CN101306792A - 微致动流体供应器及其所适用的微泵结构及喷墨头结构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种微致动流体供应器，其包含：一基板，形成一压缩室，用以储存一液体；一隔层膜，固设于该基板上，以封闭该压缩室的一侧；多个固定端，连接于该隔层膜的两侧边；一传动块，设置于该多个固定端之间且与该隔层膜相连接；以及一微致动器，连接于该传动块上且两侧延伸固设于该多个固定端上，其于一电场作用下，带动该传动块产生形变，以推挤该隔层膜，使该压缩室产生体积变化，以使储存于该压缩室内的该液体受挤压而流动。

Description

微致动流体供应器及其所适用的微泵结构及喷墨头结构

技术领域

本发明是关于一种微致动流体供应器，尤指一种适用于微泵结构及喷墨头结构的微致动流体供应器。

背景技术

目前于各领域中无论是医药、电脑科技、打印、能源等工业，产品均朝精致化及微小化方向发展，其中微泵、喷雾器、喷墨头、工业打印装置等产品所包含的流体供应结构为其关键技术，因此，如何借助创新结构突破其技术瓶颈，为发展的重要内容。

请参阅图1(a)，其为现有的微致动流体供应器的结构示意图，如图所示，现有的微致动流体供应器10是由压电元件101、镍板102以及基板103所构成，压电元件101为一压电基板，可采用高压电系数的锆钛酸铅(PZT)系列的压电粉末制造而成，镍板102的两端则分别与基板103相连接，可将两基板103间所形成的压力舱104封闭，至于压电元件101是设置于镍板102上且相对应于该压力舱104的位置。

现有的微致动流体供应器10可通过施加适当的电场于压电元件101上使压电元件101产生一形变，进而使结合的镍板102连动并且跟着形变，至于，镍板102形变的方式将根据压电元件101的结构而定，其功能一般是借助镍板102如图1(b)标号A的箭头方向所指虚线的弯曲形变，因此通过镍板102的形变得以改变压力舱104的体积，使得压力舱104原先预存的流体，向其他预先设定的空间流动，以达到供给流体的目的。

虽然现有的微致动流体供应器10的结构可随着压力舱104的尺寸、压电元件101的厚度以及镍板102的厚度而影响其压力舱104的体积变化量，但是无论上述的条件如何改变均因受到边界的限制较大，且现有的压电元件101的尺寸需随着压力舱104的尺寸缩小而缩小，以致定位更困难而增加工艺上的困难，将造成整体结构所能提升的功效有限。

因此，如何发展一种可克服上述现有技术缺失的微致动流体供应器及其所适用的微泵结构及喷墨头结构，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微致动流体供应器及其所适用的微泵结构及喷墨头结构，通过将微致动器连接于传动块上且将微致动器的两侧延伸固设于多个固定端上，使微致动器于一电场作用下，带动传动块产生形变，以推挤隔层膜，使由基板所构成的压缩室产生体积变化，使储存于压缩室内的液体受挤压而流动，以解决微致动流体供应器因受到边界的限制较大，而造成整体结构所能提升的功效有限的缺点。

为达上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种微致动流体供应器，其包含：基板，形成压缩室，用以储存液体；隔层膜，固设于基板上，以封闭压缩室的一侧；多个固定端，连接于隔层膜的两侧边；传动块，设置于多个固定端之间且与隔层膜相连接；以及微致动器，连接于传动块上且两侧延伸固设于多个固定端上，其于一电场作用下，带动传动块产生形变，以推挤隔层膜，使压缩室产生体积变化，以使储存于压缩室内的液体受挤压而流动。

根据本发明的构想，其中传动块与微致动器接触的面积是较小于与隔层膜接触面积。

根据本发明的构想，其中传动块与微致动器接触的面积实质上等同于与隔层膜接触的面积。

根据本发明的构想，其中传动块为一凸块结构。

根据本发明的构想，其中微致动器为压电元件，其于电场作用下带动传动块产生形变。

根据本发明的构想，其中微致动器的极化方向是与电场方向垂直。

根据本发明的构想，其中微致动器的电极设置于其厚度方向的上下两侧。

为达上述目的，本发明另提供一种微泵结构，用以传送液体且具有出口通道及入口通道，其包含：基板，形成压缩室，压缩室是出口通道及入口通道相连通；隔层膜，固设于基板上，以封闭压缩室的一侧；多个固定端，连接于隔层膜的两侧边；传动块，设置于多个固定端之间且与隔层膜相连接；以及微致动器，连接于传动块上且两侧延伸固设于多个固定端上，其于电场作用下，带动传动块产生形变，以推挤隔层膜，使压缩室产生体积变化，以使经由入口通道储存于压缩室内的液体受挤压而经由出口通道流出。

