專利名稱：微機(jī)械元件的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)元件，其操作要求向至少其一部分提供熱；以及涉及一種包括一個(gè)或更多個(gè)如此元件的系統(tǒng)。
存在許多不同的采用至少一個(gè)需要被加熱以實(shí)現(xiàn)其操作的元件的系統(tǒng)和設(shè)備。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)和設(shè)備中，如此元件通常通過要求使用到每個(gè)元件的兩個(gè)連接的電，典型地電阻加熱器而得到加熱。顯然地，在系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)所采用的這種元件的數(shù)量越多，則為實(shí)現(xiàn)加熱操作所要求的電連接的數(shù)量越多，其顯著地增加了最后所得到的電路的復(fù)雜性并且限制了在單系統(tǒng)或設(shè)備中可以采用的元件數(shù)量。具有同樣問題的其它類型致動(dòng)機(jī)構(gòu)包括靜電致動(dòng)設(shè)備、壓電致動(dòng)設(shè)備、使用電加熱器或熱電泵以提供所要求的溫升的熱氣動(dòng)致動(dòng)設(shè)備以及借助于電流而被加熱的雙金屬帶和形狀記憶合金。
在采用微元件的系統(tǒng)和設(shè)備情況下這尤其是所不希望的。這種系統(tǒng)典型地包括大量微元件的三維布置。然而，在每個(gè)微元件均要求機(jī)械致動(dòng)的情況下，考慮到每個(gè)致動(dòng)器所要求的單獨(dú)連接對，則最后所得到的系統(tǒng)相對復(fù)雜，并且在任何一個(gè)系統(tǒng)中可以使用的微元件數(shù)量也被嚴(yán)重地加以限制。
GB專利申請GB-2150 780-A說明了一種用于對受控設(shè)備，例如液壓閥進(jìn)行遠(yuǎn)程致動(dòng)的光學(xué)致動(dòng)器。例如來自激光器的光功率經(jīng)由光纖被傳輸?shù)绞芸卦O(shè)備，在此它落在熱吸收表面上面，其結(jié)果是操縱受控設(shè)備的輸出棒得到驅(qū)動(dòng)。通過提供揮發(fā)性流體(例如氟里昂)這可以被實(shí)現(xiàn)，當(dāng)所述揮發(fā)性流體由光功率加熱時(shí)其蒸發(fā)以驅(qū)動(dòng)波紋管、雙金屬帶、恒溫類型膜盒或記憶金屬帶。
GB-2072 756-A說明一種引擎，其包括其上安裝有第一和第二相應(yīng)滑輪的第一和第二軸。由形狀記憶合金組成的單皮帶被串(train)在滑輪上，所述皮帶在第一區(qū)域被加熱且在第二區(qū)域被冷卻。當(dāng)被冷卻時(shí)受到加熱的皮帶收縮以在滑輪上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩。
國際專利申請?zhí)朩O 98/38931說明了一種具有熱吸收構(gòu)件的導(dǎo)管(catheter)微夾，電磁能(例如熱、激光)經(jīng)由光纖被傳遞到所述熱吸收構(gòu)件。電磁能到機(jī)械功率轉(zhuǎn)換器被連接以接收電磁能并且從機(jī)械上對微夾進(jìn)行致動(dòng)。
US專利號6,166,361說明了一種致動(dòng)器，其包括由脆性金屬封閉(closure)所包容在貯存器(reservoir)內(nèi)的活塞和加壓流體。所述封閉由微波輻射來加熱以允許流體膨脹并且向上推動(dòng)活塞，其運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在致動(dòng)器外部的位置位移。
德國專利說明號DE-2908694-A說明了一種用于驅(qū)動(dòng)例如水泵的驅(qū)動(dòng)單元。所述驅(qū)動(dòng)單元包括被熱氣動(dòng)材料所填充的室并且在所述室內(nèi)放置有活塞。熱氣動(dòng)材料可包括例如臘、石臘、硬脂等，并且在快速將所述熱氣動(dòng)材料加熱到熔化溫度之上或冷卻到所述溫度之下期間，所述單元利用體積變化來移動(dòng)活塞。所述材料靠環(huán)繞所述室的熱傳遞介質(zhì)而被加熱和冷卻，并且優(yōu)選地加熱是借助于太陽輻射而實(shí)現(xiàn)。
除了對雙金屬部件采用交替的加熱(通過太陽輻射)和冷卻以使氣缸內(nèi)的活塞產(chǎn)生位移以外，德國專利說明號DE-2944732-A說明了一種類似于DE-2908694-A中驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)單元。
日本專利說明號JP-61070175-A說明了一種包括處于半導(dǎo)體形式的光開關(guān)部件的致動(dòng)器。紅外光經(jīng)由光纖被傳輸?shù)桨雽?dǎo)體上。如果半導(dǎo)體的溫度低，則IR光穿過它到達(dá)第二光纖，經(jīng)由所述第二光纖所述光被傳輸?shù)娇蔁嶙冃蔚慕饘偕?。因此，可熱變形的金屬被加熱以便于它膨脹并且產(chǎn)生機(jī)械移動(dòng)。然而，如果溫度高，則它吸收紅外光以便于它并不被傳輸?shù)降诙饫w。因此，可熱變形的材料被冷卻且收縮以產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
日本專利說明號JP-8326648-A說明了一種光驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，其包括帶有與光纖對準(zhǔn)的熱傳導(dǎo)層的形狀記憶合金構(gòu)件。來自激光器的光被傳輸?shù)叫螤钣洃浐辖鸬闹行?經(jīng)由光纖)。熱傳導(dǎo)層導(dǎo)致能量快速地?cái)U(kuò)散到整個(gè)形狀記憶合金以對其加熱并且產(chǎn)生致動(dòng)力。
英國專利號1 540 330說明了一種通過加熱(靠輻射)和冷卻轉(zhuǎn)子的雙金屬葉片來產(chǎn)生力矩的測微計(jì)。
然而，沒有一個(gè)上述所說明的布置尤其適合于在采用微元件的系統(tǒng)或設(shè)備中使用。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在我們已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種經(jīng)改善的布置，其克服了上面所概述的問題。根據(jù)本發(fā)明，提供有一種元件，至少其一部分要求得到加熱以實(shí)現(xiàn)其操作，所述元件包括至少其一部分是由柔性材料所形成的室，所述室容納著熱氣動(dòng)材料，借此當(dāng)所述熱氣動(dòng)材料被加熱時(shí)，它在室內(nèi)膨脹從而導(dǎo)致所述柔性材料的運(yùn)動(dòng)，所述熱氣動(dòng)材料借助于電磁輻射被加熱。
因此所述元件的有源部分被設(shè)置成吸收電磁輻射(優(yōu)選地選擇性地，并且可能地在具體波長處)以便于在元件的有源部分內(nèi)產(chǎn)生熱。元件可例如被涂上電磁輻射吸收層或(至少部分地)由電磁吸收材料制作成。
因此，元件包括被設(shè)置用于響應(yīng)于溫升而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置。這在閥、泵、鏡、透鏡等的致動(dòng)器情況下，特別是在這種元件是微元件的情況下尤為有用，其中系統(tǒng)包括多個(gè)這樣的元件以及它們相應(yīng)的致動(dòng)器。
熱氣動(dòng)材料(即經(jīng)歷響應(yīng)于相變(響應(yīng)于溫升)的體積膨脹的材料可包括蠟等)。室有利地被提供有(或至少被部分地涂有)電磁輻射吸收層以便于所要求的溫升可以通過向其上施加電磁輻射而得以實(shí)現(xiàn)。
有機(jī)材料如聚合物和蠟吸收處在具體波長處的紅外線。這是靠材料化學(xué)結(jié)構(gòu)中的某些化學(xué)鍵的存在而被加以確定。由于存在被確定數(shù)量的可能化學(xué)鍵這一事實(shí)，有機(jī)材料也對未被不同化學(xué)組范圍所吸收的紅外線區(qū)域中的某些波長完全透明。有利地是采用并不被有機(jī)材料所吸收的紅外線波長以取得通過可用在熱氣動(dòng)致動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)中的材料的優(yōu)良透射率。這些材料包括工程聚合物和塑料以及玻璃和硅。在熱氣動(dòng)設(shè)備中的紅外線吸收元素，典型地為蠟，在這些具體紅外線波長處在其自然的未加以修改的狀態(tài)下將不吸收，并且因此將不得不被化學(xué)性地加以修改，將添加劑引入到蠟中，或新材料將不得不被化學(xué)地合成以賦予材料上的吸收。
