微机械元件制造技术

用于元件如阀或泵的致动器包括柔性材料的室或膜盒（３０），所述室或膜盒（３０）被安装在基片（１８）上。在膜盒（３０）内是一些热气动材料（３２）（即，加热时体积膨胀的材料）。同样被放置在膜盒（３０）内的还有红外线辐射吸收层（１６）。在使用时，红外线辐射在位于或接近红外线辐射吸收层（１６）的位置处被施加到膜盒（３０），由此导致膜盒（３０）内的热气动材料（３２）被加热。当热气动材料（３２）被加热时，它的体积膨胀并且导致形成膜盒（３０）的柔性材料的运动，即它导致其机械运动。当热气动材料（３２）冷却时，它返回到其原始的体积并且膜盒的柔性材料相应地返回到其原始的位置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种系统元件，其操作要求向至少其一部分提供热；以及涉及一种包括一个或更多个如此元件的系统。存在许多不同的采用至少一个需要被加热以实现其操作的元件的系统和设备。在现有技术的系统和设备中，如此元件通常通过要求使用到每个元件的两个连接的电，典型地电阻加热器而得到加热。显然地，在系统或设备内所采用的这种元件的数量越多，则为实现加热操作所要求的电连接的数量越多，其显著地增加了最后所得到的电路的复杂性并且限制了在单系统或设备中可以采用的元件数量。具有同样问题的其它类型致动机构包括静电致动设备、压电致动设备、使用电加热器或热电泵以提供所要求的温升的热气动致动设备以及借助于电流而被加热的双金属带和形状记忆合金。在采用微元件的系统和设备情况下这尤其是所不希望的。这种系统典型地包括大量微元件的三维布置。然而，在每个微元件均要求机械致动的情况下，考虑到每个致动器所要求的单独连接对，则最后所得到的系统相对复杂，并且在任何一个系统中可以使用的微元件数量也被严重地加以限制。GB专利申请GB-2150 780-A说明了一种用于对受控设备，例如液压阀进行远程致动的光学致动器。例如来自激光器的光功率经由光纤被传输到受控设备，在此它落在热吸收表面上面，其结果是操纵受控设备的输出棒得到驱动。通过提供挥发性流体(例如氟里昂)这可以被实现，当所述挥发性流体由光功率加热时其蒸发以驱动波纹管、双金属带、恒温类型膜盒或记忆金属带。GB-2072 756-A说明一种引擎，其包括其上安装有第一和第二相应滑轮的第一和第二轴。由形状记忆合金组成的单皮带被串(train)在滑轮上，所述皮带在第一区域被加热且在第二区域被冷却。当被冷却时受到加热的皮带收缩以在滑轮上产生驱动力矩。国际专利申请号WO 98/38931说明了一种具有热吸收构件的导管(catheter)微夹，电磁能(例如热、激光)经由光纤被传递到所述热吸收构件。电磁能到机械功率转换器被连接以接收电磁能并且从机械上对微夹进行致动。US专利号6,166,361说明了一种致动器，其包括由脆性金属封闭(closure)所包容在贮存器(reservoir)内的活塞和加压流体。所述封闭由微波辐射来加热以允许流体膨胀并且向上推动活塞，其运动导致在致动器外部的位置位移。德国专利说明号DE-2908694-A说明了一种用于驱动例如水泵的驱动单元。所述驱动单元包括被热气动材料所填充的室并且在所述室内放置有活塞。热气动材料可包括例如腊、石腊、硬脂等，并且在快速将所述热气动材料加热到熔化温度之上或冷却到所述温度之下期间，所述单元利用体积变化来移动活塞。所述材料靠环绕所述室的热传递介质而被加热和冷却，并且优选地加热是借助于太阳辐射而实现。除了对双金属部件采用交替的加热(通过太阳辐射)和冷却以使气缸内的活塞产生位移以外，德国专利说明号DE-2944732-A说明了一种类似于DE-2908694-A中驱动单元的驱动单元。日本专利说明号JP-61070175-A说明了一种包括处于半导体形式的光开关部件的致动器。红外光经由光纤被传输到半导体上。如果半导体的温度低，则IR光穿过它到达第二光纤，经由所述第二光纤所述光被传输到可热变形的金属上。因此，可热变形的金属被加热以便于它膨胀并且产生机械移动。然而，如果温度高，则它吸收红外光以便于它并不被传输到第二光纤。因此，可热变形的材料被冷却且收缩以产生机械运动。日本专利说明号JP-8326648-A说明了一种光驱动致动器，其包括带有与光纤对准的热传导层的形状记忆合金构件。来自激光器的光被传输到形状记忆合金的中心(经由光纤)。热传导层导致能量快速地扩散到整个形状记忆合金以对其加热并且产生致动力。英国专利号1 540 330说明了一种通过加热(靠辐射)和冷却转子的双金属叶片来产生力矩的测微计。然而，没有一个上述所说明的布置尤其适合于在采用微元件的系统或设备中使用。
