TW201825782A - 微型流體控制裝置 - Google Patents

Abstract

一種微型流體控制裝置，包括：一進氣板；一共振片，具有一中空孔洞；一壓電致動器；一集氣板，具有一凹置槽面、一基準表面及一貫穿孔，凹置槽面具有一深度，可供壓電致動器、共振片及進氣板依序堆疊容置組裝定位其中，而凹置槽面底部凹置形成一集氣腔室，透過貫穿孔與基準表面連通，且集氣腔室受壓電致動器承載於上方而封閉；其中該共振片與該壓電致動器之間具有一間隙形成一暫存腔室，該壓電致動器受驅動時，氣體由該進氣板進入，流經該共振片，以進入該暫存腔室內再傳輸至集氣腔室，透過貫穿孔排出集氣板外，以持續傳輸氣體。

Description

微型流體控制裝置

本案係關於一種氣壓動力裝置，尤指一種微型超薄且靜音之微型流體控制裝置。

目前於各領域中無論是醫藥、電腦科技、列印、能源等工業，產品均朝精緻化及微小化方向發展，其中微幫浦、噴霧器、噴墨頭、工業列印裝置等產品所包含之流體輸送結構為其關鍵技術，是以，如何藉創新結構突破其技術瓶頸，為發展之重要內容。

舉例來說，於醫藥產業中，許多需要採用氣壓動力驅動之儀器或設備，通常採以傳統馬達及氣壓閥來達成其氣體輸送之目的。然而，受限於此等傳統馬達以及氣體閥之體積限制，使得此類的儀器設備難以縮小其整體裝置的體積，即難以實現薄型化之目標，更無法使之達成可攜式之目的。此外，傳統馬達及氣體閥於作動時亦會產生噪音之問題，導致使用上的不便利及不舒適。

因此，如何發展一種能在長期使用下維持一定工作特性及流速之微型流體控制裝置，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供一種微型流體控制裝置，氣體自微型流體控制裝置上之進氣孔進入，並利用壓電致動器之作動，使氣體於設計後之流道及壓力腔室中產生壓力梯度，進而使氣體高速流動，如此構成微型流體控制裝置可達到靜音之功效，更可使微型流體控制裝置之整體體積減小及薄型化，進而使微型流體控制裝置達成輕便舒適之可攜式目的。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種微型流體控制裝置，包括：一進氣板；一共振片，具有一中空孔洞；一壓電致動器；一集氣板，具有一凹置槽面、一基準表面及一貫穿孔，凹置槽面具有一深度，可供壓電致動器、共振片及進氣板依序堆疊容置組裝定位其中，而凹置槽面底部凹置形成一集氣腔室，透過貫穿孔與基準表面連通，且集氣腔室受壓電致動器承載於上方而封閉；其中該共振片與該壓電致動器之間具有一間隙形成一暫存腔室，該壓電致動器受驅動時，氣體由該進氣板進入，流經該共振片，以進入該暫存腔室內再傳輸至集氣腔室，透過貫穿孔排出集氣板外，以持續傳輸氣體。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1A圖、第1B圖、第2A圖、第2B圖及第3圖所示，本案之微型流體控制裝置1包含有底座10、壓電致動器13、兩絕緣片141、142、導電片15以及集氣板16。其中底座10包含進氣板11及共振片12，但不以此為限。壓電致動器13對應於共振片12而設置，並使進氣板11、共振片12、壓電致動器13、絕緣片141、導電片15、另一絕緣片142、集氣板16等依序堆疊設置，且壓電致動器13由一懸浮板130、一外框131、至少一支架132以及一壓電元件133所共同組裝而成。

進氣板11具有第二表面11a、第一表面11b及至少一進氣孔110，於本實施例中，進氣孔110之數量係為4個，但不以此為限，其貫穿進氣板11之第二表面11a及第一表面11b，主要用以供氣體自裝置外順應大氣壓力之作用而自至少一進氣孔110流入微型流體控制裝置1內。且又如第2B圖所示，由進氣板11之第一表面11b可見，其上具有至少一匯流排孔112，用以與進氣板11第二表面11a之至少一進氣孔110對應設置。於匯流排孔112的中心交流處具有中心凹部111，且中心凹部111與匯流排孔112相連通，藉此可將自至少一進氣孔110進入匯流排孔112之氣體引導至匯流集中至中心凹部111作傳遞。是以於本實施例中，進氣板11具有一體成型的進氣孔110、匯流排孔112及中心凹部111，且於中心凹部111處即對應形成一匯流氣體的匯流腔室，以供氣體暫存。於一些實施例中，進氣板11之材質可為但不限為由一不鏽鋼材質所構成。於另一些實施例中，由中心凹部111處所構成之匯流腔室之深度與匯流排孔112之深度相同。共振片12由一可撓性材質所構成，但不以此為限，且於共振片12上具有一中空孔洞120，對應於進氣板11之第一表面11b之中心凹部111而設置，以使氣體可通過流通，且共振片12對應於中心凹部111為一可動部121，而固定黏接於底座10之進氣板11之部分為固定部122。於另一些實施例中，共振片12可由一銅材質所構成，但不以此為限。

