CN108506196B - 流体输送装置 - Google Patents

Abstract

一种流体输送装置，其包含：阀本体，具有出口通道及入口通道；阀腔体座，具有入口阀门通道及出口阀门通道及压力腔室，压力腔室分别与入口阀门通道、出口阀门通道相连通；阀膜片，设置于阀本体及阀腔体座之间，具有两阀门片各别对应封闭入口阀门通道及出口阀门通道形成阀门开关结构；致动器封盖压力腔室；外筒具有一中空空间，中空空间之内壁具有凸出结构及外缘具有卡掣结构；借此阀本体、该阀腔体座及该致动器分别依序对应堆叠设置于该外筒的中空空间内，以该外筒的该多个卡掣结构相互卡扣结合定位形成。

Description

流体输送装置

【技术领域】

本案关于一种流体输送装置，尤指一种适用于微泵结构的流体输送装置。

【背景技术】

目前于各领域中无论是医药、电脑科技、打印、能源等工业，产品均朝精致化及微小化方向发展，其中微泵、喷雾器、喷墨头、工业打印装置等产品所包含的流体输送结构为其关键技术，是以，如何借创新结构突破其技术瓶颈，为发展的重要内容。

请参阅图9A，为已知微泵结构于未作动时的结构示意图，已知微泵结构7包含入口通道73、微致动器75、传动块74、隔层膜72、压缩室711、基板71以及出口通道76，其中基板71与隔层膜72间定义形成一压缩室711，主要用来储存液体，压缩室711的体积将因隔层膜72的形变影响而改变。

当一电压作用在微致动器75的上下两极时，会产生一电场，使得微致动器75在此电场的作用下产生弯曲而向隔层膜72及压缩室711方向移动，由于微致动器75设置于传动块74上，因此传动块74能将微致动器75所产生的推力传递至隔层膜72，使得隔层膜72也跟着被挤压变形，即如图9B所示，液体即可依图中箭号X的方向流动，使由入口通道73流入后储存于压缩室711内的液体受挤压，而经由出口通道76流向其他预先设定的空间，以达到供给流体的目的。

请再参阅图9C，图9C为图9A所示的微泵结构的俯视图，如图所示，当微泵结构7作动时流体的输送方向如图中标号Y的箭头方向所示，入口扩流器77为两端开口大小不同的锥状结构，开口较大的一端与入口流道731相连接，而以开口较小的一端与压缩室711连接，同时，连接压缩室711及出口流道761的出口扩流器78与入口扩流器77同向设置，其以开口较大的一端连接于压缩室711，而以开口较小的一端与出口流道761相连接，由于连接于压缩室711两端的入口扩流器77及出口扩流器78为同方向设置，故可利用扩流器两方向流阻不同的特性，及压缩室711体积的涨缩使流体产生单方向的净流率，以使流体可自入口流道731经由入口扩流器77流入压缩室711内，再由出口扩流器78经出口流道761流出。

然而，此种无实体阀门的微泵结构7容易产生流体大量回流的状况，所以为促使流率增加，压缩室711需要有较大的压缩比，以产生足够的腔压，故需要耗费较高的成本在微致动器75上。

有鉴于此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失的流体输送装置，发展一种能在长期使用下维持流体输送装置的一定工作特性及流速，实为目前迫切需要解决的问题。

【发明内容】

本案的主要目的在于提供一种流体输送装置，主要由阀本体、阀膜片、阀腔体座、致动器及外筒依序层叠于一外筒之内部，再以外筒的卡掣结构卡扣于阀本体的段差卡部相互卡扣结合定位形成输送装置，借由致动器作动时带动振动板产生形变，使介于振动板及阀腔体座间的压力腔室的体积改变产生压力差，而且由于阀膜片上的阀门片结构其开合反应迅速，使得压力腔室于涨缩的瞬间可产生较大的流体吸力与推力，故可使流体达到高效率的传输，并可有效阻挡流体的逆流，俾解决已知技术的微泵结构于流体的传送过程中易产生流体回流的现象。

本案的另一目的在于提供一种流体输送装置，主要由阀本体、阀膜片、阀腔体座、致动器及外筒依序层叠于一外筒的中空空间内，再以再以外筒的卡掣结构卡扣于阀本体的段差卡部相互卡扣结合，使层叠于外筒的中空空间内上述层叠元件可以直接受定位组装而成，无须以锁付元件(例如：螺丝、螺帽、螺栓等)去锁付定位组装，让整体结构组装无须任何额外元件固定更加方便，也透过密封环的设置提供对入口开口、出口开口入口阀门通道、出口阀门通道及压力腔室周边防止流体渗漏具备更佳防漏性。

