大流量流体输送装置的制作方法

专利名称：大流量流体输送装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种大流量流体输送装置，尤指一种适用于微泵结构的大流量流 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，如何借助创新结构突破其技术瓶颈，为发展的重 要内容。
请参阅图1A，其是已知微泵结构于未作动时的结构示意图，己知微泵结构IO 包含入口通道13、微致动器15、传动块14、隔层膜12、压縮室111、基板11以 及出口通道16，其中基板11与隔层膜12间形成一压縮室lll，主要用来储存液体， 将因隔层膜12的形变影响而使得压縮室111的体积受到改变。
当一电压作用在微致动器15的上下两极时，会产生一电场，使得微致动器15 在此电场的作用下产生弯曲而向隔层膜12及压縮室111方向移动，由于微致动器 15设置于传动块14上，因此传动块14能将微致动器15所产生的推力传递至隔层 膜12，使得隔层膜12也跟着被挤压变形，即如图1B所示，液体即可依图中箭号X 的方向流动，使由入口通道13流入后储存于压縮室111内的液体受挤压，而经由 出口通道16流向其它预先设定的空间，以达到供给流体的目的。
请再参阅图2，其是图1A所示的微泵结构的俯视图，如图所示，当微泵结构 10作动时流体的输送方向是如图中标号Y的箭头方向所示，入口扩流器17是两端 开口大小不同的锥状结构，开口较大的一端是与入口流道191相连接，而以开口较 小的一端与微压縮室111连接，同时，连接压縮室111及出口流道192的扩流器 18是与入口扩流器17同向设置，其是以开口较大的一端连接于压縮室111，而以 开口较小的一端与出口流道192相连接，由于连接于压縮室lll两端的入口扩流器 17及出口扩流器18是同方向设置，故可利用扩流器两方向流阻不同的特性，及压 縮室111体积的涨縮使流体产生单方向的净流率，以使流体可自入口流道191通过 入口扩流器17流入压縮室111内，再由出口扩流器18经出口流道192流出。
此种无实体阀门的微泵结构IO容易产生流体大量回流的状况，所以为促使流 率增加，压縮室lll需要有较大的压縮比，以产生足够的腔压，故需要耗费较高的成本在致动器15上。
因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺失的大流量流体输送装置，实为 目前迫切需要解决的问题。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种大流量流体输送装置，以解决现有技术的微 泵结构于流体的传送过程中易产生流体回流的现象。
为达上述目的，本发明的较广义实施态样为提供一种大流量流体输送装置， 用以传送流体，其包含阀体座，其具有至少一密封环；阀体盖体，其设置于阀体 座上，且具有至少一密封环；阀体薄膜，其设置于阀体座及阀体盖体之间，并具有 至少一个阀开关结构，阀开关结构分别具有阀片、多个孔以及多个延伸部；以及致 动装置，其包含致动器以及振动薄膜，振动薄膜于未作动状态时，是与阀体盖体分 离，以形成压力腔室；其中，当施以操作频率大于30Hz于该致动装置的该致动器 上，致动装置将致使压力腔室体积改变，进而驱动阀开关结构的启闭作用，以使流 经压力腔室的流体达到60ml/min以上的大流量传输。


图1A是己知微泵结构于未作动时的结构示意图。 图1B是图1A于作动时的结构示意图。 图2是图1A所示的微泵结构的俯视图。
图3是本发明第一较佳实施例的流体输送装置的结构示意图。
图4是图3所示的阀体座侧面结构示意图。
图5A是图3所示的阀体盖体的背面结构示意图。
图5B是图5A的剖面结构示意图。
图6A、图6B和图6C是图3所示的阀体薄膜结构示意图。
图7A是本发明较佳实施例的流体输送装置的未作动状态示意图。
图7B是图7A的压力腔室膨胀状态示意图。
图7C是图7B的压力腔室压縮状态示意图。
图8A 图8E是本发明较佳实施例的阀门结构的结构示意图。
具体实施例方式
体现本发明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 解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且 其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
请参阅图3，其是本发明第一较佳实施例的流体输送装置的结构示意图，如图 所示，本发明的流体输送装置20可适用于医药生技、电脑科技、打印或是能源等 工业，且可输送气体或是液体，但不以此为限，流体输送装置20主要是由阔体座 21、阀体盖体22、阀体薄膜23、多个暂存室、致动装置24及盖体25所组成，其 中阀体座21、阀体盖体22、阀体薄膜23是形成一流体阀座201，且在阀体盖体22 及致动装置24之间形成一压力腔室226,主要用来储存流体。
