バルブの単一化
バルブプレートおよび／または組み立てられたバルブをリードフレームから単一化するための方法および装置が記載される。方法および装置は、バルブプレートおよび／または組み立てられたバルブをリードフレームに接合するタブを溶融させるために電流を利用する。バルブは、オフセットされたアパーチャ（１８、２０）を有する第１（１４）および第２（１６）のバルブプレートと、第１および第２のプレートの間に配設されるとともに第１および第２のプレートの間で移動可能なフラップ（１７）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的実施形態は、一般に、通過する流体流を制御するためのバルブに関し、より具体的には、２つのプレートの間に配設されるとともに開位置と閉位置との間で移動可能なフラップを有するバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバルブは、典型的には、種々のアプリケーションについて５００Ｈｚを下回る低い周波数で動作する。例えば、多くの従来のコンプレッサは、典型的には、５０または６０Ｈｚで動作する。当該技術において既知のリニア共振コンプレッサは、１５０〜３５０Ｈｚで動作する。かかるポンプは、典型的には、比較的大きく、動作時に可聴ノイズを発生させる。しかし、医療装置を含む多くの可搬型電子装置には、正圧を送達するかまたは真空を提供するための比較的小サイズのポンプが要求され、かかるポンプは、不連続の動作を提供するように動作時に音が聞こえないことが有益である。
【０００３】
小サイズ、高効率、および音が聞こえない動作の目的を達成するため、特定のポンプ（国際公開第２００６／１１１７７５号パンフレットとして公開された国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書に記載されたもの等）は、非常に高い周波数で動作しなければならず、効果的であるために非常に高い周波数で動作しなければならないバルブを要求する。かかるポンプは、約２０ｋＨｚ以上というはるかに高い周波数で動作することが可能なバルブを要求し、かかるバルブは、一般的には入手不可能である。このような高周波数で動作するため、バルブは、ポンプを通過する正味の流体流を生じさせるように整流することが可能な高周波振動圧力に応答しなければならない。
【０００４】
かかる高周波数で動作することが可能な流体流を制御するためのバルブを開示する。バルブは、略垂直に通過して延在するアパーチャを有する第１のバルブプレートと、略垂直に通過して延在するアパーチャをやはり有する第２のバルブプレートとを備え、第２のバルブプレートのアパーチャは、第１のバルブプレートのアパーチャから実質的にオフセットされている。バルブは、さらに、第１および第２のバルブプレートの間に配設された側壁を備え、側壁は、第１および第２のバルブプレートの周囲において閉鎖されることで、第１および第２のバルブプレートのアパーチャと流体連通するキャビティを第１および第２のバルブプレートの間に形成する。バルブは、さらに、第１および第２のバルブプレートの間に配設されるとともに第１および第２のバルブプレートの間で移動可能なフラップを備え、フラップは、第１のバルブプレートのアパーチャから実質的にオフセットされるとともに第２のバルブプレートのアパーチャと実質的に位置合わせされたアパーチャを有する。バルブプレートの製作および取り扱いは、バルブの構築に特定のリードフレーム技術を用いることにより容易になり得る。
【発明の概要】
【０００５】
バルブプレートの取り扱いおよび製作のためのリードフレームを用いるための方法および装置を開示する。リードフレームは、タブを有する開口を備え、タブは、製造プロセス中にさらなる製作および取り扱いが行われるバルブプレートを支持するために開口内で内方に延在する。タブを溶融させてバルブプレートをリードフレームから単一化させるため、リードフレームおよびバルブプレートに電流が印加される。
【０００６】
例示的実施形態の他の目的、特長、および利点は、本明細書中で開示され、後続の図面および詳細な説明を参照して明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａは、閉位置におけるバルブの例示的実施形態の概略断面図である。図１Ｂは、図５における線１Ｂ−１Ｂに沿う図１Ａのバルブの分解断面図である。
【図２】図２は、流体が通過して流れる際の開位置における図１Ｂのバルブの概略断面図である。
【図３】図３は、開位置と閉位置との間の遷移における図１Ｂのバルブの概略断面図である。
【図４】図４は、図１Ｂのバルブの概略斜視図である。
【図５】図５は、図１Ｂのバルブの概略上面図である。
【図６】図６は、バルブを利用したディスクポンプの概略断面図、ポンプ内における流体の圧力振動のグラフ、およびポンプにおいて利用された状態の開位置における図１Ｂのバルブの分解断面図である。
【図７】図７Ａは、例示的実施形態による図１Ｂのバルブの両側に印加される振動圧力差のグラフである。図７Ｂは、開位置と閉位置との間の図１Ｂのバルブの動作サイクルのグラフである。
【図８】図８Ａは、例示的実施形態によるバルブプレートを支持するためのタブを含むリードフレームの概略上面図である。図８Ｂは、図８Ａのバルブプレートを支持するタブの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
いくつかの例示的実施形態の後続の詳細な説明では、本明細書の一部を形成するとともに本発明を実施し得る具体的な好適な実施形態を例示により示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするために十分詳細に説明され、また、他の実施形態を利用してもよく、本発明の要旨を逸脱することなく論理的、構造的、機械的、電気的、および化学的変更を行ってもよいことが理解される。当業者が本明細書に記載の実施形態を実施することを可能にするために必要でない詳細を回避するため、説明では、当業者に既知の特定の情報を省略するかもしれない。このため、後続の詳細な説明は、限定的な意味で捉えるべきではなく、例示的実施形態の範囲は、付帯の請求項によってのみ定義される。
【０００９】
図１Ａ〜図５を参照すると、例示的実施形態によるバルブ１０が示されている。バルブ１０は、リング状であるとともに一端が保持プレート１４により閉じられ他端が封止プレート１６により閉じられた実質的に円筒状の壁１２を備える。壁１２の内側面、保持プレート１４、および封止プレート１６により、バルブ１０内のキャビティ１５が形成される。バルブ１０は、さらに、図１Ａおよび図１Ｂに示すように保持プレート１４と封止プレート１６との間に配設されるが封止プレート１６に隣接して配設された実質的に円形のフラップ１７を備える。以下でより詳細に説明するように、代替の実施形態において、フラップ１７は、保持プレート１４に隣接して配設されてもよく、この意味において、フラップ１７は、封止プレート１６または保持プレート１４のいずれか一方に対して「付勢」されていると考えられる。フラップ１７の周縁部は、フラップ１７がフラップ１７の表面に対して実質的に垂直な方向に動かないように、封止プレート１６とリング状壁１２との間に挟まれている。また、代替の実施形態において、フラップ１７の周縁部は、封止プレート１６または壁１２のいずれかに直接取り付けてもよい。フラップ１７の残りの部分は、十分に柔軟であり、図１Ｂ、図２、および図３に示すように、フラップ１７のいずれかの表面に印加された力によりフラップ１７が封止プレート１６と保持プレート１４との間で駆動されるように、フラップ１７の表面に対して実質的に垂直な方向に移動可能である。
【００１０】
保持プレート１４および封止プレート１６は、ともにそれぞれ穴１８および２０を有し、かかる穴１８および２０は、図１〜図３の断面図に示すように、各プレートを通過して延在する。また、フラップ１７は、気体または液体を含む流体が図２において破線の矢印２４により示すように通過して流れ得る通路を提供するように、保持プレート１４の穴１８と略位置合わせされた穴２２を有する。また、フラップ１７における穴２２は、保持プレート１４における穴１８と部分的に位置合わせされ、すなわち、部分的にのみ重なってもよい。穴１８、２０、２２は、略均一なサイズおよび形状で示しているが、本発明の範囲を限定することなく異なる直径さらには異なる形状であってもよい。本発明の一実施形態において、穴１８および２０は、図４および図５においてそれぞれ実線および破線の円により示すように、プレートの表面に亘り交互のパターンを形成する。他の実施形態において、穴１８、２０、２２は、破線の矢印２４、３６の個々のセットにより示される個々の対をなす穴１８、２０、２２の機能に関してバルブ１０の動作に影響を与えることなく、異なるパターンに編成してもよい。穴１８、２０、２２のパターンは、要求に応じてバルブ１０を通過する全流体流を制御するため、穴の数を増加または減少させるように設計してもよい。例えば、穴１８、２０、２２の数を増加させることで、バルブ１０の流動抵抗を低下させ、バルブ１０の全流量を増加させてもよい。
【００１１】
