專利名稱：磁驅(qū)動(dòng)高速氣動(dòng)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于與高速玻璃體切除術(shù)探針一起使用的具有磁化銜鐵的高速閥。
背景技術(shù)：
玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)包括多種外科手術(shù)，執(zhí)行這些手術(shù)來(lái)恢復(fù)、保護(hù)和增強(qiáng)視力。玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)適合于處理眼睛背部的許多嚴(yán)重病情。玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)處理諸如年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)、糖尿病視網(wǎng)膜病和糖尿病玻璃體出血、黃斑穿孔、視網(wǎng)膜剝落、視網(wǎng)膜前膜、CMV視網(wǎng)膜炎之類的病情以及許多其他的眼科病情。玻璃體是填充眼中央的通常清澈、凝膠狀的物質(zhì)。其構(gòu)成了眼睛體積的大約三分之二，在出生之前就賦予了眼睛的結(jié)構(gòu)和形狀。某些影響眼睛背部的問(wèn)題可能需要玻璃體切除術(shù)，即手術(shù)移除玻璃體。實(shí)施玻璃體切除術(shù)可以從眼中清除血和壞死組織，來(lái)移除受傷的組織或者減輕視網(wǎng)膜上的牽引。血、發(fā)炎的細(xì)胞、壞死組織和受傷組織在光通過(guò)眼睛到達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)會(huì)擋光， 導(dǎo)致視力模糊。如果拖拉或牽引視網(wǎng)膜離開(kāi)其正常位置則玻璃體也被移除。需要玻璃體切除術(shù)的一些最常見(jiàn)的眼睛病情包括糖尿病視網(wǎng)膜病的并發(fā)癥，比如視網(wǎng)膜剝落或出血、黃斑穿孔、視網(wǎng)膜剝落、視網(wǎng)膜前膜纖維化、眼睛內(nèi)部出血(玻璃體出血)、受傷或感染以及與之前的眼科手術(shù)相關(guān)的某些問(wèn)題。視網(wǎng)膜外科醫(yī)生利用設(shè)計(jì)成提供眼睛背部的清晰圖像的顯微鏡和特殊透鏡來(lái)實(shí)施玻璃體切除術(shù)。在鞏膜上做出長(zhǎng)度只有幾毫米的幾個(gè)微小切口。視網(wǎng)膜外科醫(yī)生通過(guò)這些切口插入諸如纖維光學(xué)光源之類的照亮眼睛內(nèi)部的顯微外科儀器、在外科手術(shù)期間保持眼睛形狀的灌輸線以及切割和移除玻璃體的儀器。在玻璃體切除術(shù)中，外科醫(yī)生在眼睛上做出三個(gè)微小的切口以用于三個(gè)單獨(dú)的儀器。這些切口處在眼睛的眼坦部上，所述眼坦部正好位于虹膜之后但在視網(wǎng)膜之前。穿過(guò)這些切口的這些儀器包括光管(light pipe)、灌輸端口和玻璃體切除術(shù)切除裝置或玻璃體切除術(shù)探針。所述光管相當(dāng)于用在眼睛內(nèi)部的顯微高強(qiáng)度手電筒。需要用所述灌輸端口來(lái)置換眼睛中的流體并保持眼睛內(nèi)合適的壓力。玻璃體切除術(shù)探針或切除裝置象微型環(huán)狀刀一樣工作，具有振蕩的顯微刀具來(lái)以受控方式移除玻璃狀凝膠體。這防止了玻璃體移除期間對(duì)視網(wǎng)膜的顯著牽引。所述玻璃體切除術(shù)探針是氣動(dòng)致動(dòng)的。為了獲得非常高的切除速率，使用高速閥。 高速脈沖或噴射閥設(shè)計(jì)成傳送非?？斓目諝饷}沖。它們通常用于高速零件分揀。一些噴射閥使用平板銜鐵來(lái)控制空氣流動(dòng)。當(dāng)斷電時(shí)，通過(guò)空氣壓力將該板保持抵靠住密封表面，從而阻止空氣流動(dòng)。當(dāng)通電時(shí)，在小于一毫秒的時(shí)間內(nèi)將該板快速拉離所述密封表面，實(shí)現(xiàn)空氣流動(dòng)。當(dāng)再次斷電時(shí)，簡(jiǎn)單地依靠空氣壓力將該板釋放以將銜鐵壓靠到密封表面并阻止空氣流動(dòng)。產(chǎn)生的問(wèn)題是在關(guān)閉動(dòng)作期間銜鐵的運(yùn)動(dòng)是不可預(yù)期的。僅利用空氣壓差的力來(lái)提供關(guān)閉力，銜鐵板在安放在密封表面并阻止空氣流動(dòng)之前會(huì)跳起。這種在關(guān)閉時(shí)間上的變化對(duì)于零件分揀應(yīng)用是可接收的，但是不適合需要穩(wěn)定的關(guān)閉時(shí)間的應(yīng)用，比如眼部外科手術(shù)。本發(fā)明在于一種改進(jìn)的高速閥。

