KR102382259B1 - 소형 유체 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

소형 유체 제어 장치는 압전 액추에이터 및 하우징을 포함한다. 압전 액추에이터는 서스펜션 플레이트, 외부 프레임, 하나 이상의 브래킷 및 압전 세라믹 플레이트를 포함한다. 압전 세라믹 플레이트는 서스펜션 플레이트의 제1 표면에 결부되고, 서스펜션 플레이트보다 크지 않은 길이를 갖는다. 하우징은 가스 포집 플레이트 및 베이스를 포함한다. 가스 포집 플레이트는 측벽을 가진 프레임 몸체이고 복수의 천공을 포함한다. 베이스는 압전 액추에이터의 바닥을 밀봉하고, 서스펜션 플레이트의 중간부에 상응되는 중앙 구멍을 갖는다. 전압이 압전 액추에이터에 인가되면, 서스펜션 플레이트는 만곡 진동을 받을 수 있고, 유체는 베이스의 중앙 구멍으로부터 가스 포집 챔버로 전달되고, 천공으로부터 배출된다.

Description

소형 유체 제어 장치{MINIATURE FLUID CONTROL DEVICE}
본 발명은 유체 제어 장치 특히 소형 공압 장치를 위한 얇고 조용한 소형 유체 제어 장치에 관한 것이다.
과학 기술의 발달로 제약 산업, 컴퓨터 기술, 인쇄 산업 또는 에너지 산업과 같은 많은 분야에서 사용되는 유체 이송 장치가 정교화 및 소형화 추세로 발전되고 있다. 이러한 유체 이송 장치는 예를 들어 마이크로 펌프, 마이크로 분무기, 프린트 헤드 또는 산업용 프린터에 사용되는 중요한 구성 요소이다. 따라서, 유체 이송 장치의 개선된 구조를 제공하는 것이 중요하다.
예를 들어, 제약 산업에서, 유체 제어 장치 또는 공압 기계는 가스를 전달하기 위해 모터 또는 압력 밸브를 사용한다. 그러나 모터 및 압력 밸브의 체적 제한 때문에, 공압 장치 또는 공압 기계는 부피가 크다. 즉, 종래의 공압 장치는 소형화 요구에 부응하지 못하고, 휴대용 장비에 설치되거나 또는 휴대용 장비와 협력할 수 없으며, 더구나 휴대할 수도 없다. 또한, 모터 또는 압력 밸브의 작동 중에, 성가신 소음이 발생하기 쉽다. 즉, 종래의 공압 장치는 사용자에게 친근하지도 편리하지도 않다.
따라서, 이러한 단점들을 해결하기 위해, 작고, 소형이며, 조용하고, 휴대 가능하고 편리한 장점을 가진 소형 공압 장치를 위한 소형 유체 제어 장치를 제공할 필요가 있다.
본 발명은 휴대용 또는 착용식 장비 또는 기계를 위한 소형 유체 제어 장치를 제공한다. 압전 세라믹 플레이트가 고주파수에서 작동될 때, 소형 유체 제어 장치의 유체 채널에서 압력 구배가 발생되어 가스가 고속으로 흐르게 된다. 또한, 공급 방향과 배출 방향 사이에 임피던스 차가 있기 때문에, 가스는 유입구 측으로부터 배출구 측으로 전달될 수 있다. 그에 따라, 소형 공압 장치를 위한 소형 유체 제어 장치는 작고, 가늘고, 휴대가 가능하며 조용하다.
본 발명의 일 실시 형태에 따라 소형 유체 제어 장치가 제공된다. 소형 유체 제어 장치는 압전 액추에이터 및 하우징을 포함한다. 압전 액추에이터는 서스펜션 플레이트, 외부 프레임, 하나 이상의 브래킷, 및 압전 세라믹 플레이트를 포함한다. 서스펜션 플레이트는 정방형이고 중간부에서 주변부로 만곡 진동(curvy vibration)을 받게 된다. 외부 프레임은 서스펜션 플레이트 주위에 배열된다. 하나 이상의 브래킷이 서스펜션 플레이트를 탄성 지지하기 위해 서스펜션 플레이트와 외부 프레임 사이에서 연결된다. 압전 세라믹 플레이트의 길이는 서스펜션 플레이트의 길이보다 크지 않으며, 압전 세라믹 플레이트는 서스펜션 플레이트의 제1 표면에 결부된다. 전압이 압전 세라믹 플레이트에 인가되면, 서스펜션 플레이트는 만곡 진동을 받도록 구동된다. 하우징은 가스 포집 플레이트 및 베이스를 포함한다. 가스 포집 플레이트는 측벽을 갖는 프레임 몸체이며, 가스 포집 플레이트의 한 표면은 오목하여 가스 포집 챔버를 형성하고, 압전 액추에이터는 가스 포집 챔버 내에 수용된다. 베이스는 압전 액추에이터의 바닥을 밀봉하고, 서스펜션 플레이트의 중간부에 상응하는 중앙 구멍(central aperture)을 갖는다. 가스 포집 플레이트는 복수의 천공(perforation)을 포함한다. 전압이 압전 액추에이터에 인가되면, 서스펜션 플레이트는 만곡 진동을 받게 되고, 유체는 베이스의 중앙 구멍으로부터 가스 포집 챔버로 전달되며, 천공으로부터 배출된다.
본 발명의 상기 내용은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 검토한 후 당업자에게 보다 쉽게 명백해질 것이다:
도 1A는 본 발명의 일 실시예 및 제1 관점에 따른 소형 공압 장치를 도시한 개략적 분해도;
도 1B는 도 1A의 소형 공압 장치를 도시한 개략적 조립도;
도 2A는 본 발명의 실시예 및 제2 관점에 따른 소형 공압 장치를 도시한 개략적 분해도;
도 2B는 도 2A의 소형 공압 장치를 도시한 개략적 조립도;
도 3A는 도 1A의 소형 공압 장치의 압전 액추에이터를 정면에서 본 개략적 사시도;
도 3B는 도 1A의 소형 공압 장치의 압전 액추에이터를 후방 측에서 본 개략적 사시도;
도 3C는 도 1A의 소형 공압 장치의 압전 액추에이터를 도시한 개략적 단면도;
도 4A 내지 도 4C는 본 발명의 소형 공압 장치에 사용되는 다양한 예시적인 압전 액추에이터의 개략적인 도면;
도 5A 내지 도 5E는 도 1A의 소형 공압 장치의 소형 유체 제어 장치의 작동을 개략적으로 도시한 도면;
도 6A는 도 1A의 소형 공압 장치의 소형 밸브 장치와 가스 포집 플레이트의 가스 포집 작동을 개략적으로 도시한 도면;
도 6B는 도 1A의 소형 공압 장치의 소형 밸브 장치와 가스 포집 플레이트의 가스 해제 작동을 개략적으로 도시한 도면;
도 7A 내지 도 7E는 도 1A의 소형 공압 장치의 가스 포집 작동을 개략적으로 도시한 도면; 및
도 8은 도 1A의 소형 공압 장치의 가스 해제 작동 또는 감압 작동을 개략적으로 도시한 도면.
이제, 본 발명은 다음의 실시예들에 의해 구체적으로 설명될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 하기에 기술된 내용은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제시된 것이라는 점에 유의해야 한다. 따라서 하기 내용은 다음에 기술된 정확한 형태로만 제한하려거나 배타적인 것이 아니다.
본 발명은 소형 공압 장치를 제공한다. 소형 공압 장치는 가스 운송을 위해 제약 산업, 에너지 산업, 컴퓨터 기술 또는 인쇄 산업과 같은 많은 분야에서 사용될 수 있다.
도 1A, 도 1B, 도 2A, 도 2B 및 도 7A 내지 도 7E를 참조하라. 도 1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 공압 장치를 제1 관점에서 본 개략적 분해도이다. 도 1B는 도 1A의 소형 공압 장치를 나타내는 개략적 조립도이다. 도 2A는 본 발명의 실시예에 따른 소형 공압 장치를 제2 관점에서 본 개략적 분해도이다. 도 2B는 도 2A의 소형 공압 장치를 도시한 개략적 조립도이다. 도 7A 내지 도 7E는 도 1A의 소형 공압 장치의 가스 포집 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1A 및 도 2A에 도시된 것과 같이, 소형 공압 장치(1)는 소형 유체 제어 장치(1A) 및 소형 밸브 장치(1B)를 포함한다. 상기 실시예에서, 소형 유체 제어 장치(1A)는 하우징(1a), 압전 액추에이터(13), 제1 절연 플레이트(141), 전도성 플레이트(15) 및 제2 절연 플레이트(142)를 포함한다. 하우징(1a)은 가스 포집 플레이트(16) 및 베이스(10)를 포함한다. 베이스(10)는 가스 유입 플레이트(11) 및 공진 플레이트(12)를 포함한다. 압전 액추에이터(13)는 공진 플레이트(12)와 정렬된다. 가스 유입 플레이트(11), 공진 플레이트(12), 압전 액추에이터(13), 제1 절연 플레이트(141), 전도성 플레이트(15), 제2 절연 플레이트(142) 및 가스 포집 플레이트(16)는 서로 순차적으로 적층된다. 또한, 압전 액추에이터(13)는 서스펜션 플레이트(130), 외부 프레임(131), 하나 이상의 브래킷(132) 및 압전 세라믹 플레이트(133)를 포함한다. 상기 실시예에서, 소형 밸브 장치(1B)는 밸브 플레이트(17) 및 가스 배출 플레이트(18)를 포함한다.