フラップ１７の付勢に打ち勝つ何らの力もフラップ１７のいずれの表面にも印加されていないときは、フラップ１７が封止プレート１６に対して付勢され、フラップの穴２２が封止プレート１６の穴１８に対してオフセットされるかまたは位置合わせされていないため、バルブ１０は、「常閉」位置にある。この「常閉」位置において、封止プレート１６を通過する流体流は、図１Ｂに示すように、フラップ１７の穴が設けられていない部分により遮断されるかまたは覆われている。図２に示すようにフラップ１７の付勢に打ち勝つとともに封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かうようにフラップ１７を駆動する圧力がフラップ１７のいずれかの側に印加されると、バルブ１０は、ある期間、すなわち開時間遅延（Ｔｏ）をかけて常閉位置から「開」位置に移動し、破線の矢印２４により示す方向に流体を流れさせる。圧力が方向を変えると、フラップ１７は、封止プレート１６に向かって閉位置に戻るように駆動される。圧力が方向を変えると、図１Ｂに示すようにフラップ１７が封止プレート１６の穴２０を封止して封止プレート１６を通過する流体流を遮断するまで、流体は、図３に示す破線の矢印３２により示すように反対方向に短い期間、すなわち閉時間遅延（Ｔｃ）の間流れる。本発明の他の実施形態において、フラップ１７が保持プレート１４に対して付勢され、穴１８、２２が「常開」位置に位置合わせされてもよい。本実施形態において、フラップ１７を「閉」位置に駆動するためにはフラップ１７に対して正圧を印加することが必要である。
【００１２】
バルブ１０の動作は、バルブ１０の両側における流体の圧力差（ΔＰ）の方向における変化の関数である。図１Ｂにおいて、下向きの矢印により示すように、圧力差に負の値（−ΔＰ）が割り当てられている。本実施形態において、圧力差が負の値（−ΔＰ）を有するとき、バルブ１０の保持プレート側３４の流体圧は、バルブ１０の封止プレート側３６の流体圧よりも大きい。この負の圧力差（−ΔＰ）により、フラップ１７が上記のように完全に閉じた位置に駆動され、かかる位置において、フラップ１７が封止プレート１６に対して押圧されることで封止プレート１６における穴２０を閉塞することにより、バルブ１０を通過する流体流が防止される。バルブ１０の両側における圧力差が反転して図２において上向きの矢印により示すように正の圧力差（＋ΔＰ）になると、フラップ１７は、封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かって開位置に駆動される。本実施形態において、圧力差が正の値（＋ΔＰ）を有するとき、バルブ１０の封止プレート側３６の流体圧は、バルブ１０の保持プレート側３４の流体圧よりも大きい。開位置において、フラップ１７の移動により封止プレート１６の穴２０の閉塞が解除され、破線の矢印２４により示すように、流体は、穴２０ならびにフラップ１７および保持プレート１４それぞれの位置合わせされた穴２２および１８を通過して流れることが可能になる。
【００１３】
バルブ１０の両側における圧力差が図３において下向きの矢印により示すように負の圧力差（−ΔＰ）に戻ると、流体は、破線の矢印３２により示すようにバルブ１０を通過して反対方向に流れ始め、フラップ１７を図１Ｂに示す閉位置に向かって押し戻す。図３において、フラップ１７と封止プレート１６との間の流体圧は、フラップ１７と保持プレート１４との間の流体圧よりも低い。従って、フラップ１７は、矢印３８により表される正味の力を受け、かかる力により、フラップ１７が封止プレート１６に向かって加速してバルブ１０を閉じる。このように、変化する圧力差により、バルブ１０の両側における圧力差の方向（すなわち、正圧または負圧）に基づいてバルブ１０が閉位置と開位置との間をサイクル動作する。バルブ１０のアプリケーションによっては、バルブ１０が用いられていないときに開位置においてフラップ１７を保持プレート１４に対して付勢する、すなわち、バルブ１０を「常開」位置にすることも可能であることを理解すべきである。
【００１４】
上述のように、バルブ１０は、人間の可聴範囲を越える、極めて高い周波数で動作するポンプにおいて用いてもよい。かかる周波数において、ポンプは、極めて小サイズであり、圧力または真空の送達が要求される広範囲の可搬型電子装置への組み込みに好適であってもよい。かかるポンプ６０を図６に示す。ポンプ６０は、側壁６３により形成されるとともに実質的に円形の端壁６４、６５により両端が閉じられた流体を収容するための実質的に円筒形のキャビティ６２を有するポンプ本体６１を備える。ポンプ６０は、さらに、端壁６５のほぼ中心において最大の振幅で端壁６５に対して実質的に垂直な方向の端壁６５の振動運動を生じさせるように端壁６５の中心部に動作的に関連付けられたアクチュエータ６６を備えることにより、使用時に端壁６５の変位振動を発生させる。ポンプ６０は、さらに、キャビティ６２の側壁６３への端壁６５の接続により生じる変位振動を減衰低減させるように端壁６５の周縁部に動作的に関連付けられた絶縁体６７を備える。ポンプ６０は、さらに、端壁６４のほぼ中心に配設された中心アパーチャ６８と、端壁６５の中心と側壁６３との間に配設された２つの二次アパーチャ６９とを備える。アクチュエータ６６が端壁６５の振動運動を発生させると、変位振動によりポンプ本体６１のキャビティ６２内の流体圧の径方向振動が発生し、矢印により示すようにアパーチャ６８、６９を通過する流体流が生じる。また、ポンプ６０は、流体を一方向にのみ中心アパーチャ６８を通過して流れさせる中心アパーチャ６８に配設されたバルブ７０を備える。このバルブ７０がアクチュエータ６６により発生する高周波数で動作するためには、バルブ７０は、圧力変化の時間スケールよりもはるかに短い時間スケールで開閉することが可能であるように、極めて速い反応時間を有さなければならない。用いることが可能なバルブ７０の一実施形態は、図６の分解図に示すバルブ１０である。
【００１５】
バルブ１０は、流体が実線の矢印により示されるように一次アパーチャ６８を通じてキャビティ６２内に引き込まれるとともに二次アパーチャ６９を通じてキャビティ６２から排出されるように中心アパーチャ６８内に配設されることにより、一次アパーチャ６８における低下した圧力源を提供する。本明細書において用いる「低下した圧力」との用語は、一般に、ポンプ６０が配置された周囲圧未満の圧力を言うものである。「真空」および「負圧」との用語を用いて低下した圧力を説明し得るが、実際の圧力低下は、完全な真空に通常関連付けられる圧力低下よりもはるかに小さくてもよい。圧力が「負」であるというのは、ゲージ圧である、すなわち、周囲大気圧を下回って低下した圧力であるという意味においてである。そうでないと明記しない限り、本明細書中で述べる圧力の値は、ゲージ圧である。低下した圧力における増加への言及は、典型的には、絶対圧力における減少を言うものであり、低下した圧力における減少は、典型的には、絶対圧力における増加を言うものである。
【００１６】
また、図６は、端壁６５の軸方向の変位振動の結果生じるキャビティ６２内の圧力振動を示す１つの可能性のある圧力振動プロファイルも示す。実線の曲線および矢印は、一時点における圧力を表し、破線の曲線は、半サイクル後の圧力を表す。このモードおよびより高次のモードにおいて、圧力振動の振幅は、キャビティ６２の中心近くにおける中心圧力波腹７１と、キャビティ６２の側壁６３近くにおける周縁圧力波腹７２とを有する。圧力振動の振幅は、中心圧力波腹７１と周縁圧力波腹７２との間の環状圧力波腹７３において実質的にゼロである。円筒状のキャビティについては、キャビティ６２における圧力振動の振幅の径方向依存性は、第１種ベッセル関数により近似し得る。上記の圧力振動は、キャビティ６２における流体の径方向移動の結果生じるものであるため、アクチュエータ６６の「軸方向変位振動」と区別してキャビティ６２内における流体の「径方向圧力振動」と称される。
【００１７】
上向きの実線の矢印により示される一次アパーチャ６８を通過する流体流は、やはり上向きの破線の矢印により示されるバルブの穴１８、２０を通過する流体流に対応する。上述のように、バルブ１０の動作は、負圧ポンプの本実施形態のためのバルブ１０の保持プレート１４の全表面の両側における流体の圧力差（ΔＰ）の方向における変化の関数である。保持プレート１４の直径がキャビティ６２における圧力振動の波長に対して小さいため、さらにその上、バルブが一次アパーチャ６８における中心圧力波腹７１の振幅が比較的一定であるキャビティ６２の中心近くに配置されているため、圧力差（ΔＰ）は、保持プレート１４の全表面の両側において実質的に均一であるものと想定される。バルブ１０の両側における圧力差が反転して図２に対応する正の圧力差（＋ΔＰ）になると、付勢されたフラップ１７は、封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かって開位置に駆動される。この位置において、フラップ１７の移動により封止プレート１６の穴２０の閉塞が解除され、流体は、破線の矢印２４により示すように、穴２０ならびに保持プレート１４の位置合わせされた穴１８およびフラップ１７の穴２２を通過して流れることが許される。圧力差が変化して負の圧力差（−ΔＰ）に戻ると、流体は、バルブ１０を通過して反対方向に流れ始め（図３参照）、フラップ１７を閉位置に向かって押し戻す（図１Ｂ参照）。従って、キャビティ６２における圧力振動によりバルブ１０が常閉位置と開位置との間をサイクル動作する際、ポンプ６０は、バルブ１０が開位置にある半サイクル毎に低下した圧力を提供する。
