TWI431195B - 微液滴流體輸送裝置 - Google Patents

Description

微液滴流體輸送裝置

本案係關於一種流體輸送裝置，尤指一種適用於微幫浦結構之微液滴流體輸送裝置。

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。

請參閱第一圖A，其係為習知微幫浦結構於未作動時之結構示意圖，習知微幫浦結構10係包含入口通道13、微致動器15、傳動塊14、隔層膜12、壓縮室111、基板11以及出口通道16，其中基板11與隔層膜12間係定義形成一壓縮室111，主要用來儲存液體，將因隔層膜12之形變影響而使得壓縮室111之體積受到改變。

當一電壓作用在微致動器15的上下兩極時，會產生一電場，使得微致動器15在此電場之作用下產生彎曲而向隔層膜12及壓縮室111方向移動，由於微致動器15係設置於傳動塊14上，因此傳動塊14能將微致動器15所產生的推力傳遞至隔層膜12，使得隔層膜12也跟著被擠壓變形，即如第一圖B所示，液體即可依圖中箭號X 之方向流動，使由入口通道13流入後儲存於壓縮室111內的液體受擠壓，而經由出口通道16流向其他預先設定之空間，以達到供給流體的目的。

請再參閱第二圖，其係為第一圖A所示之微幫浦結構之俯視圖，如圖所示，當微幫浦結構10作動時流體之輸送方向係如圖中標號Y之箭頭方向所示，入口擴流器17係為兩端開口大小不同之錐狀結構，開口較大之一端係與入口流道191相連接，而以開口較小之一端與微壓縮室111連接，同時，連接壓縮室111及出口流道192之擴流器18係與入口擴流器17同向設置，其係以開口較大的一端連接於壓縮室111，而以開口較小的一端與出口流道192相連接，由於連接於壓縮室111兩端之入口擴流器17及出口擴流器18係為同方向設置，故可利用擴流器兩方向流阻不同之特性，及壓縮室111體積之漲縮使流體產生單方向之淨流率，以使流體可自入口流道191經由入口擴流器17流入壓縮室111內，再由出口擴流器18經出口流道192流出。

此種無實體閥門之微幫浦結構10容易產生流體大量回流的狀況，所以為促使流率增加，壓縮室111需要有較大的壓縮比，以產生足夠的腔壓，故需要耗費較高的成本在致動器15上。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之微液滴流體輸送裝置，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液滴流體輸送裝置，俾解決習知技術之微幫浦結構於流體的傳送過程中易產生流體回流之現象。

為達上述目的，本案之較廣義實施態樣為提供一種微液滴流體輸送裝置，用以傳送流體，其係包含：閥體座，其係具有微凸結構；閥體蓋體，其係設置於閥體座上，且具有壓力腔室以及微凸結構；閥體薄膜，其係設置於閥體座及閥體蓋體之間，並具有至少一個閥門結構，每一閥門結構係分別具有閥片、複數個孔洞以及複數個延伸部；二個暫存室，於閥體薄膜與閥體蓋體之間形成第一暫存室，以及於閥體薄膜與閥體座之間形成第二暫存室；致動裝置，其係包含致動器以及振動薄膜；其中，當施以操作頻率小於20Hz於致動裝置之致動器上，致動裝置將致使壓力腔室體積改變，進而驅動閥開關結構之啟閉作用，以使流經壓力腔室之流體係達到小於1ml/min的微液滴流量傳輸。

