CN111911392A - 微型压电泵 - Google Patents

Abstract

一种微型压电泵，包含：一管板，具有一入流管、一出流管、一入流通道、一出流通道、一正压腔室、一负压腔室以及一容置腔室，入流通道设置于入流管内并贯穿入流管，出流通道设置于出流管内并贯穿出流管，入流通道与负压腔室相连通且出流通道与正压腔室相连通，容置腔室设置于正压腔室以及负压腔室之间；一盖板，封盖于管板上；以及一泵核心模块，容置于管板的容置腔室中；其中，泵核心模块汲取负压腔室内的流体进入泵核心模块后，流入正压腔室，接着再从出流通道流出，同时，外部流体亦会自入流通道流入负压腔室内，以完成流体的传输。

Description

微型压电泵

技术领域

本案关于一种微型泵，尤指一种微型、静音及快速传输高流量流体的微型压电泵。

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致动器为其关键技术。

随着科技的日新月异，流体输送结构的应用上亦愈来愈多元化，举凡工业应用、生医应用、医疗保健、电子散热等等，甚至近来热门的穿戴式装置皆可见它的踨影，可见传统的流体致动器已渐渐有朝向装置微小化、流量极大化的趋势。

因此，如何借由创新的封装结构，使流体致动器得以增加其应用广泛性，为当前重要的发展课题。

发明内容

本案的主要目的是提供一种微型压电泵，具有一外壳结构，使得一泵核心模块设置于外壳结构内时，不仅可以达到保护泵核心模块的功效，亦可于外壳结构内产生负气压以及正气压的效果，借以传输流体。

本案的一广义实施态样为一种微型压电泵，包含一管板、一盖板以及一泵核心模块。管板具有一入流管、一出流管、一入流通道、一出流通道、一正压腔室、一负压腔室以及一容置腔室。入流通道设置于入流管内并贯穿入流管。出流通道设置于出流管内并贯穿出流管。入流通道与负压腔室相连通，并且出流通道与正压腔室相连通。容置腔室设置于正压腔室以及负压腔室之间。盖板封盖于该管板上，并具有一凹部以及一围绕凹部之外周部。泵核心模块容置于管板的容置腔室中，并被盖板封闭在管板中，借此，正压腔室形成于泵核心模块与管板之间。泵核心模块汲取负压腔室内的流体进入泵核心模块后，流入正压腔室，接着再从出流通道流出管板外，同时，外部流体亦会自入流通道流入负压腔室内，以完成流体的传输。

