TWI539076B - 腔體分離式薄膜幫浦 - Google Patents

Description

腔體分離式薄膜幫浦

本發明係有關薄膜幫浦，尤指一種驅動元件與腔體可分離之幫浦。

習知的薄膜式幫浦結構，於該腔體的頂面則設有一薄膜，該薄膜的上方則平貼一驅動元件，此驅動元件係為壓電片；藉此，在壓電片通電變形的同時，帶動薄膜產生形變，造成幫浦腔體的體積變化，進而產生流量。

薄膜式幫浦之應用範圍包含醫療輸液產品、替代能源產品、散熱及其他先進檢測設備等，然而實際應用幫浦時，為了避免感染或檢測誤差，幫浦中與液體有接觸的腔體必須用後丟棄，傳統薄膜幫浦將驅動元件與薄膜黏死的設計，必須同時拋棄腔體與昂貴的驅動元件，使得壓電式薄膜幫浦在使用上成本高，而更換腔體的操作也較為不便。

有鑑於此，本發明提供一種驅動元件與腔體可分離之薄膜幫浦，藉以解決先前技術成本過高並且操作不便的問題。

本發明之一實施例提供一種薄膜幫浦，包含本 體，其中包括腔體，連通於該腔體的進入管和輸出管，以及薄膜，位於該腔體頂面；幫浦中還有驅動裝置，相鄰於該薄膜，包括驅動元件及傳力柱，一端連接於該驅動元件，另一端定位抵貼於該薄膜；藉該驅動元件帶動該傳力柱擺動，下壓該薄膜使該腔體內部之體積壓縮，上升則該薄膜回復使該腔體內部體積擴張。本體和驅動裝置並無直接連結關係，本體可以依需求更換使用，尤其在醫療輸液上的使用，採用拋棄式的設計可以避免感染的發生。

在實施例當中，該驅動元件可以為壓電片。

本發明之實施例提供一種薄膜幫浦，其中該傳力柱呈漸縮狀，於連接驅動元件端面積較大，於定位抵貼薄膜端面積較小，使傳力柱可以順利利用驅動元件之動力來帶動薄膜形變。在另一實施例中，傳力柱具有一組合容置空間，用以容置該驅動元件，使驅動元件與傳力柱之間的結合更為緊密，充份利用驅動元件的作動力。

薄膜幫浦其中該進入管設有一第一止逆閥，設置於腔體內側；其中該輸出管設有一第二止逆閥，設置於本體外側。而當傳力柱下壓時，帶動該薄膜壓縮該腔體之空間以產生壓力，兩止逆閥皆會朝下移動，則第二止逆閥會將出輸出管與腔體的通道開通，進而使在腔體內部被壓迫的流體自輸出管道流出，第一止逆閥則將進入管道與腔體的通道擋住，腔體內的流體不會流出進入管，藉著連續的上、下擺動作用，使得工作流體可循序漸進地自進入管進入腔體，再流出輸出管。

在另一個實施例當中，雖不具備止逆閥但在管道的設計上，近入管在近該腔體端管徑較大並且輸出管在近該腔體端管徑較小。利用方向性流阻的概念，即流體往正向與反向時，流道所施加的流阻並不相等，本發明採漸張/漸縮式的管道設計，因此導致流量亦隨之改變。

