已知的，那么可以計算粘度和流率，并且通過使用這個作為一個線索可以識別物質(zhì)。
作為替換，當液體流動時，流率和物理特性可以在被設置在兩個位置上的探測裝置(未示)探測到的流體預定通行時間的基礎上被確定。在這種情況下，光探測裝置等可以作為探測裝置，但是探測裝置并不受到特別的限制。優(yōu)選的是，如果探測位置布置在位于腔室8入口側上游的兩個位置，那么在下游腔室28中的閥控制就容易了。
上面對用于通過測量時間來確定物理特性的結構進行了描述，但是物理特性可以從輸入和輸出的關系進行確定。在附圖16C中，附圖際記45a表示一個激勵裝置例如壓電元件等，而附圖標記45b表示一個用于通過由激勵裝置45a輸入的振動來探測發(fā)生在閥元件23中的振動的振動探測裝置。應該注意的是，振動探測裝置45b適合于探測振動中的變化。如果在輸入和輸出的這個關系中，考慮溫度以及類似因素，那么可以從液體的粘度以及類似特性來識別物質(zhì)。為了自動實現(xiàn)對物質(zhì)的這個識別，振動輸入和振動探測值或振動變化探測值之間的關系，以及使從溫度識別物質(zhì)成為可能的物理特性表，與閥控制表38a一起，提前設置在存儲部分38中。本發(fā)明第十一實施例的狀態(tài)探測裝置包括振動探測裝置43，光發(fā)射元件44a，光接收元件44b，和振動探測裝置45b。如果這個狀態(tài)探測裝置被制成可分離的，那么當微型閥21a和流體控制薄片的其它構件被替換時，這個狀態(tài)探測裝置就可以重新利用。
在第十一實施例中，因為物理特性被確定，而且流率被探測到，所以提高了液體進給的準確性和/或分析的準確性。
第十二實施例在第十二實施例的微型閥21a中，在壓電元件24的組件中設計了一種量具，以提高閥控制的準確性。附圖17A是根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的閥單元和壓電元件的第一組件的解釋圖。附圖17B是根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的閥單元和壓電元件的第二組件的解釋圖。
當裝備閥的薄片21被替換時，壓電元件24需要被移開和安裝在一個新的裝備閥的薄片21上。此時，微型閥21a的流動方向需要垂直于壓電元件24。因此，壓電元件24必須首要地準確地安裝在裝備閥的薄片21的側表面上，并與其垂直。在其組裝過程中，其組裝過程要求微米級準確度。對于微型閥21a的使用者來說，要在替換薄片時實現(xiàn)這種組裝是非常困難的。
在附圖17A和17B中，附圖標記46表示用來固定壓電元件24的固定部件。附圖標記46a表示一個形成在固定部件46上的引導件。如圖17A所示，固定部件46的安裝表面形成為準確地平行于壓電元件24的延伸和收縮方向，而且垂直于延伸和收縮方向的基準線形成在脊線或平面，例如，矩形平行六面體的兩個平行側表面中的每一個。此時，裝備閥的薄片21的兩個上下平面也準確地形成為平行平面。此外，如圖17B所示，引導件46a設置在固定部件46上，而且這些引導件46a使在垂直于延伸和收縮方向的方向上準確地安裝裝備閥的薄片21成為可能。應該注意的是，固定部件46和裝備閥的薄片21優(yōu)選地制成可以彼此拆開。
利用第十二實施例的微型閥21a，壓電元件24的組裝可以從垂直于壓電元件24的延伸和收縮方向的方向來實現(xiàn)。即，壓電元件24可以通過設定固定部件46的基準線到裝備閥的薄片21的基準線(流動方向)，從裝備閥的薄片21的下或上表面的垂直方向，設置在固定部件46的安裝表面上。在這種情況下，因為表面接觸，而且因為只是使基準線彼此一致，組裝過程極其容易，而且在不引入微米級裝配誤差的前提下的裝配成為可能。
此時，如果組裝實現(xiàn)成，壓電元件24的延伸和收縮線與裝備閥的薄片21的重力中心相交，那么裝備閥的薄片21中的振動分布就可更加接近均勻分布。此外，類似地，如果壓電元件24的固定部件46由高硬度材料制成，而且裝備閥的薄片21被固定在三個或者更多的位置上，而且如果閥單元被固定在一個由這些固定位置包圍的區(qū)域中，那么即使流體控制薄片的硬度很小，在裝備閥的薄片21中的振動分布也能均勻。
根據(jù)這個實施例的閥單元，可以通過改變振動的頻率和/或振幅，快速調(diào)節(jié)開口。此外，控制容易而且準確，動態(tài)范圍變寬，脈動變小，而且響應很快。
因為激勵裝置是壓電元件，所以控制可以容易地實現(xiàn)。因為激勵裝置和/或驅動器可以分離，所以當閥單元的構件被替換時，激勵裝置和/或驅動器可以重新利用。