附图说明

图1为本案微型压电泵的第一实施例的立体示意图。

图2为本案微型压电泵的第一实施例的立体分解示意图。

图3A及图3B分别为本案第一实施例的管板的正面及背面示意图。

图3C为本案第一实施例的管板的立体部分透视图。

图4A及图4B分别为本案第一实施例的盖板的正面及背面示意图。

图5A为本案第一实施例的泵核心模块的立体分解示意图。

图5B为本案第一实施例的泵核心模块的另一立体分解示意图。

图6A为本案泵核心模块的剖面示意图。

图6B为本案泵核心模块另一实施态样的剖面示意图。

图6C至图6E为本案泵核心模块的作动示意图。

图7A为自图3A中A-A剖面线所得的剖面示意图。

图7B为自图3A中B-B剖面线所得的剖面示意图。

图7C为本案第一实施例的进流作动示意图。

图7D为本案第一实施例的泄流作动示意图。

图8为本案微型压电泵的第二实施例的管板的立体示意图。

图9为本案第二实施例的管板的正面示意图。

图10A为自图9中C-C剖面线所得的剖面示意图。

图10B为自图9中D-D剖面线所得的剖面示意图。

图10C为本案第二实施例的进流作动示意图。

图10D为本案第二实施例的泄流作动示意图。

附图标记说明

10、10'：微型压电泵

1、1'：管板

11：入流管

11a：入流通道

12：出流管

12a：出流通道

13：接脚开口

14：脊部

2：盖板

21：外周部

22：凹部

3：泵核心模块

31：进流板

31a：进流孔

31b：汇流排槽

31c：汇流腔室

32：共振片

32a：中空孔

32b：可动部

32c：固定部

33：压电致动器

33a：悬浮板

33b：外框

33c：支架

33d：间隙

33e：第一导电接脚

34：压电元件

35：第一绝缘片

36：导电片

36a：电极

36b：第二导电接脚

37：第二绝缘片

38：共振腔室

C1：正压腔室

C2：容置腔室

C3：负压腔室

h1：入流开口

h2：出流开口

A-A、B-B、C-C、D-D：剖面线

具体实施方式

体现本案特征与优点的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当作说明之用，而非用以限制本案。

请参阅图1至图3，本案提供一种微型压电泵10，包含一管板1、一盖板2以及一泵核心模块3。泵核心模块3被盖板2封盖于管板1内以形成微型压电泵10。

请参阅图3A至图3C、图7A以及图7B，于本案第一实施例中，管板1具有一入流管11、一出流管12、多个接脚开口13、一脊部14、一正压腔室C1、一容置腔室C2、一负压腔室C3、一入流开口h1以及一出流开口h2。入流管11具有一入流通道11a，设置于入流管11内并贯穿入流管11。出流管12具有一出流通道12a，设置于出流管12内并贯穿出流管12。入流通道11a与负压腔室C3相连通。出流通道12a与正压腔室C1相连通。容置腔室C2设置于正压腔室C1以及负压腔室C3之间。脊部14凸设于管板1内，并且容置腔室C2形成于脊部14中。于本案第一实施例中，脊部14为一环状形态，但不以此为限，脊部14的形态于其他实施例中可依设计需求而变更。于本案第一实施例中，入流通道11a为一弯折通道，但不以此为限，入流通道11a的形态于其他实施例中可依设计需求而变更。入流开口h1连通于入流通道11a以及负压腔室C3之间，并且由于入流通道11a的弯折设计，入流开口h1设置于脊部14上。而出流开口h2连通于出流通道12a以及正压腔室C1之间。

值得注意的是，于本案第一实施例中，入流管11以及出流管12设置于管板1的同一侧，但不以此为限，入流管11以及出流管12的设置于其他实施例中可依设计需求而变更。

请参阅图3A、图4A、图4B、图7A以及图7B，于本案第一实施例中，盖板2封盖于管板1上，并具有一外周部21以及一凹部22。外周部21围绕凹部22以及管板1的脊部14，借此管板1的脊部14凸伸入盖板2的凹部22内。此外，于本案第一实施例中，盖板2的凹部22的一深度大于管板1的脊部14的一高度，如此，负压腔室C3得以形成于盖板2与管板1之间。

请参阅图2、图5A、图5B、图6A及图7A，于本案第一实施例中，泵核心模块3容置于管板1的容置腔室C2中，并被盖板2封闭在管板1中。借此，正压腔室C1形成于泵核心模块3与管板1之间，负压腔室C3形成于盖板2与泵核心模块3之间。于本案第一实施例中，泵核心模块3由一进流板31、一共振片32、一压电致动器33、一第一绝缘片35、一导电片36及一第二绝缘片37依序堆叠组成。进流板31具有至少一进流孔31a、至少一汇流排槽31b及一汇流腔室31c。进流孔31a供导入流体，并贯通汇流排槽31b。汇流排槽31b与汇流腔室31c相连通，借此，进流孔31a所导入的流体得以通过汇流排槽31b后汇流至汇流腔室31c中。于本案第一实施例中，进流孔31a与汇流排槽31b的数量相同，分别为4个，但不以此为限，进流孔31a与汇流排槽31b的数量可依设计需求而变更。如此，四个进流孔31a分别贯通四个汇流排槽31b，且四个汇流排槽31b与汇流腔室31c相连通。

