CN101342520B - 微液滴喷射结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种微液滴喷射结构，其包含：基板；中间流道层，其与基板连接，以形成腔体及液体流道，且液体流道与腔体相连通；振动板，其固设于基板上，用以封闭腔体的一侧，且具有传动块及多个侧边贯穿孔，传动块相对应于腔体设置；喷嘴板，其与中间流道层连接且具有多个喷孔；多个导管，其与振动板的侧边贯穿孔连通，用以沿液体流道将液体输入腔体中；致动元件，其固设于振动板上，其是于电场作用下进行剪切作动方式，以带动传动块产生平坦状态形变，使腔体产生体积变化，以使储存于腔体内的液体相应平坦状态形变而一致从多个喷孔受挤压喷出。

Description

微液滴喷射结构

技术领域

本发明是关于一种喷射结构，尤指一种微液滴喷射结构。

背景技术

目前于各种技术领域中无论是医药生技、计算机科技、打印、能源等工业，产品均朝精致化及微小化方向发展，因此其中用来将流体喷射出来的微液滴喷射结构为其关键技术。因此，要如何创新微液滴喷射结构，突破其技术瓶颈而达到制作成本低廉、适合量产且能提升喷射品质，是目前此产业所需要突破发展的主要课题。

请参阅图1，其是现有的微液滴喷射结构的示意图，如图所示，现有的微液滴喷射结构10包含压电元件11、振动板12、基板13以及喷嘴片14，其中喷嘴片14的两侧边均具有一入口通道15，主要通过入口通道15接收液体，且喷嘴片14具有多个喷孔141，而两基板13间形成一腔体131，其是相对应于多个喷孔141设置，主要用来储存液体，而振动板12的两端固设于基板13上并将腔体131的一侧封闭，至于压电元件11是设置于振动板12上且相对应于该腔体131的位置。

现有的微液滴喷射结构10可借助施加适当的电场于压电元件11上，以使压电元件11产生一形变，即如图1所示X及Y方向所指的方向形变，又该压电元件11连接定位于振动板12，且振动板12两侧固定于基板13上，进而使连接的振动板12连动并且跟着形变，由于压电元件11产生的压电收缩量与振动板12的变形量具有差异，将造成整个微液滴喷射结构10产生弯曲(bend)型态的作动方式，即如图1标号A的箭头方向所指虚线的弯曲形变，振动板12将会因弯曲型态而产生上下振动，因此借助振动板12的形变得以改变腔体131的体积，使得通过入口通道15储存于腔体131内的液体受挤压而通过喷嘴片14的喷孔141喷出多个液滴，以达到微液滴喷射的目的。

虽然现有的微液滴喷射结构10使用压电式微液滴喷射技术，确实可达到利用压电元件11形变来带动振动板12连动并且跟着形变，进而使液体受到挤压而由喷孔141处喷出的目的，但如此的方式会因压电元件11所产生的弯曲形变(bend)无法对流经每一喷孔141的液滴施加同等作用力，即被挤压的液体通过每一喷孔13所喷出的体积、速度及方向(如图1所示标号B所指的出处)并不能达到均匀一致性，使得整体液滴喷出品质会有所影响，进而影响品质。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺失的微液滴喷射结构，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液滴喷射结构，其是借助致动元件于电场作用下进行剪切作动方式，以带动传动块产生平坦状态形变，使中间流道层与基板连接所形成的腔体产生体积变化，使储存于腔体内的液体相应平坦状态形变而一致从喷嘴板的多个喷孔受挤压喷出，以解决传统微液滴喷射结构的压电元件所产生的弯曲形变无法对流经每一喷孔的液滴施加同等作用力，使得被挤压的液体通过每一喷孔所喷出的体积、速度及方向无法达到均匀一致性，使得整体液滴喷出品质不良等缺点。

为达上述目的，本发明的一较广义实施样态为提供一种微液滴喷射结构，其包含：基板；中间流道层，其与基板连接，以形成腔体及液体流道，且液体流道与腔体相连通；振动板，固设于基板上，用以封闭腔体的一侧，且具有传动块及多个侧边贯穿孔，传动块相对应于腔体设置；喷嘴板，其与中间流道层连接且具有多个喷孔，多个喷孔是相对应于腔体设置多个导管，其与振动板的多个侧边贯穿孔连通，用以沿液体流道将液体输入腔体中；致动元件，固设于振动板上，且与传动块相连接，其是于电场作用下进行剪切作动方式，以带动传动块产生平坦状态形变，使腔体产生体积变化，以使储存于腔体内的液体相应平坦状态形变而一致从多个喷孔受挤压喷出。