该流体输送装置20的组装方式是将阀体薄膜23设置于阀体座21及阀体盖体 22之间，并使阀体薄膜23与阀体座21及阀体盖体22相对应设置，且在阀体薄膜 23与阀体盖体22之间形成一第一暂存室，而在阀体薄膜23与阀体座21之间形成 一第二暂存室，并且于阀体盖体22上的相对应位置还设置有致动装置24，致动装 置24是由一振动薄膜241以及一致动器242组装而成，用以驱动流体输送装置20 的作动，最后，再将盖体25设置于致动装置24的上方，故其是依序将阀体座21、 阀体薄膜23、阀体盖体22、致动装置24及盖体25相对应堆迭设置，以完成流体 输送装置20的组装。
其中，阀体座21及阀体盖体22是本发明流体输送装置20中导引流体进出的 主要结构，请参阅图4并配合图3，其中图4是图3所示的阀体座的侧面结构示意 图，如图所示，阀体座21具有一个入口流道211以及一个出口流道212，流体可 由外界输入，通过入口流道211传送至阀体座21上表面210的一开口 213，并且， 于本实施例中，阀体薄膜23及阀体座21之间所形成的第二暂存室即为图中所示的 出口暂存腔215,但不以此为限，其是由阀体座21的上表面210于与出口流道212 相对应的位置产生部分凹陷而形成，并与出口流道212相连通，该出口暂存腔215 是用以暂时储存流体，并使该流体由出口暂存腔215通过一开口 214而输送至出口 通道212，再流出阀体座21之外。以及，在阀体座21上还具有多个凹槽结构，用 以供一密封环26(如图7A所示)设置于其上，于本实施例中，阀体座21具有环绕 开口 213周边的凹槽216、 218，及环绕于出口暂存腔215周边的凹槽217。请参阅图5A并配合图3，其中图5A是图3所示的阀体盖体的背面结构示意图， 如图所示，阀体盖座22具有一上表面220及一下表面228，以及在阀体盖座22上 亦具有贯穿上表面220至下表面228的入口阀门通道221及出口阀门通道222,且 该入口阀门通道221设置于与阀体座21的开口 213相对应的位置，而出口阀门通 道222则设置于与阀体座21的出口暂存腔215内的开口 214相对应的位置，并且， 于本实施例中，阀体薄膜23及阀体盖体22之间所形成的第一暂存室即为图中所示 的入口暂存腔223，且不以此为限，其是由阀体盖体22的下表面228于与入口阀 门通道221相对应的位置产生部份凹陷而形成，且其连通于入口阀门通道221。
请参阅图5B，其是图5A的剖面结构示意图，如图所示，阀体盖体22的上表 面220是部份凹陷，以形成一压力腔室226，其是与致动装置24的致动器242相 对应设置，压力腔室226是通过入口阀门通道221连通于入口暂存腔223，并同时 与出口阀门通道222相连通，因此，当致动器242受电压致动使致动装置24上凸 变形，造成压力腔室226的体积膨胀而产生负压差，可使流体经入口阀门通道221 流至压力腔室226内，其后，当施加于致动器242的电场方向改变后，致动器242 将使致动装置24下凹变形压力腔室226收縮而体积减小，使压力腔室226与外界 产生正压力差，促使流体由出口阀门通道222流出压力腔室226之外，于此同时， 同样有部分流体会流入入口阀门通道221及入口暂存室223内，然而由于此时的入 口阀门结构231(如图6C所示)是使受压而关闭的状态，故该流体不会通过入口阀 片231而产生倒流的现象，至于暂时储存于入口暂存腔223内的流体，则于致动器 242再受电压致动，重复使致动装置24再上凸变形而增加压力腔室226体积时， 再由入口暂存腔223经至入口阀门通道221而流入压力腔室226内，以进行流体的 输送。
另外，阀体盖体22上同样具有多个凹槽结构，以本实施例为例，在阀体盖座 22的上表面220具有环绕压力腔室226而设置的凹槽227,而在下表面228上则具 有环绕设置于入口暂存腔223的凹槽224、环绕设置于出口阀门通道222的凹槽225 以及凹槽229，同样地，上述凹槽结构是用以供一密封环27(如图7A所示)设置于 其中。
请参阅图6A并配合图3，其中图6A是图3所示的阀体薄膜的结构示意图，如 图所示，阀体薄膜23主要是以传统加工、或平版印刷蚀刻、或激光加工、或电铸
8加工、或放电加工等方式制出，且为一厚度相同的薄片结构，其上具有多个镂空阀 开关，包含第一阀开关以及第二阀开关，于本实施例中，第一阀开关为入口阀门结
构231，而第二阀开关为出口阀门结构232，其中，入口阀门结构231具有入口阀 片2313以及多个环绕入口阀片2313周边而设置的镂空孔2312，另外，在孔2312 之间还具有与入口阀片2313相连接的延伸部2311，当阀体薄膜23承受一自压力 腔室226传递而来向下的应力时，如图7C所示，入口阀门结构231是整个向下平 贴于阀体座21之上，此时入口阀片2313会紧靠凹槽216上密封环26突出部分， 而密封住阀体座21上的开口 213，且其外围的镂空孔2312及延伸部2311则顺势 浮贴于阀体座21之上，故因此入口阀门结构231的关闭作用，使流体无法流出。