于本案第一实施例中，共振片32接合于进流板31上，且具有一中空孔32a、一可动部32b及一固定部32c。中空孔32a位于共振片32的中心处，并与进流板31的汇流腔室31c的位置对应。可动部32b设置于中空孔32a的周围，而固定部32c设置于共振片32的外周缘部分并固定接合于进流板31上。

于本案第一实施例中，压电致动器33接合于共振片32上，并包含一悬浮板33a、一外框33b、至少一支架33c、一压电元件34、至少一间隙33d及一第一导电接脚33e。悬浮板33a为一正方型形态，可弯曲振动。悬浮板33a之所以采用正方形，乃相较于圆形形态的设计，正方形形态悬浮板33a的结构具有明显省电的优势。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，又因正方形形态悬浮板33a的共振频率明显较圆形形态悬浮板低，故其相对的消耗功率亦明显较低，亦即本案所采用正方形形态设计的悬浮板33a，具有省电优势的效益。外框33b环绕设置于悬浮板33a之外侧。至少一支架33c连接于悬浮板33a与外框33b之间，用以提供悬浮板33a弹性支撑的支撑力。压电元件34具有一边长，该边长小于或等于悬浮板33a的一边长，且压电元件34贴附于悬浮板33a的一表面上，用以被施加电压以驱动悬浮板33a弯曲振动。悬浮板33a、外框33b与支架33c之间构成至少一间隙33d，用以供流体通过。第一导电接脚33e从外框33b之外缘凸伸。

于本案第一实施例中，导电片36从内缘凸伸一电极36a，呈弯曲状，以及从外缘凸伸一第二导电接脚36b。电极36a电性连接压电致动器33的压电元件34。压电致动器33的第一导电接脚33e以及导电片36的第二导电接脚36b向外接通外部电流，借以驱动压电致动器33的压电元件34。第一导电接脚33e以及第二导电接脚36b分别自管板1的接脚开口13凸伸至管板1外。此外，第一绝缘片35以及第二绝缘片37的设置，可避免短路的发生。

请参阅图6A，于本案第一实施例中，悬浮板33a与共振片32之间形成一共振腔室38。共振腔室38可借由在共振片32及压电致动器33之外框33b之间的间隙填充一材质而形成，例如：导电胶，但不以此为限，以使共振片32与悬浮板33a之间可维持一定深度，进而可导引流体更迅速地流动。并且，因悬浮板33a与共振片32之间保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音的产生降低。于其他实施例中，亦可借由加高压电致动器33之外框33b的高度来减少共振片32与压电致动器33之外框33b之间的间隙填充材质的厚度。如此，泵核心模块3于整体组装时，填充材质不会因热压温度及冷却温度产生变化而被间接影响，可避免填充材质因热胀冷缩因素影响到成型后共振腔室38的实际间距，但不以此为限。此外，共振腔室38的大小会影响泵核心模块3的传输效果，故维持一固定大小的共振腔室38对于泵核心模块3提供稳定的传输效率是十分重要的。因此，如图6B所示，于另一实施例中，悬浮板33a可采以冲压成型制程使其向上延伸一距离，其向上延伸距离可由成型于悬浮板33a与外框33b之间的至少一支架33c调整，使悬浮板33a的表面与外框33b的表面两者为非共平面。利用在外框33b的组配表面上涂布少量填充材质，例如：导电胶，以热压方式使压电致动器33贴合于共振片32的固定部32c，进而使得压电致动器33得以与共振片32组配接合。如此直接透过将上述压电致动器33的悬浮板33a采以冲压成型制程构成共振腔室38的结构改良，所需的共振腔室38得以透过调整压电致动器33的悬浮板33a冲压成型距离来完成，有效地简化了调整共振腔室38的结构设计，同时也简化了制程、缩短制程时间。此外，第一绝缘片35、导电片36及第二绝缘片37皆为框形的薄形片体，依序堆叠于压电致动器33上以构成泵核心模块3整体结构。

