TWM507979U - 壓電泵及壓電泵組合 - Google Patents

Description

壓電泵及壓電泵組合

本新型是有關於一種壓電泵及壓電泵組合，且特別是有關於一種能夠防止逆流的壓電泵及壓電泵組合。

壓電泵是一種新型的流體驅動器，其無需附加驅動電機，僅透過電陶瓷的逆壓電效應便能使壓電振子產生變形，再依據前述變形產生泵腔的容積變化以實現流體輸出，或者透過壓電振子產生波動來傳輸流體，因此壓電泵已逐漸取代傳統泵而廣泛地應用於電子、生醫、航太、汽車以及石化等產業。

一般來說，壓電泵是由壓電振子以及泵體所組成，其中當通電至壓電振子時，壓電振子會在電場作用下徑向壓縮，並於其內部產生拉應力而彎曲變形。當壓電振子正向彎曲時，泵體的腔室(以下稱泵腔)的容積便會增大，使得泵腔內的壓力減小，以令流體自入口流入泵腔。另一方面，當壓電振子向反向彎曲時，泵腔的容積減小，使得泵腔內的壓力增大，以令泵腔內的流體被擠壓而自出口排出。因此，如何在壓電振子的作動下使流體保持自 入口流入泵腔，再從泵腔自出口排出的流動，而不會發生逆流的狀況，便成為當前亟待解決的問題之一。

本新型提供一種壓電泵，其可防止流體逆流以提高流體輸出的壓力。

本新型提供一種壓電泵組合，其具有多個上述的壓電泵。

本新型的一種壓電泵，包括一壓電元件、一閥件、一振動片及一導流件。壓電元件包括一第一貫孔。閥件貼附於壓電元件，且包括至少一貫槽及貫槽圍繞出的一第一區，其中壓電元件的第一貫孔在閥件上的投影籠罩貫槽與第一區。振動片包括對應於第一區的一第二區、第二區以外的一第三區及位於第二區的一第二貫孔。振動片的第三區貼附於閥件，第二貫孔對閥件所在的平面的投影不重疊於貫槽。導流件疊置於振動片，且包括朝向振動片的一第一面、凹陷於第一面的一第一凹槽、凹陷於第一面且連通於第一凹槽的至少一流道、連通於至少一流道的至少一第三貫孔及位於第一凹槽內且朝振動片凸出的一第一凸出部。第一凹槽在振動片所在的平面上的投影籠罩第二區，且第一凸出部在振動片所在平面的投影覆蓋第二貫孔。

在本新型的一實施例中，上述的閥件包括多個形狀為弧形的貫槽，且第二貫孔對閥件所在的平面的投影被這些貫槽所包圍。

在本新型的一實施例中，上述的導流件包括多個流道，這些流道以第一凹槽為中心呈現放射狀，且各流道的截面口徑隨著與第一凹槽的距離越遠而越大。

在本新型的一實施例中，上述的第一凸出部的高度小於或等於第一凹槽的深度。

在本新型的一實施例中，上述的導流件包括相對於第一面的一第二面、凹陷於第二面的一第二凹槽及位於第二凹槽內且朝向遠離振動片的方向凸出的一第二凸出部，且第二凸出部在第二面的位置對應第一凸出部在第一面的位置。