【００１８】
圧力差（ΔＰ）は、上記のように中心圧力波腹７１に対応するため、保持プレート１４の全表面の両側において実質的に均一であるものと想定され、そのため、バルブ１０の両側における圧力に空間的変化がないことを示す良好な近似となる。実際、バルブの両側における圧力の時間依存性は概ね正弦波状であり得るが、後続の解析において、正の圧力差（＋ΔＰ）値と負の圧力差（−ΔＰ）値との間の圧力差（ΔＰ）のサイクルは、図７Ａに示すように、それぞれ正圧期間（ｔＰ＋）および負圧期間（ｔＰ−）に亘り方形波により近似することが可能である。圧力差（ΔＰ）によりバルブ１０が常閉位置と開位置との間をサイクル動作する際、ポンプ６０は、上でも説明し図７Ｂに示すように、開時間遅延（Ｔｏ）および閉時間遅延（Ｔｃ）に従いバルブ１０が開位置にある半サイクル毎に低下した圧力を提供する。当初はバルブ１０が閉じた状態で負であった（図１Ｂ参照）バルブ１０の両側における圧力差が反転して正の圧力差（＋ΔＰ）になると、付勢されたフラップ１７は、開時間遅延（Ｔ０）後、封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かって開位置に駆動される（図２参照）。この位置において、フラップ１７の移動により封止プレート１６の穴２０の閉塞が解除されることで、破線の矢印により示すように、流体は、穴２０ならびに保持プレート１４の位置合わせされた穴１８およびフラップ１７の穴２２を通過して流れることが許されることにより、開期間（ｔ０）に亘りポンプ６０の一次アパーチャ６８の外側に低下した圧力源が提供される。バルブ１０の両側における圧力差が変化して負の圧力差（−ΔＰ）に戻ると、流体は、バルブ１０を通過して反対方向に流れ始め（図３参照）、閉時間遅延（Ｔｃ）後、フラップ１７を閉位置に向かって押し戻す。バルブ１０は、半サイクルの残りの間、または閉期間（ｔｃ）の間、閉じたままである。
【００１９】
保持プレート１４および封止プレート１６は、著しい機械的変形を伴わずにそれらが受ける流体圧力振動に耐えるために十分に強いものであるべきである。保持プレート１４および封止プレート１６は、ガラス、シリコン、セラミック、または金属などのいずれの好適な剛性材料から形成してもよい。保持プレート１４および封止プレート１６における穴１８、２０は、化学エッチング、レーザ加工、機械ドリル加工、粉体ブラスト加工、および打ち抜き加工を含むいずれの好適なプロセスにより形成してもよい。一実施形態において、保持プレート１４および封止プレート１６は、厚さ１００〜２００ミクロンのシート鋼から形成され、それらのプレートにおける穴１８、２０は、化学エッチングにより形成される。穴１８、２０は、５００ミクロン未満の直径を有してもよい。フラップ１７は、金属またはポリマフィルムなどのいずれの軽量の材料から形成してもよい。一実施形態において、バルブの保持プレート側３４または封止プレート側３６のいずれかにおいて２０ｋＨｚ以上の流体圧力振動が生じるとき、フラップ１７は、厚さ１ミクロン〜２０ミクロンの薄いポリマシートから形成されてもよい。例えば、フラップ１７は、厚さ約３ミクロンのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または液晶ポリマフィルムから形成されるとともに、１５０ミクロン未満の穴１８、２０を有する保持プレート１４と封止プレート１６との間に位置決めされてもよい。
【００２０】
上述のように、保持プレート１４および封止プレート１６は、バルブ１０の一部として製作され組み立てられたときに非常に小さく、取り扱いが難しい。バルブ１０を構築するための小さい金属プレートの製作および取り扱いは、より大きいリードフレームを用いることにより容易になる。かかるリードフレームアセンブリは、ただ１つのバルブプレート、またはマトリクス編成における多くのバルブプレートのアレイを支持してもよい。バルブプレートのアレイを有するいくつかのリードフレームアセンブリを上下に積層させることで、組立プロセスの一部として多くのバルブ１０の保持プレート１４、封止プレート１６、およびフラップ１７を一度に位置合わせするための簡便な手段を提供することにより、バルブ１０の組立を容易にしてもよい。
【００２１】
図８をより具体的に参照して、図示のリードフレームアセンブリ８０は、開口８３と、バルブプレート８６を支持するために開口８３内において内方に延在する２つの三角形のタブ８４とを有する単一のリードフレーム８２を備える。リードフレーム８２およびバルブプレート８６は、化学エッチング、レーザ切断、ダイス切断、または当該技術において既知の同様のプロセスにより開口８２が形成された、シートメタルの同じピースから構築される。バルブプレート８６は、バルブプレート８６の取り扱いおよび製作に必要ないずれの数のタブ８４により支持されてもよい。リードフレーム８２を用いてバルブプレート８６を固定位置に保持することで、化学エッチング、レーザ加工、または機械ドリル加工により穴８８を形成するなどの様々なプロセスをバルブプレート８６に施し、例えば図４および図５に示す保持プレート１４および封止プレート１６などの完成したバルブプレートを形成することが可能である。
【００２２】
タブ８４は、いずれの形状であることも可能であるが、バルブプレート８６の支持を提供するためにバルブプレート８６に接続された材料の比較的小さい首部８５を有する。タブ８４の首部８５は、バルブプレート８６をひねってタブ８４から切り離すことでバルブプレート８６をリードフレーム８２から別個のコンポーネントとして取り外すことが可能であるように、すなわち、バルブプレート８６がリードフレーム８２から単一化されるように、十分に狭くなければならない。バルブプレート８６をひねることにより、タブ８４の首部８５を疲労させるが、プロセス中にバルブプレート８６を損傷させることもあり得る。いくつかのバルブプレート８６が上下に積層されていると、ひねっている間により大きい損傷がバルブプレート８６に生じ得る。加えて、リードフレーム８２が３つ以上のタブ８４を利用する場合、バルブプレート８６をひねることがより大きい問題を伴う。
【００２３】
バルブプレート８６をひねるまたはタブ８４の首部８５を切断するのではなく、電流をタブ８４を通過して印加することで、タブ８４の首部８５を溶融させ、バルブプレート８６をリードフレーム８２から単一化させてもよい。例えば、例えば１０Ｖおよび５０Ａの定格を有する高電流低電圧の電源と、例えば２２，０００μＦのキャパシタンスを有するキャパシタとを備える加熱回路（不図示）を用いて、良好な結果が達成される。キャパシタは、リードフレーム８２上の接点９２と、バルブプレート８６上の接点９４とに電気的に接続される。電気接点９２、９４は、リードフレーム８０およびバルブプレート８６のいずれの側に位置決めされてもよい。キャパシタが２４Ｖまで充電されると、キャパシタは、タブ８４および首部８５を通過してバルブプレート８６に放電することが可能である。電流により、タブ８４の首部８５を溶解させてバルブプレート８６をリードフレーム８２から単一化させるために十分な熱が発生する。酸化窒素を用いて電気接点９２、９４およびタブ８４の首部８５を包み込むことで、発生する高温により生じる酸化およびデブリを軽減してもよい。タブ８４の首部８５は、所定の電流がリードフレーム８２およびバルブプレート８６に印加されるときに首部８５が溶融することを保証するために、十分に狭いものであるべきである。上記の例について、タブ８４の首部８５の幅は、約１５０μｍである。
【００２４】
一実施形態において、タブ８４の首部８５にエッチングを施すことで、首部８５の厚さを減少させて溶融プロセスを容易にしてもよい。エッチングステップにより、電流密度がその場所において増加するため、溶融が生じる点がより良好に定義される。タブ８４の首部８５にエッチングを施すことの別の利点は、タブ８４を溶融させるために要求される電流の量と、タブ８４の首８５部を溶解させるために必要な熱の量とが低下することである。熱の量を低下させることにより、溶融プロセスの結果生じ得るタブ８４の首部８５に隣接するバルブプレート８６の歪みが軽減される。上記の例において、タブ８４の首部８５におけるエッチングは、深さ約５０〜９０μｍである。
【００２５】