根据本发明的构想，其中致动元件是压电芯片，其是于电场作用下带动传动块产生形变。

根据本发明的构想，其中致动元件具有极化方向，且极化方向是与电场方向垂直，用以进行剪切作动方式。

根据本发明的构想，其中致动元件的电极设置于其厚度方向的上下两侧。

根据本发明的构想，其中振动板的多个侧边贯穿孔分别设置于振动板的两相对侧边，用以使液体分别由振动板的两相对侧边输入腔体中。

根据本发明的构想，其中液体流道具有迂回流路行径的流道，用以防止液体逆流。

根据本发明的构想，其中中间流道层是由一道板、连通板以及底封板依序层叠所构成，用以与基板形成腔体及液体流道。

根据本发明的构想，其中多个喷孔间是以阵列方式排列。

本发明的另一较广义实施样态为提供一种微液滴喷射结构，其包含：基板体，用以形成腔体及具有迂回流路行径的液体流道，且液体流道与腔体相连通；振动板，固设于基板体上，用以封闭腔体的一侧，且具有传动块及多个侧边贯穿孔，传动块是相对应于腔体设置；喷嘴板，其与中间流道层连接且具有多个喷孔，多个喷孔是相对应于腔体设置；多个导管，其与振动板的多个侧边贯穿孔连通，用以沿液体流道将液体输入腔体中；以及致动元件，固设于振动板上，且与传动块相连接，其是于电场作用下进行剪切作动方式，以带动传动块产生平坦状态形变，使腔体产生体积变化，以使储存于腔体内的液体相应该平坦状态形变而一致从多个喷孔受挤压喷出。

根据本发明的构想，其中基板体是由基板及中间流道层所构成，其中中间流道层是由流道板、连通板以及底封板依序层叠所构成，用以与基板形成腔体及液体流道。

本发明的另一较广义实施样态为提供一种微液滴喷射结构，其包含：基板；中间流道层，其与基板连接，以形成腔体及液体流道，且液体流道与腔体相连通；振动板，固设于基板上，用以封闭腔体的一侧，且具有传动块及多个侧边贯穿孔，传动块是相对应于腔体设置；喷嘴板，其与中间流道层连接且具有多个喷孔，多个喷孔是相对应于腔体设置；多个导管，其与振动板的多个侧边贯穿孔连通，用以沿液体流道将液体输入腔体中；致动装置，包括有压电芯片及转接板，其中压电芯片连接于转接板上，而转接板连接于振动板上，且中间与振动板的传动块接触，其是于电场作用下进行作动，以带动传动块产生平坦状态形变，使腔体产生体积变化，以使储存于腔体内的液体相应平坦状态形变而一致从多个喷孔受挤压喷出。

