CN107023459A - 微型流体控制装置 - Google Patents

Abstract

一种微型流体控制装置，包括堆叠设置的进气板、共振片以及压电致动器，其中进气板具有至少一进气孔、至少一汇流排孔及构成一汇流腔室的一中心凹部；共振片具有中空孔洞；压电致动器具有悬浮板、外框及压电陶瓷板；其中共振片与压电致动器之间具有一间隙形成的第一腔室，当压电致动器受驱动时，气体由该进气板的该至少一进气孔导入，经该至少一汇流排孔汇集至该中心凹部，再流经该共振片的该中空孔洞，以进入该第一腔室内，再由该压电致动器向下传输持续推出气体。

Description

微型流体控制装置

【技术领域】

本案是关于一种微型流体控制装置，适用于一种微型超薄且静音的微型气压动力装置。

【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，其中微帮浦、喷雾器、喷墨头、工业打印装置等产品所包含的流体输送结构为其关键技术，是以，如何借创新结构突破其技术瓶颈，为发展的重要内容。

举例来说，于医药产业中，许多需要采用气压动力驱动的仪器或设备，通常采以传统马达及气压阀来达成其气体输送的目的。然而，受限于此等传统马达以及气体阀的结构的限制，使得此类的仪器设备难以缩小其体积，以至于整体装置的体积无法缩小，即难以实现薄型化的目标，因此也无法装设置可携式装置上或与可携式装置配合使用，便利性不足。此外，这些传统马达及气体阀于作动时亦会产生噪音，令使用者焦躁，导致使用上的不便利及不舒适。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失，可使传统采用微型流体控制装置的仪器或设备达到体积小、微型化且静音，进而达成轻便舒适的可携式目的的微型流体控制装置，实为目前迫切需要解决的问题。

【发明内容】

本案的主要目的在于提供一种适用于可携式或穿戴式仪器或设备中的微型流体控制装置，借由压电陶瓷板高频作动产生的气体波动，于设计后的流道中产生压力梯度，而使气体高速流动，且透过流道进出方向的阻抗差异，将气体由吸入端传输至排出端，俾解决已知技术的采用微型流体控制装置的仪器或设备所具备的体积大、难以薄型化、无法达成可携式的目的，以及噪音大等缺失。

为达上述目的，本案的一较广义实施态样为提供一种微型流体控制装置，适用于一微型气压动力装置，包括一进气板、一共振片及一压电致动器，该进气板具有至少一进气孔、至少一汇流排孔及构成一汇流腔室的一中心凹部，该至少一进气孔供导入气体，该汇流排孔对应该进气孔，且引导该进气孔的气体汇流至该中心凹部所构成的该汇流腔室，该共振片具有一中空孔洞，对应该进气板的该汇流腔室，以及该压电致动器具有一悬浮板、一外框及一压电陶瓷板，该悬浮板具有介于7.5mm至12mm之间的长度、介于7.5mm至12mm之间的宽度以及介于0.1mm至0.4mm之间的厚度，该外框具有至少一支架，连接设置于该悬浮板及该外框之间，以及压电陶瓷板贴附于该悬浮板的一第一表面，且具有不大于该悬浮板边长的边长，具有介于7.5mm至12mm之间的长度、介于7.5mm至12mm之间宽度以及介于0.05mm至0.3mm之间的厚度，该压电陶瓷板的该长度及该宽度比值为0.625倍至1.6倍之间，其中上述的该压电致动器、该共振片及该进气板依序对应对叠设置定位，且该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一第一腔室，以使该压电致动器受驱动时，气体由该进气板的该至少一进气孔导入，经该至少一汇流排孔汇集至该中心凹部，再流经该共振片的该中空孔洞，以进入该第一腔室内，再由该压电致动器的该至少一支架之间的一空隙向下传输，以持续推出气体。

为达上述目的，本案的另一较广义实施态样为提供一种微型流体控制装置，适用于一微型气压动力装置，包括一进气板、一共振片以及一压电致动器，其中上述的该进气板、该共振片及该压电致动器依序对应堆叠设置定位，且该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一第一腔室，该压电致动器受驱动时，气体由该进气板进入，流经该共振片，以进入该第一腔室内再传输气体。

【附图说明】

图1A为本案为较佳实施例的微型气压动力装置的正面分解结构示意图。

图1B为图1A所示的微型气压动力装置的正面组合结构示意图。

图2A为图1A所示的微型气压动力装置的背面分解结构示意图。

图2B为图1A所示的微型气压动力装置的背面组合结构示意图。

图3A为图1A所示的微型气压动力装置的压电致动器的正面组合结构示意图。

图3B为图1A所示的微型气压动力装置的压电致动器的背面组合结构示意图。

图3C为图1A所示的微型气压动力装置的压电致动器的剖面结构示意图。图4A至图4C为压电致动器的多种实施态样示意图。

图5A至图5E为图1A所示的微型气压动力装置的微型流体控制装置的局部作动示意图。

图6A为图1A所示的微型气压动力装置的集气板与微型阀门装置的集压作动示意图。

图6B为图1A所示的微型气压动力装置的集气板与微型阀门装置的卸压作动示意图。

图7A至图7E为图1A所示的微型气压动力装置的集压作动示意图。

图8为图1A所示的微型气压动力装置的降压或是卸压作动示意图。

【具体实施方式】

体现本案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。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本案。

