CN108278192A - 微型流体控制装置 - Google Patents

Abstract

一种微型流体控制装置包含一压电致动器及一壳体，其中压电致动器包含：悬浮板、外框、支架及防溢结构；其中支架连接于悬浮板与外框之间，且悬浮板、外框及支架的第一表面共平面，而防溢结构构成于外框与支架的第二表面之间，以令该外框与该支架保持一高度差。借由本案的防溢结构可抑制胶层涂布于外框时溢出于外框。

Description

微型流体控制装置

【技术领域】

本案是关于一种流体控制装置，尤指一种微型超薄且静音的微型流体控制装置。

【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流体输送的目的。然而，受限于此等传统马达以及流体阀的体积限制，使得此类的仪器设备难以缩小其整体装置的体积，即难以实现薄型化的目标，更无法使的达成可携式的目的。此外，这些传统马达及流体阀于作动时亦会产生噪音的问题，导致使用上的不便利及不舒适。

又如图1所示，为一种流体控制装置，包括一壳体1及一压电致动器2、两绝缘片3a、3b及一导电片4。该壳体1包含一出口板11及一底座12，该出口板11为周缘具有侧壁111及底部具有一板件112的框体结构，且由该侧壁111与板件112共同定义出一容置空间113，用以供该压电致动器2设置于该容置空间113中，又该板件112于一表面凹陷以形成一暂存腔室114，以及该板件112上设有至少一排出孔115贯穿连通至该暂存腔室114；而底座12则包含入口板121及共振片122，该入口板121具有至少一进入孔1211、至少一汇流排槽1212及一汇流腔室1213，该进入孔1211对应连通该汇流排槽1212，而该至少一汇流排槽1212的另一端则连通于该汇流腔室1213，该汇流腔室1213处构成一汇流流体的腔室，以供流体暂存，此所构成腔室的深度与该汇流排槽1212的深度相同，而该共振片122为一可挠性材质，具有一中空孔洞1223，对应于该入口板121的汇流腔室1213而设置，以使该汇流腔室1213的流体可经该中空孔洞1223流通至该共振片122下方。如此由一出口板11、一绝缘片3b、一导电片4、一绝缘片3a、压电致动器2及底座12依序向上堆叠粘固，最后将该出口板11的侧壁111两侧容置空间113予以涂布封胶6提供防漏密封而设置形成一种流体控制装置，如此流体控制装置的结构简单，因此能构成为薄型。

又该压电致动器2对应于共振片122而设置，由悬浮板21、压电元件22、外框23以及至少一支架24所构成，而共振片122对应于汇流腔室1213为一可动部1221，而固定粘接于底座12部分为固定部1222。

上述组装的流体控制装置所应用的设备始终处于呈小型化的趋势。因此，要求在不使上述流体控制装置的输出能力(排出流量和排出压力)降低的前提下，使上述流体控制装置进一步小型化。然而，上述流体控制装置越是小型化，则上述流体控制装置的输出能力就越是降低。因此，若欲维持控制输出能力并将其小型化，则在现有结构的上述控制中存在界限。因此，本发明对以下所示的结构的控制进行了研究。

图1是表示上述流体控制装置的主要部分的结构的剖视图。流体控制装置是由一出口板11、一绝缘片3b、一导电片4、一绝缘片3a、压电致动器2及底座12依序向上堆叠粘固的结构。

然而在悬浮板21之外框23及共振片122之间设置胶层5，在胶层5涂布施作时，因胶层5涂在压电致动之外框23受到外框23的毛细作用的关系，使胶层5沿着外框23而朝向支架24流动，如此流动容易溢出于外框23而沾粘到支架24上，导致支架24与共振片122之间沾粘到胶层5，进而影响到共振片122及支架24的共振作用，故影响到流体控制装置的工作效率，或者胶层5流到微型流体控制装置内也会影响其它部件的运作，实有必要予以改善。

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气压流体装置及其压电致动器，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微型流体控制装置，借由在外框的第二表面靠近支架的第二表面处设置一防溢结构，以令该外框与该支架保持一高度差去抑制胶层溢胶问题。