發(fā)明內(nèi)容
在與本發(fā)明的原理一致的一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種高速氣動(dòng)閥。該閥具有圍起一腔室的殼體，所述腔室具有入口和出口。永久磁化的銜鐵位于所述腔室中。所述永久磁化的銜鐵在第一、打開(kāi)位置與第二、關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)。線圈和磁芯組件位于殼體中、所述銜鐵附近。施加在所述線圈上的第一電壓導(dǎo)致在所述磁芯中產(chǎn)生具有第一極性的磁場(chǎng)， 從而朝向所述磁芯并遠(yuǎn)離所述出口吸引所述銜鐵，施加在所述線圈上的第二電壓導(dǎo)致在所述磁芯中產(chǎn)生具有第二、相反極性的磁場(chǎng)，從而朝向所述出口排斥所述銜鐵遠(yuǎn)離所述磁芯。在與本發(fā)明的原理一致的一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種高速氣動(dòng)閥。該閥具有圍起一腔室的殼體，所述腔室具有入口和出口。鐵磁性銜鐵位于所述腔室中。所述銜鐵在第一、打開(kāi)位置與第二、關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)。第一線圈和磁芯組件位于殼體中、所述銜鐵附近。第二線圈和磁芯組件位于殼體中、所述銜鐵附近并且與所述第一線圈和磁芯組件相對(duì)。 施加在第一線圈上的第一電壓導(dǎo)致在所述第一磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而朝向所述第一磁芯并遠(yuǎn)離所述出口吸引所述銜鐵，施加在第二線圈上的第二電壓導(dǎo)致在所述第二磁芯中產(chǎn)生具有一極性的磁場(chǎng)，從而朝向所述第二磁芯并朝向所述出口吸引所述銜鐵。應(yīng)該理解的是，前述的基本描述和如下的詳細(xì)描述均只是示例性和解釋性的，并且旨在提供對(duì)正如要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。如下的描述以及本發(fā)明的實(shí)施闡述并教導(dǎo)了本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)和目的。


結(jié)合到該說(shuō)明書中并構(gòu)成該說(shuō)明書的一部分的附示了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式，它們與所述描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖IA是根據(jù)本發(fā)明的原理的處于打開(kāi)位置的高速閥的截面示圖。圖IB是根據(jù)本發(fā)明的原理的處于關(guān)閉位置的高速閥的截面示圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)詳細(xì)參考本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在附圖中圖示了其示例。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或相似的部件。圖IA是根據(jù)本發(fā)明的原理的處于打開(kāi)位置的高速閥的截面示圖。圖IB是根據(jù)本發(fā)明的原理的處于關(guān)閉位置的高速閥的截面示圖。在圖IA和IB中，高速閥100包括殼體 110、磁芯120、線圈130、銜鐵140、入口 150和出口 160。銜鐵140如圖所示上下運(yùn)動(dòng)來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉出口 160。當(dāng)在圖IA的打開(kāi)位置時(shí)，空氣流過(guò)入口 150并從出口 160流出。當(dāng)在圖IB的關(guān)閉位置時(shí)，空氣不能從出口 160出來(lái)。