本案的微型气压动力装置1是可应用于医药生技、能源、电脑科技或是打印等工业，俾用以传送气体，但不以此为限。请参阅图1A、图1B、图2A、图2B及图7A至7E图，图1A为本案较佳实施例的微型气压动力装置的正面分解结构示意图，图1B为图1A所示的微型气压动力装置的正面组合结构示意图、图2A为图1A所示的微型气压动力装置的背面分解结构示意图，图2B则为图1A所示的微型气压动力装置的背面组合结构示意图，图7A至7E图为图1A所示的微型气压动力装置的集压作动示意图。如图1A及图2A所示，本案的微型气压动力装置1是由微型流体控制装置1A以及微型阀门装置1B所组合而成，其中微型流体控制装置1A具有壳体1a、压电致动器13、绝缘片141、142及导电片15等结构，其中，壳体1a是包含集气板16及底座10，底座10则包含进气板11及共振片12，但不以此为限。压电致动器13是对应于共振片12而设置，并使进气板11、共振片12、压电致动器13、绝缘片141、导电片15、另一绝缘片142、集气板16等依序堆叠设置，且该压电致动器13是由一悬浮板130、一外框131、至少一支架132以及一压电陶瓷板133所共同组装而成；以及微型阀门装置1B包含一阀门片17以及一出口板18但不以此为限。且于本实施例中，如图1A所示，集气板16不仅为单一的板件结构，亦可为周缘具有侧壁168的框体结构，且该集气板16具有介于9mm至17mm之间的长度、介于9mm至17mm之间的宽度，且该长度及该宽度比值为0.53倍至1.88倍之间，而由该周缘所构成的侧壁168与其底部的板件共同定义出一容置空间16a，用以供该压电致动器13设置于该容置空间16a中，故当本案的微型气压动力装置1组装完成后，则其正面示意图会如图1B所示，以及第7A至图7E所示，可见该微型流体控制装置1A是与微型阀门装置1B相对应组装而成，亦即该微型阀门装置1B的阀门片17及出口板18依序堆叠设置定位于该微型流体控制装置1A的集气板16上而成。而其组装完成的背面示意图则可见该出口板18上的卸压通孔181及出口19，出口19用以与一装置(未图示)连接，卸压通孔181则供以使微型阀门装置1B内的气体排出，以达卸压的功效。借由此微型流体控制装置1A以及微型阀门装置1B的组装设置，以使气体自微型流体控制装置1A的进气板11上的至少一进气孔110进气，并透过压电致动器13的作动，而流经多个压力腔室(未图示)继续传输，进而可使气体于微型阀门装置1B内单向流动，并将压力蓄积于与微型阀门装置1B的出口端相连的一装置(未图示)中，且当需进行卸压时，则调控微型流体控制装置1A的输出量，使气体经由微型阀门装置1B的出口板18上的卸压通孔181而排出，以进行卸压。

请续参阅图1A及图2A，如图1A所示，微型流体控制装置1A的进气板11是具有第一表面11b、第二表面11a及至少一进气孔110，于本实施例中，进气孔110的数量是为4个，但不以此为限，其是贯穿进气板11的第一表面11b及第二表面11a，主要用以供气体自装置外顺应大气压力的作用而自该至少一进气孔110流入微型流体控制装置1A内。且又如图2A所示，由进气板11的第一表面11b可见，其上具有至少一汇流排孔112，用以与进气板11第二表面11a的该至少一进气孔110对应设置。于本实施例中，其汇流排孔112的数量与进气孔110对应，其数量为4个，但并不以此为限，其中这些汇流排孔112的中心交流处是具有中心凹部111，且中心凹部111是与汇流排孔112相连通，借此可将自进气孔110进入汇流排孔112的气体引导并汇流集中至中心凹部111传递。是以于本实施例中，进气板11具有一体成型的进气孔110、汇流排孔112及中心凹部111，且于该中心凹部111处即对应形成一汇流气体的汇流腔室，以供气体暂存。于一些实施例中，进气板11的材质是可为但不限为由一不锈钢材质所构成，且其厚度是介于0.4mm至0.6mm之间，而其较佳值为0.5mm，但不以此为限。于另一些实施例中，由该中心凹部111处所构成的汇流腔室的深度与这些汇流排孔112的深度相同，且该汇流腔室及该汇流排孔112的深度的较佳值是介于0.2mm至0.3mm之间，但不以此为限。共振片12是由一可挠性材质所构成，但不以此为限，且于共振片12上具有一中空孔洞120，是对应于进气板11的第一表面11b的中心凹部111而设置，以使气体流通。于另一些实施例中，共振片12是可由一铜材质所构成，但不以此为限，且其厚度是介于0.03mm至0.08mm之间，而其较佳值为0.05mm，但亦不以此为限。

请同时参阅图3A、图3B及图3C，其是分别为图1A所示的微型气压动力装置的压电致动器的正面结构示意图、背面结构示意图以及剖面结构示意图，压电致动器13是由一悬浮板130、一外框131、至少一支架132以及一压电陶瓷板133所共同组装而成，其中，该压电陶瓷板133贴附于悬浮板130的第一表面130b，用以施加电压产生形变以驱动该悬浮板130弯曲振动，悬浮板130具有中心部130d及外周部130e，是以当压电陶瓷板133受电压驱动时，悬浮板130可由该中心部130d到外周部130e弯曲振动，以及该至少一支架132是连接于悬浮板130以及外框131之间，于本实施例中，该支架132是连接设置于悬浮板130与外框131之间，其两端点是分别连接于外框131、悬浮板130，以提供弹性支撑，且于支架132、悬浮板130及外框131之间更具有至少一空隙135，用以供气体流通，且该悬浮板130、外框131以及支架132的型态及数量是具有多种变化。另外，外框131是环绕设置于悬浮板130之外侧，且具有一向外凸设的导电接脚134，用以供电连接的用，但不以此为限。于本实施例中，悬浮板130是为一阶梯面的结构，意即于悬浮板130的第二表面130a更具有一凸部130c，该凸部130c可为但不限为一圆形凸起结构，且凸部130c的高度是介于0.02mm至0.08mm之间，而较佳值为0.03mm，其直径为悬浮板130的最小边长的0.55倍的尺寸，但不以此为限。请同时参阅图3A及图3C即可见，悬浮板130的凸部130c的表面是与外框131的第二表面131a共平面，且悬浮板130的第二表面130a及支架132的第二表面132a亦为共平面，且该悬浮板130的凸部130c及外框131的第二表面131a与悬浮板130的第二表面130a及支架132的第二表面132a之间是具有一特定深度。至于悬浮板130的第一表面130b，则如图3B及图3C所示，其与外框131的第一表面131b及支架132的第一表面132b为平整的共平面结构，而压电陶瓷板133则贴附于此平整的悬浮板130的第一表面130b处。于另一些实施例中，悬浮板130的型态亦可为一双面平整的板状正方形结构，并不以此为限，可依照实际施作情形而任施变化。于一些实施例中，悬浮板130、支架132以及外框131是可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如可由不锈钢材质所构成，但不以此为限。且于一些实施例中，该悬浮板130厚度是介于0.1mm至0.4mm之间，而其较佳值为0.27mm，另该悬浮板130的长度介于7.5mm至12mm之间，而其较佳值可为7.5mm至8.5mm、宽度介于7.5mm至12mm之间，而其较佳值可为7.5mm至8.5mm但不以此为限。至于该外框131的厚度是介于0.2mm至0.4mm之间，而其较佳值为0.3mm，但不以此为限。

