专利名称：微型泵的挠性元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过显微机械加工获得的微型泵，它们适合借助诸如压电元件之类的致动器来激活。
背景技术：
此类设备在国际专利申请W02006/056967中有特别的描述。这些设备一般采取叠层的形式，即支撑板、充当挠性薄膜的中间层、增压室和堵、板，增压室例如借助支撑板与外部相通。部分薄膜被固定在位于设备外面的压电元件上。这两个元件之间的连接借助至少一个元件提供，例如通过显微机械加工在支撑板中产生的一个块(block)。
发明内容
本发明提出要解决的问题在于难于在薄膜和激活时变形的致动器之间提供有效的连接。就本发明而言，上述问题的解决方案在于采取叠层形式的微型泵，依次包括支撑板、充当挠性薄膜的中间层、增压室和堵板，所述增压室，例如经由支撑板，与微型泵的外部相通，所述薄膜被固定在位于微型泵外面的致动器上，所述连接经由贯穿支撑板的通道来实现。致动器可以选自于双晶压电致动器、多晶压电致动器、双晶热致动器和形状记忆合金梁(beams)。虽然其外形尺寸较小，但是这类致动器可以施加较强的力，通常约为0. IN到IOON0此外，这类致动器可以沿着非直线轨迹，例如圆弧，产生小幅的移动。轨迹的长度可以小于1mm。本发明的特征在于所述薄膜借助至少一个条形的元件被固定在致动器上，该条形元件沿着其主轴线是刚性的，而在垂直于其主轴线的方向上是挠性的。所述刚性能将致动器的力转换成薄膜的线性运动，同时所述挠性为该力提供横向传递。致动器优选为双晶压电致动器板。该致动器最好具有固定端和自由端，后者以悬臂方式设置在所述通道的出口处。所述条的其中一个端部被固定到所述自由端上。所述条优选被粘到压电元件上。在本发明的变型中，所述条与所述薄膜直接接触。在该结构中，所述条优选被粘到薄膜上。为了增强粘性，所述条的被固定到薄膜上的端部优选包括孔，或者具有锯齿状的轮廓。所述条可以由能实现目标的任何材料构成。它最好是不锈钢。
根据本发明的一个实施方式，压电元件包括位于所述固定端附近的电触点。特别有利的结构在于将微型泵固定到刚性部件上，压电元件的所述固定端也被固定到该刚性部件上。构成该组件的元件从而形成闭环。然而在这些元件的组装过程中，可能会发生几何形状的变化或者对准缺陷，如此累积的话，在实施最后安装时，会导致无法接受的错误或者过大的控制误差(hyperstatism)。在此情况下，微型泵的薄膜和挠性元件的粘合优选最后实施。这样，这两个元件被该环的其他元件和固定件(fixings)固定在它们的相对位置。最后固定(例如胶合)它们从而能使几何形状的变化被吸收，并且通过 定该相对位置阻止过大的控制误差。
下面将通过由以下附图展示的各实施例更详细地描述本发明图I展示了一种可以用在本发明的范围内的微型泵。图2表示本发明的变型实施方式。图3表不条固定到薄膜的一种方式。以下的参考数字被用在本申请中I.支撑板2.挠性薄膜3.堵板4.增压室5.压电元件6.条7.通道8.压电元件的固定端9.压电元件的自由端10.条的上端部11.刚性部件12.底板13.传输块14.条的下端部15.电触点
具体实施例方式图I中所示的微型泵由优选为硅的和玻璃的元件形成。它通过本身已知的显微机械加工技术来生产。它特别包括玻璃的底板12、硅的支撑板I、硅的挠性薄膜2、增压室4和玻璃的堵板3，增压室4被限定在薄膜2和堵板3之间。这种泵的结构与操作的更详细的说明见美国专利US5，758，014。压电元件5 (图I中未显示)被固定到在支撑板3中机械加工出的传输块13上。
图2是本发明的变型的剖面示意图。施加到压电元件5的固定端8的电压诱发其收缩，该收缩反映在其自由端9的圆形动作上。因此压电元件5的最大位移发生在其自由端9。许多电触点15如此设置，即通过施加电压到它们中的每一个上，移动要么发生在一个方向上，要么在另一个方向上，和/或增大移动。压电元件的自由端9被附着到沿垂直方向布置在圆柱形通道7内的条6的上端部10。因此，由不锈钢构成的条6例如具有水平的(横向的)挠性。因此，当水平力作用在它上面时，它可以在这个方向上移动，在本例中，水平力是通过压电元件5产生的。在这里应当指出，现有技术中的系统通过使各部件与转动相结合，吸收了枢轴点处的水平荷载。
