TWI698584B - 氣體輸送裝置 - Google Patents

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TWI698584B TW106129731A TW106129731A TWI698584B TW I698584 B TWI698584 B TW I698584B TW 106129731 A TW106129731 A TW 106129731A TW 106129731 A TW106129731 A TW 106129731A TW I698584 B TWI698584 B TW I698584B
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曾俊隆
黃哲威
溫健棠
陳世昌
韓永隆
黃啟峰
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Abstract

本案提供一種氣體輸送裝置，由殼體、噴氣孔片、腔體框架、致動器、絕緣框架及導電框架依序堆疊構成。致動器、腔體框架及懸浮片之間形成方形共振腔室，透過致動器驅動帶動噴氣孔片產生振動，使噴氣孔片之懸浮片產生往復式地振動位移，使氣體通過噴氣孔片之至少一空隙進入氣流腔室，再由殼體之排氣孔排出，實現氣體之傳輸流動。

Description

氣體輸送裝置
本案係關於一種氣體輸送裝置，尤指一種微型、靜音且高速傳輸氣體之氣體輸送裝置。
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。
隨著科技的日新月異，氣體輸送裝置的應用上亦愈來愈多元化，舉凡工業應用、生醫應用、醫療保健、電子散熱等等，甚至近來熱門的穿戴式裝置皆可見它的踨影，可見傳統的氣體輸送裝置已漸漸有朝向裝置微小化、流量極大化的趨勢。
於現有技術中，氣體輸送裝置主要以傳統的機構部件堆疊而構成，並以每一個機構部件極小化或厚度薄化的方式，來達到整體裝置微型化、薄型化之目的。然而，傳統機構件在微小化後，其尺寸精度控制不易，且組裝精度同樣難以掌控，進而造成產品良率不一，甚至有流體傳送之流量不穩定等問題。再者，習知的氣體傳輸裝置中，往往因輸出的氣體無法有效地匯集，或是因元件尺寸過於微小而使氣體推進的力道不足，進而導致氣體輸送流量不足的問題。
因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失，可使傳統採用流體傳 輸裝置的儀器或設備達到體積小、微型化且靜音，且克服微型尺寸精度不易掌控、流量不足之問題，且可靈活運用於各式裝置之微型流體傳輸裝置，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氣體輸送裝置，藉由氣體輸送裝置特殊流道以及噴氣孔片之設計，以克服傳統氣體輸送裝置無法同時兼具體積小、微型化以及靜音、尺寸精度掌控之問題。
本案之主要目的在於提供一種氣體輸送裝置，透過方形共振腔室及特殊管徑導管之設計，以使壓電元件與方形共振腔室達到亥姆霍茲共振，並使輸出氣體以接近白努利定律之理想流體狀態快速噴出，俾解決習知技術中氣體傳輸流量不足之問題。
為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種氣體輸送裝置，傳輸氣體流動，其包含：殼體，包含至少一固定槽、容置槽及排氣孔，容置槽具有底面；噴氣孔片，包含至少一支架、懸浮片及中空孔洞，懸浮片可彎曲振動，至少一支架套置於至少一固定槽中，以定位噴氣孔片容設於容置槽內，並與容置槽之底面之間形成氣流腔室，氣流腔室與排氣孔相通，且至少一支架及懸浮片與殼體之間形成至少一空隙；腔體框架，為一方型框架，承載疊置於懸浮片上；致動器，承載疊置於腔體框架上，施加電壓而產生往復式地彎曲振動；絕緣框架，承載疊置於致動器上；以及導電框架，承載疊置於絕緣框架上；其中，致動器、腔體框架及懸浮片之間形成方形共振腔室，透過致動器驅動帶動噴氣孔片產生共振，使噴氣孔片之懸浮片產生往復式地振動位移，以造成氣體通過至少一空隙進入氣流腔室，再由排氣孔排出，實現氣體之傳輸流動。