バルブ１０の製造および製作は、保持プレート１４および封止プレート１６のための穴８８を形成するためにバルブプレート８６が既に加工されている、いくつかのリードフレームアセンブリ８０の積層を含んでもよい。例えば、複数のフラップ１７を支持する第１のリードフレームアセンブリは、各フラップ１７の穴２２が各封止プレート１６の穴２０から正確にオフセットされるように、複数の封止プレート１４を支持する第２のリードフレームアセンブリ上に位置決めされる。複数の円筒壁１２を支持する第３のリードフレームアセンブリは、フラップ１７を支持する第２のリードフレームアセンブリ上に位置決めされる。複数の保持プレート１４を支持する第４のリードフレームアセンブリは、各フラップ１７の穴２２と正確に位置合わせされる。その結果、各封止プレート１６、フラップ１７、円筒壁１２、および保持プレート１４が積層されることにより、図４および図５に示す単一のバルブ１０アセンブリが形成され、それらの各々は、３対のタブ８４（不図示）により、すなわち、封止プレート１６用の一対、保持プレート１４用の一対、および円筒壁１２（不図示）用の一対により、支持される。このリードフレームアセンブリ８０の積層は、各々が保持プレート１４と封止プレート１６との間の絶縁体として機能する薄いポリマシートである、フラップ１７を含む。積層がこれらの絶縁層を含むとき、またはその他、絶縁層を伴うことなく各バルブ１０アセンブリのスタックを通じた導電性が低いとき、電気接点９２、９４をスタックの上部と底部との両方上に配置することで、電流がスタックを通過してより均一に分配され、タブ８４のすべての首部８５を溶融させ、すべてのバルブ１０アセンブリをタブ８４から首尾よく単一化させてもよい。
【００２６】
著しい利点を有する発明が提供されたことが上記から明らかである。本発明をその形態のいくつかにおいてのみ示したが、本発明は、ただ限定されるのはでなく、本発明の精神から逸脱することなく様々な変更および修正が行われる。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【技術分野】
【０００１】
例示的実施形態は、一般に、通過する流体流を制御するためのバルブに関し、より具体的には、２つのプレートの間に配設されるとともに開位置と閉位置との間で移動可能なフラップを有するバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバルブは、典型的には、種々のアプリケーションについて５００Ｈｚを下回る低い周波数で動作する。例えば、多くの従来のコンプレッサは、典型的には、５０または６０Ｈｚで動作する。当該技術において既知のリニア共振コンプレッサは、１５０〜３５０Ｈｚで動作する。かかるポンプは、典型的には、比較的大きく、動作時に可聴ノイズを発生させる。しかし、医療装置を含む多くの可搬型電子装置には、正圧を送達するかまたは真空を提供するための比較的小サイズのポンプが要求され、かかるポンプは、不連続の動作を提供するように動作時に音が聞こえないことが有益である。
【０００３】
小サイズ、高効率、および音が聞こえない動作の目的を達成するため、特定のポンプ（国際公開第２００６／１１１７７５号パンフレットとして公開された国際出願ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号明細書に記載されたもの等）は、非常に高い周波数で動作しなければならず、効果的であるために非常に高い周波数で動作しなければならないバルブを要求する。かかるポンプは、約２０ｋＨｚ以上というはるかに高い周波数で動作することが可能なバルブを要求し、かかるバルブは、一般的には入手不可能である。このような高周波数で動作するため、バルブは、ポンプを通過する正味の流体流を生じさせるように整流することが可能な高周波振動圧力に応答しなければならない。
【０００４】
かかる高周波数で動作することが可能な流体流を制御するためのバルブを開示する。バルブは、略垂直に通過して延在するアパーチャを有する第１のバルブプレートと、略垂直に通過して延在するアパーチャをやはり有する第２のバルブプレートとを備え、第２のバルブプレートのアパーチャは、第１のバルブプレートのアパーチャから実質的にオフセットされている。バルブは、さらに、第１および第２のバルブプレートの間に配設された側壁を備え、側壁は、第１および第２のバルブプレートの周囲において閉鎖されることで、第１および第２のバルブプレートのアパーチャと流体連通するキャビティを第１および第２のバルブプレートの間に形成する。バルブは、さらに、第１および第２のバルブプレートの間に配設されるとともに第１および第２のバルブプレートの間で移動可能なフラップを備え、フラップは、第１のバルブプレートのアパーチャから実質的にオフセットされるとともに第２のバルブプレートのアパーチャと実質的に位置合わせされたアパーチャを有する。バルブプレートの製作および取り扱いは、バルブの構築に特定のリードフレーム技術を用いることにより容易になり得る。
【発明の概要】
【０００５】
バルブプレートの取り扱いおよび製作のためのリードフレームを用いるための方法および装置を開示する。リードフレームは、タブを有する開口を備え、タブは、製造プロセス中にさらなる製作および取り扱いが行われるバルブプレートを支持するために開口内で内方に延在する。タブを溶融させてバルブプレートをリードフレームから単一化させるため、リードフレームおよびバルブプレートに電流が印加される。
【０００６】
例示的実施形態の他の目的、特長、および利点は、本明細書中で開示され、後続の図面および詳細な説明を参照して明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａは、閉位置におけるバルブの例示的実施形態の概略断面図である。図１Ｂは、図５における線１Ｂ−１Ｂに沿う図１Ａのバルブの分解断面図である。
【図２】図２は、流体が通過して流れる際の開位置における図１Ｂのバルブの概略断面図である。
【図３】図３は、開位置と閉位置との間の遷移における図１Ｂのバルブの概略断面図である。
【図４】図４は、図１Ｂのバルブの概略斜視図である。
【図５】図５は、図１Ｂのバルブの概略上面図である。
【図６】図６は、バルブを利用したディスクポンプの概略断面図、ポンプ内における流体の圧力振動のグラフ、およびポンプにおいて利用された状態の開位置における図１Ｂのバルブの分解断面図である。
【図７】図７Ａは、例示的実施形態による図１Ｂのバルブの両側に印加される振動圧力差のグラフである。図７Ｂは、開位置と閉位置との間の図１Ｂのバルブの動作サイクルのグラフである。
【図８】図８Ａは、例示的実施形態によるバルブプレートを支持するためのタブを含むリードフレームの概略上面図である。図８Ｂは、図８Ａのバルブプレートを支持するタブの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
いくつかの例示的実施形態の後続の詳細な説明では、本明細書の一部を形成するとともに本発明を実施し得る具体的な好適な実施形態を例示により示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするために十分詳細に説明され、また、他の実施形態を利用してもよく、本発明の要旨を逸脱することなく論理的、構造的、機械的、電気的、および化学的変更を行ってもよいことが理解される。当業者が本明細書に記載の実施形態を実施することを可能にするために必要でない詳細を回避するため、説明では、当業者に既知の特定の情報を省略するかもしれない。このため、後続の詳細な説明は、限定的な意味で捉えるべきではなく、例示的実施形態の範囲は、付帯の請求項によってのみ定義される。
【０００９】
図１Ａ〜図５を参照すると、例示的実施形態によるバルブ１０が示されている。バルブ１０は、リング状であるとともに一端が保持プレート１４により閉じられ他端が封止プレート１６により閉じられた実質的に円筒状の壁１２を備える。壁１２の内側面、保持プレート１４、および封止プレート１６により、バルブ１０内のキャビティ１５が形成される。バルブ１０は、さらに、図１Ａおよび図１Ｂに示すように保持プレート１４と封止プレート１６との間に配設されるが封止プレート１６に隣接して配設された実質的に円形のフラップ１７を備える。以下でより詳細に説明するように、代替の実施形態において、フラップ１７は、保持プレート１４に隣接して配設されてもよく、この意味において、フラップ１７は、封止プレート１６または保持プレート１４のいずれか一方に対して「付勢」されていると考えられる。フラップ１７の周縁部は、フラップ１７がフラップ１７の表面に対して実質的に垂直な方向に動かないように、封止プレート１６とリング状壁１２との間に挟まれている。また、代替の実施形態において、フラップ１７の周縁部は、封止プレート１６または壁１２のいずれかに直接取り付けてもよい。フラップ１７の残りの部分は、十分に柔軟であり、図１Ｂ、図２、および図３に示すように、フラップ１７のいずれかの表面に印加された力によりフラップ１７が封止プレート１６と保持プレート１４との間で駆動されるように、フラップ１７の表面に対して実質的に垂直な方向に移動可能である。
【００１０】