为达上述目的，本案的较广义实施态样为提供一种流体输送装置，包含:阀本体，具有一出口通道、一入口通道、一第一表面及一第二表面，该第一表面边缘为一段差面，该入口通道及该出口通道贯穿设置于第一表面及第二表面之间，以及该入口通道于第二表面上连通一入口开口，该出口通道于第二表面上连通一出口开口，又在阀本体的第一表面周缘凹置一段差卡部；阀膜片，具有厚度相同的两阀门片，且环绕该阀门片周边各设置多个延伸支架作以弹性支撑，并使每个延伸支架相邻之间各形成一镂空孔；阀腔体座，具有一第三表面、一第四表面、一入口阀门通道及一出口阀门通道，该入口阀门通道及该出口阀门通道贯穿设置于该第三表面及该第四表面之间，而该阀膜片的两阀门片分别承载于该入口阀门通道及该出口阀门通道上形成阀门结构，且在该第四表面上凹置一压力腔室，分别与该入口阀门通道及该出口阀门通道连通；致动器，封盖该阀腔体座的该压力腔室；以及外筒，具有一内壁围绕一中空空间，外筒之内壁具有凸环结构，以及外筒之外缘具有等距间隔设置多个段卡掣结构；借此，以该阀本体、该阀腔体座及该致动器分别依序对应堆叠设置于该外筒内的中空空间内，并承载于该外筒的凸环结构上，以该外筒的该段差卡部卡扣于该阀本体的该段差卡部相互卡扣结合以定位形成流体输送装置。

【附图说明】

图1所示为本案流体输送装置的立体外观示意图。

图2A为本案较佳实施例的流体输送装置的正面分解结构示意图。

图2B为图2A所示的流体输送装置的背面分解结构示意图。

图3A所示为本案流体输送装置的阀本体正面视得示意图。

图3B所示为本案流体输送装置的阀本体底面视得示意图。

图4A所示为本案流体输送装置的阀腔体座正面视得示意图。

图4B所示为本案流体输送装置的阀腔体座底面视得示意图。

图5所示为本案流体输送装置的阀膜片正面视得示意图。

图6所示为本案流体输送装置的阀腔体座立体示意图。

图7所示为本案的流体输送装置的剖面示意图。

图8A所示为本案流体输送装置的输送流体作动状态示意图1。

图8B所示为本案流体输送装置的输送流体作动状态示意图2。

图9A所示为已知微泵结构于未作动时的结构示意图。

图9B所示为图9A于作动时的结构示意图。

图9C所示为图9A所示的微泵结构的俯视图。

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本案。

请参阅图1、图2A及图2B所示，本案的流体输送装置1可适用于医药生技、电脑科技、打印或是能源等工业，且可输送液体，但不以此为限，流体输送装置1主要包括:阀本体2、阀膜片3、阀腔体座4、致动器5及外筒6。其中阀本体2、阀膜片3、阀腔体座4依序层叠于外筒6之内部，再以外筒6与阀本体2相互扣合定位组装而成(如图1所示)。

请参阅图1、图2A、图2B、图4A及4B图所示，阀本体2及阀腔体座4为本案流体输送装置1中导引流体进出的主要结构。其中阀本体2具有入口通道21以及出口通道22分别贯穿第一表面23及第二表面24之间，而入口通道21于第二表面24上连通入口开口211，且第二表面24具有环绕入口开口211的凹槽241，以及具有环绕入口开口211突起的凸部结构243，而出口通道22于第二表面24上连通一出口开口221，且第二表面24具有环绕出口开口221的凹槽242，另外在阀本体2的第一表面23周缘凹置一段差卡部25，以及在阀本体2的第二表面24上设置多个卡榫槽2b。

阀腔体座4于第三表面45上设置多个卡榫4a，可对应套入阀本体2的卡榫槽2b中，以使阀本体2与阀腔体座4可相互结合堆叠定位。阀腔体座4上具有贯穿第三表面45至第四表面46的入口阀门通道41及出口阀门通道42，以及于第三表面45上具有环绕入口阀门通道41的凹槽43，且第三表面45上具有环绕出口阀门通道42突起的凸部结构421，以及具有环绕出口阀门通道42的凹槽44，另外，于第四表面46上凹置一压力腔室47，分别与入口阀门通道41及出口阀门通道42连通，且第四表面46于压力腔室47外部具有一段差槽48。