도 1A에 도시된 것과 같이, 가스 포집 플레이트(16)은 바닥 플레이트와 측벽(168)을 포함한다. 측벽(168)은 바닥 플레이트의 에지들로부터 돌출된다. 가스 포집 플레이트(16)의 길이는 9mm 내지 17mm 사이에 있다. 가스 포집 플레이트(16)의 폭은 9mm 내지 17mm 사이에 있다. 바람직하게는, 가스 포집 플레이트(16)의 길이/폭 비율은 0.53 내지 1.88 사이에 있다. 또한, 수용 공간(16a)은 바닥 플레이트와 측벽(168)에 의해 형성된다. 압전 액추에이터(13)는 수용 공간(16a) 내에 배치된다. 소형 공압 장치(1)가 조립된 후에, 정면으로 본 소형 공압 장치의 최종 구조가 도 1B 및 도 7A 내지 7E에 도시된다. 소형 유체 제어 장치(1A)와 소형 밸브 장치(1B)는 함께 결합된다. 즉, 소형 밸브 장치(1B)의 가스 배출 플레이트(18)와 밸브 플레이트(17)는 서로 적층되어 소형 유체 제어 장치(1A)의 가스 포집 플레이트(16) 상에 위치된다. 가스 배출 플레이트(18)는 압력 해제 천공(181) 및 배출 구조물(19)을 포함한다. 배출 구조물(19)은 한 장비(미도시)와 연결되어 있다. 소형 밸브 장치(1B) 내의 가스가 압력 해제 천공(181)으로부터 해제되면, 압력 해제 목적이 달성된다.
소형 유체 제어 장치(1A)와 소형 밸브 장치(1B)가 결합된 후, 소형 공압 장치(1)가 조립된다. 그에 따라, 가스가 가스 유입 플레이트(11)의 하나 이상의 유입구(110)를 통해 소형 유체 제어 장치(1A) 내로 공급된다. 압전 액추에이터(13)의 작동에 응답하여, 가스는 복수의 압력 챔버(미도시)를 통하여 하방으로 전달된다. 그 후, 가스는 소형 밸브 장치(1B)를 통해 한 방향으로 전달된다. 가스의 압력은 소형 밸브 장치(1B)의 배출 구조물(19)과 연통하는 한 장비(미도시)에 축적된다. 압력을 해제하기 위해, 소형 유체 제어 장치(1A)의 출력 가스량은 소형 밸브 장치(1B)의 가스 배출 플레이트(18)의 압력 해제 천공(181)으로부터 배출된다.
도 1A 및 도 2A를 다시 살펴보자. 소형 유체 제어 장치(1A)의 가스 유입 플레이트(11)는 제1 표면(11b), 제2 표면(11a), 및 하나 이상의 유입구(110)를 포함한다. 상기 실시예에서, 가스 유입 플레이트(11)는 4개의 유입구(110)를 포함한다. 유입구(110)들은 가스 유입 플레이트(11)의 제1 표면(11b) 및 제2 표면(11a)을 통해 배열된다. 대기압의 작용에 응답하여, 가스는 하나 이상의 유입구(110)를 통해 소형 유체 제어 장치(1A) 내로 유입될 수 있다. 도 2A에 도시된 것과 같이, 하나 이상의 수렴 채널(112)이 가스 유입 플레이트(11)의 제1 표면(11b)에 형성된다. 하나 이상의 수렴 채널(112)은 가스 유입 플레이트(11)의 제2 표면(11a)에서 하나 이상의 유입구(110)와 연통한다. 하나 이상의 수렴 채널(112)의 수는 하나 이상의 유입구(110)의 수와 동일하다. 상기 실시예에서, 가스 유입 플레이트(11)는 4개의 수렴 채널(112)을 포함한다. 하나 이상의 수렴 채널 채널(112)의 수와 하나 이상의 유입구(110)의 수는 실제 요구 조건에 따라 변경될 수 있다. 또한, 중앙 공동(111)이 가스 유입 플레이트(11)의 제1 표면(11b)에 형성되고 4개의 수렴 채널(112)의 중앙 수렴 영역에 위치한다. 중앙 공동(111)은 하나 이상의 수렴 채널(112)과 연통한다. 가스가 적어도 하나의 유입구(110)를 통해 적어도 하나의 수렴 채널(112) 내로 유입되고 난 뒤, 가스는 중앙 공동(111)으로 안내된다. 상기 실시예에서, 적어도 하나의 유입구(110), 적어도 하나의 수렴 채널(112) 및 가스 유입 플레이트(11)의 중앙 공동(111)은 일체로 형성된다. 중앙 공동(111)은 가스를 일시적으로 저장하기 위한 수렴 챔버이다.
가스 유입 플레이트(11)는 스테인리스 스틸로 제조되는 것이 바람직하지만, 이에 제한되지는 않는다. 가스 유입 플레이트(11)의 두께는 0.4mm 내지 0.6mm 사이에 있으며 바람직하게는 0.5mm이다. 또한, 중앙 공동(111)에 의해 형성된 수렴 챔버의 깊이와 하나 이상의 수렴 채널(112)의 깊이는 동일하다. 예를 들어, 수렴 챔버의 깊이와 하나 이상의 수렴 채널(112)의 깊이는 0.2mm 내지 0.3mm 사이에 있다. 공진 플레이트(12)는 가요성 재료로 제조되는 것이 바람직하지만 이에 제한되지는 않는다. 공진 플레이트(12)는 가스 유입 플레이트(11)의 중앙 공동(111)에 상응하는 중앙 구멍(120)을 포함한다. 그에 따라, 가스는 중앙 구멍(120)을 통해 하방으로 전달될 수 있다. 공진 플레이트(12)는 구리로 제조되는 것이 바람직하지만 이에 제한되지는 않는다. 공진 플레이트(12)의 두께는 0.03mm 내지 0.08mm 사이에 있으며, 바람직하게는 0.05mm이다.
도 3A는 도 1A의 소형 공압 장치의 압전 액추에이터를 정면에서 본 개략적 사시도이다. 도 3B는 도 1A의 소형 공압 장치의 압전 액추에이터를 후방에서 본 개략적 사시도이다. 도 3C는 도 1A의 소형 공압 장치의 압전 액추에이터를 도시한 개략적 단면도이다. 도 3A, 도 3B 및 도 3C에 도시된 것과 같이, 압전 액추에이터(13)는 서스펜션 플레이트(130), 외부 프레임(131), 하나 이상의 브래킷(132) 및 압전 세라믹 플레이트(133)를 포함한다. 압전 세라믹 플레이트(133)는 서스펜션 플레이트(130)의 제1 표면(130b)에 결부된다. 압전 세라믹 플레이트(133)는 인가된 전압에 응답하여 만곡 진동을 받는다. 서스펜션 플레이트(130)는 중간부(130d)와 주변부(130e)를 포함한다. 압전 세라믹 플레이트(133)가 만곡 진동을 받을 때, 서스펜션 플레이트(130)는 중간부(130d)로부터 주변부(130e)로 만곡 진동을 받는다. 하나 이상의 브래킷(132)이 서스펜션 플레이트(130)와 외부 프레임(131) 사이에 배치된다. 즉, 하나 이상의 브래킷(132)은 서스펜션 플레이트(130)와 외부 프레임(131) 사이에서 연결된다. 브래킷(132)의 두 단부는 외부 프레임(131) 및 서스펜션 플레이트(130)와 각각 연결된다. 그에 따라, 브래킷(132)은 서스펜션 플레이트(130)를 탄성적으로 지지한다. 또한, 브래킷(132), 서스펜션 플레이트(130) 및 외부 프레임(131) 사이에는 가스가 통과할 수 있도록 하나 이상의 빈 공간(135)이 형성된다. 서스펜션 플레이트(130)와 외부 프레임(131)의 종류 및 하나 이상의 브래킷(132)의 종류와 수는 실제 요구 사항에 따라 변경될 수 있다. 또한, 전도성 핀(134)이 외부 프레임(131)으로부터 외부로 돌출되어 외부 회로(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 실시예에서, 서스펜션 플레이트(130)는 계단형 구조물(stepped structure)이다. 즉, 서스펜션 플레이트(130)는 돌출부(130c)를 포함한다. 돌출부(130c)는 서스펜션 플레이트(130)의 제2 표면(130a)에 형성된다. 예를 들어, 돌출부(130c)는 원형의 볼록 구조물이다. 돌출부(130c)의 두께는 0.02mm 내지 0.08mm 사이에 있으며, 바람직하게는 0.03mm이다. 돌출부(130c)의 직경은 서스펜션 플레이트(130)의 길이의 0.55 배인 것이 바람직하지만 이에 제한되지는 않는다. 도 3A 및 도 3C에 도시된 것과 같이, 서스펜션 플레이트(130)의 돌출부(130c)의 상측 표면은 외부 프레임(131)의 제2 표면(131a)과 동일 평면상에 있고, 서스펜션 플레이트(130)의 제2 표면(130a)은 브래킷(132)의 제2 표면(132a)과 동일 평면상에 있다. 또한, 서스펜션 플레이트(130)의 돌출부(130c)(또는 외부 프레임(131)의 제2 표면(131a))는 서스펜션 플레이트(130)의 제2 표면(130a)(또는 브래킷(132)의 제2 표면(132a))에 대해 특정 두께를 가진다. 도 3B 및 도 3C에 도시된 것과 같이, 서스펜션 플레이트(130)의 제1 표면(130b), 외부 프레임(131)의 제1 표면(131b) 및 브래킷(132)의 제1 표면(132b)은 서로 동일 평면상에 있다. 압전 세라믹 플레이트(133)는 서스펜션 플레이트(130)의 제1 표면(130b)에 결부된다. 몇몇 그 밖의 다른 실시예에서, 서스펜션 플레이트(130)는 두 개의 평평한 표면을 갖는 정방형의 플레이트 구조물이다. 즉, 서스펜션 플레이트(130)의 구조는 실제 요구 조건에 따라 변경될 수 있다. 상기 실시예에서, 서스펜션 플레이트(130), 브래킷(132) 및 외부 프레임(131)은 금속 플레이트(예를 들어, 스테인리스 스틸 플레이트)를 사용하여 제조되며 일체로 형성된다. 서스펜션 플레이트(130)의 두께는 0.1mm 내지 0.4mm 사이에 있으며, 바람직하게는 0.27mm이다. 서스펜션 플레이트(130)의 길이는 7.5mm 내지 12mm 사이에 있으며, 바람직하게는 7.5mm 내지 8.5mm 사이에 있다. 서스펜션 플레이트(130)의 폭은 7.5mm 내지 12mm 사이에 있으며, 바람직하게는 7.5mm 내지 8.5mm 사이에 있다. 외부 프레임(131)의 두께는 0.2mm 내지 0.4mm 사이에 있으며, 바람직하게는 0.3mm이다.
