气体输送装置的制作方法

本案是关于一种气体输送装置，尤指一种透过微型、薄型且静音的气体输送装置。

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，其中微帮浦所包含的气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。

随着科技的日新月异，气体输送装置的应用上亦愈来愈多元化，举凡工业应用、生医应用、医疗保健、电子散热等等，甚至近来热门的穿戴式装置皆可见它的踨影，可见传统的气体输送装置已渐渐有朝向装置微小化、流量极大化的趋势。

于现有技术中，气体输送装置主要以传统的机构部件堆叠而构成，并以每一个机构部件极小化或厚度薄化的方式，来达到整体装置微型化、薄型化的目的。然而，传统机构件在微小化后，其尺寸精度控制不易，且组装精度同样难以掌控，进而造成产品良率不一，甚至有气体传送的流量不稳定等问题。

再者，已知的气体传输装置亦具有输送流量不足的问题，透过单一气体传输装置难以因应大量气体传输的需求，且已知的气体传输装置通常有外凸的导接脚以供通电连接之用，故若欲将多个已知的气体传输装置并排设置以提高传输量，其组装精度同样不易控制，导接脚容易造成设置的障碍，且亦导致其外接的供电线设置复杂，因此仍难以透过此方式提高流量，排列方式亦较无法灵活运用。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失，可使传统采用气体传输装置的仪器或设备达到体积小、微型化且静音，且克服微型尺寸精度不易掌控、流量不足的问题，且可灵活运用于各式装置的微型气体传输装置，实为目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本案的主要目的在于提供一种气体输送装置，借由微机电制程制出一体成型的微型化气体输送装置，以克服传统输送装置无法同时兼具体积小、微型化、尺寸精度掌控以及流量不足的问题。

为达上述目的，本案的一较广义实施样态为提供一种气体输送装置，其由至少一导流单元所构成，该至少一导流单元包含：一入口板，具有至少一入口孔；一基材；一共振板，为面型微加工技术制成的悬浮结构，具有一中空孔洞及多个可动部；一致动膜，为面型微加工技术制成的中空悬浮结构，具有多个悬浮部、一外框部及至少一空隙；一压电元件，贴附于该致动膜的该悬浮部的一表面；一出口板，具有一出口孔；其中，该入口板、该基材、该共振板、该致动膜及该出口板是依序对应堆叠设置，该导流单元的该共振板及该致动膜之间具有一间隙形成一第一腔室，该致动膜及该出口板之间形成一第二腔室，当该导流单元的该压电元件驱动该致动膜时，气体由该入口板的该入口孔进入该汇流腔室，并流经该共振板的该中空孔洞，以进入该第一腔室内，并由该至少一空隙导入该第二腔室内，最后由该出口板的该出口孔导出，借此以控制气体的流通。

【附图说明】

图1为本案为第一较佳实施例的气体输送装置之外观结构示意图。

图2为图1所示的气体输送装置的剖面结构示意图。

图3A为图2所示的气体输送装置的剖面的单一导流单元局部放大结构示意图。

图3B至图3D为图3A所示的气体输送装置的单一导流单元作动流程局部示意图。

图4为本案为第二较佳实施例的气体输送装置之外观结构示意图。

图5为本案为第三较佳实施例的气体输送装置之外观结构示意图。

图6为本案为第四较佳实施例的气体输送装置之外观结构示意图。

图7A及图7B为本案的阀的第一、第二及第三实施态样的作动示意图。

图8A及图8B为本案的阀的第四、第五实施态样的作动示意图。

【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是当作说明之用，而非架构于限制本案。

本案的气体输送装置是气体输送装置，请参阅图1、图2及图3A，于第一实施例中，气体输送装置1包含一第一导流单元组10a、一第二导流单元组10b及一集气腔室10c，第一导流单元组10a及第二导流单元组10b分别由多个导流单元10所构成，而集气腔室1c设置于第一导流单元组10a及第二导流单元组10b之间；每一导流单元10包含有入口板17、基材11、共振板13、致动板14、压电元件15以及出口板16等元件依序堆叠所构成，其中入口板17具有入口孔170，共振板13具有中空孔洞130及可动部131，且共振板13与该入口板17之间形成汇流腔室12，致动板14具有悬浮部141、外框部142及多个空隙143，出口板16具有出口孔160，其结构、特征及设置方式将于说明后段进一步详述。