为达上述目的，本案的一较广义实施态样为提供了一种微型流体控制装置，包含一压电致动器及一壳体，该压电致动器包括：一悬浮板，具有一第一表面及相对应的一第二表面，且该第二表面上具有一凸部；一外框，环绕设置于该悬浮板之外侧，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该悬浮板的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该支架的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；至少一防溢结构，构成于该外框与该支架之间，以令该外框与该支架保持一高度差；以及一压电陶瓷板，贴附于该悬浮板的该第一表面上；而该壳体包括：一出口板，该出口板为周缘具有一侧壁以构成一容置空间的一框体结构，使该压电致动器设置于该容置空间中；以及一底座，由一入口板及一共振片相接合而成，并结合于该出口板的该容置空间中，以封闭该压电致动器，该入口板具有至少一进气孔及与的相连通的至少一汇流排孔，以构成一汇流腔室，该共振片设置固定于该入口板上，并具有一中空孔洞，相对于该入口板的该汇流腔室，且对应于该悬浮板的该凸部；其中，该压电致动器之外框的该第二表面与该底座的该共振片之间设置一胶层，使该压电致动器与该底座的该共振片之间维持一深度以构成一压缩腔室，该防溢结构的高度差可供填充溢出的该胶层，以抑制该胶层溢出于该外框。

本案的一较广义实施态样为提供了一种压电致动器，包含：一悬浮板，具有一第一表面及相对应的一第二表面，且该第二表面上具有一凸部；一外框，环绕设置于该悬浮板之外侧，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该悬浮板的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该支架的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；至少一防溢结构，构成于该外框的该第二表面与该支架的该第二表面之间，以令该外框与该支架保持一高度差；以及一压电陶瓷板，贴附于该悬浮板的该第一表面上。

【附图说明】

图1所示为流体控制装置的剖面结构示意图。

图2A所示为流体控制装置相关构件的分解正面视得示意图。

图2B所示为流体控制装置相关构件的分解背面视得示意图。

图3所示为压电致动器组装于底座上的剖面示意图。

图4A所示为压电致动器正面视得的立体外观示意图。

图4B所示为压电致动器背面视得的立体外观示意图。

图5为流体控制装置的防溢结构第一实施例的剖面示意图。

图6为流体控制装置的防溢结构第二实施例的剖面示意图。

图7为流体控制装置的防溢结构第三实施例的剖面示意图。

图8A为流体控制装置的防溢结构第四实施例的立体外观示意图。

图8B为流体控制装置的防溢结构第四实施例的剖面示意图。

【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。

如图1、图2A、图2B及图3所示，本案的流体控制装置包含一壳体1、一压电致动器2、两绝缘片3a、3b及一导电片4。其中，壳体1包含出口板11及底座12，底座12则包含一入口板121及一共振片122，但不以此为限。压电致动器2是对应于共振片122而设置，并使出口板11、压电致动器2以及底座12的共振片122、入口板121等依序向上堆叠设置，且压电致动器2由悬浮板21、压电元件22、外框23以及至少一支架24组装而成。

于本实施例中，壳体1的出口板11为周缘具有侧壁111及底部具有一板件112的框体结构，且由侧壁111与板件112共同定义出一容置空间113，用以供该压电致动器2设置于该容置空间113中，又板件112于一表面凹陷以形成一暂存腔室114，以及板件112上设有至少一排出孔115贯穿连通该暂存腔室114，且由该侧壁111与板件112共同定义出一容置空间113，用以供压电致动器2设置于容置空间113中。而底座12包含一入口板121及一共振片122，其中，入口板121具有至少一进入孔1211，于本实施例中，进入孔1211的数量为4个，但不以此为限，其贯穿入口板121的上下表面，主要用以供流体自装置外顺应大气压力的作用而自该至少一进入孔1211流入流体控制装置内；又入口板121上具有至少一汇流排槽1212，每一汇流排槽1212对应连通一进入孔1211而设置，于该汇流排槽1212的中心交流处具有一汇流腔室1213，且汇流腔室1213是与汇流排槽1212相连通，借此可将自该至少一进入孔1211进入汇流排槽1212的流体引导并汇流集中至汇流腔室1213。

于本实施例中，入口板121具有一体成型的进入孔1211、汇流排槽1212及汇流腔室1213，且当入口板121与共振片122对应组装后，于此汇流腔室1213处构成一汇流流体的腔室，以供流体暂存。

于一些实施例中，入口板121的材质为一不锈钢材质，但不以此为限。于另一些实施例中，由该汇流腔室1213处所构成腔室的深度与这些汇流排槽1212的深度相同，但不以此为限。

又上述的压电致动器2对应于共振片122而设置，由悬浮板21、压电元件22、外框23以及至少一支架24所构成，而共振片122对应于汇流腔室1213为一可动部1221，而固定粘接于底座12部分为固定部1222，且于共振片122上具有一中空孔洞1223，对应于入口板121的汇流腔室1213而设置，以使流体可流通。于本实施例中，共振片122为一可挠性材质，但不以此为限。于另一些实施例中，共振片122为一铜材质，但不以此为限。

