TW201430217A - 壓電有閥式微泵浦構造 - Google Patents

Abstract

一種壓電有閥式微泵浦構造，係包括：一第一蓋板，其至少具有二側部；一閥座，係固設於第一蓋板之其中一側部，其具有一第一流道、一第二流道及至少二側部，而第一流道及第二流道上各設有一閥門；一致動板，其至少具有一第一板面及一第二板面，其中第一板面係固設於閥座之其中一側部上，而第二板面上係有一壓電片；一第二蓋板，係固設於該致動板之第二板面上，其與致動板之壓電片相對位置處設有一凹陷部；藉由前述構件之組配結合， 而令本發明具有提高壓縮比、自動吸水能力及致動力等效益。

Description

壓電有閥式微泵浦構造

　　本發明係與微泵浦有關，特別是指一種採壓電方式之有閥式微泵浦構造。

　　在微機電工程領域中，微泵浦是微流量系統中最主要的關鍵元件，其主要功能係在提供流體輸送過程中所需的動力，藉以帶動流體流動外，並可精密控制微小的流量；而採壓電式結構設計之微泵浦，其主要係施加一電壓訊號至一壓電薄膜上，而壓電薄膜係會依電壓的大小而行各種不同的變形或移動，比如施以正電壓時，壓電薄膜係會向上移動，而使外部的流體被吸入至微泵浦中，另當施以負電壓時，壓電薄膜則會向下作動，而迫使原被吸入微泵浦中流體，可經由微泵浦的出口而被排出至外部；是以，習用之壓電式微泵浦主是係利用壓電薄膜上下作動所形成的動力，來驅使流體流動；然而習用之壓電式微泵浦雖具致動力大及效率高等優點，但仍有致動位移量小，若需要較大的致動位移量，卻有需要更大電壓的困擾。

　　中華民國發明專利公報第I256374號，係揭示一種PDMS無閥微幫浦結構及其製程，而此一PDMS無閥微幫浦結構係包括一PDMS結構體、一設置於PDMS結構體上之薄膜、及一設置於薄膜上之壓電致動器；PDMS結構體上，又包括凹陷形成連通流道結構之一輸入槽體、一輸入噴嘴結構、一腔體、一輸出噴嘴結構、及一輸出槽體；其中，壓電致動器係相對設置於腔體上方，以藉由其對腔體之上下作動，控制PDMS無閥微幫浦結構內之流體流動。

　　惟，習用之無閥微幫浦結構雖可達到控制流體流動的預期功效，但此類微泵浦在使用 上卻存有致動量無法提昇，導致壓縮比不高，因而嚴重地限制微泵浦自動吸水能力及無法使用於氣體輸送等困擾外，仍有高背壓、高洩漏率及流量小等問題。

　　本發明主要係在解決習用壓電微泵浦因致動量不足，而導致壓縮比不高無法使用於氣體上及自動吸水能力不足等困擾外、仍存有高背壓、高洩漏率及流量小等問題。

　　因此，本發明係提供一種壓電有閥式微泵浦構造，係包括：

　　一第一蓋板，係包含有一第一側部；

　　一閥座，係固設於該第一蓋板之該第一側部，其至少具有一第一流道、一第二流道及一第二側部；而該第一流道及該第二流道係於該閥座的第二側部上形成一出口及一入口；又該第一流道及該第二流道上各設有一閥門；

　　一致動板，其至少具有一第一板面及一第二板面，其中該第一板面係固設於該閥座之第二側部上，而該第二板面上係有一壓電片；及

　　一第二蓋板，係固設於該致動板之第二板面上，其與致動板之壓電片相對位置處設有一凹陷部。

　　上述閥門 係以PDMS(矽氧聚高分子)材質製成。

　　上述 閥座之出口及入口的位置處設有一閥座凹槽。

　　上述致動板相對閥座之閥座凹槽處設有一第一致動凹槽。

　　上述致動板之第一板面相對閥座之出口及入口位置處設有一第一致動凹槽。

　　上述閥座與致動板間係有一密封材。

　　上述密封材係為一O形環。

　　上述致動板之第二板面設有一第二致電凹槽，而壓電片係設於該第二致電凹槽上。

　　上述第二蓋板之凹陷部係為一通孔。

　　上述閥座之該第一流道、該第二流道、該閥座凹槽與該致動板之該第一致動凹槽的體積總和定義為一原始體積，該致動板作動後之上述最小體積總和定義為一變位體積，其中該變位體積/原始體積≧0.075。

