專利名稱：具有增強(qiáng)的恢復(fù)力的彎曲的致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電致動(dòng)器，尤其涉及一種具有增強(qiáng)的恢復(fù)力的改進(jìn)的致動(dòng)器。
靜電致動(dòng)器已被選擇用作使用的功率小、操作速度高、生產(chǎn)成本低并且體積小的致動(dòng)器。這些器件具有許多重要的優(yōu)點(diǎn)和熱器件相比，其要求小得多的功率，和電磁器件相比，其使用較小的功率并具有較小的體積，或者和壓電致動(dòng)器相比，壓電致動(dòng)器具有較高的成本和小得多的運(yùn)動(dòng)幅值。
然而，至今還沒有在市場(chǎng)上可以得到的靜電致動(dòng)器。其中尤其關(guān)心的是具有介電絕緣之電極的靜電致動(dòng)器，其中具有許多特殊問題。
在靜電致動(dòng)器中，所需的位移是由在兩個(gè)物體上分布的相反電荷之間的相互作用而產(chǎn)生的靜電吸力引起的，其中所述兩個(gè)物體中的一個(gè)物體是可以運(yùn)動(dòng)的。為了說明本發(fā)明，這兩個(gè)物體被稱為致動(dòng)器板。所述致動(dòng)器板被分開一個(gè)預(yù)定距離。然后，通過在兩個(gè)作為致動(dòng)器板的一部分的導(dǎo)電電極之間提供一個(gè)電位差產(chǎn)生電荷分布。當(dāng)在電極之間施加電位差時(shí)，所述致動(dòng)器處于ON狀態(tài)或ON方式，當(dāng)兩個(gè)電極處于相同的電位時(shí)，致動(dòng)器處于0FF狀態(tài)。
一個(gè)同族專利披露了一種流體控制，其中使用微型閥、檢測(cè)器和使用在一個(gè)入口和一個(gè)出口之間的主通道的其它元件，在入口和出口之間還有一個(gè)伺服通道。所述伺服通道利用控制流量管控制，使得調(diào)節(jié)片以靜電方式運(yùn)動(dòng)。Bonne等人的美國專利5176358披露了一種這樣的流體調(diào)節(jié)裝置，而分案的美國專利5323999和5441597涉及另外的實(shí)施例。
上述專利只對(duì)實(shí)際的靜電裝置作了簡(jiǎn)短的說明，其中至少一個(gè)被作為介電層的一部分形成的調(diào)節(jié)片在裝置被啟動(dòng)時(shí)離開或朝向小孔運(yùn)動(dòng)，用于改變和其相連的至少一個(gè)電極的電位，從而產(chǎn)生靜電力。
上述的參考專利和另一個(gè)同族專利一樣，其中具有關(guān)于使用靜電力的微型閥的其它信息。涉及到首先提及的那些專利的待審專利已被批準(zhǔn)為Bonne等人的美國專利5082242。該專利披露了一種作為一種整體結(jié)構(gòu)的微型閥，這種結(jié)構(gòu)被制造在一個(gè)硅片上，使得該裝置成為一種具有被設(shè)置在硅片上的相對(duì)側(cè)上的入口和出口的流量控制閥。這種控制閥由在底座上的接點(diǎn)控制，其中表面必須匹配，以便避免閥門性能的變劣。US5180623和US5244527兩個(gè)專利是關(guān)于第一專利的分案申請(qǐng)。這些專利基本上披露了利用各種電壓源驅(qū)動(dòng)的靜電閥的操作。具體地說，所述的控制閥通過在電極之間施加直流電壓作為具有兩個(gè)位置的控制閥進(jìn)行操作，其具有完全打開位置和完全閉合位置。此外，還披露了作為比例控制閥進(jìn)行操作，其中施加為閉合閥門所需的電壓成比例的電壓。最后，這些專利披露了利用脈沖寬度調(diào)制電壓信號(hào)控制這些閥門，以便調(diào)制通過閥門的氣體流量。
在一些靜電致動(dòng)器中，在正常的操作周期期間，致動(dòng)器板必須緊密接觸。這些致動(dòng)器有時(shí)被稱為觸摸式靜電致動(dòng)器。為了阻止在操作周期的觸摸階段期間發(fā)生電短路，導(dǎo)電電極利用介電層相互絕緣。為了從特定裝置獲得最大功，通常在兩個(gè)導(dǎo)電電極之間產(chǎn)生大的電場(chǎng)。靜電吸引作用的非線性特征產(chǎn)生咬合作用，其中致動(dòng)器板以高達(dá)108g的加速度和超過103m/sec的速度彼此相向運(yùn)動(dòng)。在撞擊之后，致動(dòng)器板的自由表面被以靜電方式產(chǎn)生的大的壓力彼此相互推動(dòng)。這種操作方式可以引起大的機(jī)械撞擊，因而在致動(dòng)器板之間產(chǎn)生大的相互作用力。這些力可以在除去致動(dòng)器板之間的電位差之后繼續(xù)起作用。在一些情況下，這些力大于用于使電極回到其原始位置的恢復(fù)力。在這種情況下，兩個(gè)電極暫時(shí)或永久地保持連接，因而致動(dòng)器停止進(jìn)行所需的操作。這種狀態(tài)有時(shí)被稱為被“黏住”。在現(xiàn)有技術(shù)中的靜電致動(dòng)器產(chǎn)生被減小的恢復(fù)力使得它們由于永久的粘連現(xiàn)象而易于發(fā)生故障。
