JP4531409B2 - 泡で動かされる弁、弁システム、および、弁を流れる流体を制御する方法 - Google Patents
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Description
ΔP=2σcosθ/r (1)
ここで、ΔPは境界面での圧力差であり、σは液体の表面張力であり、θは液体と隣接する固体表面との面角であり、rは蒸気(気体)と液体の境界面の曲率半径である。層流の条件のもとでの円筒形のチャネル内の体積流量の簡単な方程式が以下に与えられる。
Q=πΔPR4 /8μL (2)
ここで、ΔPは上記の式で与えられた流量を流すための圧力差であり、Rは円形のチャネル(チャネルの横断面)の半径であり、μは流体の粘性率であり、Lはチャネルの長さである。医療での用途などの必要とされる流量が比較的小さい用途においてさえ、調速物理学(governing physics)を原因とする制限が問題となることがある。例えば、チャネルの長さが35mmで水溶液および14080kg/m2 (20psi)から35200kg/m2 (50psi)までの駆動圧力を使用する1ml/週の流量を必要とする医療装置では、泡を所定の位置に保つのに必要な開口は、必要とされるチャネルの全体の寸法より小さいオーダーの大きさとなる。
ΔP=2σcosθ/r (3)
(A)基層と、
キャップ層と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの入口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの出口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成されて前記少なくともひとつの入口を前記少なくともひとつの出口に結合する少なくともひとつの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくともひとつの装置と、
流体が前記少なくともひとつの入口から前記少なくともひとつの出口へ流れる第1の位置と流体が前記少なくともひとつの入口から前記少なくともひとつの出口へ流れるのが阻止される第2の位置との間を移動可能で、前記泡および前記泡の生成によって生じた力の少なくとも一方によって動かされる移動可能な固体の物体と
を含む、泡で動かされる弁。
(1) 泡を形成するための少なくともひとつの装置が基層およびキャップ層の少なくとも一方に取り付けられた加熱要素からなる、実施態様(A)に記載の弁。
(2) 移動可能な固体の物体が球形の要素からなる、実施態様(A)に記載の弁。
(3) 基層がシリコンからなる、実施態様(A)に記載の弁。
(4) 基層が高分子材料からなる、実施態様(A)に記載の弁。
(5) 基層がセラミック材料からなる、実施態様(A)に記載の弁。
(7) キャップ層がシリコンからなる、実施態様(A)に記載の弁。
(8) キャップ層が高分子材料からなる、実施態様(A)に記載の弁。
(9) キャップ層がセラミック材料からなる、実施態様(A)に記載の弁。
(10) キャップ層がガラスからなる、実施態様(A)に記載の弁。
基層と、
キャップ層と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの流体入口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの流体出口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成されて前記少なくともひとつの流体入口を前記少なくともひとつの流体出口に結合する少なくともひとつの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくともひとつの装置と、
流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れる第1の位置と流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れるのが阻止される第2の位置との間を移動可能で、前記泡および前記泡の生成によって生じた力の少なくとも一方によって動かされる移動可能な固体の物体と、
前記弁の電力が停止されたときに前記移動可能な固体の物体を保持するための保持機構と
を含む、小型の泡で動かされる弁。
(11) 基層がシリコンからなる、実施態様(B)に記載の弁。
(12) 基層が高分子材料からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(13) 基層がセラミック材料からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(14) 基層がガラスからなる、実施態様(B)に記載の弁。
(15) キャップ層がシリコンからなる、実施態様(B)に記載の弁。
(17) キャップ層がセラミック材料からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(18) キャップ層がガラスからなる、実施態様(B)に記載の弁。
(19) 泡を形成するための少なくともひとつの装置が、基層およびキャップ層の少なくとも一方に配置された加熱要素からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(20) 加熱要素が抵抗加熱要素からなる、実施態様(19)に記載の弁。
(22) 泡を形成するための少なくともひとつの装置が、基層およびキャップ層の少なくとも一方に機能的に関連した気体供給源からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(23) 移動可能な固体の物体が球形の要素からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(24) 移動可能な固体の物体が係留された機構からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(25) 移動可能な固体の物体が双安定な物体からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(26) 保持機構が基層およびキャップ層の少なくとも一方内の気体の小さい貯蔵部からなる、実施態様(B)に記載の弁。