本实施例的第一导流单元组10a及一第二导流单元组10b的多个导流单元10是透过入口板17的多个入口孔170、基材11的多个汇流腔室 12、共振板13的多个中空孔洞130及多个可动部131、致动板14的多个悬浮部141及多个空隙143、多个压电元件15及多个出口孔160 以构成多个导流单元10，换言之，每一个导流单元10均包含一个汇流腔室12、一个中空孔洞130、一个可动部131、一个悬浮部141、一空隙143、一个压电元件15及一个出口孔160，且多个导流单元10 是共用一个入口孔170，但不以此为限，每一个导流单元10的共振板 13与致动板14之间具有一间隙g0形成第一腔室18(如图3A所示)，以及致动板14与出口板16之间形成第二腔室19(如图3A所示)。为方便说明气体输送装置1的结构及气体控制方式，下述内容将以单一导流单元10进行说明，然此非用以限制本案仅有单一导流单元10，第一导流单元组10a及一第二导流单元组10b可包含多个相同结构的单一导流单元10，其数量可依据实际情形任施变化。于本案的另一些实施例中，每一个导流单元10亦可包含一个入口孔170，但不以此为限。

如图1所示，于第一较佳实施例中，第一导流单元组10a(未图式)及一第二导流单元组10b的多个导流单元10的数量均为40个，意即第一导流单元组10a及一第二导流单元组10b皆具有40个可单独传输气体的单元，即如图1所示，第二导流单元组10b的每一出口孔160是对应于每一个导流单元10，且40个导流单元10更以20个为一行，以两两对应并排设置，但均不以此为限，其数量、排列方式皆可依据实际情形任施变化。

请参阅图2，于本实施例中，入口板17具有入口孔170，是为一贯穿入口板17的孔洞，以供气体流通，本实施例的入口孔170数量是为1 个。于一些实施例中，入口孔170数量亦可为1个以上，但均不以此为限，其数量及设置方式可依据实际情形任施变化。于一些实施例中，入口板17更可包含过滤装置(未图式)，但不以此为限，该过滤装置是封闭设置于入口孔170，用以过滤气体中的粉尘，或是用以过滤气体中的杂质，以避免杂质、粉尘流至气体输送装置1之内部使元件受损。

本实施例的气体输送装置1的基材11更包含一驱动电路(未图示)，用以与压电元件15的正极及负极电性连接，用以提供驱动电源，但不以此为限。于一些实施例中，驱动电路亦可设置于气体输送装置1内部的任一位置，但不以此为限，可依实际情形任施变化。

请继续参阅图2及图3A，于本实施例的气体输送装置1中，共振板 13是为悬浮结构，共振板13更具有中空孔洞130及多个可动部131，且每一导流单元10均具有一个中空孔洞130及其所对应的可动部 131。于本实施例的导流单元10中，中空孔洞130是设置于可动部131 的中心处，且中空孔洞130为一贯穿共振板13的孔洞，并连通于汇流腔室12与第一腔室18之间，以供气体流通及传输。本实施例的可动部131是为共振板13的部分，其为一可挠的结构，并可随致动模14 的驱动而上下弯曲振动，借此以传输气体，其作动方式将于说明书后段进一步详述。

