JP6843416B1 - エレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1、特許出願公開第CN105715865B号特許文献に開示されている技術解決手段では、電磁的吸引力及び反発力により流路の閉鎖と開放を制御し、電磁調整の精度が制限され、一般には、開放または閉鎖の2つの状態のみであり、閉鎖・開放の線形制御程度を実現できず、流路の液体流量を多様化制御する作用がないため、電磁によりマイクロバルブを制御すると、動的応答が悪く、制御精度が低く、コストが高く、使用回数が多くなったら、弁体に一定の損傷を与えることにより流動効率を低下させる。
2、特許出願公開第CN107120474A号特許文献に開示されている技術解決手段では、光駆動液滴によりマイクロバルブ制御の方式、その光感受性液滴の光に対する感度は、温度変化による変化、適用性が悪く、光照射強度に対する要求が高く、光感受性液滴の材質の変形量の選択範囲が小さく、複数の要素の組み合わせによるそのマイクロバルブの制御があまり正確ではない。
前記マイクロバルブ制御機構は、前記連通口の下端に配置された前記連通口を閉鎖・開放するための弾性ダイヤフラムと、前記弾性ダイヤフラムを駆動して、前記キャビティ側壁を巡って揺動させるエレクトロウェッティング駆動機構と、を備える。
動作時、まず、液体が液体注入口から弁体のキャビティに流入し、キャビティ内の液体が閉塞ホルダの遮断を受け、連通口に案内され、その後、連通口を流れてキャビティ底部に流入し、最後に液体排出口から流出する。連通口の閉鎖・開放を制御する具体的な過程は、
連通口を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構通電、弾性ダイヤフラムを駆動してその弾力を克服し、キャビティ側壁を巡って上向きに回転させ、弾性ダイヤフラムの回転に伴って、連通口の通径は徐々に減少し、キャビティ内の液体の流速も徐々に遅くなり、弾性ダイヤフラム末端が閉塞ホルダに当接するまで弾性ダイヤフラムを上向きに回転させ続けると、連通口閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構逆動作、弾性ダイヤフラムは、自身の弾性力と液体の圧力下で、キャビティ側壁に沿って下向きに回転させ、連通口は徐々に開放し、キャビティの液体流速も徐々に大きくなり、最後に弾性ダイヤフラムを元の位置に戻す。これによって、連通口を完全に開放させ、液体注入口と液体排出口との連通を実現することである。
2、本発明では、エレクトロウェッティング駆動機構により弾性ダイヤフラムを駆動して連通口の開放・閉鎖を実現し、複雑な機械構造がなく、構造設計が簡単で、作業中に各部品の摩耗を招くこともなく、部品の損傷を効果的に防止し、マイクロバルブの使用寿命、信頼性を向上させる。
3、本発明では、複雑な機械的構造が不要となるので、マイクロバルブの体積をさらに縮小することができ、マイクロバルブ体積に対してより多くの高要求領域に適用することができ、適応性が強く、操作プロセスも簡単で、比較的に容易に実現できる。
図1〜図4に示すように、弁体1と、弁体1上端に配置された液体注入口2と、弁体1下端に配置された液体排出口3とを含み、前記弁体1には、キャビティ1-1が設けられ、前記液体注入口2は、前記キャビティ1-1上端に連通され、前記液体排出口3は、前記キャビティ1-1下端に連通されているエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置であって、前記キャビティ1-1中部には、液体を遮断するための閉塞ホルダ4が設けられ、前記閉塞ホルダ4と前記キャビティ1-1内壁との間には、連通口5が設けられ、前記連通口5には、前記連通口5の閉鎖・開放を制御するためのマイクロバルブ制御機構が設けられている。ここで、前記マイクロバルブ制御機構は、前記連通口5の下端に配置された前記連通口5を閉鎖・開放するための弾性ダイヤフラム6と、前記弾性ダイヤフラム6を駆動して、前記キャビティ1-1側壁を巡って揺動させるエレクトロウェッティング駆動機構7と、を備える。
動作時、まず、液体が液体注入口2から弁体1のキャビティ1-1に流入し、キャビティ1-1内の液体が閉塞ホルダ4の遮断を経て、キャビティ1-1内の液体を連通口5に案内され、その後、連通口5を流れてキャビティ1-1底部に流入し、最後に液体排出口3から流出する。連通口の閉鎖・開放を制御する具体的な過程は、