本发明主要在于用容易水平变形的条作连接元件6。此外，条6沿其主轴线有足够的刚性和强度，足以将压电元件的动作传递到薄膜2。图2中所示的变型具有如下特征a) 一台微型泵被固定到刚性部件11上。b)随着条6的动作吸出或者排出流体。c)电触点15被设置在压电元件5的固定点8附近。d)挠性条6被固定到压电元件5的端部9和薄膜2上。当电压被施加到压电元件5的其中一个触点上时，电压引起收缩，收缩反映在角运动上，最大的动作发生在压电元件5的自由端9处。e)由压电元件5诱发的动作拉着或者推着条6沿着一根垂直轴运动；非垂向的运动被条6的变形所吸收。f)条6的一个端部14被粘到薄膜2 (参见图3)，另一个端部10被粘到压电元件5。g)条6的材料优选为0. 05毫米厚的不锈钢。它被切割和弯曲成形。h)为了在条6和薄膜2之间获得良好的粘着，在条的相关端裁剪出凹槽(形成锯齿状)(参见图4，在垂直于其他图的平面的平面中，它表示条6的下端部)。i)压电元件5优选为具有三个电触点的双晶致动器板。j)刚性部件11受到因压电元件5的变形而传来的力。为了确保泵的正确操作有足够的刚度，刚性部件11优选用陶瓷制造。k)薄膜2很灵敏；与条6的连接优选由一滴胶水产生，各部件之间的安全距离可防止薄膜2损坏。刚性部件的厚度或者条的长度上的变化由刺入那滴胶水中的或多或少的深度补偿。I)条6被做成合适的大小，并且有足够的刚性，足以推拉薄膜2，而且如果因堵塞导致的超压力产生较大的力，在弹性极限内还可以通过弯折(buckling)而充分变形；这可防止泵损坏。不言而喻，本发明并不局限于上述实施例。
权利要求
1.ー种采用叠层形式的微型泵，依次包括挠性薄膜(2)、增压室(4)和堵板(3)，所述增压室(4)与外部相通，例如经由挠性薄膜(2);所述薄膜(2)被进ー步固定在位于微型泵外面的致动器(5)上，其特征在于所述薄膜(2)借助至少ー个采用条(6)形式的元件被固定在致动器(5)上，条(6)沿着其主轴线是刚性的，而在垂直于其主轴线的方向上是挠性的。
2.如权利要求I所述的微型泵，其中致动器(5)是双晶压电致动器或者多晶压电致动器。
3.如权利要求I所述的微型泵，其中致动器(5)是双晶热致动器。
4.如权利要求I所述的微型泵，其中致动器(5)是形状记忆合金。
5.如上述权利要求中任一项所述的微型泵，被固定到刚性支承板(11)上。
6.如上述权利要求中任一项所述的微型泵，其中致动器(5)具有固定端(8)和自由端(9)，后者被设置在距所述薄膜(2) —定距离处，条(6)的一个端部(10)被固定到所述自由端(9)上。
7.如前项权利要求所述的微型泵，其中条(6)被粘到致动器(5)上。
8.如权利要求6或者权利要求7所述的微型泵，其中条(6)与薄膜(2)直接接触。
9.如权利要求8所述的微型泵，其中条(6)被粘到薄膜(2)上。
10.如权利要求9所述的微型泵，其中条(6)的被固定到薄膜(2)上的端部(14)具有锯齿状轮廓，以增强粘着。
11.如上述权利要求中任一项所述的微型泵，其中条(6)是不锈钢的。
12.如权利要求2-11中任一项所述的微型泵，其中致动器(5)包括位于所述固定端(8)附近的电触点(15)。
13.如前项权利要求所述的微型泵，其中致动器(5)是多晶致动器板。
14.如权利要求5-13中任一项所述的微型泵，其中致动器(5)具有固定到所述刚性支承板(11)上的固定端(8)。
15.如权利要求9和14所述的微型泵，其中即使各部件的尺寸因其制造而有变化，并且即使它们的相对位置在组装过程中有变化，条(6)也不与薄膜(2)直接接触。
16.如权利要求15所述的微型泵，其中条(6)和薄膜(2)之间的空间充满胶水。
全文摘要
一种采用叠层形式的微型泵，依次包括挠性薄膜(2)、增压室(4)和堵板(3)，所述增压室(4)与外部相通，例如经由挠性薄膜(2)；所述薄膜(2)被进一步固定在位于微型泵外面的致动器(5)上，其特征在于所述薄膜(2)借助至少一个采用条(6)形式的元件被固定在致动器(5)上，条(6)沿着其主轴线是刚性的，而在垂直于其主轴线的方向上是挠性的。
文档编号F04B43/04GK102667158SQ201080048311
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年12月7日
发明者埃里克·查佩尔, 尼克劳斯·施尼博格 申请人:生物技术公司