加在線圈130上的第一電壓產(chǎn)生在圖IA中的磁芯120中示出的極性。加在線圈130上的第二、相反的電壓產(chǎn)生在圖IB中的磁芯120中示出的極性。正如通常為人所知的， 加在線圈130上的電壓(或者通過(guò)線圈130的電流)在磁芯120中產(chǎn)生磁場(chǎng)。在線圈130 上施加正電壓產(chǎn)生第一磁極極性，在線圈130上施加負(fù)電壓產(chǎn)生第二、相反的極性。例如， 在線圈130上施加的正電壓產(chǎn)生圖IA中示出的極性，在線圈130上施加的負(fù)電壓產(chǎn)生圖IB 中示出的極性。在傳統(tǒng)的高速閥中，銜鐵140是由鐵磁材料制成的。在該情形中，當(dāng)線圈130通電并在磁芯120中產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，銜鐵140被吸引到磁芯120上。當(dāng)將線圈130斷電時(shí)，銜鐵 140不再被吸引到磁芯120上，并且被允許在空氣壓力的輔助下關(guān)閉出口 160。正如在背景技術(shù)部分中討論的，這造成了銜鐵振顫，導(dǎo)致不精確的關(guān)閉時(shí)間。在本發(fā)明中，銜鐵140被永久磁化。在該種情形中，當(dāng)如圖IA中所示將第一電壓施加到線圈130上時(shí)，銜鐵140被吸引到磁芯120上(銜鐵向上運(yùn)動(dòng))，所述閥100處于打開(kāi)位置。當(dāng)將相反的電壓施加到線圈130上時(shí)，正如圖IB中所示，在磁芯120中產(chǎn)生的磁力排斥銜鐵140。這樣，這種磁排斥迫使銜鐵140向下運(yùn)動(dòng)，從而將出口 160堵塞并關(guān)閉閥 100。磁化的銜鐵140具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間可以更快。因?yàn)殂曡F140是由在磁芯120中產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸引或排斥的，所以磁力以非常高的速度驅(qū)使銜鐵140。第二， 可以以非?？焖俸涂煽康姆绞疥P(guān)閉所述閥。使用排斥磁力確保銜鐵140以非?？斓姆绞较蛳逻\(yùn)行以堵塞出口 160。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，可以與線圈130和磁芯120相對(duì)地定位第二線圈和磁芯(未示出)。這樣，不需要永久磁化銜鐵140。相反，電壓可以在線圈130與第二線圈(未示出)之間交替。這樣，可以使用兩個(gè)不同的線圈和磁芯組件來(lái)產(chǎn)生交替的磁力以在打開(kāi)與關(guān)閉位置之間驅(qū)使銜鐵140。例如，施加在線圈130上的電壓在磁芯120中產(chǎn)生將銜鐵拉向它的磁場(chǎng)。同時(shí)，在第二線圈上不施加電壓。這導(dǎo)致打開(kāi)所述閥。就在此后，所述電壓從線圈130移除，在第二線圈(未示出)上施加電壓，從而在第二磁芯(未示出)中產(chǎn)生磁場(chǎng)。這導(dǎo)致銜鐵140向著第二磁芯(未示出)的方向被拉動(dòng)，從而所述閥處于關(guān)閉位置。在這樣的設(shè)置中，銜鐵沒(méi)有被磁化，其只是由鐵磁材料制成的。還可以想到閥100的其他結(jié)構(gòu)。例如，閥100可以具有一個(gè)入口和兩個(gè)出口。第二出口(未示出)可以與第一出口相反地160定位。這樣，閥100可以以三通/兩通的方式操作。僅利用磁化銜鐵140或利用兩個(gè)磁芯和線圈組件(和鐵磁性銜鐵)就可實(shí)現(xiàn)這種操作，因?yàn)榭梢岳么帕曡F保持在打開(kāi)或關(guān)閉的位置。相同的構(gòu)思同樣可以用于改進(jìn)其他閥的關(guān)閉性能?？梢允褂迷鎏砝瓌?dòng)閥關(guān)閉以及保持閥打開(kāi)的磁力來(lái)改進(jìn)閥性能。例如，在十字輻閥(spider valve)中，板簧將閥的銜鐵保持在關(guān)閉位置(常閉十字輻閥)。當(dāng)螺線管通電時(shí)，迫使銜鐵打開(kāi)。當(dāng)螺線管斷電時(shí)，所述板簧將所述銜鐵移至關(guān)閉位置。十字輻閥的設(shè)計(jì)需要具有如下彈簧常數(shù)的板簧其產(chǎn)生可以由通過(guò)螺線管所施加的力克服的彈力。