为了了解泵核心模块3的作动方式，请继续参阅图6C至图6E，于本案第一实施例中，如图6C所示，压电致动器33的压电元件34被施加驱动电压后产生形变，带动悬浮板33a朝远离进流板31的方向位移，此时共振腔室38的容积提升，于共振腔室38内形成了负压，便汲取汇流腔室31c内的流体流经共振片32的中空孔32a进入共振腔室38内，同时共振片32受到共振原理的影响同步向远离进流板31的方向位移，连带增加了汇流腔室31c的容积，且因汇流腔室31c内的流体进入共振腔室38的关系，造成汇流腔室31c内同样为负压状态，进而通过进流孔31a及汇流排槽31b来吸取流体进入汇流腔室31c内。接着如图6D所示，压电元件34带动悬浮板33a向靠近进流板31的方向位移，压缩共振腔室38，同样的，共振片32因共振被悬浮板33a带动而向靠近进流板31的方向位移，推挤共振腔室38内的流体通过间隙33d流出泵核心模块3，以达到流体传输的效果。最后如图6E所示，当悬浮板33a朝远离进流板31的方向位移回到初始位置时，共振片32也同时被带动而朝远离进流板31的方向位移，此时的共振片32压缩共振腔室38，使共振腔室38内的流体向间隙33d移动，并且提升汇流腔室31c内的容积，让流体能够持续地通过进流孔31a、汇流排槽31b来汇聚于汇流腔室31c内。透过不断地重复上述图6C至图6E所示的泵核心模块3的作动步骤，使泵核心模块3能够连续将流体自进流孔31a导引进入进流板31及共振片32所构成流道，产生压力梯度，再由间隙33d排出，使流体高速流动，达到泵核心模块3传输流体的操作。

请参阅图7C以及图7D，当泵核心模块3作动时，泵核心模块3汲取负压腔室C3内的流体进入泵核心模块3后，流入正压腔室C1，接着再通过出流开口h2从出流管12的出流通道12a流出微型压电泵10外，同时，外部流体自入流管11的入流通道11a被吸入，通过入流开口h1后进入负压腔室C3中，以完成流体的传输。

请参阅图8至图10D，于本案第二实施例中，仅管板1'的结构与第一实施例中管板1的结构不同，而其不同的处在于入流管11以及出流管12的配置方式。于本案第二实施例中，入流管11以及出流管12设置于管板1的相对两侧，但不以此为限。值得注意的是，入流管11以及出流管12于其他实施例中可仅设置于管板1的不同侧，例如：相邻的两侧。本案第二实施例的作动方式与第一实施例的作动方式相同，故不加以赘述。因第二实施例中的出流管12设置于入流管11的相对侧，故图10D中流体的流出方向与第一实施例中流体的流出方向不同，即第一实施例的流体于同侧流入与流出；而第二实施例的流体于不同侧流入与流出，但不影响流体的传输。

值得注意的是，于本案第一实施例中，透过将微型压电泵10的入流管11以及出流管12皆设置于管板1的侧边的设计，可使得流体得以从微型压电泵1的侧边传输，达到薄型化的目的。此外，管板1的整体结构呈现一多方向阶梯式的腔室设计，得以利用负压以及正压的作用配合，完成流体的传输。再者，于本案第一实施例以及第二实施例中，微型压电泵10的整体总厚度为2至5微米，但不以此为限。

综上所述，本案所提供的微型压电泵，不仅可以达到薄型化以及保护泵核心模块的功效，亦可借由多方向阶梯式腔室的设计，于管板内产生负气以及正压的效果，借以传输流体。

本案得由熟知此技术的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。

Claims (13)

1.一种微型压电泵，其特征在于，包含：

一管板，具有一入流管、一出流管、一入流通道、一出流通道、一正压腔室、一负压腔室以及一容置腔室，该入流通道设置于该入流管内并贯穿该入流管，该出流通道设置于该出流管内并贯穿该出流管，该入流通道与该负压腔室相连通，并且该出流通道与该正压腔室相连通，该容置腔室设置于该正压腔室以及该负压腔室之间；