请继续参阅图2及图3A，于本实施例的气体输送装置1中，致动板 14是为一金属材料薄膜或多晶硅薄膜所构成，但不以此为限，该致动板14为中空悬浮结构，致动板14更具有悬浮部141及外框部142，且每一导流单元10均具有一个悬浮部141。于本实施例的导流单元10 中，悬浮部141是以多个连接部(未图示)连接至外框部142，以使悬浮部141悬浮于外框部142中，并于悬浮部141及外框部142之间定义出多个空隙143，用以供气体流通，且悬浮部141及外框部142及空隙143的设置方式、实施态样及数量均不以此为限，可依据实际情形变化。于一些实施例中，悬浮部141是为一阶梯面的结构，意即悬浮部141更包含一凸部(未图示)，该凸部可为但不限为一圆形凸起结构，设置于悬浮部141的下表面，并透过凸部的设置以使第一腔室18的深度维持于一特定区间值，借此可避免因第一腔室18的深度过小导致共振板13的可动部131于进行共振时与致动板14产生碰撞、产生噪音的问题，亦可避免因第一腔室18的深度过大导致气体传输压力不足的问题，但不以此为限。

请继续参阅图2及图3A，于本实施例的气体输送装置1中，每一导流单元10均具有一个压电元件15，压电元件15是贴附于致动板14的悬浮部141的上表面，且压电元件15更具有一正极及一负极(未图示)，用以电性连接，令该压电源间15收到电压后产生型变，用以驱动致动板14往复式地垂直方向的往复式振动，并带动共振板13产生共振，借此使共振板13与致动板14之间的第一腔室18产生压力变化，以供气体的传输，其作动方式将于说明书后段进一步详述。

请继续参阅图1至图3A，于本实施例的气体输送装置1中，出口板 16更包含多个出口孔160，且每一导流单元10均具有一个出口孔160。于本实施例的导流单元10中，出口孔160是连通于该第二腔室19与出口板16外部之间，以供气体由第二腔室19经出口孔160流至出口板16外部，俾实现气体的传输。

请同时参阅图3A至图3D，图3B至图3D为图3A所示的气体输送装置的单一导流单元10作动流程局部示意图。首先，图3A所示的气体输送装置1的导流单元10为未致能的状态(即初始状态)，其中共振板 13与致动板14之间具有间隙g0，以使共振板13与致动板14的悬浮部141之间可维持该间隙g0的深度，进而可导引气体更迅速地流动，且因悬浮部141与共振板13保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音产生可被降低，但不以此为限。

如图2及图3B所示，于导流单元10中，当压电元件15施加电压，使致动板14受压电元件15驱动致动时，致动板14的悬浮部141向上振动，使第一腔室18体积增大、压力减小，则气体由入口板17上的入口孔170顺应外部压力进入，并汇集到基材11的汇流腔室12处，再经由共振板13上与汇流腔室12对应设置的中央孔洞130向上流入至第一腔室18中。接着，如图2及图3C所示，且由于受致动板14 的悬浮部141振动的带动，使共振板13的可动部131亦随的共振而向上振动，且致动板14的悬浮部141亦同时向下振动，使共振板13的可动部131贴附抵触于致动板14的悬浮部141上，同时关闭第一腔室 18中间流通的空间，借此使第一腔室18压缩而使体积变小、压力增大，使第二腔室19体积增大、压力变小，进而形成压力梯度，使第一腔室18内部的气体推挤向两侧流动，并经由致动板14的多个空隙140 流入第二腔室19中。

再如图2及图3D所示，致动板14的悬浮部141继续向下振动，并带动共振板13的可动部131随的向下振动，使第一腔室18进一步压缩，并使大部分的气体流至第二腔室19中暂存，

最后，致动板14的悬浮部141向上振动，使第二腔室19压缩而体积变小、压力变大，进而使第二腔室19内的气体自出口板16的出口孔 160导出至出口板16之外部，以完成气体的传输，如此再重复图3B 所示的作动，使第一腔室18的体积增大、压力减小，进而使气体再次由入口板17上的入口孔170顺应外部压力进入，并汇集到基材11的汇流腔室12处，再经由共振板13上与汇流腔室12对应设置的中央孔洞130向上流入至第一腔室18。借由，重复上述图3B至图3D的导流单元10的气体传输作流，使致动板14的悬浮部141及共振板13 的可动部131持续进行往复式地上下振动，可持续将气体由进入口170 持续导向出口孔160，俾实现气体的传输。