又于另一些实施例中，压电陶瓷板133的厚度的是介于0.05mm至0.3mm之间，且其较佳值为0.10mm，而该压电陶瓷板133具有不大于该悬浮板130边长的边长，具有长度介于7.5mm至12mm之间，而其较佳值可为7.5mm至8.5mm、宽度介于7.5mm至12mm之间，而其较佳值可为7.5mm至8.5mm，另长度及宽度比的较佳值为0.625倍至1.6倍之间，然亦不以此为限。再于另一些实施例中，压电陶瓷板133的边长可小于悬浮板130的边长，且同样设计为与悬浮板130相对应的正方形板状结构，但并不以此为限。

本案的微型气压动力装置1中的相关实施例，压电致动器13的所以采用正方形悬浮板130，其原因在于相较于圆形悬浮板(如图4A所示的(j)～(l)态样的圆形悬浮板j0)的设计，该正方形悬浮板130的结构明显具有省电的优势，其消耗功率的比较是如下表一所示：

表一

是以，借由实验的上表得知：该具正方型悬浮板130边长尺寸(8mm至10mm)的压电致动器13相较于该圆形悬浮板j0直径(8mm至10mm)的压电致动器，较为省电。上述借由实验所获得的耗电功率比较数据，其省电的缘由可推测为：因在共振频率下操作的电容性负载，其消耗功率会随频率的上升而增加，又因边长尺寸正方形设计的悬浮板130的共振频率明显较同样圆形的悬浮板j0低，故其相对的消耗功率亦明显较低，亦即本案所采用正方形设计的悬浮板130相较于圆形悬浮板j0的设计，实具有省电优势，尤其是应用于穿戴装置，节省电力是非常重要的设计重点。但无论如何，上述正方形设计的悬浮板其省电效果是借由实验中所获得，并非能够靠理论的公式所直接推导，其省电缘由的推测仅是作为实验合理性的参考说明。

请续参阅第4A、4B、4C图，其是为压电致动器的多种实施态样示意图。如图所示，则可见压电致动器13的悬浮板130、外框131以及支架132是可有多样的型态，且至少可具有图4A所示的(a)～(l)等多种态样，举例来说，(a)态样之外框a1及悬浮板a0是为方形的结构，且两者之间是由多个支架a2以连结之，例如：8个，但不以此为限，且于支架a2及悬浮板a0、外框a1之间是具有空隙a3，以供气体流通。于另一(i)态样中，其外框i1及悬浮板i0亦同样为方形的结构，惟其中仅由2个支架i2以连结之；另，具有更进一步的相关技术，如第4B、4C图所示，压电致动器13的悬浮板亦可有如图4B所示的(m)～(r)以及图4C所示的(s)～(x)等多种态样，惟此些态样中，悬浮板130及外框131均为正方形的结构。举例来说，(m)态样之外框m1及悬浮板m0均为正方形的结构，且两者之间是由多个支架m2以连结之，例如：4个，但不以此为限，且于支架m2及悬浮板m0、外框m1之间是具有空隙m3，以供流体流通。且于此实施例中，连结于外框m1及悬浮板m0之间的支架m2是可为但不限为一板连接部m2，且此板连接部m2具有两端部m2’及m2”，其中一端部m2’是与外框m1连接，而另一端部m2”则与悬浮板m0连接，且此两端部m2’及m2”是彼此相对应、且设置于同一轴线上。于(n)态样中，其同样具有外框n1、悬浮板n0以及连接于外框n1、悬浮板n0之间的支架n2、以及供流体流通的空隙n3，且支架n2亦可为但不限为一板连接部n2，板连接部n2同样具有两端部n2’及n2”，且端部n2’与外框n1连接，而另一端部n2”则与悬浮板n0连接，惟于本实施态样中，该板连接部n2是以介于0～45度的斜角连接于外框n1及悬浮板n0，换言之，及该两端部n2’及n2”并未设置于同一水平轴线上，其是为相互错位的设置关系。于(o)态样中，其外框o1、悬浮板o0以及连接于外框o1、悬浮板o0之间的支架o2、以及供流体流通的空隙o3等结构均与前述实施例相仿，其中惟作为支架的板连接部o2的设计型态与(m)态样略有不同，然于此态样中，该板连接部o2的两端部o2’及o2”仍为彼此相对应、且设置于同一轴线上。

又于(p)态样中，其同样具有外框p1、悬浮板p0以及连接于外框p1、悬浮板p0之间的支架p2、以及供流体流通的空隙p3等结构，于此实施态样中，作为支架的板连接部p2更具有悬浮板连接部p20、梁部p21及外框连接部p22等结构，其中梁部p21设置于悬浮板p0与外框p1之间的间隙p3中，且其设置的方向是平行于外框p1及悬浮板p0，以及，悬浮板连接部p20是连接于梁部p21及悬浮板p0之间，且外框连接部p22是连接梁部p21及外框p1之间，且该悬浮板连接部p20与外框连接部p22亦彼此相对应、且设置于同一轴线上。