而当阀体薄膜23受到压力腔室226体积增加而产生的吸力作用下，由于设置 于阀体座21的凹槽216内的密封环26己提供入口阀门结构231—预力(Preforce)， 因而入口阀片2313可借助延伸部2311的支撑而产生更大的预盖紧效果，以防止逆 流，当因压力腔室226的负压而使入口阀门结构231往上产生位移(如图6B所示)， 此时，流体则可通过镂空的孔2312由阀体座21流至阀体盖体22的入口暂存腔223， 并通过入口暂存腔223及入口阔门通道221传送至压力腔室226内，如此一来，入 口阀门结构231即可响应压力腔室226产生的正负压力差而迅速的开启或关闭，以 控制流体的进出，并使流体不会回流至阀体座21上。
同样地，位于同一阀体薄膜23上的另一阀门结构则为出口阀门结构232，其 中的出口阀片2323、延伸部2321以及孔2322的作动方式均与入口阀门结构231 相同，因而不再赘述，惟出口阀门结构232周边的密封环26设置方向是与入口阀 门结构231的密封环27反向设置，如图6C所示，因而当压力腔室226压縮而产生 一推力时，设置于阀体盖体22的凹槽225内的密封环27将提供出口阀门结构232 一预力(Preforce),使得出口阀片2323可借助延伸部2321的支撑而产生更大的预 盖紧效果，以防止逆流，当因压力腔室226的正压而使出口阀门结构232往下产生 位移，此时，流体则可通过镂空的孔2322由压力腔室226经阀体盖体22而流至阀 体座21的出口暂存腔215内，并可通过开口 214及出口流道212排出，如此一来， 则可通过出口阀门结构232开启的机制，将流体自压力腔室226内泄出，以达到流 体输送的功能。
请参阅图7A，其是本发明较佳实施例的流体输送装置的未作动状态示意图，于本实施例中，所有的凹槽结构216、 217、 218分别设置密封环26，而凹槽224、 225、 229内亦分别设置密封环27，其材质是可耐化性佳的橡胶材料，且不以此为 限，其中，设置于阀体座21上环绕开口213的凹槽216内的密封环可为一圆环结 构，其厚度是大于凹槽216深度，使得设置于凹槽216内的密封环26是部分凸出 于阀体座21的上表面210构成一微凸结构，因而使得贴合设置于阀体座21上的阀 体薄膜23的入口阀门结构231的入口阀片2313因密封环26的微凸结构而形成一 向上隆起，而阀体薄膜23的其余部分是与阀体盖体22相抵顶，如此微凸结构对入 口阀门231顶推而产生一预力(Preforce)作用，有助于产生更大的预盖紧效果，以 防止逆流，且由于密封环26向上隆起的微凸结构是位于阔体薄膜23的入口阀门结 构231处，故使入口阀门结构231在未作动时使入口阀片2313与阀体座21的上表 面210之间具有一间隙，同样地，当密封环27设置于环绕出口阀门通道222的凹 槽225内时，由于其密封环27设置于阀体盖体22的下表面228，因而该密封环27 是使阀体薄膜23的出口阀门结构向下凸出而形成一向下隆起于阀体盖体22的微凸 结构，此微凸结构仅其方向与形成于入口阀门结构231的微凸结构是反向设置，然 而其功能均与前述相同，因而不再赘述。至于其余分别设置于凹槽结构217、 218 及224、 229以及227内的密封环26、 27及28,主要用来分别使阔体座21与阀体 薄膜23、阀体薄膜23与阀体盖体22以及阀体盖体22与致动装置24之间紧密贴 合时，防止流体外泄。
当然，上述的微凸结构除了使用凹槽及密封环来搭配形成外，于一些实施例 中，阀体座21及阀体盖体22的微凸结构亦可采用半导体工艺，例如平版印刷蚀 刻或镀膜或电铸技术，直接在阀体座21及阀体盖体22上形成。
请同时参阅图7A、图7B、图7C，如图所示，当盖体25、致动装置24、阀体 盖体22、阔体薄膜23、密封环26以及阀体座21彼此对应组装设置后，阀体座21 上的开口213是与阀体薄膜23上的入口阀门结构231以及阀体盖体22上的入口阀 门通道221相对应，且阀体座21上的开口 214则与阀体薄膜23上的出口阀片232 以及阔体盖体22上的出口阀门通道222相对应，并且，由于密封环26设置于凹槽 216内，使得阀体薄膜23的入口阀门结构231微凸起于阀体座21之上，并借助位 于凹槽216内的密封环26顶触阀体薄膜23而产生一预力((Preforce)作用，使得 入口阀门结构231在未作动时则与阀体座21的上表面210形成一间隙，同样地，出口阀门结构232亦借助将密封环27设至于凹槽225中的相同方式与阀体盖体22 的下表面228形成一间隙。
当以一电压驱动致动器242时，致动装置24产生弯曲变形，如图7B所示， 致动装置24是朝箭号a所指的方向向上弯曲变形，使得压力腔室226的体积增加， 因而产生一吸力，使阀体薄膜23的入口阀门结构231、出口阀门结构232承受一 向上的拉力，并使已具有一预力(Preforce)的入口阀门结构231的入口阀片2313 迅速开启(如图6B所示)，使液体可大量地自阀体座21上的入口通道211被吸取进 来，并流经阀体座21上的开口 213、阀体薄膜23上的入口阀门结构231的孔2312、 阀体盖体22上的入口暂存腔223、入口阀片通道221而流入压力腔室226之内， 此时，由于阀体薄膜23的入口阀门结构231、出口阀门结构232承受该向上拉力， 故位于另一端的出口阀门结构232是因该向上拉力使得位于阀体薄膜23上的出口 阀片2323密封住出口阀门通道222,而使得出口阀门结构232关闭，因而流体逆 流。