请参阅图3A、图3B、及图5所示，阀膜片3主要材质为聚亚酰胺(Polyimide,PI)高分子材料时，其制造方法主要利用反应离子气体干蚀刻(reactive ion etching,RIE)的方法，以感光性光阻涂布于阀门结构之上，并曝光显影出阀门结构图案后，再以进行蚀刻，由于有光阻覆盖处会保护聚亚酰胺(Polyimide,PI)片不被蚀刻，因而可蚀刻出阀膜片3上的阀门结构。阀膜片3为一平坦薄片结构。如图5所示，阀膜片3在两个贯穿区域3a、3b中各保留有厚度相同的一阀门片31a、31b，且环绕阀门片31a、31b周边各设置多个延伸支架32a、32b作以弹性支撑，并使每个延伸支架32a、32b相邻之间各形成镂空孔33a、33b，如此厚度相同的阀门片31a、31b可受作用力在阀膜片3上借由延伸支架32a、32b弹性支撑而凸伸变形一位移量形成阀门开关结构。阀门片31a、31b可为圆型、长方型、正方形或各种几何图型，但不以此为限。又，阀膜片3上设有多个定位孔3c，可套入阀腔体座4于第三表面45的卡榫4a中，以定位阀膜片3承载于阀腔体座4上，供阀门片31a、31b分别封盖阀腔体座4的入口阀门通道41及出口阀门通道42(如图7所示)，于本实施例中，卡榫4a数量为2，因此定位孔3c数量为2个，但不以此为限，可依卡榫4a数量而设置。

并请参阅图7所示，阀本体2与阀腔体座4相互结合堆叠时，阀本体2的凹槽241、242分别供一密封环8a、8b套入其上，而阀腔体座4的凹槽43、44分别供一密封环8c、8d套入，阀本体2与阀腔体座4之间相互结合堆叠，可利用密封环8a、8b、8c、8d的设置，以对周边防止流体渗漏，如此阀本体2的入口通道21对应阀腔体座4的入口阀门通道41，并以阀膜片3的阀门片31a的启闭入口通道21与入口阀门通道41之间连通，以及阀本体2的出口通道22对应阀腔体座4的出口阀门通道42，并以阀膜片3的阀门片31b的启闭出口通道22与出口阀门通道42之间连通，而当阀膜片3的阀门片31a的开启时，入口通道21导入流体即可经过入口阀门通道41而注入汇流于压力腔室47中，而当阀膜片3的阀门片31b的开启时，注入压力腔室47流体即可经过出口阀门通道42而由出口通道22排出于外。

请再参阅图2A及图2B所示，致动器5由振动板51以及压电元件52组装而成，其中压电元件52贴附固定于振动板51的表面。于本实施例中，振动板51为金属材质，压电元件52可采用高压电数的锆钛酸铅(PZT)系列的压电粉末制造而成，以贴附固定于振动板51上，以供施加电压驱动压电元件52产生形变，致使振动板51亦随的产生做垂直向往复振动形变，用以驱动流体输送装置1的作动。而致动器5的振动板51为组设于阀腔体座4的第四表面46上以封盖压力腔室47，且第四表面46于压力腔室47外部的段差槽48，供一密封环8e套置其中，以对压力腔室47周边防止流体渗漏。

由上述说明可知，阀本体2、阀膜片3、阀腔体座4、致动器5可构成流体输送装置1的输送流体导引进出的主要结构。但如此堆叠结合的结构要如何定位，而且无须以锁付元件(例如：螺丝、螺帽、螺栓等)去锁付定位组装，是本发明所要实施的主要课题。因此以下就采用阀本体2及外筒6的可相互卡掣的结构设计，将阀本体2、阀膜片3、阀腔体座4、致动器5依序层叠于外筒6之内部，再以阀本体2与外筒6可相互扣合定位组装而成的说明。

请参阅图2A、图2B及图6所示，外筒6为金属材质，具有一内壁61围绕一中空空间，内壁61底部具有凸环结构62，以及外筒6之外缘为等距间隔设置多个段卡掣结构63，其中每段卡掣结构63之间设有一分隔槽64，供卡掣结构63设置于外筒6之外缘具有弹性压合的作用。