1:氣體輸送裝置
11:殼體
111:容置槽
111a:底面
112:排氣孔
113:固定槽
114:第一開口
115:第二開口
116:導管
117:導出通道
118:導出孔
12:噴氣孔片
120:支架
121:懸浮片
122:固定部
123:連接部
124:中空孔洞
125:空隙
13:腔體框架
130:共振腔室
14:致動器
141:壓電載板
1411:第一導電接腳
142:調整共振板
143:壓電片
17:絕緣框架
18:導電框架
181:第二導電接腳
182:電極
19:氣流腔室
第1圖為本案較佳實施例之氣體輸送裝置之外觀結構示意圖。
第2A圖為第1圖所示之氣體輸送裝置之元件分解正面結構示意圖。
第2B圖為第1圖所示之氣體輸送裝置之元件分解背面結構示意圖。
第3圖為第2A圖所示之殼體之外觀結構示意圖。
第4圖為第2A圖所示之噴氣孔片之俯視結構示意圖。
第5A圖為第1圖所示之氣體輸送裝置之A-A剖面結構示意圖。
第5B圖及第5C圖為第5A圖所示之氣體輸送裝置之剖面作動示意圖。
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，而非架構於限制本案。
請參閱第1圖、第2A圖及第2B圖，第1圖為本案較佳實施例之氣體輸送裝置之外觀結構示意圖，第2A圖為第1圖所示之氣體輸送裝置之元件分解正面結構示意圖，以及第2B圖為第1圖所示之氣體輸送裝置之元件分解背面結構示意圖。如第1圖、第2A圖及第2B圖所示，本實施例之氣體輸送裝置1係為一微型化的氣體傳輸結構，使氣體高速且大量地傳輸。本實施例之氣體輸送裝置1係由殼體11、噴氣孔片12、腔體框架13、致動器14、絕緣框架17及導電框架18等元件依序對應堆疊設置。
請同時參閱第2A圖、第2B圖及第3圖，第3圖為第2A圖所示之殼體 之外觀結構示意圖。如圖所示，本實施例之殼體11包含容置槽111及排氣孔112、至少一固定槽113、第一開口114、第二開口115及導管116(如第2B圖所示)，其中容置槽111包含底面111a，容置槽111係為殼體11內部凹陷之方形凹槽結構，意即容置槽111之底面111a為方形底面，但不以此為限。本實施例之容置槽111係用以容置該堆疊設置之噴氣孔片12、腔體框架13、致動器14、絕緣框架17及導電框架18於其中。本實施例之排氣孔112係貫穿設置於底面111a之中心處，以供氣體流通，且如第5A所示，排氣孔112係與導管116相連通。本實施例之至少一固定槽113係供噴氣孔片12固定於其中，本實施例之固定槽113數量係為4個，分別對應設置於殼體11鄰近於該容置槽111之四個邊角，且為L型之凹槽結構，但不以此為限，其數量、凹槽形狀態樣可依據實際需求任施變化。如第2B圖及第3圖所示，本實施例之導管116係為一長柱狀中空管狀結構，導管116更包含導出通道117及導出孔118，且導管116之導出通道117係透過排氣孔112相連通至容置槽111，導管116之導出通道117透過導出孔118連通至殼體11之外部，其中排氣孔112之孔徑大於導出孔118之孔徑(如第5A圖所示)，意即導出通道117內徑呈由大漸縮至小之錐度形狀，如錐形般向下漸縮，其中該排氣孔之直徑介於0.85毫米至1.25毫米之間，導出孔118之直徑介於0.8毫米至1.2毫米之間；當氣體由排氣孔112進入導管116，並由導出通道117排出時，使氣體產生明顯的匯聚效果，並使匯聚後之氣體由導管116之導出通道117快速且大量地噴出。於本案之另一些實施例中，殼體11亦可不具有導管，即氣體可由排氣孔112直接排出殼體11之外，但不以此為限。
