TWI342267B - Micro-droplet spray structure - Google Patents

Description

1342267 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係關於一種喷射結構，尤指一種微液滴喷射結 構。 【先前技術】

目前於各種技術領域中無論是醫藥生技、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， 因此其中用來將流體喷射出來之微液滴喷射結構為其關 鍵技術。是之，要如何創新微液滴喷射結構，突破其技術 瓶頸而達到製作成本低廉、適合量產且能提升噴射品質， 是目前此產業所需要突破發展之主要課題。

請參閱第一圖，其係為習知微液滴噴射結構之示意 圖，如圖所示，習知微液滴喷射結構10包含壓電元件11、 振動板12、基板13以及喷嘴片14,其中喷嘴片14的兩 側邊均具有一入口通道15，主要經由入口通道15接收液 體，且喷嘴片14具有複數個噴孔141，而兩基板13間形 成一腔體131，其係相對應於複數個喷孔141設置，主要 用來儲存液體，而振動板12的兩端係固設於基板13上並 將腔體131的一側封閉，至於壓電元件11係設置於振動 板12上且相對應於該腔體131的位置。 習知微液滴喷射結構10可藉由施加適當的電場於壓 電元件11上，以使壓電元件11產生一形變，即如第一圖 6 1342267 ’所示X及Y方向所指的方向形變，又該壓電元件11連接 •定位於振動板12 ’且振動板12兩側係固定於基板13上， ' 進而使連接之振動板12連動並且跟著形變，由於壓電元 ‘ 件11產生之壓電收縮量與振動板12之變形量具有差異， 將造成整個微液滴噴射結構i 〇產生彎曲（b e n d)型態之作動 方式，即如第一圖標號A之箭頭方向所指虛線的彎曲形 變，振動板12將會因彎曲型態而產生上下振動，因此藉 #由振動板12之形變得以改變腔體131之體積，使得經由 入口通道15儲存於腔體131内的液體受擠壓而經由噴嘴 片14之喷孔141噴出複數個液滴，以達到微液滴喷射的 目的。 雖然習知微液滴噴射結構1〇使用壓電式微液滴喷射 技術，確實可達到利用壓電元件u形變來帶動振動板12 連動並且跟著形變，進而使液體受到擠壓而由喷孔141處 噴出的目的，但如此的方式會因壓電元件u所產生的彎 曲开^殳（bend )無法對流經每一喷孔14}的液滴施加同等 作用力，即被擠壓的液體經由每一喷孔13所喷出的體積、 速度及方向（如第一圖所示標號B所指的出處）並不能達到 均勻一致性，使得整體液滴噴出品質會有所影響，進而影 響品質。 、+因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之微液 •滴噴射結構，實為目前迫切需要解決之問題。 7 1342267 【發明内容】 本案之主要目的在於提供一種微液滴喷射結構，創系 糟由致動元件於電場作用下進行剪切作動方式動

==狀態形變，使中間流道層與基板連接= =腔體產生體積變化，使健存於腔體内之液體因應平坦狀 態形變而-致從喷嘴板之複數個喷孔受擠㈣出，俾解決 傳，微，滴喷射結構之壓電元件所產生的彎曲形變無法 對流經每-纽的液滴施加同等作用力使得軸壓的液 體經由每—噴孔所噴出的體肖、速度及方向無法達到均勻 一致性，使得整體液滴噴出品質不良等缺點。 為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種 微液滴噴射結構，其係包含：基板；申間流道層其係與 基板連接，以形成腔體及液體流道，且液體流道係與腔體 相連通；振動板，固設於基板上，用以封閉腔體之一側，

且具有傳動塊及複數個側邊貫穿孔洞，傳動塊係相對應於 腔體設置；喷嘴板’其係與中間流道層連接且具有複數個 嘴孔’複數個喷孔係相對應於腔體設置複數個導管，其係 與振動板之複數個側邊貫穿孔洞連通’用以沿液體流道將 液體輪入腔體中；致動元件，固設於振動板上，且與傳動 塊相連接，其係於電場作用下進行剪切作動方式，以帶動 傳動塊產生平坦狀態形變，使腔體產生體積變化，俾使儲 存於腔體内之液體因應平坦狀態形變而一致從複數個噴 孔受擠壓喷出。 8 1342267 根據本案之構想，其中致動元件係為壓電晶片，其係 於電場作用下帶動傳動塊產生形變。 根據本案之構想，其中致動元件係具有極化方向，且 極化方向係與電場方向垂直，用以進行剪切作動方式。 根據本案之構想，其中致動元件的電極係設置於其厚 度方向之上下兩侧。