上述的压电元件22为方形板状结构，且其边长不大于悬浮板21的边长，并可贴附于悬浮板21之上。于本实施例中，悬浮板21为可挠的正方形板状结构，悬浮板21之外侧环绕设置外框23，外框23的型态亦大致对应于悬浮板21的型态。于本实施例中，外框23亦为正方形的镂空框型结构；而悬浮板21与外框23之间以四支架24连接并提供弹性支撑。请同时参阅图2A图及图2B，悬浮板21、外框23以及四支架24是为一体成型的结构，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，是以，本案的流体控制装置的压电致动器2即为由压电元件22与金属板粘合而成，但不以此为限。外框23是环绕设置于悬浮板21之外侧，且具有一向外凸设的导电接脚231，用以供电连接之用，但不以此为限；以及该四支架24连接于悬浮板21以及外框23之间，以提供弹性支撑。于本实施例中，每一该支架24的一端连接于悬浮板21的侧边，另一端则连接于外框23之内侧边，且于支架24、悬浮板21及外框23之间更具有至少一空隙25，用以供流体流通，且该悬浮板21、外框23以及支架24的型态及数量是具有多种变化。透过此跨设于悬浮板21与外框23之间的支架24，以减少悬浮板21于运作时不均一的偏移角度，有助于增加悬浮板21于Z轴上的振幅，使悬浮板21在上下振动时可有更好的位移状态，即该悬浮板21作动时更为稳定、一致，俾利于提升压电致动器2作动的稳定性及效能。又于本实施例中，悬浮板21是为一正方形且具有阶梯面的结构，即于悬浮板21的一表面上更具有一凸部26，凸部26可为一圆形凸起结构，但不以此为限。

以及，上述的两绝缘片3a、3b为上下夹设导电片4而设置。此外，于一些实施例中，绝缘片3a、3b为一绝缘的材质，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4为一导电的材质，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4上亦可设置一导电接脚41，以进行电导通之用。

当本案的流体控制装置组装时，依序将出口板11、一绝缘片3b、一导电片4、一绝缘片3a、一压电致动器2以及一底座12等结构向上堆叠组装粘固，并容设于出口板11的容置空间113内，最后将该出口板11的侧壁111两侧容置空间113予以涂布封胶6提供防漏密封而设置形成一种流体积小、及微型化外形的流体控制装置。在上述结构中，一旦对压电元件22施加驱动电压，则因压电元件22的伸缩而使悬浮板21弯曲振动，伴随着悬浮板21的振动，使共振片122的可动部1221振动，借此，流体控制装置从底座12的至少一进入孔1211吸入流体，将该流体进入该至少一汇流排槽1212中再流入该汇流腔室1213经中空孔洞1223导入暂存腔室114中，受该压电致动器2的悬浮板21振动及共振片122的共振效应而压缩暂存腔室114的体积，由该出口板11的至少一排出孔115排出，构成一流体控制装置传输流体的操作。

又如图1、图3所示，共振片122与压电致动器2之间具有一间隙h，于共振片122及压电致动器2之外框23之间的间隙h中填充设置一胶层5，例如：导电胶，但不以此为限，以使共振片122与压电致动器2的悬浮板21之间可维持该间隙h的深度，进而可导引气流更迅速地流动；以及，因应此间隙h的深度而可使共振片122与压电致动器2之间形成压缩腔室116，进而可透过共振片122的中空孔洞1223导引流体于腔室间更迅速地流动，且因悬浮板21与共振片122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。

又本案为了改善在悬浮板21之外框23及共振片122之间设置胶层5在涂布施作时，胶层5涂在压电致动之外框23受到外框23的毛细作用的关系，使胶层5沿着外框23而朝向支架24流动，如此流动容易溢出于外框23而沾粘到支架24等问题，如此本案进一步改良压电致动器2之外框23结构，在外框23的第二表面23b靠近支架24的第二表面24b处设置一防溢结构27(如图4A所示)，此防溢结构27为利用蚀刻技术达成一个缺口或防堵凸部，让胶层5的溢胶能利用此防溢结构27去抑制胶层5溢胶问题。