　　本發明之具體特點及其功效在於：

　　1.本發明係可藉由內部的空間增加，進而增益流體的流量。

　　2.本發明結構中係因閥座之閥座凹槽及致動板之第一致動凹槽與第二致動凹槽的設置，而具有提高壓縮比、自動吸水能力及致動力等效益外，亦可克服背壓等問題。

　　3.本發明係可藉由調變閥座之閥座凹槽及致動板之第一致動凹槽的深度，進而達到調控壓縮比、自動吸水能力及致動力等效能。

　　4.本發明係可運用致動板之第一致動凹槽及第二致動凹槽兩者深度的調變，來調控致動板的厚薄程度，進而令本發明致動的效果得以取得最佳化。

　　5.由於本發明最大的致動體積變形量與內部體積相較係可達到0.075以上的壓縮比，據此，令本發明可適用於輸送液體外，亦可使用需要壓縮比較高之氣體傳輸上。

(1)．．．第一蓋板

(2)．．．閥座

(2′)．．．閥座

(3)．．．致動板

(4)．．．第二蓋板

(5)．．．密封材

(11)．．．第一側部

(12)．．．通孔

(21)．．．第一流道

(21′)．．．第一流道

(22)．．．第二流道

(22′)．．．第二流道

(23)．．．第二側部

(24)．．．閥座凹槽

(25)．．．通孔

(31)．．．第一板面

(32)．．．第二板面

(33)．．．壓電片

(34)．．．第一致動凹槽

(35)．．．第二致動凹槽

(36)．．．通孔

(41)．．．凹陷部

(211)．．．出口

(221)．．．入口

(212)．．．閥門

(222)．．．閥門

(A)．．．第一管體

(B)．．．第二管體

(P)．．．螺桿

　　第一圖：係本發明之立體示意圖。

　　第二圖：係本發明之立體分解圖。

　　第三圖：係本發明中閥座及閥門之立體放大示意圖。

　　第四圖：係本發明之剖面示意圖之一。

　　第五圖：係本發明之剖面示意圖之二。

　　第六圖：係本發明之剖面示意圖之三。

　　第七圖：係本發明之剖面示意圖之四。

　　第八圖：係本發明之後視圖。

　　請參閱第一圖至第四圖所示，係本發明一種壓電有閥式微泵浦構造之一較佳實施例，係包括 ：一第一蓋板(1)、一閥座(2)、一致動板(3)及一第二蓋板(4)；其中：

　　該第一蓋板(1)，係包含有一第一側部(11)；

　　該閥座(2)係以不鏽鋼經濕蝕刻方式蝕刻而成，而該閥座(2)係固設於該第一蓋板(1)之 第一側部(11)，且該閥座(2)至少具有一第一流道(21)、一第二流道(22)及一第二側部(23)；而該第一流道(21)及該第二流道(22)係於該閥座(2)的第二側部(23)上形成一出口(211)及一入口(221)；又該第一流道(21)及該第二流道(22)上各設有一閥門(212)及一閥門(222)；而該閥門(212)及該閥門(222)係由一PDMS材質所製成，且該PDMS係為一矽氧聚高分子材料，並為一高疏水性之彈性體，其備具有吸震及減少應力等機械性能。

　　該致動板(3)至少具有一第一板面(31)及一第二板面(32)，其中該第一板面(31)係固設於該閥座(2)之 第二側部(23)上，且為了該致動板(3)與該閥座(2)之第二側部(23)之間的密合度，兩者間係設有一密封材(5)，而在本實施例中該密封材(5)係為一O形環，藉由該密封材(5)的設置，使該致動板(3)與該閥座(2)之第二側部(23)之間無流體外溢之虞；另該第二板面(32)上係有一壓電片(33)，且該壓電片(33)係由壓電材料製成，該壓電片(33)係可在一電壓訊號的施加作用下，該壓電片(33)係可做各種不同幅度及方向的振動或移動變形。

　　該第二蓋板(4)係固設於該致動板(3)之第二板面(32)上，且該第二蓋板(4)與該致動板(3)之該壓電片(33)相對位置處設有一凹陷部(41)，而在本實施例中，該第二蓋板(4)之該凹陷部(41)係為一通孔。

　　再請參閱第一圖至第三圖所示，上述各構件的組配方式在本實施例中係以螺固方式結合成一體，其方式為：該第一蓋板(1)、該閥座(2)、該致動板(3)及該第二蓋板(4)上係設有相對應之通孔(12)、通孔(25)、通孔(36)及螺孔(42)，並以相對數量之螺桿(P)依序穿過該通孔(12)、通孔(25)、通孔(36)及螺孔(42)，而將該第一蓋板(1)、該閥座(2)、該致動板(3)及該第二蓋板(4)固結成一體，故本發明之組裝十分的簡單快速。

　　據上，當本發明於實施前，該第一流道(21)及該第二流道(22)係分別與一第一管體(A)及一第二管體(B)行管線接連，且此時該致動板(3)上的該壓電片(33)尚未作動，且該閥門(212)及閥門(222)係分別封閉住該第一流道(21)及該第二流道(22)；而當該壓電片(33)接到一電壓訊號時，令該壓電片(33)向下弧彎變形(如第四圖所示)，而該致動板(3)係同步行同向同弧度的彎曲變形(如第四圖中之假想線所示)，使該閥座(2)之該閥門(212)不再貼合封閉住該第一流道(21)，而令該第一管體(A)中的流體可由該第一流道(21)及該出口(211)而流入至該致動板(3)上；另當該壓電片(33)接到一反向電壓訊號時，該壓電片(33)即反向向上弧彎變形(如第五圖所示)，，此時該致動板(3)亦行同步同向弧彎變形(如第五圖中之假想線所示)，進而使該閥座(2)之該閥門(212)再次封閉住該第一流道(21)，並令該閥座(2)之該閥門(222)不再封閉該第二流道(22)，而使原該致動板(3)中的流體，因受到該致動板(3)向上之弧彎擠壓而由該入口(221)及該第二流道(22)流出。