請同時參閱第4A圖、第4B圖及第4C圖所示，壓電致動器13由一懸浮板130、一外框131、至少一支架132以及一壓電元件133所共同組裝而成，其中，壓電元件133具有不大於該懸浮板130邊長之邊長，貼附於懸浮板130之第一表面130b，用以施加電壓產生形變以驅動懸浮板130彎曲振動，懸浮板130具有中心部130d及外周部130e，是以當壓電元件133受電壓驅動時，懸浮板130可由中心部130d到外周部130e彎曲振動，以及至少一支架132連接於懸浮板130與外框131之間，於本實施例中，支架132兩端點分別連接於外框131、懸浮板130，以提供彈性支撐，且於支架132、懸浮板130及外框131之間更具有至少一空隙135，用以供氣體流通，且懸浮板130、外框131以及支架132之型態及數量係具有多種變化。另外，外框131環繞設置於懸浮板130之外側，且具有一向外凸設之導電接腳134，用以供電連接之用，但不以此為限。於本實施例中，懸浮板130為一階梯面之結構，意即於懸浮板130之第二表面130a更具有一凸部130c，凸部130c可為但不限為一圓形凸起結構，懸浮板130之凸部130c與外框131之第二表面131a共平面，且懸浮板130之第二表面130a及支架132之第二表面132a亦為共平面，且懸浮板130之凸部130c及外框131之第二表面131a與懸浮板130之第二表面130a及支架132之第二表面132a之間具有一特定深度。至於懸浮板130之第一表面130b與外框131之第一表面131b及支架132之第一表面132b為平整之共平面結構，而壓電元件133具有不大於懸浮板130邊長之邊長，貼附於此平整之懸浮板130之第一表面130b處。於另一些實施例中，懸浮板130之型態亦可為一雙面平整之板狀正方形結構，並不以此為限，可依照實際施作情形而任施變化。於一些實施例中，懸浮板130、支架132以及外框131可為一體成型之結構，且可由一金屬板所構成，例如不鏽鋼材質所構成，但不以此為限。

此外，微型流體控制裝置1中絕緣片141、導電片15及另一絕緣片142依序對應設置於壓電致動器13之下，且其形態大致上對應於壓電致動器13之外框之形態。於一些實施例中，絕緣片141、142即由可絕緣之材質所構成，例如：塑膠，但不以此為限，以進行絕緣之用；於另一些實施例中，導電片15即由可導電之材質所構成，例如：金屬，但不以此為限，以進行電導通之用。以及，於本實施例中，導電片15上亦可設置一導電接腳151，以進行電導通之用。

微型流體控制裝置1排除集氣板16之部分為依序由一絕緣片142、導電片15、另一絕緣片141、壓電致動器13、共振片12及進氣板11堆疊而成，且於共振片12與壓電致動器13之間具有一間隙g0，於本實施例中，於共振片12及壓電致動器13之外框131周緣之間的間隙g0中填充一材質，例如：導電膠，但不以此為限，以使共振片12與壓電致動器13之懸浮板130之凸部130c之間可維持間隙g0之深度，進而可導引氣流更迅速地流動，且因懸浮板130之凸部130c與共振片12保持適當距離使彼此接觸干涉減少，促使噪音產生可被降低；於另一些實施例中，亦可藉由加高壓電致動器13之外框131之高度，以使其與共振片12組裝時增加一間隙，但不以此為限。