如图4A及图5所示，于本案压电致动器2包括：一悬浮板21，具有一第一表面21a及一与第一表面21a相对应的第二表面21b，且第二表面21b上具有一凸部26；一外框23，环绕设置于该悬浮板21之外侧，亦具有一第一表面23a及一与第一表面23a相对应的第二表面23b，悬浮板21的第一表面21a与该外框的第一表面23a共平面；至少一支架24，连接于悬浮板21与外框23之间，亦具有一第一表面24a及一与第一表面24a相对应的第二表面24b，支架的第一表面24a与外框的第一表面23a共平面；至少一防溢结构27，构成于外框23与支架24之间，以令外框23与支架24保持一高度差；以及一压电陶瓷板22，贴附于悬浮板的该第一表面上21a。

如图4A、图4B及图5所示，本案于第一实施例中，防溢结构27为于外框23边缘连接支架24处且往外框23的第二表面24b方向延伸形成一第一段差面28a，第一段差面28a与外框的第二表面23b保持一第一防溢深度s1，且第一段差面28a与支架24的第二表面24b形成共平面邻接，如此设置的防溢结构27能利用边缘连接该支架24处且往第二表面24b延伸形成一第一段差面28a及第一防溢深度s1的空间来填补胶层5的溢胶，进而抑制胶层5溢胶问题。

如图6所示，本案于第二实施例，防溢结构27为于外框23边缘连接支架24处且往外框23的第二表面24b方向延伸形成一第二段差面28b，第二段差面28b与该外框23的第二表面23b保持一第二防溢深度s2，第二段差面28b与支架23的第二表面23b保持一第三防溢深度s3，且第二防溢深度s2大于第三防溢深度s3，如此第二段差面28b及第二防溢深度s2的空间来填补胶层5的溢胶，且第三防溢深度s3提供了更进一步的防溢效果，阻挡胶层5的溢胶沿着支架24方向流动，同样能抑制胶层5溢胶问题。

如图7所示，本案于第三实施例，防溢结构27为于外框23边缘连接支架24处且往外框23的第二表面24b方向延伸设置一防溢凹部27a及一防溢凸部27b，防溢凹部27a邻接外框23，且防溢凸部27b邻接防溢凹部27a，防溢凹部27a具有一第三段差面28c与外框23的第二表面23b保持一第四防溢深度s4，而防溢凸部27b的顶面与外框23的第二表面23b共平面，且与支架24保持一第五防溢深度s5。本实例的防溢凹部23a所构成的第三段差面28c及第四防溢深度s4的空间来填补胶层5的溢胶，且防溢凸部27b的第五防溢深度s5提供了更佳的防溢效果，阻挡胶层5的溢胶沿着支架24方向流动，同样能抑制胶层5溢胶问题。

除了上述实施例的防溢结构27外，于第四实施例，亦可将防溢结构27在于外框23边缘连接支架24处且往外框23的第二表面24b方向延伸设置环圈型态的段差面，详而言之，如图8A及8B图所示，防溢结构27为于该外框23边缘连接该支架24处且往外框23的第二表面24b延伸一环圈型态形成一第四段差面28d，该第四段差面28d与该外框23的该第二表面23b保持一第六防溢深度s6，且该第四段差面28d与该支架24的该第二表面24b形成共平面邻接。如此设置的防溢结构27能利用边缘连接该支架24处且往第二表面24b延伸一环圈型态形成一第四段差面28d及第六防溢深度s6的空间来填补胶层5的溢胶，进而抑制胶层5溢胶问题。

综上所述，本案所提供一种微型流体控制装置，借由在外框的第二表面靠近支架的第二表面处设置一防溢结构去抑制胶层溢胶问题，且此微型化的压电致动器更可使微型流体控制装置的整体体积减小及薄型化，以达到轻便舒适的可携式目的；因此，本案微型流体控制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：壳体

11：出口板

111：侧壁

112：板件

113：容置空间

114：暂存腔室

115：排出孔

116：压缩腔室

12：底座

121：入口板

1211：进入孔

1212：汇流排槽

1213：汇流腔室

122：共振片

1221：可动部

1222：固定部

1223：中空孔洞

2：压电致动器

21：悬浮板

21a：悬浮板的第一表面

21b：悬浮板的第二表面

22：压电元件

23：外框

23a：外框的第一表面

23b：外框的第二表面

231：导电接脚

24：支架

24a：支架的第一表面

24b：支架的第二表面

25：空隙

26：凸部

27：防溢结构

27a：防溢凹部

27b：防溢凸部

28a：第一段差面

28b：第二段差面

28c：第三段差面

28d：第四段差面

3a、3b：绝缘片

4：导电片

41：导电接脚

5：胶层

6：封胶

h：间隙

s1：第一防溢深度

s2：第二防溢深度

s3：第三防溢深度

s4：第四防溢深度

s5：第五防溢深度

s6：第六防溢深度

Claims (10)