在本新型的一實施例中，上述的壓電元件為片狀。

在本新型的一實施例中，上述的壓電泵更包括一蓋體，配置於導流件上，且包括連通於第三貫孔的一出氣口。

在本新型的一實施例中，上述的蓋體包括一第三凹槽，凹陷於蓋體的朝向導流件的表面，且連通於第三貫孔與出氣孔。

本新型的一種壓電泵組合，包括多個上述的壓電泵及至少一間隔件。各間隔件配置於任兩相鄰的這些壓電泵之間，且包括連通於兩相鄰的這些壓電泵的一氣流通孔。

在本新型的一實施例中，上述的各該間隔件包括一第三面及凹陷於第三面且連通於氣流通孔的一容置槽，其中一個壓電泵的壓電元件位在容置槽內。

在本新型的一實施例中，上述的各間隔件包括相對於第三面的一第四面及凹陷於第四面且連通於氣流通孔的一第四凹 槽。

在本新型的一實施例中，上述的壓電泵組合，更包括一蓋體，配置於其中一個壓電泵的導流件上，且包括連通於壓電泵的至少一第三貫孔的一出氣口。

基於上述，本新型的壓電泵透過在振動片的兩側設置閥片與導流件，閥片的貫槽對振動片所在的平面的投影不重疊於第二貫孔，且導流件的第一凸出部在振動片所在平面的投影覆蓋第二貫孔的設計，而使得壓電泵在作動的過程中，閥片會抵靠於第二貫孔或是導流件的第一凸出部會抵靠於振動片，而使閥片與振動片之間的流路或是振動片與導流件之間的流路暫時地關閉，以避免流體發生逆流的狀況。本新型更提供具有上述壓電泵的壓電泵組合，藉由多組壓電泵的設計而更能夠提高流體輸出的壓力。

為讓本新型的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧壓電泵

110‧‧‧壓電元件

112‧‧‧第一貫孔

120‧‧‧閥件

122‧‧‧貫槽

124‧‧‧第一區

125‧‧‧第一黏著層

130‧‧‧振動片

132‧‧‧第二區

134‧‧‧第二貫孔

135‧‧‧第二黏著層

136‧‧‧第三區

140‧‧‧導流件

141‧‧‧第一面

142‧‧‧第二面

143‧‧‧第一凹槽

144‧‧‧流道

145‧‧‧第三貫孔

146‧‧‧第一凸出部

147‧‧‧第二凹槽

148‧‧‧第二凸出部

150‧‧‧蓋體

152‧‧‧出氣口

154‧‧‧第三凹槽

200‧‧‧壓電泵組合

260‧‧‧間隔件

262‧‧‧第三面

264‧‧‧第四面

266‧‧‧氣流通孔

268‧‧‧容置槽

269‧‧‧第四凹槽

圖1是依照本新型的一實施例的一種壓電泵的立體剖面示意圖。

圖2是圖1的壓電泵的分解示意圖。

圖3是圖2的不同視角的示意圖。

圖4至圖6是圖1的壓電泵的作動的剖面示意圖。

圖7是依照本新型的一實施例的一種壓電泵組合的立體剖面示意圖。

圖1是依照本新型的一實施例的一種壓電泵的立體剖面示意圖。圖2是圖1的壓電泵的分解示意圖。圖3是圖2的不同視角的示意圖。請參閱圖1至圖3，本實施例的壓電泵100包括一壓電元件110、一閥件120、一振動片130、一導流件140及一蓋體150。

在本實施例中，壓電元件110的形狀為片狀，且壓電元件110的外輪廓可為圓形、橢圓形、三角形、方形、六角形或是其他多邊形等，壓電元件110的形狀並不以此為限制。壓電元件110包括位於中央的一第一貫孔112。閥件120貼附於壓電元件110且包括至少一貫槽122及貫槽122圍繞出的一第一區124。在本實施例中，閥件120包括四個形狀為弧形的貫槽122，圍繞出圓形的第一區124，但在其他實施例中，閥片120的貫槽122的數量以及形狀並不以此為限制。此外，閥件120的材質可包括銅、不鏽鋼或其他適當的金屬或合金，其略具可撓性，但閥片120的材質並不以此為限制。

此外，在本實施例中，壓電元件110的第一貫孔112在閥件120上的投影籠罩貫槽122與第一區124，壓電元件110的第一貫孔112與閥片120的貫槽122連通，而可作為壓電泵100的 入氣口。並且，當壓電泵100作動時，閥件120的第一區124可彎曲變形而伸入壓電元件110的第一貫孔112內。

振動片130包括對應於第一區124的一第二區132、第二區132以外的一第三區136及位於第二區132的一第二貫孔134。在本實施例中，振動片130透過第三區136貼附於閥件120，也就是說，振動片130的第二區132能夠相對於閥片120的第一區124上下移動，而改變振動片130的第二區132與閥片120的第一區124之間的空間。此外，在本實施例中，振動片130的第二貫孔134對閥件120所在的平面的投影不重疊於貫槽122，且第二貫孔134對閥件120所在的平面的投影被這些貫槽122所包圍。