上面所說明的布置的使用，即并不被結(jié)構(gòu)材料所吸收的紅外線波長以及為吸收這個(gè)波長而對熱氣動(dòng)材料的修改導(dǎo)致對能量吸收的局部化并且因此將加熱局部化到熱氣動(dòng)材料而不是到周圍的結(jié)構(gòu)材料。顯著的優(yōu)點(diǎn)在于功率消耗、功率傳送的控制和熱管理等方面。
另一優(yōu)點(diǎn)涉及將輻射能量傳送到設(shè)備所需要的光學(xué)系統(tǒng)。使用正常地并不被有機(jī)材料所吸收的波長導(dǎo)致有能力將并不昂貴且通常可得到的材料和方法用于這個(gè)過程。舉例說明，甚至在非常高的能量透射密度下使用聚合物和玻璃光學(xué)元件將是可能的。
本發(fā)明擴(kuò)展到提供包括多個(gè)上面所定義的元件的系統(tǒng)。在這種元件是微元件的情況下，所述系統(tǒng)可包括微元件例如微閥和它們相應(yīng)的致動(dòng)器的三維陣列。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，需要電磁能量以實(shí)現(xiàn)其加熱的每個(gè)元件可包括它本身，可能地是內(nèi)部的電磁能量源。在提供內(nèi)部電磁源如LED或激光器二極管的情況下，這可代替外部電磁源或除外部電磁源以外的電磁源。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，其中系統(tǒng)包括多個(gè)元件，這種元件優(yōu)選地被從相同的一個(gè)或更多個(gè)電磁能量源被供給。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，包括多個(gè)元件的系統(tǒng)的電磁能量源可包括至少兩個(gè)源，所述源被設(shè)置成相交在需要被加熱的元件位置處。
元件優(yōu)選地被安置在基片上，并且電磁能量源可包括一個(gè)或更多個(gè)被聚焦的或激光束(在所述情況下元件典型地直接由源來照射)、光發(fā)射二極管、激光器二極管、任何其它的激光器或白熾光源。電磁輻射可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)波導(dǎo)或光纖被提供給元件。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，元件及輻射源的相對位置可被固定，使輻射源如所要求被開啟和斷開以使元件致動(dòng)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，輻射源和/或元件(或其上安裝有元件的基片)相對于彼此可移動(dòng)。因此，電磁輻射源可被移動(dòng)以便于被導(dǎo)引到元件本身(或需要被加熱的元件的至少一部分)上或被導(dǎo)引到一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)波導(dǎo)或光纖的可達(dá)到的光學(xué)小面處，如適當(dāng)?shù)亍Ｔ谏鲜鏊峒暗膶?shí)施例中，其中要求兩個(gè)或更多個(gè)源在具體的位置相交，或者這個(gè)或者那個(gè)源可移動(dòng)以便于改變源的相交點(diǎn)。
在另一實(shí)施例中，元件(或其上安裝有元件的基片)可相對于輻射源(或兩個(gè)或更多源的相交點(diǎn))被移動(dòng)，這樣需要被加熱以實(shí)現(xiàn)其操作的元件(或元件的一部分)可如所需要移進(jìn)或移出致動(dòng)源。作為另外選擇地，或此外，光學(xué)波導(dǎo)或光纖的可接近光學(xué)小面如所需要可相對于輻射路徑或兩個(gè)或更多個(gè)源的相交點(diǎn)被移動(dòng)。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，元件可被安裝在致密盤(CD)等上面，所述盤相對于被導(dǎo)引到CD播放器平面上具體點(diǎn)處的一個(gè)或更多個(gè)輻射源旋轉(zhuǎn)，這樣在CD正在旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)所選擇的元件穿過這些具體點(diǎn)時(shí)，則其進(jìn)入并且離開輻射路徑。輻射源還可同時(shí)地或以別的方式被移動(dòng)。


現(xiàn)在僅借助于實(shí)例，并且參考所附的附圖將詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一示范性實(shí)施例的致動(dòng)器的示意性橫斷面?zhèn)纫晥D；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二示范性實(shí)施例的致動(dòng)器的示意性橫斷面?zhèn)纫晥D；圖3是根據(jù)本發(fā)明第三示范性實(shí)施例的致動(dòng)器的示意性橫斷面?zhèn)纫晥D；圖4是圖1、2或3中致動(dòng)器的透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第六示范性實(shí)施例的致動(dòng)器的示意性橫斷面?zhèn)纫晥D；圖6是根據(jù)本發(fā)明第七示范性實(shí)施例的致動(dòng)器的示意性橫斷面?zhèn)纫晥D；圖7是根據(jù)本發(fā)明第八示范性實(shí)施例的致動(dòng)器的示意性橫斷面?zhèn)纫晥D；圖8是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例包括多個(gè)致動(dòng)器的三維系統(tǒng)的透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖10是包括一個(gè)或更多個(gè)根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的元件的流體平臺，以及用于接收所述流體平臺的基底單元的示意性透視圖；圖11A和11B是示例圖12中流體結(jié)構(gòu)方法的示意性橫斷面視圖；圖12是圖10中流體平臺的示意性橫斷面視圖；圖13是圖12中流體平臺的示意性平面視圖；圖14A和14B是圖12中流體平臺(當(dāng)使用時(shí))的示意性橫斷面視圖；圖15是對根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的元件或系統(tǒng)的配置的示意性示例；圖16是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖18A、B和C示例用在根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的元件或系統(tǒng)中的可能的致動(dòng)器隔膜(diaphragm)結(jié)構(gòu)；
圖19是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖21A是圖21中閥的閥膜(membrane)的平面視圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖23A是圖23中設(shè)備的致動(dòng)器體的基底的平面視圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖25是冷卻根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的方法示意性示例；圖26是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖27是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖27A是圖27中設(shè)備的致動(dòng)器體的基底的示意性平面視圖；圖28是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖；圖28A是圖28中設(shè)備的致動(dòng)器體的基底的示意性平面視圖；圖29是示例蠟貯存器陣列的示意性平面視圖；圖30是包括貯存器隔離器結(jié)構(gòu)的蠟貯存器陣列的示意性平面視圖；