압전 세라믹 플레이트(133)의 두께는 0.05㎜ 내지 0.3㎜ 사이에 있으며, 바람직하게는 0.10㎜이다. 압전 세라믹 플레이트(133)의 길이는 서스펜션 플레이트(130)의 길이보다 크지 않다. 압전 세라믹 플레이트(133)의 길이는 7.5mm 내지 12mm 사이에 있으며, 바람직하게는 7.5mm 내지 8.5mm 사이에 있다. 압전 세라믹 플레이트(133)의 폭은 7.5mm 내지 12mm 사이에 있으며, 바람직하게는 7.5mm 내지 8.5mm 사이에 있다. 또한, 압전 세라믹 플레이트(133)의 길이/폭 비율은 0.625 내지 1.6 사이에 있다. 몇몇 실시예들에서, 압전 세라믹 플레이트(133)의 길이는 서스펜션 플레이트(130)의 길이보다 작다. 이와 유사하게, 압전 세라믹 플레이트(133)는 서스펜션 플레이트(130)에 상응하는 정방형의 플레이트 구조물이다.
바람직하게는, 본 발명의 소형 공압 장치(1)에 사용되는 압전 액추에이터(13)의 서스펜션 플레이트(130)는 정방형의 서스펜션 플레이트이다. 원형의 서스펜션 플레이트(예를 들어, 도 4A에 도시된 것과 같은 원형의 서스펜션 플레이트(j0))와 비교하여 볼 때, 정방형의 서스펜션 플레이트가 더 절전적이다. 다양한 타입과 크기의 서스펜션 플레이트에 대한 소비 전력과 작동 주파수 간의 비교가 표 1에 도시된다.
서스펜선 플레이트의 타입 및 크기 작동 주파수 소비 전력
정방형(측면 길이: 10mm) 18kHz 1.1W
원형(직경: 10mm) 28kHz 1.5W
정방형(측면 길이: 9mm) 22kHz 1.3W
원형(직경: 9mm) 34kHz 2W
정방형(측면 길이: 8mm) 27kHz 1.5W
원형(직경: 8mm) 42kHz 2.5W
표 1의 결과로부터, 정방형의 서스펜션 플레이트(8mm~10mm)를 갖는 압전 액추에이터는 원형의 서스펜션 플레이트(8mm~10mm)를 갖는 압전 액추에이터 보다 절전 효과가 높다는 것을 알 수 있다. 즉, 정방형의 서스펜션 플레이트를 갖는 압전 액추에이터가 소비 전력이 적다. 일반적으로, 공진 주파수에서 용량성 부하(capacitive load)의 소비 전력은 공진 주파수와 양의 상관관계가 있다. 정방형의 서스펜션 플레이트의 공진 주파수가 원형의 서스펜션 플레이트의 공진 주파수보다 명백하게 낮기 때문에, 정방형의 서스펜션 플레이트의 소비 전력이 더 낮다. 정방형의 서스펜션 플레이트는 원형의 서스펜션 플레이트보다 더 절전적이기 때문에 착용식 장비에는 정방형의 서스펜션 플레이트가 사용되는 것이 적합하다. 정방형의 서스펜션 플레이트가 원형의 서스펜션 플레이트보다 절전 효과가 있다는 사실은 이론적인 수학 공식보다는 실험 결과에 따라 달성된다. 도 4A, 4B 및 4C는 본 발명의 소형 공압 장치에 사용되는 다양한 예시적인 압전 액추에이터를 개략적으로 도시한다. 도면들에 도시된 것과 같이, 압전 액추에이터(13)의 서스펜션 플레이트(130), 외부 프레임(131) 및 하나 이상의 브래킷(132)은 다양한 타입을 갖는다.
도 4A는 압전 액추에이터의 타입(a)~(l)을 개략적으로 도시한다. 타입(a)에 있어서, 외부 프레임(a1)과 서스펜션 플레이트(a0)는 정방형이며, 외부 프레임(a1)과 서스펜션 플레이트(a0)는 8개의 브래킷(a2)을 통해 서로 연결되고, 가스를 통과시키기 위해 브래킷(a2), 서스펜션 플레이트(a0) 및 외부 프레임(a1) 사이에 빈 공간(a3)이 형성된다. 타입(i)에서, 외부 프레임(i1)과 서스펜션 플레이트(i0)도 정방형이지만, 외부 프레임(i1)과 서스펜션 플레이트(i0)는 2개의 브래킷(i2)을 통해 연결된다. 또한, 각각의 타입(b)~(h)의 외부 프레임 및 서스펜션 플레이트 또한 정방형이다. 각각의 타입(j)~(l)에서, 서스펜션 플레이트는 원형이며, 외부 프레임은 아크형 모서리를 갖는 정방형을 가진다. 예를 들어, 타입(j)에서, 서스펜션 플레이트(j0)는 원형이고, 외부 프레임은 아크형 모서리를 갖는 정방형을 가진다.
도 4B는 압전 액추에이터의 타입(m)~(r)을 개략적으로 도시한다. 상기 타입(m)~(r)에서, 서스펜션 플레이트(130) 및 외부 프레임(131)은 정방형이다. 타입(m)에서, 외부 프레임(m1)과 서스펜션 플레이트(m0)는 정방형이고, 외부 프레임(m1)과 서스펜션 플레이트(m0)는 4개의 브래킷(m2)으로 서로 연결되며, 가스를 통과시키기 위해 브래킷(m2), 서스펜션 플레이트(m0) 및 외부 프레임(m1) 사이에 빈 공간(m3)이 형성된다. 외부 프레임(m1)과 서스펜션 플레이트(m0) 사이의 브래킷(m2)은 연결부이다. 브래킷(m2)은 두 단부(m2' 및 m2")를 가진다. 브래킷(m2)의 단부(m2')는 외부 프레임(m1)과 연결된다. 브래킷(m2)의 단부(m2")는 서스펜션 플레이트(m0)와 연결된다. 2개의 단부(m2' 및 m2")는 서로 대향하고 동일한 수평선을 따라 배열된다. 타입(n)에서, 외부 프레임(n1)과 서스펜션 플레이트(m0)는 정방형이고, 외부 프레임(n1)과 서스펜션 플레이트(n0)는 4개의 브래킷(n2)을 통해 서로 연결되며, 가스를 통과시키기 위해 브래킷(n2), 서스펜션 플레이트(n0) 및 외부 프레임(n1) 사이에 빈 공간(n3)이 형성된다. 외부 프레임(n1)과 서스펜션 플레이트(n0) 사이의 브래킷(n2)은 연결부이다. 브래킷(n2)은 두 개의 단부(n2' 및 n2")를 갖는다. 브래킷(n2)의 단부(n2')는 외부 프레임(n1)과 연결된다. 브래킷(n2)의 단부(n2")는 서스펜션 플레이트(n0)와 연결된다. 2개의 단부(n2' 및 n2")는 동일한 수평선을 따라 배열되지 않는다. 예를 들어, 두 단부(n2' 및 n2")는 수평선에 대해 0~45도 기울어져 있고, 두 단부(n2' 및 n2")는 섞어져 있다(interlaced). 타입(o)에서, 외부 프레임(o1)과 서스펜션 플레이트(o0)는 정방형이고, 외부 프레임(o1)과 서스펜션 플레이트(o0)는 4개의 브래킷(o2)으로 서로 연결되어 있으며, 가스를 통과시키기 위해 브래킷(o2), 서스펜션 플레이트(o0) 및 외부 프레임(o1) 사이에 빈 공간(o3)이 형성된다. 외부 프레임(o1)과 서스펜션 플레이트(o0) 사이의 브래킷(o2)은 연결부이다. 브래킷(o2)은 두 단부(o2' 및 o2")를 가진다. 브래킷(o2)의 단부(o2')는 외부 프레임(o1)과 연결된다. 브래킷(o2)의 단부(o2")는 서스펜션 플레이트(o0)와 연결된다. 2개의 단부(o2' 및 o2")는 서로 대향하고 동일한 수평선을 따라 배열된다. 상기 타입들과 비교하여, 브래킷(o2)의 프로파일은 구별된다.
