流体输送装置的制作方法

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1A，图1A为已知微泵结构于未作动时的结构示意图，已知微泵结构10包含入口通道13、微致动器15、传动块14、隔层膜12、压缩室111、基板11以及出口通道16，其中基板11与隔层膜12间定义形成一压缩室111，主要用来储存液体，压缩室111的体积将因隔层膜12的形变影响而改变。

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及压缩室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流入后储存于压缩室111内的液体受挤压，而经由出口通道16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2，图2为图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如图中标号Y的箭头方向所示，入口扩流器17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191相连接，而以开口较小的一端与压缩室111连接，同时，连接压缩室111及出口流道192的出口扩流器18与入口扩流器17同向设置，其以开口较大的一端连接于压缩室111，而以开口较小的一端与出口流道192相连接，由于连接于压缩室111两端的入口扩流器17及出口扩流器18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111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191经由入口扩流器17流入压缩室111内，再由出口扩流器18经出口流道192流出。

然而，此种无实体阀门的微泵结构10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111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致动器15上。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失的流体输送装置，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流体输送装置，主要由阀本体、阀膜片、阀腔体座、致动器及盖体依序层叠，再以数个锁付元件锁付定位组装而成，不仅整个结构可以调整更紧密接合的组装定位，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，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，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。

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，用以传送一流体，其包含：一阀本体，具有一出口通道、一入口通道及一第一组接表面，该出口通道及该入口通道于第一组接表面各别连通一入口开口及一出口开口，以及阀本体上设置数个贯穿孔；一阀腔体座，具有一第二组接表面、一第三组接表面、入口阀门通道及出口阀门通道，该入口阀门通道及该出口阀门通道由该第二组接表面贯通至该第三组接表面，且在该第三组接表面上部分凹陷形成一压力腔室，该压力腔室分别与入口阀门通道、出口阀门通道相连通，以及阀腔体座上设置数个贯穿孔；一阀膜片，具有两个阀门片，且环绕该阀门片周边各设置数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，并以两个贯穿区的阀门片各别对应封闭该阀腔体座的入口阀门通道及出口阀门通道形成阀门开关结构；一致动器，具有一振动板，该振动板封盖该阀腔体座的压力腔室，且该振动板上设置有数个贯穿孔；一盖体，为金属材质，封盖于该致动器的振动板上大面积贴合接触，其上并贯穿数个锁接孔；借此，该阀本体、该阀腔体座及该致动器的贯穿孔相对应而穿伸入可导电的锁付元件，使该锁付元件锁付于该盖体的锁接孔上，以定位组装形成的流体输送装置。