　　是以，本發明係運用該致動板(3)向上及向下之弧彎變形，來驅使流體的流入與排出，故為了增加該致動板(3)向上弧彎的變形量，可參第四圖及第五圖所示，該致動板(3)之該第一板面(31)上設有一第一致動凹槽(34)，且該第一致動凹槽(34)係相對該閥座(2)該出口(211)及該入口(221)之位置設置；或如第六圖所示，該閥座(2)之出口(211)及入口(221)的位置處設有一閥座凹槽(24)；藉由該第一致動槽(34)及/或該閥體凹槽(24)的設置，不僅可增加內部容設流體的空間及增益流體的流量外，且因該致動板(3)的致動變形量的增加，進而備具提昇壓縮比、自動吸水能力及減少背壓等效益；例如：該致動板(3)之該動致凹槽(34)之直徑為22mm深度為0.2mm，而該第一流道(21)及該第二流道(22)之內徑都為2mm，其長度分別為2mm及4mm，又該閥座(2)之該閥座凹槽(24)之槽深為4mm，其截面積為11.605mm²，經計算該致動板(3)之該動致凹槽(34)、該第一流道(21)、該第二流道(22)及該閥座(2)之該閥座凹槽(24)三者的體積總合為155.4mm³，而該致動板(3)所產生的致動變形體積係在11.655mm³，所以前述結構設計之壓縮比係為達到0.075，是以，本發明係可當液體泵浦或需要較大壓縮比之氣體泵浦使用。

　　再如第七圖所示，該致動板之第二板面(3)亦設有一第二致電凹槽(35)，而該壓電片(33)則設於該第二致電凹槽(35)上，且該致動板(3)係可利用該第一致動凹槽(34)及第二致動凹槽(35)的設置來減少厚度，使得該致動板(3)的致動效果得以更為增強。

　　又請參閱第八圖所示，係為本發明之另一實施例，其主要係於該閥體(2’)上增設另一該第一流道(21’)及另一該第二流道(22’)，而此一結構設計係可大幅增加整體的體積流率及其流量等；是以，本發明係可依據所需的體積流率及流量，配置多個該第一流道(21’)及另一該第二流道(22’)，故本發明對於該第一流道(21’)及該第二流道(22’)並無數量的限量。

　　唯，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以侷限本發明之各項技術特徵，凡舉利用本發明的創作範疇。因此本發明之說明書所作之陳述並非用以限本實施之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範下所述之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之申請專利範圍內。

(1)．．．第一蓋板

(2)．．．閥座

(3)．．．致動板

(4)．．．第二蓋板

(21)．．．第一流道

(33)．．．壓電片

(41)．．．凹陷部

Claims (10)

1. 一種壓電有閥式微泵浦構造，係包括：
   一第一蓋板，係包含有一第一側部；
   一閥座，係固設於該第一蓋板之該第一側部，其至少具有一第一流道、一第二流道及一第二側部；而該第一流道及該第二流道係於該閥座的第二側部上形成一出口及一入口；又該第一流道及該第二流道上各設有一閥門；
   一致動板，其至少具有一第一板面及一第二板面，其中該第一板面係固設於該閥座之第二側部上，而該第二板面上係有一壓電片；及
   一第二蓋板，係固設於該致動板之第二板面上，其與該致動板之該壓電片相對位置處設有一凹陷部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該致動板之該第一板面相對該閥座之該出口及該入口位置處設有一第一致動凹槽。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該閥座之該出口及該入口的位置處設有一閥座凹槽。
4. 如申請專利範圍第3項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該致動板之第一板面相對該閥座之該閥座凹槽處設有一第一致動凹槽。
5. 如申請專利範圍第1項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該閥門係以PDMS材質製成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該閥座與該致動板間係有一密封材。
7. 如申請專利範圍第6項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該密封材係為一O形環。
8. 如申請專利範圍第1項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該致動板之該第二板面設有一第二致電凹槽，而該壓電片係設於該第二致電凹槽上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中該第二蓋板之該凹陷部係為一通孔。
10. 如申請專利範圍第2項所述之壓電有閥式微泵浦構造，其中，該閥座之該第一流道、該第二流道、該閥座凹槽與該致動板之該第一致動凹槽的體積總和定義為一原始體積，該致動板作動後之上述最小體積總和定義為一變位體積，其中該變位體積/原始體積≧0.075。