타입(p)에서, 외부 프레임(p1)과 서스펜션 플레이트(p0)는 정방형이고, 외부 프레임(p1)과 서스펜션 플레이트(p0)는 4개의 브래킷(p2)을 통해 서로 연결되고, 공기를 통과시키기 위해 브래킷(p2), 서스펜션 플레이트(p0) 및 외부 프레임(p1) 사이에 빈 공간(p3)이 형성된다. 외부 프레임(p1)과 서스펜션 플레이트(p0) 사이의 브래킷(p2)은 제1 연결부(p20), 중간부(p21) 및 제2 연결부(p22)를 포함한다. 중간부(p21)는 빈 공간(p3)에 형성되고 외부 프레임(p1) 및 서스펜션 플레이트(p0)과 평행하게 형성된다. 제1 연결부(p20)는 중간부(p21)와 서스펜션 플레이트(p0) 사이에 배치된다. 제2 연결부(p22)는 중간부(p21)와 외부 프레임(p1) 사이에 배치된다. 제1 연결부(p20)와 제2 연결부(p22)는 서로 대향하며 동일한 수평선을 따라 배치된다.
타입(q)에서, 외부 프레임(q1), 서스펜션 플레이트(q0), 브래킷(q2) 및 빈 공간(q3)은 타입(m) 및 타입(o)과 유사하다. 하지만, 브래킷(q2)의 구조는 차이가 있다. 서스펜션 플레이트(q0)는 정방형이다. 서스펜션 플레이트(q0)의 각각의 변은 2개의 연결부(q2)를 통해 외부 프레임(q1)의 상응하는 쪽과 연결된다. 각각의 연결부(q2)의 두 단부(q2' 및 q2")는 서로 대향하고 동일한 수평선을 따라 배열된다. 타입(r)에서, 외부 프레임(r1), 서스펜션 플레이트(r0), 브래킷(r2) 및 빈 공간(r3)은 상기 실시예들과 유사하다. 그러나, 브래킷(r2)은 V형 연결부이다. 이는 즉, 브래킷(r2)이 0° 내지 45°의 경사각으로 외부 프레임(r1)과 서스펜션 플레이트(r0)에 연결된다는 의미이다. 브래킷(r2)의 단부(r2")는 서스펜션 플레이트(r0)에 연결되고, 브래킷(r2)의 두 단부(r2')는 외부 프레임(r1)에 연결된다. 즉, 단부(b2' 및 b2")들은 동일한 수평선을 따라 배치되지 않는다.
도 4C는 압전 액추에이터의 타입(s)~(x)을 개략적으로 도시한다. 타입(s)~(x)의 구조는 각각 타입(m)~(r)의 구조와 유사하다. 그러나, 타입(s)~(x)에서, 압전 액추에이터(13)의 서스펜션 플레이트(130)는 돌출부(130c)를 갖는다. 타입(s)~(x)의 돌출부(130c)는 각각 s4, t4, u4, v4, w4 및 x4로 표시된다. 서스펜션 플레이트(130)는 정방형이며 그에 따라 절전 효과가 있다. 상술한 것과 같이, 본 발명의 서스펜션 플레이트로서, 2개의 평평한 면을 갖는 정방형 플레이트 구조와 돌출부를 포함하는 계단형 구조가 적절히 사용된다. 또한, 외부 프레임(131)과 서스펜션 플레이트(130) 사이의 브래킷(132)의 수는 실제 요구 사항에 따라 변경될 수 있다. 또한, 서스펜션 플레이트(130), 외부 프레임(131) 및 하나 이상의 브래킷(132)은 일체로 형성되며, 통상적인 기계가공 공정, 포토리소그래피 및 에칭 공정, 레이저 기계가공 공정, 전기 주조 공정, 전기 방전 기계가공 공정 등에 의해 제공된다.
다시 도 1A 및 도 2A를 살펴보자. 소형 유체 제어 장치(1A)는 제1 절연 플레이트(141), 전도성 플레이트(15) 및 제2 절연 플레이트(142)를 추가로 포함한다. 제1 절연 플레이트(141), 전도성 플레이트(15) 및 제2 절연 플레이트(142)는 서로 순차적으로 적층되고 압전 액추에이터(13) 아래에 위치된다. 제1 절연 플레이트(141), 전도성 플레이트(15) 및 제2 절연 플레이트(142)의 프로파일은 압전 액추에이터(13)의 외부 프레임(131)의 프로파일과 실질적으로 일치한다. 제1 절연 플레이트(141)와 제2 절연 플레이트(142)는 절연 효능을 제공하기 위하여 절연 재료(예를 들어, 플라스틱 재료)로 만들어진다. 전도성 플레이트(15)는 전기 전도성을 제공하기 위해 전기 전도성 재료(예를 들어, 금속 재료)로 만들어진다. 또한, 전도성 플레이트(15)는 외부 회로(미도시)와 전기적으로 연결되도록 전도성 핀(151)을 갖는다.
도 5A 내지 5E는 도 1A의 소형 공압 장치의 소형 유체 제어 장치의 작동을 개략적으로 도시한다. 도 5A에 도시된 것과 같이, 소형 유체 제어 장치(1A)의 가스 유입 플레이트(11), 공진 플레이트(12), 압전 액추에이터(13), 제1 절연 플레이트(141), 전도성 플레이트(15) 및 제2 절연 플레이트(142)는 서로 순차적으로 적층된다. 또한, 압전 액추에이터(13)의 외부 프레임(131)과 공진 플레이트(12) 사이에는 갭(g0)이 있다. 상기 실시예에서는, 필러(예를 들어, 전도성 접착제)가 갭(g0)에 삽입된다. 그에 따라, 서스펜션 플레이트(130)의 돌출부(130c)와 공진 플레이트(12) 사이의 갭(g0)의 깊이는 가스가 보다 신속하게 흐르게 안내되도록 유지될 수 있다. 또한, 서스펜션 플레이트(130)의 돌출부(130c)와 공진 플레이트(12) 사이의 적절한 거리로 인해, 접촉 간섭(contact interference)이 감소되고, 발생하는 소음이 크게 감소된다.
도 5A 내지 5E를 다시 살펴보자. 가스 유입 플레이트(11), 공진 플레이트(12) 및 압전 액추에이터(13)가 함께 결합된 후, 공진 플레이트(12)의 중앙 구멍(120)과 가스 유입 플레이트(11)에 의해, 가스를 수렴하기 위한 수렴 챔버가 형성되고, 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13) 사이에는 가스를 일시적으로 저장하기 위한 제1 챔버(121)가 형성된다. 공진 플레이트(12)의 중앙 구멍(120)을 통해, 제1 챔버(121)는 가스 유입 플레이트(11)의 제1 표면(11b)에 형성된 중앙 공동(111)과 연통한다. 제1 챔버(121)의 주변 영역은 압전 액추에이터(13)의 빈 공간(135)을 통해 하부의 소형 밸브 장치(1B)와 연통한다.
소형 공압 장치(1)의 소형 유체 제어 장치(1A)가 작동될 때, 압전 액추에이터(13)는 인가된 전압에 의해 작동된다. 그에 따라, 압전 액추에이터(13)는 받침점(fulcrum)으로서 브래킷(132)을 사용하여 상하 방향을 따라 왕복으로 진동한다. 공진 플레이트(12)는 가볍고 얇다. 이제, 도 5B를 살펴보자. 압전 액추에이터(13)가 인가된 전압에 응답하여 하방으로 진동될 때, 압전 액추에이터(13)의 공진 때문에 공진 플레이트(12)는 수직 방향을 따라 왕복으로 진동한다. 특히, 가스 유입 플레이트(11)의 중앙 공동(111)에 상응하는 공진 플레이트(12)의 부분은 만곡 변형(curvy deformation)을 받는다. 이하, 가스 유입 플레이트(11)의 중앙 공동(111)에 상응하는 공진 플레이트(12)의 영역은, 공진 플레이트(12)의 가동부(12a)라고 지칭한다. 압전 액추에이터(13)가 하방으로 진동될 때, 공진 플레이트(12)의 가동부(12a)는 만곡 변형을 받게 되는데, 이는 공진 플레이트(12)의 가동부(12a)가 가스에 의해 가압되고 압전 액추에이터(13)에 응답하여 진동하기 때문이다. 가스가 가스 유입 플레이트(11)의 하나 이상의 유입구(110)로 공급된 후, 가스는 하나 이상의 수렴 채널(112)을 통해 가스 유입 플레이트(11)의 중앙 공동(111)으로 전달된다. 그 후 가스는 공진 플레이트(12)의 중앙 구멍(120)을 통해 전달되어, 제1 챔버(121) 내로 하향 유입된다. 압전 액추에이터(13)가 작동됨에 따라, 공진 플레이트(12)의 공진이 발생한다. 그에 따라, 공진 플레이트(12)의 가동부(12)도 수직 방향을 따라 왕복으로 진동한다.
도 5C에 도시된 것과 같이, 공진 플레이트(12)는 하방으로 진동하며 압전 액추에이터(13)의 서스펜션 플레이트(130)의 돌출부(130c)와 접촉된다. 가동부(12a)를 제외한 공진 플레이트(12)의 영역은 고정부(12b)로 지칭된다. 한편, 공진 플레이트(12)의 고정부(12b)와 서스펜션 플레이트(130) 사이의 갭은 줄어들지 않는다. 공진 플레이트(12)의 변형으로 인해, 제1 챔버(121)의 체적은 수축되고 제1 챔버(121)의 중간 연통 공간이 폐쇄된다. 이 상태에서, 가스는 제1 챔버(121)의 주변 영역을 향해 가압된다. 그에 따라, 가스는 압전 액추에이터(13)의 빈 공간(135)을 통해 하방으로 전달된다.