【附图说明】

图1A所示为已知微泵结构于未作动时的结构示意图。

图1B所示为图1A于作动时的结构示意图。

图2所示为图1A所示的微泵结构的俯视图。

图3所示为本实用新型流体输送装置的立体外观示意图。

图4所示为本实用新型流体输送装置的相关构件分解示意图。

图5所示为本实用新型流体输送装置的剖面示意图。

图6所示为本实用新型流体输送装置的阀本体底面视得示意图。

图7所示为本实用新型流体输送装置的阀膜片正面视得示意图。

图8A所示为本实用新型流体输送装置的阀腔体座正面视得示意图。

图8B所示为本实用新型流体输送装置的阀腔体座底面视得示意图。

图9所示为本实用新型流体输送装置的振动板正面视得示意图。

图10A所示为本实用新型流体输送装置的盖体正面视得示意图。

图10B所示为本实用新型流体输送装置的盖体底面视得示意图。

图11A所示为本实用新型流体输送装置的致动器电极导线连接状态示意图。

图11B所示为本实用新型流体输送装置的致动器电极导线埋入保护示意图。

图11C所示为本实用新型流体输送装置的致动器电极导线连接至驱动电路板示意图。

图12A所示为本实用新型流体输送装置的输送流体作动状态示意图1。

图12B所示为本实用新型流体输送装置的输送流体作动状态示意图2。

【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3、图4及图5所示，本案的流体输送装置20可适用于医药生技、电脑科技、打印或是能源等工业，且可输送液体，但不以此为限，流体输送装置20主要由阀本体21、阀膜片22、阀腔体座23、致动器24及盖体25依序层叠，再以数个锁付元件26锁付定位组装而成，其中阀本体21、阀膜片22、阀腔体座23依序层叠形成一流体阀座，且在阀腔体座23及致动器24之间形成一压力腔室237，主要用来储存流体。其中锁付元件26为可导电的螺丝。

请参阅图3、图4、图5及图6所示，阀本体21及阀腔体座23为本案流体输送装置20中导引流体进出的主要结构，阀本体21具有一个入口通道211以及一个出口通道212，流体可由外界输入，入口通道211连通一入口开口213，流体可经由入口通道211传送至阀本体21的第一组接表面210的入口开口213，以及出口通道212连通一出口开口214，而流体可由出口开口214输送至出口通道212排出；以及，在阀本体21在第一组接表面210上具有一对接区域215，对接区域215上更具有环绕入口开口213周边的凹槽216，用以供一密封环28a设置于其上，以对入口开口213周边防止流体渗漏，于本实施例中，对接区域215上具有环绕出口开口214周边的凹槽217，用以供一密封环28b设置于其上，以对出口开口214周边防止流体渗漏。另外，在对接区域215于出口开口214周围设置一凸部结构218，以及阀本体21四个隅向各设置一贯穿孔219，可供锁付元件26穿伸入作定位组装用，以及在对接区域215设置数个卡榫槽21a，在阀本体21一侧边设有一线槽21b。

请参阅图3、图4、图5及图7所示，阀膜片22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22上的阀门结构。阀膜片22为一平坦薄片结构。如图7所示，该阀膜片22在两个贯穿区域22a、22b中各保留有厚度相同的一阀门片221a、221b，且环绕阀门片221a、221b周边各设置数个延伸支架222a、222b作以弹性支撑，并使每个延伸支架222a、222b相邻之间各形成一镂空孔223a、223b，如此厚度相同的一阀门片221a、221b可受作用力在阀膜片22上借由延伸支架222a、222b弹性支撑而凸伸变形一位移量形成阀门开关结构。阀门片221a、221b可为圆型、长方型、正方形或各种几何图型，但不以此为限。于本实施例中，为使用一50μm厚度的阀膜片22，并在两个贯穿区域22a、22b保留圆形图案的阀门片221a、221b，阀门片221a、221b的直径尺寸为17mm，以及两个贯穿区域22a、22b保留了以螺旋型态连接的3个延伸支架222a、222b，延伸支架222a、222b的宽度为100μm。另外，阀膜片22上设有多个定位孔22c，如图7所示实施例中为6个定位孔22c，但不以此为限。

请参阅图3、图4、图5及图8A、图8B所示，阀腔体座23具有一第二组接表面230及一第三组接表面236，以及在阀腔体座23上亦具有贯穿第二组接表面230至第三组接表面236的入口阀门通道231及出口阀门通道232，而在阀腔体座23上亦具有入口阀门通道231周边的凹槽233，用以供一密封环28c设置于其上，以对入口阀门通道231周边防止流体渗漏，而阀腔体座23上亦具有环绕出口阀门通道232周边的凹槽234，用以供一密封环28d设置于其上，以对出口阀门通道232周边防止流体渗漏；再者，在阀腔体座23的第二组接表面230于入口阀门通道231周围设置一凸部结构235，以及阀腔体座23的第三组接表面236部分凹陷以形成一压力腔室237，压力腔室237分别与入口阀门通道231、出口阀门通道232相连通，而在阀腔体座23的第三组接表面236上亦具有环绕设置于压力腔室237的凹槽238，用以供一密封环28e设置于其中，以对压力腔室237周边防止流体渗漏。另外，阀腔体座23四个隅向各设置一贯穿孔239，可供锁付元件26穿伸入作定位组装用，而在阀腔体座23的第二组接表面230设置数个卡榫23a，在阀腔体座23一侧边设有一线槽23b。