当致动装置24因电场方向改变而如图7C所示的箭号b向下弯曲变形时，则 会压缩压力腔室226的体积，使得压力腔室226对内部的流体产生一推力，并使阀 体薄膜23的入口阀门结构231、出口阔门结构232承受一向下推力，此时，设置 于凹槽225内的密封环27上出口阀门结构232的出口阀片2323其可迅速开启(如 图6C所示)，并使液体瞬间大量宣泄，由压力腔室226通过阀体盖体22上的出口 阀门通道222、阀体薄膜23上的出口阀门结构232的孔2322、阀体座21上的出口 暂存腔215、开口 214及出口通道212而流出流体输送装置20之外，因而完成流 体的传输过程，同样地，此时由于入口阀门结构231是承受该向下的推力，因而使 得入口阀片2313密封住开口 213，因而关闭入口阀门结构231，使得流体不逆流， 并且，借助入口阀门结构231及出口阀门结构232配合设置于阀体座21及阀体盖 体22上的凹槽216、 225内的密封环26、 27的设计，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。
本发明的流体输送装置的阀体薄膜的入口阀门结构及出口阀门结构的实施态 样并不仅局限于图3及图6A所示的入口阀门结构231及出口阀门结构232的形态， 亦可使用具有相同厚度，相同材料，但是刚性不同的阀门结构，其中，阀门结构的 刚性取决于阀门结构的外观形态、所包含的延伸部的宽度及数量，并配合控制致动装置24的震动频率来调整流体的流量，请参阅图8A 图8E，其是本发明较佳实施 例的阀门结构的结构示意图，如图8A所示，阀门结构81具有阀片811、环绕阀片 811周边而设置的镂空孔812，以及在孔812之间还分别具有与阀片811相连接的 延伸部813，于本实施例中阀片811为一圆形结构，孔812的数量可为3个，至于， 延伸部813的数量为3个且其形状可呈现直线形态，但上述阔片811形状、孔812 以及延伸部813的数量及形状并不以此为限。
请再参阅图8B，于一些实施例中，阀门结构82同样具有阀片821、孔822以 及延伸部823，至于阀片821、孔822以及延伸部823之间的连接关系是与上述相 同，因此不在述赘述，于本实施例中，阀片821为一圆形结构，孔822的数量可为 3个，至于，延伸部823的数量为3个且其形状可呈现切线形态，但阀片821形状、 孔822以及延伸部823的数量及形状并不以此为限。
请再参阅图8C，于一些实施例中，阀门结构83同样具有阀片831、孔832以 及延伸部833，至于阀片831、孔832以及延伸部833之间的连接关系是与上述相 同，因此不在述赘述，于本实施例中，阀片831为一圆形结构，孔832的数量可为 4个，至于，延伸部833的数量为4个且其形状可呈现S形形态，但阀片831、孔 832以及延伸部833的数量及形状并不以此为限。
请再参阅图8D，于一些实施例中，阀门结构84同样具有阀片841、孔842以 及延伸部843,至于阀片841、孔842以及延伸部843之间的连接关系是与上述相 同，因此不在述赘述，于本实施例中，阀片841为一类似圆形结构且其周围具有齿 状结构8411，孔842的数量可为3个，至于，延伸部843的数量为3个且其形状 可呈现直线形态，但阀片841形状、孔842以及延伸部843的数量及形状并不以此 为限。
请再参阅图8E，于一些实施例中，阀门结构85同样具有阀片851、孔852以 及延伸部853，至于阀片851、孔852以及延伸部853之间的连接关系是与上述相 同，因此不在述赘述，于本实施例中，阀片851为一类似圆形结构且其周围具有齿 状结构8511，孔852的数量可为3个，至于，延伸部853的数量为3个且其形状 可呈现切线形态，但阀片851形状、孔852以及延伸部853的数量及形状并不以此 为限。
当然，本发明的流体输送装置的阀体薄膜上所适用的阀门结构的实施态样并
12不仅限于图8A 图8E所揭露的形态，亦可由其它的变化，只要是使用具有相同厚
度，相同材料，但是刚性不同的阀门结构均为本发明所保护的范围。
致动装置24内的致动器242是一压电板，可采用高压电系数的锆钛酸铅(PZT) 系列的压电粉末制造而成，其中致动器242的厚度可介于100 " m至500 p m之间， 较佳厚度为150um至250 um，杨氏系数是100至150GPa，且不以此为限。而致动 器242的材质可为一单层金属所构成或是可为金属材料上贴附一层高分子材料所 构成的双层结构。
而贴附致动器242的振动薄膜241的厚度可为100 y m至300 y m，较佳厚度为 100um至250 um，亦可为10nm至200 um，较佳厚度为20 u m至100 n m，其杨氏 系数可介于60 300Gpa。振动薄膜241其材质可为一单层金属所构成，例如不锈 钢材料，其杨氏系数是240Gpa，厚度可介于30um至80iim，或是200 U m至250 um，例如铜，其杨氏系数是100Gpa，厚度是介于30 P m至80 u m,或是200 "m 至250 !xm，且不以此为限。