保持プレート１４および封止プレート１６は、ともにそれぞれ穴１８および２０を有し、かかる穴１８および２０は、図１〜図３の断面図に示すように、各プレートを通過して延在する。また、フラップ１７は、気体または液体を含む流体が図２において破線の矢印２４により示すように通過して流れ得る通路を提供するように、保持プレート１４の穴１８と略位置合わせされた穴２２を有する。また、フラップ１７における穴２２は、保持プレート１４における穴１８と部分的に位置合わせされ、すなわち、部分的にのみ重なってもよい。穴１８、２０、２２は、略均一なサイズおよび形状で示しているが、本発明の範囲を限定することなく異なる直径さらには異なる形状であってもよい。本発明の一実施形態において、穴１８および２０は、図４および図５においてそれぞれ実線および破線の円により示すように、プレートの表面に亘り交互のパターンを形成する。他の実施形態において、穴１８、２０、２２は、破線の矢印２４、３６の個々のセットにより示される個々の対をなす穴１８、２０、２２の機能に関してバルブ１０の動作に影響を与えることなく、異なるパターンに編成してもよい。穴１８、２０、２２のパターンは、要求に応じてバルブ１０を通過する全流体流を制御するため、穴の数を増加または減少させるように設計してもよい。例えば、穴１８、２０、２２の数を増加させることで、バルブ１０の流動抵抗を低下させ、バルブ１０の全流量を増加させてもよい。
【００１１】
フラップ１７の付勢に打ち勝つ何らの力もフラップ１７のいずれの表面にも印加されていないときは、フラップ１７が封止プレート１６に対して付勢され、フラップの穴２２が封止プレート１６の穴１８に対してオフセットされるかまたは位置合わせされていないため、バルブ１０は、「常閉」位置にある。この「常閉」位置において、封止プレート１６を通過する流体流は、図１Ｂに示すように、フラップ１７の穴が設けられていない部分により遮断されるかまたは覆われている。図２に示すようにフラップ１７の付勢に打ち勝つとともに封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かうようにフラップ１７を駆動する圧力がフラップ１７のいずれかの側に印加されると、バルブ１０は、ある期間、すなわち開時間遅延（Ｔｏ）をかけて常閉位置から「開」位置に移動し、破線の矢印２４により示す方向に流体を流れさせる。圧力が方向を変えると、フラップ１７は、封止プレート１６に向かって閉位置に戻るように駆動される。圧力が方向を変えると、図１Ｂに示すようにフラップ１７が封止プレート１６の穴２０を封止して封止プレート１６を通過する流体流を遮断するまで、流体は、図３に示す破線の矢印３２により示すように反対方向に短い期間、すなわち閉時間遅延（Ｔｃ）の間流れる。本発明の他の実施形態において、フラップ１７が保持プレート１４に対して付勢され、穴１８、２２が「常開」位置に位置合わせされてもよい。本実施形態において、フラップ１７を「閉」位置に駆動するためにはフラップ１７に対して正圧を印加することが必要である。
【００１２】
バルブ１０の動作は、バルブ１０の両側における流体の圧力差（ΔＰ）の方向における変化の関数である。図１Ｂにおいて、下向きの矢印により示すように、圧力差に負の値（−ΔＰ）が割り当てられている。本実施形態において、圧力差が負の値（−ΔＰ）を有するとき、バルブ１０の保持プレート側３４の流体圧は、バルブ１０の封止プレート側３６の流体圧よりも大きい。この負の圧力差（−ΔＰ）により、フラップ１７が上記のように完全に閉じた位置に駆動され、かかる位置において、フラップ１７が封止プレート１６に対して押圧されることで封止プレート１６における穴２０を閉塞することにより、バルブ１０を通過する流体流が防止される。バルブ１０の両側における圧力差が反転して図２において上向きの矢印により示すように正の圧力差（＋ΔＰ）になると、フラップ１７は、封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かって開位置に駆動される。本実施形態において、圧力差が正の値（＋ΔＰ）を有するとき、バルブ１０の封止プレート側３６の流体圧は、バルブ１０の保持プレート側３４の流体圧よりも大きい。開位置において、フラップ１７の移動により封止プレート１６の穴２０の閉塞が解除され、破線の矢印２４により示すように、流体は、穴２０ならびにフラップ１７および保持プレート１４それぞれの位置合わせされた穴２２および１８を通過して流れることが可能になる。
【００１３】
バルブ１０の両側における圧力差が図３において下向きの矢印により示すように負の圧力差（−ΔＰ）に戻ると、流体は、破線の矢印３２により示すようにバルブ１０を通過して反対方向に流れ始め、フラップ１７を図１Ｂに示す閉位置に向かって押し戻す。図３において、フラップ１７と封止プレート１６との間の流体圧は、フラップ１７と保持プレート１４との間の流体圧よりも低い。従って、フラップ１７は、矢印３８により表される正味の力を受け、かかる力により、フラップ１７が封止プレート１６に向かって加速してバルブ１０を閉じる。このように、変化する圧力差により、バルブ１０の両側における圧力差の方向（すなわち、正圧または負圧）に基づいてバルブ１０が閉位置と開位置との間をサイクル動作する。バルブ１０のアプリケーションによっては、バルブ１０が用いられていないときに開位置においてフラップ１７を保持プレート１４に対して付勢する、すなわち、バルブ１０を「常開」位置にすることも可能であることを理解すべきである。
【００１４】
上述のように、バルブ１０は、人間の可聴範囲を越える、極めて高い周波数で動作するポンプにおいて用いてもよい。かかる周波数において、ポンプは、極めて小サイズであり、圧力または真空の送達が要求される広範囲の可搬型電子装置への組み込みに好適であってもよい。かかるポンプ６０を図６に示す。ポンプ６０は、側壁６３により形成されるとともに実質的に円形の端壁６４、６５により両端が閉じられた流体を収容するための実質的に円筒形のキャビティ６２を有するポンプ本体６１を備える。ポンプ６０は、さらに、端壁６５のほぼ中心において最大の振幅で端壁６５に対して実質的に垂直な方向の端壁６５の振動運動を生じさせるように端壁６５の中心部に動作的に関連付けられたアクチュエータ６６を備えることにより、使用時に端壁６５の変位振動を発生させる。ポンプ６０は、さらに、キャビティ６２の側壁６３への端壁６５の接続により生じる変位振動を減衰低減させるように端壁６５の周縁部に動作的に関連付けられた絶縁体６７を備える。ポンプ６０は、さらに、端壁６４のほぼ中心に配設された中心アパーチャ６８と、端壁６５の中心と側壁６３との間に配設された２つの二次アパーチャ６９とを備える。アクチュエータ６６が端壁６５の振動運動を発生させると、変位振動によりポンプ本体６１のキャビティ６２内の流体圧の径方向振動が発生し、矢印により示すようにアパーチャ６８、６９を通過する流体流が生じる。また、ポンプ６０は、流体を一方向にのみ中心アパーチャ６８を通過して流れさせる中心アパーチャ６８に配設されたバルブ７０を備える。このバルブ７０がアクチュエータ６６により発生する高周波数で動作するためには、バルブ７０は、圧力変化の時間スケールよりもはるかに短い時間スケールで開閉することが可能であるように、極めて速い反応時間を有さなければならない。用いることが可能なバルブ７０の一実施形態は、図６の分解図に示すバルブ１０である。
【００１５】
バルブ１０は、流体が実線の矢印により示されるように一次アパーチャ６８を通じてキャビティ６２内に引き込まれるとともに二次アパーチャ６９を通じてキャビティ６２から排出されるように中心アパーチャ６８内に配設されることにより、一次アパーチャ６８における低下した圧力源を提供する。本明細書において用いる「低下した圧力」との用語は、一般に、ポンプ６０が配置された周囲圧未満の圧力を言うものである。「真空」および「負圧」との用語を用いて低下した圧力を説明し得るが、実際の圧力低下は、完全な真空に通常関連付けられる圧力低下よりもはるかに小さくてもよい。圧力が「負」であるというのは、ゲージ圧である、すなわち、周囲大気圧を下回って低下した圧力であるという意味においてである。そうでないと明記しない限り、本明細書中で述べる圧力の値は、ゲージ圧である。低下した圧力における増加への言及は、典型的には、絶対圧力における減少を言うものであり、低下した圧力における減少は、典型的には、絶対圧力における増加を言うものである。
【００１６】
また、図６は、端壁６５の軸方向の変位振動の結果生じるキャビティ６２内の圧力振動を示す１つの可能性のある圧力振動プロファイルも示す。実線の曲線および矢印は、一時点における圧力を表し、破線の曲線は、半サイクル後の圧力を表す。このモードおよびより高次のモードにおいて、圧力振動の振幅は、キャビティ６２の中心近くにおける中心圧力波腹７１と、キャビティ６２の側壁６３近くにおける周縁圧力波腹７２とを有する。圧力振動の振幅は、中心圧力波腹７１と周縁圧力波腹７２との間の環状圧力波腹７３において実質的にゼロである。円筒状のキャビティについては、キャビティ６２における圧力振動の振幅の径方向依存性は、第１種ベッセル関数により近似し得る。上記の圧力振動は、キャビティ６２における流体の径方向移動の結果生じるものであるため、アクチュエータ６６の「軸方向変位振動」と区別してキャビティ６２内における流体の「径方向圧力振動」と称される。
【００１７】