請同時參閱第2A圖、第2B圖及第4圖，第4圖為第2A圖所示之噴氣孔片之俯視結構示意圖。如圖所示，本實施例之噴氣孔片12包含至少 一支架120、懸浮片121及中空孔洞124。本實施例之懸浮片121係為可彎曲振動之片狀結構，且其形狀可與容置槽111相對應，但不以此為限，懸浮片121之形狀可為方形。中空孔洞124係貫穿設置於懸浮片121之中心處，以供氣體流通。本實施例之支架120之數量係為4個，但不以此為限，其數量及型態主要係與固定槽113相對而設置，且可依據實際情形任施變化。舉例來說，本實施例之每一支架120包含固定部122及連接部123，固定部122與該固定槽113(如第3圖所示)的形狀分別為L形來相互匹配，即固定部122形狀為L形，固定槽113為L形之凹槽，藉此使固定部122容設於該固定槽113內，透過兩相互匹配的形狀可產生定位的效果外，亦可增加其連接強度，以供支架120設置固定，以使噴氣孔片12容置於殼體11之容置槽111中，透過固定部122與固定槽113相對應卡合，使噴氣孔片12得以快速且精準的定位在殼體11之容置槽111中，如此不僅結構輕薄簡單，同時更便於組裝，亦可克服傳統氣體輸送裝置直接貼附噴氣孔片12無邊框定位而無法精確掌控尺寸精度之問題。
本實施例之連接部123係連接於懸浮片121及固定部122之間，且連接部123具有彈性，供懸浮片121進行往復式地彎曲振動。於本實施例中，複數個支架120、懸浮片121及殼體11之容置槽111之間定義複數個空隙125(如第5A圖所示)，使氣體可由複數個空隙125流入容置槽111與懸浮片121之間，以供氣體輸送裝置1進行氣體之傳輸。
請同時參閱第2A圖、第2B圖及第5A圖，第5A圖為第1圖所示之氣體輸送裝置之A-A剖面結構示意圖。如圖所示，於本實施例中，噴氣孔片12、腔體框架13及致動器14形成了一共振腔室130，其中腔體框架13可為一方形框架結構，使共振腔室130因應於腔體框架成為方形共振腔室，該共振腔室130的容積介於6.3立方毫米至186立方毫米 之間。此外，本實施例之致動器14包含有一壓電載板141、調整共振板142及壓電片143，其中，該壓電載板141可為一金屬板，且其周緣可延伸形成一第一導電接腳1411，用以電性連接；調整共振板142貼附堆疊於該壓電載板141上，調整共振板142同樣可為一金屬板，而壓電片143堆疊設置於調整共振板142上，壓電片143受施加電壓並因壓電效應產生形變時，調整共振板142位於壓電片143與壓電載板141之間，做為兩者之間的緩衝物，來調整壓電載板141的振動頻率，且調整共振板142的厚度大於壓電載板141的厚度，可利用不同的調整共振板的厚度來調整致動器14的振動頻率，使致動器14的振動頻率能與噴氣孔片12的振動頻率達成匹配共振，而致動器14的振動頻率控制在10K至30K赫茲(Hz)為最佳；此外，於本實施例中，壓電載板141的厚度介於0.04毫米至0.06毫米之間，調整共振板142的厚度介於0.1毫米至0.3毫米間，壓電片143的厚度介於0.05毫米至0.15毫米之間。
請繼續參閱第2A圖、第2B圖及第5A圖，噴氣孔片12容設於容置槽111時，噴氣孔片12與容置槽111之間形成一氣流腔室19，氣流腔室19與排氣孔112相通，其中，氣流腔室19的高度介於0.2毫米至0.8毫米之間。
請繼續參閱第1圖、第2A圖及第2B圖，致動器14上設有絕緣框架17及導電框架18，導電框架18具有一第二導電接腳181及電極182，電極182電連接致動器14的壓電片143，其中，導電框架18的第二導電接腳181與壓電載板141的第一導電接腳1411分別突出設置於殼體11的第二開口115及第一開口114，用以外接電力，通過壓電載板141、調整共振板142、壓電片143、導電框架18形成迴路，此外，絕緣框架17設置於導電框架18及壓電載板141之間，用以避免導電框架18 與壓電載板141之間直接電連接，造成短路。