因此参阅图7所示，使阀本体2、阀膜片3、阀腔体座4、致动器5依序层叠后置入于外筒6之内壁61中，同时外筒6的卡掣结构63受挤压可向外撑开，此时让整个致动器5承载于外筒6的凸环结构62上时，而令阀本体2的段差卡部25对应到外筒6的卡掣结构63位置处，让卡掣结构63回弹至初使位置并稳固抵靠承置于阀本体2的段差卡部25上，而相互卡扣结合定位阀本体2、阀膜片3、阀腔体座4、致动器5依序层叠组装形成流体输送装置1，而致动器5也可设置于外筒6之内壁61的中空空间中，压电元件52受施加电压而驱动振动板51做垂直往复运动而形变共振，达成无须以锁付元件(例如：螺丝、螺帽、螺栓等)去锁付定位组装的流体输送装置1。

如图7所示，本案所构成流体输送装置1，阀腔体座4的入口阀门通道41与阀本体2的入口开口211相对应设置，其间并以阀膜片3的阀门片31a来封闭做阀门结构的作用，且阀门片31a封盖阀本体2的入口开口211，同时贴合阀本体2的凸部结构243而产生一预力(Preforce)作用，有助于产生更大的预盖紧效果，以防止逆流，而出口阀门通道42与阀本体2的出口开口221相对应设置，其间并以阀膜片3的阀门片31b来封闭做阀门结构的作用，且阀膜片3的阀门片31b封盖阀腔体座4的出口阀门通道42，同时贴合阀腔体座4的凸部结构421而产生一预力(Preforce)作用，有助于产生更大的预盖紧效果，以防止逆流压力腔室47，故本案所构成流体输送装置1在不作动的情况下，阀本体3的入口通道31以及出口通道32之间不会产逆流作用。

由上述说明可知，本案流体输送装置1在具体实施流体传输的操作，如图8A所示，当致动器5的压电元件52受施加电压而致动使振动板51下凹变形，此时压力腔室47的体积会增加，因而产生一吸力，使阀膜片3的阀门片31a承受一吸力迅速开启，使流体可大量地自阀本体2上的入口通道21被吸取进来，并流经阀本体2的入口开口211、阀膜片3的镂空孔33a、阀腔体座4的入口阀门通道41流至压力腔室47内暂存，同时出口阀门通道42内也受到吸力，阀膜片3的阀门片31b受此吸力作用，借由延伸支架32b的支撑而产生整个向下平贴紧靠于凸部结构421呈现关闭状态。

其后，图8B所示，当施加于压电元件52的电场方向改变后，压电元件52将使振动板51上凸变形，此时压力腔室47收缩而体积减小，使压力腔室47内流体受挤压，而同时入口阀门通道41内受到推力，阀膜片3的阀门片31a受此推力作用，借由延伸支架32a的支撑而产生整个向上平贴紧靠于凸部结构243呈现关闭状态，流体无法由入口阀门通道41逆流，而此时出口阀门通道42内也受到推力，阀膜片3的阀门片31b受此推力作用，借由延伸支架32b的支撑而产生整个向上脱离平贴紧靠于凸部结构421的状态，呈现开启状态，流体即可由出口阀门通道42流出压力腔室47之外，经由阀腔体座4的出口阀门通道42、阀膜片3上的镂空孔33b、阀本体2上的出口开口221及出口通道22而流出流体输送装置1之外，故完成流体传输的过程，重复图8A及图8B所的操作，即可持续进行流体的输送，如此采用本案流体输送装置1可使流体于传送过程中不会产生回流的情形，达到高效率的传输。

综上所述，本案流体输送装置主要由阀本体、阀膜片、阀腔体座、致动器依序层叠于一外筒之内部，再以外筒的卡掣结构卡扣于阀本体的段差卡部上相互卡扣结合于组装形成，使层叠于外筒的中空空间内上述层叠元件可以直接受定位组装，无须以锁付元件(例如：螺丝、螺帽、螺栓等)去锁付定位组装，让整体结构组装无须任何额外元件固定更加方便，也透过密封环的设置提供对入口开口、出口开口入口阀门通道、出口阀门通道及压力腔室周边防止流体渗漏而具备更佳防漏性，同时借由致动器的压电致动，使得压力腔室的体积改变，进而开启或关闭同一阀膜片上的阀门片结构进行流体具逆流的输送作业，以达到高效率的传输。是以，本案的流体输送装置极具产业的价值，爰依法提出申请。

