CN108302015A - 微型流体控制装置 - Google Patents

Abstract

一种微型流体控制装置，包括：一进气板；一共振片，具有一中空孔洞；一压电致动器；一集气板，具有一凹置槽面、一基准表面及一贯穿孔，凹置槽面具有一深度，可供压电致动器、共振片及进气板依序堆叠容置组装定位其中，而凹置槽面底部凹置形成一集气腔室，透过贯穿孔与基准表面连通，且集气腔室受压电致动器承载于上方而封闭；其中该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一暂存腔室，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，以进入该暂存腔室内再传输至集气腔室，透过贯穿孔排出集气板外，以持续传输气体。

Description

微型流体控制装置

【技术领域】

本案是关于一种气压动力装置，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气体输送的目的。然而，受限于此等传统马达以及气体阀的体积限制，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，传统马达及气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。

因此，如何发展一种能在长期使用下维持一定工作特性及流速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微型流体控制装置，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，如此构成微型流体控制装置可达到静音的功效，更可使微型流体控制装置的整体体积减小及薄型化，进而使微型流体控制装置达成轻便舒适的可携式目的。

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，包括：一进气板；一共振片，具有一中空孔洞；一压电致动器；一集气板，具有一凹置槽面、一基准表面及一贯穿孔，凹置槽面具有一深度，可供压电致动器、共振片及进气板依序堆叠容置组装定位其中，而凹置槽面底部凹置形成一集气腔室，透过贯穿孔与基准表面连通，且集气腔室受压电致动器承载于上方而封闭；其中该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一暂存腔室，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，以进入该暂存腔室内再传输至集气腔室，透过贯穿孔排出集气板外，以持续传输气体。

【附图说明】

图1A为本发明微型流体控制装置的正面方向视得立体外观示意图。

图1B为本发明微型流体控制装置的背面方向视得立体外观示意图。

图2A为本发明微型流体控制装置的正面方向视得相关构件分解示意图。

图2B为本发明微型流体控制装置的背面方向视得相关构件分解示意图。

图3为本发明微型流体控制装置的剖面示意图。

图4A为本发明压电致动器的正面视得立体示意图。

图4B为本发明微型流体控制装置的压电致动器的背面视得立体示意图。

图4C为本发明微型流体控制装置的压电致动器的剖面示意图。

图5A至图5C为本发明微型流体控制装置的实施作动示意图。

【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。

请参阅图1A、图1B、图2A、图2B及图3所示，本案的微型流体控制装置1包含有底座10、压电致动器13、两绝缘片141、142、导电片15以及集气板16。其中底座10包含进气板11及共振片12，但不以此为限。压电致动器13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，且压电致动器13由一悬浮板130、一外框131、至少一支架132以及一压电元件133所共同组装而成。

进气板11具有第二表面11a、第一表面11b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，其贯穿进气板11的第二表面11a及第一表面11b，主要用以供气体自装置外顺应大气压力的作用而自至少一进气孔110流入微型流体控制装置1内。且又如图2B所示，由进气板11的第一表面11b可见，其上具有至少一总线孔112，用以与进气板11第二表面11a的至少一进气孔110对应设置。于总线孔112的中心交流处具有中心凹部111，且中心凹部111与总线孔112相连通，借此可将自至少一进气孔110进入总线孔112的气体引导至汇流集中至中心凹部111作传递。是以于本实施例中，进气板11具有一体成型的进气孔110、总线孔112及中心凹部111，且于中心凹部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的材质可为但不限为由一不锈钢材质所构成。于另一些实施例中，由中心凹部111处所构成的汇流腔室的深度与总线孔112的深度相同。共振片12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，对应于进气板11的第一表面11b的中心凹部111而设置，以使气体可通过流通，且共振片12对应于中心凹部111为一可动部121，而固定粘接于底座10的进气板11的部分为固定部122。于另一些实施例中，共振片12可由一铜材质所构成，但不以此为限。

请同时参阅图4A、图4B及图4C所示，压电致动器13由一悬浮板130、一外框131、至少一支架132以及一压电元件133所共同组装而成，其中，压电元件133具有不大于该悬浮板130边长的边长，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，是以当压电元件133受电压驱动时，悬浮板130可由中心部130d到外周部130e弯曲振动，以及至少一支架132连接于悬浮板130与外框131之间，于本实施例中，支架132两端点分别连接于外框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，凸部130c可为但不限为一圆形凸起结构，悬浮板130的凸部130c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之间具有一特定深度。至于悬浮板130的第一表面130b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，而压电元件133具有不大于悬浮板130边长的边长，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可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如不锈钢材质所构成，但不以此为限。

此外，微型流体控制装置1中绝缘片141、导电片15及另一绝缘片142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。

微型流体控制装置1排除集气板16的部分为依序由一绝缘片142、导电片15、另一绝缘片141、压电致动器13、共振片12及进气板11堆叠而成，且于共振片12与压电致动器13之间具有一间隙g0，于本实施例中，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；于另一些实施例中，亦可借由加高压电致动器13之外框131的高度，以使其与共振片12组装时增加一间隙，但不以此为限。