請同時參閱第5A圖、第5B圖及第5C圖，第5B圖及第5C圖為第5A圖所示之氣體輸送裝置之剖面作動示意圖。第5A圖所示，其為氣體輸送裝置1未致動之初始狀態，且殼體11、噴氣孔片12、腔體框架13、致動器14、絕緣框架17及導電框架18係依序對應堆疊設置，以構成本實施例之氣體輸送裝置1，其中致動器14、腔體框架13及懸浮片121之間係形成方形共振腔室130。於本實施例中，透過控制方形共振腔室130之氣體振動頻率與懸浮片121壓電振動頻率趨近於相同，使方形共振腔室130與懸浮片121產生亥姆霍茲共振效應(Helmholtz resonance)，俾使氣體傳輸效率提高。如第5B圖所示，當壓電片143向上振動時，使噴氣孔片12之懸浮片121向上振動，此時氣體由複數個空隙125流入，進入氣流腔室19，並經由中空孔洞124進入方形共振腔室130之中，使方形共振腔室130內氣壓增加，並產生壓力梯度；接著如第5C圖所示，當壓電片143向下振動時，使噴氣孔片12之懸浮片121向下振動，此時氣體順勢由方形共振腔室130經中空孔洞124快速流出，擠壓氣流腔室19內的空氣，並使氣體經排氣孔112進入上寬下窄設計之導管116之中以匯聚氣體，並使匯聚後之氣體以接近白努利定律之理想流體狀態由導管116之導出通道117快速且大量地噴出，且透過慣性原理，使排氣後的方形共振腔室130內部氣壓比平衡氣壓低，藉此以使氣體再次進入方形共振腔室130中。是以，透過壓電片143往復式地上下振動，以及控制方形共振腔室130與壓電片143之振動頻率趨近於相同，以產生亥姆霍茲共振效應，俾實現氣體高速且大量的傳輸。
綜上所述，本案所提供之氣體輸送裝置透過施加電壓至壓電片以驅動其上下振動，帶動方形共振腔室，使方形共振腔室產生壓力變化，達 到氣體傳輸之功效。此外，本案透過L形固定部與L型固定槽相對應卡合，使噴氣孔片得以輕易且精準的定位在殼體之容置槽中，以克服傳統氣體輸送裝置無法同時兼具微型化及尺寸精度掌控之問題，並且透過增加支架與殼體之間的接觸面積，提升支架的連接能力。再者，本案更透過方形共振腔室與壓電片共振頻率趨近於相同，以產生亥姆霍茲共振效應，俾進一步提升氣體之傳輸速率及傳輸量。更甚者，本案透過於殼體底部設置一上寬下窄之特殊孔徑導管，使氣體進一步匯流，並以接近白努利定律之理想流體狀態快速噴出，以達到高速氣體傳輸的目的。
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。
1:氣體輸送裝置
11:殼體
111:容置槽
112:排氣孔
116:導管
117:導出通道
118:導出孔
12:噴氣孔片
121:懸浮片
123:連接部
124:中空孔洞
125:空隙
13:腔體框架
130:共振腔室
14:致動器
141:壓電載板
142:調整共振板
143:壓電片
17:絕緣框架
18:導電框架
19:氣流腔室

Claims (18)

  1. 