TWI750462B - 微型泵 - Google Patents

Abstract

一種微型泵，包括依序堆疊的設置的進氣板、共振片、壓電致動器、絕緣片及導電片。進氣板具有進氣孔、匯流排孔及匯流腔室。共振片具有中空孔。壓電致動器與共振片之間定義腔室空間，壓電致動器包含懸浮板、外框、連接部及壓電元件，連接部連接於懸浮板及外框之間，並定義間隙以供氣體流通。導電片具有複數個接觸導電端，用以電連接壓電元件。當壓電致動器受驅動時，氣體由進氣孔導入，流經匯流腔室、中空孔導入腔室空間內，再經由間隙排出，以實現氣體之傳輸。

Description

微型泵

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泵。

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微型泵之一定工作特性及流速，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之一目的在於提供一種微型泵，氣體自微型泵上之進氣孔進入，並利用壓電致動器之作動，使氣體於設計後之流道及匯流腔室中產生壓力梯度，進而使氣體高速流動，如此構成微型泵可達到靜音之功效，更可使微型氣體動力裝置之整體體積減小及薄型化，進而使微型氣體動力裝置達成輕便舒適之可攜式目的。

本案之另一目的在於提供一種微型泵，有別於習知壓電元件在電極上 所使用焊接導電線來達到導出電極的連接電性作用之方式，本案在壓電元件之電極上使用無焊接之接觸導電端設計，克服上述電極以導線導出之方式，大大減化組裝上的複雜工序，且不施作焊點焊接方式，就無高溫而影響到局部甚至整體壓電元件之壓電特性衰減問題，以及不施作焊點焊接方式，就無焊點及焊接膠體本身的質量及體積而造成微型泵內部無法迴避之空間限制問題及作動不均勻等問題。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種微型泵，包括：一進氣板，具有至少一進氣孔、至少一匯流排孔及一匯流腔室，其中至少一該進氣孔供導入一氣體，至少一該進氣孔對應至少一該匯流排孔，至少一該匯流排孔對應連通該匯流腔室，且引導進入至少一該進氣孔之氣體匯流至該匯流腔室內；一共振片，貼合組接於該進氣板，具有一中空孔、一可動部及一固定部，該中空孔位於該共振片中心處，並與該進氣板之該匯流腔室相對應；一壓電致動器，透過一填充材組接結合於該共振片上構成之間，具有一腔室空間，壓電致動器包含有一懸浮板、一外框、至少一連接部、一壓電元件、至少一間隙，至少一該連接部連接於該懸浮板及該外框之間提供彈性支撐，至少一該間隙設置於該懸浮板及該外框之間以提供氣體流通，而該壓電元件貼合於該懸浮板之一表面；一絕緣片，結合於該壓電致動器之一側；以及一導電片，與該絕緣片相結合，具有複數個接觸導電端及複數個透氣開口，複數個該接觸導電端凸設於該導電片表面，並於該導電片組裝在該壓電致動器上與該壓電元件表面構成緊密預力接觸作為驅動電極之用；其中，該壓電致動器受驅動時，使該氣體由該進氣板之至少一該進氣孔導入，經至少一該匯流排孔匯集至該匯流腔室，再流經該共振片之該中空孔導入該腔室空間內，再經該壓電致動器共振作用傳輸氣體，再由該間隙排出通過該複數個透氣開口排出於外，構成氣體傳 輸。

1:微型泵

11:進氣板

11a:進氣孔

11b:匯流排孔

11c:匯流腔室

12:共振片

12a:中空孔

12b:可動部

12c:固定部

13:壓電致動器

13a:懸浮板

131a:第一表面

132a:第二表面

13b:外框

131b:組配表面

132b:下表面

133b:第一導電接腳

13c:連接部

13d:壓電元件

13e:間隙

13f:凸部

131f:凸部表面

14:絕緣片

15:導電片

15a:第二導電接腳

15b:接觸導電端

15c:透氣開口

g:填充材

16:腔室空間

h:間距

第1圖為本案微型泵之立體外觀示意圖。

第2A圖為本案微型泵之正面方向視得分解示意圖。

第2B圖為本案微型泵之背面方向視得分解示意圖。

第3A圖為本案微型泵之剖面示意圖。

第3B圖為本案微型泵另一較佳實施例之剖面示意圖。

第4A圖至第4C圖為第3A圖中微型泵之實施作動示意圖。

體現本案特徵與優點的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、第2B圖及第3A圖所示，本案之微型泵1包含有依序堆疊的一進氣板11、一共振片12、一壓電致動器13、一絕緣片14及一導電片15所組構而成。