在靜電致動(dòng)器中產(chǎn)生粘連的主要的力是表面相互作用力(固態(tài)橋接、凡得華力、氫鍵)以及由暫時(shí)地或永久地陷入介電質(zhì)中的電荷產(chǎn)生的力。為了減少表面相互作用力，使用兩個(gè)辦法。第一種辦法是減少接觸面積，這需要更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且要失去一些可以利用的靜電力。第二種辦法是減少接觸的層的表面能量，目前還沒有基于這個(gè)概念的成功的例子。
現(xiàn)有技術(shù)的靜電致動(dòng)器的另一個(gè)缺點(diǎn)在于難于控制致動(dòng)器的機(jī)械形狀。已經(jīng)知道，靜電驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件之間分開的間隙小時(shí)可以提供大的力。但是，這種強(qiáng)制條件使得把以靜電方式驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器的最大位移限制于幾微米或更小。為了增加最大位移而不犧牲可利用的力，以前提出了一種預(yù)應(yīng)力的向上彎曲的懸臂結(jié)構(gòu)，其中利用滾動(dòng)型的運(yùn)動(dòng)。見前述的Bonne的美國專利5176358以及相關(guān)的專利。事實(shí)上，這種結(jié)構(gòu)和前述專利相比具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，其在以鉸鏈連接的電極之間具有小的分開間隙，從而引起大的靜電力，并且，通過利用拋物線形狀，產(chǎn)生較高的最大位移。其具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其中利用單個(gè)芯片和表面微型機(jī)加工工藝，并且需要低的電壓(幾十伏)和非常低的功率。然而，這種結(jié)構(gòu)也具有一些缺點(diǎn)。其很難控制應(yīng)力梯度，即很難控制最大位移和恢復(fù)力。此外，其具有很小的恢復(fù)力，有時(shí)小于表面交界處的粘合力，因而引起致動(dòng)器部件的永久性黏連，使致動(dòng)器發(fā)生故障。
如果能夠減少或者完全消除導(dǎo)致故障的現(xiàn)有技術(shù)中的這些困難，則會(huì)帶來巨大的優(yōu)點(diǎn)。
如果能夠提供一種改進(jìn)的用于靜電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法，用于任何致動(dòng)器及其物理元件的結(jié)構(gòu)，則會(huì)給本領(lǐng)域帶來另外巨大的優(yōu)點(diǎn)。
如果能夠減少一些應(yīng)力梯度，使得能夠更好地控制所述裝置，則會(huì)給本領(lǐng)域帶來另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
如果能夠制造一種裝置，其能夠防止永久性黏連，則會(huì)給本領(lǐng)域帶來另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谟|摸式致動(dòng)器中，黏連是一種最重要的故障機(jī)制。
其它的優(yōu)點(diǎn)將從后面看出。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的上述和其它目的可以利用下述方式來實(shí)現(xiàn)。具體地說，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的彎曲的結(jié)構(gòu)，其消除了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，而不損失已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的致動(dòng)器是一種多相的彎曲致動(dòng)器，其保持了目前已知的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、大的靜電力和大的位移，同時(shí)增加了大的恢復(fù)力和更容易控制的形狀，從而減少由于現(xiàn)有技術(shù)中的黏連而引起的毀壞。這種致動(dòng)器可以用于微型閥中，使得改善微型閥的效率。
本發(fā)明的致動(dòng)器包括被支撐在具有嵌入的電極的兩側(cè)上的橋形結(jié)構(gòu)。在所述橋上的電極和在支撐件上的電極是與之絕緣的，從而防止在觸摸操作方式下發(fā)生電短路。這通過在橋上或者在支撐件上的電極或者在兩者上的電極上附加一個(gè)絕緣層來實(shí)現(xiàn)。
彎曲的電極具有這樣的形狀，當(dāng)對(duì)尚未接合的一對(duì)電極施加電壓時(shí)，所述形狀適用于向其和靜止的支撐件接觸的部分傳遞恢復(fù)力。
優(yōu)選的電壓提供一種多相的驅(qū)動(dòng)力，其中包括在一個(gè)操作周期的一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)施加于第一對(duì)電極的電壓，在同一個(gè)周期的一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)施加于第二對(duì)電極的電壓，最好在施加每個(gè)電壓之后具有一個(gè)不施加電壓的暫間的時(shí)間間隔。