圖30A和30B是示例兩個(gè)蠟貯存器之間的示范性貯存器隔離器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意性視圖；圖31是蠟貯存器陣列的示意性透視圖；圖31A是圖31中布置的示意性橫斷面視圖；圖32是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥的示意性橫斷面視圖，其示例照明的一個(gè)方法；圖33是將電磁能量傳送到根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的微閥的蠟貯存器的可能方法的示意性示例；圖33A是通過圖33中斷面A-A的示意性橫斷面視圖；圖34是將電磁能量傳送到根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的微閥系統(tǒng)的蠟貯存器的另一方法的示意性示例；圖34A是通過圖34中斷面A-A的示意性橫斷面視圖；圖35是將電磁能量傳送到根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的微閥系統(tǒng)的蠟貯存器的又一可能方法的示意性示例；圖36是對用于提供照明的LED矩陣的示意性示例；圖37是用于提供照明的光纖束的示意性透視圖；圖38是將電磁能量傳送到根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的微閥系統(tǒng)的蠟貯存器的另外又一可能方法的示意性表示；圖39是將電磁能量傳送到根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的微閥系統(tǒng)的蠟貯存器的另外又一可能方法的示意性表示；圖40是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的微閥系統(tǒng)的示意性透視圖；圖41A，B和C是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥(當(dāng)使用時(shí))的示意性橫斷面視圖；圖42A，B和C是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥(當(dāng)使用時(shí))的示意性橫斷面視圖；圖43是采用根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的一個(gè)或更多個(gè)元件的胰島素(insulin)泵的示意性示例；
圖44是適合于用在圖43中布置中的泵的示意性橫斷面；圖45是適合于用在圖43中布置中的閥的示意性橫斷面；以及圖46是圖43中泵的另外選擇性配置的示意性橫斷面。
雖然在此特別地提及微閥，但是將要理解為本發(fā)明可同等地適用于任何流體元件，包括廣義地閥和流體泵浦室。
具體實(shí)施例方式
參考所附附圖的圖1，根據(jù)本發(fā)明第一示范性實(shí)施例的致動(dòng)器包括柔性材料的室或膜盒(capsule)30，所述室或膜盒30被安裝在基片18上。在膜盒30內(nèi)的是一些熱氣動(dòng)材料32。同樣被放置在膜盒30內(nèi)的還有紅外線輻射吸收層16。在使用時(shí)，在位于或接近紅外線輻射吸收層16的位置處紅外線輻射被施加到膜盒30，由此導(dǎo)致膜盒30內(nèi)的熱氣動(dòng)材料32被加熱。當(dāng)熱氣動(dòng)材料32被加熱時(shí)，它的體積膨脹并且導(dǎo)致形成膜盒30的柔性材料的運(yùn)動(dòng)，即它導(dǎo)致其機(jī)械運(yùn)動(dòng)。當(dāng)熱氣動(dòng)材料32冷卻時(shí)，它返回到其原始的體積并且膜盒的柔性材料相應(yīng)地返回到其原始位置。
參考所附附圖的圖2，在本發(fā)明的另外選擇性的示范性實(shí)施例中，膜盒30內(nèi)的熱氣動(dòng)材料32本身就其本性而言可是紅外線輻射吸收性的，由此消除了對膜盒30內(nèi)紅外線吸收層的需求。熱氣動(dòng)材料32可例如通過向其中添加染料而被處理以便于使它對入射輻射(在這種情況下為IR)具有可吸收性。
參考所附附圖的圖3，根據(jù)本發(fā)明另外示范性實(shí)施例的致動(dòng)器包括被安裝在基片18上的紅外線輻射吸收材料52的室或毛細(xì)管50。在毛細(xì)管50內(nèi)的是需要加熱的流體54。光學(xué)波導(dǎo)56也被安裝在基片18上并且從紅外線輻射源蔓延到毛細(xì)管50的外壁。在使用時(shí)，紅外線輻射束58被施加到光學(xué)波導(dǎo)56，所述波導(dǎo)56將輻射攜帶到毛細(xì)管50的外壁上，在此它被吸收并且導(dǎo)致毛細(xì)管50內(nèi)的流體54被加熱。
除了在這種情況下，致動(dòng)器包括由柔性密封(containment)層82所形成的室80，并且紅外線吸收熱氣動(dòng)材料84(例如蠟)被提供在室80內(nèi)以外，被示例在附圖的圖4和5中的致動(dòng)器在許多方面類似于圖5至7中所示(以及參考其所說明)的致動(dòng)器。再次地，在使用時(shí)，紅外線輻射束58被施加到光學(xué)波導(dǎo)56，其將輻射攜帶到柔性密封層82，通過此密封層它傳播并且導(dǎo)致室80內(nèi)的熱氣動(dòng)材料84得到加熱。當(dāng)熱氣動(dòng)材料84的溫度升高時(shí)，則材料在體積上膨脹并且導(dǎo)致柔性密封層82的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。當(dāng)熱氣動(dòng)材料84冷卻時(shí)，它返回到其原始體積并且柔性密封層82返回到其原始位置。
參考所附附圖的圖6，根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的致動(dòng)器包括被安裝在帽102上的外殼100。外殼100對在頂端上帶有間隙106的室104加以限定。在室104內(nèi)有一些熱氣動(dòng)材料108和紅外線輻射吸收層110。柔性密封層112被提供在室104內(nèi)間隙106的上方。在使用時(shí)，再次地，紅外線輻射被施加到紅外線輻射吸收層110，從而導(dǎo)致熱氣動(dòng)材料108得到加熱并且相應(yīng)地在體積上膨脹。熱氣動(dòng)材料108在體積上的這種膨脹導(dǎo)致柔性密封層112的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)熱氣動(dòng)材料108冷卻時(shí)，最后得到的相變導(dǎo)致它返回到其原始體積以便于柔性密封層112返回到其原始位置。
除了熱氣動(dòng)材料108本身就其本性而言是紅外線輻射吸收性的，由此消除了對室104內(nèi)單獨(dú)紅外線輻射吸收層的需要以外，附圖的圖7中所示的致動(dòng)器在許多方面類似于圖8中所示(以及參考其所說明)的致動(dòng)器。
參考所附附圖的圖8，根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的系統(tǒng)120包括根據(jù)本發(fā)明的元件122的三維陣列。提供兩個(gè)紅外線輻射源124、126以供給系統(tǒng)120內(nèi)的所有元件。輻射源124、126成一角度，即彼此垂直，如圖所示，并且它們的束被設(shè)置成在需要被加熱的至少一個(gè)元件內(nèi)或上面的一位置處相交。在束相交處的能量足夠用來加熱。在任何其它點(diǎn)處的能量通常不是這樣。提供控制系統(tǒng)(未被示出)以使即將被加熱的元件能夠得到選擇并且相應(yīng)地用來控制來自源124、126的紅外線輻射的施加。