10‧‧‧微幫浦結構

11‧‧‧基板

111‧‧‧壓縮室

12‧‧‧隔層膜

13‧‧‧入口通道

14‧‧‧傳動塊

15‧‧‧微致動器

16‧‧‧出口通道

17‧‧‧入口擴流器

18‧‧‧出口擴流器

X、Y‧‧‧流動方向

a、b‧‧‧方向

20‧‧‧流體輸送裝置

201‧‧‧流體閥座

21‧‧‧閥體座

22‧‧‧閥體蓋體

23‧‧‧閥體薄膜

24‧‧‧致動裝置

25‧‧‧蓋體

241‧‧‧振動薄膜

242‧‧‧致動器

191、211‧‧‧入口流道

192、212‧‧‧出口流道

213、214‧‧‧開口

210、220‧‧‧上表面

215‧‧‧出口暫存腔

228‧‧‧下表面

223‧‧‧入口暫存腔

221‧‧‧入口閥門通道

222‧‧‧出口閥門通道

216、217、218、224、225、227、229‧‧‧凹槽

226‧‧‧壓力腔室

26、27、28‧‧‧密封環

231‧‧‧入口閥門結構

232‧‧‧出口閥門結構

2313‧‧‧入口閥片

2323‧‧‧出口閥片

81、82、83、84‧‧‧閥門結構

2312、2322‧‧‧孔洞

811、821、831、841、851‧‧‧閥片

812、822、832、842、852‧‧‧孔洞

2311、2321、813、823、833、843、853‧‧‧延伸部

8411、8511‧‧‧齒狀結構

第一圖A：其係為習知微幫浦結構於未作動時之結構示意圖。

第一圖B：其係為第一圖A於作動時之結構示意圖。

第二圖：其係為第一圖A所示之微幫浦結構之俯視圖。

第三圖：其係為本案第一較佳實施例之流體輸送裝置之結構示意圖。

第四圖：其係為第三圖所示之閥體座側面結構示意圖。

第五圖A：其係為第三圖所示之閥體蓋體之背面結構示意圖。

第五圖B：其係為第五圖A之剖面結構示意圖。

第六圖A~C：其係為第三圖所示之閥體薄膜結構示意圖。

第七圖A：其係為本案較佳實施例之流體輸送裝置之未作動狀態示意圖。

第七圖B：其係為第七圖A之壓力腔室膨脹狀態示意圖。

第七圖C：其係為第七圖B之壓力腔室壓縮狀態示意圖。

第八圖A~E：其係為本案較佳實施例之閥門結構之結構示意圖。

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，而非用以限制本案。

請參閱第三圖，其係為本案第一較佳實施例之流體輸送裝置之結構示意圖，如圖所示，本案之流體輸送裝置20可適用於醫藥生技、電腦科技、列印或是能源等工業，且可輸送氣體或是液體，但不以此為限，流體輸送裝置20主要係由閥體座21、閥體蓋體22、閥體薄膜23、二個暫存室、致動裝置24及蓋體25所組成，其中閥體座21、閥體蓋體22、閥體薄膜23係形成一流體閥座201，且在閥體蓋體22及致動裝置24之間形成一壓力腔室226，主要用來儲存流體。

該流體輸送裝置20之組裝方式係將閥體薄膜23設置於閥體座21及閥體蓋體22之間，並使閥體薄膜23與閥體座21及閥體蓋體22相對應設置，且在閥體薄膜23與閥體蓋體22之間形成一第一暫存室，而在閥體薄膜23與閥體座21之間形成一第二暫存室，並且於閥體蓋體22上之相對應位置更設置有致動裝置24，致動裝置24係由一振動薄膜241以及一致動器242組裝而成，用以驅動流體輸送裝置20之作動，最後，再將蓋體25設置於致動裝置24之上方，故其係依序將閥體座21、閥體薄膜23、閥體蓋體22、致動裝置24及蓋體25相對應堆疊設置，以完成流體輸送裝置20之組裝。

其中，閥體座21及閥體蓋體22係為本案流體輸送裝置20中導引流體進出之主要結構，請參閱第四圖並配合第三圖，其中第四圖係為第三圖所示之閥體座的側面結構示意圖，如圖所示，閥體座21係具有一個入口流道211以及一個出口流道212，流體係可由外界輸入，經由入口流道211傳送至閥體座21上表面210之一開口213，並且，於本實施例中，閥體薄膜23及閥體座21之間所形成的第二暫存室即為圖中所示之出口暫存腔215，但不以此為限，其係由閥體座21之上表面210於與出口流道212相對應之位置產生部分凹陷而形成，並與出口流道212相連通，該出口暫存腔215係用以暫時儲存流體，並使該流體由出口暫存腔215經由一開口214而輸送至出口流道212，再流出閥體座21之外。以及，在閥體座21上更具有複數個凹槽結構，用以供一密封環26(如第七圖A所示)設置於其上，於本實施例中，閥體座21係具有環繞開口213週邊之凹槽216、218，及環繞於出口暫存腔215週邊之凹槽217。

請參閱第五圖A並配合第三圖，其中第五圖A係為第三圖所示之閥體蓋體之背面結構示意圖，如圖所示，閥體蓋體22係具有一上表面220及一下表面228，以及在閥體蓋體22上亦具有貫穿上表面220至下表面228之入口閥門通道221及出口閥門通道222，且該入口閥門通道221係設置於與閥體座21之開口213相對應之位置，而出口閥門通道222則設置於與閥體座21之出口暫存腔215內之開口214相對應之位置，並且，於本實施例中，閥體薄膜23及閥體蓋體22之間所形成之第一暫存室即為圖中所示之入口暫存腔223，且不以此為限，其係由閥體蓋體22之下表面228於與入口閥門通道221相對應之位置產生部份凹陷而形成，且其係連通於入口閥 門通道221。

請參閱第五圖B，其係為第五圖A之剖面結構示意圖，如圖所示，閥體蓋體22之上表面220係部份凹陷，以形成一壓力腔室226，其係與致動裝置24之致動器242相對應設置，壓力腔室226係經由入口閥門通道221連通於入口暫存腔223，並同時與出口閥門通道222相連通，因此，當致動器242受電壓致動使致動裝置24上凸變形，造成壓力腔室226之體積膨脹而產生負壓差，可使流體經入口閥門通道221流至壓力腔室226內，其後，當施加於致動器242的電場方向改變後，致動器242將使致動裝置24下凹變形壓力腔室226收縮而體積減小，使壓力腔室226與外界產生正壓力差，促使流體由出口閥門通道222流出壓力腔室226之外，於此同時，同樣有部分流體會流入入口閥門通道221及入口暫存室223內，然而由於此時的入口閥門結構231(如第六圖C所示)係為使受壓而關閉的狀態，故該流體不會通過入口閥門結構231而產生倒流的現象，至於暫時儲存於入口暫存腔223內之流體，則於致動器242再受電壓致動，重複使致動裝置24再上凸變形而增加壓力腔室226體積時，再由入口暫存腔223經至入口閥門通道221而流入壓力腔室226內，以進行流體的輸送。

另外，閥體蓋體22上同樣具有複數個凹槽結構，以本實施例為例，在閥體蓋體22之上表面220係具有環繞壓力腔室226而設置之凹槽227，而在下表面228上則具有環繞設置於入口暫存腔223之凹槽224、環繞設置於出口閥門通道222之凹槽225以及凹槽229，同樣地，上述凹槽結構係用以供一密封環27(如第七圖A所示)設置於其中。