可以把多個(gè)所述致動(dòng)器并聯(lián)，例如形成兩維的致動(dòng)器陣列。在所述陣列中的致動(dòng)器根據(jù)陣列的特定用途能夠同時(shí)地被尋址或者單獨(dú)地被尋址。
為了更完整地理解本發(fā)明，可以參看附圖，其中

圖1A-1C是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，用于表示在操作的3個(gè)階段中的致動(dòng)器；圖2說明圖1的裝置的驅(qū)動(dòng)電壓；圖3是類似于圖1的裝置的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，也用于說明兩一相的驅(qū)動(dòng)；圖4和圖5是另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中使用4個(gè)電極，每個(gè)電極具有不同的結(jié)構(gòu)；圖6A，6B，7A，和7B說明使用本發(fā)明的致動(dòng)器的兩個(gè)常開的微型閥實(shí)施例，表示每個(gè)的打開和關(guān)閉狀態(tài)；圖8A，8B，8C，9A，9B和9C是三路微型閥的兩種另外的形式的示意圖；以及圖10A，10B是安裝本發(fā)明的致動(dòng)器陣列的示意圖，其中圖10A的陣列同時(shí)被尋址，圖10B的陣列單獨(dú)被尋址。
本發(fā)明利用一種彎曲的結(jié)構(gòu)被限定而成，其消除了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)而不放棄新發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的靜電致動(dòng)器使用彎曲的橋形結(jié)構(gòu)。如同在現(xiàn)有技術(shù)中那樣，在支撐上具有小的分開的間隙，從而產(chǎn)生高的靜電力。具有高的在中心偏移的最大位移。這是一種通過表面微加工而被形成在一個(gè)芯片上的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，其具有低的驅(qū)動(dòng)電壓和非常低的功率。
因?yàn)槠渚哂械奶囟ㄐ螤?，彎曲的橋形結(jié)構(gòu)具有最大的位移，所述位移由平均壓縮應(yīng)力控制而不由應(yīng)力梯度控制。平均應(yīng)力比應(yīng)力梯度容易進(jìn)行控制。此外，通過使用3個(gè)(或更多)的電極結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生高的恢復(fù)力。這個(gè)特征能夠阻止永久黏連，這在觸摸式致動(dòng)器中是最重要的故障機(jī)制，這在以前的靜電致動(dòng)器中是沒有的。因而本發(fā)明的致動(dòng)器能夠產(chǎn)生極其可靠和有效的驅(qū)動(dòng)力，用于微型閥和其它裝置，在這些裝置中，可靠性和克服黏連是重要的。
如圖1A所示，致動(dòng)器10一般包括靜止的支撐11，其和一個(gè)彎曲的支撐13相連。彎曲的支撐13被支持在靜止支撐11上的兩端，并且比支撐之間的距離較長(zhǎng)。用于形成這種彎曲的支撐13的優(yōu)選的方法是通過犧牲的層刻蝕方法，這是一種公知的半導(dǎo)體處理技術(shù)。當(dāng)被釋放時(shí)，所述橋便形成一個(gè)氣囊(bubble)。
在本發(fā)明的一個(gè)基本的實(shí)施例中，第一電極15被形成在彎曲的支撐13上，第二和第三電極17和19被形成在靜止支撐件上。在第一電極15上，或者在支撐11上的兩個(gè)電極17和19上，或者在兩者上設(shè)置有不導(dǎo)電的絕緣層21以確保不導(dǎo)電。這種結(jié)構(gòu)必須具有至少3個(gè)電極，不過下面所示的其它實(shí)施例還包括至少一個(gè)附加的電極。
圖1A，1B和1C的致動(dòng)器具有電壓源裝置23，在本實(shí)施例中其包括和第一電極15相連的電壓源25，和第二電極17相連的第二電壓源27，以及和第三電極19相連的第三電壓源29。在圖1A所示的空載狀態(tài)下，電壓源27的電壓等于電壓源29的電壓，兩者都是0V。當(dāng)施加用于電極17的操作電壓27時(shí)，如圖1B所示，橋支撐13的左側(cè)被向下推動(dòng)，從而電極15和17實(shí)現(xiàn)靜電接觸(但是它們是電絕緣的)。
在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，靜摩擦遲早會(huì)使兩個(gè)電極15和17黏連，從而阻止在解除電壓27時(shí)使電極返回。然而，在本發(fā)明中，電壓源29施加的電壓使得向下朝向第三電極19推動(dòng)第一電極15。氣囊支撐件13的移動(dòng)實(shí)際上使第一電極15和襯底上的第二電極17剝離，從而提供防止黏連的恢復(fù)力。
圖2表示用于圖1A-C的合適的驅(qū)動(dòng)電壓，其中電源27和29是相對(duì)于0電壓25的電位，用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)靜電力。