根据本发明的构想，其中传动块为凸形结构。

根据本发明的构想，其中传动块为梯形结构。

附图说明

图1是现有的微液滴喷射结构的示意图。

图2(a)是本发明较佳实施例的微液滴喷射结构的分解结构示意图。

图2(b)是图2(a)所示的压电芯片的极化方向结构示意图。

图2(c)是图2(b)的剖面结构示意图。

图2(d)是图2(b)所示的压电芯片以剪切的作动方式所产生的形变结构示意图。

图2(e)是图2(a)的组装结构示意图。

图3(a)是图2(e)的俯视图。

图3(b)是图3(a)的E-E剖面结构示意图。

图3(c)是图3(b)的G部份放大结构示意图。

图4是图2(a)所示的压电芯片、振动板以及基板的组合结构示意图。

图5是本发明另一较佳实施例的微液滴喷射结构的分解结构示意图。

图6是图5的剖面结构示意图。

图7是图5所示的压电芯片、转接板、振动板以及基板的组合结构作动示意图。

图8是图5所示的压电芯片、转接板、另一形态振动板以及基板的组合结构作动示意图。

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，且其中的说明及图标在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图2(a)及图3(b)，其中图2(a)是本发明较佳实施例的微液滴喷射结构的分解结构示意图，图3(b)是图3(a)所示的微液滴喷射结构组装后的E-E剖面结构示意图。如图2(a)所示，本发明的微液滴喷射结构20主要由一致动元件、一振动板22、喷嘴板25、多个导管26以及基板23与中间流道层24所构成的基板体所组成，其中，喷嘴板25具有多个以阵列形式排列的喷孔251，而致动元件可为一压电元件，尤其以一压电芯片21为佳，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，且其极化方向分别从中心到两侧端(如图2(b)所示标号C所指的箭头方向)，另外在压电芯片21的厚度方向的上侧具有一信号电极，可为正电极211，而相对下侧则具有一接地电极，可为负电极212(如图2(c)所示)，当一电压作用在压电芯片21两侧的正电极211及负电极212时，会产生一方向向下的电场(如图2(b)所示标号D所指的箭头方向)，由于电场方向D和压电芯片21的极化方向C互相垂直，因此压电芯片21在此电场的作用下是以剪切的作动方式产生位移(如图2(d)所示)。

请再参阅图2(a)并搭配图3(c)，其中图3(c)是图3(b)的G部份放大结构示意图，如图所示，振动板22可固设于基板23上，且中间表面上具有一传动块，可为一凸块221，但不以此为限，另外于振动板22的两相对侧边还各包含有一凹槽222，主要用来设置具有一入口通道261的导管26，且凹槽222的底部具有一第一侧边贯穿孔223，其与该入口通道261相连通，基板23设置于振动板22的下方，且与该第一侧边贯穿孔223的相对应位置处同样具有一第二侧边贯穿孔231，以及于该凸块221的相对应位置处还具有一第一中央贯穿区域232。

于本实施例中，中间流道层24设置于基板23与喷嘴板25之间，且主要由一流道板241、一连通板242以及一底封板243依序层叠所构成，其中，流道板241设置于基板23的下方，且与该第二侧边贯穿孔231的相对应位置处同样具有一第三侧边贯穿孔2411，以及于该第一中央贯穿区域232的相对应位置处还具有一第二中央贯穿区域2412，且第二中央贯穿区域2412的周围环绕设置一凹槽2413，该第二中央贯穿区域2412与凹槽2413均与第一中央贯穿区域232相连通，另外于凹槽2413的周围环绕设置多个第一环绕贯穿孔2414，且每一第一环绕贯穿孔2413均借助一连通流道2415与该凹槽2413相连通。

连通板242是设置于流道板241与底封板243之间，与该第三侧边贯穿孔2411的相对应位置处同样具有一第四侧边贯穿孔2421，以及于该第二中央贯穿区域2412的相对应位置处还具有一第三中央贯穿区域2422，另外与第一环绕贯穿孔2414的相对应位置处还具有第二环绕贯穿孔2423。

至于，中间流道层24的底封板243是与喷嘴片25相连接，其具有环绕一板件2432设置的一环状贯穿流道2431，环状贯穿流道2431是相对应于该连通板242的第四侧边贯穿孔2421及该第二环绕贯穿孔2423设置，用以与该第四侧边贯穿孔2421及该第二环绕贯穿孔2423相连通，且板件2432具有多个相对应于喷嘴板25的多个喷孔251设置的贯穿孔2433，用以与该多个喷孔251相连通。

请再参阅图2(a)、图3(b)及图3(c)，当将图2(a)所示的结构依序由上至下依序层叠连接组构成为如图2(e)所示的微液滴喷射结构20时，基板23的第一中央贯穿区域232、流道板241的第二中央贯穿区域2412以及连通板242的第三中央贯穿区域2422将组合形成一腔体28(如图3(b)及图3(c)所示)，且腔体28是与振动板22的凸块221、底封板243的多个贯穿孔2433、喷嘴板25的多个喷孔251相对应设置，而且依序由基板23的第二侧边贯穿孔231、流道板241的第三侧边贯穿孔2411、连通板242的第四侧边贯穿孔2421、底封板243的环状贯穿流道2431、连通板242的第二环绕贯穿孔2423至流道板241的第一环绕贯穿孔2414并通过连通流道2415至该凹槽2413，将于微液滴喷射结构20两侧边构成具有一迂回流路行径的液体流道27(如图3(b)标号F所指的流路行径)，并与腔体28相连通中，用以将通过导管26的入口通道261以及振动板22的第一侧边贯穿孔223所输入的液体传送至腔体28中，至于液体流道27使用迂回流路的行径可用来防止液体逆流的现象发生。