請參閱第六圖A並配合第三圖，其中第六圖A係為第三圖所示之閥體薄膜之結構示意圖，如圖所示，閥體薄膜23主要係以傳統加工、或黃光蝕刻、或雷射加工、或電鑄加工、或放電加工等方式製出，且為一厚度實質上相同之薄片結構，其上係具有複數個鏤空閥開關，包含第一閥開關以及第二閥開關，於本實施例中，第一閥開關係為入口閥門結構231，而第二閥開關係為出口閥門結構232，其中，入口閥門結構231係具有入口閥片2313以及複數個環繞入口閥片2313週邊而設置之鏤空孔洞2312，另外，在孔洞2312之間更具有與入口閥片2313相連接之延伸部2311，當閥體薄膜23承受一自壓力腔室226傳遞而來向下之應力時，如第七圖C所示，入口閥門結構231係整個向下平貼於閥體座21之上，此時入口閥片2313會緊靠凹槽216上密封環26突出部分，而密封住閥體座21上之開口213，且其外圍的鏤空孔洞2312及延伸部2311則順勢浮貼於閥體座21之上，故因此入口閥門結構231之關閉作用，使流體無法流出。

而當閥體薄膜23受到壓力腔室226體積增加而產生之吸力作用下，由於設置於閥體座21之凹槽216內的密封環26已提供入口閥門結構231一預力(Preforce)，因而入口閥片2313可藉由延伸部2311的支撐而產生更大之預蓋緊效果，以防止逆流，當因壓力腔室226之負壓而使入口閥門結構231往上產生位移(如第六圖B所示)，此時，流體則可經由鏤空之孔洞2312由閥體座21流至閥體蓋體22之入口暫存腔223，並經由入口暫存腔223及入口閥門通道221傳送至壓力腔室226內，如此一來，入口閥門結構231即可因應壓力腔室226產生之正負壓力差而迅速的開啟或關閉，以控制 流體之進出，並使流體不會回流至閥體座21上。

同樣地，位於同一閥體薄膜23上的另一閥門結構則為出口閥門結構232，其中之出口閥片2323、延伸部2321以及孔洞2322之作動方式均與入口閥門結構231相同，因而不再贅述，惟出口閥門結構232週邊之密封環26設置方向係與入口閥門結構231之密封環27反向設置，如第六圖C所示，因而當壓力腔室226壓縮而產生一推力時，設置於閥體蓋體22之凹槽225內的密封環27將提供出口閥門結構232一預力(Preforce)，使得出口閥片2323可藉由延伸部2321之支撐而產生更大之預蓋緊效果，以防止逆流，當因壓力腔室226之正壓而使出口閥門結構232往下產生位移，此時，流體則可經由鏤空之孔洞2322由壓力腔室226經閥體蓋體22而流至閥體座21之出口暫存腔215內，並可經由開口214及出口流道212排出，如此一來，則可經由出口閥門結構232開啟之機制，將流體自壓力腔室226內洩出，以達到流體輸送之功能。

請參閱第七圖A，其係為本案較佳實施例之流體輸送裝置之未作動狀態示意圖，於本實施例中，所有的凹槽結構216、217、218分別設置密封環26，而凹槽224、225、229內亦分別設置密封環27，其材質係為可耐化性佳之橡膠材料，且不以此為限，其中，設置於閥體座21上環繞開口213之凹槽216內的密封環可為一圓環結構，其厚度係大於凹槽216深度，使得設置於凹槽216內之密封環26係部分凸出於閥體座21之上表面210構成一微凸結構，因而使得貼合設置於閥體座21上之閥體薄膜23之入口閥門結構231之入口閥片2313因密封環26之微凸結構而形成一向上隆起，而閥體薄膜23之其餘部分係與閥體蓋體22相抵頂，如此微凸結構對入口 閥門231頂推而產生一預力(Preforce)作用，有助於產生更大之預蓋緊效果，以防止逆流，且由於密封環26向上隆起之微凸結構係位於閥體薄膜23之入口閥門結構231處，故使入口閥門結構231在未作動時使入口閥片2313與閥體座21之上表面210之間具有一間隙，同樣地，當密封環27設置於環繞出口閥門通道222之凹槽225內時，由於其密封環27係設置於閥體蓋體22之下表面228，因而該密封環27係使閥體薄膜23之出口閥門結構向下凸出而形成一向下隆起於閥體蓋體22之微凸結構，此微凸結構僅其方向與形成於入口閥門結構231之微凸結構係為反向設置，然而其功能均與前述相同，因而不再贅述。至於其餘分別設置於凹槽結構217、218及224、229以及227內之密封環26、27及28，主要用來分別使閥體座21與閥體薄膜23、閥體薄膜23與閥體蓋體22以及閥體蓋體22與致動裝置24之間緊密貼合時，防止流體外洩。

當然，上述之微凸結構除了使用凹槽及密封環來搭配形成外，於一些實施例中，閥體座21及閥體蓋體22之微凸結構亦可採用半導體製程，例如：黃光蝕刻或鍍膜或電鑄技術，直接在閥體座21及閥體蓋體22上形成。