集氣板16上具有一凹置槽面160、一基準表面161、一集氣腔室162以及一貫穿孔163，其中凹置槽面160具有一深度，此深度可供一絕緣片142、導電片15、另一絕緣片141、壓電致動器13、共振片12及進氣板11依序堆疊容置其中達成一微型流體控制裝置1，而凹置槽面160底部凹置形成一集氣腔室162，透過貫穿孔163與基準表面161連通，如此集氣腔室162受壓電致動器13承載於上方而封閉，致使微型流體控制裝置1傳輸之氣體能暫時蓄積於此集氣腔室162中而由貫穿孔163排出於集氣板16外。另外，集氣板16於一側面設有一開窗口164連通凹置槽面160，如此一絕緣片142、導電片15、另一絕緣片141、壓電致動器13、共振片12及進氣板11依序堆疊容置於集氣板16之凹置槽面160上組裝定位而封閉集氣腔室162後，致使導電片15之導電接腳151及壓電致動器13之外框131向外凸設之導電接腳134皆能透過此開窗口164凸伸於集氣板16外，方便連接進行電導通之用。

請續參閱第5A圖至第5C圖所示，當微型流體控制裝置1之一絕緣片142、導電片15、另一絕緣片141、壓電致動器13、共振片12及進氣板11依序堆疊容置於集氣板16之凹置槽面160上組裝定位而封閉集氣腔室162後，於共振片12之中空孔洞120處可與其上的進氣板11共同形成一匯流氣體的腔室，且在共振片12與壓電致動器13之間更形成一暫存腔室17，用以暫存氣體，且暫存腔室17透過共振片12之中空孔洞120而與進氣板11第一表面11b之中心凹部111處的腔室相連通，且暫存腔室17之兩側則由壓電致動器13之支架132之間的空隙135而與集氣腔室162相連通。

如第5A圖所示，當微型流體控制裝置1作動時，主要由壓電致動器13受施加電壓而致動，以支架132為支點，進行垂直方向之往復式振動。當壓電致動器13受施加電壓而致動向下振動時，由於共振片12為輕、薄之片狀結構，是以當壓電致動器13振動時，共振片12亦會隨之共振而進行垂直之往復式振動，即為共振片12之可動部121對應中心凹部111的部分亦會隨之彎曲振動形變，如第5B圖所示，氣體由進氣板11上的至少一進氣孔110進入，並透過其第一表面11b的至少一匯流排孔112以匯集到中央的中心凹部111處，再經由共振片12上與中心凹部111對應設置的中央孔洞120向下流入至暫存腔室17中，此時共振片12對應中心凹部111的可動部121會因流體的帶入及推壓以及壓電致動器13振動之帶動，而隨著壓電致動器13向下彎曲振動形變，共振片12之可動部121亦隨之向下振動貼附抵觸於壓電致動器13之懸浮板130之凸部130c上，使懸浮板130之凸部130c以外的區域與共振片12兩側之固定部122之間的匯流腔室的間距不會變小，並藉由此共振片12之形變，以壓縮暫存腔室17之體積，並關閉暫存腔室17中間流通空間，促使其內的氣體推擠向兩側流動，進而經過壓電致動器13之支架132之間的空隙135而向下穿越流動至集氣腔室162；復如第5C圖所示，壓電致動器13受施加電壓而致動以向上振動，而共振片12之可動部121亦受到推動而向上彎曲振動形變，如此同樣擠壓暫存腔室17之體積，惟此時由於壓電致動器13向上抬升，因而使得暫存腔室17內的氣體會朝兩側流動，同時氣體持續地自進氣板11上的至少一進氣孔110進入，再流入中心凹部111所形成之匯流腔室而暫存，而暫存腔室17之氣體則經由壓電致動器13之支架132之間的空隙135而向下穿越至集氣腔室162，透過貫穿孔163排出於集氣板16外，當壓電致動器13回復至第5A圖所示向下振動，共振片12之可動部121亦回復至初始位置，進而使中心凹部111內的氣體再由共振片12的中央孔洞120而流入暫存腔室17內。如此重複如第5A圖至第5C圖所示之操作，即可實施本案之微型流體控制裝置1之傳輸氣體之運作。

綜上所述，本案所提供之微型流體控制裝置，主要藉由氣體自微型流體控制裝置上之進氣孔進入，並利用壓電致動器之作動，使氣體於設計後之流道及壓力腔室中產生壓力梯度，進而使氣體高速流動，如此構成微型流體控制裝置可達到靜音之功效，更可使微型流體控制裝置之整體體積減小及薄型化，進而使微型流體控制裝置達成輕便舒適之可攜式目的，並可廣泛地應用於醫療器材及相關設備之中。因此，本案之微型流體控制裝置極具產業利用價值，爰依法提出申請。

