CN1840947A

CN1840947A - 全浮动膜片微单向阀及其加工方法

Info

Publication number: CN1840947A
Application number: CN 200510046135
Authority: CN
Inventors: 刘温
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-04

Abstract

本发明属于微液体系统技术领域，具体涉及一种全浮动膜片微单向阀及其加工方法。它是由一个、两个或多个阀体零件装配而成的阀体和在阀体中自由浮动的一片或多片膜片组成，阀体的阀腔内壁上设有与膜片配合可以阻止或利于流体的通过、控制流体流向的相应结构，从而控制流体的流向。其加工方法为：阀体和浮动膜片采用热压、注塑成型、电镀沉积、冲压、切削加工、粉末冶金、快速成型技术、薄膜加工技术、阴极溅射技术、硅加工技术之一或其组合进行加工；浮动膜片采用自动或手工置入阀体中。本发明具有效率高、寿命长、结构简化、造价低的优点。

Description

全浮动膜片微单向阀及其加工方法

技术领域

本发明属于微流体系统技术领域，具体涉及一种全浮动膜片微单向阀其加工方法。

背景技术

微流体系统是微系统内继微机电系统、微光电系统的另一重要分支。在工程领域中最重要的能量、信号及物质在微系统内的传递，可以以此三种系统来实现。依能量的不同形式，其传递可由微电子系统、微光学系统、微机械系统及微流体系统解决；信号可以由微电子系统与微光学系统传递；而物质在微系统内的运输，目前而言，只能由微流体系统完成。这与自然界中相似，生物体内物质的运输也是通过流体来实现的。因此在微系统及纳米技术的实用化及产业化过程中，微流体技术将起越来越重要的作用。

作为微流体系统中的重要控制元件，微单向阀是微系统领域研究的热点。迄今为止微单向阀的流向控制均由部分或整体固定于阀体上的膜片来实现，其中一种形式如图1a-b所示，带孔膜片1固定于阀体上，在膜的一面有阀座2，出口4在膜的另一面，进口5在阀座同侧。当流体将膜片压向阀座方向(反向流动趋势3)时，阀处于关闭状态；当流体将膜片推离阀座方向(正向流动趋势6)时，阀处于开启状态。此种结构不适于气液混合流体通过且所需开启关闭压力较大，极大地影响了系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流体系统中的流向控制元件，即全浮动膜片微单向阀其加工方法。它以全浮动膜片为特性，具有极小的开启关闭压力和极好的动态性能。

本发明的技术方案如下：

全浮动膜片微单向阀，它是由一个、两个或多个阀体零件装配而成的阀体和在阀体中自由浮动的一片或多片膜片组成，阀体的阀腔内壁上设有与膜片配合可以阻止或利于流体的通过、控制流体流向的相应结构。

全浮动膜片微单向阀可以由下阀体、上阀体和浮动膜片构成，浮动膜片被置入上阀体或下阀体，另一阀体以粘接或焊接，或以机械方式连接，以形成完整的阀体。

所述下阀体与上阀体连接方式为激光焊接、微波焊接、扩散焊接、摩擦焊接、射频焊接、超声波焊接、或硅阳极键合一种或几种的组合。

所述浮动膜片上带有微孔道或微沟槽结构，自由浮动于阀腔内。

在阀腔内壁进口一侧为与膜配合可阻挡流体通过的结构，该结构为一光滑平面，或同心的圆形、方形或其他形状的封闭凹陷或凸起结构，或以点阵形式排列的圆形、方形或其他形状的凹点。

在阀腔内壁出口一侧设有凸起结构，该凸起结构为圆形、方形或其他形状的凸起，凸起之间形成的流道允许流体通过；或在阀腔内壁出口一侧设有不能被膜完全覆盖的通向阀腔内壁出口的凹槽；或将阀腔内壁出口偏置使其不能被膜覆盖，使膜不能阻碍流体通过。

所述阀体、和浮动膜片采用高分子材料、金属、陶瓷或硅之一或任意组合。

所述高分子材料为聚四氟乙烯、聚丙烯或其他高分子材料；所述金属为钛、镍、金或其他金属材料。

本发明阀体和浮动膜片采用热压、注塑成型、电镀沉积、冲压、切削加工、粉末冶金、快速成型技术、薄膜加工技术、阴极溅射技术、硅加工技术之一或其组合进行加工；浮动膜片采用自动或手工置入阀体中。

本发明可以采用真空、静电、表面张力、气流、液体或超声波辅助措施置入浮动膜片。

采用上述结构，给本发明带来以下优点：

1、本发明全浮动膜片微单向阀在阀体内自由浮动的膜片与在阀腔内壁上的相应结构配合可以阻止或利于流体的通过，从而控制流体的流向。由于膜片与阀腔没有固定的机械连接，阀的开启与封闭压力极小，动态性能提高，对干扰微流体系统工作的流体中的气泡有较好的通过性；与目前应用的微阀相比可以提高微流体系统整体性能。因而具有效率高、寿命长、结构简化、造价降低的优点。

