CN204357676U - 薄膜泵组件 - Google Patents

Abstract

本新型提供一种薄膜泵组件，包括有本体及薄膜，本体包括：基材、凹槽、进入管及输出管，凹槽位于基材之表面，进入管及输出管皆连通于凹槽，薄膜区分为第一区域及第二区域，第一区域覆盖于凹槽之开口，第二区域连接于第一区域，并且第一区域之上表面高于第二区域之上表面，薄膜呈现凸型，可以提升回弹力，增加腔体体积变形量，提升泵效率，并且避免破裂。

Description

薄膜泵组件

技术领域

本新型是关于一种薄膜泵，尤其是指一种具凸型薄膜组件的薄膜泵。

背景技术

在公知的薄膜泵中，于腔体的顶面设有薄膜，该薄膜的上方则平贴紧黏有驱动元件，此驱动元件通常为压电片；借此，在压电片通电变形的同时，带动薄膜产生形变，造成泵腔体的体积变化，进而产生流量。

薄膜式泵由于体积微小，其应用范围包含医疗输液产品、替代能源产品、散热及其他先进检测设备等。然而实际应用泵时，为了避免感染或检测误差，泵中与液体有接触的腔体必须用后丢弃。传统薄膜泵将驱动元件与薄膜黏死的设计，必须同时抛弃腔体与昂贵的驱动元件，使得压电式薄膜泵在使用上成本高。因此，设计出腔体与驱动元件可分离式之薄膜泵。但一般的薄膜耐受性不足，若驱动元件与薄膜之间没有黏胶，而直接撞击于薄膜，则薄膜易于破裂，并且一般的薄膜回弹力不足，也会使腔体分离式的泵性能下降。

实用新型内容

有鉴于此，本新型提供一种薄膜泵组件，其驱动元件与腔体可分离，并且具有回弹性高的凸型薄膜，藉以解决先前技术成本过高并且性能不足的问题。

本新型提供一种薄膜泵组件，其包括有本体及薄膜。本体包括：基材、凹槽、进入管及输出管。凹槽位于基材之表面，且进入管及输出管皆连通于凹槽。薄膜区分为第一区域及第二区域。第一区域覆盖于凹槽之开口，而第二区域连接于第一区域。其中，第一区域之上表面高于第二区域之上表面，即薄膜呈现凸型，藉以提升薄膜的回弹力、增加腔体体积变形量、提升泵效率，并且避免薄膜破裂。

本新型一实施例提供之薄膜泵组件，薄膜的第二区域围绕第一区域，薄膜受力时，造成薄膜变形集中在第二区域，第一区域则不变形，如此可使得薄膜在下压之后较易回弹到平衡位置。

本新型一实施例提供之薄膜泵组件，薄膜的第一区域之面积大于或等于开口面积的1/2、薄膜的第一区域之面积至少为开口面积的2/3、薄膜的第一区域之面积为开口面积的2/3～4/5，薄膜受力时，由于薄膜第一区域不易弯曲，在相同受力下可增加变形体积，提升泵的效率。

本新型一实施例提供之薄膜泵组件薄膜为一聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS，Polydimethyl siloxane)薄膜，并且第一区域之厚度为第二区域之厚度的二倍，才能使变形程度产生明显区别。

本新型一实施例提供之薄膜泵组件，薄膜的第二区域之厚度大于0.2mm，较佳薄膜的第二区域之厚度介于0.3-0.5mm之间，若厚度不足则薄膜本身张力不足，因此薄膜无法回弹，无法产生稳定的流量。

本新型一实施例提供之薄膜泵组件更包括：传力柱及驱动元件，传力柱一端指向第一区域，驱动元件连接传力柱的另一端，以带动传力柱来迫使薄膜反复进入及离开凹槽，其中驱动元件可为陶磁压电片。

本新型其中一实施例提供之薄膜泵组件，其中凹槽之内侧壁面呈阶段梯状，并且第一区域之外环周部分固定于其中任一阶段之上表面，将薄膜嵌置于基材之中，使得组装程序简化，并可以避免泄漏。