圖3說明使用本發(fā)明的同一原理的另一個(gè)實(shí)施例，其中第一電極15在彎曲的支撐件13上和第三電極19成對(duì)，而第二電極17蓋住靜止支撐11的較多的表面。不過，因?yàn)閺澢闹谓Y(jié)構(gòu)，當(dāng)剝離力被加到第二對(duì)電極上時(shí)，通過電壓源25和29按順序施加兩相驅(qū)動(dòng)電壓將引起電極對(duì)之間的相同的交替吸引，這將在電極之間具有同樣的剝離力，而不再受到靜電力。
圖4和圖5說明本發(fā)明的兩個(gè)附加的實(shí)施例，其中使用了第四電極31。在圖4中，第四電極31位于彎曲的可動(dòng)的支撐13上，使得電極15和17形成一對(duì)，電極19和31形成第二對(duì)。這個(gè)實(shí)施例基本上是圖1和圖3所示的實(shí)施例的組合，其中具有兩個(gè)電極的靜止支撐11和彎曲支撐13。在圖5中，彎曲支撐13具有第一電極15，和圖1一樣，靜止支撐11具有第二電極17、第三電極19和第四電極31，如圖所示。圖4和圖5所示的實(shí)施例通過所需的電壓源由多相驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)。圖4包括4個(gè)電壓源連接，它們分別是25，27，29和33，而圖5包括一種不同的多相驅(qū)動(dòng)方式，其中沒有編號(hào)。
如上所述，本發(fā)明極好地適用于微型閥系統(tǒng)，這是因?yàn)樯鲜龅撵o電致動(dòng)器能夠消除粘連。圖6A和圖6B分別示出了靜電驅(qū)動(dòng)的微型閥37的打開和閉合方式，微型閥在總體上用標(biāo)號(hào)37表示，其限定了一個(gè)閥室，并且包括在靜止的襯底11上的閥門開口39。形成有第二電極17，以便允許流體通過開口39，如圖6A所示，當(dāng)靜電力使第一電極15吸在第二電極17上時(shí)，彎曲的可動(dòng)支撐件13則關(guān)閉閥門開口39，如圖6B所示。在本實(shí)施例中，靜電力使電極吸在一起，從而關(guān)閉閥門開口。
在圖7A和7B中，第二靜止支撐41幫助利用第一靜止支撐件11限定了所述閥室，并且第二支撐41包括一個(gè)常開的閥門開口39，這是一種和圖6A和6B類似的靜電驅(qū)動(dòng)的微型閥以正常開度工作，不過，通過激勵(lì)第一電極15和第二電極17之間的吸引使閥門開口39關(guān)閉，其中彎曲的可動(dòng)支撐件13接合并關(guān)閉閥門開口39。在這種情況下，通過當(dāng)電極的其它部分被靜電致動(dòng)時(shí)，由彎曲的支撐件移動(dòng)實(shí)現(xiàn)接合而引起閥門開口的關(guān)閉。
圖8A-9C還示出了另一個(gè)實(shí)施例，現(xiàn)在說明如下。在圖8A-8C中，示出了一種三路的微型閥，在第一靜止支撐件11和第二靜止支撐件41中中具有閥門開口，并且限定了一個(gè)閥室。如圖8A-8C所示，當(dāng)彎曲的可動(dòng)支撐件和另一個(gè)電極接合，并且如前所述提供恢復(fù)力使另一對(duì)電極分開時(shí)，閥門開口43，45和47在多相驅(qū)動(dòng)周期中的不同時(shí)間打開或關(guān)閉。閥門開口43是常閉開口，閥門開口45和47是常開開口，在靜電驅(qū)動(dòng)力的操作期間，使閥門開口43打開，并分別使閥門開口45和47打開和閉合。
圖9A-9C說明三路閥的另一種型式，其中在頂部襯底41中的閥門開口43具有常開狀態(tài)，而不是圖8A的常閉狀態(tài)。閥門開口45和47也是按照順序打開和閉合。
圖10A和10B說明兩個(gè)實(shí)施例，其中多個(gè)上述的致動(dòng)器并聯(lián)連接，以便滿足寬的壓力和流量范圍。具體地說，圖10A說明一個(gè)陣列，其中所有的致動(dòng)器被同時(shí)尋址，使得閥門同步工作，因而每個(gè)致動(dòng)器都貢獻(xiàn)于陣列的總輸出。在圖10B中，每個(gè)閥門可以被單獨(dú)地尋址和啟動(dòng)，因而能夠一個(gè)極寬的范圍內(nèi)控制壓力和流量。
上面所示的所有的實(shí)施例都利用了在兩側(cè)被支撐的可移動(dòng)的支撐的改變位置的彎曲的狀態(tài)，當(dāng)其移動(dòng)得和在靜止支撐上的電極接合與脫離時(shí)便改變位置和彎曲。一種滾動(dòng)型的靜電致動(dòng)將向著未被致動(dòng)的區(qū)域推動(dòng)該氣囊結(jié)構(gòu)之額外的長(zhǎng)度，從而提供反抗粘連的恢復(fù)力。為了增加機(jī)械強(qiáng)度和保護(hù)免受過大的壓力，所有的結(jié)構(gòu)都可以具有頂蓋狀的支撐件41，例如作為止動(dòng)件。