于(q)态样中，其外框q1、悬浮板q0以及连接于外框q1、悬浮板q0之间的支架q2、以及供流体流通的空隙q3等结构均与前述(m)、(o)态样相仿，其中惟作为支架的板连接部q2的设计型态与(m)、(o)态样略有不同，于此态样中，该悬浮板q0是为正方形的型态，且其每一边均具有两板连接部q2与外框q1连接，且其中每一板连接部q2的两端部q2’及q2”同样为彼此相对应、且设置于同一轴线上。然而于(r)态样中，其亦具有外框r1、悬浮板r0、支架r2以及空隙r3等构件，且支架r2亦可为但不限为一板连接部r2，于此实施例中，板连接部r2是为V字形的结构，换言之，该板连接部r2亦以介于0～45度的斜角连接于外框r1及悬浮板r0，故于每一板连接部r2均具有一端部r2”与悬浮板r0连接，并具有两端部r2’与外框r1连接，意即该两端部b2’与端部b2”并未设置于同一水平轴线上。

续如图4C所示，这些(s)～(x)态样之外观型态大致上对应于图4B所示的(m)～(r)的型态，惟于此等(s)～(x)态样中，每一压电致动器13的悬浮板130上均设有凸部130c，即如图中所示的s4、t4、u4、v4、w4、x4等结构，且无论是(m)～(r)态样或是(s)～(x)等态样，该悬浮板130设计为正方形的型态，以达到前述低耗电的功效；且由此等实施态样可见，无论悬浮板130是为双面平坦的平板结构，或为一表面具有凸部的阶梯状结构，均在本案的保护范围内，且连接于悬浮板130及外框131之间的支架132的型态与数量亦可依实际施作情形而任施变化，并不以本案所示的态样为限。又如前所述，这些悬浮板130、外框131及支架132是可为一体成型的结构，但不以此为限，至于其制造方式则可由传统加工、或黄光蚀刻、或激光加工、或电铸加工、或放电加工等方式制出，均不以此为限。

此外，请续参阅图1A及图2A，于微型流体控制装置1A中更具有绝缘片141、导电片15及另一绝缘片142是依序对应设置于压电致动器13之下，且其形态大致上对应于压电致动器13之外框的形态。于一些实施例中，绝缘片141、142即由可绝缘的材质所构成，例如：塑胶，但不以此为限，以进行绝缘之用；于另一些实施例中，导电片15即由可导电的材质所构成，例如：金属，但不以此为限，以进行电导通之用。以及，于本实施例中，导电片15上亦可设置一导电接脚151，以进行电导通之用。

请同时参阅图1A及图5A至图5E，其中图5A至图5E是为图1A所示的微型气压动力装置的微型流体控制装置1A的局部作动示意图。首先，如图5A所示，可见微型流体控制装置1A是依序由进气板11、共振片12、压电致动器13、绝缘片141、导电片15及另一绝缘片142等堆叠而成，且于本实施例中，是于共振片12及压电致动器13之外框131周缘之间的间隙g0中填充一材质，例如：导电胶，但不以此为限，以使共振片12与压电致动器13的悬浮板130的凸部130c之间可维持该间隙g0的深度，进而可导引气流更迅速地流动，且因悬浮板130的凸部130c与共振片12保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音产生可被降低。

请续参阅图5A至图5E，如图所示，当进气板11、共振片12与压电致动器13依序对应组装后，则于共振片12的中空孔洞120处可与其上的进气板11共同形成一汇流气体的腔室，且在共振片12与压电致动器13之间更形成一第一腔室121，用以暂存气体，且第一腔室121是透过共振片12的中空孔洞120而与进气板11第一表面11b的中心凹部111处的腔室相连通，且第一腔室121的两侧则由压电致动器13的支架132之间的空隙135而与设置于其下的微型阀门装置1B相连通。

当微型气压动力装置1的微型流体控制装置1A作动时，主要由压电致动器13受电压致动而以支架132为支点，进行垂直方向的往复式振动。如图5B所示，当压电致动器13受电压致动而向下振动时，由于共振片12是为轻、薄的片状结构，是以当压电致动器13振动时，共振片12亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，即为共振片12对应于该进气板11的中心凹部111的部分亦会随的弯曲振动形变，即该共振片12对应于该进气板11的中心凹部111的部分是为共振片12的可动部12a，是以当压电致动器13向下弯曲振动时，此时共振片12的可动部12a会因流体的带入及推压以及压电致动器13振动的带动，而随着压电致动器13向下弯曲振动形变，则气体由进气板11上的至少一进气孔110进入，并透过其第一表面11b的至少一汇流排孔112以汇集到其中央的中心凹部111处，再经由共振片12上与中心凹部111对应设置的中央孔洞120向下流入至第一腔室121中，其后，由于受压电致动器13振动的带动，共振片12亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，如图5C所示，此时共振片12的可动部12a亦随的向下振动，并贴附抵触于压电致动器13的悬浮板130的凸部130c上，使悬浮板130的凸部130c以外的区域与共振片12两侧的固定部12b之间的汇流腔室的间距不会变小，并借由此共振片12的形变，以压缩第一腔室121的体积，并关闭第一腔室121中间流通空间，促使其内的气体推挤向两侧流动，进而经过压电致动器13的支架132之间的空隙135而向下穿越流动。至于图5D则为其共振片12的可动部12a经由弯曲振动形变后，而回复至初始位置，而后续压电致动器13受电压驱动以向上振动，如此同样挤压第一腔室121的体积，又此时由于压电致动器13是向上抬升，该抬升的位移可为d，因而使得第一腔室121内的气体会朝两侧流动，进而带动气体持续地自进气板11上的至少一进气孔110进入，再流入中心凹部111所形成的腔室中，再如图5E所示，该共振片12受压电致动器13向上抬升的振动而共振向上，共振片12的可动部12a亦至向上位置，进而使中心凹部111内的气体再由共振片12的中央孔洞120而流入第一腔室121内，并经由压电致动器13的支架132之间的空隙135而向下穿越流出微型流体控制装置1A。由此实施态样可见，当共振片12进行垂直的往复式振动时，是可由其与压电致动器13之间的间隙g0以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于该两结构之间设置间隙g0可使共振片12于共振时可产生更大幅度的上下位移，而其中该压电致动器的振动位移为d，与该间隙g0的差值为x，即x＝g0-d，经测试当x≦0um，为有噪音状态；当x＝1至5um，微型气压动力装置1最大输出气压可达到350mmHg；当x＝5至10um，微型气压动力装置1最大输出气压可达到250mmHg；当x＝10至15um，微型气压动力装置1最大输出气压可达到150mmHg，其数值对应关系是如下列表二所示。上述的数值是在操作频率为17K至20K之间、操作电压为±10V至±20V之间。如此，在经此微型流体控制装置1A的流道设计中产生压力梯度，使气体高速流动，并透过流道进出方向的阻抗差异，将气体由吸入端传输至排出端，且在排出端有气压的状态下，仍有能力持续推出气体，并可达到静音的效果。