上向きの実線の矢印により示される一次アパーチャ６８を通過する流体流は、やはり上向きの破線の矢印により示されるバルブの穴１８、２０を通過する流体流に対応する。上述のように、バルブ１０の動作は、負圧ポンプの本実施形態のためのバルブ１０の保持プレート１４の全表面の両側における流体の圧力差（ΔＰ）の方向における変化の関数である。保持プレート１４の直径がキャビティ６２における圧力振動の波長に対して小さいため、さらにその上、バルブが一次アパーチャ６８における中心圧力波腹７１の振幅が比較的一定であるキャビティ６２の中心近くに配置されているため、圧力差（ΔＰ）は、保持プレート１４の全表面の両側において実質的に均一であるものと想定される。バルブ１０の両側における圧力差が反転して図２に対応する正の圧力差（＋ΔＰ）になると、付勢されたフラップ１７は、封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かって開位置に駆動される。この位置において、フラップ１７の移動により封止プレート１６の穴２０の閉塞が解除され、流体は、破線の矢印２４により示すように、穴２０ならびに保持プレート１４の位置合わせされた穴１８およびフラップ１７の穴２２を通過して流れることが許される。圧力差が変化して負の圧力差（−ΔＰ）に戻ると、流体は、バルブ１０を通過して反対方向に流れ始め（図３参照）、フラップ１７を閉位置に向かって押し戻す（図１Ｂ参照）。従って、キャビティ６２における圧力振動によりバルブ１０が常閉位置と開位置との間をサイクル動作する際、ポンプ６０は、バルブ１０が開位置にある半サイクル毎に低下した圧力を提供する。
【００１８】
圧力差（ΔＰ）は、上記のように中心圧力波腹７１に対応するため、保持プレート１４の全表面の両側において実質的に均一であるものと想定され、そのため、バルブ１０の両側における圧力に空間的変化がないことを示す良好な近似となる。実際、バルブの両側における圧力の時間依存性は概ね正弦波状であり得るが、後続の解析において、正の圧力差（＋ΔＰ）値と負の圧力差（−ΔＰ）値との間の圧力差（ΔＰ）のサイクルは、図７Ａに示すように、それぞれ正圧期間（ｔＰ＋）および負圧期間（ｔＰ−）に亘り方形波により近似することが可能である。圧力差（ΔＰ）によりバルブ１０が常閉位置と開位置との間をサイクル動作する際、ポンプ６０は、上でも説明し図７Ｂに示すように、開時間遅延（Ｔｏ）および閉時間遅延（Ｔｃ）に従いバルブ１０が開位置にある半サイクル毎に低下した圧力を提供する。当初はバルブ１０が閉じた状態で負であった（図１Ｂ参照）バルブ１０の両側における圧力差が反転して正の圧力差（＋ΔＰ）になると、付勢されたフラップ１７は、開時間遅延（Ｔ０）後、封止プレート１６から離れて保持プレート１４に向かって開位置に駆動される（図２参照）。この位置において、フラップ１７の移動により封止プレート１６の穴２０の閉塞が解除されることで、破線の矢印により示すように、流体は、穴２０ならびに保持プレート１４の位置合わせされた穴１８およびフラップ１７の穴２２を通過して流れることが許されることにより、開期間（ｔ０）に亘りポンプ６０の一次アパーチャ６８の外側に低下した圧力源が提供される。バルブ１０の両側における圧力差が変化して負の圧力差（−ΔＰ）に戻ると、流体は、バルブ１０を通過して反対方向に流れ始め（図３参照）、閉時間遅延（Ｔｃ）後、フラップ１７を閉位置に向かって押し戻す。バルブ１０は、半サイクルの残りの間、または閉期間（ｔｃ）の間、閉じたままである。
【００１９】
保持プレート１４および封止プレート１６は、著しい機械的変形を伴わずにそれらが受ける流体圧力振動に耐えるために十分に強いものであるべきである。保持プレート１４および封止プレート１６は、ガラス、シリコン、セラミック、または金属などのいずれの好適な剛性材料から形成してもよい。保持プレート１４および封止プレート１６における穴１８、２０は、化学エッチング、レーザ加工、機械ドリル加工、粉体ブラスト加工、および打ち抜き加工を含むいずれの好適なプロセスにより形成してもよい。一実施形態において、保持プレート１４および封止プレート１６は、厚さ１００〜２００ミクロンのシート鋼から形成され、それらのプレートにおける穴１８、２０は、化学エッチングにより形成される。穴１８、２０は、５００ミクロン未満の直径を有してもよい。フラップ１７は、金属またはポリマフィルムなどのいずれの軽量の材料から形成してもよい。一実施形態において、バルブの保持プレート側３４または封止プレート側３６のいずれかにおいて２０ｋＨｚ以上の流体圧力振動が生じるとき、フラップ１７は、厚さ１ミクロン〜２０ミクロンの薄いポリマシートから形成されてもよい。例えば、フラップ１７は、厚さ約３ミクロンのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）または液晶ポリマフィルムから形成されるとともに、１５０ミクロン未満の穴１８、２０を有する保持プレート１４と封止プレート１６との間に位置決めされてもよい。
【００２０】
上述のように、保持プレート１４および封止プレート１６は、バルブ１０の一部として製作され組み立てられたときに非常に小さく、取り扱いが難しい。バルブ１０を構築するための小さい金属プレートの製作および取り扱いは、より大きいリードフレームを用いることにより容易になる。かかるリードフレームアセンブリは、ただ１つのバルブプレート、またはマトリクス編成における多くのバルブプレートのアレイを支持してもよい。バルブプレートのアレイを有するいくつかのリードフレームアセンブリを上下に積層させることで、組立プロセスの一部として多くのバルブ１０の保持プレート１４、封止プレート１６、およびフラップ１７を一度に位置合わせするための簡便な手段を提供することにより、バルブ１０の組立を容易にしてもよい。
【００２１】
図８をより具体的に参照して、図示のリードフレームアセンブリ８０は、開口８３と、バルブプレート８６を支持するために開口８３内において内方に延在する２つの三角形のタブ８４とを有する単一のリードフレーム８２を備える。リードフレーム８２およびバルブプレート８６は、化学エッチング、レーザ切断、ダイス切断、または当該技術において既知の同様のプロセスにより開口８２が形成された、シートメタルの同じピースから構築される。バルブプレート８６は、バルブプレート８６の取り扱いおよび製作に必要ないずれの数のタブ８４により支持されてもよい。リードフレーム８２を用いてバルブプレート８６を固定位置に保持することで、化学エッチング、レーザ加工、または機械ドリル加工により穴８８を形成するなどの様々なプロセスをバルブプレート８６に施し、例えば図４および図５に示す保持プレート１４および封止プレート１６などの完成したバルブプレートを形成することが可能である。
【００２２】
タブ８４は、いずれの形状であることも可能であるが、バルブプレート８６の支持を提供するためにバルブプレート８６に接続された材料の比較的小さい首部８５を有する。タブ８４の首部８５は、バルブプレート８６をひねってタブ８４から切り離すことでバルブプレート８６をリードフレーム８２から別個のコンポーネントとして取り外すことが可能であるように、すなわち、バルブプレート８６がリードフレーム８２から単一化されるように、十分に狭くなければならない。バルブプレート８６をひねることにより、タブ８４の首部８５を疲労させるが、プロセス中にバルブプレート８６を損傷させることもあり得る。いくつかのバルブプレート８６が上下に積層されていると、ひねっている間により大きい損傷がバルブプレート８６に生じ得る。加えて、リードフレーム８２が３つ以上のタブ８４を利用する場合、バルブプレート８６をひねることがより大きい問題を伴う。
【００２３】
バルブプレート８６をひねるまたはタブ８４の首部８５を切断するのではなく、電流をタブ８４を通過して印加することで、タブ８４の首部８５を溶融させ、バルブプレート８６をリードフレーム８２から単一化させてもよい。例えば、例えば１０Ｖおよび５０Ａの定格を有する高電流低電圧の電源と、例えば２２，０００μＦのキャパシタンスを有するキャパシタとを備える加熱回路（不図示）を用いて、良好な結果が達成される。キャパシタは、リードフレーム８２上の接点９２と、バルブプレート８６上の接点９４とに電気的に接続される。電気接点９２、９４は、リードフレーム８０およびバルブプレート８６のいずれの側に位置決めされてもよい。キャパシタが２４Ｖまで充電されると、キャパシタは、タブ８４および首部８５を通過してバルブプレート８６に放電することが可能である。電流により、タブ８４の首部８５を溶解させてバルブプレート８６をリードフレーム８２から単一化させるために十分な熱が発生する。酸化窒素を用いて電気接点９２、９４およびタブ８４の首部８５を包み込むことで、発生する高温により生じる酸化およびデブリを軽減してもよい。タブ８４の首部８５は、所定の電流がリードフレーム８２およびバルブプレート８６に印加されるときに首部８５が溶融することを保証するために、十分に狭いものであるべきである。上記の例について、タブ８４の首部８５の幅は、約１５０μｍである。
【００２４】
