微型液力壓電開關(guān)閥的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種微型液力壓電開關(guān)閥,由壓電振子、儲液腔、驅(qū)動孔、柔性閥堵、閥孔、入口、出口、流道和驅(qū)動液組成，其中壓電振子設(shè)在儲液腔的上部或下部，儲液腔的上部或下部或腔壁上開設(shè)有與儲液腔相連的驅(qū)動孔，柔性閥堵設(shè)在驅(qū)動孔上并與閥孔相配合，壓電振子、儲液腔和柔性閥堵共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液。本實(shí)用新型利用液力間接控制閥的開關(guān)，能夠充分利用壓電晶片的整體變形，具有響應(yīng)速度快、截止性好、截止壓力高、泄漏率低，易于加工制造的優(yōu)點(diǎn)。而且可利用導(dǎo)液管將閥的壓電驅(qū)動部分與流體控制部分分離，安裝形式靈活。
【專利說明】微型液力壓電開關(guān)閥
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)閥，特別涉及一種微型液力壓電開關(guān)閥。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微型閥是微流體控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，按驅(qū)動源的有無可分為被動閥與主動閥。被動閥屬于單向閥，只能單向?qū)?，不適用于需要雙向流通與截止的場合。主動閥由于可以主動控制閥的開閉，并可雙向截止，因而具有獨(dú)特的優(yōu)勢。微型主動閥的種類很多，按驅(qū)動方式的不同可以分為壓電閥、熱力閥、靜電閥、電磁閥、記憶合金閥等。壓電閥在眾多設(shè)計方案中都公開過，例如CN 101755157A, CN 1391639A, CN 1354335A, CN101573548A。利用壓電晶片直接控制閥孔的開閉，可以使壓電閥的結(jié)構(gòu)更加緊湊，易于實(shí)現(xiàn)微型化，但由于壓電晶片變形微小，在工作過程中又僅利用了壓電晶片的局部變形，因此對壓電晶片的平面度與裝配精度要求較高，增加了制造成本。為了獲得較大的變形，通常采用壓電疊堆并輔之以位移放大機(jī)構(gòu)來構(gòu)造壓電閥，但厚度不易縮減，不利于實(shí)現(xiàn)微型化。也有學(xué)者提出液力膜式位移放大機(jī)構(gòu)的壓電閥，可以將位移放大機(jī)構(gòu)的體積壓縮到最低，但由于所采用的平面膜其表面張力和回彈力較大，造成該閥的截止和通流能力不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型提供一種微型液力壓電開關(guān)閥，目的是在保證壓電閥體積微型化的前提下，降低現(xiàn)有微型壓電閥對壓電晶片的平面度和裝配精度的要求，并最大限度地發(fā)揮壓電晶片的驅(qū)動能力，提升微型壓電閥的截止和通流能力，使微型壓電閥的產(chǎn)品化和大批量生產(chǎn)成為可能。
[0004]本實(shí)用新型所述的微型液力壓電開關(guān)閥是由壓電振子、儲液腔、驅(qū)動孔、柔性閥堵、閥座、閥孔、入口、出口、流道和驅(qū)動液組成。其中壓電振子設(shè)在儲液腔的上部或下部，儲液腔的上部或下部或腔壁上開設(shè)有與儲液腔相連的驅(qū)動孔，柔性閥堵設(shè)在驅(qū)動孔上并與閥孔相配合，壓電振子、儲液腔和柔性閥堵共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液，儲液腔底部與閥座固定連接并完全密封，使入口、出口、閥孔及流道可構(gòu)成連續(xù)的過流通道。
[0005]壓電振子設(shè)有一個或數(shù)個，由壓電晶片與金屬基板同心粘接而成。
[0006]儲液腔設(shè)有一個或數(shù)個,設(shè)有數(shù)個儲液腔時，數(shù)個儲液腔疊加設(shè)置，各個儲液腔的內(nèi)腔相貫通。
[0007]閥孔能夠連接一導(dǎo)液管，柔性閥堵設(shè)在導(dǎo)液管的出口處，導(dǎo)液管與儲液腔的內(nèi)腔相連通，柔性閥堵與導(dǎo)液管之間密封。
[0008]柔性閥堵為半球面型或波紋管狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為彈性材料。
[0009]本實(shí)用新型的工作原理:
[0010]請參閱圖1、圖2和圖3所示:
[0011]圖1為柔性閥堵在液體流動通道自然關(guān)閉狀態(tài)示意圖；
[0012]圖2為柔性閥堵在液體流動通道強(qiáng)制開啟狀態(tài)示意圖；[0013]圖3為柔性閥堵在液體流動通道強(qiáng)制關(guān)閉狀態(tài)示意圖；