本新型其中一实施例提供之薄膜泵组件，其中本体更包括阀件，阀件包括阀本体、进入阀及输出阀，阀本体连接于基材；进入阀位于进入管远离凹槽之一端，进入阀嵌置于阀本体内近于基材的一面；输出阀位于输出管远离凹槽之一端，输出阀嵌置于基材远离凹槽的一面，利用单向阀门的特性，提升泵的效能。

本新型另一实施例提供之薄膜泵组件，其中基材区分为上基材及下基材，上基材呈环状中空，下基材连接于上基材，凹槽位于下基材之上表面，薄膜覆盖于凹槽之上，并且夹设于上基材与下基材之间，利用压制的方式固定各元件，可以减少粘剂的使用，提升组装的便利性，并且利用压制的方式来降低泄漏的机会。

附图说明

图1系本新型第一实施例之立体分解图；

图2系本新型第一实施例之剖视图；

图3系本新型之泵薄膜与腔体比例示意图；

图3A系本新型之泵腔内体积示意图；

图3B系本新型之泵腔内体积形变量示意图；

图4系本新型第二实施例之立体分解图；

图5系本新型第二实施例之构造剖视图；

图6系本新型第三实施例之立体分解图；

图7系本新型第三实施例之构造分解图；

图8a系本新型实施例之流量测试图表；及

图8b系本新型实施例之流量测试图表。

其中，附图标记：

11    本体            110   基材

110a  上基材          110b  下基材

111   凹槽            111a  最高槽面

111b  二阶槽面        111c  槽底

112   进入管          112a  第一区段进入管

112b  第二区段进入管  113   输出管

113a  第一区段输出管  113b  第二区段输出管

114   腔体环块        115   薄膜压制环

116   阀体压制环      12    薄膜

121   第一区域        122   第二区域

13    阀件            131   阀本体

132   进入阀          133   输出阀

90    驱动装置        901   驱动元件

902   传力柱          2a    直径

2b    薄膜直径        g/min 泵流量

Hz    压电片振动频率

具体实施方式

请参考图1系本新型第一实施例之立体分解图，本新型提供一种薄膜泵组件，泵组件的基本元件包括本体11及薄膜12。由于薄膜泵有各种实施与组合的形态，在第一实施例中的本体11还包括有阀件13，用来提升泵效率。

续参考图1及图2系本新型第一实施例之剖视图。本体11包括：基材110、凹槽111、进入管112、输出管113及阀件13。在本实施例中基材110略呈圆柱体，基材110的上表面具有凹槽111，凹槽111内侧壁面呈阶段梯状，依高度由低到高分别为槽底111c、二阶槽面111b及最高槽面111a，进入管112连通于凹槽111的槽底111c，输出管113亦连通凹槽110的槽底111c。

由于薄膜泵是微泵的一种形态，通常腔体半径介于2.25-7.5mm之间(但不以此为限)，腔体也就是指凹槽111与薄膜12之间所形成之腔室，由于薄膜泵的整体组件体积较小，为使加工更为容易，在本实施例中，基材110是一呈扁圆柱形的塑胶体，基材110上设有凹槽111，并且在凹槽111的底面具有二个孔洞，分别为作为进入管112及输出管113。在本实施例中进入管112之管径大于输出管113，如图1所示。

续参考图1，薄膜12完整覆盖于凹槽111，薄膜12区分为第一区域121及第二区域122，第一区域121之上表面高于第二区域122之上表面，使得薄膜12剖面略呈凸型，如图2所示。

在本实施例中薄膜12尺寸大于槽底111c，但符合二阶槽面111b之尺寸。换言之，也就是使薄膜12的第一区域121外环周部分固定于二阶槽面111b之上表面，可以使得薄膜12与基材110之接合更稳定，并且通过最高槽面111a的阻隔，避免薄膜12的左右位移。第二区域122连接于第一区域121，在本实施例中，第二区域122位于第一区域121的中央，换言之，第一区域121围绕环设于第二区域122的周围。第一实施例中，薄膜12为一体成型，但不以此为限，亦可以使用不同厚度或材质来相互连接。