由於在振動片130的第二區132相對於閥片120的第一區124移動的過程中，閥片120的第一區124可以接觸振動片130的第二區132，且振動片130的第二貫孔134與閥件120的貫槽122錯位，閥片120的第一區124在某個時段中能夠抵住振動片130的第二貫孔134，而使得閥片120與振動片130之間的流路暫時地關閉。下面將會對此多加說明。

此外，在本實施例中，振動片130的材質可包括銅、不鏽鋼或其他適當的金屬或合金，具有可撓曲的特性，但振動片130的材質不以此為限制。

導流件140疊置於振動片130，且包括相對的一第一面141與一第二面142、一第一凹槽143、至少一流道144、至少一第三貫孔145、一第一凸出部146、一第二凹槽147及一第二凸出 部148。

第一面141朝向振動片130，第二面142朝向蓋體150。第一凹槽143凹陷於第一面141，第二凹槽147凹陷於第二面142。第一凹槽143在振動片130所在的平面上的投影籠罩第二區132。流道144凹陷於第一面141且連通於第一凹槽143。在本實施例中，導流件140包括四個流道144。當然，導流件140的流道144的數量並不以此為限制。

如圖2所示，在本實施例中，這些流道144以第一凹槽143為中心呈現放射狀，且各流道144的截面口徑隨著與第一凹槽143的距離越遠而越大。導流件140透過流道144的截面口徑逐漸擴大的設計，而使得流經流道144的流體在隨著與第一凹槽143的距離越遠而流阻較小。如此一來，流體在流道144內便會較容易地往遠離第一凹槽143的方向流動，以達到控制流體在流道144內的流向的功能。本實施例的導流件140透過此設計可不需在導流件140上設置流向閥，而具有較低的成本、體積微小化、製程簡單化的優勢。

在本實施例中，導流件140透過第一面141上除了第一凹槽143與流道144以外的區域貼附至振動片130，也就是說，導流件140的第一凹槽143及流道144能夠相對於振動片130上下移動。

第三貫孔145連通於流道144且貫穿第一面141與第二面142，在本實施例中，第三貫孔145的數量對應於流道144的數 量，也就是導流件140具有四個第三貫孔145。當然，在其他實施例中，第三貫孔145的數量並不以此為限制。

在本實施例中，第一凸出部146位於第一凹槽143內且朝振動片130凸出，第二凸出部148位於第二凹槽147內且朝向蓋體150凸出。第二凸出部148在第二面142的位置對應第一凸出部146在第一面141的位置。第一凸出部146的高度略為小於第一凹槽143的深度，而使得第一凸出部146與振動片130之間存在間隙，以使得流體能夠通過。但在其他實施例中，第一凸出部146的高度也可以等於第一凹槽143的深度，透過導流件140與振動片130之間配置較厚的黏著層(未繪示)，或者振動片130在面對導流件140的第一凸出部146的表面具有凹陷的區域，而使導流件140的第一凸出部146與振動片130之間具有間隙。

在導流件140中，由於第一凸出部146與第二凸出部148較旁邊的部位來得厚，而使得第一凸出部146與第二凸出部148在剖面上接近於一擺槌的形狀。並且，第一凸出部146在振動片130所在平面的投影覆蓋第二貫孔134，而使得導流件140的第一凹槽143及流道144相對於振動片130移動的過程中，導流件140的第一凸出部146能夠抵住振動片130。因此，振動片130與導流件140之間的流路能夠暫時地關閉。下面將會對此多加說明。

在本實施例中，導流件140的材質可包括銅、不鏽鋼或其他適當的金屬或合金，其具有可撓性，但導流件140的材質並不以此為限制。

蓋體150配置於導流件140上，且包括一出氣口152及一第三凹槽154。第三凹槽154凹陷於蓋體150的朝向導流件140的表面，且連通於第三貫孔145與出氣孔152。需說明的是，在其他實施例中，壓電泵100也可以省略蓋體150。