[0014]儲液腔內(nèi)充滿驅(qū)動液，封裝時確保儲液腔內(nèi)有一定的初始壓力，因此無外加電壓作用時柔性閥堵處于擴(kuò)張狀態(tài)，其端部的球形隆起緊貼閥孔，所形成的良好密封保證了閥的常閉特性。當(dāng)外加電壓與壓電晶片的極化方向一致時壓電振子產(chǎn)生變形，儲液腔內(nèi)的驅(qū)動液被拉伸，迫使柔性閥堵收縮，此時壓電晶片通過驅(qū)動液將全部變形的作用都反映在柔性閥堵上，若壓電振子的面積與柔性閥堵的截面積之比為n，由于驅(qū)動液的不可壓縮性，則柔性閥堵此時的收縮幅度近似為壓電振子所產(chǎn)生的平均位移的η倍，故柔性閥堵將大幅度離開與之配合的閥孔，使入口、出口、閥孔和流道完全連通，閥處于開啟狀態(tài)。當(dāng)外加電壓與壓電晶片的極化方向相反時驅(qū)動液被進(jìn)一步壓縮，此時柔性閥堵所產(chǎn)生的大幅度擴(kuò)張趨勢將使其與閥孔的密封性進(jìn)一步加強(qiáng)，可使閥在更高的壓差下保持截止性。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]利用液體間接控制閥的開閉，制造精度要求不高，簡單實(shí)用，能夠進(jìn)行大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低；柔性閥堵和閥孔密封效果好，柔性閥堵的截止性好、截止壓力高、泄漏率低；可利用導(dǎo)液管將壓電驅(qū)動部分與流體控制部分分離，安裝形式靈活；能夠利用液力傳動無滯后的優(yōu)勢，充分發(fā)揮壓電晶片響應(yīng)速度快的特點(diǎn)；能夠充分利用壓電晶片的整體變形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為柔性閥堵在液體流動通道自然關(guān)閉狀態(tài)示意圖。
[0018]圖2為柔性閥堵在液體流動通道強(qiáng)制開啟狀態(tài)示意圖。
[0019]圖3為柔性閥堵在液體流動通道強(qiáng)制關(guān)閉狀態(tài)示意圖。
[0020]圖4為實(shí)施例一示意圖。
[0021]圖5為實(shí)施例二示意圖。
[0022]圖6為實(shí)施例三示意圖。
[0023]圖7為實(shí)施例四示意圖。
[0024]圖8為實(shí)施例五示意圖。
[0025]圖9為實(shí)施例六示意圖。
[0026]1、壓電振子 2、儲液腔 3、驅(qū)動液4、驅(qū)動孔 5、柔性閥堵 6、入口7、閥孔8、閥座9、流道10、出口 11、導(dǎo)液管。
【具體實(shí)施方式】
[0027]請參閱圖1、圖2和圖3所示:
[0028]本實(shí)用新型所述的微型液力壓電開關(guān)閥是由壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4、柔性閥堵5、入口 6、閥孔7、閥座8、流道9、出口 10組成。其中壓電振子I設(shè)在儲液腔2的上部或下部，儲液腔2的上部或下部或腔壁上開設(shè)有與儲液腔2相連的驅(qū)動孔4，柔性閥堵5設(shè)在驅(qū)動孔4上并與閥孔7相配合，壓電振子1、儲液腔2和柔性閥堵5共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液3，儲液腔2底部與閥座8固定連接并完全密封，使入口 6、出口 10、閥孔及流道9構(gòu)成可連續(xù)的過流通道。
[0029]本為了方便論述，將本實(shí)用新型分為兩部分:壓電驅(qū)動部分和閥體部分。閥體部分包括:閥孔7、閥座8、入口 6、流道9和出口 10。壓電驅(qū)動部分包括:壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4和柔性閥堵5。閥體部分主要提供柔性閥堵的開關(guān)通道，結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)需要調(diào)整，其關(guān)鍵點(diǎn)在于閥孔和柔性閥堵配合時的密封性。壓電驅(qū)動部分的關(guān)鍵在于柔性閥堵5的結(jié)構(gòu)形式和壓電振子I的布置方式。
[0030]微型液力壓電開關(guān)閥壓電驅(qū)動部分的具體實(shí)施例如下所述:
[0031]實(shí)施例一、請參閱圖4所示:
[0032]一種微型液力壓電開關(guān)閥的壓電驅(qū)動部分是由壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4和柔性閥堵5組成，其中壓電振子I設(shè)在儲液腔2的上部，儲液腔2右側(cè)的腔壁上開設(shè)有與儲液腔2內(nèi)腔相連通的驅(qū)動孔4，柔性閥堵5設(shè)在驅(qū)動孔4上，壓電振子1、儲液腔2和柔性閥堵5共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液3，柔性閥堵5為波紋管狀結(jié)構(gòu)。
[0033]實(shí)施例二、請參閱圖5所示:
[0034]一種微型液力壓電開關(guān)閥的壓電驅(qū)動部分是由壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4和柔性閥堵5組成，其中壓電振子I設(shè)有兩個，分別設(shè)在儲液腔2的上部和下部，儲液腔2右側(cè)的腔壁上開設(shè)有與儲液腔2內(nèi)腔相連通的驅(qū)動孔4，柔性閥堵5設(shè)在驅(qū)動孔4上，壓電振子1、儲液腔2和柔性閥堵5共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液3，柔性閥堵5為波紋管狀結(jié)構(gòu)。
[0035]實(shí)施例三、請參閱圖6所示:
[0036]一種微型液力壓電開關(guān)閥的壓電驅(qū)動部分是由壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4和柔性閥堵5組成，儲液腔2設(shè)有兩個，上下疊加設(shè)置，兩個儲液腔2的內(nèi)腔相貫通，壓電振子I設(shè)有兩個，其中一個設(shè)在上面儲液腔2的上部，另一個壓電振子I設(shè)在下面儲液腔2的下部，上面儲液腔2的底部開設(shè)有與儲液腔2內(nèi)腔相連通的驅(qū)動孔4，柔性閥堵5設(shè)在驅(qū)動孔4上，壓電振子1、儲液腔2和柔性閥堵5共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液3，柔性閥堵5為半球面型。
[0037]實(shí)施例四、請參閱圖7所示:
[0038]一種微型液力壓電開關(guān)閥的壓電驅(qū)動部分是由壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4和柔性閥堵5組成，儲液腔2設(shè)有三個，三個儲液腔2呈“T”字形疊加設(shè)置，三個儲液腔2的內(nèi)腔相貫通，壓電振子I設(shè)有三個，其中兩個壓電振子I分別設(shè)在上面兩個儲液腔2的上部，其余一個壓電振子I設(shè)在下面儲液腔2的下部，上面左側(cè)的儲液腔2的底部開設(shè)有與儲液腔2內(nèi)腔相連通的驅(qū)動孔4，柔性閥堵5設(shè)在驅(qū)動孔4上，壓電振子1、儲液腔2和柔性閥堵5共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液3，柔性閥堵5為半球面型。
[0039]實(shí)施例五、請參閱圖8所示:
[0040]一種微型液力壓電開關(guān)閥的壓電驅(qū)動部分是由壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4和柔性閥堵5組成，壓電振子I設(shè)有兩個，分別設(shè)在儲液腔2的上部和下部，儲液腔2右側(cè)的腔壁上開設(shè)有與儲液腔2內(nèi)腔相連通的驅(qū)動孔4，驅(qū)動孔4連接一導(dǎo)液管11，柔性閥堵5設(shè)在導(dǎo)液管11的出口處,導(dǎo)液管11與儲液腔2的內(nèi)腔相連通,壓電振子1、儲液腔2、柔性閥堵5和導(dǎo)液管11共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液3，柔性閥堵5為波紋管狀結(jié)構(gòu)。
[0041]實(shí)施例六、請參閱圖9所示:
[0042]一種微型液力壓電開關(guān)閥的壓電驅(qū)動部分是由壓電振子1、儲液腔2、驅(qū)動液3、驅(qū)動孔4和柔性閥堵5組成，壓電振子I設(shè)在儲液腔2的上部，儲液腔2的底部開設(shè)有與儲液腔2內(nèi)腔相連通的驅(qū)動孔4，驅(qū)動孔4連接一導(dǎo)液管11，柔性閥堵5設(shè)在導(dǎo)液管11的出口處，導(dǎo)液管11與儲液腔2的內(nèi)腔相連通，壓電振子1、儲液腔2、柔性閥堵5和導(dǎo)液管11共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液3，柔性閥堵5為半球面型。
【權(quán)利要求】
1.一種微型液力壓電開關(guān)閥，其特征在于:是由壓電振子、儲液腔、驅(qū)動孔、柔性閥堵、閥孔、入口、出口、流道和驅(qū)動液組成，其中壓電振子設(shè)在儲液腔的上部或下部，儲液腔的上部或下部或腔壁上開設(shè)有與儲液腔相連的驅(qū)動孔，柔性閥堵設(shè)在驅(qū)動孔上并與閥孔相配合，壓電振子、儲液腔和柔性閥堵共同構(gòu)成一個密封的空間，內(nèi)部充滿驅(qū)動液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型液力壓電開關(guān)閥，其特征在于:所述的壓電振子設(shè)有一個或數(shù)個，由壓電晶片與金屬基板粘接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型液力壓電開關(guān)閥，其特征在于:所述的儲液腔設(shè)有一個或數(shù)個，設(shè)有數(shù)個儲液腔時，數(shù)個儲液腔疊加設(shè)置，各個儲液腔的內(nèi)腔相貫通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型液力壓電開關(guān)閥，其特征在于:所述的驅(qū)動孔連接一導(dǎo)液管，柔性閥堵設(shè)在導(dǎo)液管的出口處，導(dǎo)液管與儲液腔的內(nèi)腔相連通，柔性閥堵與導(dǎo)液管之間密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型液力壓電開關(guān)閥，其特征在于:所述的柔性閥堵為半球面型或波紋管狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為彈性材料。
【文檔編號】F16K31/02GK203384451SQ201320501988
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月17日
【發(fā)明者】劉勇, 楊志剛, 陳松, 王建濤, 吳越, 沈燕虎 申請人:劉勇