根据本发明的构想，其中传动块与微致动器接触的面积是较小于与隔层膜接触面积。

根据本发明的构想，其中传动块与微致动器接触的面积实质上等同于与隔层膜接触的面积。

根据本发明的构想，其中微致动器为压电元件，其于电场作用下带动传动块产生形变。

根据本发明的构想，其中微致动器的极化方向是与电场方向垂直。

根据本发明的构想，其中微致动器的电极设置于其厚度方向的上下两侧。

为达上述目的，本发明又提供一种喷墨头结构，具有用以接收墨水的入口通道，其包含：基板，形成压缩室，且具有多个喷孔；隔层膜，固设于基板上，以封闭压缩室的一侧；多个固定端，连接于隔层膜的两侧边；传动块，设置于多个固定端之间且与隔层膜相连接；以及微致动器，连接于传动块上且两侧延伸固设于多个固定端上，其于一电场作用下，带动传动块产生形变，以推挤隔层膜，使压缩室产生体积变化，以使储存于压缩室内的墨水受挤压而从多个喷孔喷出。

根据本发明的构想，其中传动块与微致动器接触的面积是较小于与隔层膜接触面积。

根据本发明的构想，其中传动块与微致动器接触的面积实质上等同于与隔层膜接触的面积。

根据本发明的构想，其中微致动器为压电元件，其于电场作用下带动传动块产生形变。

根据本发明的构想，其中微致动器的极化方向是与电场方向垂直。

根据本发明的构想，其中微致动器的电极设置于其厚度方向的上下两侧。

根据本发明的构想，其中基板为喷嘴板，具有多个喷孔。

附图说明

图1(a)为现有的微致动流体供应器的结构示意图。

图1(b)为图1(a)形变的结构示意图。

图2(a)为本发明第一较佳实施例的微致动流体供应器的结构示意图。

图2(b)为图2(a)所示的致动元件的形变示意图。

图3(a)为本发明第一较佳实施例的微致动流体供应器的结构示意图。

图3(b)为图3(a)所示的微致动器的形变示意图。

图4(a)为将本发明的微致动流体供应器应用于微泵结构或是喷墨头结构的俯视图。

图4(b)为将本发明的微致动流体供应器应用于微泵结构的A-A剖面图。

图4(c)为图4(b)所示的微致动器的形变示意图。

图5(a)～图5(d)为图4(b)所示的微泵结构的实施态样示意图。

图6(a)为将本发明的微致动流体供应器应用于喷墨头结构的图4(a)的A-A剖面图。

图6(a)为将本发明的微致动流体供应器应用于喷墨头结构的图4(a)的微致动器发生形变的B-B剖面图。

图6(c)为图6(a)所示的喷墨头结构的微致动器的形变示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明的用，而非用以限制本发明。

请参阅图2(a)，其为本发明第一较佳实施例的微致动结构的结构示意图，如图所示，本发明的微致动流体供应器20主要由一基板21、一隔层膜22、多个固定端23、传动块24以及微致动器25所构成，其中基板21间形成一压缩室211，主要用来储存液体，将因隔层膜22的形变影响而使得压缩室211的体积受到改变，而隔层膜22固设于基板21上，可用来将压缩室211的一侧边封闭。

多个固定端23设置于隔层膜22的两侧边，而传动块24同样设置于隔层膜22上且位于该多个固定端23之间并相对应于该压缩室211设置，至于，微致动器24为一压电元件，可采用高压电系数的锆钛酸铅(PZT)系列的压电粉末制造而成，其连接于传动块25上且两侧分别延伸固设于固定端23上。

于本实施例中，传动块24与微致动器25接触的面积实质上等同于与隔层膜22接触的面积，且微致动器25的极化方向分别从压缩室211的中心到两侧固定端23，如图2(a)标号B所指的箭头方向，另外在微致动器25的厚度方向的上侧具有一信号电极251，可为正电极，而相对下侧则具有一接地电极252，可为负电极。

当一电压作用在微致动器25的两侧信号电极251及接地电极252时，会产生一方向向上的电场，由于电场方向和微致动器25的极化方向B互相垂直，因此微致动器25在此电场的作用下是以剪切的方式向隔层膜22及压缩室211方向移动，由于微致动器25的两侧是固设于固定端23上且传动块24是连接于微致动器25与隔层膜22之间，因此传动块24能够将微致动器25所产生的推力传递至隔层膜22，使得隔层膜22也跟着被挤压变形，即产生如图2(b)标号C的箭头方向所指虚线的形变，这将改变压缩室211的体积，使得原本储存于压缩室211内部的液体，向其他预先设定的空间流动，以达到供给流体的目的。