如此一来，经由本实施例的气体输送装置1于每一导流单元10的流道设计中产生压力梯度，使气体高速流动，并透过流道进出方向的阻抗差异，将气体由吸入端传输至排出端，且在排出端有压力的状态下，仍有能力持续推出气体，并可达到静音的效果。于一些实施例中，共振板13的垂直往复式振动频率是可与致动板14的振动频率相同，即两者可同时向上或同时向下，其是可依照实际施作情形而任施变化，并不以本实施例所示的作动方式为限。

请继续参阅图2所示，于本实施例中，将多个导流单元10串接设置分别形成第一导流单元组10a及第二导流单元组10b，并将第一导流单元组10a纵向向上堆叠第二导流单元组10b，且第一导流单元组10a 及第二导流单元组10b之间设置集气腔室1c连通。当第一导流单元组 10a内的导流单元10致动时，即可将气体由多个入口孔170吸入，再由多个出口孔160输送至该集气腔室10c累积气体，而该第二导流单元组10b的导流单元10致动时，即可将集气腔室10c所累积气体由多个入口孔170吸入，再由多个出口孔160排出气体，如此设置的气体输送装置1得以利用第一导流单元组10a及第二导流单元组10b的致动来调整适当气体传输量。此外，第一导流单元组10a与第二导流单元组10b之间的数量、排列方式为相同，但不此以为限，于另一实施方式中，第一导流单元组10a与第二导流单元组10b的数量与排列方式亦可为不同。

于本实施例中，气体输送装置1的第一导流单元组10a及第二导流单元组10b可配合多种排列方式的设计以及驱动电路的连接，其灵活度极高，更应用于各式电子元件之中，且可同时致能传输气体，可因应大流量的气体传输需求；此外，每一导流单元10亦可单独控制作动或停止，例如：部分导流单元10作动、另一部分导流单元10停止，亦可以是部分导流单元10与另一部分的导流单元10交替运作，但均不以此为限，借此可轻易达成各种气体传输流量的需求，并可达到大幅降低功耗的功效。

请参阅图4，图4为本案为第二较佳实施例的气体输送装置之外观结构示意图。于本案第二较佳实施例中，气体输送装置2的第一导流单元组20a(未图示)及第二导流单元组20b相互纵向堆叠设置，一集气腔室(未图示)设置于该第一导流单元组20a及该第二导流单元组20b之间，其设置方式与前述实施例相仿，故于此不再赘述，本实施例的第一导流单元组20a(未图示)及第二导流单元组20b的多个导流单元20 的数量均为80个，其排列方式为即出口板26的每一个出口孔260对应于每一导流单元20，换言之，气体输送装置2共具有160个可单独传输气体的单元，每一导流单元20的结构是于前述第一实施例相仿，差异仅在于其数量、排列设置方式，故其结构于此不再进一步赘述。本实施例的第一导流单元组20a(未图示)及第二导流单元组20b的80 个导流单元20亦以20个为一行，以四行对应并排设置，但均不以此为限，其数量、排列方式皆可依据实际情形任施变化。透过80个导流单元20同时致能传输气体，可达到相较于前述实施例更大的气体传输量，且每一导流单元20亦可单独致能导流，其可控制气体传输流量的范围更大，使其更灵活应用于各式需大流量气体传输的装置中，但均不以此为限。请参阅图1所示，气体输送装置2的第一导流单元组20a 及第二导流单元组20b的多个导流单元20的数量是为20，其排列方式可分别为一行串接排列设置或是一列串接排列设置。