參考所附附圖的圖9，在本發(fā)明另一具體的示范性實(shí)施例中，多個(gè)微閥222被安裝在盤式基片223的表面上?；?23被提供有中央孔隙230以用于將基片223安裝在致密盤播放器233等的心軸232上。提供一個(gè)或更多個(gè)激光源234、236(如在用于播放音樂或運(yùn)行軟件的標(biāo)準(zhǔn)致密盤讀取器中，例如)，來自所述激光源的激光輻射入射到基片223的上表面。微閥222同心地圍繞基片223被設(shè)置。在所示例的實(shí)例中，提供有兩個(gè)激光源234、236，來自所述源的輻射束在零點(diǎn)交叉。當(dāng)通過操縱心軸232來旋轉(zhuǎn)基片223時(shí)，每個(gè)元件222反過來穿過點(diǎn)240并且如所需要的被致動(dòng)。
參考所附附圖的圖10，本發(fā)明另外又一具體的示范性實(shí)施例包括被提供在流體平臺300內(nèi)或上面的一個(gè)或更多個(gè)閥，所述平臺300被配置成用來被接收到基底單元304的凹槽302內(nèi)。
參考所附附圖的圖11A和11B，本發(fā)明這個(gè)示范性實(shí)施例的被建成兩個(gè)半形300a、300b的流體平臺300，當(dāng)被放置到一起時(shí)限定了它們之間的空凹槽301。平臺的上半部300a具有引導(dǎo)到凹槽301上半部的流體入口306，并且平臺的下半部300b具有引導(dǎo)出凹槽301下半部的流體出口308。閥310包括兩個(gè)柔性膜312、314，其圍繞著一些熱氣動(dòng)材料316被集合到一起，并且在邊緣處被封閉以限制充滿了熱氣動(dòng)材料316，如蠟的柔性室。
所附附圖的圖12和13示例了完整的流體平臺300。閥膜312、314及致動(dòng)器結(jié)構(gòu)的外部(被封閉的)邊緣313被提供有一個(gè)或更多個(gè)通孔322。閥座320總體上被限定成同心地，并且波導(dǎo)324可被提供以將電磁輻射傳輸?shù)介y310，雖然EM輻射當(dāng)然地可被直接提供于其上。
參考所附附圖的圖14A和14B，在使用時(shí)，當(dāng)閥打開時(shí)，流體可以經(jīng)由閥膜313內(nèi)的通孔322從入口306流動(dòng)到出口308。然而，當(dāng)電磁輻射經(jīng)由波導(dǎo)324被傳輸?shù)介y310時(shí)，熱氣動(dòng)材料316膨脹，從而導(dǎo)致凹槽301內(nèi)的閥室膨脹并且阻擋了入口306與出口308之間的通路，由此防止流體的流動(dòng)(圖14B)。當(dāng)熱氣動(dòng)材料316被冷卻時(shí)，它收縮回到其原始體積，由此減少了閥室的大小并且解除對入口306與出口308之間通路的阻擋，這樣可以恢復(fù)在此之間的流體流動(dòng)(見圖14A)。
所附附圖的圖15是對根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的IR致動(dòng)元件或系統(tǒng)的示意性示例，其包括包含閥結(jié)構(gòu)、微泵等的流體層401，有效地只表示致動(dòng)器功能的致動(dòng)器“層”402，光學(xué)層403，以及冷卻層404，其可作為選擇性地被放置在流體層401的另一側(cè)上面。
現(xiàn)在將說明每個(gè)上述所提到的層的若干設(shè)計(jì)選項(xiàng)。
參考所附附圖的圖16，流體元件，如微閥500或泵室，根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例包括致動(dòng)器層501和流體層502，并帶有被夾在它們之間的柔性閥膜503。致動(dòng)器層501包括致動(dòng)器塊504，其限定包含熱氣動(dòng)材料如蠟，氟代惰性氣體(fluoro-inert gas)等的室505。閥膜503被直接地結(jié)合到致動(dòng)器塊504上，對室505進(jìn)行封閉，而無需粘接劑?？杀恢苯拥亟Y(jié)合到致動(dòng)器塊502上的流體層限定了入口通道506、出口通道507、以及閥座508，借此閥座508與閥膜503共同合作來選擇性地打開或關(guān)閉入口與出口通道506、507之間的流體流動(dòng)通路。
在下面將僅通過實(shí)例來注解用于制作致動(dòng)器塊的各種方案。將要理解為用于致動(dòng)器層的若干設(shè)計(jì)是可能的，一些設(shè)計(jì)將在下面的說明中被注解，所使用的實(shí)際設(shè)計(jì)可以基于“混合及匹配”方法，即使用致動(dòng)器塊的不同部分的各種設(shè)計(jì)方案，不管是在此或另外加以說明的。
參考所附附圖的圖17，根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的微閥500在許多方面類似于參考圖18所說明的微閥，即它包括致動(dòng)器層501和流體層502，并帶有被夾在它們之間的閥膜503。致動(dòng)器502再次包括致動(dòng)塊504，其限定包含熱氣動(dòng)材料的室505。流體層502限定入口通道506、出口通道507和閥座502，借此閥座508與閥膜503共同合作來選擇性地打開或關(guān)閉入口與出口通道506、507之間的流體流動(dòng)通路。
然而，在這種情況下通過使用直接結(jié)合，流體層502和閥膜可作為集成單元被制作，這樣在這些部件之間不存在粘接。致動(dòng)器塊504可被單獨(dú)地加以制作，使致動(dòng)器隔膜(diaphragm)509封閉室505，并且通過例如可被絲網(wǎng)印刷或相反被提供在致動(dòng)器塊504上的一個(gè)或更多個(gè)粘性墊510，粘接劑被結(jié)合到流體層502上。
附圖18A，B和C僅借助于實(shí)例示例了致動(dòng)器隔膜509的可能性設(shè)計(jì)。附圖18A的致動(dòng)器隔膜509被設(shè)計(jì)成獲得隔膜中心的最大偏轉(zhuǎn)，附圖18B的致動(dòng)器隔膜509被設(shè)計(jì)成將膜的偏轉(zhuǎn)部分維持成相對平的，并且圖18C示例另一平的致動(dòng)設(shè)計(jì)，在平偏轉(zhuǎn)部分的邊緣處帶有折疊式結(jié)構(gòu)511，以允許膜509較大的行進(jìn)。
參考附圖19，其示例了圖17中閥的經(jīng)修改版本，其中致動(dòng)器膜509被取消，并且其中圍繞包含有熱氣動(dòng)材料(例如蠟)的室或貯存器505的開孔提供有封閉結(jié)構(gòu)512。封閉結(jié)構(gòu)512是被提升的區(qū)域，當(dāng)其與閥膜503接觸時(shí)且當(dāng)處于受壓壓力時(shí)，其封閉儲存器505的容積。這個(gè)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于致動(dòng)器儲存器505與用來構(gòu)建所述設(shè)備的粘接劑之間不存在直接接觸。
正如在附圖17的實(shí)施例中，流體層502和閥膜503通過兩層之間的粘接墊(adhesive pad)510，可保持與致動(dòng)器層501的接觸。粘接劑可是例如，a).聚合的，兩部分或單體元件，熱、UV或光硬化的，熱熔化等；b).金屬間層共晶結(jié)合，例如焊接類型；c)及其它。
在所優(yōu)選的實(shí)施例中，粘接劑可作為底層填料被引入，但是其它方法包括噴涂、絲網(wǎng)印刷、滴配制(drop dispensing)、噴灑、旋涂、浸漬等以提供相對簡單結(jié)構(gòu)的致動(dòng)閥。
所述附圖的圖20示例出與圖19中那個(gè)閥相類似的閥，其中閥膜503被攔在流體和致動(dòng)器層502、501兩者上所分別提供的相對封閉結(jié)構(gòu)512a、513b之間。它可以例如作為被夾在流體和致動(dòng)器層502、501之間的單獨(dú)層被引入。將理解為這個(gè)設(shè)計(jì)要求將流體和致動(dòng)器層502、501直接粘接到膜503，在其中膜503由非粘性材料如PTFE等組成或被涂有所述非粘性材料的情況下，這是不可能的。
參考所附附圖的圖21和21A，示例有根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的閥500，其中通過提供在閥膜503中的通孔513這個(gè)問題得到克服，通過所述通孔粘接劑510可以流動(dòng)以便于它可以粘接到流體層502和致動(dòng)器塊504的表面。