本案得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

1：流体输送装置

2：阀本体

21：入口通道

211：入口开口

22：出口通道

231：出口开口

23：第一表面

24：第二表面

25：段差卡部

241、242：凹槽

243：凸部结构

2b：卡榫槽

3：阀膜片

3a、3b：贯穿区域

31a、31b：阀门片

32a、32b：延伸支架

33a、33b：镂空孔

3c：定位孔

4：阀腔体座

41：入口阀门通道

42：出口阀门通道

421：凸部结构

43、44：凹槽

45：第三表面

46：第四表面

47：压力腔室

48：段差槽

4a：卡榫

5：致动器

51：振动板

52：压电元件

6：外筒

61：内壁

62：凸环结构

63：卡掣结构

64：分隔槽

7：微泵结构

71：基板

711：压缩室

72：隔层膜

73：入口通道

731：入口流道

74：传动块

75：微致动器

76：出口通道

761：出口流道

77：入口扩流器

78：出口扩流器

8a、8b、8c、8d、8e：密封环

X、Y：流动方向

Claims (7)

1.一种流体输送装置，其特征在于包含：

一阀本体，具有一出口通道、一入口通道、一第一表面及一第二表面，该第一表面边缘为一段差面，该入口通道及该出口通道贯穿设置于该第一表面及该第二表面之间，以及该入口通道于该第二表面上连通一入口开口，该出口通道于该第二表面上连通一出口开口，又在该阀本体的该第一表面周缘凹置一段差卡部；

一阀膜片，具有厚度相同的两阀门片，且环绕该两阀门片周边各设置多个延伸支架作以弹性支撑，并使每一该延伸支架相邻之间各形成一镂空孔；

一阀腔体座，具有一第三表面、一第四表面、一入口阀门通道及一出口阀门通道，该入口阀门通道及该出口阀门通道贯穿设置于该第三表面及该第四表面之间，而该阀膜片的该两阀门片分别承载于该入口阀门通道及该出口阀门通道上形成阀门结构，且在该第四表面上凹置一压力腔室，分别与该入口阀门通道及该出口阀门通道连通；

一致动器，封盖该阀腔体座的该压力腔室；以及

一外筒，具有一内壁围绕一中空空间，该外筒的该内壁具有一凸环结构，以及该外筒之外缘具有等距间隔设置多个段卡掣结构，该外筒的每段该卡掣结构之间设有一分隔槽，供该卡掣结构设置于该外筒之外缘具有弹性压合的作用；

借此，以该阀本体、该阀腔体座及该致动器分别依序对应堆叠设置于该外筒内的该中空空间内，并承载于该外筒的该凸环结构上，以该外筒的该多个段卡掣结构卡扣于该阀本体的该段差卡部相互卡扣结合以定位形成该流体输送装置。

2.如权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，该阀本体的该第二表面上设置多个卡榫槽，而该阀腔体座的该第三表面上设置多个卡榫，供以对应套置于该卡榫槽中，以定位该阀腔体座组装定位于该阀本体上。

3.如权利要求2所述的流体输送装置，其特征在于，该阀膜片设置于该阀本体与该阀腔体座之间，并分别对应该阀腔体座的该多个卡榫位置设置多个定位孔，供穿入该多个卡榫中定位该阀膜片。

4.如权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，该阀本体的该第二表面具有分别环绕该入口开口、该出口开口的多个凹槽，且阀腔体座于该第三表面上具有分别环绕该入口阀门通道、该出口阀门通道的多个凹槽，该多个凹槽分别供一密封环套入，以对周边防止流体渗漏。

5.如权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，该阀本体于该第二表面上具有环绕该入口开口突起的一凸部结构，且该阀腔体座于该第三表面上具有环绕该出口阀门通道突起的一凸部结构，两该凸部结构分别促使该阀膜片的该两阀门片贴合而有助于预盖紧防止逆流所产生一预力(Preforce)作用。

6.如权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，该致动器由一振动板及一压电元件组装而成，其中该压电元件贴附固定于该振动板的表面，以供施加电压驱动该压电元件产生形变，且该致动器的该振动板组设于该阀腔体座的该第四表面上以封盖该压力腔室。

7.如权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，该阀腔体座的该第四表面于该压力腔室外部的设有一段差槽，供一密封环套置其中，以对该压力腔室周边防止流体渗漏。

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