도 5D에 도시된 것과 같이, 공진 플레이트(12)는 공진 플레이트(12)의 가동부(12a)가 만곡 변형을 받은 후에 원위치로 복귀된다. 그 후, 인가된 전압에 응답하여, 압전 액추에이터(13)가 상방으로 진동한다. 그에 따라, 제1 챔버(121)의 체적도 축소된다. 압전 액추에이터(13)가 진동 변위(d)로 상승하기 때문에, 가스는 제1 챔버(121)의 주변 영역을 향해 연속적으로 가압된다. 한편, 가스는 가스 유입 플레이트(11)의 하나 이상의 유입구(110) 내로 연속적으로 공급되며, 중앙 공동(111)으로 전달된다.
다음, 도 5E에 도시된 것과 같이, 압전 액추에이터(13)가 상방으로 진동하기 때문에 공진 플레이트(12)는 상방으로 이동된다. 즉, 공진 플레이트(12)의 가동부(12a)가 상방으로 이동한다. 이 상태에서, 중앙 공동(111) 내의 가스는 공진 플레이트(12)의 중앙 구멍(120)을 통해 제1 챔버(121)로 전달되며, 그 뒤, 이 가스는 압전 액추에이터(13)의 빈 공간(135)을 통해 하방으로 전달되고, 마지막으로 가스는 소형 유체 제어 장치(1A)로부터 배출된다.
상기 설명으로부터, 공진 플레이트(12)가 수직 방향을 따라 왕복으로 진동될 때, 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13) 사이의 갭(g0)은 공진 플레이트(12)의 진폭을 증가시키는데 도움이 된다. 즉, 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13) 사이의 갭(g0)으로 인해, 공진이 발생할 때 공진 플레이트(12)의 진폭은 증가한다. 압전 액추에이터(13)의 진동 변위(d)와 갭(g0) 사이의 차이(x)는 공식 x = g0 - d로 주어진다. 다른 x 값들에 상응하는 소형 공압 장치(1)의 최대 출력 압력에 대한 일련의 테스트가 수행된다. x≤0μm인 경우, 소형 공압 장치(1)는 소음을 발생시킨다. x = 1~5μm인 경우, 소형 공압 장치(1)의 최대 출력 압력은 350mmHg이다. x = 5~10μm인 경우, 소형 공압 장치(1)의 최대 출력 압력은 250mmHg이다. x = 10~15μm인 경우, 소형 공압 장치(1)의 최대 출력 압력은 150mmHg이다. 차이(x)와 최대 출력 압력 사이의 관계는 표 2에 나열되어 있다. 표 2의 값들은 작동 주파수가 17kHz 내지 20kHz 사이에 있고 작동 전압이 ±10V 내지 ±20V 사이에 있을 때 얻어진다. 그에 따라, 소형 유체 제어 장치(1A)의 유체 채널에 압력 구배가 발생하여 가스가 고속으로 흐르게 된다. 또한, 공급 방향과 배출 방향 사이에 임피던스 차가 있기 때문에, 가스는 유입구 측으로부터 배출구 측으로 전달될 수 있다. 또한, 배출구 측이 가스 압력을 가지더라도, 소형 유체 제어 장치(1A)는 조용한 효율을 달성하면서 가스를 가압할 수 있는 능력을 여전히 가진다.
테스트 x 최대 출력 압력
1 x = 1 ~ 5μm 350mmHg
2 x = 5 ~ 10μm 250mmHg
3 x = 10 ~ 15μm 150mmHg
일부 실시예들에서, 수직 방향을 따라 왕복으로 진동하는 공진 플레이트(12)의 진동 주파수는 압전 액추에이터(13)의 진동 주파수와 동일하다. 즉, 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13)는 상방 또는 하방을 따라 동기적으로 진동한다. 본 발명의 사상을 유지하면서 소형 유체 제어 장치(1A)의 작동에 대해 많은 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알아야 한다. 도 1A, 도 2A, 도 6A 및 도 6B를 살펴보자. 도 6A는 도 1A의 소형 공압 장치의 소형 밸브 장치 및 가스 포집 플레이트의 가스 포집 작동을 개략적으로 도시한다. 도 6B는 도 1A의 소형 공압 장치의 소형 밸브 장치 및 가스 포집 플레이트의 가스 해제 작동을 개략적으로 도시한다. 도 1A 및 도 6A에 도시된 것과 같이, 소형 밸브 장치(1B)의 가스 배출 플레이트(18)와 밸브 플레이트(17)는 서로 순차적으로 적층된다. 또한, 소형 유체 제어 장치(1A)의 가스 포집 플레이트(16)와 소형 밸브 장치(1B)는 서로 협력한다.
가스 포집 플레이트(16)는 제1 표면(160) 및 제2 표면(161)(기점 표면(fiducial surface))으로도 지칭됨)을 포함한다. 가스 포집 플레이트(16)의 제1 표면(160)은 가스 포집 챔버(162)를 형성하도록 오목하다. 압전 액추에이터(13)는 가스 포집 챔버(162) 내에 수용된다. 소형 유체 제어 장치(1A)에 의해 하방으로 이동되는 가스는 일시적으로 가스 포집 챔버(162) 내에 축적된다. 가스 포집 플레이트(16)는 제1 천공(163) 및 제2 천공(164)을 포함한다. 제1 천공(163)의 제1 단부 및 제2 천공(164)의 제1 단부는 가스 포집 챔버(162)와 연통한다. 제1 천공(163)의 제2 단부 및 제2 천공(164)의 제2 단부는 가스 포집 챔버(162)의 제2 표면(161)에 형성된 제1 압력 해제 챔버(165) 및 제1 배출 챔버(166)와 연통한다. 또한, 가스 포집 플레이트(16)는 제1 배출 챔버(166)에 상응하는 돌출 구조물(167)을 갖는다. 예를 들어, 돌출 구조물(167)은 원통형 포스트를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 돌출 구조물(167)의 두께는 가스 포집 플레이트(16)의 제2 표면(161)보다 높은 위치에 있다. 또한, 돌출 구조물(167)의 두께는 0.3mm 내지 0.55mm 사이에 있으며, 바람직하게는 0.4mm이다.
가스 배출 플레이트(18)는 압력 해제 천공(181), 배출 천공(182), 제1 표면(180)(기점 표면으로도 지칭됨) 및 제2 표면(187)을 포함한다. 압력 해제 천공(181) 및 배출 천공(182)은 제1 표면(180) 및 제2 표면(187)을 통해 배열된다. 가스 배출 플레이트(18)의 제1 표면(180)은 오목하여 제2 압력 해제 챔버(183) 및 제2 배출 챔버(184)를 형성한다. 압력 해제 천공(181)은 제2 압력 해제 챔버(183)의 중앙에 위치된다. 또한, 가스 배출 플레이트(18)는 가스가 통과할 수 있도록 제2 압력 해제 챔버(183)와 제2 배출 챔버(184) 사이에 연통 채널(185)을 추가로 포함한다. 배출 천공(182)의 제1 단부는 제2 배출 챔버(184)와 연통한다. 배출 천공(182)의 제2 단부가 배출 구조물(19)과 연통된다. 배출 구조물(19)은 한 장비(미도시)와 연결된다. 상기 장비는 예를 들어 가스 압력 구동 장비를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
밸브 플레이트(17)는 밸브 개구(170)와 복수의 위치 설정 개구(171)를 포함한다(도 1A 참조). 밸브 플레이트(17)의 두께는 0.1mm 내지 0.3mm 사이에 있으며, 바람직하게는 0.2mm이다.
가스 포집 플레이트(16), 밸브 플레이트(17) 및 가스 배출 플레이트(18)가 결합된 후, 가스 배출 플레이트(18)의 압력 해제 천공(181)은 가스 포집 플레이트(16)의 제1 천공(163)과 정렬되고, 가스 배출 플레이트(18)의 제2 압력 해제 챔버(183)는 가스 포집 플레이트(16)의 제1 압력 해제 챔버(165)와 정렬되며, 가스 배출 플레이트(18)의 제2 배출 챔버(184)는 가스 포집 플레이트(16)의 제1 배출 챔버(166)와 정렬된다. 밸브 플레이트(17)는 제1 압력 해제 챔버(165)와 제2 압력 해제 챔버(183) 사이의 연통을 차단하기 위해 가스 포집 플레이트(16)와 가스 배출 플레이트(18) 사이에 배열된다. 밸브 플레이트(17)의 밸브 개구(170)는 제2 천공(164)과 배출 천공(182) 사이에 배치된다. 또한, 밸브 플레이트(17)의 밸브 개구(170)는 가스 포집 플레이트(16)의 제1 배출 챔버(166)에 상응하는 돌출 구조물(167)과 정렬된다. 단일의 밸브 개구(170)의 배열로 인해, 가스는 압력 차에 응답하여 소형 밸브 장치(1B)를 통해 한 방향으로 전달된다.