因為振動是在垂直于流體流動方向的方向上被施加，所以可以最大程度地利用振動分量。
此外，振動是通過當改變流率時、在預定頻率范圍內(nèi)改變頻率來施加的，而且在關閉時，激勵過程是利用頻率范圍外的頻率被實現(xiàn)或被停止。因此，只通過選擇頻率，就可以簡單地實現(xiàn)閥單元的打開和關閉的控制。通過使其均勻地對應于彼此，可以控制頻率增加和流率增加。
類似地，只通過選擇振幅，就可以簡單地實現(xiàn)閥單元的打開和關閉的控制。通過使其均勻地對應于彼此，可以控制振幅增加和流率增加。
因為實現(xiàn)激勵的頻率或振幅高于在頻率范圍內(nèi)的主振動的頻率或振幅，所以可以快速獲得增長，而且隨后可以平穩(wěn)施加主振動。
因為通過激勵裝置改變振動，可以產(chǎn)生連續(xù)流動和/或斷續(xù)流動，所以，脈動和連續(xù)流動可以作為波形控制的一種形式被獲得。此外，因為在打開之前和之后的預定時期內(nèi)，施加了具有可以減少閥元件和腔室內(nèi)壁之間接觸摩擦力的頻率和振幅的振動，所以可以降低閥元件和閥座之間的摩擦力。這樣，即使壓力被提高，也可以平穩(wěn)地打開閥單元。
在關閉之前和之后的預定時期內(nèi)，施加了具有可以減少閥元件和腔室內(nèi)壁之間接觸摩擦力的頻率和振幅的振動。因此，當在關閉期間施加微振動時，可以增加閥元件和閥座之間的親和力(affinity)，可以改善楔效應，而且可以提供高壓力阻力。
在從打開之前的一個時間點到關閉出口之后的一個時間點的預定時期內(nèi)，施加了具有可以減少閥元件和腔室內(nèi)壁之間接觸摩擦力的頻率和振幅的振動。因此，即使壓力被提高，閥單元也可以平穩(wěn)地打開，而且可以可靠地關閉。
因為疊加了頻率和振幅不同于主振動的頻率和振幅的振動，所以即使壓力被提高，閥單元也可以平穩(wěn)地打開和關閉。
當腔室中充滿液體時，如果振動被施加來從出口釋放氣體、而不讓液體從腔室向外流，那么，只有空氣經(jīng)過因為微振動而在閥元件和閥座之間形成的非常小的間隙向外流。此外，當液體充滿時，振動自然就受到抑制。隨后，閥單元被設定在關閉狀態(tài)，但是液體不會從閥元件和閥座之間向外流。
一個氣體排放部分被設置在下游側通道中，液體不會滲透它，而只有氣體滲透它、并且被排出。因此，在內(nèi)部的液體不會泄漏到外部，而且可以防止通道中的氣體被壓縮而妨礙流體移動。
因為用于探測流體頭部的頭部出來探測裝置被設置，所以可以探測流體的頭部。因此，流體進給準確度得以改善，而且即使在探測后施加了干擾，也不會發(fā)生液體泄漏。
因為頭部出來探測裝置被設置在位于腔室出口下游的一個位置上，所以流體的頭部可以被探測，所以，流體進給準確度得以改善，而且在探測后，流體可以平穩(wěn)地被進給。
因為頭部出來探測裝置是振動探測裝置或光探測裝置，所以流體頭部甚至在非接觸基礎上也可以準確地進行探測。
因為頭部探測裝置是可分離的，所以當閥單元的構件被替換時，頭部出來探測裝置可以重復利用。因為流體的物理特性或速率是從由狀態(tài)探測裝置探測到的腔室中的狀態(tài)變化來探測的，所以腔室中的狀態(tài)變化通過振動探測、光探測等來探測。流體的物理特性或速率可以從探測的狀態(tài)變化和探測周期來探測。物理特性也可以通過提供用來施加狀態(tài)變化的裝置和通過探測作為預定輸入的響應的狀態(tài)變化來探測。
因為狀態(tài)探測裝置是用來探測振動的振動探測裝置，或光探測裝置，所以流體頭部甚至可以在非接觸基礎上準確地進行探測。
因為狀態(tài)探測裝置是可分離的，所以當閥單元的構件被替換時，狀態(tài)探測裝置可以重復利用。
當閥單元被控制時，閥控制數(shù)據(jù)可以從探測的速率和物理特性來進行調(diào)節(jié)，所以，閥控制中的準確度可以得到改善。存儲部分中的閥控制表可以被更新，所以閥控制中的準確度可以被改善。
利用普通致動器來對腔室寬度是幾微米到幾百微米的微型閥進行控制是非常困難的，但是可以簡單地提供控制。
此外，因為探測裝置被設置用來測量兩個點之間的流體的傳輸時間，所以可以探測流體的速率即流率。在這個探測裝置是光探測裝置的情況下，測量可以在非接觸基礎上實現(xiàn)。因為探測裝置被設置在腔室入口下游的一個位置上，所以下游側腔室的閥控制很容易。腔室和通道中的狀態(tài)改變被探測，而且流體的物理特性或速率可以從探測到的狀態(tài)變化和探測周期進行探測。因為探測裝置是可分離的，所以當閥單元的構件被替換時，探測裝置可以重復利用。