下面將進一步地解釋壓電泵100在作動時壓電元件110、閥件120、振動片130、導流件140之間的相對位置。圖4至圖6是圖1的壓電泵的作動的剖面示意圖。需說明的是，圖4至圖6中僅繪示出壓電元件110、閥件120、振動片130、導流件140，而隱藏蓋體150，且為了方便觀看流體在壓電泵100內的流動路徑，特意加厚位於閥件120與振動片130之間的一第一黏著層125以及振動片130與導流件140之間的一第二黏著層135。並且，圖5與圖6分別是圖1的壓電泵100在向下與向上的變形量最大時的示意圖。

首先，請先參閱圖4，在圖4中，壓電泵100位在初始位置，此時，壓電元件110、閥件120、振動片130、導流件140呈現尚未彎曲的水平狀態。當壓電泵100開始作動時，可藉由電路控制而使壓電元件110先向下移動，而從圖4的狀態改變成圖5的狀態，而使流體進入壓電泵100。詳細地說，壓電元件110下移而帶動閥件120、振動片130、導流件140逐漸向下，而呈現出下凹的狀態。

如圖5所示，閥件120的第一區124與振動片130的第二區132之間的空間加大，而使流體流入。也就是說，在圖4移 動到圖5的過程中，流體可從圖面的下方，也就是壓電元件110的第一貫孔112經閥片120的貫槽122進入壓電泵100，再經過閥片120的第一區124與振動片130的第二區132之間的空間而流至振動片130的第二貫孔134。

由於導流件140在第一凸出部146處的厚度略大於旁邊區域的厚度，且導流件140在第一凸出部146的厚度略大於振動片130的厚度，而使得第一凸出部146隨壓電元件110下移而彎折的程度小於振動片130的第二區132隨壓電元件110下移而彎折的程度。因此，在振動片130與導流件140下凹至最低位置時，第一凸出部146的周緣會抵住振動片130，而使得振動片130與導流件140之間的流路暫時地關閉。

換句話說，在本實施例中，透過導流件140在第一凸出部146的厚度大於旁邊的部位的厚度，且第一凸出部146的厚度大於振動片130的設計，而取代了習知需要配置橡膠閥以控制流向的設計，而使得導流件140與振動片130在下移至最低點時，第一凸出部146的周緣能夠抵住振動片130以關閉振動片130與導流件140之間的流路。

接著，壓電元件110向上移動而回到了圖4的位置，在從圖5回到圖4的過程中，第一凸出部146的周緣會與振動片130分離，振動片130與導流件140之間的流路開啟，而使得原本位於閥件120與振動片130之間的流體能夠向上流入導流件140的流道144與第三貫孔145。

再來，隨著壓電元件110繼續向上移動而到了圖6的位置，在從圖4移動到圖6的過程中，壓電元件110上移而帶動閥件120、振動片130、導流件140逐漸向上，而呈現出上凸的狀態。

在此過程中，振動片130的第二區132向上往導流件140的方向推擠，而對原本位於振動片130與導流件140之間的流體施壓。流體便會沿著導流件140的流道144，通過第三貫孔145而流至圖面的上方。

並且，在此狀態下，閥件120的第一區124會抵靠於振動片130的第二區132，更精確地說，閥件120的第一區124會抵靠於振動片130的第二貫孔134。如此一來，外界的流體不但無法流入閥件120的第一區124與振動片130的第二區132之間的空間，原本位於振動片130的第二區132與導流件140的第一凹槽143之間的流體也無法從回流至閥件120的第一區124與振動片130的第二區132之間的空間。換句話說，在圖6的狀態下，原本位於振動片130與導流件140之間的流體便只能夠沿著導流件140的流道144而從第三貫孔145離開。