另外，于本实施例中，阀体座21以及阀体盖体22的材质可采用热塑性塑胶 材料，例如聚碳酸酯树酯(Polycarbonate PC)、聚讽(Polysulfone， PSF) 、 ABS树 脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、纵性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙 烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、对位性聚苯乙烯(SPS)、聚苯醚(PPO)、聚縮醛(Polyacetal， POM)、 聚对苯二甲酸二丁酯(PBT)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、环 状烯烃聚合物(COC)等热塑性塑胶材料，但不以此为限。
于本实施例中，阀体盖体22的压力腔室226的深度是介于10 um至300 u m 之间，直径可介于10 30醒或是3 20mm之间，且不以此为限。
而阀体薄膜23可以传统加工或平版印刷蚀刻或激光加工或电铸加工或放电加 工等方式制出，其材质可为任何耐化性佳的有机高分子材料或金属，当阀体薄膜 23釆用该高分子材料，其弹性系数为2 20Gpa，例如聚亚酰胺(Polyimide， PI)， 其弹性系数，即杨氏系数(E值)可为10GPa，当阀体薄膜23采用金属材料时，例如 铝、铝合金、镍、镍合金、铜、铜合金或不锈钢等金属材料，其杨氏系数是2 240GPa。 至于阀体薄膜23的厚度是一致，且可介于10um至50um，最佳者为21um至40 um，其杨氏系数可为2 240GPa。另外，于本实施例中，阀体薄膜23所包含的入口阀门结构231及出口阀门结构232的延伸部2311、 2321的数量必须大于2个、 宽度可介于10 500 u m、形状可为如图8A 图8E所示的直线形态、切线形态或是 S形形态，但不以此为限，且延伸部2311、 2321所在位置的两同心圆的直径范围， 其内径/夕卜径范围可为2mm/3mm、 2. 2mm/3. 5mm、 3mm/5mm、 4mm/6mm、 4mm/7mm或 是4mm/8mm，但不以此为限。至于，入口阔片2313及出口阀片2323的直径长度范 围可介于2 4mm。
于一些实施例中，为了适应流速可达到一般1 60ml/min的流量流体传输需 求，可于致动装置24的致动器242上施予大于5Hz的操作频率，并配合以下条件
致动器242的厚度约为100 u m至500 y m的刚性特性，较佳厚度为150 " m至 250 ym，杨氏系数约为100-150Gpa，至于材料可为单层金属或是由金属材料与高
分子材料所构成的双层结构。
以及振动薄膜241的厚度为100 y m至300 w m之间，较佳厚度为100 w m至250 um，杨氏系数为60-300GPa，其材质可为一单层金属所构成，例如不锈钢材料， 其杨氏系数是240Gpa，厚度是介于200 ixm至250 "m，例如铜金属材料，其杨氏系 数是100Gpa，厚度是介于200 ym至250 um，但不以此为限。
该压力腔室226的深度是介于10 P m至300 u m之间，直径介于10 30mm之 间。阀体座21以及阀体盖体22的材质可采用热塑性塑胶材料，且阀体盖体22的 整体厚度是一致。
阀体薄膜23上的入口阀门结构231、出口阀门结构232的厚度为10 y m至50 ym，较佳厚度为21um至40um，杨氏系数为2 240Gpa，可为高分子材料或金属 材料，阀体薄膜23采用该高分子材料，其弹性系数为2 20 Gpa，例如聚亚酰胺 (Polyimide， PI)，其弹性系数为10Gpa，阀体薄膜23亦可采用金属材料，例如铝、 铝合金、镍、镍合金、铜、铜合金或不锈钢等金属材料，其杨氏系数是2 240Gpa。
以及，阀体薄膜23所包含的入口阀门结构231及出口阀门结构232的延伸部 2311、 2321的数量必须大于2个、宽度可介于10 500 um、形状可为如图8A 图 8E所示的直线形态、切线形态或是S形形态，但不以此为限，且延伸部2311、 2321 所在位置的两同心圆的直径范围，其内径/外径范围可为2mm/3nmi、 2. 2mm/3. 5mm、 3mm/5mm、 4mm/6mm、 4mm/7mm或是4mm/8mm，但不以此为限。至于，入口阀片2313 及出口阀片2323的直径大小范围可介于2 4mm。该阀体薄膜23的预力作用结构为密封环。
由上述致动器242、振动薄膜241、压力腔室226及阀体薄膜23等相关参数 条件搭配，则可驱动阀体薄膜23的入口阀门结构231及出口阀门结构232进行启 闭作用，驱使流体进行单向流动，并使流经压力腔室226的流体能达到每分钟 广60ml的流量输出，并使得将流体吸入流体输送装置内部的吸力可小于20kPa，而 将流体由流体输送装置内部推出的压力可小于50kPa。