此外，根據(jù)這個實施例的流體控制薄片，控制對象可以簡單地從多個閥單元中確定，而且可以通過單獨使用單個激勵裝置、通過使用頻率來自由地分別進行控制。因為具有變化振幅的振動被施加到要控制的各個閥單元，所以可以通過改變振幅快速地調(diào)節(jié)開口。此外，控制容易而且準確，動態(tài)范圍變寬，脈動變小，而且響應很快。
包括至少一個閥單元的裝備閥的基底的預定區(qū)域具有的固有頻率不同于包括其它閥單元的裝備閥的基底的區(qū)域的固有頻率。因此，控制對象可以簡單地從裝備閥的基底的多個區(qū)域中確定，而且可以通過單獨使用單個激勵裝置、通過使用頻率來自由地分別進行控制。
因為閥元件的質(zhì)量、形狀、比重、和表面粗糙度，以及腔室的形狀和表面粗糙度至少一者被改變，所以固有振動可以簡單地進行改變。固有振動可以在沒有例如劃分裝備閥的基底和強度降低的情況下被改變。
提供了具有一個平行于振動方向的表面的固定部件，而且裝備閥的基底被安裝在固定部件的安裝表面上。因此，任何人都可以容易地執(zhí)行將激勵裝置組裝到裝備閥的基底上的操作。因為固定部件和裝備閥的基底彼此可以分離，所以當替換流體控制薄片的裝備閥的基底時，使用者可以重復地被利用激勵裝置，所以結構很經(jīng)濟。
振動的頻率或振幅被改變，而且閥元件的振幅通過變化的振動來改變，以改變出口的打開/關閉狀態(tài)或打開程度。因此，開口可以通過改變振動的頻率和/或振幅來快速地進行調(diào)節(jié)。此外，控制容易而且準確，動態(tài)范圍變寬，脈動變小，而且響應很快。
通過在預定頻率范圍內(nèi)改變頻率，來施加振動，而且在關閉時，利用頻率范圍外的頻率來實現(xiàn)或停止激勵。因此，閥單元的打開和關閉的控制可以只通過選擇頻率來簡單地實現(xiàn)。
通過在預定振幅范圍內(nèi)改變振幅，來施加振動，而且在關閉時，利用振幅范圍外的振幅來實現(xiàn)或停止激勵。因此，閥單元的打開和關閉的控制可以只通過選擇振幅來簡單地實現(xiàn)。
多個微型閥以這種方式被設置在裝備閥的基底中，即在振動學角度彼此分離，從而提供相互不同的固有頻率。因此，控制對象可以簡單地從多個閥單元中確定，而且可以通過單獨使用單個激勵裝置、通過使用頻率來自由地分別進行控制。
因為激勵裝置的振動方向和包括至少裝備閥的基底的結構主體的重心位置彼此一致，所以流體控制薄片中的振動分布變得均勻。
因為具有用來將裝備閥的基底固定到保持部件的三個或多個固定位置，所以即使流體控制薄片的硬度很小，振動的分布也可以通過三點支撐而變得均勻。
因為裝備閥的基底是可以分離的，所以當流體控制薄片的構件被替換時，保持部件可以重復利用。因為振動是從垂直于腔室中的流體流動方向的方向被施加的，所以可以最大程度地利用振動分量。此外，脈動和連續(xù)流動可以作為波形控制的一種形式被獲得。
在上述技術的基礎上可以對本發(fā)明進行許多修正和變化。因此要理解的是，在本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以除上面具體描述的內(nèi)容以外的方式被實施。
權利要求
1.一種閥單元，包括一個具有流體入口和出口的腔室；一個容納在所述腔室中的閥元件，其中，一個傾斜部分被設置在出口處，而且當所述腔室在所述閥元件因為所述腔室中的流體壓力而位于所述傾斜部分、并且關閉所述出口的狀態(tài)受到振動時，所述閥元件相對于所述傾斜部分移動，并且所述出口被打開。
2.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，當所述腔室受到振動時，所述閥元件在所述傾斜部分上滑動，同時所述出口被打開。
3.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，當所述腔室受到振動時，所述閥元件從所述傾斜部分跳起來，同時所述出口被打開。
4.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，所述閥元件一端的形狀是楔形、球形和圓錐形中的任一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，所述閥元件兩端中的各端的形狀是楔形、球形和圓錐形中的任一種，在所述腔室的所述入口和所述出口處形成一個傾斜部分，所述傾斜部分與所述閥元件接觸。
6.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，所述閥元件的形狀是球形，形成在所述腔室入口側的所述傾斜部分構成的角度小于形成在所述腔室出口側的所述傾斜部分構成的角度。