請同時參閱第七圖A、B、C，如圖所示，當蓋體25、致動裝置24、閥體蓋體22、閥體薄膜23、密封環26以及閥體座21彼此對應組裝設置後，閥體座21上之開口213係與閥體薄膜23上之入口閥門結構231以及閥體蓋體22上之入口閥門通道221相對應，且閥體座21上之開口214則與閥體薄膜23上之出口閥門結構232以及閥體蓋體22上之出口閥門通道222相對應，並且，由於密封環26設置於凹槽216內，使得閥體薄膜23之入口閥門結構231微凸起於閥體座 21之上，並藉由位於凹槽216內之密封環26頂觸閥體薄膜23而產生一預力((Preforce)作用，使得入口閥門結構231在未作動時則與閥體座21之上表面210形成一間隙，同樣地，出口閥門結構232亦藉由將密封環27設至於凹槽225中的相同方式與閥體蓋體22之下表面228形成一間隙。

當以一電壓驅動致動器242時，致動裝置24產生彎曲變形，如第七圖B所示，致動裝置24係朝箭號a所指之方向向上彎曲變形，使得壓力腔室226之體積增加，因而產生一吸力，使閥體薄膜23之入口閥門結構231、出口閥門結構232承受一向上之拉力，並使已具有一預力(Preforce)之入口閥門結構231之入口閥片2313迅速開啟(如第六圖B所示)，使液體可大量地自閥體座21上之入口流道211被吸取進來，並流經閥體座21上之開口213、閥體薄膜23上之入口閥門結構231之孔洞2312、閥體蓋體22上之入口暫存腔223、入口閥片通道221而流入壓力腔室226之內，此時，由於閥體薄膜23之入口閥門結構231、出口閥門結構232承受該向上拉力，故位於另一端之出口閥門結構232係因該向上拉力使得位於閥體薄膜23上之出口閥片2323密封住出口閥門通道222，而使得出口閥門結構232關閉，因而流體逆流。

當致動裝置24因電場方向改變而如第七圖C所示之箭號b向下彎曲變形時，則會壓縮壓力腔室226之體積，使得壓力腔室226對內部之流體產生一推力，並使閥體薄膜23之入口閥門結構231、出口閥門結構232承受一向下推力，此時，設置於凹槽225內之密封環27上出口閥門結構232的出口閥片2323其可迅速開啟(如第六圖C所示)，並使液體瞬間大量宣洩，由壓力腔室226經由閥體蓋體22 上之出口閥門通道222、閥體薄膜23上之出口閥門結構232之孔洞2322、閥體座21上之出口暫存腔215、開口214及出口流道212而流出流體輸送裝置20之外，因而完成流體之傳輸過程，同樣地，此時由於入口閥門結構231係承受該向下之推力，因而使得入口閥片2313密封住開口213，因而關閉入口閥門結構231，使得流體不逆流，並且，藉由入口閥門結構231及出口閥門結構232配合設置於閥體座21及閥體蓋體22上之凹槽216、225內的密封環26、27之設計，可使流體於傳送過程中不會產生回流的情形，達到高效率之傳輸。

本案之流體輸送裝置之閥體薄膜的入口閥門結構及出口閥門結構的實施態樣並不僅侷限於第三圖及第六圖A所示之入口閥門結構231及出口閥門結構232的型態，亦可使用具有相同厚度，相同材料，但是剛性不同的閥門結構，其中，閥門結構的剛性取決於閥門結構的外觀型態、所包含之延伸部的寬度及數量，並配合控制致動裝置24之震動頻率來調整流體的流量，請參閱第八圖A~E，其係為本案較佳實施例之閥門結構之結構示意圖，如第八圖A所示，閥門結構81具有閥片811、環繞閥片811週邊而設置之鏤空孔洞812，以及在孔洞812之間更分別具有與閥片811相連接之延伸部813，於本實施例中閥片811為一圓形結構，孔洞812的數量可為3，至於，延伸部813的數量為3且其形狀可呈現直線型態，但上述閥片811形狀、孔洞812以及延伸部813的數量及形狀並不以此為限。

請再參閱第八圖B，於一些實施例中，閥門結構82同樣具有閥片821、孔洞822以及延伸部823，至於閥片821、孔洞822以及延伸 部823之間的連接關係係於上述相同，因此不在述贅述，於本實施例中，閥片821為一圓形結構，孔洞822的數量可為3，至於，延伸部823的數量為3且其形狀可呈現切線型態，但閥片821形狀、孔洞822以及延伸部823的數量及形狀並不以此為限。

請再參閱第八圖C，於一些實施例中，閥門結構83同樣具有閥片831、孔洞832以及延伸部833，至於閥片831、孔洞832以及延伸部833之間的連接關係係於上述相同，因此不在述贅述，於本實施例中，閥片831為一圓形結構，孔洞832的數量可為4，至於，延伸部833的數量為4且其形狀可呈現S形型態，但閥片831、孔洞832以及延伸部833的數量及形狀並不以此為限。

請再參閱第八圖D，於一些實施例中，閥門結構84同樣具有閥片841、孔洞842以及延伸部843，至於閥片841、孔洞842以及延伸部843之間的連接關係係於上述相同，因此不在述贅述，於本實施例中，閥片841為一類似圓形結構且其周圍具有齒狀結構8411，孔洞842的數量可為3，至於，延伸部843的數量為3且其形狀可呈現直線型態，但閥片841形狀、孔洞842以及延伸部843的數量及形狀並不以此為限。

請再參閱第八圖E，於一些實施例中，閥門結構85同樣具有閥片851、孔洞852以及延伸部853，至於閥片851、孔洞852以及延伸部853之間的連接關係係於上述相同，因此不在述贅述，於本實施例中，閥片851為一類似圓形結構且其周圍具有齒狀結構8511，孔洞852的數量可為3，至於，延伸部853的數量為3且其形狀可呈現切線型態，但閥片851形狀、孔洞852以及延伸部853的數量及形狀並不以此為限。