10‧‧‧驅動裝置

101‧‧‧驅動元件

102‧‧‧傳力柱

102a‧‧‧傳力柱a端

102b‧‧‧傳力柱b端

20‧‧‧本體

212‧‧‧薄膜

210‧‧‧腔體塊

230‧‧‧腔體

220‧‧‧下本體

221‧‧‧進入管

221a‧‧‧近腔體端進入管

221b‧‧‧遠腔體端進入管

223‧‧‧輸出管

223a‧‧‧近腔體端輸出管

223b‧‧‧遠腔體端輸出管

30‧‧‧本體

310‧‧‧上本體塊

311‧‧‧止漏塊

312‧‧‧薄膜

313‧‧‧腔體塊

320‧‧‧下本體塊

321‧‧‧進入管

322‧‧‧第一止逆閥

323‧‧‧輸出管

324‧‧‧第二止逆閥

330‧‧‧腔體

40‧‧‧驅動裝置

401‧‧‧驅動元件

402‧‧‧傳力柱

402a‧‧‧傳力柱連接驅動元件端

402b‧‧‧傳力柱抵貼薄膜端

403‧‧‧容置空間

50‧‧‧本體

510‧‧‧上本體塊

512‧‧‧薄膜

520‧‧‧下本體塊

521‧‧‧進入管

521a‧‧‧近腔體端進入管

521b‧‧‧遠腔體端進入管

522‧‧‧第一止逆閥

523‧‧‧輸出管

523a‧‧‧近腔體端輸出管

523b‧‧‧腔體端輸出管

524‧‧‧第二止逆閥

530‧‧‧腔體

第1圖 係本發明實施例之立體分解圖

第1a圖 係本發明實施例之腔體與管道示意圖。

第2圖 係本發明實施例之立體圖

第3圖 係本發明實施例之本體立體剖視圖

第4圖 係本發明實施例之立體分解圖

第5圖 係本發明實施例之剖面側視圖

第5a圖 係本發明實施例之立體分解圖

請參照第1圖，本發明之一實施例提供一種薄膜幫浦，包含本體20，其中包括腔體230，連通於該腔體的進入管221和輸出管223，以及薄膜212，位於該腔體230頂面；幫浦中還有驅動裝置10，相鄰於該薄膜212，包括驅動元件101及傳力柱102，傳力柱102的一端連接於該驅動元件101，另一端定位抵貼於該薄膜212；藉該驅 動元件101帶動該傳力柱102擺動，下壓該薄膜212使該腔體230內部之體積壓縮，上升則該薄膜212回復使該腔體230內部體積擴張。本體20和驅動裝置10並無直接連結關係，本體20可以依需求更換使用，尤其在醫療輸液上的使用，採用拋棄式的設計可以避免感染的發生。

在第1圖當中，其中該傳力柱呈漸縮狀，於連接驅動元件的a端102a面積較大，於定位抵貼薄膜的b端102b面積較小，使傳力柱102可以順利利用驅動元件101之動力來帶動薄膜212形變。在實施例當中，該驅動元件101可以為壓電片，壓電材料具良好的機械能與電能轉換特性，如果對壓電片施加電壓，它就會產生機械應力的振動，利用該振動帶動傳力柱102，由於傳力柱102緊附於薄膜212並且對應於腔體230的位置，因此，當驅動裝置10下壓薄膜212，使腔體230之內壓力增大，則腔體230內之流體由輸出管223輸出，當驅動裝置離開薄膜212，薄膜212回復回來水平位置，內壓力相對的減小，則流體由進入管221進入，藉由驅動元件反覆的上下振動，使腔體230內的流體產生單向的流動。

請參照第1a圖，在管道的設計上為防止逆流而使幫浦效能降低，在進入管221在近該腔體端221a管徑較大，而另一端221b之管徑小於221a；輸出管223在近該腔體端223a管徑較小，而另一端223b之管徑大於223a。此種設計係利用方向性流阻的概念，即流體往正向與反向時，流道所施加的流阻並不相等，本發明採漸張/漸縮式的 管道設計，在排出的過程中驅動元件101向下位移的作用力使腔體的體積減小，腔體內流體受擠壓而向兩端排出，進入管221是漸縮管(221a>221b)，輸出管223則是漸張管(223a<223b)，流體經由漸張管排出的流量會大於經由漸縮管流出的流量。

在傳力柱與腔體的設計上，並不受形狀的限制，可以依該薄膜幫浦應用於對應的裝置上時，採用不同的各種設計。請參照第2圖，可以看到傳力柱102亦可以為圓柱體狀，而本實施例之本體30，則呈現圓形。

一般而言，薄膜幫浦是一種微型幫浦，因此在製程的技術上，常採用將適當材料(例如：塑膠、不銹鋼等)與形狀的塊體進行切割(例如：雷射切割)後組合而成的微型幫浦構造。請參照第3圖，本體30基本由上本體塊310與下本體塊320組合而成；上本體塊310上疊置薄膜312，再疊上止漏塊311，下本體塊320蝕刻出進入管321與輸出管323，並疊置腔體塊313，利用下本體塊320、上本體塊310、薄膜312與腔體塊313組合出一腔體330。其中該進入管321設有一第一止逆閥322，設置於腔體330內側；該輸出管323設有一第二止逆閥324，設置於本體30外側。而當傳力柱下壓時，帶動該薄膜312壓縮該腔體330之空間以產生壓力，兩止逆閥皆會朝下移動，則第二止逆閥324會將出輸出管323與腔體330的通道開通，進而使在腔體330內部被壓迫的流體自輸出管323道流出，第一止逆閥322則將進入管321道與腔體330的通道擋住，腔體330 內的流體不會流出進入管321，藉由連續的上、下擺動作用，使得流體可循序漸進地自進入管321進入腔體330，再流出輸出管323。