7.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，所述閥元件各端的形狀是楔形和圓錐形中任一種，所述閥元件輸入側一端的頂角小于其輸出側一端的頂角，而且形成在所述腔室入口側的傾斜部分構成的角度小于形成在所述腔室出口側的所述傾斜部分構成的角度。
8.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，還包括一個用來朝著所述腔室的所述出口推進所述閥元件的閥元件推進裝置，
9.根據(jù)權利要求8所述的閥單元，其中，所述閥元件推進裝置和所述閥元件中任一者是由磁性材料制成，并且受到兩者中另外一者的磁性力的吸引。
10.根據(jù)權利要求8所述的閥單元，其中，所述閥元件推進裝置是推進彈簧和彈性突出塊中之一。
11.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，來自所述出口的流體的流動通過振動的變化而形成連續(xù)流動和/或斷續(xù)流動。
12.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，通過以在用于移動所述閥元件的預定頻率范圍中改變頻率來振動所述腔室，來自所述出口的流體的流率被改變。
13.根據(jù)權利要求12所述的閥單元，其中，通過停止所述腔室的振動，或者通過利用在預定頻率范圍外的頻率來振動，所述出口被關閉。
14.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，通過在能移動所述閥元件的預定振幅范圍內(nèi)改變振幅、并通過振動所述腔室，來自所述出口的流體的流率被改變。
15.根據(jù)權利要求14所述的閥單元，其中，通過停止所述腔室的振動，或者通過利用在預定振幅范圍外的振幅來振動，所述出口被關閉。
16.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，在借助所述閥元件打開所述出口之前和之后的預定時期內(nèi)，通過利用高于在頻率范圍內(nèi)的主振動頻率的頻率振動所述腔室，或者通過利用高于在振幅范圍內(nèi)的主振動振幅的振幅振動所述腔室，促進所述閥元件的移動。
17.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，在借助所述閥元件打開所述出口之前和之后的預定時期內(nèi)，通過施加具有預定頻率和振幅的振動，減少所述閥元件和所述腔室內(nèi)壁之間的接觸摩擦力。
18.根據(jù)權利要求1所述的閥單元，其中，在借助所述閥元件關閉所述出口之前和之后的預定時期內(nèi)，通過給所述腔室施加具有預定頻率和振幅的振動，減少所述閥元件和所述腔室內(nèi)壁之間的接觸摩擦力。
19.一種閥單元，包括一個具有流體入口和出口的腔室；一個容納在所述腔室中的閥元件；和一個用來測量流體在通道中的兩個點之間的通行時間的探測裝置，所述通道包括所述腔室并通向所述入口和所述出口。
20.根據(jù)權利要求19所述的閥單元，其中，所述探測裝置被布置在一個位于所述腔室所述入口上游的位置上。
21.根據(jù)權利要求19所述的閥單元，其中，流體的流速和物理特性中一者通過所述探測裝置確定。
22.根據(jù)權利要求19所述的閥單元，其中，所述探測裝置是可分離的。
23.一種閥單元，包括一個具有流體入口和出口的腔室；和一個容納在所述腔室中的閥元件；其中，當施加到所述腔室的振動的頻率和/或振幅被改變時，所述出口的打開/關閉狀態(tài)之一以及其打開程度被改變，而且所述閥元件的振幅通過變化的振動來改變。
24.根據(jù)權利要求23所述的閥單元，還包括一個朝著所述腔室的所述出口推進所述閥元件的閥元件推進裝置。
25.根據(jù)權利要求23所述的閥單元，其中所述閥元件推進裝置和所述閥元件中任一者是由磁性材料制成，并且受到兩者中另外一者的磁性力的吸引。
26.一種閥單元，包括一個具有流體入口和出口的腔室；一個容納在所述腔室中的閥元件；和一個用來振動所述腔室的激勵裝置，其中，一個傾斜部分被設置在所述出口處，而且當所述腔室在所述閥元件因為所述腔室中的流體壓力而位于所述傾斜部分的狀態(tài)受到振動、并且通過由所述激勵裝置的振動而移動時，所述閥元件相對于所述傾斜部分移動，所述出口被打開。
27.根據(jù)權利要求26所述的閥單元，其中，所述激勵裝置在垂直于流體的流動方向的方向上振動所述腔室。