상기 실시예에서, 가스 배출 플레이트(18)는 압력 해제 천공(181)의 제1 단부 옆에 볼록 구조물(181a)을 갖는다. 볼록 구조물(181a)은 원통형 포스트인 것이 바람직하지만 이에 제한되지는 않는다. 볼록 구조물(181a)의 두께는 0.3mm 내지 0.55mm 사이에 있으며, 바람직하게는 0.4mm이다. 볼록 구조물(181a)의 상측 표면은 가스 배출 플레이트(18)의 제1 표면(180)보다 높은 위치에 있다. 따라서, 압력 해제 천공(181)은 밸브 플레이트(17)에 의해 신속하게 접촉되고 폐쇄될 수 있다. 또한, 볼록 구조물(181a)은 우수한 밀봉 효과를 달성하기 위해 사전-힘(pre-force)을 제공할 수 있다. 상기 실시예에서, 가스 배출 플레이트(18)는 위치 제한 구조물(188)을 추가로 포함한다. 위치 제한 구조물(188)의 두께는 0.32mm이다. 위치 제한 구조물(188)은 제2 압력 해제 챔버(183) 내에 배치된다. 위치 제한 구조물(188)은 링 형상 구조물인 것이 바람직하지만 이에 제한되지는 않는다. 소형 밸브 장치(1B)의 가스 포집 작동이 수행되는 동안, 위치 제한 구조물(188)은 밸브 플레이트(17)를 지지하는 것을 돕고 밸브 플레이트(17)의 붕괴를 방지할 수 있다. 따라서, 밸브 플레이트(17)는 보다 신속하게 개폐될 수 있다.
이하, 도 6A를 참조하여 소형 밸브 장치(1B)의 가스 포집 작동이 설명된다. 소형 유체 제어 장치(1A)로부터의 가스가 소형 밸브 장치(1B)로 하방으로 전달되거나 주변 공기 압력이 배출 구조물(19)과 연통하는 장비의 내부 압력보다 높은 경우, 가스는 소형 유체 제어 장치(1A)로부터 가스 포집 플레이트(16)의 가스 포집 챔버(162)로 전달될 것이다. 그 후, 가스는 제1 천공(163) 및 제2 천공(164)을 통해 제1 압력 해제 챔버(165) 및 제1 배출 챔버(166)로 하향 전달된다. 하향 전달되는 가스에 응답하여, 가요성 밸브 플레이트(17)는 하방으로 만곡 변형을 받는다. 따라서, 제1 압력 해제 챔버(165)의 체적이 팽창하고, 밸브 플레이트(17)는 제1 천공(163)에 상응하는 압력 해제 천공(181)의 제1 단부에 밀착된다. 이 상태에서, 가스 배출 플레이트(18)의 압력 해제 천공(181)은 폐쇄되며, 따라서 제2 압력 해제 챔버(183) 내의 가스는 압력 해제 천공(181)으로부터 누출되지 않는다. 상기 실시예에서, 가스 배출 플레이트(18)는 압력 해제 천공(181)의 제1 단부 옆에 볼록 구조물(181a)을 갖는다. 볼록 구조물(181a)의 배열로 인해, 압력 해제 천공(181)은 밸브 플레이트(17)에 의해 신속하게 폐쇄될 수 있다. 또한, 볼록 구조물(181a)은 우수한 밀봉 효과를 달성하기 위해 사전-힘을 제공할 수 있다. 위치 제한 구조물(188)은 밸브 플레이트(17)의 지지를 돕고 밸브 플레이트(17)의 붕괴를 방지하기 위해 압력 해제 천공(181) 주위에 배열된다. 한편, 가스는 제2 천공(164)을 통해 제1 배출 챔버(166)로 하향 전달된다. 하향 전달되는 가스에 응답하여, 제1 배출 챔버(166)에 상응하는 밸브 플레이트(17)도 하방으로 만곡 변형을 받는다. 그에 따라, 밸브 막(17)의 밸브 개구(170)는 그에 상응하여 하측으로 개방된다. 이 상태에서, 가스는 밸브 개구(170)를 통해 제1 배출 챔버(166)로부터 제2 배출 챔버(184)로 전달된다. 그 후, 가스는 배출 천공(182)을 통해 배출 구조물(19)로 전달되며, 그 뒤, 배출 구조물(19)과 연통하는 장비로 전달된다. 그에 따라, 가스 압력을 포집하는 목적이 달성된다.
이하, 도 6B을 참조하여 소형 밸브 장치(1B)의 가스 해제 작동을 설명한다. 가스 해제 작동을 수행하기 위해, 사용자는 소형 유체 제어 장치(1A)에 공급되는 가스의 양을 조절하여, 가스가 더 이상 가스 포집 챔버(162)로 전달되지 않도록 할 수 있다. 대안으로, 배출 구조물(19)과 연통하는 장비의 내부 압력이 주변 공기 압력보다 높은 경우, 가스 해제 작동이 수행될 수 있다. 이 상태에서, 가스는 배출 천공(182)을 통해 배출 구조물(19)로부터 제2 배출 챔버(184)로 전달된다. 따라서, 제2 배출 챔버(184)의 체적이 팽창되고, 제2 배출 챔버(184)에 상응하는 가요성 밸브 플레이트(17)는 상방으로 만곡 변형을 받는다. 또한, 밸브 플레이트(17)는 가스 포집 플레이트(16)와 밀착된다. 따라서, 밸브 플레이트(17)의 밸브 개구(170)는 가스 포집 플레이트(16)에 의해 폐쇄된다. 또한, 가스 포집 플레이트(16)는 제1 배출 챔버(166)와 상응하는 돌출 구조물(167)을 가진다. 돌출 구조물(167)의 배열로 인해, 가요성 밸브 플레이트(17)는 보다 신속하게 상방으로 만곡될 수 있다. 또한, 돌출 구조물(167)은 밸브 개구(170)의 우수한 밀봉 효과를 달성하기 위해 사전-힘을 제공할 수 있다. 밸브 플레이트(17)의 밸브 개구(170)가 돌출 구조물(167)에 의해 접촉하여 폐쇄되기 때문에, 제2 배출 챔버(184) 내의 가스는 제1 배출 챔버(166)로 역으로 복귀되지 않을 것이다. 그에 따라, 가스 누출을 방지하는 효과가 향상된다. 또한, 제2 배출 챔버(184) 내의 가스가 연통 채널(185)을 통해 제2 압력 해제 챔버(183)로 전달되기 때문에, 제2 압력 해제 챔버(183)의 체적이 팽창된다. 그에 따라, 제2 압력 해제 챔버(183)에 상응하는 밸브 플레이트(17)도 상방으로 만곡 변형을 받는다. 밸브 플레이트(17)가 더 이상 압력 해제 천공(181)의 제1 단부와 접촉하지 않기 때문에, 압력 해제 천공(181)은 개방된다. 이 상태에서, 제2 압력 해제 챔버(183) 내의 가스는 압력 해제 천공(181)을 통해 배출된다. 그에 따라, 가스의 압력은 해제된다. 이와 유사하게, 제2 압력 해제 챔버(183) 내의 위치 제한 구조물(188) 또는 압력 해제 천공(181) 옆의 볼록 구조물(181a)로 인해, 가요성 밸브 플레이트(17)는 보다 신속하게 상방으로 만곡 변형을 받을 수 있다. 그에 따라, 압력 해제 천공(181)은 신속하게 개방될 수 있다. 한 방향으로의 가스 해제 작동이 수행된 후, 배출 구조물(19)과 연통하는 장비 내의 가스는 부분적으로 또는 전체적으로 주변으로 배출된다. 이 상태에서, 장비의 압력은 감소된다.
도 7A 내지 7E는 도 2A의 소형 공압 장치의 가스 포집 작동을 개략적으로 도시한다. 도 1A, 도 2A 및 도 7A 내지 7E를 참조하라. 도 7A에 도시된 것과 같이, 소형 공압 장치(1)는 소형 유체 제어 장치(1A) 및 소형 밸브 장치(1B)를 포함한다. 상술한 것과 같이, 소형 유체 제어 장치(1A)의 가스 유입 플레이트(11), 공진 플레이트(12), 압전 액추에이터(13), 제1 절연 플레이트(141), 전도성 플레이트(15), 제2 절연 플레이트(142) 및 가스 포집 플레이트(16)는 서로 순차적으로 적층된다. 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13) 사이에는 갭(g0)이 있다. 또한, 제1 챔버(121)는 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13) 사이에 형성된다. 소형 밸브 장치(1B)의 가스 배출 플레이트(18)와 밸브 플레이트(17)는 서로 적층되어 소형 유체 제어 장치(1A)의 가스 포집 플레이트(16) 아래에 배치된다. 가스 포집 챔버(162)는 가스 포집 플레이트(16)와 압전 액추에이터(13) 사이에 배치된다. 제1 압력 해제 챔버(165)와 제1 배출 챔버(166)는 가스 포집 플레이트(16)의 제2 표면(161)에 형성된다. 제2 압력 해제 챔버(183) 및 제2 배출 챔버(184)는 가스 배출 플레이트(18)의 제1 표면(180)에 형성된다. 한 실시예에서, 소형 공압 장치(1)의 작동 주파수는 27kHz 내지 29.5kHz 사이에 있고, 소형 공압 장치(1)의 작동 전압은 ±10V 내지 ±16V 사이에 있다. 또한, 복수의 압력 챔버의 배치, 압전 액추에이터(13)의 작동 및 플레이트(12)와 밸브 플레이트(17)의 진동으로 인해, 가스는 하방으로 전달될 수 있다.