请再参阅图2(c)、图2(d)、图3(b)及图4，其中该图4是图2(a)所示的压电芯片、振动板以及基板的组合结构示意图，当一电场作用在压电芯片21两侧的正电极211及负电极212时，由于电场方向D和压电芯片21的极化方向C互相垂直，因此压电芯片21在此电场的作用下是以剪切的作动方式对凸块221产生平整贴触的推力传递至振动板22上，使得振动板22也跟着被挤压变形，将改变腔体28的体积，促使由导管26导入而流经液体流道27至腔体28内的液体受挤压得由喷孔251喷出。由图4中可看出该振动板22对应到喷孔251处受到推力所构成形变为一平坦状态(如图4标号H所指的状态)而去改变腔体28的体积，因此，相对储置于腔体28且对应到每一阵列的喷孔251处的液体所受到挤压会获得较平均一致性的体积、速度及方向，即可达成最佳液滴喷出品质。

由上述实施例说明可知，其借助压电芯片21在电场的作用下以剪切的作动方式对传动块221产生平整贴触的推力以传递至振动板22上，可使振动板22对应到喷嘴板25的喷孔251处受到推力所构成的形变为一平坦状态，以达到使相对储置于腔体28且对应到每一阵列的喷孔251处的液体所受到的挤压会获得较平均一致性的体积、速度及方向，即可达成最佳液滴喷出品质；然而，上述实施例的压电芯片21须采以实施从中心到两侧端的极化工序，因此所需要的工序技术需求性较高，本发明还可提供另一较佳实施例，主要采以技术需求性较低能省去极化工序的压电芯片搭配一转接板以构成一致动装置，除了工序技术需求性较低外还可达成与图2(a)所示的较佳实施例同样目的。以下将就对本发明另一较佳实施例的内容提出说明。

请参阅图5及图6，其中图5是本发明另一较佳实施例的微液滴喷射结构的分解结构示意图，图6是图5所示的微液滴喷射结构组装后的剖面结构示意图，如图5所示，本发明的微液滴喷射结构20主要由一致动装置21’、一振动板22、喷嘴板25、多个导管26以及由基板23与中间流道层24所构成的基板体所组成，其中，喷嘴板25同样具有多个以阵列形式排列的喷孔251，而致动装置21’包括有一压电芯片21a及一转接板21b，其中压电芯片21a是一不须经极化工序且整片为圆形型态，并连接于转接板21b上，而转接板21b连接于振动板22上，且中间与振动板22的传动块221接触，当施加适当的电场于压电芯片21a上时，可利用压电芯片21a形变来带动转接板21b连动，以对传动块221产生平整贴触的推力并传递至振动板22上，使得振动板22也跟着被挤压变形，以改变腔体28的体积，促使由导管26导入而流经液体流道27至腔体28内的液体受挤压得由喷孔251喷出。由图7中可看出该振动板22对应到喷孔251处受到推力所构成形变为一平坦状态(如图7标号H所指的状态)而去改变腔体28的体积，因此，相对储置于腔体28且对应到每一阵列的喷孔251处的液体所受到挤压会获得较平均一致性的体积、速度及方向，即可达成最佳液滴喷出品质。

当然，图5所示的传动块221为了增加振动板22的体积变化量，其宽度愈宽愈好，但该传动块22的宽度愈宽，将使其与转接板21b接触面积也愈大，相对也会限制转接板21b所产生的弯曲位移量，因此，传动块221的设计需与转接板21b及振动板22的尺寸相配合，以使振动板22得到最佳的位移量及其体积变化量，故本发明的传动块形状可如图6及图7所示的采以“凸”字形的凸形结构224，或者如图8所示呈一梯形结构225，该传动块采以凸形结构224或梯形结构225型态与转接板21b接触的面积是较小于与振动板22接触面积，可让转接板21b受到较少的限制，使转接板21b产生较大的致动位移量，而凸形结构224及梯形结构225与振动板22侧接触的面积较大的主要目的是让振动板22的等效体积变化量变大。