技术实现思路
现在我们已经设计出一种经改善的布置，其克服了上面所概述的问题。根据本专利技术，提供有一种元件，至少其一部分要求得到加热以实现其操作，所述元件包括至少其一部分是由柔性材料所形成的室，所述室容纳着热气动材料，借此当所述热气动材料被加热时，它在室内膨胀从而导致所述柔性材料的运动，所述热气动材料借助于电磁辐射被加热。因此所述元件的有源部分被设置成吸收电磁辐射(优选地选择性地，并且可能地在具体波长处)以便于在元件的有源部分内产生热。元件可例如被涂上电磁辐射吸收层或(至少部分地)由电磁吸收材料制作成。因此，元件包括被设置用于响应于温升而产生机械运动的装置。这在阀、泵、镜、透镜等的致动器情况下，特别是在这种元件是微元件的情况下尤为有用，其中系统包括多个这样的元件以及它们相应的致动器。热气动材料(即经历响应于相变(响应于温升)的体积膨胀的材料可包括蜡等)。室有利地被提供有(或至少被部分地涂有)电磁辐射吸收层以便于所要求的温升可以通过向其上施加电磁辐射而得以实现。有机材料如聚合物和蜡吸收处在具体波长处的红外线。这是靠材料化学结构中的某些化学键的存在而被加以确定。由于存在被确定数量的可能化学键这一事实，有机材料也对未被不同化学组范围所吸收的红外线区域中的某些波长完全透明。有利地是采用并不被有机材料所吸收的红外线波长以取得通过可用在热气动致动设备结构中的材料的优良透射率。这些材料包括工程聚合物和塑料以及玻璃和硅。在热气动设备中的红外线吸收元素，典型地为蜡，在这些具体红外线波长处在其自然的未加以修改的状态下将不吸收，并且因此将不得不被化学性地加以修改，将添加剂引入到蜡中，或新材料将不得不被化学地合成以赋予材料上的吸收。上面所说明的布置的使用，即并不被结构材料所吸收的红外线波长以及为吸收这个波长而对热气动材料的修改导致对能量吸收的局部化并且因此将加热局部化到热气动材料而不是到周围的结构材料。显著的优点在于功率消耗、功率传送的控制和热管理等方面。另一优点涉及将辐射能量传送到设备所需要的光学系统。使用正常地并不被有机材料所吸收的波长导致有能力将并不昂贵且通常可得到的材料和方法用于这个过程。举例说明，甚至在非常高的能量透射密度下使用聚合物和玻璃光学元件将是可能的。本专利技术扩展到提供包括多个上面所定义的元件的系统。在这种元件是微元件的情况下，所述系统可包括微元件例如微阀和它们相应的致动器的三维阵列。在本专利技术的一个实施例中，需要电磁能量以实现其加热的每个元件可包括它本身，可能地是内部的电磁能量源。在提供内部电磁源如LED或激光器二极管的情况下，这可代替外部电磁源或除外部电磁源以外的电磁源。在一个具体的实施例中，其中系统包括多个元件，这种元件优选地被从相同的一个或更多个电磁能量源被供给。在一个具体的实施例中，包括多个元件的系统的电磁能量源可包括至少两个源，所述源被设置成相交在需要被加热的元件位置处。元件优选地被安置在基片上，并且电磁能量源可包括一个或更多个被聚焦的或激光束(在所述情况下元件典型地直接由源来照射)、光发射二极管、激光器二极管、任何其它的激光器或白炽光源。电磁辐射可经由一个或更多个光学波导或光纤被提供给元件。因此，在本专利技术的一个实施例中，元件及辐射源的相对位置可被固定，使辐射源如所要求被开启和断开以使元件致动。在本专利技术的另一实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种元件，至少其一部分要求得到加热以实现其操作，所述元件包括至少其一部分是由柔性材料所形成的室，所述室容纳着热气动材料，借此当所述热气动材料被加热时，它在室内膨胀从而导致所述柔性材料的运动，所述热气动材料借助于电磁辐射被加热。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文史密斯，约瑟夫塞菲，朱利安沙普利，彼得马蒂诺，
申请(专利权)人：斯塔布里奇系统有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]