(表二)

另外，于一些实施例中，共振片12的垂直往复式振动频率是可与压电致动器13的振动频率相同，即两者可同时向上或同时向下，其是可依照实际施作情形而任施变化，并不以本实施例所示的作动方式为限。

请同时参阅图1A、图2A及图6A、图6B，其中图6A是为图1A所示的微型气压动力装置的集气板16与微型阀门装置1B的集压作动示意图，图6B则为图1A所示的微型气压动力装置的集气板16与微型阀门装置1B的卸压作动示意图。如图1A及图6A所示，本案的微型气压动力装置1的微型阀门装置1B是依序由阀门片17以及出口板18堆叠而成，并搭配微型流体控制装置1A的集气板16来运作。

于本实施例中，集气板16具有一表面160及一基准表面161，该表面160上是凹陷以形成一集气腔室162，供该压电致动器13设置其中，由微型流体控制装置1A向下传输的气体则暂时蓄积于此集气腔室162中，且于集气板16中是具有多个贯穿孔，其包含有第一贯穿孔163及第二贯穿孔164，第一贯穿孔163及第二贯穿孔164的一端是与集气腔室162相连通，另一端则分别与集气板16的基准表面161上的第一卸压腔室165及第一出口腔室166相连通。以及，在第一出口腔室166处更进一步增设一凸部结构167，例如可为但不限为一圆柱结构，该凸部结构167的高度是高于该集气板16的基准表面161，且凸部结构167的高度介于0.3mm至0.55mm之间，且其较佳值为0.4mm。

出口板18包含有一卸压通孔181、一出口通孔182、一基准表面180以及一第二表面187，其中该卸压通孔181、出口通孔182是贯穿出口板18的基准表面180与第二表面187，该基准表面180上凹陷一第二卸压腔室183及一第二出口腔室184，该卸压通孔181设在第二卸压腔室183中心部分，且于第二卸压腔室183与第二出口腔室184之间更具有一连通流道185，用以供气体流通，而出口通孔182的一端与第二出口腔室184相连通，另一端则与出口19相连通，于本实施例中，出口19是可与一装置相连接(未图示)，例如：压力机，但不以此为限。

阀门片17上具有一阀孔170以及多个定位孔洞171，该阀门片17的厚度介于0.1mm至0.3mm之间，而其较佳值为0.2mm。

当阀门片17在集气板16及出口板18之间定位组装时，该出口板18的卸压通孔181对应于该集气板16的该第一贯穿孔163，该第二卸压腔室183对应于该集气板16的第一卸压腔室165，该第二出口腔室184对应于该集气板16的第一出口腔室166，而该阀门片17设置于该集气板16及该出口板18之间，阻隔第一卸压腔室165与第二卸压腔室183连通，且该阀门片17的阀孔170设置于该第二贯穿孔164及该出口通孔182之间，且阀孔170位于集气板16的第一出口腔室166的凸部结构167而对应设置，借由此单一的阀孔170的设计，以使气体可因应其压差而达到单向流动的目的。

又该出口板18的卸压通孔181一端可进一部增设一凸出而形成的凸部结构181a，例如可为但不限为圆柱结构，该凸部结构181a的高度是介于0.3mm至0.55mm之间，且其较佳值为0.4mm，而此凸部结构181a透过改良以增加其高度，该凸部结构181a的高度是高于该出口板18的基准表面180，以加强使阀门片17快速地抵触且封闭卸压通孔181，并达到一预力抵触作用完全密封的效果；以及，出口板18更具有至少一限位结构188，该限位结构188的高度为0.32mm，以本实施例为例，限位结构188是设置于第二卸压腔室183内，且为一环形块体结构，且不以此为限，其主要为当微型阀门装置1B进行集压作业时，供以辅助支撑阀门片17之用，以防止阀门片17塌陷，并可使阀门片17可更迅速地开启或封闭。