请参阅图3、图4、图5及图9所示，致动器24由一振动板241以及一压电元件242组装而成，其中振动板241一侧面贴附固定压电元件242，以及振动板241上亦设有两两互为对角对置的贯穿孔243及开口部244，可供锁付元件26穿伸入作定位组装用，以及在振动板241一侧边设有一线槽24b。于本实施例中，振动板241为不锈钢金属材质，压电元件242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241上，并于上连接一电极导线27(如图11A及图11B所示)，以供施加电压驱动压电元件242产生形变，致使振动板241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20的作动。

请参阅图3、图4、图5及图10A、图10B所示，盖体25为金属材质，在中间具有中空空间251，在其上亦贯穿数个锁接孔252，可供锁付元件26穿伸入锁付作定位组装用，以及在盖体25的一表面250上凹设有一线槽25a，而在盖体25一侧边亦设有一线槽25b，供与线槽25a成垂直向连通。

另外，于本实施例中，阀本体21以及阀腔体座23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)、聚缩醛(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。

由上述说明可知，流体输送装置20主要由阀本体21、阀膜片22、阀腔体座23、致动器24及盖体25依序层叠组成，当然每层层叠均可使用超音波熔接、热熔接、胶合粘贴等来组装定位，然使用超音波熔接或热熔接在组装过程可能会有过融的情况，而使用胶合粘贴来组装定位，若是胶合粘贴干的速度较慢会拉长整体组装制程时间，若是胶合粘贴干的速度较快，容易使塑件材的元件脆化，因此本案为了克服上述使用超音波熔接、热熔接、胶合粘贴等来组装定位的问题，乃采用数个锁付元件26锁付定位组装流体输送装置20，而且盖体25采以金属材质制出，不仅可具备数个锁接孔252，可供锁付元件26穿伸入锁付作定位组装用，阀本体21、阀膜片22、阀腔体座23、致动器24及盖体25依序层叠整个结构可以调整更紧密接合的组装定位，不仅具备更佳防漏性，同时也可以提升整体结构强度。

另外，如图11A、图11B及图11C所示，本案采锁付元件26锁付定位组装流体输送装置20结构的设计，在振动板241提供施加电压的电极导线设计上，也可以利用锁付元件26锁付来当作一电极导线，同时振动板241上有贯穿孔243及开口部244的设计，可轻易致使锁付元件26穿伸入其中而接触，当作一电极导线；而在压电元件242的导电方面设计上，不仅利用盖体25的表面250上凹设的线槽25a提供一电极导线27埋入(如图11B所示)，再透过盖体25一侧边成垂直向连通的线槽25b设计埋入，再经过振动板241的线槽24b、阀腔体座23的线槽23b及阀本体21的线槽21b设计(如图11C所示)，进而埋入不外露且在直角垂直向延伸也不受拉扯，以避免受锐利直角板片而折断或受到损伤，提供了压电元件242的电极导线27最佳的保护；另外，流体输送装置20的驱动电路板3架组于其上，可透过驱动电路板3的导体沉孔31穿伸入锁付元件26，直接在锁付元件26上焊接焊点(如图11C所示)，即可使此锁付元件26作为振动板241的一电极导线，直接与振动板241接触导通(如图11A所示)，减少振动板241的电极导线的设置，同时盖体25为金属材质，而锁付元件26锁付锁接孔252，以及盖体25整个面与振动板241接合接触，可增加振动板241导电面积，避免导电不良的问题,亦可同时利用锁付元件26锁付来进行导电性能的微幅调整。