參考所述附圖的圖22，除了閥座508的設(shè)計(jì)以外，根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的閥500在許多方面類似于圖23中的閥，其中所述閥座508的結(jié)構(gòu)是如此這般以致于閥膜503在操作中選擇性地打開且關(guān)閉入口和出口通道506、507(即，在入口與出口通道506、507之間沒有提供階梯)?？梢栽O(shè)想閥座508的許多設(shè)計(jì)，并且本發(fā)明并不旨在被限制在這個(gè)方面。
除了在這種情況下，編碼通道514圍繞儲存器505被提供在致動(dòng)器塊504中以外，所述附圖的圖23和23A示例在很多方面與圖22中那個(gè)閥類似的閥。氣體和/或液體codants可以被致使流過編碼通道514(經(jīng)由入口編碼通道515和出口通道516)以提供對設(shè)備的冷卻。將理解到所示例的設(shè)計(jì)是示意性的且將針對具體的實(shí)施例得到優(yōu)化。
作為另外選擇地，或外加地，并且參考所述附圖的圖24，熱電構(gòu)件517可以被附著到設(shè)備500上的策略點(diǎn)上以提供局部性的冷卻。通過提供將熱從設(shè)備傳導(dǎo)到熱電構(gòu)件的熱傳導(dǎo)層，對設(shè)備的這個(gè)冷卻可以得到減緩。例如，致動(dòng)器體504可由硅或金屬加以制作并且熱電構(gòu)件517可被直接附著到致動(dòng)器塊504。至少在其中致動(dòng)器體由金屬制成的情況下，波導(dǎo)或光纖被提供成與儲存器505內(nèi)的熱氣動(dòng)材料直接接觸，以向其供應(yīng)電磁輻射。
此外，或作為另外選擇地，還可以由下述來提供冷卻
1.將氣體(優(yōu)選地經(jīng)冷卻的)吹到芯片上；2.冰箱系統(tǒng)可以被構(gòu)建在芯片內(nèi)。例如，并且參考所述附圖27，經(jīng)加壓的氣體金屬罐(cannister)600可以被附著到通道系統(tǒng)601。通道被構(gòu)建成提供被直接連接到氣體金屬罐600的段602，并且其具有與來自氣體金屬罐600的開孔相比較小的或類似的橫斷面。然后這個(gè)通道602直接連接到較大橫斷面的另一通道603上并且其以通到外部的通風(fēng)開孔604而終止。打開系統(tǒng)允許來自金屬罐600的氣體通過通道系統(tǒng)601逃逸。第一通道602的收縮保持氣體處于壓力。到第二通道603的開孔605允許氣體快速膨脹并且產(chǎn)生冷卻。
將理解到蠟致動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成適應(yīng)改善蠟與致動(dòng)器體之間熱傳導(dǎo)的特征。如果用于制造致動(dòng)器體的材料是IR透明的，則這才起作用。這將避免用于構(gòu)建IR輻射的復(fù)雜方案以與被建在致動(dòng)器體內(nèi)的設(shè)計(jì)特征相匹配。
這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以變化但是基本上我們將增加可得到的蠟與致動(dòng)器體之間接觸的表面面積。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器體可由IR透明材料來形成，其中借助于直接蝕刻形成一個(gè)或更多個(gè)坑。在所優(yōu)選的實(shí)施例中，為致動(dòng)器體所選擇的材料被結(jié)合到IR透明材料520(致動(dòng)器體封頂層)上并且致動(dòng)器貯存器505被蝕刻以暴露出IR透明材料。這將IR透明窗建立進(jìn)入貯存器。這還可以通過在致動(dòng)器體504內(nèi)形成貯存器505且然后結(jié)合IR透明窗材料520來完成。這被示例于所述附圖的圖26中。
在制作上面所說明的致動(dòng)器時(shí)必須強(qiáng)調(diào)的一個(gè)議題是如何處理將致動(dòng)器貯存器填充上熱氣動(dòng)材料如蠟的要求。
參考所述附圖的圖27和27A，一個(gè)可能性是在設(shè)備500的后期制作時(shí)填充貯存器505。在所示例的實(shí)施例中，入口521和出口522被用來將處于熔化狀態(tài)的蠟引入貯存器505，緊接其后入口和出口521、522將被阻擋。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將要理解到存在幾種可用來做到這點(diǎn)的方法。然后蠟被冷卻且硬化。
在圖28和28A中所示例的實(shí)例中，其原理與圖27和27A實(shí)施例中的原理相同，只是入口和出口通道521和522被重新取向。在蠟已經(jīng)被引入到貯存器505之后，通過封閉構(gòu)件523，入口521和出口522被封閉。
參考圖29，其中示例出被如此構(gòu)建的蠟貯存器505陣列以便于允許整個(gè)致動(dòng)器集同時(shí)被填充。
圖30示例出類似的布置，其中貯存器隔離器結(jié)構(gòu)或止回閥524被提供在相聯(lián)系的入口521和出口522之間的貯存器505彼此之間。止回閥524的概念是防止蠟從一個(gè)致動(dòng)器505到另一個(gè)致動(dòng)器的回流。止回閥524可包括大量蠟，其被構(gòu)建成尤其當(dāng)相鄰的致動(dòng)器505已經(jīng)被啟動(dòng)且處于液體狀態(tài)時(shí)用來提供顯著封閉結(jié)構(gòu)。設(shè)想了止回閥的幾個(gè)不同設(shè)計(jì)，并且本發(fā)明并不旨在被局限在這個(gè)方面。足以說地是止回閥524應(yīng)該不僅起到封閉作用，而且還有利地被構(gòu)建成均勻地沿著整個(gè)致動(dòng)器505集進(jìn)行填充。實(shí)例被示例于所述附圖的圖30A和30B。
在另一實(shí)施例中，如在所述附圖的圖31中所示例，提供用于蠟材料的開口貯存器525，其中致動(dòng)器505由IR束526的位置和致動(dòng)器體504上稀疏區(qū)域的位置來加以確定。
設(shè)想了用于將IR發(fā)送到系統(tǒng)內(nèi)部存在的致動(dòng)器上的許多不同方法。例如，IR能量可以通過設(shè)備的IR透明段被直接發(fā)送到致動(dòng)器場地，如所述附圖的圖32中所示例。
在可供選擇性的實(shí)施例中，電磁能量可借助于利用包括如下的各種方法而制作的光學(xué)波導(dǎo)被發(fā)送到致動(dòng)器1.較簡單的(plainer)波導(dǎo)(如所附附圖的圖33中所示)2.光纖3.及其它在所述附圖的圖33中所示的設(shè)計(jì)表示被連接到每個(gè)致動(dòng)器上的波導(dǎo)邊緣。這些將存在于設(shè)備外部上方便位置處的光學(xué)接口鏈接到位于設(shè)備內(nèi)部的致動(dòng)器上。每個(gè)波導(dǎo)被鏈接到單獨(dú)的致動(dòng)器。
電磁能量，例如紅外線輻射，被聚焦在相應(yīng)波導(dǎo)的光學(xué)小面上，且然后波導(dǎo)使輻射通到(port)致動(dòng)器上。將理解為這些波導(dǎo)的較簡單布局可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行變化。
在所附附圖的圖34中所示的實(shí)施例中，每個(gè)致動(dòng)器被放置在波導(dǎo)上。波導(dǎo)執(zhí)行如在所述附圖的圖33中所示實(shí)施例的方面中所概述的相同功能。其中還可包括光學(xué)結(jié)構(gòu)(例如光柵，其將來自波導(dǎo)縱向通路(access)的光重新取向進(jìn)入致動(dòng)器)。
正如前面所述，每個(gè)波導(dǎo)被鏈接到單獨(dú)的致動(dòng)器，紅外線輻射被聚焦到相應(yīng)波導(dǎo)的光學(xué)小面上，且然后波導(dǎo)將輻射通到致動(dòng)器。再次，這些波導(dǎo)的較簡單布局可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求發(fā)生變化。
光學(xué)波導(dǎo)和致動(dòng)器之間的接口可被修改以控制致動(dòng)器可得到的光的數(shù)量。雖然在單個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)中這可并不重要，但是在多致動(dòng)器系統(tǒng)方面這可變成重要的事宜。這些接口可以是以直角將一部分光偏轉(zhuǎn)向波導(dǎo)的縱向通路的光學(xué)光柵、光學(xué)孔隙(虹彩)、光學(xué)部件反射涂層等。