雖然已經(jīng)說明了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是這些實(shí)施例并不用來限定本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種靜電致動(dòng)器裝置，包括靜止支撐件和被安裝在所述靜止支撐件上的可動(dòng)支撐件，所述可動(dòng)支撐件被這樣定位，使得其可以和所述靜止支撐件的一部分實(shí)現(xiàn)接觸，所述支撐件是不導(dǎo)電的；至少第一、第二和第三電極，所述第一電極被安裝在所述彎曲的可動(dòng)支撐件上，所述第二電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第三電極被選擇地安裝在所述支撐件的一個(gè)上，所述電極被這樣定位，使得形成第一和第二對(duì)相對(duì)的電極，用于在每個(gè)相對(duì)的電極之間進(jìn)行靜電吸引；絕緣裝置，用于阻止所述電極之間的導(dǎo)電接觸；以及電壓源裝置，用于提供電壓，從而選擇地在所述相對(duì)的電極對(duì)之間提供靜電吸引，并且移動(dòng)電極對(duì)使其實(shí)現(xiàn)靜電接觸；所述彎曲的電極具有這樣的形狀，其被構(gòu)成用于在向其它的電極對(duì)施加電壓時(shí)向其和靜止支撐件接觸的一部分傳遞恢復(fù)力。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電壓源裝置提供兩相的驅(qū)動(dòng)力，其包括用于在操作周期的第一時(shí)間間隔內(nèi)施加于所述第一對(duì)電極的第一電壓，以及在所述同一個(gè)周期內(nèi)施加于所述第二對(duì)電極的第二電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電壓源裝置在對(duì)每對(duì)電極施加電壓之后，提供一個(gè)中間的時(shí)間間隔，在此時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)每對(duì)電極都不施加電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一和第三電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，并且所述第二電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第二電極的尺寸和位置使得和在所述彎曲的支撐件上的所述第一和第三電極的每一個(gè)形成一對(duì)電極，借以使得由所述所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，所述第二和第三電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第一電極的尺寸和位置使得和在所述靜止的支撐件上的所述第二和第三電極的每一個(gè)形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被固定到所述支撐件中的一個(gè)上的第四電極，用于在單獨(dú)的各對(duì)電極的相對(duì)電極之間選擇地提供靜電吸引，從而使得在任何時(shí)間只移動(dòng)一對(duì)電極使其靜電接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述第一和第三電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，并且所述第二電極和第四電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第二電極的尺寸和位置使得和所述第一、第二電極以及所述第三、第四電極的每一個(gè)形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述第一電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，所述第二、第三和第四電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第一電極的尺寸和位置使得和所述第二、第三和第四電極形成單獨(dú)的電極對(duì)，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述第一、第三和第四電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，所述第二電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第二電極的尺寸和位置使得和所述第一和第三和第四電極的每一個(gè)形成單獨(dú)的電極對(duì)，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述致動(dòng)器形成微型閥，并且所述電極被這樣定位，使得提供常開閥門。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述致動(dòng)器形成微型閥，并且所述電極被這樣定位，使得提供常閉閥門。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述致動(dòng)器形成至少具有3個(gè)閥開口的微型閥，并且所述電極的位置被這樣設(shè)置，使得對(duì)于所述的3個(gè)閥開口選擇地提供一個(gè)打開的狀態(tài)。