當然，本案之流體輸送裝置之閥體薄膜上所適用之閥門結構的實施態樣並不僅限於第八圖A~E所揭露的型態，亦可由其它的變化，只要是使用具有相同厚度，相同材料，但是剛性不同的閥門結構均為本案所保護之範圍。

致動裝置24內之致動器242係為一壓電板，可採用高壓電係數之鋯鈦酸鉛(PZT)系列的壓電粉末製造而成，其中致動器242的厚度可介於100μm至500μm之間，較佳厚度為150μm至250μm，楊氏係數係為100至150GPa，且不以此為限。而致動器242的材質可為一單層金屬所構成或是可為金屬材料上貼附一層高分子材料所構成之雙層結構。

而貼附致動器242之振動薄膜241之厚度可為100μm至300μm，較佳厚度為100μm至250μm，亦可為10μm至200μm，較佳厚度為20μm至100μm，其楊氏係數可介於60~300Gpa。振動薄膜241其材質可為一單層金屬所構成，例如不銹鋼材料，其楊氏係數係為240Gpa，厚度可介於30μm至80μm，或是200μm至250μm，例如銅，其楊氏係數係為100Gpa，厚度係介於30μm至80μm，或是200μm至250μm，且不以此為限。

另外，於本實施例中，閥體座21以及閥體蓋體22之材質係可採用熱塑性塑膠材料，例如聚碳酸酯樹酯(Polycarbonate PC)、聚諷(Polysulfone,PSF)、ABS樹脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、縱性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPS)、對位性聚苯乙烯(SPS)、聚苯醚(PPO)、聚縮醛(Polyacetal,POM)、聚對苯二甲酸二丁酯(PBT)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、環狀烯烴聚合物(COC)等熱塑性塑膠材料，但不以此為限。

於本實施例中，閥體蓋體22之壓力腔室226之深度係介於10μm至300μm之間，直徑可介於10~30mm或是3~20mm之間，且不以此為限。

而閥體薄膜23可以傳統加工或黃光蝕刻或雷射加工或電鑄加工或放電加工等方式製出，其材質可為任何耐化性佳之有機高分子材料或金屬，當閥體薄膜23採用該高分子材料，其彈性係數為2~20Gpa，例如聚亞醯胺(Polyimide,PI)，其彈性係數，即楊氏係數(E值)可為10GPa，當閥體薄膜23採用金屬材料時，例如鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、銅、銅合金或不鏽鋼等金屬材料，其楊氏係數係為2~240GPa。至於閥體薄膜23之厚度係為一致，且可介於10μm至50μm，最佳者為21μm至40μm，其楊氏係數可為2~240GPa。另外，於本實施例中，閥體薄膜23所包含之入口閥門結構231及出口閥門結構232的延伸部2311、2321的數量必須大於2、寬度可介於10~500μm、形狀可為如第八圖A~E所示之直線型態、切線型態或是S形型態，但不以此為限，且延伸部2311、2321所在位置之兩同心圓的直徑範圍，其內徑/外徑範圍可為：2mm/3mm、2.2mm/3.5mm、3mm/5mm、4mm/6mm、4mm/7mm或是4mm/8mm，但不以此為限。至於，入口閥片2313及出口閥片2323的直徑大小範圍可介於2~4mm。

於一些實施例中，為了因應流速可達到一般1~60ml/min的流量流體傳輸需求，可於致動裝置24之致動器242上施予大於5Hz的操作頻率，並配合以下條件： 致動器242之厚度約為100μm至500μm之剛性特性，較佳厚度為150μm至250μm，楊氏係數約為100-150Gpa，至於材料可為單層金屬或是由金屬材料與高分子材料所構成之雙層結構。

以及振動薄膜241之厚度為100μm至300μm之間，較佳厚度為100μm至250μm，楊氏係數為60-300GPa，其材質可為一單層金屬所構成，例如不銹鋼材料，其楊氏係數係為240Gpa，厚度係介於200μm至250μm，例如銅金屬材料，其楊氏係數係為100Gpa，厚度係介於200μm至250μm，但不以此為限。

該壓力腔室226之深度係介於10μm至300μm之間，直徑介於10~30mm之間。閥體座21以及閥體蓋體22之材質係可採用熱塑性塑膠材料，且閥體蓋體22之整體厚度係一致。

閥體薄膜23上之入口閥門結構231、出口閥門結構232之厚度為10μm至50μm，較佳厚度為21μm至40μm，楊氏係數為2~240Gpa，可為高分子材料或金屬材料，閥體薄膜23採用該高分子材料，其彈性係數為2~20Gpa，例如聚亞醯胺(Polyimide,PI)，其彈性係數為10Gpa，閥體薄膜23亦可採用金屬材料，例如鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、銅、銅合金或不鏽鋼等金屬材料，其楊氏係數係為2~240Gpa。

以及，閥體薄膜23所包含之入口閥門結構231及出口閥門結構232的延伸部2311、2321的數量必須大於2、寬度可介於10~500μm、形狀可為如第八圖A~E所示之直線型態、切線型態或是S形型態，但不以此為限，且延伸部2311、2321所在位置之兩同心圓的直徑範圍，其內徑/外徑範圍可為：2mm/3mm、2.2mm/3.5mm、3mm/5mm、4mm/6mm、4mm/7mm或是4mm/8mm，但不以此為限。至於 ，入口閥片2313及出口閥片2323的直徑大小範圍可介於2~4mm。該閥體薄膜23的預力作用結構為密封環。