请参阅图5，图5为本案为第三较佳实施例的气体输送装置之外观结构示意图。于本案第三较佳实施例中，气体输送装置3是为一圆形结构，气体输送装置3亦为第一导流单元组30a(未图示)及第二导流单元组30b相互纵向堆叠设置所构成，一集气腔室(未图示)设置于该第一导流单元组30a及该第二导流单元组30b之间，其设置方式与前述实施例相仿，故于此不再赘述，且第一导流单元组30a(未图示)及第二导流单元组30b的导流单元30的数量均为40个，即出口板36的每一个出口孔360对应于每一导流单元30，换言之，气体输送装置3的第一导流单元组30a及第二导流单元组30b分别具有40个可单独传输气体的单元，每一导流单元30的结构是于前述第一实施例相仿，差异仅在于其数量、排列设置方式，故其结构于此不再进一步赘述。本实施例的第一导流单元组30a(未图示)及第二导流单元组30b的40个导流单元30是以环型排列的方式设置，但不以此为限，其数量、排列方式皆可依据实际情形任施变化。透过40个导流单元30环形阵列，使其可应用于各式圆形或环状气体传输通道。透过每一导流单元30的阵列方式变化，可因应需求装置中所需求的各种形状，使其更灵活应用于各式气体传输的装置中。

请参阅图6，图6为本案为第四较佳实施例的气体输送装置之外观结构示意图。于本案第四较佳实施例中，气体输送装置4亦由第一导流单元组40a及第二导流单元组40b相互纵向堆叠设置所构成，一集气腔室(未图示)设置于该第一导流单元组30a及该第二导流单元组30b 之间，其设置方式与前述实施例相仿，故于此不再赘述，于本实施例中，第一导流单元组40a及第二导流单元组40b的导流单元40为蜂巢状方式排列，但不以此为限。

请继续参阅图1，本案的气体输送装置1更包含有至少一阀5，阀5 可设置于气体输送装置1的入口孔170或出口孔160，或同时设置于入口孔170及出口孔160。

请参阅图7A及图7B，阀5的第一实施态样为包含一保持件51、一密封件52以及一阀片53。阀片53设置于保持件51及密封件52之间所形成的容置空间55中，保持件51上具有至少两个通气孔511，而阀片53对应保持件51上通气孔511位置也设通气孔531，保持件51的通气孔511及阀片53的通气孔531，其位置为大致相互对准以及密封件52上设有至少一个通气孔521，且密封件52的通气孔521与保持件51的通气孔511的位置形成错位而不对准。

请继续参阅图7A及图7B，于本第一实施例样态中，阀5可设置于入口板17的入口孔170；当气体输送装置1致能，将气体由入口板17 的入口孔170导入气体输送装置1内部，此时，气体输送装置1内部形成吸力，阀片53会如图7B所示，沿箭头方向的气流而将阀片53 上推，致使阀53顶抵于保持件51，同时开启密封件52的通气孔521，气体可由密封件102的通气孔102a导入，由于阀片53的通气孔531 的位置大致对准保持件51的通气孔511，故通气孔531与511可相互接通，使气流向上流动，进入气体输送装置1内。而气体输送装置1 的致动板14向下振动时，进一步压缩第一腔室18的体积，使气体透过空隙143向上流入第二腔室19，同时阀5的阀片53受到气体推压，进而恢复如图7A所示封闭密封件52的通气孔521的作动，形成气体一单向的流动进入汇流腔室12，并在汇流腔室12内累积气体，如此气体输送装置1的致动板14向上振动时，即可获得较多的气体由出口孔160排出，以提升气体量的输出。

本案阀5的保持件51、密封件52以及阀片53可用石墨烯材料所制成，以形成微型化的阀件。而在本案阀5的第二实施例态样，在阀片53 为一带电荷的材料，保持件51为一两极性的导电材料。保持件51电性连接一控制电路(未图示)，该控制电路用以控制保持件51的极性(正电极性或负电极性)。若阀片53为一带负电荷的材料，当阀5须受控开启时，控制电路控制保持件51形成一正电极，此时阀片53与保持件51维持不同极性，如此会使阀片53朝保持件51靠近，构成阀5 的开启(如图7B所示)。反之，若阀片53为一带负电荷的材料，当阀 5须受控关闭时，控制电路控制保持件51形成一负电极，此时阀片53 与保持件51维持相同极性，使阀片53朝密封件52靠近，构成阀5 的关闭(如图7A所示)。