一実施形態において、タブ８４の首部８５にエッチングを施すことで、首部８５の厚さを減少させて溶融プロセスを容易にしてもよい。エッチングステップにより、電流密度がその場所において増加するため、溶融が生じる点がより良好に定義される。タブ８４の首部８５にエッチングを施すことの別の利点は、タブ８４を溶融させるために要求される電流の量と、タブ８４の首８５部を溶解させるために必要な熱の量とが低下することである。熱の量を低下させることにより、溶融プロセスの結果生じ得るタブ８４の首部８５に隣接するバルブプレート８６の歪みが軽減される。上記の例において、タブ８４の首部８５におけるエッチングは、深さ約５０〜９０μｍである。
【００２５】
バルブ１０の製造および製作は、保持プレート１４および封止プレート１６のための穴８８を形成するためにバルブプレート８６が既に加工されている、いくつかのリードフレームアセンブリ８０の積層を含んでもよい。例えば、複数のフラップ１７を支持する第１のリードフレームアセンブリは、各フラップ１７の穴２２が各封止プレート１６の穴２０から正確にオフセットされるように、複数の封止プレート１４を支持する第２のリードフレームアセンブリ上に位置決めされる。複数の円筒壁１２を支持する第３のリードフレームアセンブリは、フラップ１７を支持する第２のリードフレームアセンブリ上に位置決めされる。複数の保持プレート１４を支持する第４のリードフレームアセンブリは、各フラップ１７の穴２２と正確に位置合わせされる。その結果、各封止プレート１６、フラップ１７、円筒壁１２、および保持プレート１４が積層されることにより、図４および図５に示す単一のバルブ１０アセンブリが形成され、それらの各々は、３対のタブ８４（不図示）により、すなわち、封止プレート１６用の一対、保持プレート１４用の一対、および円筒壁１２（不図示）用の一対により、支持される。このリードフレームアセンブリ８０の積層は、各々が保持プレート１４と封止プレート１６との間の絶縁体として機能する薄いポリマシートである、フラップ１７を含む。積層がこれらの絶縁層を含むとき、またはその他、絶縁層を伴うことなく各バルブ１０アセンブリのスタックを通じた導電性が低いとき、電気接点９２、９４をスタックの上部と底部との両方上に配置することで、電流がスタックを通過してより均一に分配され、タブ８４のすべての首部８５を溶融させ、すべてのバルブ１０アセンブリをタブ８４から首尾よく単一化させてもよい。
【００２６】
著しい利点を有する発明が提供されたことが上記から明らかである。本発明をその形態のいくつかにおいてのみ示したが、本発明は、ただ限定されるのはでなく、本発明の精神から逸脱することなく様々な変更および修正が行われる。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのバルブプレートを有するバルブを製作するための方法において：
少なくとも２つのタブを有する開口を有する第１のリードフレームを形成するステップであって、前記タブは、前記開口内において第１のバルブプレートを支持するための首部まで前記開口内において内方に延在する、ステップと；
前記第１のリードフレームおよび前記第１のバルブプレートに、前記タブの前記首部を溶融させるために十分に大きい電流を印加するステップと；を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、さらに：
前記首部の溶融を容易にするために前記タブの前記首部をエッチングするステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、さらに：
少なくとも２つのタブを有する開口を有する第２のリードフレームを形成するステップであって、前記タブは、前記開口内において第２のバルブプレートを支持するための首部まで前記開口内において内方に延在する、ステップと；
前記第１のリードフレームを前記第２のリードフレーム上に前記第２のリードフレームと電気的に接触するように積層させることにより、前記電流により前記第２のバルブプレートを支持する前記首部を溶融させる、ステップと；を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、さらに：
前記首部の溶融を容易にするために前記タブの前記首部をエッチングするステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の方法において、
前記バルブは、さらに、前記少なくとも２つのバルブプレートの間に絶縁材料のバルブフラップを備え、前記方法は、さらに：
前記第１のリードフレームおよび前記第１のバルブプレートと前記第２のリードフレームおよび前記第２のバルブプレートとの両方に電流を印加するステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
流体流を制御するためのバルブにおいて、前記バルブは：
通過して延在するアパーチャを有する第１のバルブプレートであって、前記プレートは、リードフレーム内に形成されるとともに前記リードフレームから電気的に溶融される、第１のバルブプレートと；
通過して延在するとともに前記第１のバルブプレートの前記アパーチャから実質的にオフセットされたアパーチャを有する第２のバルブプレートであって、前記第２のプレートは、リードフレーム内に形成されるとともに前記リードフレームから電気的に溶融される、第２のバルブプレートと；
前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間に配設されることで、前記第１のバルブプレートの前記アパーチャおよび前記第２のバルブプレートの前記アパーチャと流体連通するキャビティを前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間に形成するスペーサと；
前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間に配設されるとともに前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間で移動可能なフラップであって、前記フラップは、前記第１のバルブプレートの前記アパーチャから実質的にオフセットされるとともに前記第２のバルブプレートの前記アパーチャと実質的に位置合わせされたアパーチャを有する、フラップと；を備えることを特徴とするバルブ。
【請求項７】
請求項６に記載のバルブにおいて、前記フラップは、圧力差が実質的にゼロであるときに第１の位置において前記第１および第２のバルブプレートのいずれか一方に隣接して配設されるとともに、圧力差が印加されるときに第２の位置において前記第１および第２のバルブプレートの他方まで移動可能であることにより、前記フラップは、前記バルブの外側の前記流体の圧力差の方向における変化に応答して前記第１の位置から前記第２の位置に、および前記流体の圧力差の方向における反転に応答して前記第１の位置に戻るように駆動されることを特徴とするバルブ。
【請求項８】
請求項７に記載のバルブにおいて、前記フラップは、常開位置において前記第２のバルブプレートに隣接して配設されることにより、前記フラップが前記第１の位置にあるときに前記流体が前記バルブを通過して流れるとともに、前記フラップが前記第２の位置にあるときに前記流体流が前記バルブにより遮断されることを特徴とするバルブ。
【請求項９】
請求項７に記載のバルブにおいて、前記フラップは、常閉位置において前記第１のバルブプレートに隣接して配設されることにより、前記フラップが前記第１の位置にあるときに前記流体流が前記バルブにより遮断されるとともに、前記フラップが前記第２の位置にあるときに前記流体が前記バルブを通過して流れることを特徴とするバルブ。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記第１および第２のバルブプレートは、金属から形成されていることを特徴とするバルブ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバルブにおいて、前記金属は、１００〜２００ミクロンの厚さを有する鋼であることを特徴とするバルブ。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記フラップならびに前記第１および第２のバルブプレートのいずれか一方は、５ミクロン〜１５０ミクロンの距離だけ離れていることを特徴とするバルブ。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記フラップは、１〜２０ミクロンの厚さを有するポリマから形成されていることを特徴とするバルブ。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記第１および第２のバルブプレートにおける前記アパーチャは、直径５００ミクロン未満であることを特徴とするバルブ。
【請求項１５】
請求項６〜１４のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記フラップは、約３ミクロンの厚さを有するポリマから形成され、前記第１のバルブプレートにおける前記アパーチャは、直径１５０ミクロン未満であることを特徴とするバルブ。
【請求項１６】