由上述致動器242、振動薄膜241、壓力腔室226及閥體薄膜23等相關參數條件搭配，則可驅動閥體薄膜23之入口閥門結構231及出口閥門結構232進行啟閉作用，驅使流體進行單向流動，並使流經壓力腔室226的流體能達到每分鐘1~60ml的流量輸出，並使得將流體吸入流體輸送裝置內部之吸力可小於20kPa，而將流體由流體輸送裝置內部推出的壓力可小於50kPa。

於一些實施例中，為了因應流速可達到大於60ml/min的大流量流體傳輸需求，可於致動裝置24之致動器242上施予大於30Hz的操作頻率，並配合以下條件：致動器242之厚度約為100μm至500μm之剛性特性，較佳厚度為150μm至250μm，楊氏係數約為100-150Gpa，至於材料可為單層金屬或是由金屬材料與高分子材料所構成之雙層結構。

以及振動薄膜241之厚度為100μm至300μm之間，較佳厚度為100μm至250μm，楊氏係數為60-300GPa，其材質可為一單層金屬所構成，例如不銹鋼材料，其楊氏係數係為240Gpa，厚度係介於200μm至250μm，例如銅金屬材料，其楊氏係數係為100Gpa，厚度係介於200μm至250μm，但不以此為限。

該壓力腔室226之深度係介於10μm至300μm之間，直徑介於10~30mm之間。閥體座21以及閥體蓋體22之材質係可採用熱塑性塑膠材料，且閥體蓋體22之整體厚度係一致。

閥體薄膜23上之入口閥門結構231、出口閥門結構232之厚度為10μm至50μm，較佳厚度為21μm至40μm，楊氏係數為2~240Gpa， 可為高分子材料或金屬材料，閥體薄膜23採用該高分子材料，其彈性係數為2~20Gpa，例如聚亞醯胺(Polyimide,PI)，其彈性係數為10Gpa，閥體薄膜23亦可採用金屬材料，例如鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、銅、銅合金或不鏽鋼等金屬材料，其楊氏係數係為2~240Gpa。

以及，閥體薄膜23所包含之入口閥門結構231及出口閥門結構232的延伸部2311、2321的數量必須大於2、寬度可介於10~500μm、形狀可為如第八圖A~E所示之直線型態、切線型態或是S形型態，但不以此為限，且延伸部2311、2321所在位置之兩同心圓的直徑範圍，其內徑/外徑範圍可為：2mm/3mm、2.2mm/3.5mm、3mm/5mm、4mm/6mm、4mm/7mm或是4mm/8mm，但不以此為限。至於，入口閥片2313及出口閥片2323的直徑大小範圍可介於2~4mm。該閥體薄膜23的預力作用結構為密封環。

由上述致動器242、振動薄膜241、壓力腔室226及閥體薄膜23等相關參數條件搭配，則可驅動閥體薄膜23之入口閥門結構231及出口閥門結構232進行啟閉作用，驅使流體進行單向流動，並使流經壓力腔室226的流體能達到每分鐘60ml以上的大流量輸出，並使得將流體吸入流體輸送裝置內部之吸力可大於20kPa，而將流體由流體輸送裝置內部推出的壓力可大於30kPa。

於一些實施例中，為了因應流速小於1ml/min的微液滴流量流體傳輸需求，可於致動裝置24之致動器242上施予小於20Hz的操作頻率，並配合以下條件：致動器242之厚度約為100μm至500μm之剛性特性，較佳厚度為150μm至250μm，楊氏係數約為100-150Gpa，至於材料可為單層 金屬或是由金屬材料與高分子材料所構成之雙層結構。

以及振動薄膜241之厚度為10μm至200μm之間，較佳厚度為20μm至100μm，楊氏係數為60-300GPa，其材質可為一單層金屬所構成，例如不銹鋼材料，其楊氏係數係為240Gpa，厚度係介於30μm至80μm，例如銅金屬材料，其楊氏係數係為100Gpa，厚度係介於30μm至80μm，但不以此為限。

該壓力腔室226之深度係介於10μm至300μm之間，直徑介於3~20mm之間。閥體座21以及閥體蓋體22之材質係可採用熱塑性塑膠材料，且閥體蓋體22之整體厚度係一致。

閥體薄膜23上之入口閥門結構231、出口閥門結構232之厚度為10μm至50μm，較佳厚度為21μm至40μm，楊氏係數為2~240Gpa，可為高分子材料或金屬材料，閥體薄膜23採用該高分子材料，其彈性係數為2~20Gpa，例如聚亞醯胺(Polyimide,PI)，其彈性係數為10Gpa，閥體薄膜23亦可採用金屬材料，例如鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、銅、銅合金或不鏽鋼等金屬材料，其楊氏係數係為2~240Gpa。

以及，閥體薄膜23所包含之入口閥門結構231及出口閥門結構232的延伸部2311、2321的數量必須大於2、寬度可介於10~500μm、形狀可為如第八圖A~E所示之直線型態、切線型態或是S形型態，但不以此為限，且延伸部2311、2321所在位置之兩同心圓的直徑範圍，其內徑/外徑範圍可為：2mm/3mm、2.2mm/3.5mm、3mm/5mm、4mm/6mm、4mm/7mm或是4mm/8mm，但不以此為限。至於，入口閥片2313及出口閥片2323的直徑大小範圍可介於2~4mm。該閥體薄膜23的預力作用結構可為密封環，或是採用半導體製程 ，例如：黃光蝕刻或鍍膜或電鑄技術，直接在閥體座21及閥體蓋體22上所形成之微凸結構。