当微型阀门装置1B集压作动时，主要如图6A所示，其是可因应来自于微型流体控制装置1A向下传输的气体所提供的压力，又或是当外界的大气压力大于与出口19连接的装置(未图示)的内部压力时，则气体会自微型流体控制装置1A的集气板16中的集气腔室162分别经第一贯穿孔163以及第二贯穿孔164而向下流入第一卸压腔室165及第一出口腔室166内，此时，向下的气体压力是使可挠性的阀门片17向下弯曲形变进而使第一卸压腔室165的体积增大，且对应于第一贯穿孔163处向下平贴并抵顶于卸压通孔181的端部，进而可封闭出口板18的卸压通孔181，故于第二卸压腔室183内的气体不会自卸压通孔181处流出。当然，本实施例，可利用卸压通孔181端部增设一凸部结构181a的设计，以加强使阀门片17快速地抵触且封闭卸压通孔181，并达到一预力抵触作用完全密封的效果，同时并透过环设于卸压通孔181周边的限位结构188，以辅助支撑阀门片17，使其不会产生塌陷。另一方面，由于气体是自第二贯穿孔164而向下流入第一出口腔室166中，且对应于第一出口腔室166处的阀门片17亦向下弯曲形变，故使得其对应的阀孔170向下打开，气体则可自第一出口腔室166经由阀孔170而流入第二出口腔室184中，并由出口通孔182而流至出口19及与出口19相连接的装置(未图示)中，借此以对该装置进行集压的作动。

请续参阅图6B，当微型阀门装置1B进行卸压时，其是可借由调控微型流体控制装置1A的气体传输量，使气体不再输入集气腔室162中，或是当与出口19连接的装置(未图示)内部压力大于外界的大气压力时，则可使微型阀门装置1B进行卸压。此时，气体将自与出口19连接的出口通孔182输入至第二出口腔室184内，使得第二出口腔室184的体积膨胀，进而促使可挠性的阀门片17向上弯曲形变，并向上平贴、抵顶于集气板16上，故阀门片17的阀孔170会因抵顶于集气板16而关闭。当然，在本实施例，可利用第一出口腔室166增设一凸部结构167的设计，故可供可挠性的阀门片17向上弯曲形变更快速抵触，使阀孔170更有利达到一预力抵触作用完全贴附密封的关闭状态，因此，当处于初始状态时，阀门片17的阀孔170会因紧贴抵顶于该凸部结构167而关闭，则该第二出口腔室184内的气体将不会逆流至第一出口腔室166中，以达到更好的防止气体外漏的效果。以及，第二出口腔室184中的气体是可经由连通流道185而流至第二卸压腔室183中，进而使第二卸压腔室183的体积扩张，并使对应于第二卸压腔室183的阀门片17同样向上弯曲形变，此时由于阀门片17未抵顶封闭于卸压通孔181端部，故该卸压通孔181即处于开启状态，即第二卸压腔室183内的气体可由卸压通孔181向外流进行卸压作业。当然，本实施例，可利用卸压通孔181端部增设的凸部结构181a或是透过设置于第二卸压腔室183内的限位结构188，让可挠性的阀门片17向上弯曲形变更快速，更有利脱离关闭卸压通孔181的状态。如此，则可借由此单向的卸压作业将与出口19连接的装置(未图示)内的气体排出而降压，或是完全排出而完成卸压作业。

请同时参阅图1A、图2A及图7A至图7E，其中图7A至图7E是为图1A所示的微型气压动力装置的集压作动示意图。如图7A所示，微型气压动力装置1即由微型流体控制装置1A以及微型阀门装置1B所组合而成，其中微型流体控制装置1A是如前述，依序由进气板11、共振片12、压电致动器13、绝缘片141、导电片15、另一绝缘片142及集气板16等结构堆叠组装定位而成，且于共振片12与压电致动器13之间是具有一间隙g0，且于共振片12与压电致动器13之间具有第一腔室121，以及，微型阀门装置1B则同样由阀门片17以及出口板18等依序堆叠组装定位在该微型流体控制装置1A的集气板16上而成，且于微型流体控制装置1A的集气板16与压电致动器13之间是具有集气腔室162、于集气板16的基准表面161更凹陷一第一卸压腔室165以及第一出口腔室166，以及于出口板18的基准表面180更凹陷一第二卸压腔室183及第二出口腔室184，在本实施例中，借由该微型气压动力装置的操作频率为27K至29.5K之间、操作电压为±10V至±16V，以及借由这些多个不同的压力腔室搭配压电致动器13的驱动及共振片12、阀门片17的振动，以使气体向下集压传输。

如图7B所示，当微型流体控制装置1A的压电致动器13受电压致动而向下振动时，则气体会由进气板11上的进气孔110进入微型流体控制装置1A中，并经由至少一汇流排孔112以汇集到其中心凹部111处，再经由共振片12上的中空孔洞120向下流入至第一腔室121中。其后，则如图7C所示，由于受压电致动器13振动的共振作用，共振片12亦会随的进行往复式振动，即其向下振动，并接近于压电致动器13的悬浮板130的凸部130c上，借由此共振片12的形变，使得进气板11的中心凹部111处的腔室的体积增大，并同时压缩第一腔室121的体积，进而促使第一腔室121内的气体推挤向两侧流动，进而经过压电致动器13的支架132之间的空隙135而向下穿越流通，以流至微型流体控制装置1A与微型阀门装置1B之间的集气腔室162内，并再由与集气腔室162相连通的第一贯穿孔163及第二贯穿孔164向下对应流至第一卸压腔室165及第一出口腔室166中，由此实施态样可见，当共振片12进行垂直的往复式振动时，是可由其与压电致动器13之间的间隙g0以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于该两结构之间设置间隙g0可使共振片12于共振时可产生更大幅度的上下位移。