上述進氣板11具有至少一進氣孔11a、至少一匯流排孔11b及一匯流腔室11c，上述之進氣孔11a與匯流排孔11b其數量相同，於本實施例中，進氣孔11a與匯流排孔11b以數量4個作舉例說明，但不以此為限；4個進氣孔11a分別貫通4個匯流排孔11b，且4個匯流排孔11b匯流到匯流腔室11c。

上述之共振片12，可透過貼合方式組接於進氣板11上，且共振片12上具有一中空孔12a、一可動部12b及一固定部12c，中空孔12a位於共振片12的中心處，並與進氣板11的匯流腔室11c對應，而設置於中空孔12a的周圍且與匯流腔室11c相對應的區域為可動部12b，而設置 於共振片12的外周緣部分而貼固於進氣板11上則為固定部12c。

上述之壓電致動器13，包含有一懸浮板13a、一外框13b、至少一連接部13c、一壓電元件13d、至少一間隙13e及一凸部13f；其中，懸浮板13a為一正方形懸浮板，具有第一表面131a及相對第一表面131a的一第二表面132a，外框13b環繞設置於懸浮板13a的周緣，且外框13b具有一組配表面131b及一下表面132b，並透過至少一連接部13c連接於懸浮板13a與外框13b之間，以提供彈性支撐懸浮板13a的支撐力，本實施例中，懸浮板13a的第一表面131a與外框13b的組配表面131b兩者形成共平面，以及懸浮板13a的第二表面132a與外框13b的下表面132b兩者形成共平面，而間隙13e為懸浮板13a、外框13b與連接部13c之間的空隙，用以供氣體通過。此外，懸浮板13a的第一表面131a具有凸部13f，凸部13f於本實施例中係將凸部13f的周緣且鄰接於連接部13c的連接處透過蝕刻製程，使其下凹，來使懸浮板13a的凸部13f的凸部表面131f高於第一表面131a來形成階梯狀結構。另外，外框13b環繞設置於懸浮板13a之外側，且具有一向外凸設之第一導電接腳133b，用以供電性連接之用，但不以此為限。

上述之共振片12與壓電致動器13係透過一填充材g相互堆疊組接，以構成之間具有一腔室空間16，而填充材g可為一導電膠，但不以此為限，使共振片12與壓電致動器13之間具有一間距h，以使共振片12與壓電致動器13之懸浮板13a上凸部13f的凸部表面131f之間可維持間距h之深度，進而可導引氣流迅速地流動，且因懸浮板13a之凸部13f與共振片12保持適當距離，使彼此接觸干涉減少，促使噪音產生被降低；於另一些實施例中，如第3B圖所示，上述之共振片12與壓電致動器13係透過一填充材g相互堆疊組接，以構成之間具有一腔室空間16，亦可藉由懸浮板13a採以沖壓成形使其向下凹陷，其下陷距 離可由至少一連接部13c成形於懸浮板13a與外框13b之間所調整，使在懸浮板13a上的凸部13f的凸部表面131f與外框13b的組配表面131b兩者形成非共平面，亦即凸部13f的凸部表面131f將低於外框13b的組配表面131b，且懸浮板13a的第二表面132a低於外框13b的下表面132b，又壓電元件13d貼附於懸浮板13a的第二表面132a，與凸部13f相對設置，壓電元件13d被施加驅動電壓後，由於壓電效應而產生形變，進而帶動懸浮板13a振動；利用於外框13b的組配表面131b上塗佈少量填充材g，以熱壓接合方式使壓電致動器13貼合於共振片12的固定部12c，進而使得壓電致動器13得以與共振片12組配結合。其中懸浮板13a之第一表面131a與共振片12之間形成間距h會影響微型泵1的傳輸效果，故維持一固定的間距h，對於微型泵1提供穩定的傳輸效率是十分重要，本實施例之微型泵1對懸浮板13a使用沖壓方式，使其向下凹陷，讓懸浮板13a的第一表面131a與外框13b的組配表面131b兩者為非共平面，亦即懸浮板13a的第一表面131a將低於外框13b的組配表面131b，且懸浮板13a的第二表面132a低於外框13b的下表面132b，使得壓電致動器13之懸浮板13a凹陷形成一空間得與共振片12構成一可調整之間距h，直接透過上述壓電致動器13之懸浮板13a採以成形凹陷構成一間距h的結構改良，如此一來，所需的間距h得以透過調整壓電致動器13之懸浮板13a成形凹陷距離來完成，有效地簡化了調整間距h的結構設計，同時也達成簡化製程，縮短製程時間等優點。