(27) 保持機構が保持アクチュエーターからなる、実施態様(B)に記載の弁。
(C)小型の泡で動かされる弁であって、
基層と、
キャップ層と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの流体入口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの流体出口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成されて前記少なくともひとつの流体入口を前記少なくともひとつの流体出口に結合する少なくともひとつの流れチャネルであって、前記少なくともひとつの流体入口および前記少なくともひとつの流体出口が前記少なくともひとつの流れチャネルと同一平面に配置された、前記少なくともひとつの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくともひとつの装置と、
流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れる第1の位置と流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れるのが阻止される第2の位置との間を移動可能で、前記泡および前記泡の生成によって生じた力の少なくとも一方によって動かされる移動可能な固体の物体と
を含む、小型の泡で動かされる弁。
(D)小型の泡で動かされる弁であって、
基層と、
キャップ層と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの流体入口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの流体出口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成されて前記少なくともひとつの流体入口を前記少なくともひとつの流体出口に結合する少なくともひとつの流れチャネルであって、前記少なくともひとつの流体入口および前記少なくともひとつの流体出口が前記少なくともひとつの流れチャネルと異なる平面上に配置されている、少なくともひとつの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくともひとつの装置と、
流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れる第1の位置と流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れるのが阻止される第2の位置との間を移動可能で、前記泡および前記泡の生成によって生じた力の少なくとも一方によって動かされる移動可能な固体の物体と
を含む、小型の泡で動かされる弁。
(E)基層と、
中間層と、
キャップ層と、
前記基層、前記中間層、および前記キャップ層の少なくともひとつに形成された少なくともひとつの流体入口と、
前記基層、前記中間層、および前記キャップ層の少なくともひとつに形成された少なくともひとつの流体出口と、
前記基層、前記中間層、および前記キャップ層の少なくともひとつに形成されて前記少なくともひとつの流体入口を前記少なくともひとつの流体出口に結合する少なくともひとつの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくともひとつの装置と、
流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れる第1の位置と流体が前記少なくともひとつの流体入口から前記少なくともひとつの流体出口へ流れるのが阻止される第2の位置との間を移動可能で、前記泡および前記泡の生成によって生じた力の少なくとも一方によって動かされる移動可能な固体の物体と
を含む、泡で動かされる弁。
(F)泡によって動かされるひとつまたは複数の弁を含む弁システムであって、
前記弁の各々は、
基層と、
キャップ層と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの入口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成された少なくともひとつの出口と、
前記基層および前記キャップ層の少なくとも一方に形成されて前記少なくともひとつの入口を前記少なくともひとつの出口に結合する少なくともひとつの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくともひとつの装置と、
流体が前記少なくともひとつの入口から前記少なくともひとつの出口へ流れる第1の位置と流体が前記少なくともひとつの入口から前記少なくともひとつの出口へ流れるのが阻止される第2の位置との間を移動可能で泡および泡の形成によって生じた力の少なくとも一方によって動かされる移動可能な固体の物体とを含み、
前記弁システムは、前記泡によって動かされるひとつまたは複数の弁を相互に結合する流体導管をさらに含む、弁システム。
(G)弁を流れる流体を制御する方法であって、
第1の泡を形成して固体の物体を第1の位置から第2の位置へ動かすことによって液体が弁の入口から弁の出口へ流れるのを阻止する過程と、
第2の泡を形成して前記固体の物体を前記第2の位置から前記第1の位置へ動かすことによって前記液体が前記弁の入口から前記弁の出口へ流れるようにする過程と
を含む、弁を流れる流体を制御する方法。
(H)少なくともひとつの入口と、
少なくともひとつの出口と、
前記少なくともひとつの入口を前記少なくともひとつの出口に結合する少なくともひとつの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくともひとつの装置と、
流体が前記少なくともひとつの入口から前記少なくともひとつの出口へ流れる第1の位置と流体が前記少なくともひとつの入口から前記少なくともひとつの出口へ流れるのが阻止される第2の位置との間を移動可能で、前記泡および前記泡の生成によって生じた力の少なくとも一方によって動かされる移動可能な固体の物体と
を含む、泡で動かされる弁。
102 入口
104 出口
106 移動可能な固体の物体
108 基層
110 流れチャネル
112 ヒーター
112a,112b ヒーター
114 間隙
200 泡
600 弁
602 入口