本發明之另一實施例提供一種薄膜幫浦，請參照第4圖與第5圖，傳力柱402具有一組合容置空間403，用以容置該驅動元件401，使驅動元件401與傳力柱402之間的結合更為緊密，充份利用驅動元件401的作動力。其中該傳力柱402呈漸縮狀，於連接驅動元件的a端402a面積較大，於定位抵貼薄膜512的b端402b面積較小。

請參照第5圖與第5a圖，本體50基本由上本體塊510與下本體塊520組合而成；上本體塊510上疊置薄膜512，下本體塊520蝕刻形成進入管521與輸出管523，利用上本體塊510、薄膜512組合出一腔體530。其中該進入管521設有一第一止逆閥522，嵌置於下本體塊520，該進入管521近該腔體端521a管徑較大，另一端521b管徑小於521a；該輸出管523設有一第二止逆閥524，嵌置於上本體塊510，該輸出管523近該腔體端523a管徑較小，另一端523b管徑大於523a。而當驅動元件401產生振動，造成傳力柱402下壓時，帶動該薄膜512壓縮該腔體530之空間以產生壓力，同前二個實施例所述，利用管徑之變化與止逆閥之功能，能使流體產生單向之流動，達到幫浦的功效。

傳統的薄膜幫浦是驅動元件和腔體黏死的設計，這種設計方式並不符合醫療輸液上的需求，原因在於， 為了避免感染，醫療輸液幫浦必須用後丟棄，然而，傳統幫浦黏死的設計，必須同時拋棄腔體與昂貴的驅動元件，使得幫浦在使用上成本較高。本發明在於採用分離的概念，驅動裝置與本體不再黏死，而在使用完後，只需拋棄下方的本體部分，驅動裝置的部分可重複使用，此設計除了可避免感染外，還可以大幅降低使用成本。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧驅動裝置

101‧‧‧驅動元件

102‧‧‧傳力柱

102a‧‧‧傳力柱a端

102b‧‧‧傳力柱b端

20‧‧‧本體

212‧‧‧薄膜

210‧‧‧腔體塊

230‧‧‧腔體

220‧‧‧下本體

221‧‧‧進入管

223‧‧‧輸出管

Claims (10)

1. 一種薄膜幫浦，包括：一本體，包括：一腔體；一進入管，連通於該腔體；一輸出管，連通於該腔體；及一薄膜，位於該腔體頂面；一驅動裝置，相鄰於該薄膜，包括：一驅動元件；及一傳力柱，一端連接於該驅動元件，另一端定位抵貼於該薄膜；藉該驅動元件帶動該傳力柱擺動，該傳力柱下壓該薄膜使該腔體內部之體積壓縮，該傳力柱上升離開該薄膜，則該薄膜回復使該腔體內部體積擴張；其中，除該傳力柱之另一端定位抵貼於該薄膜外，該驅動裝置之其餘部位與該本體未相互連接。
2. 如請求項1所述之薄膜幫浦，其中該驅動元件為壓電片。
3. 如請求項1所述之薄膜幫浦，其中該傳力柱呈漸縮狀，於連接驅動元件端面積較大，於定位抵貼薄膜端面積較小。
4. 如請求項1所述之薄膜幫浦，其中該傳力柱具有一組合容置空間，用以容置該驅動元件。
5. 如請求項1所述之薄膜幫浦，其中該進入管設有一第一止逆閥。
6. 如請求項5所述之薄膜幫浦，其中該第一止逆閥，設置於腔體內側。
7. 如請求項1所述之薄膜幫浦，其中該輸出管設有一第二止逆閥。
8. 如請求項7所述之薄膜幫浦，其中該第二止逆閥，設置於本體外側。
9. 如請求項1所述之薄膜幫浦，其中該進入管，近該腔體端管徑較大。
10. 如請求項1所述之薄膜幫浦，其中該輸出管，近該腔體端管徑較小。