根據本案之構想，其中振動板之複數個側邊貫穿孔洞 係分別設置於振動板之兩相對側邊，用以使液體分別由振 動板之兩相對側邊輸入腔體中。 根據本案之構想，其中液體流道係為具有迂迴流路行 徑之流道，用以防止液體逆流。 根據本案之構想，其中中間流道層係由一道板、連通 板以及底封板依序層疊所構成，用以與基板形成腔體及液 體流道。 根據本案之構想，其中複數個喷孔間係以陣列方式排 參列。 本案之另一較廣義實施樣態為提供一種微液滴噴射 結構，其係包含：基板體，用以形成腔體及具有迂迴流路 行徑之液體流道，且液體流道係與腔體相連通；振動板， 固設於基板體上，用以封閉腔體之一側，且具有傳動塊及 複數個側邊貫穿孔洞，傳動塊係相對應於腔體設置；喷嘴 板，其係與中間流道層連接且具有複數個喷孔，複數個喷 孔係相對應於腔體設置；複數個導管，其係與振動板之複 數個側邊貫穿孔洞連通，用以沿液體流道將液體輸入腔體 9 1342267 • 中；以及致動元件’固設於振動板上’且與傳動塊相連接， - 其係於電場作用下進行剪切作動方式，以帶動傳動塊產生 . 平坦狀態形變，使腔體產生體積變化’俾使儲存於腔體内 之液體因應該平坦狀態形變而一致從複數個噴孔受擠壓 喷出。 根據本案之構想，其中基板體係由基板及中間流道層 所構成，其中中間流道層係由流道板、連通板以及底封板 φ 依序層疊所構成，用以與基板形成腔體及液體流道。 本案之另一較廣義實施樣態為提供一種微液滴喷射 結構，其係包含：基板；中間流道層，其係與基板連接， 以形成腔體及液體流道，且液體流道係與腔體相連通；振 動板’固設於基板上，用以封閉腔體之一側，且具有傳動 塊及複數個側邊貫穿孔洞，傳動塊係相對應於腔體設置； 噴嘴板’其係與中間流道層連接且具有複數個喷孔，複數 個喷孔係相對應於腔體設置；複數個導管，其係與振動板 Φ 之複數個側邊貫穿孔洞連通’用以沿液體流道將液體輸入 腔體中；致動裝置，包括有壓電晶片及轉接板，其中壓電 晶片連接於轉接板上，而轉接板係連接於振動板上，且中 間與振動板之傳動塊接觸，其係於電場作用下進行作動， 以帶動傳動塊產生平坦狀態形變，使腔體產生體積變化， 俾使儲存於腔體内之液體因應平坦狀態形變而一致從複 數個噴孔受擠壓噴出。 根據本案之構想，其中傳動塊為凸形結構。 根據本案之構想，实中傳動塊為梯形結構。 1342267 【實施方式】 ★兒明徵與優點的-些典財施例將在後段的 有各應理解的是本案能夠在不同的態樣 =各種.化’其皆不脫離本案的範圍且其 圖示在本質上係各你上、 、 況月及 &她同 用，而非用以限制本案。 l閱第一圓（a)及第三圖， 係為本案較佳實施例 〃中第-圖（a) 圖，第三圖⑴料喷射結構之分解結構示意 組裝後之Ε~Ε㈣所^之微㈣喷射結構 W面結構不意圖，如第二圖（ 案之微液滴噴射結構2〇主 喷嘴板巧、複數個導管2二-振動板22、 所構成之基板體所組成，道層24 件，尤其以-壓電晶片2Γ=元t可為一壓電元 欽酸錯（PZT)系列的^“2=向壓電係數之錯 分別從中心到兩側端(如= 其極化方向 箭頭方向另外在壓電日；;广標號C所指的 訊號電極，可為正電極二〗 厚度方向的上側具有- 極，可為負電極212(如第二圖（c)， 用在壓電晶片2i兩側的正 ）田電壓作 產生-方向向下之電：(:第極極212時，會 、郭第·一圓C b)所示擇缺n 办 ^箭頭方向），由於電場方向D和廢電晶片2/的極‘ 互相垂直，因此壓電晶片21在此電場的作用下係以㈣ 1342267