由上述致動器242、振動薄膜241、壓力腔室226及閥體薄膜23等相關參數條件搭配，則可驅動閥體薄膜23之入口閥門結構231及出口閥門結構232進行啟閉作用，驅使流體進行單向流動，並使流經壓力腔室226的流體能達到每分鐘1ml的微液滴流量輸出，並使得將流體吸入流體輸送裝置內部之吸力可小於20kPa，而將流體由流體輸送裝置內部推出的壓力可小於30kPa。

綜上所述，本案之流體傳輸裝置20可經由致動裝置24之驅動，且閥體薄膜23及其上一體成形之入口閥門結構231可配合設置於閥體座21之凹槽216內的軟性密封環26，使入口閥門結構231開啟而將流體輸送至壓力腔室226，再因致動裝置24改變壓力腔室226之體積，因而使出口閥門結構232配合設置於閥體蓋體22上之凹槽225內之軟性密封環27而開啟，以使流體輸送至壓力腔室226之外，由於壓力腔室226於體積漲縮的瞬間可產生流體吸力與推力，配合閥體薄膜23上之閥門結構其迅速的開合反應，使得故可使流體達到一般流量、大流量或是微液滴之傳輸，並有效阻擋流體之逆流。

綜上所述，本案之流體輸送裝置係適用於微幫浦結構，主要由閥體座、閥體薄膜、閥體蓋體、振動薄膜及致動器堆疊而成，其係藉由致動裝置之壓電致動，使得壓力腔室之體積改變，進而開啟或關閉成形於同一閥體薄膜上之入口/出口閥門結構，配合軟性密封環及設置於閥體座或閥體蓋體上之凹槽，而進行流體之輸送，由於本案之流體輸送裝置係可輸送氣體及流體，不僅有極佳之 流率與輸出壓力，可於初始狀態自我汲取液體，更具有高精度控制性，且因其可輸送氣體，因此於流體輸送過程更可排除氣泡，以達到高效率之傳輸。

另外，藉由控制致動裝置之致動器上施予的操作頻率，並搭配其它組件的不同條件，即可使得流體輸送裝置可因應需求達到一般流量、大流量或是微液滴之傳輸。

是以，本案之微液滴流體輸送裝置極具產業之價值，爰依法提出申請。

本案得由熟習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。

20‧‧‧流體輸送裝置

201‧‧‧流體閥座

21‧‧‧閥體座

211‧‧‧入口流道

213、214‧‧‧開口

215‧‧‧出口暫存腔

216、217、218、227‧‧‧凹槽

22‧‧‧閥體蓋體

220‧‧‧上表面

221‧‧‧入口閥門通道

222‧‧‧出口閥門通道

226‧‧‧壓力腔室

228‧‧‧下表面

23‧‧‧閥體薄膜

231‧‧‧入口閥門結構

232‧‧‧出口閥門結構

2311、2321‧‧‧延伸部

2312、2322‧‧‧孔洞

2313‧‧‧入口閥片

2323‧‧‧出口閥片

24‧‧‧致動裝置

241‧‧‧振動薄膜

242‧‧‧致動器

25‧‧‧蓋體

Claims (32)