請求項６〜１５のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記第１および第２のバルブプレートは、約１００ミクロンの厚さを有する鋼から形成され、前記第１のバルブプレートの前記アパーチャ、前記第２のバルブプレートの前記アパーチャ、および前記フラップの前記アパーチャは、直径約１５０ミクロンであり、前記フラップは、約３ミクロンの厚さを有するポリマフィルムから形成されていることを特徴とするバルブ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のバルブを有するポンプを含む負圧療法装置。
【請求項１】
少なくとも２つのバルブプレートを有するバルブを製作するための方法において：
少なくとも２つのタブを有する開口を有する第１のリードフレームを形成するステップであって、前記タブは、前記開口内において第１のバルブプレートを支持するための首部まで前記開口内において内方に延在する、ステップと；
前記第１のリードフレームおよび前記第１のバルブプレートに、前記タブの前記首部を溶融させるために十分に大きい電流を印加するステップと；を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、さらに：
前記首部の溶融を容易にするために前記タブの前記首部をエッチングするステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、さらに：
少なくとも２つのタブを有する開口を有する第２のリードフレームを形成するステップであって、前記タブは、前記開口内において第２のバルブプレートを支持するための首部まで前記開口内において内方に延在する、ステップと；
前記第１のリードフレームを前記第２のリードフレーム上に前記第２のリードフレームと電気的に接触するように積層させることにより、前記電流により前記第２のバルブプレートを支持する前記首部を溶融させる、ステップと；を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、さらに：
前記首部の溶融を容易にするために前記タブの前記首部をエッチングするステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の方法において、
前記バルブは、さらに、前記少なくとも２つのバルブプレートの間に絶縁材料のバルブフラップを備え、前記方法は、さらに：
前記第１のリードフレームおよび前記第１のバルブプレートと前記第２のリードフレームおよび前記第２のバルブプレートとの両方に電流を印加するステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
流体流を制御するためのバルブにおいて、前記バルブは：
通過して延在するアパーチャを有する第１のバルブプレートであって、前記プレートは、リードフレーム内に形成されるとともに前記リードフレームから電気的に溶融される、第１のバルブプレートと；
通過して延在するとともに前記第１のバルブプレートの前記アパーチャから実質的にオフセットされたアパーチャを有する第２のバルブプレートであって、前記第２のプレートは、リードフレーム内に形成されるとともに前記リードフレームから電気的に溶融される、第２のバルブプレートと；
前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間に配設されることで、前記第１のバルブプレートの前記アパーチャおよび前記第２のバルブプレートの前記アパーチャと流体連通するキャビティを前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間に形成するスペーサと；
前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間に配設されるとともに前記第１のバルブプレートと前記第２のバルブプレートとの間で移動可能なフラップであって、前記フラップは、前記第１のバルブプレートの前記アパーチャから実質的にオフセットされるとともに前記第２のバルブプレートの前記アパーチャと実質的に位置合わせされたアパーチャを有する、フラップと；を備えることを特徴とするバルブ。
【請求項７】
請求項６に記載のバルブにおいて、前記フラップは、圧力差が実質的にゼロであるときに第１の位置において前記第１および第２のバルブプレートのいずれか一方に隣接して配設されるとともに、圧力差が印加されるときに第２の位置において前記第１および第２のバルブプレートの他方まで移動可能であることにより、前記フラップは、前記バルブの外側の前記流体の圧力差の方向における変化に応答して前記第１の位置から前記第２の位置に、および前記流体の圧力差の方向における反転に応答して前記第１の位置に戻るように駆動されることを特徴とするバルブ。
【請求項８】
請求項７に記載のバルブにおいて、前記フラップは、常開位置において前記第２のバルブプレートに隣接して配設されることにより、前記フラップが前記第１の位置にあるときに前記流体が前記バルブを通過して流れるとともに、前記フラップが前記第２の位置にあるときに前記流体流が前記バルブにより遮断されることを特徴とするバルブ。
【請求項９】
請求項７に記載のバルブにおいて、前記フラップは、常閉位置において前記第１のバルブプレートに隣接して配設されることにより、前記フラップが前記第１の位置にあるときに前記流体流が前記バルブにより遮断されるとともに、前記フラップが前記第２の位置にあるときに前記流体が前記バルブを通過して流れることを特徴とするバルブ。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記第１および第２のバルブプレートは、金属から形成されていることを特徴とするバルブ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバルブにおいて、前記金属は、１００〜２００ミクロンの厚さを有する鋼であることを特徴とするバルブ。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記フラップならびに前記第１および第２のバルブプレートのいずれか一方は、５ミクロン〜１５０ミクロンの距離だけ離れていることを特徴とするバルブ。
【請求項１３】
請求項６〜１２のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記フラップは、１〜２０ミクロンの厚さを有するポリマから形成されていることを特徴とするバルブ。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記第１および第２のバルブプレートにおける前記アパーチャは、直径５００ミクロン未満であることを特徴とするバルブ。
【請求項１５】
請求項６〜１４のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記フラップは、約３ミクロンの厚さを有するポリマから形成され、前記第１のバルブプレートにおける前記アパーチャは、直径１５０ミクロン未満であることを特徴とするバルブ。
【請求項１６】
請求項６〜１５のいずれか一項に記載のバルブにおいて、前記第１および第２のバルブプレートは、約１００ミクロンの厚さを有する鋼から形成され、前記第１のバルブプレートの前記アパーチャ、前記第２のバルブプレートの前記アパーチャ、および前記フラップの前記アパーチャは、直径約１５０ミクロンであり、前記フラップは、約３ミクロンの厚さを有するポリマフィルムから形成されていることを特徴とするバルブ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のバルブを有するポンプを含む負圧療法装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５１９０３８（Ｐ２０１３−５１９０３８Ａ）
【公表日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５２０８０（Ｐ２０１２−５５２０８０）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２３５８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９７３６２
【国際公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（５０８２６８７１３）ケーシーアイ ライセンシング インコーポレイテッド (125)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２３５８０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０９７３６２
【国際公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（５０８２６８７１３）ケーシーアイ ライセンシング インコーポレイテッド (125)
【Ｆターム（参考）】
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