連通口5を閉鎖する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構7通電、弾性ダイヤフラム6を駆動してその弾力を克服し、キャビティ1-1側壁を巡って上向きに回転させ、弾性ダイヤフラム6の回転に伴って、連通口5の通径は徐々に減少し、キャビティ1-1内の液体の流速も徐々に遅くなり、弾性ダイヤフラム6末端が閉塞ホルダ4に当接するまで弾性ダイヤフラム6を上向きに回転させ続けると、連通口5閉鎖、液体の流通の遮断を達成している。開放する必要がある場合には、エレクトロウェッティング駆動機構7逆動作、弾性ダイヤフラム6は、自身の弾性力と液体の圧力下で、キャビティ1-1側壁に沿って下向きに回転させ、連通口5は徐々に開放し、キャビティ1-1の液体流速も徐々に大きくなり、最後に弾性ダイヤフラム6を元の位置に戻す。これによって、連通口5を完全に開放させ、液体注入口2と液体排出口3との連通を実現することである。
本実施例が実施例1と異なる点は、前記閉塞ホルダ4が「↑」状であり、他の部分は、同じである。本構成の利点は、キャビティ1-1の液体をキャビティ1-1の両側の連通口5により速くドレナージすることができることである。
Claims (10)
- 弁体と、弁体上端に配置された液体注入口と、弁体下端に配置された液体排出口とを含み、前記弁体には、キャビティが設けられ、前記液体注入口は、前記キャビティ上端に連通され、前記液体排出口は、前記キャビティ下端に連通されているエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置であって、前記キャビティ中部には、液体を遮断するための閉塞ホルダが設けられ、前記閉塞ホルダと前記キャビティ内壁との間には、連通口が設けられ、前記連通口には、前記連通口の閉鎖・開放を制御するためのマイクロバルブ制御機構が設けられ、ここで、
前記マイクロバルブ制御機構は、前記連通口の下端に配置された前記連通口を閉鎖・開放するための弾性ダイヤフラムと、前記弾性ダイヤフラムを駆動して、前記キャビティ側壁を巡って揺動させるエレクトロウェッティング駆動機構と、を備えるエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。 - 前記エレクトロウェッティング駆動機構は、前記弾性ダイヤフラムの下方に配置された液滴と、前記キャビティの底部に配置され、前記液滴を駆動させるエレクトロウェッティング駆動回路とを備え、前記エレクトロウェッティング駆動回路の上には、一層の疎水層が設けられ、前記液滴は、前記疎水層の上に移動する、ことを特徴とする請求項1に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 前記閉塞ホルダは、「T」字状を呈し、前記閉塞ホルダの下端は、前記キャビティ底部に固定接続され、該閉塞ホルダの両端と前記キャビティ内壁との間には、2つの前記連通口がそれぞれ形成され、各前記連通口には、いずれも前記マイクロバルブ制御機構が設けられている。前記液体排出口は2つであり、2つの前記連通口にそれぞれ連通されている、ことを特徴とする請求項2に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 前記「T」字状の閉塞ホルダの両側末端には、いずれも下向き傾斜の傾斜部が設けられている、ことを特徴とする請求項3に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 前記弁体の両側には、前記液滴を前記疎水層に搬送する搬送通路が設けられ、前記搬送通路は、連通孔を介して前記キャビティに連通されている、ことを特徴とする請求項4に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 前記エレクトロウェッティング駆動回路は、回折格子軌道電極である、ことを特徴とする請求項5に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 前記回折格子軌道電極と前記疎水層との間には、一層の保護膜が設けられている、ことを特徴とする請求項6に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 前記保護膜は、ポリテトラフルオロエチレン膜である、ことを特徴とする請求項7に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 前記疎水層はポリパーフルオロエチレンプロピレン膜である、ことを特徴とする請求項2乃至8のいずれか1項に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
- 液体注入マイクロ通路が設けられ、下端には、液体排出マイクロ通路が設けられ、前記液体注入マイクロ通路は、前記液体注入口に連通され、前記液体排出マイクロ通路は、前記液体排出口に連通されている、ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のエレクトロウェッティングによる液滴駆動マイクロバルブ制御液体流通装置。
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