換言之，彈簧沿一個(gè)方向(在該種情況下是關(guān)閉方向)在銜鐵上施加力，螺線管沿相反的方向在銜鐵上施加力(來(lái)打開(kāi)所述閥)?？梢允褂酶郊拥拇帕?利用第二磁芯和線圈或磁化銜鐵)來(lái)對(duì)所述彈力進(jìn)行補(bǔ)充，以更快更可靠地關(guān)閉所述閥。本發(fā)明的閥100可以用于驅(qū)動(dòng)玻璃體切除術(shù)探針(未示出)。玻璃體探針氣動(dòng)地進(jìn)行操作，從而閥打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間越短，探針操作越快。典型的玻璃體切除術(shù)探針具有第一管，該第一管同軸地設(shè)置在第二管內(nèi)。第一管在第二管內(nèi)以非常快的速率(切除速率)上下運(yùn)動(dòng)。第一管的遠(yuǎn)端具有切割玻璃體的切割刀片。本發(fā)明的高速閥允許內(nèi)部管以非常高的速率往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致非常高的切除速率。從上面可以意識(shí)到的是本發(fā)明提供了改進(jìn)的高速空氣閥?？諝忾y的銜鐵被永久磁化，以便于該閥可以快速可靠地關(guān)閉。這里通過(guò)示例闡述了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以作出各種修改。在考慮了這里披露的說(shuō)明書和本發(fā)明的實(shí)施之后，本發(fā)明的其他實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得顯而易見(jiàn)。說(shuō)明書和示例應(yīng)當(dāng)僅作為示例考慮，本發(fā)明的真正范圍和精髓是由如下的權(quán)利要求表示。
權(quán)利要求
1.一種高速氣動(dòng)閥，包括具有腔室的殼體，所述腔室具有入口和出口 ；位于所述腔室中的永久磁化的銜鐵，所述永久磁化的銜鐵在第一、打開(kāi)位置與第二、關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)；以及位于殼體中、所述銜鐵附近的線圈和磁芯組件；其中，施加在所述線圈上的第一電壓導(dǎo)致在所述磁芯中產(chǎn)生具有第一極性的磁場(chǎng)，從而朝向所述磁芯并遠(yuǎn)離所述出口吸引所述銜鐵，施加在所述線圈上的第二電壓導(dǎo)致在所述磁芯中產(chǎn)生具有第二、相反極性的磁場(chǎng)，從而朝向所述出口排斥所述銜鐵遠(yuǎn)離所述磁芯。
2.一種高速氣動(dòng)閥，包括具有腔室的殼體，所述腔室具有入口和出口 ；位于所述腔室中的鐵磁性銜鐵，所述銜鐵在第一、打開(kāi)位置與第二、關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)；位于殼體中、所述銜鐵附近的第一線圈和磁芯組件；位于殼體中、所述銜鐵附近并且與所述第一線圈和磁芯組件相對(duì)的第二線圈和磁芯組件；其中，施加在第一線圈上的第一電壓導(dǎo)致在所述第一磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而朝向所述第一磁芯并遠(yuǎn)離所述出口吸引所述銜鐵，施加在第二線圈上的第二電壓導(dǎo)致在所述第二磁芯中產(chǎn)生具有一極性的磁場(chǎng)，從而朝向所述第二磁芯并朝向所述出口吸引所述銜鐵。
全文摘要
一種高速氣動(dòng)閥，該閥具有圍起一腔室的殼體，所述腔室具有入口和出口。永久磁化的銜鐵位于所述腔室中。所述永久磁化的銜鐵在第一、打開(kāi)位置與第二、關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)。線圈和磁芯組件位于殼體中、所述銜鐵附近。施加在所述線圈上的第一電壓導(dǎo)致在所述磁芯中產(chǎn)生具有第一極性的磁場(chǎng)，從而朝向所述磁芯并遠(yuǎn)離所述出口吸引所述銜鐵，施加在所述線圈上的第二電壓導(dǎo)致在所述磁芯中產(chǎn)生具有第二、相反極性的磁場(chǎng)，從而朝向所述出口排斥所述銜鐵遠(yuǎn)離所述磁芯。
文檔編號(hào)A61M1/00GK102470046SQ201080036447
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者B·W·麥克唐奈, J·C·赫庫(kù)拉克 申請(qǐng)人:愛(ài)爾康研究有限公司