于一些实施例中，为了适应流速可达到大于60ml/min的大流量流体传输需求， 可于致动装置24的致动器242上施予大于30Hz的操作频率，并配合以下条件
致动器242的厚度约为100 ii m至500 " m的刚性特性，较佳厚度为150 P m至 250 ym，杨氏系数约为100-150Gpa，至于材料可为单层金属或是由金属材料与高 分子材料所构成的双层结构。
以及振动薄膜241的厚度为100 ix m至300 u tn之间，较佳厚度为100 ii m至250 Pm，杨氏系数为60-300GPa，其材质可为一单层金属所构成，例如不锈钢材料， 其杨氏系数是240Gpa，厚度是介于200 ym至250 um，例如铜金属材料，其杨氏系 数是100Gpa，厚度是介于200 iim至250 utn，但不以此为限。
该压力腔室226的深度是介于10um至300 um之间，直径介于10 30画之 间。阀体座21以及阀体盖体22的材质可采用热塑性塑胶材料，且阀体盖体22的 整体厚度是一致。
阀体薄膜23上的入口阀门结构231、出口阀门结构232的厚度为10wm至50 wm，较佳厚度为21um至40um,杨氏系数为2 240Gpa，可为高分子材料或金属 材料，阀体薄膜23采用该高分子材料，其弹性系数为2 20 Gpa，例如聚亚酰胺 (Polyimide， PI),其弹性系数为10Gpa，阀体薄膜23亦可采用金属材料，例如铝、 铝合金、镍、镍合金、铜、铜合金或不锈钢等金属材料，其杨氏系数是2 240Gpa。
以及，阀体薄膜23所包含的入口阀门结构231及出口阀门结构232的延伸部 2311、 2321的数量必须大于2个、宽度可介于10 500 um、形状可为如图8A 图 8E所示的直线形态、切线形态或是S形形态，但不以此为限，且延伸部2311、 2321 所在位置的两同心圆的直径范围，其内径/外径范围可为2mm/3mm、 2. 2隱/3. 5國、 3rara/5mm、 4mm/6mm、 4mm/7mm或是4mm/8mm，但不以此为限。至于，入口阀片2313 及出口阀片2323的直径大小范围可介于2 4mm。该阀体薄膜23的预力作用结构为密封环。
由上述致动器242、振动薄膜241、压力腔室226及阀体薄膜23等相关参数 条件搭配，则可驱动阀体薄膜23的入口阀门结构231及出口阀门结构232进行启 闭作用，驱使流体进行单向流动，并使流经压力腔室226的流体能达到每分钟60ml 以上的大流量输出，并使得将流体吸入流体输送装置内部的吸力可大于20kPa，而 将流体由流体输送装置内部推出的压力可大于30kPa。
于一些实施例中，为了因应流速小于lml/min的微液滴流量流体传输需求， 可于致动装置24的致动器242上施予小于20Hz的操作频率，并配合以下条件
致动器242的厚度约为100 u m至500 u m的刚性特性，较佳厚度为150 " m至 250杨氏系数约为100-150Gpa，至于材料可为单层金属或是由金属材料与高
分子材料所构成的双层结构。
以及振动薄膜241的厚度为10"m至200 um之间，较佳厚度为20 y m至100 "m，杨氏系数为60-300GPa，其材质可为一单层金属所构成，例如不锈钢材料， 其杨氏系数是240Gpa，厚度是介于30nm至80"m，例如铜金属材料，其杨氏系数 是100Gpa，厚度是介于30wm至80um，但不以此为限。
该压力腔室226的深度是介于10ym至300 "m之间，直径介于3 20mm之间。 阀体座21以及阀体盖体22的材质可采用热塑性塑胶材料，且阀体盖体22的整体 厚度是一致。
阀体薄膜23上的入口阀门结构231、出口阀门结构232的厚度为10 u m至50 wm，较佳厚度为21um至40pm，杨氏系数为2 240Gpa，可为高分子材料或金属 材料，阀体薄膜23采用该高分子材料，其弹性系数为2 20 Gpa,例如聚亚酰胺 (Polyimide， PI)，其弹性系数为10Gpa，阀体薄膜23亦可采用金属材料，例如铝、 铝合金、镍、镍合金、铜、铜合金或不锈钢等金属材料，其杨氏系数是2 240Gpa。
以及，阀体薄膜23所包含的入口阀门结构231及出口阀门结构232的延伸部 2311、 2321的数量必须大于2、宽度可介于10 500 nm、形状可为如图8A 图8E 所示的直线形态、切线形态或是S形形态，但不以此为限，且延伸部2311、 2321 所在位置的两同心圆的直径范围，其内径/外径范围可为2ran/3mm、 2. 2mm/3. 5隱、 3mm/5mm、 4mm/6mm、 4mm/7隱或是4mm/8mm，但不以此为限。至于，入口阀片2313 及出口阀片2323的直径大小范围可介于2 4mm。该阀体薄膜23的预力作用结构可为密封环，或是采用半导体制程，例如平版印刷蚀刻或镀膜或电铸技术，直接 在阀体座21及阀体盖体22上所形成的微凸结构。