縱使本發明已由上述實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧微型流體控制裝置

10‧‧‧底座

11‧‧‧進氣板

11a‧‧‧進氣板之第二表面

11b‧‧‧進氣板之第一表面

110‧‧‧進氣孔

111‧‧‧中心凹部

112‧‧‧匯流排孔

12‧‧‧共振片

120‧‧‧中空孔洞

121‧‧‧可動部

122‧‧‧固定部

13‧‧‧壓電致動器

130‧‧‧懸浮板

130a‧‧‧懸浮板之第二表面

130b‧‧‧懸浮板之第一表面

130c‧‧‧凸部

130d‧‧‧中心部

130e‧‧‧外周部

131‧‧‧外框

131a‧‧‧外框之第二表面

131b‧‧‧外框之第一表面

132‧‧‧支架

132a‧‧‧支架之第二表面

132b‧‧‧支架之第一表面

133‧‧‧壓電元件

134、151‧‧‧導電接腳

135‧‧‧空隙

141、142‧‧‧絕緣片

15‧‧‧導電片

16‧‧‧集氣板

160‧‧‧凹置槽面

161‧‧‧基準表面

162‧‧‧集氣腔室

163‧‧‧貫穿孔

164‧‧‧開窗口

17‧‧‧暫存腔室

g0‧‧‧間隙

第1A圖為本發明微型流體控制裝置之正面方向視得立體外觀示意圖。 第1B圖為本發明微型流體控制裝置之背面方向視得立體外觀示意圖。 第2A圖為本發明微型流體控制裝置之正面方向視得相關構件分解示意圖。 第2B圖為本發明微型流體控制裝置之背面方向視得相關構件分解示意圖。 第3圖為本發明微型流體控制裝置之剖面示意圖。 第4A圖為本發明壓電致動器之正面視得立體示意圖。 第4B圖為本發明微型流體控制裝置之壓電致動器之背面視得立體示意圖。 第4C圖為本發明微型流體控制裝置之壓電致動器之剖面示意圖。 第5A圖至第5C圖為本發明微型流體控制裝置之實施作動示意圖。

Claims (6)

1. 一種微型流體控制裝置，包括： 　一進氣板； 　一共振片，具有一中空孔洞； 　一壓電致動器； 　一集氣板，具有一凹置槽面、一基準表面及一貫穿孔，該凹置槽面具有一深度，可供該壓電致動器、該共振片及該進氣板依序堆疊容置組裝定位其中，而該凹置槽面底部凹置形成一集氣腔室，透過該貫穿孔與該基準表面連通，且該集氣腔室受該壓電致動器承載於上方而封閉； 　其中該共振片與該壓電致動器之間具有一間隙形成一暫存腔室，該壓電致動器受驅動時，氣體由該進氣板進入，流經該共振片，以進入該暫存腔室內再傳輸至該集氣腔室，透過該貫穿孔排出該集氣板外，以持續傳輸氣體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微型流體控制裝置，其中該進氣板具有至少一進氣孔、至少一匯流排孔及構成一匯流腔室之一中心凹部，該至少一進氣孔供導入氣體，該匯流排孔對應該進氣孔，且引導該進氣孔之氣體匯流至該中心凹部所構成之該匯流腔室，以及該匯流腔室對應到該共振片之該中空孔洞。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微型流體控制裝置，其中該壓電致動器包括有： 　一懸浮板，可由一中心部到一外周部彎曲振動； 　一外框，環繞設置於該懸浮板之外側； 　至少一支架，連接於該懸浮板與該外框之間，以提供彈性支撐； 　一壓電元件，具有不大於該懸浮板邊長之邊長，貼附於該懸浮板之一第一表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動。
4. 申請專利範圍第3項所述之微型流體控制裝置，其中該懸浮板為正方形之型態。
5. 如申請專利範圍第3項所述之微型流體控制裝置，其中更包括兩絕緣片及一導電片，且該一絕緣片、該導電片及另一該絕緣片依序設置於該壓電致動器之下，且該導電片上設有一導電接腳，以及該壓電致動器之該外框也向外凸設有一導電接腳。
6. 申請專利範圍第5項所述之微型流體控制裝置，其中該集氣板於一側面設有一開窗口連通該凹置槽面，供使該導電片之該導電接腳及該壓電致動器之該外框向外凸設之該導電接腳透過該開窗口凸伸於該集氣板外方便連接進行電導通之用。