도 7B에 도시된 것과 같이, 소형 유체 제어 장치(1A)의 압전 액추에이터(13)는 인가된 전압에 응답하여 하방으로 진동한다. 그에 따라, 가스는 가스 유입 플레이트(11)의 하나 이상의 유입구(110)를 통해 소형 유체 제어 장치(1A)로 공급된다. 가스는 가스 유입 플레이트(11)의 하나 이상의 수렴 채널(112)을 통해 중앙 공동(111)으로 순차적으로 수렴되고, 공진 플레이트(12)의 중앙 구멍(120)를 통해 전달되어, 제1 챔버(121)로 하향 유입된다.
압전 액추에이터(13)가 작동됨에 따라, 공진 플레이트(12)의 공진이 발생한다. 그에 따라, 공진 플레이트(12)도 수직 방향을 따라 왕복으로 진동한다. 도 7C에 도시된 것과 같이, 공진 플레이트(12)는 하방으로 진동하고 압전 액추에이터(13)의 서스펜션 플레이트(130)의 돌출부(130c)와 접촉한다. 공진 플레이트(12)의 변형으로 인해, 가스 유입 플레이트(11)의 중앙 공동(111)에 상응하는 챔버의 체적은 팽창되지만, 제1 챔버(121)의 체적은 수축된다. 이 상태에서, 가스는 제1 챔버(121)의 주변 영역 쪽으로 가압된다. 그에 따라, 가스는 압전 액추에이터(13)의 빈 공간(135)을 통해 하방으로 전달된다. 그 후, 가스는 소형 밸브 장치(1B)와 소형 유체 제어 장치(1A) 사이의 가스 포집 챔버(162)로 전달된다. 그 뒤, 가스는 가스 포집 챔버(162)와 연통하는 제1 천공(163) 및 제2 천공(164)을 통해 제1 압력 해제 챔버(165) 및 제1 배출 챔버(166)로 하향 전달된다. 그에 따라, 공진 플레이트(12)가 수직 방향을 따라 왕복으로 진동할 때, 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13) 사이의 갭(g0)은 공진 플레이트(12)의 진폭을 증가시키는 데 도움이 된다. 즉, 공진 플레이트(12)와 압전 액추에이터(13) 사이의 갭(g0)으로 인해, 공진이 발생할 때 공진 플레이트(12)의 진폭이 증가한다.
도 7d에 도시된 것과 같이, 소형 유체 제어 장치(1A)의 공진 플레이트(12)는 원래의 위치로 복귀되고, 압전 액추에이터(13)는 인가된 전압에 응답하여 상방으로 진동한다. 압전 액추에이터(13)의 진동 변위(d)와 갭(g0) 사이의 차이(x)는 공식: x = g0 - d로 주어진다. 다른 x 값들에 상응하는 소형 공압 장치(1)의 최대 출력 압력에 대한 일련의 테스트가 수행된다. 소형 공압 장치(1)의 작동 주파수는 27kHz 내지 29.5kHz 사이에 있으며, 소형 공압 장치(1)의 작동 전압은 ±10V 내지 ±16V 사이에 있다. x = 1 ~ 5μm인 경우, 소형 공압 장치(1)의 최대 출력 압력은 최소 300mmHg이다. 그에 따라, 제1 챔버(121)의 체적도 수축되고, 가스는 제1 챔버(121)의 주변 영역을 향해 연속적으로 가압된다. 또한, 가스는 압전 액추에이터(13)의 빈 공간(135)을 통해 가스 포집 챔버(162), 제1 압력 해제 챔버(165) 및 제1 배출 챔버(166)로 연속적으로 전달된다. 그에 따라, 제1 배출 챔버(166)와 제1 압력 해제 챔버(165) 내의 압력은 점차 증가될 것이다. 증가된 가스 압력에 응답하여, 가요성 밸브 플레이트(17)는 하방으로 만곡 변형을 받는다. 따라서, 제2 압력 해제 챔버(183)에 상응하는 밸브 플레이트(17)는 하방으로 이동하여 압력 해제 천공(181)의 제1 단부에 상응하는 볼록 구조물(181a)과 접촉된다. 이 상태에서, 가스 배출 플레이트(18)의 압력 해제 천공(181)은 폐쇄된다. 제2 배출 챔버(184)에서, 배출 천공(182)에 상응하는 밸브 플레이트(17)의 밸브 개구(170)는 하방으로 개방된다. 그 뒤, 제2 배출 챔버(184) 내의 가스는 배출 천공(182)을 통해 배출 구조물(19)로 하향 전달되고, 배출 구조물(19)과 연통하는 장비로 전달된다. 그에 따라, 가스 압력 포집 목적이 달성된다.
그 후, 도 7E에 도시된 것과 같이, 소형 유체 제어 장치(1A)의 공진 플레이트(12)가 상방으로 진동된다. 이 상태에서, 가스 유입 플레이트(11)의 중앙 공동(111) 내의 가스는 공진 플레이트(12)의 중앙 구멍(120)을 통해 제1 챔버(121)로 전달되고, 그 뒤, 가스는 압전 액추에이터(13)의 빈 공간(135)을 통해 가스 포집 플레이트(16)로 하향 전달된다. 가스 압력이 하향 방향을 따라 연속적으로 증가함에 따라, 가스는 가스 포집 챔버(162), 제2 천공(164), 제1 배출 챔버(166), 제2 배출 챔버(184) 및 배출 천공(182)으로 연속적으로 전달되고, 그 뒤, 배출 구조물(19)과 연통하는 장비로 전달된다. 즉, 압력 포집 작동은 장비의 내부 압력과 주변 압력 사이의 압력 차에 의해 유발된다.
도 8은 도 1A의 소형 공압 장치의 가스 해제 작용 또는 감압 작용을 개략적으로 도시한다. 배출 구조물(19)과 연통하는 장비의 내부 압력이 주변 공기 압력보다 높은 경우, 가스 해제 작동(또는 감압 작동)이 수행될 수 있다. 상술한 것과 같이, 사용자는 소형 유체 제어 장치(1A)에 공급되는 가스의 양을 조절하여 가스가 더 이상 가스 포집 챔버(162)로 전달되지 않도록 할 수 있다. 이 상태에서, 가스는 배출 천공(182)을 통해 배출 구조물(19)로부터 제2 배출 챔버(184)로 전달된다. 그에 따라, 제2 배출 챔버(184)의 체적은 팽창하고, 제2 배출 챔버(184)에 상응하는 가요성 밸브 플레이트(17)는 상방으로 만곡된다. 또한, 밸브 플레이트(17)는 제1 배출 챔버(166)에 상응하는 돌출 구조물(167)과 밀착된다. 밸브 플레이트(17)의 밸브 개구(170)가 돌출 구조물(167)에 의해 폐쇄되기 때문에, 제2 배출 챔버(184) 내의 가스는 제1 배출 챔버(166)로 역으로 복귀되지 않을 것이다. 또한, 제2 배출 챔버(184) 내의 가스는 연통 채널(185)을 통해 제2 압력 해제 챔버(183)로 전달되며, 그 뒤, 제2 압력 해제 챔버(183) 내의 가스는 압력 해제 천공(181)으로 전달된다. 이 상태에서, 가스 해제 작동이 수행된다. 소형 밸브 장치(1B)의 한 방향으로의 가스 해제 작동이 수행된 후, 배출 구조물(19)과 연통하는 장비 내의 가스는 부분적으로 또는 전체적으로 주변으로 배출된다. 이 경우 장비의 내부 압력은 감소한다.
상이한 크기의 정방형 서스펜션 플레이트를 가진 소형 공압 장치의 성능 데이터는 표 3에 나타난다.
정방형 서스펜션
플레이트의 측면길이		 7.5mm 8mm 8.5mm 10mm 12mm 14mm
주파수 28 kHz 27kHz 27kHz 18kHz 15kHz 15 kHz
최대 출력 압력 400mmHg 400mmHg 320mmHg 300mmHg 250mmHg 200mmHg
결함 비율 1/25=4% 1/25=4% 3/25=12% 10/25=40% 12/25=48% 15/25=60%
상기 표의 결과는 상이한 크기의 정방형 서스펜션 플레이트를 가진 소형 공압 장치의 25개 샘플을 테스트하여 얻은 결과이다. 정방형 서스펜션 플레이트의 측면 길이는 7.5mm 내지 14mm 사이에 있다. 정방형 서스펜션 플레이트의 측면 길이가 감소함에 따라, 수율과 최대 출력 압력은 모두 증가한다. 정방형 서스펜션 플레이트의 최적화된 측면 길이는 7.5mm 내지 8.5mm 사이에 있다. 최적화된 측면 길이에 상응하는 작동 주파수는 27kHz 내지 29.5kHz 사이에 있으며, 최대 출력 압력은 최소 300mmHg이다. 수평 방향의 변형량은 서스펜션 플레이트의 수직 진동에 응답하여 감소하는 것으로 추정된다. 즉, 수직 방향으로의 운동에너지는 효율적으로 이용될 수 있다. 또한, 서스펜션 플레이트의 측면 길이가 감소함에 따라, 수직 방향의 조립 오차도 감소된다. 그에 따라, 서스펜션 플레이트와 공진 플레이트 또는 그 밖의 다른 구성요소 사이의 충돌 간섭은 감소될 수 있고, 서스펜션 플레이트와 공진 플레이트 사이의 특정 거리가 유지될 수 있다. 이 상태에서, 제품 수율은 향상되고 최대 출력 압력은 증가한다. 또한, 서스펜션 플레이트의 크기가 감소됨에 따라, 압전 액추에이터의 크기도 그에 상응하게 감소될 수 있다. 압전 액추에이터가 진동 중에 쉽게 기울어지지 않기 때문에, 가스 채널의 체적은 감소되고 가스를 가압하거나 압축하는 효율이 증가된다. 그에 따라, 본 발명의 소형 공압 장치는 향상된 성능과 작은 크기를 갖는다. 압전 액추에이터의 압전 세라믹 플레이트 및 서스펜션 플레이트가 크면, 서스펜션 플레이트의 강성이 저하되기 때문에 서스펜션 플레이트는 진동 중에 쉽게 비틀려진다. 서스펜션 플레이트의 비틀림이 발생하면, 서스펜션 플레이트와 공진 플레이트 또는 그 밖의 다른 구성요소 사이의 충돌 간섭이 증가하며 그에 따라 소음이 발생한다. 소음 문제로 인해 제품에 결함이 발생할 수 있다. 즉, 서스펜션 플레이트의 크기와 압전 세라믹 플레이트의 크기가 커질수록, 소형 공압 장치의 불량률은 증가된다. 서스펜션 플레이트의 크기와 압전 세라믹 플레이트의 크기를 줄임으로써, 소형 공압 장치의 성능은 향상되고 소음이 감소하며 불량률이 감소한다. 서스펜션 플레이트의 크기가 감소되면 성능 및 최대 출력 압력을 증가된다는 사실은 이론적인 수학 공식보다는 실험 결과에 따라 달성된다.