604 出口
606 物体
608 基層
610 流れチャネル
612a,612b 泡を形成するための装置
616 戻しチャネル
618 泡
620 表面
700 弁
702 入口
704 出口
706 物体
708 基層
710 流れチャネル
712a,712b 泡を形成するための装置
716 戻しチャネル
720,722,724 湾曲した表面
800 弁
802 入口
804 出口
806 物体
808 基層
810 流れチャネル
812 キャップ層
812a,812b 泡を形成するための装置
900 弁
902 弁システム
Claims (14)
- 泡で動かされる弁において、
基層と、
キャップ層と、
前記基層および前記キャップ層のうちの少なくとも一方に形成された、少なくとも1つの入口と、
前記基層および前記キャップ層のうちの少なくとも一方に形成された、少なくとも1つの出口と、
前記基層および前記キャップ層のうちの少なくとも一方に形成された少なくとも1つの流れチャネルであって、前記少なくとも1つの入口を前記少なくとも1つの出口に結合する、少なくとも1つの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくとも1つの装置と、
移動可能な固体の物体であって、前記移動可能な固体の物体が、流体が前記少なくとも1つの入口から前記少なくとも1つの出口へと流れる第1の位置、および前記少なくとも1つの入口から前記少なくとも1つの出口への流体の流れが阻止される第2の位置の間を移動可能であり、前記移動可能な固体の物体が、前記泡、および前記泡の生成により生じた力のうちの少なくとも一方によって動かされ、前記移動可能な固体の物体が、球状部材である、移動可能な固体の物体と、
を含む、泡で動かされる弁。 - 請求項1に記載の泡で動かされる弁において、
前記弁の電力が停止されたときに前記移動可能な固体の物体を保持するための保持機構をさらに含む、泡で動かされる弁。 - 請求項1に記載の泡で動かされる弁において、
前記基層が、シリコン、ポリマー材料、セラミック材料、またはガラスを含む、泡で動かされる弁。 - 請求項1に記載の泡で動かされる弁において、
前記キャップ層が、シリコン、ポリマー材料、セラミック材料、またはガラスを含む、泡で動かされる弁。 - 請求項1に記載の泡で動かされる弁において、
前記泡を形成するための少なくとも1つの装置が、前記基層または前記キャップ層のうちの少なくとも一方に取り付けられた加熱部材である、泡で動かされる弁。 - 請求項5に記載の泡で動かされる弁において、
前記加熱部材が、抵抗加熱部材である、泡で動かされる弁。 - 請求項1に記載の泡で動かされる弁において、
前記泡を形成するための少なくとも1つの装置が、前記基層および前記キャップ層のうちの少なくとも一方に動作可能なように関連する電解装置、または前記基層および前記キャップ層のうちの少なくとも一方に動作可能なように関連する気体供給装置を含む、泡で動かされる装置。 - 請求項2に記載の泡で動かされる弁において、
前記保持機構が、前記基層および前記キャップ層のうちの少なくとも一方における小型気体貯蔵部、または保持アクチュエーターを含む、泡で動かされる装置。 - 請求項1に記載の泡で動かされる弁において、
前記少なくとも1つの入口および前記少なくとも1つの出口が、前記少なくとも1つの流れチャネルと同一平面にある、泡で動かされる弁。 - 請求項1に記載の泡で動かされる弁において、
前記少なくとも1つの入口および前記少なくとも1つの出口が、前記少なくとも1つの流れチャネルと異なる平面にある、泡で動かされる弁。 - 泡で動かされる弁において、
基層と、
中間層と、
キャップ層と、
前記基層、前記中間層、および前記キャップ層のうちの少なくとも1つに形成された、少なくとも1つの入口と、
前記基層、前記中間層、および前記キャップ層のうちの少なくとも1つに形成された、少なくとも1つの出口と、
前記基層、前記中間層、および前記キャップ層のうちの少なくとも1つに形成された少なくとも1つの流れチャネルであって、前記少なくとも1つの入口を前記少なくとも1つの出口に結合する、少なくとも1つの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくとも1つの装置と、
移動可能な固体の物体であって、前記移動可能な固体の物体が、流体が前記少なくとも1つの入口から前記少なくとも1つの出口へと流れる第1の位置、および前記少なくとも1つの入口から前記少なくとも1つの出口への流体の流れが阻止される第2の位置の間を移動可能であり、前記移動可能な固体の物体が、前記泡、および前記泡の生成により生じた力のうちの少なくとも一方によって動かされ、前記移動可能な固体の物体が、球状部材である、移動可能な固体の物体と、
を含む、泡で動かされる弁。 - 弁システムにおいて、
複数の、請求項1乃至11に記載の泡で動かされる弁と、
前記複数の泡で動かされる弁を相互に結合する、1つまたは複数の流体導管と、
を含む、弁システム。 - 弁における流体の流れを制御するための方法において、
第1の泡を形成して、移動可能な固体の物体を第1の位置から第2の位置へ動かし、それにより、前記弁の入口から前記弁の出口への液体の流れを阻止することと、
第2の泡を形成して、前記移動可能な固体の物体を前記第2の位置から前記第1の位置へ動かし、それにより、前記弁の前記入口から前記弁の前記出口への前記液体の流れを可能にすることと、
を含み、
前記移動可能な固体の物体が、球状部材である、方法。 - 泡で動かされる弁において、
少なくとも1つの入口と、
少なくとも1つの出口と、
前記少なくとも1つの入口を前記少なくとも1つの出口に結合する、少なくとも1つの流れチャネルと、
泡を形成するための少なくとも1つの装置と、
移動可能な固体の物体であって、前記移動可能な固体の物体が、流体が前記少なくとも1つの入口から前記少なくとも1つの出口へ流れる第1の位置、および前記少なくとも1つの入口から前記少なくとも1つの出口への前記流体の流れが阻止される第2の位置の間を移動可能であり、前記移動可能な固体の物体が、前記泡、および前記泡の生成により生じた力のうちの少なくとも一方によって動かされ、前記移動可能な固体の物体が、球状部材である、移動可能な固体の物体と、
を含む、泡で動かされる弁。
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