封板243之環狀貫穿流道2431、連通板242之第二環繞貫 穿孔洞2423至流道板241之第一環繞貫穿孔洞2414並經 由連通流道2415至該凹槽2413，將於微液滴喷射結構20 兩側邊構成具有一迂迴流路行徑之液體流道27(如第三圖 (b)標號F所指之流路行徑），並與腔體28相連通中， 用以將經由導管26之入口通道261以及振動板22之第一 側邊貫穿孔洞223所輸入之液體傳送至腔體28中，至於 液體流道27使用迂迴流路的行徑可用來防止液體逆流的 現象發生。 請再參閱第二圖（c)(d)、第三圖（b)及第四圖， 其中該第四圖係為第二圖（a)所示之壓電晶片、振動板 以及基板之組合結構示意圖，當一電場作用在壓電晶片21 兩側的正電極211及負電極212時，由於電場方向D和壓 電晶片21的極化方向C互相垂直，因此壓電晶片21在此 電場的作用下係以剪切的作動方式對凸塊221產生平整貼 φ 觸的推力傳遞至振動板22上，使得振動板22也跟著被擠 壓變形，將改變腔體28的體積，促使由導管26導入而流 經液體流道27至腔體28内的液體受擠壓得由喷孔251噴 出。由第四圖中可看出該振動板22對應到噴孔251處受 到推力所構成形變為一平坦狀態（如第四圖標號Η所指之 狀態）而去改變腔體28的體積，因此，相對儲置於腔體 28且對應到每一陣列的喷孔251處的液體所受到擠壓會 獲得較平均一致性的體積、速度及方向，即可達成最佳液 滴噴出品質d 14 由上述貫施例說明可知’其藉由壓電晶片21在電場 的作用下以剪切的作動方式對傳動塊2 2丨產生平整貼觸的

㈣㈣心㈣板22上’可使振動板22龍到喷嘴板 25之喷孔251處受到推力所構成的形變為-平坦狀態，以 達到使相對儲置於腔體28且對應到每一陣列的噴孔251 處的液體所受到的擠壓會獲得較平均一致性的體積、速度 ，方向’即可達成最佳液滴噴出品質；然:，上述實施例之 壓電晶片21須採以實施從中心到兩側端之極化製程，因 ^所需要之製程技術需雜較高，本案更可提供另一較佳 實施例’主要採以技術需求性較低能省去極化製程的壓電 =搭配-轉接板以構成—致動裝置，除了製程技術需求 性較外更可達成與第二圖（a)所示之較佳實施例同樣目 的。以下將就對本案另-較佳實施例的内容提出說明。 Φ 請參閱第五圖及第六圖，其中第五圖係為本案另一較 佳實施例之微液滴喷射結構之分解結構示意圖，第六圖係 為第五圖所*之微㈣喷射結構時m结構示意 圖’如第五圖所示，本案之微液滴嗜射結構2〇主要由— 致動裝置2Γ —振動板22、噴嘴板25、複數個導管26 Μ由基板23與中間流道層24所構成之基板體所組成， 其中，喷嘴板25⑽具有複數個以陣列形式排列之嗔孔 251，而致動裝置21，係包括有—壓電晶片2ia及一轉接板 21b ’其中壓電晶片⑴係為一不須經極化製程且整片為 圓形型態，並連接於轉接板21b上，而轉接板21b係連接 於振動板22上，且中間與振動板22之傳動塊221接觸， 15 !342267 、 當施加適當的電場於壓電晶片21a上時，可利用壓電晶片 、 21a形變來帶動轉接板21b連動，以對傳動塊221產生平 ， 整貼觸的推力並傳遞至振動板22上，使得振動板22也跟 - 著被擠壓變形，以改變腔體28的體積，促使由導管26導 入而流經液體流道27至腔體28内的液體受擠壓得由喷孔 251噴出。由第七圖中可看出該振動板22對應到喷孔251 處受到推力所構成形變為一平坦狀態（如第七圖樣號Η所 φ 指之狀態）而去改變腔體28的體積，因此，相對儲置於 腔體28且對應到每一陣列的喷孔251處的液體所受到擠 壓會獲得較平均一致性的體積、速度及方向，即可達成最 佳液滴喷出品質。 當然，第五圖所示之傳動塊221為了增加振動板22 的體積變化量，其寬度愈寬愈好，但該傳動塊22之寬度 愈寬，將使其與轉接板21b接觸面積也愈大，相對也會限 制轉接板21b所產生之彎曲位移量，因此，傳動塊221的 *又&十需與轉接板21b及振動板22的尺寸相配合，以使振 動板22得到最佳的位移量及其體積變化量，故本案之傳 動塊形狀可如第六及七圖所示之採以“凸”字形之凸形 結構224 ’或者如第八圖所示呈一梯形結構225，該傳動 塊採以凸形結構224或梯形結構225型態與轉接板211?接 觸的面積係較小於與振動板22接觸面積，可讓轉接板21b 受到較少的限制’使轉接板21b產生較大的致動位移量， 而凸形結構224及梯形結構225與振動板22側接觸的面 積較大的主要目的是讓振動板22的等效體積變化量變大。 16 1342267 綜上所述，本案之微液滴喷射結構係藉由致動元件在 電場的作用下以剪切的作動方式對傳動塊產生平整貼觸 的推力傳遞至振動板上，以使振動板對應到噴嘴板之喷孔 處受到推力所構成形變為一平坦狀態，以達到使相對儲置 於腔體且對應到每一陣列的喷孔處的液體所受到擠壓會 獲得較平均一致性的體積、速度及方向，即可達成最佳液 滴喷出品質。另外，亦可採以技術需求性較低能省去極化 製程的壓電晶片搭配一轉接板以構成一致動裝置來作為 致動元件，以達到使每一陣列的噴孔處的液體所受到的擠 壓會獲得較平均一致性的體積、速度及方向。是以，本案 之微液滴喷射結構極具產業之價值，爰依法提出申請。 本案得由熟知此技術之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。