28.根據(jù)權利要求26所述的閥單元，其中，所述激勵裝置相對于所述腔室是可以分離的。
29.根據(jù)權利要求26所述的閥單元，其中，所述激勵裝置具有一個用于產(chǎn)生控制(振動)波形的驅動器。
30.一種閥單元，包括一個具有流體入口和出口的腔室；一個容納在所述腔室中的閥元件；用來振動所述腔室的激勵裝置；和一個用來驅動所述激勵裝置的驅動器，所述閥元件適合于通過由所述激勵裝置振動來打開和關閉所述腔室的所述出口，其中，通過改變施加到所述腔室的振動的頻率和/或振幅，并通過借助于變化的振動改變所述閥元件的振幅，所述激勵裝置改變所述出口的打開/關閉狀態(tài)之一以及其開口程度。
31.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，其中，通過振動的變化，來自所述出口的流體的流動形成連續(xù)流動和/或斷續(xù)流動。
32.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，其中，所述激勵裝置和所述驅動器之一是可以分離的。
33.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，其中，所述激勵裝置在主振動上疊加一個具有不同于主振動的頻率和振幅的頻率和振幅的振動。
34.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，其中，所述激勵裝置施加這樣一種振動，即，氣體不從所述出口被釋放，而且當所述腔室中充滿流體時，流體不會從所述腔室內(nèi)放出。
35.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，其中，氣體排放部分被設置在所述腔室的下游側通道中，從而液體不會滲透過所述氣體排放部分，而只有氣體滲透過所述氣體排放部分，并被放出。
36.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，還包括頭部出來探測裝置，用來在所述腔室充滿流體時，探測流體的頭部。
37.根據(jù)權利要求36所述的閥單元，其中，所述頭部出來探測裝置設置在一個位于所述腔室所述出口下游的位置上。
38.根據(jù)權利要求36所述的閥單元，其中，所述頭部出來探測裝置是基于振動探測裝置和光探測裝置的裝置之一。
39.根據(jù)權利要求36所述的閥單元，其中，所述頭部出來探測裝置是可以分離的。
40.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，還包括，一個狀態(tài)探測裝置，用來在所述腔室充滿流體時探測所述腔室中的狀態(tài)變化，而且從由所述狀態(tài)探測裝置探測到的所述腔室中的狀態(tài)變化，探測流體的物理特性和流速之一。
41.根據(jù)權利要求40所述的閥單元，其中，所述狀態(tài)探測裝置是用來探測振動的振動探測裝置和光探測裝置中之一。
42.根據(jù)權利要求40所述的閥單元，其中，所述狀態(tài)探測裝置是可以分離的。
43.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，其中，所述驅動器具有一個控制部分，用來控制所述激勵裝置的驅動波形，而且所述控制部分在由所述狀態(tài)探測裝置探測到的流體的流速和物理特性中之一的基礎上調(diào)節(jié)閥控制數(shù)據(jù)。
44.根據(jù)權利要求30所述的閥單元，其中，所述腔室是具有一微型閥的腔室，所述腔室的寬度在幾微米到幾百微米的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種閥單元和一種流體控制薄片，包括一個具有流體入口和出口的腔室(8)；一個容納在所述腔室中的閥元件(3)；一個用來將振動施加給閥腔室的壓電元件(4)和一個用來驅動所述壓電元件的驅動器，其中，所述壓電元件通過改變施加到所述閥腔室的振動的頻率和/或振幅，并通過借助于變化振動改變所述閥元件的振幅，來改變開口。
文檔編號F15C4/00GK1726348SQ20038010620
公開日2006年1月25日 申請日期2003年10月9日 優(yōu)先權日2002年10月16日
發(fā)明者竹田雅俊, 中野健一, 山內(nèi)和博 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社