采用束發(fā)送的傳統(tǒng)方法借助于單束布置可以進(jìn)行紅外線束的發(fā)送。這些可是透鏡、纖、鏡子等。通過使用所述附圖的圖35中所示例的XY掃描鏡方法，可以執(zhí)行將束發(fā)送到兩維平面上面的位置上。光學(xué)接口將是到蠟致動(dòng)器的直接鏈接或是到光學(xué)導(dǎo)管的接口，所述光學(xué)導(dǎo)管將系統(tǒng)的外部與位于系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)內(nèi)的致動(dòng)器進(jìn)行鏈接。
作為選擇性地，在可供選擇的實(shí)施例中，通過高能量LED設(shè)備可實(shí)現(xiàn)紅外線輻射的發(fā)送。這些可以單個(gè)地(每致動(dòng)器一個(gè))或以與致動(dòng)器層上的光學(xué)輸入陣列對準(zhǔn)的陣列被使用。所附附圖的圖36示例出LED陣列，其LED可單獨(dú)地賦址，并且與致動(dòng)器視域或服務(wù)于這些致動(dòng)器的光學(xué)接口對準(zhǔn)。
來自激光器二極管(或其它激光源)或LED的紅外線束的發(fā)送可以經(jīng)由纖束。所述附圖的圖37示例出光纖束，其中光學(xué)小面與相應(yīng)的致動(dòng)器視域或相應(yīng)的服務(wù)于這些視域的光學(xué)接口排成行。每個(gè)光纖可以精確地位于兩維上且每個(gè)位置與致動(dòng)器的位置對準(zhǔn)。
在所述附圖的圖35中所示例的IR XY掃描器定向(beamed)發(fā)送系統(tǒng)的擴(kuò)展中，提供有允許束被開啟和斷開的虹彩。通過將激光器開啟和斷開，可以提供相同的控制。這尤其但并不排他地適用于激光器二極管。XY掃描鏡600和虹彩或激光器二極管的切換可以經(jīng)由計(jì)算機(jī)程序來控制。在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，控制數(shù)據(jù)被用公式表達(dá)成系列圖像(即像電影序列中的幀)。每個(gè)幀以表示每個(gè)致動(dòng)器的開/斷狀態(tài)的棋盤格(checkered)位圖畫出。計(jì)算機(jī)滾過這些幀，通過使用XY鏡600和激光器開/斷控制將它們轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的光學(xué)接口上的圖像，類似于電視上E束的控制(見所述附圖的圖38)。
圖39示例LED屏幕，其可以被用來建立或限定借此EM輻射不能夠穿過的不透明區(qū)域。
所述附圖的圖40示例如此系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括通過一個(gè)或更多個(gè)IR透明窗直接可接近的多個(gè)致動(dòng)器505，以及經(jīng)由波導(dǎo)，例如光纖服務(wù)于致動(dòng)的多個(gè)光學(xué)接口700。
圖41A、B和C示例出根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的閥，其中致動(dòng)器層501限定了由相對窄的流體結(jié)803所鏈接的兩個(gè)室801、802。在關(guān)閉位置，熱氣動(dòng)材料如蠟填充了上部室801并且將致動(dòng)器隔膜509維持在水平位置，由此將在流體層502的入口和出口通道506、507之間的流體流動(dòng)路徑保持關(guān)閉。
當(dāng)蠟被加熱時(shí)，它膨脹且填充第二室802，并且因?yàn)榱黧w結(jié)803相對窄，所以它首先冷卻以將蠟的流動(dòng)阻擋回到第一閥室801。然后蠟被冷卻，這樣室801內(nèi)的體積得到降低，并且致動(dòng)器隔膜509收縮以打開入口與出口通道506、507之間的流體流動(dòng)路徑。
根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的閥被示例于圖42A、B和C中，其中圖41的第二蠟貯存器(802)由毛細(xì)管通道804所代替。在關(guān)閉位置，固態(tài)蠟基本上填充了第一室801并且將致動(dòng)器隔膜509維持在其水平位置，由此將入口和出口通道506、507之間的流體流動(dòng)路徑保持關(guān)閉。當(dāng)蠟被施以加熱時(shí)，蠟膨脹并且填充毛細(xì)管通道804。然后，當(dāng)蠟在毛細(xì)管通道804內(nèi)冷卻時(shí)，它容納蠟容積的附加部分，其減少了在上部閥室801內(nèi)的體積，并且致使致動(dòng)器隔膜509收縮并且打開了閥。
參考所附附圖的圖43，其中示出包括泵902的胰島素泵900的主要部件的示意性示例，所述泵902具有在其每一側(cè)面上的止回閥904、906。
參考圖44，根據(jù)示范性實(shí)施例的泵902可包括限定室909，所述室909具有其間具有流動(dòng)路徑的入口908和出口910。柔性膜912被提供在將熱氣動(dòng)材料體如蠟914限制在其中的室909內(nèi)。在熱氣動(dòng)材料914體內(nèi)提供有電磁源916，如LED或激光器二極管，并且提供電接觸918以向其上供應(yīng)能量。
在使用時(shí)，向熱氣動(dòng)材料914提供電磁能(來自源916和/或外部源)以對其加熱并且導(dǎo)致相變，其導(dǎo)致材料914膨脹。結(jié)果是膜912向上移動(dòng)以阻擋入口908和出口910之間的流動(dòng)路徑。當(dāng)蠟914被允許冷卻時(shí)，它變硬并且收縮，這樣流動(dòng)路徑重新被打開。
參考所附附圖的圖45，止回閥(904或906)可包括外殼，所述外殼限定具有入口922和出口924的室920。入口922由第一柔性活瓣(flap)或膜926從室920分開且出口924由第二柔性活瓣(flap)或膜928從室920分開分開。每個(gè)活瓣926、928具有被填充有附著到其上的蠟的相應(yīng)室930、932，以及電磁輻射源934，如LED被提供在室920內(nèi)。
在使用時(shí)，當(dāng)電磁輻射被施加到蠟室930、932上時(shí)，蠟經(jīng)受相位變化并且膨脹，從而導(dǎo)致相應(yīng)的活瓣926、928在遠(yuǎn)離室920的方向上移動(dòng)，由此打開入口922與出口924之間的路徑。當(dāng)蠟被允許冷卻時(shí)，它變硬且收縮，從而導(dǎo)致活瓣926、928向室920的中心移回并且再一次阻擋流動(dòng)路徑。如果外部壓力經(jīng)由入口922或出口924被施加到閥，則它將頂住(act against)相應(yīng)的活瓣926、928，并且閥904、906將保持被封閉。
在所有的情況下，液壓室936等可被提供在膜912和流動(dòng)路徑之間，如例如在圖46中所示，以抵消膜912的不平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(由熱氣動(dòng)材料914的膨脹和收縮所導(dǎo)致)并且改善控制。
使用電磁輻射來加熱本發(fā)明的元件基本上簡化了將致動(dòng)能量發(fā)送到系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)場具體點(diǎn)的過程。它提供高強(qiáng)度的能量，其當(dāng)然可以是用于操作元件的具體波長。
本發(fā)明的其它主要優(yōu)點(diǎn)包括1.從光源，并且尤其是激光器源可得到的功率，意味著供應(yīng)給元件的功率速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出通過電加熱或熱電泵所獲得的功率速率，效果是熱膨脹速率要高得多。此外，尤其在元件的有源部分是致動(dòng)器的情況下，它必須像被加熱一樣快地被冷卻，以便于取得由現(xiàn)代系統(tǒng)所要求的循環(huán)時(shí)間。在本發(fā)明的情況下，元件的有源部分始終可以被冷卻(即使當(dāng)它被加熱時(shí))，因?yàn)橛晒庠此峁┑墓β蕪?qiáng)度足以來克服這種背景冷卻。此外，借此可以得到這種功率的速率，尤其在小型和微型系統(tǒng)中，被認(rèn)為是快于到冷卻系統(tǒng)的熱消散速率。