2、本发明全浮动膜片微单向阀可以用于微流体控制，彻底地避免了背景技术中的上述缺点，为提高微流体系统的性能提供了条件。

附图说明

图1a-b为现有技术中微单向阀原理图。其中，图1a为阀关闭状态；图2b为阀开启状态。

图2a-b为本发明全浮动膜片微单向阀原理图。其中，图1a为阀关闭状态；图2b为阀开启状态。

图3为本发明全浮动膜片微单向阀结构示意图。

图中，1带孔膜片；2阀座；3反向流动趋势；4出口；5进口；6正向流动趋势；7浮动膜片；8凸起结构；9阀腔内壁出口；10阀腔内壁进口；11下阀体；12上阀体。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明的实现：

如图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，或金属，如钛、镍、金或其它金属，或其它材料，如陶瓷或硅，或上述材料的任意组合，加工制成的一片或多片浮动膜片7，其上带有或不带有微孔道或微沟槽结构，自由浮动于阀腔(阀体形成的内腔)内。在阀腔内壁进口10一侧有结构，如一光滑平面，或同心的圆形，方形或其他形状的封闭凹陷或凸起结构，或以点阵形式排列的圆形，方形或其他形状的凹点，与膜配合可阻挡流体的通过。在阀腔内壁出口9一侧有凸起结构8，如圆形，方形或其他形状的凸起，凸起之间形成的流道允许流体通过，或不能被膜完全覆盖的通向阀腔内壁出口9的凹槽，或将阀腔内壁出口9偏置使其不能被膜覆盖，使膜不能阻碍流体通过。当流体将膜片压向阀腔内壁进口10一侧(反向流动趋势3)时，阀处于关闭状态；当流体将膜片压向阀腔内壁出口9和凸起结构8方向(正向流动趋势6)时，阀处于开启状态。

参见图3，本发明微单向阀由下阀体11、上阀体12和浮动膜片7构成，此3个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，或金属，如钛、镍、金或其它金属，或其它材料，如陶瓷或硅，或上述材料的任意组合，以微加工技术或常规加工技术，如热压、注塑成型、电镀沉积、冲压、切削加工、粉末冶金、快速成型技术、薄膜加工技术、阴极溅射技术、硅加工技术或其它加工技术制成。

浮动膜片7可被自动或手工置入上阀体11或下阀体12中，利用或不利用一些辅助措施，如真空、静电、表面张力、气流、液体、超声波或其它有助于置入膜片的措施。

浮动膜片7被置入上阀体11或下阀体12后，另一阀体可以以粘接、焊接，如激光焊接、微波焊接、扩散焊接、摩擦焊接、射频焊接、超声波焊接、硅阳极键合或其它焊接技术，或以机械方式连接于其上，以形成完整的阀体。

Claims

1、全浮动膜片微单向阀，其特征在于：它是由一个、两个或多个阀体零件装配而成的阀体和在阀体中自由浮动的一片或多片膜片组成，阀体的阀腔内壁上设有与膜片配合可以阻止或利于流体的通过、控制流体流向的相应结构。

2、根据权利要求1所述的全浮动膜片微单向阀，其特征在于：由下阀体(11)、上阀体(12)和浮动膜片(7)构成，浮动膜片(7)被置入上阀体(11)或下阀体(12)，另一阀体以粘接或焊接，或以机械方式连接，以形成完整的阀体。

3、根据权利要求2所述的全浮动膜片微单向阀，其特征在于：所述下阀体(11)与上阀体(12)连接方式为激光焊接、微波焊接、扩散焊接、摩擦焊接、射频焊接、超声波焊接、或硅阳极键合一种或几种的组合。

4、根据权利要求1或2所述的全浮动膜片微单向阀，其特征在于：所述浮动膜片上带有微孔道或微沟槽结构，自由浮动于阀腔内。

5、根据权利要求1或2所述的全浮动膜片微单向阀，其特征在于：在阀腔内壁进口一侧为与膜配合可阻挡流体通过的结构，该结构为一光滑平面，或同心的圆形、方形或其他形状的封闭凹陷或凸起结构，或以点阵形式排列的圆形、方形或其他形状的凹点。

6、根据权利要求1或2所述的全浮动膜片微单向阀，其特征在于：在阀腔内壁出口一侧设有凸起结构，该凸起结构为圆形、方形或其他形状的凸起，凸起之间形成的流道允许流体通过；或在阀腔内壁出口一侧设有不能被膜完全覆盖的通向阀腔内壁出口的凹槽；或将阀腔内壁出口偏置使其不能被膜覆盖，使膜不能阻碍流体通过。

7、根据权利要求1或2所述的全浮动膜片微单向阀，其特征在于：所述阀体、和浮动膜片采用高分子材料、金属、陶瓷或硅之一或任意组合。

8、根据权利要求1或2所述的全浮动膜片微单向阀，其特征在于：所述高分子材料为聚四氟乙烯、聚丙烯或其他高分子材料；所述金属为钛、镍、金或其他金属材料。

9、根据权利要求1或2所述的全浮动膜片微单向阀的加工方法，其特征在于：所述阀体和浮动膜片采用热压、注塑成型、电镀沉积、冲压、切削加工、粉末冶金、快速成型技术、薄膜加工技术、阴极溅射技术、硅加工技术之一或其组合进行加工；浮动膜片采用自动或手工置入阀体中。

10、根据权利要求9所述的全浮动膜片微单向阀的加工方法，其特征在于：采用真空、静电、表面张力、气流、液体或超声波辅助措施置入浮动膜片。