集气板16上具有一凹置槽面160、一基准表面161、一集气腔室162以及一贯穿孔163，其中凹置槽面160具有一深度，此深度可供一绝缘片142、导电片15、另一绝缘片141、压电致动器13、共振片12及进气板11依序堆叠容置其中达成一微型流体控制装置1，而凹置槽面160底部凹置形成一集气腔室162，透过贯穿孔163与基准表面161连通，如此集气腔室162受压电致动器13承载于上方而封闭，致使微型流体控制装置1传输的气体能暂时蓄积于此集气腔室162中而由贯穿孔163排出于集气板16外。另外，集气板16于一侧面设有一开窗口164连通凹置槽面160，如此一绝缘片142、导电片15、另一绝缘片141、压电致动器13、共振片12及进气板11依序堆叠容置于集气板16的凹置槽面160上组装定位而封闭集气腔室162后，致使导电片15的导电接脚151及压电致动器13之外框131向外凸设的导电接脚134皆能透过此开窗口164凸伸于集气板16外，方便连接进行电导通之用。

请续参阅图5A至图5C所示，当微型流体控制装置1的一绝缘片142、导电片15、另一绝缘片141、压电致动器13、共振片12及进气板11依序堆叠容置于集气板16的凹置槽面160上组装定位而封闭集气腔室162后，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之间更形成一暂存腔室17，用以暂存气体，且暂存腔室17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，且暂存腔室17的两侧则由压电致动器13的支架132之间的空隙135而与集气腔室162相连通。

如图5A所示，当微型流体控制装置1作动时，主要由压电致动器13受施加电压而致动，以支架132为支点，进行垂直方向的往复式振动。当压电致动器13受施加电压而致动向下振动时，由于共振片12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的可动部121对应中心凹部111的部分亦会随的弯曲振动形变，如图5B所示，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的至少一总线孔112以汇集到中央的中心凹部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向下流入至暂存腔室17中，此时共振片12对应中心凹部111的可动部121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，共振片12的可动部121亦随的向下振动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122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，以压缩暂存腔室17的体积，并关闭暂存腔室17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而向下穿越流动至集气腔室162；复如图5C所示，压电致动器13受施加电压而致动以向上振动，而共振片12的可动部121亦受到推动而向上弯曲振动形变，如此同样挤压暂存腔室17的体积，惟此时由于压电致动器13向上抬升，因而使得暂存腔室17内的气体会朝两侧流动，同时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所形成的汇流腔室而暂存，而暂存腔室17的气体则经由压电致动器13的支架132之间的空隙135而向下穿越至集气腔室162，透过贯穿孔163排出于集气板16外，当压电致动器13回复至图5A所示向下振动，共振片12的可动部121亦回复至初始位置，进而使中心凹部111内的气体再由共振片12的中央孔洞120而流入暂存腔室17内。如此重复如图5A至图5C所示的操作，即可实施本案的微型流体控制装置1的传输气体的运作。

综上所述，本案所提供的微型流体控制装置，主要借由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，如此构成微型流体控制装置可达到静音的功效，更可使微型流体控制装置的整体体积减小及薄型化，进而使微型流体控制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之中。因此，本案的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：微型流体控制装置

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：总线孔

12：共振片

120：中空孔洞

121：可动部

122：固定部

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：压电元件

134、151：导电接脚

135：空隙

141、142：绝缘片

15：导电片

16：集气板

160：凹置槽面

161：基准表面

162：集气腔室

163：贯穿孔

164：开窗口

17：暂存腔室

g0：间隙

Claims (6)

1.一种微型流体控制装置，其特征在于，包括：

一进气板；

一共振片，具有一中空孔洞；

一压电致动器；

一集气板，具有一凹置槽面、一基准表面及一贯穿孔，该凹置槽面具有一深度，可供该压电致动器、该共振片及该进气板依序堆叠容置组装定位其中，而该凹置槽面底部凹置形成一集气腔室，透过该贯穿孔与该基准表面连通，且该集气腔室受该压电致动器承载于上方而封闭；

其中该共振片与该压电致动器之间具有一间隙形成一暂存腔室，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，以进入该暂存腔室内再传输至该集气腔室，透过该贯穿孔排出该集气板外，以持续传输气体。

2.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该进气板具有至少一进气孔、至少一总线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，该总线孔对应该进气孔，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，以及该汇流腔室对应到该共振片的该中空孔洞。

3.如权利要求1所述的微型流体控制装置，其特征在于，该压电致动器包括有：

一悬浮板，可由一中心部到一外周部弯曲振动；

一外框，环绕设置于该悬浮板之外侧；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，以提供弹性支撑；

一压电元件，具有不大于该悬浮板边长的边长，贴附于该悬浮板的一第一表面上，用以施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

4.权利要求3所述的微型流体控制装置，其特征在于，该悬浮板为正方形的型态。

5.如权利要求3所述的微型流体控制装置，其特征在于，更包括两绝缘片及一导电片，且一该绝缘片、该导电片及另一该绝缘片依序设置于该压电致动器之下，且该导电片上设有一导电接脚，以及该压电致动器的该外框也向外凸设有一导电接脚。

6.权利要求5所述的微型流体控制装置，其特征在于，该集气板于一侧面设有一开窗口连通该凹置槽面，供使该导电片的该导电接脚及该压电致动器的该外框向外凸设的该导电接脚透过该开窗口凸伸于该集气板外方便连接进行电导通之用。