13.一種靜電驅(qū)動(dòng)的微型閥，包括用于限定至少一個(gè)閥開口的室；位于所述室內(nèi)的靜止支撐件；被安裝在所述靜止支撐件上的彎曲的可動(dòng)支撐件，并且其位置被這樣設(shè)置，使得和所述靜止支撐件的一部分實(shí)現(xiàn)接觸，所述支撐件是不導(dǎo)電的，并且所述彎曲的可動(dòng)支撐件的位置被這樣設(shè)置，使得在所述彎曲支撐件運(yùn)動(dòng)時(shí)選擇地打開和關(guān)閉所述至少一個(gè)閥開口；至少第一、第二和第三被分開的電極，所述第一電極被安裝在所述彎曲的可動(dòng)支撐件上，所述第二電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第三電極被選擇地安裝在所述支撐件中的一個(gè)上，所述電極的位置被這樣設(shè)置，使得形成第一和第二對(duì)相對(duì)電極，從而使得在每個(gè)相對(duì)電極之間進(jìn)行靜電吸引；絕緣裝置，用于阻止在所述電極之間的導(dǎo)電接觸；以及電壓源裝置，用于提供電壓，從而在所述相對(duì)的電極之間選擇地提供靜電吸引，并且移動(dòng)所述彎曲的部分，從而使所述電極對(duì)實(shí)現(xiàn)靜電接觸；所述彎曲的電極具有這樣的尋形狀，其構(gòu)型使得在對(duì)其它對(duì)電極施加電壓時(shí)，所述彎曲的電極的一部分和靜止支撐件實(shí)現(xiàn)接觸。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述電壓源裝置提供兩相的驅(qū)動(dòng)力，其包括用于在操作周期的第一時(shí)間間隔內(nèi)施加于所述第一對(duì)電極的第一電壓，以及在所述同一個(gè)周期內(nèi)施加于所述第二對(duì)電極的第二電壓。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述電壓源裝置在對(duì)每對(duì)電極施加電壓之后，提供一個(gè)中間的時(shí)間間隔，在此時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)每對(duì)電極都不施加電壓。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述第一和第三電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，并且所述第二電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第二電極的尺寸和位置使得和在所述彎曲的支撐件上的所述第一和第三電極的每一個(gè)形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述第一電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，所述第二和第三電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第一電極的尺寸和位置使得和在所述靜止的支撐件上的所述第二和第三電極的每一個(gè)形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
18.如權(quán)利要求13所述的裝置，還包括被固定到所述支撐件中的一個(gè)上的第四電極，所述電壓源裝置適用于提供電壓，從而在單獨(dú)的各對(duì)電極的相對(duì)電極之間選擇地提供靜電吸引，從而使得在任何時(shí)間只移動(dòng)任何一對(duì)電極使其靜電接觸。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述第一和第三電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，并且所述第二電極和第四電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述電極的尺寸和位置使得和所述第一、第二電極以及所述第三、第四電極形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述第一電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，所述第二、第三和第四電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第一電極的尺寸和位置使得和所述第二、第三和第四電極形成單獨(dú)的電極對(duì)，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
21.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述第一、第三和第四電極被安裝在所述彎曲的支撐件上，所述第二電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第二電極的尺寸和位置使得和所述第一和第三和第四電極的每一個(gè)形成單獨(dú)的電極對(duì)，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