上述之絕緣片14及導電片15皆為框型的薄型可撓片體，依序堆疊於壓電致動器13下。於本實施例中，絕緣片14貼附於壓電致動器13之外框13b的下表面132b，而導電片15堆疊於絕緣片14上。且絕緣片14及導電片15形態大致上對應於壓電致動器13之外框13b。於一些實 施例中，絕緣片14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；導電片15即由可導電之可撓材質所構成，例如：金屬片體，但不以此為限，以進行電性導通之用，以及導電片15在本實施例中，導電片15上設置一第二導電接腳15a、複數個接觸導電端15b及複數個透氣開口15c，第二導電接腳15a及複數個接觸導電端15b作為電性導通之用，而複數個透氣開口15c作為微型泵1內部實施傳輸氣體之單向出口之用，而其中複數個接觸導電端15b得由導電片15上直接沖壓成型而凸於導電片15表面，作為壓電致動器13之壓電元件13d的驅動電極之用，有別於習知壓電元件13d在電極上所使用焊接導電線來達到導出電極的連接電性作用之方式，且習知壓電元件13d在電極上施作工序上，因要將壓電元件13d上電極導出，需要使用治具將其固定，且依照不同工序要有不同對位，這些大大造成組裝上的複雜程度，為解決此問題，本案利用導電片15上直接沖壓成型複數個接觸導電端15b，以凸於導電片15表面，並在組裝上預設構成在壓電致動器13上與壓電元件13d表面形成緊密預力接觸作為驅動電極之用，在壓電元件13d隨著懸浮板13a上下振動位移時，仍能保持壓電元件13d表面與接觸導電端15b之接觸導電作用，不受壓電元件13d隨著懸浮板13a上下振動位移影響而失去接觸導電作用(如第4A圖至第4C圖所示微型泵1作動示意圖中壓電元件13d表面與接觸導電端15b始終保持接觸導電作用)，如此接觸導電端15b設計以接觸不焊接來克服習知的電極以導線導出之方式，不僅簡化製程，而且不施作焊點焊接方式，就無焊接製程所產生高溫而影響到局部甚至整體壓電元件13d之壓電特性衰減問題，以及不施作焊點及焊接膠體之方式，焊點及焊接膠體本身的質量及體積也不致有造成微型泵1內部無法迴避之空間限制問題及作動不均勻等問題。

請繼續參閱第4A圖至第4C圖所示微型泵1的作動示意圖，首先請參閱第4A圖所示，壓電致動器13的壓電元件13d被施加驅動電壓後，以產生形變帶動懸浮板13a向下位移，同時共振片12受到共振原理影響而被同步向下位移，此時連帶增加了腔室空間16的容積提升，於是腔室空間16內形成了負壓，微型泵1外部氣體便經由進氣孔11a汲取，經過匯流排孔11b而進入匯流腔室11c內，再經過中空孔12a進入腔室空間16內；請再參閱第4B圖所示，當壓電元件13d帶動懸浮板13a向上位移，同時共振片12同樣被懸浮板13a因共振而向上位移，同步推擠匯流腔室11c內的氣體往腔室空間16移動，使共振片12的可動部12b向上位移，讓氣體暫時無法經由進氣孔11a汲取，此時腔室空間16內氣體受擠壓，並通過間隙13e向下傳輸，再由複數個透氣開口15c排出於微型泵1外部，達到傳輸氣體的效果；最後請參閱第4C圖所示，當懸浮板13a再被向下帶動，而懸浮板13a恢復水平位置時，此時共振片12的可動部12b也同時被帶動而向下位移，共振片12使腔室空間16內的氣體向間隙13e移動，並且提升匯流腔室11c內的容積，讓氣體能夠持續地通過進氣孔11a、匯流排孔11b再匯聚於匯流腔室11c內；如此透過不斷地重複上述第4A圖至第4C圖之作動，使微型泵1能夠連續將氣體自進氣孔11a進入，再由間隙13e向下傳輸，再由複數個透氣開口15c排出於微型泵1外部，不斷地汲取氣體，即構成實施本案微型泵1傳輸氣體之運作。