接着，则如图7D所示，由于微型流体控制装置1A的共振片12回复至初始位置，而压电致动器13受电压驱动以向上振动，而其中该压电致动器的振动位移为d，与该间隙g0的差值为x，即x＝g0-d，经测试当x＝1至5um、该操作频率为27k至29.5KHz、操作电压为±10V至±16V时，其最大输出气压可达到至少300mmHg，但不以此为限。如此同样挤压第一腔室121的体积，使得第一腔室121内的气体朝两侧流动，并由压电致动器13的支架132之间的空隙135持续地输入至集气腔室162、第一卸压腔室165以及第一出口腔室166中，如此更使得第一卸压腔室165及第一出口腔室166内的气压越大，进而推动可挠性的阀门片17向下产生弯曲形变，则于第二卸压腔室183中，阀门片17则向下平贴并抵顶于卸压通孔181端部的凸部结构181a，进而使卸压通孔181封闭，而于第二出口腔室184中，阀门片17上对应于出口通孔182的阀孔170是向下打开，使第二出口腔室184内的气体可由出口通孔182向下传递至出口19及与出口19连接的任何装置(未图示)，进而以达到集压作业的目的。最后，则如图7E所示，当微型流体控制装置1A的共振片12共振向上位移，进而使进气板11第一表面11b的中心凹部111内的气体可由共振片12的中空孔洞120而流入第一腔室121内，再经由压电致动器13的支架132之间的空隙135而向下持续地传输至集气板16中，则由于其气体压是持续向下增加，故气体仍会持续地经由集气腔室162、第二贯穿孔164、第一出口腔室166、第二出口腔室184及出口通孔182而流至出口19及与出口19连接的任何装置中，此集压作业是可经由外界的大气压力与装置内的压力差以驱动的，但不以此为限。

当与出口19连接的装置(未图示)内部的压力大于外界的压力时，则微型气压动力装置1是可如图8所示进行降压或是卸压的作业，其降压或是卸压的作动方式主要是如前所述，可借由调控微型流体控制装置1A的气体传输量，使气体不再输入集气腔室162中，此时，气体将自与出口19连接的出口通孔182输入至第二出口腔室184内，使得第二出口腔室184的体积膨胀，进而促使可挠性的阀门片17向上弯曲形变，并向上平贴、抵顶于第一出口腔室166的凸部结构167上，而使阀门片17的阀孔170关闭，即第二出口腔室184内的气体不会逆流至第一出口腔室166中；以及，第二出口腔室184中的气体是可经由连通流道185而流至第二卸压腔室183中，再由卸压通孔181以进行卸压作业；如此可借由此微型阀门结构1B的单向气体传输作业将与出口19连接的装置内的气体排出而降压，或是完全排出而完成卸压作业。

由上述说明可知，本案的微型气压动力装置1中，随着微型气压动力装置1的微型化，其各项性能变化是如下表三所示：

表三

由此表可见，经取样25个微型气压动力装置1产品实际实验后，由该实验获得的结论是：借由将正方形的悬浮板130的边长均大尺寸14mm逐渐缩小到7.5mm过程中，发现随这些边长尺寸降低的同时，而良率及最大输出气压的功能却逐步提升，且所得的较佳尺寸为7.5mm至8.5mm，进一步发现该较佳尺寸特别是在其操作频率在27K至29.5KHz之间，可以提升最大输出气压的功能达到至少300mmHg以上。以上现象其合理的推测似是当悬浮板130的边长降低时，则使该悬浮板130于垂直振动时减少其水平方向的变形，故可增进垂直方向的动能有效利用，且因边长降低时可减少组装时于垂直方向的误差值，借此能够减少悬浮板130与共振片12或其他组装元件之间的碰撞干涉及维持该悬浮板130与该共振片12一定的距离，因此良率能随的提升并且同时增加其最大输出气压的功能。此外，当压电致动器13的悬浮板130的尺寸缩小，压电致动器13亦可做得更小，于振动时不易倾斜的情况下，内部的气体流道容积减小，有利于空气的推动或压缩，故可提升性能外且能同步缩小整体的元件尺寸。再者，如前述所述，对于压电致动器13配备较大尺寸的悬浮板130与压电陶瓷板133而言，由于悬浮板130的刚性较差，于振动时容易扭曲变形，使其容易与共振片12或其他组装元件之间产生碰撞干涉，故其产生噪音比例较高，而噪音问题也是造成产品不良的原因之一，故大尺寸的悬浮板130与压电陶瓷板133的不良率较高，因此，当悬浮板130与压电陶瓷板133尺寸缩小时，除提高性能、减少噪音等优点外，亦能降低产品的不良率。

但无论如何，上述因悬浮板130缩小边长尺寸使的增进良率及增加其最大输出气压的功能，均是借由实验中所获得，并非能够靠理论的公式所直接推导，其增进功能原因的推测仅是作为实验合理性的参考说明。

当然，本案微型气压动力装置1为达到薄型化的趋势，将微型流体控制装置1A组装微型阀门装置1B的总厚度介于2mm至6mm的高度，进而使微型气体动力装置1达成轻便舒适的可携式目的，并可广泛地应用于医疗器材及相关设备的中。

综上所述，本案所提供的微型气压动力装置，主要借由微型流体控制装置及微型阀门装置的相互组接，使气体自微型流体控制装置上的进气孔进入，并利用压电致动器的作动，使气体于设计后的流道及压力腔室中产生压力梯度，进而使气体高速流动而传递至微型阀门装置中，再透过微型阀门装置的单向阀门设计，使气体以单方向流动，进而可将压力累积于与出口连接的任何装置中；而当欲进行降压或卸压时，则调控微型流体控制装置的传输量，并使气体可由与出口连接的装置中传输至微型阀门装置的第二出口腔室，并由连通流道将的传输至第二卸压腔室，再由卸通压孔流出，进而以达到可使气体迅速地传输，且同时可达到静音的功效，更可使微型气体动力装置的整体体积减小及薄型化，进而使微型气体动力装置达成轻便舒适的可携式目的，并可广泛地应用于医疗器材及相关设备的中。因此，本案的微型气体动力装置极具产业利用价值，爰依法提出申请。