本发明的微致动流体供应器20主要通过传动块24来连接微致动器25及隔层膜22，以将微致动器25所产生的推力传递至隔层膜22，而改变压缩室211的体积，使得原本储存于压缩室211内部的液体，向其他预先设定的空间流动，可使微致动器25受到边界的限制较少，以产生较大的位移量。

当然，本发明的微致动器25并不局限于剪切式压电元件，也可为一弯曲型压电元件，即电场方向和微致动器的极化方向互相平行。

请参阅图3(a)，其为本发明第二较佳实施例的微致动流体供应器的结构示意图，本实施例的微致动流体供应器20的结构及微致动器25的驱动方式是与第一较佳实施例相似，差异点在于本实施例的传动块的形状为一凸形的凸块结构26，其与微致动器25接触的面积是较小于与隔层膜22接触面积，主要的目的是让微致动器25受到较少的限制，使微致动器25产生较大的致动位移量，而凸块结构26与隔层膜22侧接触的面积较大的主要目的是让隔层膜22的等效体积变化量变大。

当一电压作用在微致动器25的两侧信号电极251及接地电极252时，微致动器25在此电场的作用下是以剪切的方式向隔层膜22及压缩室211方向移动，凸块结构26能够将微致动器25所产生的推力传递至隔层膜22，使得隔层膜22也跟着被挤压变形，即产生如图3(b)标号D的箭头方向所指虚线的形变，由图2(b)与图3(b)中相比较可知，本实施例的传动块使用凸块结构26的设计，微致动器25推挤隔层膜22的位移量较大，在相同的操作条件下可降低驱动电压。

请参阅图4(a)，其为将本发明的微致动流体供应器应用于微泵结构或是喷墨头结构之俯视图，请配合参阅图4(b)，其为将本发明的微致动流体供应器应用于微泵结构的A-A剖面图，如图所示，微泵结构40具有一入口通道(inlet)41及一出口通道(outlet)42，主要用来传送一液体，同样是由基板21、压缩室211、隔层膜22、多个固定端(未图示)、传动块24以及微致动器25所构成，至于基板21、压缩室211、隔层膜22、多个固定端(未图示)、传动块24以及微致动器25的结构及驱动方式及功效已详述于第一较佳实施例中，因此不再赘述。

当一电压作用在微致动器25的两侧电极时，微致动器25在此电场的作用下是以剪切的方式向隔层膜22及压缩室211方向移动，传动块24能够将微致动器25所产生的推力传递至隔层膜22，使得隔层膜22也跟着被挤压变形(如图4(c)所示)，将改变压缩室211的体积，使得经由入口通道41储存于压缩室211内的液体受挤压而经由出口通道42流出至其他预先设定的空间，以达到供给流体的目的。

微泵结构40的实施态样可为具有多个流体入口通道41搭配单个流体入口通道42(如图5(a)所示)；多个流体出口通道42与单个流体入口通道41(如图5(b)所示)，或是多个微泵结构40的出口通道42或入口通道41连结在一起(如图5(c)及图5(d)所示)。

请参阅图4(a)并配合参阅图6(a)及图6(b)，其中图6(a)及图6(b)分别为将本发明的微致动流体供应器应用于喷墨头结构的图4(a)的A-A及B-B剖面图，如图所示，喷墨头结构50两侧均具有一入口通道51，主要经由入口通道51接收由一墨水匣(未图示)所储存的墨水并将其喷射出去，以对一纸张进行打印，本发明的喷墨头结构50是由基板、隔层膜22、多个固定端23、传动块24以及微致动器25所构成，至于隔层膜22、多个固定端(未图示)、传动块24以及微致动器25的结构及驱动方式及功效是已详述于第一较佳实施例中，因此不再赘述。

于本实施例中，基板为一喷嘴片52，其形成一压缩室521且具有多个阵列式排列的喷孔522，当一电压作用在微致动器25的两侧电极时，微致动器25在此电场的作用下将向隔层膜22及压缩室521方向移动，传动块24能够将微致动器25所产生的推力传递至隔层膜22，使得隔层膜22也跟着被挤压变形(如图6(b)及图6(c)所示)，将改变压缩室521的体积，使得经由入口通道41储存于压缩室211内的墨水受挤压而经由喷嘴片52的喷孔522喷出多个液滴523至相对应的纸张上，以达到喷墨打印的目的。