1.微型流体控制装置，其特征在于，包含：

压电致动器，包括：

一悬浮板，具有一第一表面及相对应的一第二表面，且该第二表面上具有一凸部；

一外框，环绕设置于该悬浮板之外侧，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该悬浮板的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该支架的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；

至少一防溢结构，构成于该外框与该支架之间，以令该外框与该支架保持一高度差；以及

一压电陶瓷板，贴附于该悬浮板的该第一表面上；

一壳体，包括：

一出口板，该出口板为周缘具有一侧壁及底部具有一板件以构成一容置空间的一框体结构，使该压电致动器设置于该容置空间中；以及

一底座，由一入口板及一共振片相接合而成，并结合于该出口板的该容置空间中，以封闭该压电致动器，该入口板具有至少一进气孔及与的相连通的至少一汇流排孔，以构成一汇流腔室，该共振片设置固定于该入口板上，并具有一中空孔洞，相对于该入口板的该汇流腔室，且对应于该悬浮板的该凸部；

其中，该压电致动器的该外框的该第二表面与该底座的该共振片之间设置一胶层，使该压电致动器与该底座的该共振片之间维持一深度以构成一压缩腔室，该防溢结构的高度差可供填充溢出的该胶层，以抑制该胶层溢出于该外框。

2.如权利要求1所述微型流体控制装置，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往该外框的该第二表面方向延伸形成一第一段差面，该第一段差面与该外框的该第二表面保持一第一防溢深度，且该第一段差面与该支架的该第二表面形成共平面邻接。

3.如权利要求1所述微型流体控制装置，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往该外框的该第二表面方向延伸形成一第二段差面，该第二段差面与该外框的第二表面保持一第二防溢深度，该第二段差面与该支架的该第二表面保持一第三防溢深度，且该第二防溢深度大于该第三防溢深度。

4.如权利要求1所述微型流体控制装置，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往该外框的该第二表面方向延伸设置一防溢凹部及一防溢凸部，该防溢凹部邻接该外框，且该防溢凸部邻接该防溢凹部，该防溢凹部具有一第三段差面与该外框的该第二表面保持一第四防溢深度，而该防溢凸部的顶面与该外框的该第二表面共平面，且与该支架保持一第五防溢深度。

5.如权利要求1所述微型流体控制装置，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往该外框的该第二表面方向延伸一环圈型态形成一第四段差面，该第四段差面与该外框的该第二表面保持一第六防溢深度，且该第四段差面与该支架的该第二表面形成共平面邻接。

6.压电致动器，其特征在于，包含：

一悬浮板，具有一第一表面及相对应的一第二表面，且该第二表面上具有一凸部；

一外框，环绕设置于该悬浮板之外侧，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该悬浮板的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，且具有一第一表面及相对应的一第二表面，该支架的该第一表面与该外框的该第一表面共平面；

至少一防溢结构，构成于该外框的该第二表面与该支架的该第二表面之间，以令该外框与该支架保持一高度差；以及

一压电陶瓷板，贴附于该悬浮板的该第一表面上。

7.如权利要求6所述压电致动器，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往该第二表面方向延伸形成一第一段差面，该第一段差面与该外框的该第二表面保持一第一防溢深度，且该第一段差面与该支架的该第二表面形成共平面邻接。

8.如权利要求6所述压电致动器，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往该外框的该第二表面方向延伸形成一第二段差面，该第二段差面与该外框的该第二表面保持一第二防溢深度，该第二段差面与该支架的该第二表面保持一第三防溢深度，且该第二防溢深度大于该第三防溢深度。

9.如权利要求6所述压电致动器，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往该外框的该第二表面方向延伸设置一防溢凹部及一防溢凸部，该防溢凹部邻接该外框，且该防溢凸部邻接该防溢凹部，该防溢凹部具有一第三段差面与该外框的该第二表面保持一第四防溢深度，而该防溢凸部的顶面与该外框的该第二表面共平面，且与该支架保持一第五防溢深度。

10.如权利要求6所述压电致动器，其特征在于，该防溢结构为于该外框边缘连接该支架处且往外框的该第二表面方向延伸一环圈型态形成一第四段差面，该第四段差面与该外框的该第二表面保持一第六防溢深度，且该第四段差面与该支架的该第二表面形成共平面邻接。