具有改進(jìn)的密封機(jī)構(gòu)的三端口微型閥的制作方法
【專利說(shuō)明】具有改進(jìn)的密封機(jī)構(gòu)的三端口微型閥
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年8月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)編號(hào)62/037,328的權(quán)益，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體涉及用于控制流體通過(guò)流體回路的流動(dòng)的微型閥。特別地，本發(fā)明涉及一種用于三端口板式微型閥的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其抵抗與該板式微型閥的可移動(dòng)構(gòu)件的自由運(yùn)動(dòng)的干擾，所述干擾否則可能由包含在流過(guò)其中的流體中的顆粒污染物的存在產(chǎn)生。
【背景技術(shù)】
[0004]—般而言，微機(jī)電系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng)，它不僅包括電氣部件和機(jī)械部件兩者，而且又在實(shí)體上較小，其通常包括具有在十微米的范圍內(nèi)或更小的尺寸的特征。術(shù)語(yǔ)“微機(jī)械加工”通常被理解為涉及這樣的微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的三維結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)部件的生產(chǎn)。在過(guò)去，微機(jī)電系統(tǒng)中使用改良的集成電路(例如，計(jì)算機(jī)芯片)制造技術(shù)(諸如化學(xué)蝕刻)和材料(諸如硅半導(dǎo)體材料)，所述材料被微機(jī)械加工以提供這些非常小的電氣和機(jī)械部件。然而，最近，其他的微機(jī)械加工技術(shù)和材料已變得可用。
[0005]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“微機(jī)械加工設(shè)備”指的是包括具有的尺寸在微米的范圍內(nèi)或更小的特征的設(shè)備，并且由此至少部分地通過(guò)微機(jī)械加工形成。同樣如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“微型閥”指的是包括具有的尺寸在微米的范圍內(nèi)或更小的特征的閥，并且由此至少部分地通過(guò)微機(jī)械加工形成。最后，術(shù)語(yǔ)“微型閥設(shè)備”指的是不僅包括微型閥并且還包括其他部件的微機(jī)械加工設(shè)備。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果不是微型閥的部件包括在所述微型閥設(shè)備內(nèi)，這些其他部件可以或者是微機(jī)械加工部件或者是標(biāo)準(zhǔn)尺寸(即更大)部件。類似地，微機(jī)械加工設(shè)備可既包括微機(jī)械加工部件又包括標(biāo)準(zhǔn)尺寸部件。
[0006]多種微型閥結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中已知用于控制流體通過(guò)流體回路的流動(dòng)。一種公知的微型閥結(jié)構(gòu)包括可移動(dòng)構(gòu)件，其支撐在設(shè)置于閥體中的封閉的內(nèi)部空腔內(nèi)，用于在關(guān)閉位置與打開(kāi)位置之間的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、軸向運(yùn)動(dòng)或其他運(yùn)動(dòng)。當(dāng)置于關(guān)閉位置時(shí)，所述可移動(dòng)構(gòu)件基本上堵塞了否則與第二流體端口流體連通的第一流體端口，從而防止流體在第一與第二流體端口之間的流動(dòng)。當(dāng)置于打開(kāi)位置時(shí)，所述可移動(dòng)構(gòu)件基本沒(méi)有堵塞第一流體端口與第二流體端口的流體連通，從而允許流體在第一與第二流體端口之間的流動(dòng)。
[0007]在這種常規(guī)的微型閥結(jié)構(gòu)中，封閉的內(nèi)部腔體的厚度通常僅稍大于設(shè)置在其中的可移動(dòng)構(gòu)件的厚度。由此，相對(duì)較小的空間設(shè)置在可移動(dòng)構(gòu)件與微型閥的限定封閉內(nèi)部腔體的相鄰部分之間。當(dāng)可移動(dòng)構(gòu)件被布置在關(guān)閉位置中時(shí)，這樣做使得盡量減少穿過(guò)其中的不期望泄漏的量。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，當(dāng)這種傳統(tǒng)的微型閥結(jié)構(gòu)用于控制含有固體顆粒(諸如可能包含在流體中的顆粒污染物)的流體流動(dòng)時(shí)，這樣的顆?？赡茏兊每ㄔ诳梢苿?dòng)構(gòu)件與微型閥的限定封閉內(nèi)部腔體的相鄰部分之間。在某些情況下，這樣的顆粒堵塞能夠不期望地干擾可移動(dòng)構(gòu)件在關(guān)閉與打開(kāi)位置之間的自由運(yùn)動(dòng)。由此，所期望的是提供一種用于微型閥的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其能夠抵抗與微型閥的可移動(dòng)構(gòu)件的自由運(yùn)動(dòng)的干擾，所述干擾否則可能由包含在流過(guò)其中的流體內(nèi)的顆粒污染物的存在產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種用于微型閥的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其抵抗與微型閥的可移動(dòng)構(gòu)件的自由運(yùn)動(dòng)的干擾，所述干擾否則可能由包含在流過(guò)其中的流體內(nèi)的顆粒污染物的存在產(chǎn)生。