综上所述，本发明的微液滴喷射结构是借助致动元件在电场的作用下以剪切的作动方式对传动块产生平整贴触的推力传递至振动板上，以使振动板对应到喷嘴板的喷孔处受到推力所构成形变为一平坦状态，以达到使相对储置于腔体且对应到每一阵列的喷孔处的液体所受到挤压会获得较平均一致性的体积、速度及方向，即可达成最佳液滴喷出品质。另外，亦可采以技术需求性较低能省去极化工序的压电芯片搭配一转接板以构成一致动装置来作为致动元件，以达到使每一阵列的喷孔处的液体所受到的挤压会获得较平均一致性的体积、速度及方向。因此，本发明的微液滴喷射结构极具有产业的价值。

Claims (8)

1.一种微液滴喷射结构，其包含：

一振动板，具有一传动块及多个第一侧边贯穿孔；

一基板，设置于振动板的下方，与该第一侧边贯穿孔的相对应位置处同样具有第二侧边贯穿孔，以及于该传动块的相对应位置处还具有第一中央贯穿区域；

一喷嘴板，具有多个喷孔；

多个导管，其与该振动板的该多个第一侧边贯穿孔连通；以及

一致动元件，固设于该振动板上，且与该传动块相连接，其是于一电场作用下进行一剪切作动方式，以带动该传动块产生一平坦状态形变，使一腔体产生体积变化，以使储存于该腔体内的该液体相应该平坦状态形变而一致从该多个喷孔受挤压喷出；以及

一中间流道层，由一流道板、一连通板以及一底封板依序层叠所构成，其中，

该流道板设置于基板的下方，且与该第二侧边贯穿孔的相对应位置处同样具有第三侧边贯穿孔，以及于该第一中央贯穿区域的相对应位置处还具有第二中央贯穿区域，且第二中央贯穿区域的周围环绕设置凹槽，该第二中央贯穿区域与该凹槽均与第一中央贯穿区域相连通，另外于凹槽的周围环绕设置多个第一环绕贯穿孔，且每一第一环绕贯穿孔均借助一连通流道与该凹槽相连通；

该连通板是设置于流道板与底封板之间，与该第三侧边贯穿孔的相对应位置处同样具有第四侧边贯穿孔，以及于该第二中央贯穿区域的相对应位置处还具有第三中央贯穿区域，另外与第一环绕贯穿孔的相对应位置处还具有第二环绕贯穿孔；

该底封板是与喷嘴板相连接，其具有环绕一板件设置的一环状贯穿流道，环状贯穿流道是相对应于该连通板的第四侧边贯穿孔及该第二环绕贯穿孔设置，用以与该第四侧边贯穿孔及该第二环绕贯穿孔相连通，且该板件具有多个相对应于喷嘴板的多个喷孔设置的贯穿孔，用以与该多个喷孔相连通；

藉由，该基板的第一中央贯穿区域、流道板的第二中央贯穿区域以及连通板的第三中央贯穿区域组合形成所述腔体，且该腔体是与振动板的传动块、底封板的多个贯穿孔、喷嘴板的多个喷孔相对应设置，而且依序由基板的第二侧边贯穿孔、流道板的第三侧边贯穿孔、连通板的第四侧边贯穿孔、底封板的环状贯穿流道、连通板的第二环绕贯穿孔、流道板的第一环绕贯穿孔、并通过连通流道至该凹槽在微液滴喷射结构侧边构成具有迂回流路行径的液体流道，液体流道并与该腔体相连通。

2.根据权利要求1所述的微液滴喷射结构，其特征在于该致动元件是一压电芯片，其于该电场作用下带动该传动块产生形变。

3.根据权利要求1所述的微液滴喷射结构，其特征在于该致动元件具有一极化方向，且该极化方向是与该电场方向垂直，用以进行该剪切作动方式。

4.根据权利要求1所述的微液滴喷射结构，其特征在于该致动元件的电极是设置于其厚度方向的上下两侧。

5.根据权利要求1所述的微液滴喷射结构，其特征在于该振动板的该多个第一侧边贯穿孔是分别设置于该振动板的两相对侧边，用以使该液体分别由该振动板的两相对侧边输入该腔体中。

6.根据权利要求1所述的微液滴喷射结构，其特征在于该传动块为一凸形结构。

7.根据权利要求1所述的微液滴喷射结构，其特征在于该传动块为一梯形结构。

8.根据权利要求1所述的微液滴喷射结构，其特征在于该多个喷孔间是以阵列方式排列。

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