续参考图1，薄膜泵的动力来源是驱动装置90，驱动装置90可以采用不同的致动方式，例如：压电式、静电式、热驱动式、电磁式及形状记忆合金式等。在本实施例中采用压电式，压电材料具良好的机械能与电能转换特性，如果对压电片施加电压，压电片会产生机械应力的振动，成为泵的动力来源。

驱动装置90包括有传力柱902及驱动元件901，驱动元件901在本实施例是为陶磁压电片，驱动元件901连接传力柱902的一端，传力柱902的另一端指向薄膜12的第一区域121，驱动元件901带动传力柱902来迫使薄膜12反复进入及离开凹槽111。

传力柱902基本上呈渐缩状，于连接驱动元件901之一端面积较大，于定位抵贴薄膜12之一端面积较小。

当传力柱902下压时，带动薄膜12压缩凹槽111之空间以产生压力。使位于凹槽111内部的流体或空气被压迫而从输出管113流出。当传力柱902上升时，传力柱902不再压迫薄膜12，而薄膜12回弹，凹槽111被压缩之空间得到释放，进而使在凹槽111内部压力减小，因此，流体或空气自输入管112流入。借着连续的上、下摆动作用，使得流体或空气可循序渐进地进入与输出。

在本实施例中本体11包括有阀件13，位于基材110远离开凹槽111之另一面，请参考图1及图2，阀件13包括阀本体131、进入阀132及输出阀133，进入阀132可以避免流体或空气自进入管112流出，输出阀133可以避免流体或空气自输出管113逆向回流，保持流体的单向流通以提升泵的整体效能。

请参考图2所示，进入阀132嵌置于阀本体131近于基材110的一面，输出阀133嵌置于基材110远离凹槽111的一面，并且进入管112近凹槽111的一端管径较大，另一端管径较小。输出管113近凹槽111端管径较小，另一端管径较大。

公知的泵薄膜呈平坦状，不具有本新型的凸型结构，此时假设薄膜与凹槽之间形成的腔体容积为A，当薄膜受压随之形变时腔体的容积A’变小，而其形变量用r来表示，也就是A-A’＝r。

请参考图3A系本新型之泵腔内体积示意图，本新型之薄膜12具有第一区域121及第二区域122，第一区域121之上表面高于第二区域122之上表面，薄膜12与凹槽111之间形成的腔体容积为B。

参考图3B系本新型之泵腔内体积形变量示意图，当传力柱902将第一区域121下压时，由于第一区域121厚度较厚，并且不易弯曲变形，使薄膜12的形变集中在增厚部分的周围。也就是薄膜12的形变集中在第二区域122，如此可使得薄膜12在传力柱902下压之后较易回弹到平衡位置。

续参考图3B，当传力柱902将第一区域121下压时，凹槽111与薄膜12之间形成之腔体变小，腔体容积为B’。其形变量用R来表示，也就是B-B’＝R。由于第一区域121不易弯曲变形，被传力柱902下压之后会占据更多的腔体容积，因此，可以得知R＞r，也就是本新型较公知的泵具有更佳的效能，每次驱动元件901的摆动可以造成较大的形变量，进而相同的摆动次数却可以带动更多的流量。

在本新型的薄膜泵组件之中，薄膜12的第一区域121及第二区域122彼此的关系与泵的效能有直接关系，下面将进行相关的讨论：

首先，薄膜12的第二区域122围绕第一区域121。由于传力柱902的下压位置是在第一区域121，致使薄膜12的形变会集中在增厚部分的周围。所以将第二区域122围绕设置于第一区域121，也就是让形变集中在第二区域122，可以使得薄膜12的回弹力提升，回弹力较均匀，回弹速率也较佳，得到比公知的泵更佳的效能。