22.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述致動(dòng)器形成微型閥，并且所述電極被這樣定位，使得提供常開閥門。
23.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述致動(dòng)器形成微型閥，并且所述電極被這樣定位，使得提供常閉閥門。
24.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述室形成至少具有3個(gè)閥開口，并且所述彎曲的可動(dòng)支撐件之位置被這樣設(shè)置，使得選擇地作為三路微型閥操作。
25.一種用于制造靜電致動(dòng)器裝置的方法，包括以下步驟提供一種靜止支撐件，并在所述靜止支撐件上安裝一個(gè)彎曲的可動(dòng)支撐件，并設(shè)置所述可動(dòng)支撐，使得和所述靜止支撐件的一部分實(shí)現(xiàn)接觸，所述支撐是不導(dǎo)電的；在所述支撐件上安裝至少第一、第二和第三分開的電極，所述第一電極被安裝在所述彎曲的可動(dòng)支撐件上，所述第二電極被安裝在所述靜止支撐件上，所述第三電極被選擇地安裝在所述支撐件中的一個(gè)支撐上，所述電極的位置被這樣設(shè)置，使得形成第一和第二對(duì)相對(duì)電極，用于在每個(gè)相對(duì)的電極之間實(shí)行靜電吸引；使所述電極相互絕緣，從而阻止在所述電極之間實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電接觸；以及使電壓源裝置和所述電極相連，用于提供電壓，從而在所述電極對(duì)的相對(duì)電極之間選擇地提供靜電吸引，并移動(dòng)所述可動(dòng)支撐件，從而使電極對(duì)實(shí)現(xiàn)靜電接觸；所述彎曲的電極具有這樣的形狀，其構(gòu)型使得在對(duì)其它電極對(duì)施加電壓時(shí)能夠?qū)蓜?dòng)支撐件的一部分傳遞恢復(fù)力。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述電壓源裝置提供兩相的驅(qū)動(dòng)力，其包括用于在操作周期的第一時(shí)間間隔內(nèi)施加于所述第一對(duì)電極的第一電壓，以及在所述同一個(gè)周期的第二時(shí)間間隔內(nèi)施加于所述第二對(duì)電極的第二電壓。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述電壓源裝置在對(duì)每對(duì)電極施加電壓之后，提供一個(gè)中間的時(shí)間間隔，在此時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)每對(duì)電極都不施加電壓。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中包括在所述彎曲的支撐件上安裝所述第一和第三電極，在所述靜止支撐件上安裝所述第二電極的步驟，所述第二電極的尺寸和位置使得和在所述彎曲的支撐件上的所述第一和第三電極的每一個(gè)形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中包括在所述彎曲的支撐件上安裝所述第一電極，在所述靜止支撐件上安裝所述第二和第三電極的步驟，所述第一電極的尺寸和位置使得和在所述靜止的支撐件上的所述第二和第三電極的每一個(gè)形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括在所述支撐件中的一個(gè)上安裝第四電極的步驟，所述電壓源裝置適用于提供電壓，從而在單獨(dú)的各對(duì)電極的相對(duì)電極之間選擇地提供靜電吸引，從而使得在任何時(shí)間只移動(dòng)任何一對(duì)電極使其接觸。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中包括在所述彎曲的支撐件上安裝所述第一和第三電極，并且在所述靜止支撐件上安裝所述第二電極和第四電極的步驟，所述電極的尺寸和位置使得和所述第一、第二電極以及所述第三、第四電極形成一對(duì)電極，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中包括在所述彎曲的支撐件上安裝所述第一電極，在所述靜止支撐件上安裝所述第二、第三和第四電極的步驟，所述第一電極的尺寸和位置使得和所述第二、第三和第四電極形成單獨(dú)的電極對(duì)，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其中還包括在所述彎曲的支撐件上安裝所述第一、第三和第四電極，在所述靜止支撐件上安裝所述第二電極的步驟，所述第二電極的尺寸和位置使得和所述第一和第三和第四電極的每一個(gè)形成單獨(dú)的電極對(duì)，借以使得由所述電極對(duì)中的一對(duì)電極之間的靜電吸引引起所述彎曲支撐件的恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而分開所述電極對(duì)中的其它對(duì)電極。