在在本案阀10的第三实施例态样，阀片5为一带磁性的材料，而保持件51为一可受控变换极性的磁性材料。保持件51电性连接一控制电路(未图示)，该控制电路用以控制保持件51的极性(正极或负极)。若阀片53为一带负极的磁性材料，当阀5须受控开启时，保持件51形成一正极的磁性，此时控制电路控制阀片53与保持件51维持不同极性，使阀片53朝保持件51靠近，构成阀5的开启(如图7B所示)。反之，若阀片53为一带负极的磁性材料，当阀5须受控关闭时，保持件 51形成一负极的磁性，此时控制电路控制阀片53与保持件51维持相同极性，使阀片53朝密封件52靠近，构成阀5的关闭(如图7A所示)。

请参阅图8A及图8B，其为本案的阀的第四实施态样的作动示意图。如图8A所示，阀5包含一保持件51、一密封件52及一柔性膜54。保持件51上具有至少两个通气孔511，保持件51与密封件52之间保持一容置空间55。柔性膜54以一可挠性材料所制成，贴附于保持件 51的一侧面而置于容置空间55内，且对应保持件51上通气孔511位置也设通气孔541，保持件51的通气孔511及柔性膜54的通气孔541，其位置为大致相互对准。以及密封件52上设有至少一个通气孔521 且密封件52的通气孔521与保持件51的通气孔511的位置形成错位而不对准。

请继续参阅图8A及图8B。在本案阀5以的第四佳实施例实施，保持件51为一受热膨胀的材料，且电性连接一控制电路(未图示)，该控制电路用以控制保持件51受热。当阀5须受控开启时，控制电路控制保持件51不受热膨胀而保持在容置空间55内，与密封件52形成间距，构成阀5的开启(如图7A所示)。反之，当阀5须受控关闭，控制电路控制保持件51受热膨胀，而驱使保持件51朝密封件52抵触，此时柔性膜54可以密贴封闭密封件52的通气孔521，构成阀5的关闭(如图 8B所示)。

请继续参阅图8A及图8B，本案阀5以第五实施例实施，其中该保持件51为一压电材料，由一控制电路(未图示)控制其形变。当阀5须受控开启时，以令该保持件51不受形变而保持在容置空间55内与该密封件52形成间距，构成该阀的开启(如图7A所示)。反之，当阀5须受控关闭时，控制电路控制保持件51，以令该保持件51受形变而驱使保持件51朝该密封件52抵触，此时柔性膜54以密贴封闭该密封件 52的通气孔521，构成该阀5的关闭(如图8B所示)。当然，密封件 52的多个通气孔521所对应的每个间隔区块的保持件51，也可独立受控制电路控制，形成可调变阀5的流通作动，达成适当气体流量的调节作用。

综上所述，本案所提供的气体输送装置包含有多个导流单元，透过导流单元进行作动，产生压力梯度，使气体快速的流动，并将这些导流单元构成第一导流单元组及第二导流单元组，利用特定的排列方式来设置第一导流单元组及第二导流单元组内的这些导流单元，用以控制及调整气体传输量气体输送。此外，透过压电元件致能致动板的进行作动，使气体于设计后的流道及压力腔室中产生压力梯度，进而使气体高速流动，由进入端快速传递至出口端，俾实现气体的传输。再者，本案亦透过导流单元的数量、设置方式及驱动方式的灵活变化，可因应各种不同装置及气体传输流量的需求，可达到高传输量、高效能、高灵活性等功效。

本案得由熟知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、2、3、4：气体气体输送装置

10a、20a、30a、40a：第一导流单元组

10b、20b、30b、40b：第二导流单元组

1c：集气腔室

10、20、30、40：导流单元

11：基材

12：汇流腔室

13：共振板

130：中空孔洞

131：可动部

14：致动板

141：悬浮部

142：外框部

143：空隙

15：压电元件

16、26、36：出口板

160、260、360：出口孔

17：入口板

170：入口孔

18：第一腔室

19：第二腔室

g0：间隙

5：阀

51：保持件

52：密封件

53：阀片

54：柔性膜

511、521、531、541：通气孔

55：容置空间