1. 一種微液滴流體輸送裝置，用以傳送一流體，其係包含：一閥體座，其係具有複數個凹槽；一閥體蓋體，其係設置於該閥體座上，且具有一壓力腔室以及複數個凹槽；一閥體薄膜，其係設置於該閥體座及該閥體蓋體之間，並具有至少一個閥門結構，每一該閥門結構係分別具有一閥片、複數個孔洞以及複數個延伸部；複數個密封環，其係分別設置於該閥體座及該閥體蓋體之該複數個凹槽內，而該複數個密封環係部份突出於該複數個凹槽，以與該閥體薄膜之該閥門結構頂觸並產生一預力作用；二個暫存室，於該閥體薄膜與該閥體蓋體之間形成一第一暫存室，以及於該閥體薄膜與該閥體座之間形成一第二暫存室；一致動裝置，其係包含一致動器以及一振動薄膜；其中，當施以操作頻率小於20Hz於該致動裝置之該致動器上，該致動裝置將致使該壓力腔室體積改變，進而驅動該閥開關結構之啟閉作用，以使流經該壓力腔室之該流體係達到小於1ml/min的微液滴流量傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體座及該閥體蓋體係以熱塑性塑膠材料射出而形成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體座及該閥體蓋體包含一微凸結構，該微凸結構係由於該閥體座及該 閥體蓋體上之該複數個凹槽內分別設置該複數個密封環所形成。
4. 如申請專利範圍第3項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體座及該閥體蓋體所包含之該微凸結構係以半導體製程形成於該閥體座及該閥體蓋體上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該振動薄膜為銅金屬，其最佳厚度係為30μm至80μm，楊氏係數係為100GPa。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該振動薄膜為不鏽鋼材料，其最佳厚度係為30μm至80μm，楊氏係數係為240GPa。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該延伸部之數量係大於2。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該延伸部之寬度係為10μm至500μm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥片之直徑大小係為2mm至4mm。
10. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥片所在位置之兩同心圓直徑範圍比係為：2mm/3mm、2.2mm/3.5mm、3mm/5mm、4mm/6mm、4mm/7mm或是4mm/8mm。
11. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中將該流體吸入該流體輸送裝置內部之吸力係小於20kPa。
12. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中將該流體由該流體輸送裝置內部推出的壓力係小於30kPa。
13. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥片實質上係為圓形結構。
14. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥片周圍係包含一齒狀結構。
15. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該延伸部實質上係為切線型態。
16. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該延伸部實質上係為直線型態。
17. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該延伸部實質上係為S形型態。
18. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體薄膜之厚度係為10μm至50μm。
19. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體薄膜之最佳厚度係為21μm至40μm。
20. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體薄膜之材質係為高分子材料，且該高分子材料係為聚亞醯胺。
21. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體薄膜之材質係為金屬材料，且該金屬材料係為鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、銅、銅合金或不銹鋼材料。
22. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該致動器厚度係為100μm至500μm。
23. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該致動器之最佳厚度係為150μm至250μm。
24. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該振動薄膜係為一單層金屬結構。
25. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該振動薄膜係由金屬材料與高分子材料貼合而成之一雙層結構。
26. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該振動薄膜之厚度係為10μm至200μm。
27. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該振動薄膜之最佳厚度係為20μm至100μm。
28. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該壓力腔室之深度係為10μm至300μm，直徑係為3mm至20mm。
29. 如申請專利範圍第1項所述之微液滴流體輸送裝置，其中該閥體座及該閥體蓋體之材質係為熱塑性塑膠材料。
30. 一種微液滴流體輸送裝置，用以傳送一流體，其係包含：一閥體座，其係具有複數個凹槽；一閥體蓋體，其係設置於該閥體座上，且具有一壓力腔室以及複數個凹槽；一閥體薄膜，其係設置於該閥體座及該閥體蓋體之間，並具有至少一個閥門結構，每一該閥門結構係分別具有一閥片、複數個孔洞以及複數個延伸部；複數個密封環，其係分別設置於該閥體座及該閥體蓋體之該複數個凹槽內，而該複數個密封環係部份突出於該複數個凹槽，以與該閥體薄膜之該閥門結構頂觸並產生一預力作用；二個暫存室，於該閥體薄膜與該閥體蓋體之間形成一第一暫存室，以及於該閥體薄膜與該閥體座之間形成一第二暫存室；一致動裝置，其係包含一致動器以及一振動薄膜，該振動薄膜之厚度係為10μm至200μm，楊氏係數係為60至300Gpa；其中，當施以操作頻率小於20Hz於該致動裝置之該致動器上，該致動裝置將致使該壓力腔室體積改變，進而驅動該閥開關結構之啟閉作用，以使流經該壓力腔室之該流體係達到小於1ml/min 的微液滴流量傳輸。
31. 一種微液滴流體輸送裝置，用以傳送一流體，其係包含：一閥體座，其係具有複數個凹槽；一閥體蓋體，其係設置於該閥體座上，且具有一壓力腔室以及複數個凹槽，且該壓力腔室之深度係為10μm至300μm，直徑係為3mm至20mm；一閥體薄膜，其係設置於該閥體座及該閥體蓋體之間，並具有至少一個閥門結構，每一該閥門結構係分別具有一閥片、複數個孔洞以及複數個延伸部；複數個密封環，其係分別設置於該閥體座及該閥體蓋體之該複數個凹槽內，而該複數個密封環係部份突出於該複數個凹槽，以與該閥體薄膜之該閥門結構頂觸並產生一預力作用；二個暫存室，於該閥體薄膜與該閥體蓋體之間形成一第一暫存室，以及於該閥體薄膜與該閥體座之間形成一第二暫存室；一致動裝置，其係包含一致動器以及一振動薄膜，該振動薄膜之厚度係為10μm至200μm，楊氏係數係為60至300Gpa；其中，當施以操作頻率小於20Hz於該致動裝置之該致動器上，該致動裝置將致使該壓力腔室體積改變，進而驅動該閥開關結構之啟閉作用，以使流經該壓力腔室之該流體係達到小於1ml/min的微液滴流量傳輸。
32. 一種微液滴流體輸送裝置，用以傳送一流體，其係包含：一閥體座，其係具有複數個凹槽；一閥體蓋體，其係設置於該閥體座上，且具有一壓力腔室以及複數個凹槽，該流體吸入該壓力腔室內部之吸力係小於20kPa，該流體由該壓力腔室內部推出的壓力係小於30kPa； 一閥體薄膜，其係設置於該閥體座及該閥體蓋體之間，並具有至少一個閥門結構，每一該閥門結構係分別具有一閥片、複數個孔洞以及複數個延伸部；複數個密封環，其係分別設置於該閥體座及該閥體蓋體之該複數個凹槽內，而該複數個密封環係部份突出於該複數個凹槽，以與該閥體薄膜之該閥門結構頂觸並產生一預力作用；二個暫存室，於該閥體薄膜與該閥體蓋體之間形成一第一暫存室，以及於該閥體薄膜與該閥體座之間形成一第二暫存室；一致動裝置，其係包含一致動器以及一振動薄膜，該振動薄膜之厚度係為10μm至200μm，楊氏係數係為60至300Gpa；其中，當施以操作頻率小於20Hz於該致動裝置之該致動器上，該致動裝置將致使該壓力腔室體積改變，進而驅動該閥開關結構之啟閉作用，以使流經該壓力腔室之該流體係達到小於1ml/min的微液滴流量傳輸。