17 丄： • 【圖式簡單說明】 ^圖.其係為習知微液滴喷射結構之示意圖。 . 第圖（a):其係為本案較佳實施例之微液滴喷射結構 之分解結構示意圖。 第一圖（b):其係為第二圖所示之壓電晶片之極化方 向結構示意圖。 第一圖（c):其係為第二圖之剖面結構示意圖。 參 圖（d)·其係為第二圖（b)所示之壓電晶片以剪切 的作動方式所產生之形變結構示意圖。 第—圖（e).其係為第二圖（a)之組裝結構示意圖。 第三圖（a):其係為第二圖（e)之上視圖。 ==圖（b)·其係為第三圖（a)之EE剖面結構示意圖。 —圖（c).其係為第三圖之G部份放大結構示意 圖。 ，四圖：其係為第二圖（a)所示之壓電晶片、振動板以及 • 基板之組合結構示意圖。 第五圖：其係為本案另一較佳實施例之微液滴喷射結構之 分解結構示意圖。 第〇圖.其係為第五圖之剖面結構示意圖。 第七圖：其係為第五圖所示之壓電晶片、轉接板、振動板以 及基板之組合結構作動示意圖。 弟八圖：其係為第五圖所示之屋電晶片、轉接板、另一形態 振動板以及基板之組合結構作動示意圖。 〜 18

Claims (1)

1342267 ___ 1啤\月如修(¾正替換頁 十、申請專利範圍： 1. 一種微液滴喷射結構，其係包含： • 一基板； . 一中間流道層，其係由一流道板、一連通板以及一底 封板依序層疊所構成，並與該基板連接，以形成一腔體及 一液體流道，且該液體流道係與該腔體相連通； 一振動板，固設於該基板上，用以封閉該腔體之一 φ 側，且具有一傳動塊及複數個側邊貫穿孔洞，該傳動塊係 相對應於該腔體設置； 一喷嘴板，其係與該中間流道層連接且具有複數個喷 孔，該複數個喷孔係相對應於該腔體設置； 複數個導管，其係與該振動板之該複數個側邊貫穿孔 洞連通，用以沿該液體流道將一液體輸入該腔體中；以及 一致動元件，固設於該振動板上，且與該傳動塊相連 接，其係於一電場作用下進行一剪切作動方式，以帶動該 • 傳動塊產生一平坦狀態形變，使該腔體產生體積變化，俾 使儲存於該腔體内之該液體因應該平坦狀態形變而一致 從該複數個喷孔受擠壓喷出。 2. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴喷射結構，其中 該致動元件係為一壓電晶片，其係於該電場作用下帶動該 傳動塊產生形變。 3. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴喷射結構，其中 該致動元件係具有一極化方向，且該極化方向係與該電場 20 1342267 丨於年、正雜頁 方向垂直，用以進行該剪切作動方式=~' ~~~— 4. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴噴射結構，其中 該致動元件的電極係設置於其摩度方向之上下兩側。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之微液滴噴射結構，其中 該振動板之該複數個侧邊貫聲孔洞係分別設置於該拓動 板之兩相對側逢，用以使該液體分別由該振動板之兩相對 側邊輸入該腔體中。