其後，壓電泵100再度往覆地移動至圖4、圖5、圖4、圖6的位置，而將外界的流體再吸入壓電泵100，並沿著一定流向離開壓電泵100。

本實施例的壓電泵100透過壓電元件110上下往覆地移動，而帶動閥件120、振動片130與導流件140跟著上下移動，由於閥件120、振動片130與導流件140的材質或是厚薄程度具有差 異，而使得閥件120、振動片130與導流件140之間的相對位置改變，以使流體能夠沿著一定流向進入與離開壓電泵100，而達到止逆的效果。

需說明的是，雖然在本實施例中，流體的流動方向是從壓電元件110的第一貫孔112與閥片120的貫槽122進入壓電泵100，且由導流件140的第三貫孔145流至蓋體150的出氣口150。但在其他實施例中，蓋體150也可以配置在相反的位置，也就是配置在閥件120與壓電元件110的下方，流體也可以是從導流件140的第三貫孔145流入壓電泵100，之後由閥片120的貫槽122與壓電元件110的第一貫孔112流至蓋體150的出氣口152，而離開壓電泵100。流體在壓電泵100內的流向並不以上述為限制。

設計者可藉由控制壓電泵的壓電元件振動的方向、頻率與時序，或者藉由調整閥件120、振動片130、導流件140的材質與厚度等參數，而改變壓電泵100作動時閥件120、振動片130、導流件140之間的相對位置，進而改變流體的流向。

圖7是依照本新型的一實施例的一種壓電泵組合的立體剖面示意圖。請參閱圖7，在本實施例中，為了方便閱讀，與前一實施例相同或相近的元件以相同的符號表示。本實施例的壓電泵組合200包括兩壓電元件110、兩閥件120、兩振動片130、兩導流件140、一間隔件260及一蓋體150。如圖7所示，在本實施例的壓電泵組合200中，其中一個壓電元件110、閥件120、振動片130、導流件140依序堆疊，間隔件260配置於其上，另一個壓電 元件110、閥件120、振動片130、導流件140依序堆疊至間隔件260上，蓋體150配置於位於上方的導流件140上。

在本實施例中，間隔件260包括相對的一第三面262與一第四面264、貫穿第三面262與第四面264的一氣流通孔266、凹陷於第三面262的一容置槽268及凹陷於第四面264的一第四凹槽269。

間隔件260的氣流通孔266連通於下方的壓電元件110以及上方的導流件140。容置槽268用來供對應側的壓電元件110容置，以圖7而言，容置槽268可容置圖面上方的壓電元件110。第四凹槽269的形狀對應於另一側的導流件140(也就是圖面下方的導流件140)的第二凸出部148，以略為加大間隔件260與下方的導流件140的第二凸出部148之間的流路。間隔件260的材質可包括塑膠、不鏽鋼或其他適當的材質，其具有一定的剛性以提供足夠的支撐力。

在本實施例中，流體可從位於下方的壓電元件110流入，間隔件260的第四凹槽、氣流通孔266與容置槽268彼此連通。因此，流體可通過間隔件260而向上進入位於上方的壓電元件110，再經蓋體150流出。本實施例的壓電泵組合200透過兩壓電元件110、兩閥件120、兩振動片130、兩導流件140與間隔件260的搭配，而能夠提供結構簡單且微型化的壓電泵組合200。

此外，本實施例的壓電泵組合200可透過控制各壓電元件110振動的方向、頻率與時序，或者藉由調整閥件120、振動片 130、導流件140的材質與厚度等參數，而改變各壓電元件110作動時對應的閥件120、振動片130、導流件140之間的相對位置，進而改變流體的流向。

另外，壓電元件壓電元件在其他實施例中，壓電泵組合200的壓電元件110、閥件120、振動片130、導流件140的數量也可以分別是三個以上，且任兩相鄰的壓電元件110與導流件140之間被間隔件260隔開，壓電元件110的形狀、壓電泵100與間隔件260的數量並不以此為限制。

綜上所述，本新型的壓電泵透過在振動片的兩側設置閥片與導流件，閥片的貫槽對振動片所在的平面的投影不重疊於第二貫孔，且導流件的第一凸出部在振動片所在平面的投影覆蓋第二貫孔的設計，而使得壓電泵在作動的過程中，閥片會抵靠於第二貫孔或是導流件的第一凸出部會抵靠於振動片，而使閥片與振動片之間的流路或是振動片與導流件之間的流路暫時地關閉，以避免流體發生逆流的狀況。本新型更提供具有上述壓電泵的壓電泵組合，藉由多組壓電泵的設計而更能夠提高流體輸出的壓力。