所述微型閥包括第一板，其具有內(nèi)表面、設(shè)置在所述內(nèi)表面內(nèi)的凹入?yún)^(qū)域、設(shè)置在所述凹入?yún)^(qū)域內(nèi)的常開(kāi)流體端口和常閉流體端口。第一密封結(jié)構(gòu)繞所述常開(kāi)流體端口延伸，而第二密封結(jié)構(gòu)繞所述常閉流體端口延伸。第二板限定非可動(dòng)部分和可動(dòng)部分。非可動(dòng)部分的表面抵靠第一板的內(nèi)表面，所述非可動(dòng)部分具有貫穿其中形成的開(kāi)口。所述可動(dòng)部分形成在所述開(kāi)口內(nèi)，具有軸線，并且限定了由形成在開(kāi)口中的旋繞彈簧連接到非可動(dòng)部分的可移動(dòng)構(gòu)件?？梢苿?dòng)構(gòu)件在開(kāi)口內(nèi)的第一位置與第二位置之間是滑動(dòng)地并且軸向地可移動(dòng)的，在所述第一位置中，可移動(dòng)構(gòu)件與所述第二密封結(jié)構(gòu)協(xié)作以防止通過(guò)常閉流體端口的流體連通，在所述第二位置中，可移動(dòng)構(gòu)件與所述第二密封結(jié)構(gòu)的至少一部分不協(xié)作，以防止通過(guò)常閉流體端口的流體連通。
[0009]當(dāng)考慮附圖閱讀時(shí)，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)從以下詳細(xì)描述中對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是一種已知先導(dǎo)式三端口板式微型閥的分解透視圖。
[0011]圖2是圖1所示的蓋板的內(nèi)表面的平面圖。
[0012]圖3是圖1所示的微型閥的剖切正視圖，其示出為組裝好的。
[0013]圖4是根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的先導(dǎo)式三端口板式微型閥的分解透視圖。
[0014]圖5是圖4所示的基板的內(nèi)表面的平面圖。
[0015]圖6是圖4所示的中間板的第一表面的平面圖，其示出了處于第一位置的中間板。
[0016]圖7是圖4和圖6所示的中間板的第一表面的交替平面圖，其示出了處于第二位置的中間板。
[0017]圖8是圖4所不的蓋板的內(nèi)表面的平面圖。
[0018]圖9是圖4所示的微型閥的剖切正視圖，其示出為組裝好的并示出了處于第一位置的中間板。
[0019]圖10是圖4和圖9所示的微型閥的第一交替剖切正視圖，其示出了處于第二位置的中間板。
[0020]圖11是圖4、圖9和圖10所示的微型閥的第二交替剖切正視圖，其示出了處于維持位置的中間板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)在參照附圖，一種已知微型閥的實(shí)施例在圖1至圖3中整體用10表示。所示微型閥10是先導(dǎo)式壓力控制三端口板式微型閥，類似于在Hunnicutt的美國(guó)專利編號(hào)8，113,482中公開(kāi)的微型閥的實(shí)施例，其公開(kāi)內(nèi)容以其整體并入本文。
[0022]如圖1所示，所述微型閥10包括蓋板12、中間板14和基板16。蓋板12具有外表面18和內(nèi)表面20。中間板14具有第一表面22和第二表面24，并限定了可動(dòng)部分40和非可動(dòng)部分42。基板16具有內(nèi)表面26和外表面28?；?6還具有貫穿其中形成的控制端口 30、第一流體端口 32、第二流體端口 34和第三流體36。
[0023]當(dāng)微型閥10被如圖3所示地組裝好時(shí)，蓋板12的內(nèi)表面20接合中間板14的非可動(dòng)部分42的第一表面22，而基板16的內(nèi)表面26接合中間板14的非可動(dòng)部分42的第二表面24。蓋板12、中間板14和基板16可以以任何期望的方式被保持在這個(gè)朝向上。
[0024]蓋板12的內(nèi)表面20的結(jié)構(gòu)示于圖2中。如其中所示，蓋板12包括第一凹入?yún)^(qū)域44、第二凹入?yún)^(qū)域46，和形成在第一凹入?yún)^(qū)域44中的兩個(gè)壓力平衡溝槽47。第一和第二壓力均衡槽(分別是48和50)也形成在第一凹入?yún)^(qū)域44內(nèi)的內(nèi)表面20上。
[0025]基板16的內(nèi)表面26的結(jié)構(gòu)示于圖1中。如其中所示，基板16包括第一凹入?yún)^(qū)域54、第二凹入?yún)^(qū)域56，和形成在第一凹入?yún)^(qū)域54中的兩個(gè)壓力平衡溝槽57。第一流體端口 32、第二流體端口 34和第三流體36形成在第一凹入?yún)^(qū)域54內(nèi)的內(nèi)表面26上。控制端口 30形成在第二凹入?yún)^(qū)域56內(nèi)的內(nèi)表面26上。
[0026]中間板14的結(jié)構(gòu)詳細(xì)地示于圖1中。如其中所示，較寬并且優(yōu)選地是矩形的板開(kāi)口60以及相鄰并且也優(yōu)選地是矩形的彈簧開(kāi)口62形成在中間板14中。彈簧開(kāi)口62優(yōu)選地比板開(kāi)口 60窄。板開(kāi)口 60和彈簧開(kāi)口 62彼此流體連通。
[0027]板開(kāi)口60具有第一端64，其與彈簧開(kāi)口 62相鄰并流體連通。板開(kāi)口 60還具有與第一端64相對(duì)的第二端66。
[0028]中間板14還包括可移動(dòng)構(gòu)件或板68，其在板開(kāi)口60的第一與第二端64與66之間布置在板開(kāi)口 60中?？梢苿?dòng)板68在鄰近板開(kāi)口 60的第二端66的第一位置(未不出)與鄰近板開(kāi)口 60的第一端64的第二位置(如圖1所示)之間是可移動(dòng)的