2.參考上面所說明的一些具體示范性實(shí)施例，來自光源的熱并不來自加熱器的點(diǎn)源，電磁輻射可由熱氣動(dòng)材料的整個(gè)體積來吸收。這樣，致動(dòng)材料的整個(gè)體積可以基本上被均勻地加熱，其克服了在采用熱氣動(dòng)材料的已知設(shè)備中普遍的熱傳導(dǎo)問題。
3.復(fù)雜的加熱器結(jié)構(gòu)得到避免復(fù)雜懸掛式加熱器及熱絕緣加熱器從前已經(jīng)被應(yīng)用來減少進(jìn)入元件散裝結(jié)構(gòu)的熱損失(在小型和微型元件中其尤其重要)并且增加了熱氣動(dòng)設(shè)備的效率。
4.光束較電信號要容易控制得多在上面所說明的具體示范性系統(tǒng)中，即1000個(gè)元件的布置將要求兩個(gè)經(jīng)掃描的激光束來供應(yīng)所必要的加熱能力，而可比較的電系統(tǒng)將要求1001個(gè)電連接來提供相同的加熱能力，或復(fù)雜的復(fù)用系統(tǒng)。
僅借助于實(shí)例，本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)在上述加以說明，并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯然地是對所說明的實(shí)施例可以進(jìn)行修改和變動(dòng)而不偏離如所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種元件，至少其一部分要求得到加熱以實(shí)現(xiàn)其操作，所述元件包括至少其一部分是由柔性材料所形成的室，所述室容納著熱氣動(dòng)材料，借此當(dāng)所述熱氣動(dòng)材料被加熱時(shí)，它在室內(nèi)膨脹從而導(dǎo)致所述柔性材料的運(yùn)動(dòng)，所述熱氣動(dòng)材料借助于電磁輻射被加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中所述元件是閥，如小型或微型閥，或泵浦室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中所述室被至少部分地涂有電磁輻射吸收材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中所述熱氣動(dòng)材料是在加熱時(shí)因相變而經(jīng)受體積膨脹的蠟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中所述元件是致動(dòng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的元件，其中所述元件是小型或微型致動(dòng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中所述元件是閥、泵、可移動(dòng)鏡、可移動(dòng)透鏡、反應(yīng)器、傳感器(例如流量、壓力、溫度等)、反應(yīng)室、或其小型或微型版本(version)中的一個(gè)。
8.一種包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的元件以及電磁輻射源的系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射源是所述每個(gè)元件的一部分或被提供在所述每個(gè)元件之內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射源與所述元件分開。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括單個(gè)電磁輻射源。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至10任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)電磁輻射源，來自所述輻射源的輻射束被設(shè)置成在需要得到加熱的所述至少一個(gè)元件內(nèi)或上面的一位置處相交。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)元件相對于所述電磁輻射源可移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)元件相對于所述位置可移動(dòng)并且所述輻射束被設(shè)置成相交。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射源可移動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中一個(gè)或更多個(gè)所述電磁輻射源可移動(dòng)以便于改變所述位置，所述輻射束被設(shè)置成相交在此位置上。
17.根據(jù)權(quán)利要求8至16任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)元件被安裝在基片上。
18.根據(jù)權(quán)利要求8至17任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括用于冷卻元件的冷卻裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述冷卻裝置被設(shè)置成當(dāng)它(或它們)被加熱的同時(shí)冷卻所述元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求8至19任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的元件，至少一些所述元件被設(shè)置成由相同的一個(gè)或更多個(gè)電磁輻射源選擇性地加熱。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，其中所述電磁輻射是紅外線輻射。
22.根據(jù)權(quán)利要求8至20任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射是紅外線輻射。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，其中所述電磁輻射被直接地提供到所述元件。
24.根據(jù)權(quán)利要求8至20任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射被直接地提供到所述一個(gè)或更多個(gè)元件。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的元件，其中所述元件相對于電源輻射源可移動(dòng)性地被安裝。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)元件相對于所述電磁輻射源可移動(dòng)性地被安裝。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，包括相對于所述元件可移動(dòng)的電磁輻射源。
28.根據(jù)權(quán)利要求8至20任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射源相對于所述至少一個(gè)元件可移動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，其中所述電磁輻射由一個(gè)或更多個(gè)光發(fā)射二極管、激光器二極管、激光器源以及白熾光源來提供。
30.根據(jù)權(quán)利要求8至20任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射源是一個(gè)或更多個(gè)光發(fā)射二極管、激光器二極管、激光器源以及白熾光源。
31.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，其中借助于被聚焦的或激光束所述電磁輻射被直接地提供到所述元件。
32.根據(jù)權(quán)利要求8至20任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射源是被設(shè)置成將電磁輻射直接提供到所述一個(gè)或更多個(gè)元件的被聚焦的或激光束。