纵使本发明已由上述实施例详细叙述而可由熟悉本技艺人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

1：微型气压动力装置

1A：微型流体控制装置

1B：微型阀门装置

1a：壳体

10：底座

11：进气板

11a：进气板的第二表面

11b：进气板的第一表面

110：进气孔

111：中心凹部

112：汇流排孔

12：共振片

12a：可动部

12b：固定部

120：中空孔洞

121：第一腔室

13：压电致动器

130：悬浮板

130a：悬浮板的第二表面

130b：悬浮板的第一表面

130c：凸部

130d：中心部

130e：外周部

131：外框

131a：外框的第二表面

131b：外框的第一表面

132：支架

132a：支架的第二表面

132b：支架的第一表面

133：压电陶瓷板

134、151：导电接脚

135：空隙

141、142：绝缘片

15：导电片

16：集气板

16a：容置空间

160：表面

161：基准表面

162：集气腔室

163：第一贯穿孔

164：第二贯穿孔

165：第一卸压腔室

166：第一出口腔室

167、181a：凸部结构

168：侧壁

17：阀门片

170：阀孔

171：定位孔洞

18：出口板

180：基准表面

181：卸压通孔

182：出口通孔

183：第二卸压腔室

184：第二出口腔室

185：连通流道

187：第二表面

188：限位结构

19：出口

g0：间隙

(a)～(x)：压电致动器的不同实施态样

a0、i0、j0、m0、n0、o0、p0、q0、r0：悬浮板

a1、i1、m1、n1、o1、p1、q1、r1：外框

a2、i2、m2、n2、o2、p2、q2、r2：支架、板连接部

a3、m3、n3、o3、p3、q3、r3：空隙

d：压电致动器的振动位移

s4、t4、u4、v4、w4、x4：凸部

m2’、n2’、o2’、q2’、r2’：支架连接于外框的端部

m2”、n2”、o2”、q2”、r2”：支架连接于悬浮板的端部

Claims (19)

1.一种微型流体控制装置，适用于一微型气压动力装置，包括：

一进气板，具有至少一进气孔、至少一汇流排孔及构成一汇流腔室的一中心凹部，该至少一进气孔供导入气体，该汇流排孔对应该进气孔，且引导该进气孔的气体汇流至该中心凹部所构成的该汇流腔室；

一共振片，具有一中空孔洞，对应该进气板的该汇流腔室；以及

一压电致动器，具有：

一悬浮板，该悬浮板具有介于7.5mm至12mm之间的长度、介于7.5mm至12mm之间的宽度以及介于0.1mm至0.4mm之间的厚度；

一外框，具有至少一支架，连接设置于该悬浮板及该外框之间；以及

一压电陶瓷板，贴附于该悬浮板的一第一表面，且该压电陶瓷板具有不大于该悬浮板边长的边长，具有介于7.5mm至12mm之间的长度、介于7.5mm至12mm之间宽度以及介于0.05mm至0.3mm之间的厚度，该压电陶瓷板的该长度及该宽度比值为0.625倍至1.6倍之间；

其中，上述的该压电致动器、该共振片及该进气板依序对应对叠设置定位，且该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一第一腔室，以使该压电致动器受驱动时，气体由该进气板的该至少一进气孔导入，经该至少一汇流排孔汇集至该中心凹部，再流经该共振片的该中空孔洞，以进入该第一腔室内，再由该压电致动器的该至少一支架之间的一空隙向下传输，以持续推出气体。

2.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该操作频率为28k、操作电压为±15V，其最大输出气压达到至少300mmHg。

3.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该压电陶瓷板的长度为7.5mm至8.5mm、宽度为7.5mm至8.5mm及厚度为0.10mm。

4.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该悬浮板的长度为7.5mm至8.5mm、宽度为7.5mm至8.5mm及厚度为0.27mm。

5.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该悬浮板更包括一凸部设置在该悬浮板的一第二表面上，其高度介于0.02mm至0.08mm之间。

6.如权利要求5所述的微型流体控制装置，其特征在于，该凸部的高度为0.03mm。

7.如权利要求5所述的微型流体控制装置，其特征在于，该凸部为一圆形凸起结构，直径为该悬浮板的最小边长的0.55倍的尺寸。

8.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该进气板由一不锈钢材质所构成，厚度介于0.4mm至0.6mm之间。

9.如权利要求8所述的微型流体控制装置，其特征在于，该进气板的厚度为0.5mm。

10.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该共振片由一铜材质所构成，厚度是介于0.03mm至0.08mm之间。

11.如权利要求10所述的微型流体控制装置，其特征在于，该共振片的厚度为0.05mm。

12.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其更包括至少一绝缘片及一导电片，且该至少一绝缘片及该导电片依序设置于该压电致动器的下。

13.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该压电致动器的该外框由一不锈钢材质所构成，厚度介于0.2mm至0.4mm之间。

14.如权利要求13所述的微型流体控制装置，其特征在于，该压电致动器的该外框的厚度为0.3mm。

15.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该压电致动器的该支架的两端点连接该外框、一端点连接该悬浮板。

16.一种微型流体控制装置，适用于一微型气压动力装置，包括：

一进气板；

一共振片；以及

一压电致动器；

其中，上述的该进气板、该共振片及该压电致动器依序对应堆叠设置定位，且该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一第一腔室，该压电致动器受驱动时，气体由该进气板进入，流经该共振片，以进入该第一腔室内再传输气体。

17.如权利要求16所述的微型流体控制装置，其特征在于，该进气板具有至少一进气孔、至少一汇流排孔及一中心凹部，该至少一进气孔供导入气体，该汇流排孔对应该进气孔，且引导该进气孔的气体汇流至该中心凹部；该共振片具有一中空孔洞，对应该进气板的该中心凹部；以及该压电致动器具有一悬浮板及一外框，该悬浮板及该外框之间以至少一支架连接，且于该悬浮板的一第一表面贴附一压电陶瓷板。

18.如权利要求17所述的微型流体控制装置，其特征在于，该压电陶瓷板具有不大于该悬浮板边长的边长，具有介于7.5mm至12mm之间的长度、介于7.5mm至12mm之间的宽度以及介于0.05mm至0.3mm之间的厚度，该压电陶瓷板的该长度及该宽度比值为0.625倍至1.6倍之间。

19.如权利要求17所述的微型流体控制装置，其特征在于，该悬浮板的长度为7.5mm至12mm、宽度为7.5mm至12mm及厚度为0.27mm。