第一区域121之面积大于或等于凹槽111之开口之面积的1/2。为达到提升效能，第一区域121之面积不能太小。较佳状况下，第一区域121之面积至少为凹槽111之开口面积的2/3。最佳状况下，第一区域121之面积为凹槽111之开口面积的2/3～4/5。换言之，在本实施例之中由于薄膜12为圆形，因此我们探讨凹槽111之半径a与第一区域121之半径b之间的关系，并请参考图3。本实施例首先采用直径(2a)为7.5mm之泵进行实测，所得之结果请参考图8a系本新型实施例之流量测试图表。图表之x轴表示压电片振动频率由0Hz到140Hz，y轴表示泵的流量由0～25g/min(克/分钟)，▼表示薄膜直径(2b)为7mm，○表示薄膜直径(2b)为6mm，●表示薄膜直径(2b)为5.25mm，由图表可以看出当半径比(b/a)在0.6～0.8之间时，薄膜泵都能有良好的流量表现，若是超出此范围，如▼线段之半径比为0.933，反而薄膜泵效能下降。请参考图8b，当采用直径(2a)为10mm之泵进行实测时，亦可以得到与图8a类似的结果。

在本新型实施例中的第一区域121之厚度为第二区域122之厚度的至少二倍或二倍以上。由于传力柱902直接撞击在第一区域121上，第一区域121必须具有足够的厚度，可避免破损的状况发生。并且除了也可以提升腔体容积的形变量，提升泵效能之外，提升泵组件的耐受性。

在本新型实施例中薄膜12采用PDMS(Polydimethyl siloxane)材质，中文为聚二甲基硅氧烷。PDMS是一种类似透明的橡胶材料，具有高韧性。在其他实施例中亦可使用PI、硅胶、PE、金属薄膜等…弹性薄膜材质。在本实施例中若薄膜12的第二区域122过厚，例如超过1mm，则压电片力量不足，无法产生足够的下压力使薄膜12产生形变。若薄膜12的第二区域122太薄，则本身张力不足，无法回弹，故无法产生稳定的流量。所以第二区域122之厚度至少必须大于0.2mm，较佳的状况下第二区域122之厚度介于0.3-0.5mm之间，可以产生足够的回弹力，使泵达到较佳的效能。

请参图4系本新型第二实施例之立体分解图，本新型的第二实施例中，驱动元件901前端具有传力柱902，传力柱902对应到泵组件的薄膜之第一区域121。

请参考图5系本新型第二实施例之构造剖视图，在本实施例中泵组件的基材11，包括有上基材110a及下基材110b，上基材110a呈环状中空，下基材110b之上表面具有凹槽111，薄膜12覆盖位于凹槽111之上，并且夹设于上基材110a与下基材110b之间。

薄膜12区分为较厚的第一区域121及较薄的第二区域122，第一区域121位于第二区域122的中央。下基材110b上设置有进入管112及输出管113，进入管112与凹槽111之间具有进入阀132，使进入管112保持单向流动，输出阀133位于输出管113于远离凹槽111的一侧，换言之，也就是下基材110b的另一面具有输出阀133，使输出管113只能单向输出，避免回流。

在本实施例中，本体11还包括有腔体环块114、阀体压制环116，腔体环块114设置于下基材110b之凹槽111，且位于进入阀132之上，以压制进入阀132，使进入管112仅容许流体自外部流入凹槽111；阀体压制环116位于下基材110b远离凹槽111之另一面，且位于输出阀133之上，以压制输出阀133，使输出管113仅容许流体自凹槽111流向外部。

在本实施例中，本体11还包括有薄膜压制环115，位于薄膜12上，以压制薄膜12于凹槽111之上，并完整覆盖凹槽111。

上述之腔体环块114、阀体压制环116及薄膜压制环115，在进行材质挑选时，也可以选择具有弹性的材质，可以使得压制效果更提升，制造与组装的过程更简化，以降低成本，并且将各元件迭合锁固后，由于其弹性也可以防止流体的泄漏。