雖然本新型已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧壓電泵

110‧‧‧壓電元件

120‧‧‧閥件

122‧‧‧貫槽

124‧‧‧第一區

130‧‧‧振動片

134‧‧‧第二貫孔

140‧‧‧導流件

141‧‧‧第一面

142‧‧‧第二面

143‧‧‧第一凹槽

144‧‧‧流道

145‧‧‧第三貫孔

146‧‧‧第一凸出部

147‧‧‧第二凹槽

148‧‧‧第二凸出部

150‧‧‧蓋體

152‧‧‧出氣口

154‧‧‧第三凹槽

Claims (12)

1. 一種壓電泵，包括：一壓電元件，包括一第一貫孔；一閥件，貼附於該壓電元件，且包括至少一貫槽及該至少一貫槽圍繞出的一第一區，其中該壓電元件的該第一貫孔在該閥件上的投影籠罩該至少一貫槽與該第一區；一振動片，包括對應於該第一區的一第二區、該第二區以外的一第三區及位於該第二區的一第二貫孔，其中該振動片的該第三區貼附於該閥件，該第二貫孔對該閥件所在的平面的投影不重疊於該至少一貫槽；以及一導流件，疊置於該振動片，且包括朝向該振動片的一第一面、凹陷於該第一面的一第一凹槽、凹陷於該第一面且連通於該第一凹槽的至少一流道、連通於該至少一流道的至少一第三貫孔及位於該第一凹槽內且朝該振動片凸出的一第一凸出部，其中該第一凹槽在該振動片所在的平面上的投影籠罩該第二區，且該第一凸出部在該振動片所在平面的投影覆蓋該第二貫孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述的壓電泵，其中該閥件包括多個形狀為弧形的該貫槽，且該第二貫孔對該閥件所在的平面的投影被該些貫槽所包圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述的壓電泵，其中該導流件包括多個該流道，該些流道以該第一凹槽為中心呈現放射狀，且各該流道的截面口徑隨著與該第一凹槽的距離越遠而越大。
4. 如申請專利範圍第1項所述的壓電泵，其中該第一凸出部的高度小於或等於該第一凹槽的深度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的壓電泵，其中該導流件包括相對於該第一面的一第二面、凹陷於該第二面的一第二凹槽及位於該第二凹槽內且朝向遠離該振動片的方向凸出的一第二凸出部，且該第二凸出部在該第二面的位置對應該第一凸出部在該第一面的位置。
6. 如申請專利範圍第1項所述的壓電泵，其中該壓電元件為片狀。
7. 如申請專利範圍第1項所述的壓電泵，更包括：一蓋體，配置於該導流件上，且包括連通於該至少一第三貫孔的一出氣口。
8. 如申請專利範圍第7項所述的壓電泵，其中該蓋體包括一第三凹槽，凹陷於該蓋體的朝向該導流件的表面，且連通於該至少一第三貫孔與該出氣孔。
9. 一種壓電泵組合，包括：多個如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的壓電泵；以及至少一間隔件，配置於任兩相鄰的該些壓電泵之間，且各該間隔件包括連通於該兩相鄰的該些壓電泵的一氣流通孔。
10. 如申請專利範圍第9項所述的壓電泵組合，其中各該間隔件包括一第三面及凹陷於該第三面且連通於該氣流通孔的一容 置槽，其中一個該壓電泵的該壓電元件位在該容置槽內。
11. 如申請專利範圍第10項所述的壓電泵組合，其中各該間隔件包括相對於該第三面的一第四面及凹陷於該第四面且連通於該氣流通孔的一第四凹槽。
12. 如申請專利範圍第9項所述的壓電泵組合，更包括：一蓋體，配置於其中一個該壓電泵的該導流件上，且包括連通於該壓電泵的該至少一第三貫孔的一出氣口。