綜上所述，本案所提供之一種微型泵，主要藉由氣體自微型泵上之進氣孔進入，並利用壓電致動器之作動，使氣體於設計後之流道及匯流腔室中產生壓力梯度，進而使氣體高速流動，如此構成微型泵可達到靜音之功效，更可使微型氣體動力裝置之整體體積減小及薄型化，進而使微型氣體動力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；以及在壓電元件之電極上使用無焊接之接觸導電端設計，克服上述電極以導線導出之方式，有別於習知壓電元件在電極上所使用焊接導電線來達到導出電極的連接電性作用之方式，大大減化組裝上的複雜工序，且不施作焊點焊接方式，就無高溫而影響到局部甚至整體壓電元件之壓電特性衰減問題，以及不施作焊點焊接方式，就無焊點及焊接膠體本身的質量及體積而造成微型泵內部無法迴避之空間限制問題及作動不均勻等問題，極具產業利用性。

縱使本案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:微型泵

11:進氣板

12:共振片

13:壓電致動器

13a:懸浮板

133b:第一導電接腳

13d:壓電元件

13e:間隙

14:絕緣片

15:導電片

15a:第二導電接腳

15b:接觸導電端

15c:透氣開口

Claims (9)

1. 一種微型泵，包括：一進氣板，具有至少一進氣孔、至少一匯流排孔及一匯流腔室，其中至少一該進氣孔供導入氣體，至少一該進氣孔對應至少一該匯流排孔，至少一該匯流排孔對應連通該匯流腔室，且引導進入至少一該進氣孔之氣體匯流至該匯流腔室內；一共振片，貼合組接於該進氣板，具有一中空孔、一可動部及一固定部，該中空孔位於該共振片中心處，並與該進氣板之該匯流腔室相對應；一壓電致動器，透過一填充材組接結合於該共振片上，構成之間具有一腔室空間，該壓電致動器包含有一懸浮板、一外框、至少一連接部、一壓電元件及至少一間隙，至少一該連接部連接於該懸浮板及該外框之間提供彈性支撐，至少一該間隙設置於該懸浮板及該外框之間提供氣體流通，而該壓電元件貼合於該懸浮板之一表面；一絕緣片，結合於該壓電致動器之一側；一導電片，與該絕緣片相結合，具有複數個接觸導電端及複數個透氣開口，複數個該接觸導電端由該導電片上直接沖壓成型而凸設於導電片表面，並於該導電片組裝在該壓電致動器上與該壓電元件表面構成緊密預力接觸作為驅動電極之用；其中，該壓電致動器受驅動時，使該氣體由該進氣板之至少一該進氣孔導入，經至少一該匯流排孔匯集至該匯流腔室，再流經該共振片之該中空孔導入該腔室空間內，再經該壓電致動器共振作用傳輸氣體，再由該間隙排出通過複數個該透氣開口排出於外，構成氣體傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵，其中該壓電致動器之該懸浮板之表面包括有一第一表面及一第二表面，該第二表面相對該第一表面，而該壓電元件貼合於該懸浮板之該第二表面上，該壓電致動器之該外框具有一組配表面及一下表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之微型泵，其中該懸浮板之該第一表面與該外框之該組配表面兩者形成共平面。
4. 如申請專利範圍第2項所述之微型泵，其中至少一該連接部沖壓成形於該懸浮板與該外框之間，並使該懸浮板之該第一表面與該外框之該組配表面形成為非共平面，且使該懸浮板之該第一表面與該共振片之一間距得以利用至少一該連接部沖壓成形來調整。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵，其中該共振片之該可動部設置於該中空孔周圍，且與該匯流腔室相對應的區域。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵，其中該共振片之該固定部設置於該共振片外周緣部分，而貼固於該進氣板上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵，其中該填充材為一導電膠。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微型泵，其中該外框設有一第一導電接腳，而該導電片設有一第二導電接腳，供以連接進行電性導通之用。
9. 如申請專利範圍第2項所述之微型泵，其中該懸浮板之該第一表面上設有一凸部，對應到該共振片之該可動部。

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