请参考图6系本新型第三实施例之立体分解图，泵组件呈方形，泵组件包括有薄膜12、上基材110a及下基材110b，并且薄膜12对应驱动装置90。

参考图7系本新型第三实施例之构造分解图，薄膜12区分为第一区域121及第二区域122，第一区域121之上表面高于第二区域122之上表面，其中薄膜12的第一区域121也配合凹槽111之形状而呈现方形。在此实施例中利用上基材110a的中空部分与下基材110b的上表面迭置形成有凹槽111。换言之，凹槽111的深度也就是上基材110a的厚度，而下基材110b的上表面成为凹槽111的槽底。在本实施例中，上基材110a包括有第一区段进入管112a及第一区段输出管113a，管道采用渐张/渐缩式的设计。

在泵排出的过程中，传力柱902向下压的作用力使薄膜12与凹槽111所形成之腔体的体积减小，腔体内的流体受挤压而向两端排出，第一区段进入管112a是渐缩管，第一区段输出管113a则是渐张管，流体经由渐张管排出的流量会大于经由渐缩管流出的流量，使得流体产生单向的流动。

下基材110b包括第二区段进入管112b及第二区段输出管113b，由于渐张/渐缩式的管道设计使得第一区段进入管112a及第一区段输出管113a产生不同的内压力，而造成流体会经由第二区段进入管112b流向第一区段进入管112a，由第一区段输出管流向第二区段输出管113b。

虽然本新型的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本新型，任何本领域技术人员，在不脱离本新型之精神所作些许之更动与润饰，皆应涵盖于本新型的范畴内，因此本新型之保护范围当以权利要求书为准。

Claims (13)

1.一种薄膜泵组件，其特征在于，包括：

一本体，包括：

一基材；

一凹槽，位于该基材之表面；

一进入管，连通于该凹槽；及

一输出管，连通该凹槽；及

一薄膜，包括：

一第一区域，覆盖于该凹槽之开口；及

一第二区域，连接于该第一区域，其中该第一区域之上表面高于该第二区域之上表面。

2.如权利要求1所述之薄膜泵组件，其特征在于，还包括：

一传力柱，一端指向该第一区域；及

一驱动元件，连接该传力柱的另一端，以带动该传力柱来迫使该薄膜反复进入及离开该凹槽。

3.如权利要求2所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该凹槽之内侧壁面呈阶段梯状，该第一区域之外环周部分固定于其中任一阶段之上表面。

4.如权利要求2所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该本体还包括一阀件，包括：

一阀本体，连接于该基材；

一进入阀，位于该进入管远离该凹槽之一端，该进入阀嵌置于该阀本体近于该基材的一面；及

一输出阀，位于该输出管远离该凹槽之一端，该输出阀嵌置于该基材远离该凹槽的一面。

5.如权利要求2所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该基材还包括：

一上基材，该上基材呈环状中空；及

一下基材，连接于该上基材，该凹槽位于该下基材之上表面，该薄膜覆盖于该凹槽之上，并且夹设于该上基材与该下基材之间。

6.如权利要求1-5任一所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该第二区域围绕该第一区域。

7.如权利要求1-5任一所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该第一区域之面积大于或等于该开口面积的1/2。

8.如权利要求7所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该第一区域之面积至少为该开口面积的2/3。

9.如权利要求8所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该第一区域之面积为该开口面积的2/3～4/5。

10.如权利要求1-5任一所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该薄膜为一聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS，Polydimethyl siloxane)。

11.如权利要求10任一所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中该第一区域之厚度为该第二区域之厚度的二倍。

12.如权利要求11任一所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中第二区域之厚度大于0.2mm。

13.如权利要求12任一所述之薄膜泵组件，其特征在于，其中第二区域之厚度介于0.3-0.5mm之间。