由上述致动器242、振动薄膜241、压力腔室226及阀体薄膜23等相关参数 条件搭配，则可驱动阀体薄膜23的入口阀门结构231及出口阀门结构232进行启 闭作用，驱使流体进行单向流动，并使流经压力腔室226的流体能达到每分钟lml 的微液滴流量输出，并使得将流体吸入流体输送装置内部的吸力可小于20kPa，而 将流体由流体输送装置内部推出的压力可小于30kPa。
综上所述，本发明的流体传输装置20可通过致动装置24的驱动，且阀体薄 膜23及其上一体成形的入口阀门结构231可配合设置于阀体座21的凹槽216内的 软性密封环26,使入口阀门结构231开启而将流体输送至压力腔室226，再因致动 装置24改变压力腔室226的体积，因而使出口阔门结构232配合设置于阀体盖体 22上的凹槽225内的软性密封环27而开启，以使流体输送至压力腔室226之外， 由于压力腔室226于体积涨縮的瞬间可产生流体吸力与推力，配合阀体薄膜23上 的阀门结构其迅速的开合反应，使得故可使流体达到一般流量、大流量或是微液滴 的传输，并有效阻挡流体的逆流。
综上所述，本发明的流体输送装置是适用于微泵结构，主要由阀体座、阀体 薄膜、阀体盖体、振动薄膜及致动器堆迭而成，其是借助致动装置的压电致动，使 得压力腔室的体积改变，进而开启或关闭成形于同一阀体薄膜上的入口/出口阔门 结构，配合软性密封环及设置于阀体座或阀体盖体上的凹槽，而进行流体的输送， 由于本发明的流体输送装置是可输送气体及流体，不仅有极佳的流率与输出压力， 可于初始状态自我汲取液体，还具有高精度控制性，且因其可输送气体，因此于流 体输送过程还可排除气泡，以达到高效率的传输。
另外，借助控制致动装置的致动器上施予的操作频率，并搭配其它组件的不 同条件，即可使得流体输送装置可因应需求达到一般流量、大流量或是微液滴的传 输。
因此，本发明的流体输送装置极具产业的价值。
权利要求
1. 一种大流量流体输送装置，用以传送一流体，其包含一阀体座，其具有至少一密封环；一阀体盖体，其设置于该阀体座上，且具有至少一密封环；一阀体薄膜，其设置于该阀体座及该阀体盖体之间，并具有至少一个阀开关结构，该阀开关结构分别具有一阀片、多个孔以及多个延伸部；以及一致动装置，其包含一致动器以及一振动薄膜，该振动薄膜于未作动状态时，是与该阀体盖体分离，以形成一压力腔室；其中，当施以操作频率大于30Hz于该致动装置的该致动器上，该致动装置将致使该压力腔室体积改变，进而驱动该阀开关结构的启闭作用，以使流经该压力腔室的该流体是达到60ml/min以上的大流量传输。
2. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该该阀体座及该阔 体盖体是以热塑性塑胶材料射出而形成。
3. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀体座及该阀体 盖体所包含的该密封环是部份突出于该阀体座及该阀体盖体上的多个凹槽。
4. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该流体包括气体及 液体。
5. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该振动薄膜为铜金 属，其最佳厚度是200 um至250 "m，杨氏系数是100GPa。
6. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该振动薄膜为不锈 钢材料，其最佳厚度是200 nm至250 um，杨氏系数是240GPa。
7. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该延伸部的数量是 大于2个。
8. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该延伸部的宽度是 10um至500lim。
9. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀片的直径大小 是2mm至4誦。
10. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀片所在位置 的两同心圆直径范围比是2mm/3鹏、2. 2mm/3. 5mm、 3聽/5mm、 4腿/6mm、 4mm/7mm或是4mm/8ram。
11. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于将该流体吸入该 流体输送装置内部的吸力是大于20kPa。
12. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于将该流体由该流 体输送装置内部推出的压力是大于30kPa。
13. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀片是圆形结构。
14. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀片周围包含 一齿状结构。
15. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该延伸部是切线 形态、直线形态或是S形形态。
16. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀体薄膜的厚 度是lOnm至50wm，杨氏系数是2 240Gpa。
17. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀体薄膜的最 佳厚度是21 um至40ym。
18. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀体薄膜的材 质是高分子材料，且其弹性模数是2 20GPa。
19. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀体薄膜的材 质是金属材料，且其弹性模数是2GPa至240GPa。
20. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该致动器厚度是 100 tim至500 um。
21. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该致动器的最佳 厚度是150um至250 um。
22. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该致动器的杨氏 系数是100至150GPa。
23. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该振动薄膜是一 单层金属结构或是由金属材料与高分子材料贴合而成的一双层结构。
24. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该振动薄膜的厚 度是100um至300 ym。
25. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该振动薄膜的最 佳厚度是100um至250 um。
26. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该压力腔室的深 度是10um至300 iitn,直径是10mm至30mm。
27. 根据权利要求1所述的大流量流体输送装置，其特征在于该阀体座及该阀 体盖体的材质是热塑性塑胶材料。
28. —种大流量流体输送装置，用以传送一流体，其包含 一阀体座，其具有至少一密封环；一阀体盖体，其设置于该阀体座上，且具有至少一密封环；一阔体薄膜，其设置于该阀体座及该阀体盖体之间，并具有至少一个阀开关结 构，该阀开关结构分别具有一阀片、多个孔以及多个延伸部；以及一致动装置，其包含一致动器以及一振动薄膜，该振动薄膜于未作动状态时， 是与该阀体盖体分离，以形成一压力腔室，且该压力腔室的深度是10um至300 u m，直径是10mm至30mm;其中，当施以操作频率大于30Hz于该致动装置的该致动器上，该致动装置将 致使该压力腔室体积改变，进而驱动该阀开关结构的启闭作用，以使流经该压力腔 室的该流体达到60ml/min以上的大流量传输。
29. —种大流量流体输送装置，用以传送一流体，其包含 一阔体座，其具有至少一密封环；一阀体盖体，其设置于该阀体座上，且具有至少一密封环；一阀体薄膜，其设置于该阀体座及该阀体盖体之间，并具有至少一个阀开关结构，该阀开关结构分别具有一阀片、多个孔以及多个延伸部；以及一致动装置，其包含一致动器以及一振动薄膜，该振动薄膜于未作动状态时，是与该阀体盖体分离以形成一压力腔室，该流体吸入该压力腔室内部的吸力是大于20kPa，该流体由该压力腔室内部推出的压力是大于30kPa;其中，当施以操作频率大于30Hz于该致动装置的该致动器上，该致动装置将致使该压力腔室体积改变，进而驱动该阀开关结构的启闭作用，以使流经该压力腔室的该流体达到60ml/min以上的大流量传输。
全文摘要
本发明是一种大流量流体输送装置，用以传送流体，其包含阀体座，具有至少一密封环；阀体盖体，设置于阀体座上，且具有至少一密封环；阀体薄膜，设置于阀体座及阀体盖体之间，并具有至少一个阀开关结构，阀开关结构分别具有阀片、多个孔以及多个延伸部；致动装置，其包含致动器以及振动薄膜，振动薄膜于未作动状态时，是与阀体盖体分离，以形成压力腔室；当施以操作频率大于30Hz于致动装置的致动器上，致动装置将致使压力腔室体积改变，进而驱动阀开关结构的启闭作用，以使流经压力腔室的流体达到60ml/min以上的大流量传输。
文档编号F04B43/04GK101520041SQ20081008255
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月26日 优先权日2008年2月26日
发明者余荣侯, 张英伦, 邱士哲, 陈世昌 申请人:研能科技股份有限公司