소형 유체 제어 장치(1A)와 소형 밸브 장치(1B)가 결합된 후, 소형 공압 장치(1)의 전체 두께는 2㎜ 내지 6㎜ 사이에 있다. 소형 공압 장치가 얇고 휴대용이기 때문에, 의료 기기 또는 그 밖의 임의의 적절한 장비에 적합하다.
이상의 설명으로부터, 본 발명은 소형 공압 장치를 제공한다. 소형 공압 장치는 소형 유체 제어 장치 및 소형 밸브 장치를 포함한다. 가스가 유입구를 통해 소형 유체 제어 장치로 공급된 후, 압전 액추에이터가 작동된다. 그에 따라, 가스 포집 챔버와 소형 유체 제어 장치의 유체 채널에 압력 구배가 발생되어 가스가 소형 밸브 장치로 고속으로 흐르게 된다. 또한, 소형 밸브 장치의 1-방향 밸브 플레이트로 인해, 가스는 한 방향으로 전달된다. 그에 따라, 가스의 압력은 배출 구조물과 연결된 임의의 장비에 축적된다. 가스 해제 작동(또는 감압 작동)을 수행하기 위해, 사용자는 소형 유체 제어 장치로 공급되는 가스의 양을 조절하여, 가스가 더 이상 가스 포집 챔버로 전달되지 않도록 할 수 있다. 이 상태에서, 가스는 소형 밸브 장치의 배출 구조물로부터 제2 배출 챔버로 전달되며, 그 뒤, 연통 채널을 통해 제2 압력 해제 챔버로 전달되고, 마지막으로 압력 해제 천공으로부터 배출된다. 본 발명의 소형 공압 장치에 의해, 가스를 신속하게 전달하면서도 조용한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 특별한 구성으로 인해, 본 발명의 소형 공압 장치는 체적이 작고 두께가 얇다. 그에 따라, 소형 공압 장치와 소형 유체 제어 장치는 휴대용이며 의료 기기 또는 그 밖의 임의의 적절한 장비에 적용된다.
본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 고려되는 것에 관하여 설명되었지만, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예들에 한정될 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 반대로, 모든 수정 및 유사한 구조를 포함하도록 가장 넓은 해석과 일치하는 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 변형 및 유사한 배열을 포함하기 위한 것이다.

Claims (5)

  1. 소형 유체 제어 장치에 있어서, 상기 소형 유체 제어 장치는:
    압전 액추에이터를 포함하되, 상기 압전 액추에이터는:
    서스펜션 플레이트를 포함하며, 상기 서스펜션 플레이트는 정방형 구조물이고, 서스펜션 플레이트의 길이가 7.5mm 내지 12mm 사이에 있으며, 서스펜션 플레이트는 중간부로부터 주변부로 만곡 진동을 받고;
    서스펜션 플레이트 주위에 배열된 외부 프레임;
    서스펜션 플레이트를 탄성적으로 지지하기 위해 외부 프레임과 서스펜션 플레이트 사이에 연결된 하나 이상의 브래킷을 포함하되, 상기 하나 이상의 브래킷은:
    서스펜션 플레이트와 외부 프레임과 평행하고 외부 프레임과 서스펜션 플레이트 사이의 빈 공간에 형성된 중간부;
    상기 중간부와 서스펜션 플레이트 사이에 배열된 제1 연결부; 및
    상기 중간부와 외부 프레임 사이에 배열된 제2 연결부를 포함하되, 제1 연결부와 제2 연결부는 중간부의 두 단부들 사이에 배열되고, 서로 대향하는 중간부의 두 위치들에서 중간부와 연결되며, 동일한 수평선을 따라 배치되고;
    압전 세라믹 플레이트를 포함하되, 상기 압전 세라믹 플레이트는 정방형 구조물이고, 압전 세라믹 플레이트의 길이는 서스펜션 플레이트의 길이보다 크지 않으며, 압전 세라믹 플레이트는 서스펜션 플레이트의 제1 표면에 결부되고, 전압이 압전 세라믹 플레이트에 인가되면, 서스펜션 플레이트는 만곡 진동을 받도록 구동되고;
    하우징을 포함하되, 상기 하우징은:
    바닥 플레이트와 측벽을 가진 가스 포집 플레이트를 포함하며, 측벽은 바닥 플레이트의 에지들로부터 돌출되고, 수용 공간이 바닥 플레이트와 측벽에 의해 형성되며, 압전 액추에이터는 상기 수용 공간 내에 수용되고, 가스 포집 플레이트의 한 표면은 오목하여 가스 포집 챔버를 형성하며,
    압전 액추에이터의 바닥을 밀봉하는 베이스를 포함하되, 상기 베이스는 서스펜션 플레이트의 중간부에 상응하는 중앙 구멍을 가지고;
    가스 포집 플레이트는 사이를 통과하는 복수의 천공을 포함하되, 전압이 압전 액추에이터에 인가되면 서스펜션 플레이트는 만곡 진동을 받고, 유체는 베이스의 중앙 구멍으로부터 가스 포집 챔버로 전달되어, 천공으로부터 배출되며;
    밸브 플레이트와 가스 배출 플레이트를 포함하는 소형 밸브 장치를 포함하되, 밸브 플레이트는 밸브 개구를 가지며, 가스 포집 플레이트, 밸브 플레이트 및 가스 배출 플레이트는 함께 결합되고, 가스가 소형 유체 제어 장치로부터 소형 밸브 장치로 전달되고 난 후에 압력 포집 작동 또는 압력 해제 작동이 선택적으로 수행되며, 가스 배출 플레이트는 제2 압력 해체 챔버 및 하나 이상의 위치 제한 구조물을 포함하고, 상기 위치 제한 구조물은 제2 압력 해제 챔버 내에 배치되며 밸브 플레이트를 지지하는 것을 돕고 밸브 플레이트의 붕괴를 방지하는, 것을 특징으로 하는 소형 유체 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 서스펜션 플레이트는 돌출부를 추가로 포함하고, 상기 돌출부는 원형의 볼록 구조물이며, 상기 돌출부의 직경이 서스펜션 플레이트의 길이의 0.55 배인 것을 특징으로 하는 소형 유체 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 서스펜션 플레이트의 두께가 0.1mm 내지 0.4mm 사이에 있는 것을 특징으로 하는 소형 유체 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 베이스는 가스 유입 플레이트와 공진 플레이트를 포함하고, 상기 가스 유입 플레이트는 제1 표면, 제2 표면 및 하나 이상의 유입구를 포함하며, 상기 하나 이상의 유입구는 가스 유입 플레이트의 제1 표면과 제2 표면을 통해 배열되며, 하나 이상의 수렴 채널이 가스 유입 플레이트의 제1 표면에 형성되고, 상기 하나 이상의 수렴 채널은 가스 유입 플레이트의 하나 이상의 유입구와 연통하며, 중앙 공동이 가스 유입 플레이트에 형성되고 하나 이상의 수렴 채널의 중앙 수렴 영역에 위치하며, 유체가 하나 이상의 유입구를 통해 하나 이상의 수렴 채널로 유입된 뒤, 유체는 하나 이상의 수렴 채널에 의해 안내되어 중앙 공동으로 수렴되고, 중앙 공동은 유체를 일시적으로 저장하기 위한 수렴 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 유체 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 가스 포집 플레이트는 기점 표면과 복수의 천공을 포함하고, 제1 압력 해제 챔버와 제1 배출 챔버가 가스 포집 플레이트의 기점 표면에 형성되며, 복수의 천공은 제1 천공 및 하나 이상의 제2 천공을 포함하고, 제1 천공의 제1 단부가 가스 포집 챔버와 연통하며, 제1 천공의 제2 단부가 제1 압력 해제 챔버와 연통하고, 하나 이상의 제2 천공의 한 단부가 제1 배출 챔버와 연통하며, 가스 포집 플레이트는 제1 배출 챔버에 상응하는 돌출 구조물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 유체 제어 장치.
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