一種氣體輸送裝置，傳輸氣體流動，其包含：一殼體，包含至少一固定槽、一容置槽及一排氣孔，該容置槽具有一底面；一噴氣孔片，包含至少一支架、一懸浮片及一中空孔洞，該懸浮片可彎曲振動，該至少一支架設置於該至少一固定槽，以將該噴氣孔片容設於該容置槽內，並與該容置槽之該底面之間形成一氣流腔室，該氣流腔室與該排氣孔相通，且該至少一支架及該懸浮片與該殼體之間形成至少一空隙，且該至少一支架包含一固定部及一連接部，其中該固定部之形狀與該至少一固定槽之形狀相對應，該連接部連接於該懸浮片及該固定部之間，該連接部彈性支撐該懸浮片，供該懸浮片進行往復式地彎曲振動；一腔體框架，為一方形框架，承載疊置於該懸浮片上；一致動器，包含一壓電載板，承載疊置於該腔體框架上，施加電壓而產生往復式地彎曲振動；一絕緣框架，承載疊置於該致動器上；以及一導電框架，承載疊置於該絕緣框架上；其中，該絕緣框架是設置於該導電框架及該壓電載板之間，用以避免該導電框架與該壓電載板之間直接電連接，以及，該殼體於該排氣孔位置向外延伸一導管，該導管具有一導出通道及一導出孔，該導出通道與該排氣孔相通且連通於該殼體之該容置槽，該導出通道由該排氣孔連通處呈由大漸縮至小之錐度形狀，該致動器、該腔體框架及該懸浮片之間形成一方形共振腔室，透過該致動器驅動帶動該噴氣孔片產生共振，使該噴氣孔片之該懸浮片產生往復式地振動位移，以造成該氣體通過該至少一空隙進入該氣流腔室，再流經該排氣孔及該導 管之該導出通道，由該導管之該導出孔排出，實現該氣體之傳輸流動。
  2. 如請求項第1項所述之氣體輸送裝置，其中該固定部之形狀為L形，以及該固定槽為L形之凹槽。
  3. 如請求項第1項所述之氣體輸送裝置，其中該容置槽為方形。
  4. 如請求項第1項所述之氣體輸送裝置，其中該懸浮片為方形。
  5. 如請求項第1項所述之氣體輸送裝置，其中該致動器包含：一壓電載板，承載疊置於該腔體框架上；一調整共振板，承載疊置於該壓電載板上；以及一壓電片，承載疊置於該調整共振板上，施加電壓而驅動該壓電載板及該調整共振板產生往復式地彎曲振動。
  6. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該壓電載板為方形。
  7. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該調整共振板之厚度大於該壓電載板之厚度。
  8. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該壓電載板包含有一第一導電接腳。
  9. 如請求項第8項所述之氣體輸送裝置，其中該殼體包含有一第一開口，該第一開口供該壓電載板之該第一導電接腳定置其中而凸出於該殼體外。
  10. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該導電框架包含有一第二導電接腳及一電極，該電極電連接該壓電片。
  11. 如請求項第10項所述之氣體輸送裝置，其中該殼體包含有一第二開口，該第二開口供該導電框架之該第二導電接腳定置其中而凸出於該殼體外。
  12. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該壓電片振動頻率介於10K至30K赫茲。
  13. 如請求項第1項所述之氣體輸送裝置，其中該排氣孔之直徑介於0.85毫米至1.25毫米之間，該導出孔之直徑介於0.8毫米至1.2毫米之間。
  14. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該壓電載板之厚度介於0.04毫米至0.06毫米。
  15. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該調整共振板之厚度介於0.1毫米至0.3毫米。
  16. 如請求項第5項所述之氣體輸送裝置，其中該壓電片之厚度介於0.05毫米至0.15毫米。
  17. 如請求項第1項所述之氣體輸送裝置，其中該氣流腔室的高度介於0.2毫米至0.8毫米之間。
  18. 如請求項第1項所述之氣體輸送裝置，其中該方形共振腔室的容積介於6.3立方毫米至186立方毫米之間。
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