34.一種用于制造微型閥的方法，包括以下步驟形成限定至少一個(gè)閥開口的微型閥室；以及在所述微型閥室內(nèi)設(shè)置權(quán)利要求1所述的裝置。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中包括使所述閥室具有至少3個(gè)閥開口，并且設(shè)置所述彎曲的可動(dòng)支撐件，使得選擇地和所述3個(gè)閥開口協(xié)同操作，從而作為三路微型閥的步驟。
36.如權(quán)利要求13所述的方法，其包括提供多個(gè)所述的靜電裝置的步驟，其中每個(gè)裝置具有第一、第二和第三閥開口；以及對(duì)所述多個(gè)靜電裝置并聯(lián)連接陣列流量裝置，包括第一輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第一閥開口提供一個(gè)公共的輸入，第二輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第二閥開口提供一個(gè)公共的輸入，以及第一輸出，用于接收來自所述每個(gè)裝置中的所述第三閥開口的公共的輸出。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，其包括提供多個(gè)所述的靜電裝置的步驟，其中每個(gè)裝置具有第一、第二和第三閥開口；以及對(duì)所述多個(gè)靜電裝置并聯(lián)連接陣列流量裝置，包括第一輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第一閥開口提供一個(gè)單獨(dú)的輸入，第二輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第二閥開口提供一個(gè)單獨(dú)的輸入，以及第一輸出，用于接收來自所述每個(gè)裝置中的所述第三閥開口的單獨(dú)的輸出。
38.一種靜電裝置的陣列，包括如權(quán)利要求24所述的多個(gè)靜電裝置，其中每個(gè)裝置具有第一、第二和第三閥開口；以及和所述多個(gè)靜電裝置并聯(lián)連接的陣列流量裝置，包括第一輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第一閥開口提供一個(gè)公共的輸入，第二輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第二閥開口提供一個(gè)公共的輸入，以及第一輸出，用于接收來自所述每個(gè)裝置中的所述第三閥開口的公共的輸出。
39.一種靜電裝置的陣列，包括如權(quán)利要求24所述的多個(gè)靜電裝置，其中每個(gè)裝置具有第一、第二和第三閥開口；以及和所述多個(gè)靜電裝置并聯(lián)連接的陣列流量裝置，包括第一輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第一閥開口提供一個(gè)單獨(dú)的輸入，第二輸入源，用于對(duì)所述每個(gè)裝置中的所述第二閥開口提供一個(gè)單獨(dú)的輸入，以及第一輸出，用于接收來自所述每個(gè)裝置中的所述第三閥開口的單獨(dú)的輸出。
全文摘要
一種靜電致動(dòng)器裝置,包括:靜止支撐件(11)和彎曲的可動(dòng)支撐件(13),其被這樣安裝和定位,使得其可以和所述靜止支撐件實(shí)現(xiàn)接觸。至少使用3個(gè)電極(15,17,19),第一電極(15)被安裝在可動(dòng)支撐件(13)上,第二電極(17)被安裝在靜止支撐件上。第三電極(19)被安裝在所述支撐件當(dāng)中的一個(gè)上,使得所述電極被這樣設(shè)置,使得形成兩對(duì)電極,從而在電極之間產(chǎn)生靜電吸引。這些電極由電壓源(25,27,29)供電,從而在一對(duì)電極之間提供靜電吸引,并使電極移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)靜電接觸。彎曲的電極(13)具有這樣的形狀,其構(gòu)型使得當(dāng)對(duì)另一對(duì)電極施加電壓時(shí),向與靜止支撐件接觸的可動(dòng)支撐件的部分傳遞恢復(fù)力。最好所述電壓提供兩相驅(qū)動(dòng)力,包括用于在操作周期的第一時(shí)間間隔內(nèi)施加于所述第一對(duì)電極的第一電壓,以及在所述同一個(gè)周期的一時(shí)間間隔內(nèi)施加于所述第二對(duì)電極的第二電壓。最好在對(duì)每對(duì)電極施加電壓之后具有對(duì)每對(duì)電極都不施加電壓的一中間時(shí)間間隔。
文檔編號(hào)F15C5/00GK1337086SQ98814379
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期1998年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月6日
發(fā)明者C·卡布茨, T·R·奧恩斯坦, W·R·赫爾布 申請(qǐng)人:霍尼韋爾有限公司