一盖板，封盖于该管板上，并具有一凹部以及一围绕该凹部之外周部；以及

一泵核心模块，容置于该管板的该容置腔室中，并被该盖板封闭在该管板中，借此，该正压腔室形成于该泵核心模块与该管板之间；

其中，该泵核心模块汲取该负压腔室内的流体进入该泵核心模块后，流入该正压腔室，接着再从该出流通道流出该管板外，同时，外部流体亦会自该入流通道流入该负压腔室内，以完成流体的传输。

2.如权利要求1所述的微型压电泵，其特征在于，该管板还具有一脊部，凸设于该管板内，该容置腔室形成于该脊部中，并且该盖板的该外周部围绕该脊部。

3.如权利要求2所述的微型压电泵，其特征在于，该管板还具有一入流开口以及一出流开口，该入流开口连通于该入流通道以及该负压腔室之间，并设置于该脊部上，而该出流开口连通于该出流通道以及该正压腔室之间。

4.如权利要求2所述的微型压电泵，其特征在于，该盖板的该凹部的一深度大于该管板的该脊部的一高度，借此该负压腔室得以形成于该盖板以及该泵核心模块之间。

5.如权利要求1所述的微型压电泵，其特征在于，该入流通道为一弯折通道。

6.如权利要求1所述的微型压电泵，其特征在于，该入流管以及该出流管设置于该管板的同一侧。

7.如权利要求1所述的微型压电泵，其特征在于，该入流管以及该出流管设置于该管板的不同侧。

8.如权利要求7所述的微型压电泵，其特征在于，该入流管以及该出流管设置于该管板的相对两侧。

9.如权利要求1所述的微型压电泵，其特征在于，该泵核心模块包含：

一进流板，具有至少一进流孔、至少一汇流排槽及一汇流腔室，其中该进流孔供导入流体，并贯通该汇流排槽，该汇流排槽与该汇流腔室相连通，借此，该进流孔所导入的流体得以通过该汇流排槽后汇流至该汇流腔室中；

一共振片，接合于该进流板上，具有一中空孔、一可动部及一固定部，该中空孔位于该共振片中心处，并与该进流板的该汇流腔室的位置相对应，该可动部设置于该中空孔周围，而该固定部设置于该共振片的外周缘部分并固定接合在该进流板上；以及

一压电致动器，接合于该共振片上；

其中，该共振片与该压电致动器之间形成一共振腔室，借此，当该压电致动器受驱动时，该压电致动器与该共振片的该可动部产生共振，流体由该进流板的该进流孔导入，通过该汇流排槽后汇集至该汇流腔室中，接着再流经该共振片的该中空孔，达成流体的传输。

10.如权利要求9所述的微型压电泵，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，为一正方形形态，可弯曲振动；

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，用以提供该悬浮板弹性支撑的支撑力；以及

一压电元件，具有一边长，该边长小于或等于该悬浮板的一边长，且该压电元件贴附于该悬浮板的一表面上，用以被施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

11.如权利要求10所述的微型压电泵，其特征在于，该泵核心模块还包含一第一绝缘片、一导电片及一第二绝缘片，其中该进流板、该共振片、该压电致动器、该第一绝缘片、该导电片及该第二绝缘片依序堆叠设置。

12.如权利要求11所述的微型压电泵，其特征在于，该压电致动器还包含一第一导电接脚，从该外框之外缘凸伸，该导电片具有一第二导电接脚，自该导电片之外缘凸伸，而该管板具有多个接脚开口，该第一导电接脚以及该第二导电接脚分别自该多个接脚开口凸伸至该管板外。

13.如权利要求9所述的微型压电泵，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，为一正方形形态，可弯曲振动；

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，用以提供该悬浮板弹性支撑，并使该悬浮板的一表面与该外框的一表面形成一非共平面结构，且使该悬浮板的一表面与该共振板之间形成一腔室空间；以及

一压电元件，具有一边长，该边长小于或等于该悬浮板的一边长，且该压电元件贴附于该悬浮板的一表面上，用以施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

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