33.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，其中所述電磁輻射經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)波導(dǎo)或光纖被提供到元件。
34.根據(jù)權(quán)利要求8至20任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括一個(gè)或更多個(gè)用于將電磁輻射提供到所述一個(gè)或更多個(gè)元件的光學(xué)波導(dǎo)或光纖。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的元件，其中所述光學(xué)波導(dǎo)或纖相對于電磁輻射源可移動(dòng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)波導(dǎo)或纖相對于所述電磁輻射源可移動(dòng)。
37.根據(jù)權(quán)利要求33的元件，其中提供相對于所述光學(xué)波導(dǎo)或纖可移動(dòng)的電磁輻射源。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述電磁輻射源相對于所述一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)波導(dǎo)或光纖可移動(dòng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，其中所述元件被容納在被限定在流體平臺內(nèi)的凹槽內(nèi)，所述流體平臺被配置成用來被接收在基底單元的凹槽內(nèi)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的元件，包括兩個(gè)柔性膜，在其邊緣所述膜被封閉到一起并且限定在它們之間的室，所述室包含熱氣動(dòng)材料。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的元件，包括閥所述流體平臺包括流體入口和流體出口，使流體流動(dòng)路徑被限定在所述入口和所述出口之間，所述閥被放置在所述流體流動(dòng)路徑內(nèi)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的元件，其中所述閥被設(shè)置成當(dāng)借助于電磁輻射加熱時(shí)用來阻擋所述流體流動(dòng)路徑。
43.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，包括包括輸入通道和輸出通道的流體層、包括容納所述熱氣動(dòng)材料的所述室的致動(dòng)器層，以及被放置在所述流體和致動(dòng)器層之間的柔性膜。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的元件，其中所述膜和所述致動(dòng)器層被直接地結(jié)合到一起。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的元件，其中所述流體層借助于粘接性材料被結(jié)合到所述致動(dòng)器層和膜布置。
46.根據(jù)權(quán)利要求43的元件，其中所述膜和所述流體層被直接地結(jié)合到一起。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的元件，其中所述致動(dòng)器層借助于粘接性材料被結(jié)合到所述流體層和膜布置。
48.根據(jù)權(quán)利要求43的元件，其中在所述流體和致動(dòng)器層之間的所述膜內(nèi)提供有一個(gè)或更多個(gè)通孔。
49.根據(jù)權(quán)利要求43的元件，包括冷卻裝置。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的元件，其中所述冷卻裝置包括一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道，在使用時(shí)通過所述冷卻通道導(dǎo)致冷卻流體流動(dòng)。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的元件，其中在相鄰于包含所述熱氣動(dòng)材料的室處提供所述一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道。
52.根據(jù)權(quán)利要求49的元件，其中所述冷卻裝置包括用于使用中將流體穿過所述元件的裝置。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的元件，其中所述冷卻裝置包括被連接到流動(dòng)通道的氣源，所述流動(dòng)通道包括具有連接到所述氣源的入口的第一段以及具有連接到所述第一段的入口及具有出口的第二段，所述第二段的直徑大于所述第一段的直徑。
54.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，其中所述室被提供有入口，用于允許所述熱氣動(dòng)材料被引入到所述室內(nèi)。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的元件，包括當(dāng)熱氣動(dòng)材料已經(jīng)被引入到所述室內(nèi)時(shí)用于阻擋所述入口的裝置。
56.根據(jù)權(quán)利要求54的元件，其中所述室包括出口。
57.根據(jù)權(quán)利要求8至20任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的元件的陣列，以及電磁輻射源。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的系統(tǒng)，其中所述陣列的每排元件由流體流動(dòng)路徑來鏈接。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的系統(tǒng)，其中所述陣列的每排被提供有入口，以允許熱氣動(dòng)材料被引入到所述元件的室內(nèi)。
60.根據(jù)權(quán)利要求57的系統(tǒng)，其中所述陣列的每排包括多個(gè)所述元件，以及被提供在所述元件的每對之間的貯存器隔離器結(jié)構(gòu)或止回閥，所述貯存器隔離器結(jié)構(gòu)與其相鄰的元件的室進(jìn)行流體連通。
61.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，包括彼此進(jìn)行流體連通的兩個(gè)室。
62.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，包括與所述室進(jìn)行流體連通的毛細(xì)管通道布置。
63.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的元件，除了包含所述熱氣動(dòng)材料的室以外還包括液壓室。
全文摘要
用于元件如閥或泵的致動(dòng)器包括柔性材料的室或膜盒(30)，所述室或膜盒(30)被安裝在基片(18)上。在膜盒(30)內(nèi)是一些熱氣動(dòng)材料(32)(即，加熱時(shí)體積膨脹的材料)。同樣被放置在膜盒(30)內(nèi)的還有紅外線輻射吸收層(16)。在使用時(shí)，紅外線輻射在位于或接近紅外線輻射吸收層(16)的位置處被施加到膜盒(30)，由此導(dǎo)致膜盒(30)內(nèi)的熱氣動(dòng)材料(32)被加熱。當(dāng)熱氣動(dòng)材料(32)被加熱時(shí)，它的體積膨脹并且導(dǎo)致形成膜盒(30)的柔性材料的運(yùn)動(dòng)，即它導(dǎo)致其機(jī)械運(yùn)動(dòng)。當(dāng)熱氣動(dòng)材料(32)冷卻時(shí)，它返回到其原始的體積并且膜盒的柔性材料相應(yīng)地返回到其原始的位置。
文檔編號F15C5/00GK1653274SQ03810227
公開日2005年8月10日 申請日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月23日
發(fā)明者凱文·史密斯, 約瑟夫·塞菲, 朱利安·沙普利, 彼得·馬蒂諾 申請人:斯塔布里奇系統(tǒng)有限公司