综上所述，本发明的微致动流体供应器主要通过传动块来连接微致动器及隔层膜，以将微致动器所产生的推力传递至隔层膜，而改变压缩室的体积，使得原本储存于压缩室内部的液体，向其他预先设定的空间流动，可使微致动器受到边界的限制较少，并可应用于微泵结构或是喷墨头结构上。

因此，本发明的微致动流体供应器及其所适用的微泵结构及喷墨头结构极具产业的价值。

Claims (20)

1.一种微致动流体供应器，其包含：

一基板，形成一压缩室，用以储存一液体；

一隔层膜，固设于该基板上，以封闭该压缩室的一侧；

多个固定端，连接于该隔层膜的两侧边；

一传动块，设置于该多个固定端之间且与该隔层膜相连接；以及

一微致动器，连接于该传动块上且两侧延伸固设于该多个固定端上，其于一电场作用下，带动该传动块产生形变，以推挤该隔层膜，使该压缩室产生体积变化，以使储存于该压缩室内的该液体受挤压而流动。

2.如权利要求1所述的微致动流体供应器，其特征在于该传动块与该微致动器接触的面积是较小于与该隔层膜接触面积。

3.如权利要求1所述的微致动流体供应器，其特征在于该传动块与该微致动器接触的面积实质上是等同于与该隔层膜接触的面积。

4.如权利要求1所述的微致动流体供应器，其特征在于该传动块为一凸块结构。

5.如权利要求1所述的微致动流体供应器，其特征在于该微致动器为一压电元件，其于该电场作用下带动该传动块产生形变。

6.如权利要求1所述的微致动流体供应器，其特征在于该微致动器的极化方向是与该电场方向垂直。

7.如权利要求1所述的微致动流体供应器，其特征在于该微致动器的电极设置于其厚度方向的上下两侧。

8.一种微泵结构，用以传送一液体且具有一出口通道及一入口通道，其包含：

一基板，形成一压缩室，该压缩室是该出口通道及该入口通道相连通；

一隔层膜，固设于该基板上，以封闭该压缩室的一侧；

多个固定端，连接于该隔层膜的两侧边；

一传动块，设置于该多个固定端之间且与该隔层膜相连接；以及

一微致动器，连接于该传动块上且两侧延伸固设于该多个固定端上，其于一电场作用下，带动该传动块产生形变，以推挤该隔层膜，使该压缩室产生体积变化，以使经由该入口通道储存于该压缩室内的该液体受挤压而经由该出口通道流出。

9.如权利要求8所述的微泵结构，其特征在于该传动块与该微致动器接触的面积是较小于与该隔层膜接触面积。

10.如权利要求8所述的微泵结构，其特征在于该传动块与该微致动器接触的面积实质上是等同于与该隔层膜接触的面积。

11.如权利要求8所述的微泵结构，其特征在于该微致动器为一压电元件，其于该电场作用下带动该传动块产生形变。

12.如权利要求8所述的微泵结构，其特征在于该微致动器的极化方向是与该电场方向垂直。

13.如权利要求8所述的微泵结构，其特征在于该微致动器的电极是设置于其厚度方向的上下两侧。

14.一种喷墨头结构，具有用以接收一墨水的一入口通道，其包含：

一基板，形成一压缩室，且具有多个喷孔；

一隔层膜，固设于该基板上，以封闭该压缩室的一侧；

多个固定端，连接于该隔层膜的两侧边；

一传动块，设置于该多个固定端之间且与该隔层膜相连接；以及

一微致动器，连接于该传动块上且两侧延伸固设于该多个固定端上，其于一电场作用下，带动该传动块产生形变，以推挤该隔层膜，使该压缩室产生体积变化，以使储存于该压缩室内的该墨水受挤压而从该多个喷孔喷出。

15.如权利要求14所述的喷墨头结构，其特征在于该传动块与该微致动器接触的面积是较小于与该隔层膜接触面积。

16.如权利要求14所述的喷墨头结构，其特征在于该传动块与该微致动器接触的面积实质上是等同于与该隔层膜接触的面积。

17.如权利要求14所述的喷墨头结构，其特征在于该微致动器为一压电元件，其于该电场作用下带动该传动块产生形变。

18.如权利要求14所述的喷墨头结构，其特征在于该微致动器的极化方向是与该电场方向垂直。

19.如权利要求14所述的喷墨头结构，其特征在于该微致动器的电极设置于其厚度方向的上下两侧。

20.如权利要求14所述的喷墨头结构，其特征在于该基板为一喷嘴板，具有该多个喷孔。

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