6·如申請專利範圍第1項所述之微液滴噴射結構，其中 該液體流道係為具有一迁迴流路行徑之流道’用以防止兮 液體逆流。 ~ 7. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴喷射結構，其中 該複數個喷孔間係以陣列方式排列。 8. —種微液滴噴射結構，其係包含： 一基板體’係由一基板及一中間流道層所構成，其中 該中間流道層係由一流道板、一連通板以及一底封板忙序 • 層疊所構成，用以形成一腔體及具有一迂迴流路行徑之— 液體流道’且該液體流道係與該腔體相連通； 一振動板，固設於該基板體上，用以封閉該腔體之一 側’且具有一傳動塊及複數個側邊貫穿孔洞’該傳動塊係 相對應於該腔體設置； ” 一噴嘴板’其係與該中間流道層連接且具有複數個噴 孔’該複數個喷孔係相對應於該腔體設置； 複數個導管’其係與該振動板之該複數個側邊貫穿孔 洞連通，用以沿該液體流道將一液體輸入該腔體中； 21 1342267 \# \月以曰修(¾正替換頁 一致動元件，固設於該振動板上，且與該傳動塊相連 接，其係於一電場作用下進行一剪切作動方式，以帶動該 傳動塊產生一平坦狀態形變，使該腔體產生體積變化，俾 使儲存於該腔體内之該液體因應該平坦狀態形變而一致 從該複數個喷孔受擠壓喷出。 9. 如申請專利範圍第8項所述之微液滴喷射結構，其中 該致動元件係為一壓電元件，其係於該電場作用下帶動該 傳動塊產生形變。 10. 如申請專利範圍第8項所述之微液滴喷射結構，其中 該致動元件係具有一極化方向，且該極化方向係與該電場 方向垂直，用以進行該剪切作動方式。 11. 如申請專利範圍第8項所述之微液滴喷射結構，其中 該致動元件的電極係設置於其厚度方向之上下兩側。 12. 如申請專利範圍第8項所述之微液滴喷射結構，其中 該振動板之該複數個侧邊貫穿孔洞係分別設置於該振動 板之兩相對側邊，用以使該液體分別由該振動板之兩相對 側邊輸入該腔體中。 13. 如申請專利範圍第8項所述之微液滴噴射結構，其中 該複數個喷孔間係以陣列方式排列。 14. 一種微液滴喷射結構，其係包含： 一基板； 一中間流道層，其係與該基板連接，以形成一腔體及 一液體流道，且該液體流道係與該腔體相連通； 一振動板，固設於該基板上，用以封閉該腔體之一 22 f 1342267 丨畔\ 正替換g 側’且具有一傳動塊及複數個側邊貫穿孔洞，該傳動塊係 相對應於該腔體設置； • 一喷嘴板，其係與該中間流道層連接且具有複數個喷 孔’該複數個喷孔係相對應於該腔體設置； 複數個導管，其係與該振動板之該複數個側邊貫穿孔 洞連通，用以沿該液體流道將一液體輸入該腔體中；以及 -致動裝置’包括H電晶片及—轉接板， 馨壓電晶片係連接於該轉接板上，該轉接板係連接於動〆 板上，且中間與該振動板之該傳動塊接觸，其係於 作用下進行作動，以帶動該傳動塊產生―平坦狀_^ 使該腔體產生體積變化’俾使儲存於該腔體内之該液】 應該平坦狀S形變而-致從該複數㈣孔受擠壓嘴 15·如中料職圍第14销述H时躲構，其中 該傳動塊為一凸形結構。 丹干 乂如申請專利範圍第14項所述之微液滴喷射結構， φ 該傳動塊為一梯形結構。 ”甲 23 1342267 1,'月ite修(¾)正替換頁 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第三圖（b)。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 微液滴喷射結構：20 壓電晶片：21 正電極：211 負電極：212 振動板：22 凸塊：221 (傳動塊） 基板：23 中間流道層：24 流道板：241 連通板：242 底封板：243 貫穿孔洞：2433 喷嘴板：25 喷孔：251 導管：26 入口通道：261 液體流道：27 腔體：28 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 5