因此，流体输送装置20以阀本体21、阀膜片22、阀腔体座23、致动器24及盖体25依序层叠，再以4个锁付元件26分别经过阀本体21的贯穿孔219、阀腔体座23的贯穿孔239、振动板241的贯穿孔243/开口部244穿入，而与盖体25的锁接孔252锁付定位，进而堆叠完成整个流体输送装置20结构的组装。

再请参阅图4及图5所示，阀本体21的第一组接表面210与阀腔体座23的第二组接表面230相对接合，同时阀膜片22以六个定位孔22c各套置入阀腔体座23的卡榫23a中，而使阀膜片22定位于阀腔体座23上，而阀腔体座23的卡榫23a各对应套入阀本体21的卡榫槽21a中，如此阀膜片22定位设置于阀本体21与阀腔体座23之间，以及阀腔体座23的第三组接表面236与致动器24的振动板241相对应接合，而致动器24的振动板241另一表面与盖体25相对应接合，且致动器24的压电元件242位于盖体25的中空空间251中；如此，入口阀门通道231设置于与阀本体21的入口开口213相对应的位置，而出口阀门通道232则设置于与阀本体21的出口开口214相对应的位置，阀膜片22的阀门片221a封盖阀腔体座235的入口阀门通道231，同时贴合阀腔体座23的凸部结构235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，而阀膜片22的阀门片221b亦封盖阀本体21的出口开口214，同时贴合阀本体21的凸部结构218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；以及致动器24的振动板241封盖阀腔体座23的压力腔室237；同时阀本体21与阀腔体座23之间也利用密封环28a、28b的设置提供对入口开口213及出口开口214周边防止流体渗漏，以及密封环28c、28d的设置提供对入口阀门通道231及出口阀门通道232周边防止流体渗漏，而阀腔体座23与致动器24的振动板241之间也利用密封环28e的设置提供对压力腔室237周边防止流体渗漏。

由上述说明可知，本案流体输送装置20在具体实施流体传输的操作，如图5、图7、图12A及图12B所示，阀腔体座23的第三组接表面236部分凹陷形成的压力腔室237与致动器24的压电元件242相对应设置，压力腔室237同时与入口阀门通道231、出口阀门通道232相连通，因此，当致动器24的压电元件242受施加电压而致动使振动板241上凸变形(如图12A所示)，造成压力腔室237的体积增加，因而产生一推力，使阀膜片22的阀门片221a承受一向上的推力迅速开启，使流体可大量地自阀本体21上的入口通道211被吸取进来，并流经阀本体21的入口开口213、阀膜片22的镂空孔223a、阀腔体座23的入口阀门通道231流至压力腔室237内，于此同时出口阀门通道232内也受到推力，阀膜片22的阀门片221b受此推力作用，借由延伸支架222b的支撑而产生整个向上平贴紧靠于凸部结构218呈现关闭状态；其后，当施加于压电元件242的电场方向改变后，压电元件242将使振动板241下凹变形(如图12B所示)，造成压力腔室237收缩而体积减小，使压力腔室237内流体由出口阀门通道232流出压力腔室237之外，于此同时，同样有部分流体会流入入口阀门通道231内，然而由于此时的阀膜片22的阀门片221a受一吸力作用，以及流体从入口通道211往入口开口213流的冲力作用，借由延伸支架222a的支撑而产生整个向下平贴紧靠于凸部结构235呈现关闭状态，故压力腔室237内流体不会通过阀门片221a而产生逆流的现象，此时阀膜片22亦受到压力腔室237体积增加而产生的吸力作用下，拉引阀门片221b产生位移，失去整个向上平贴紧靠于凸部结构218的预力作用，借由延伸支架222b的支撑而呈现开启状态，此时压力腔室237内流体则可经由阀腔体座23的出口阀门通道232、阀膜片22上的镂空孔223b、阀本体21上的出口开口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，重复图12A及图12B所的操作以进行流体的输送，如此采用本案流体输送装置20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、致动器及盖体依序层叠，再以数个锁付元件锁付定位组装而成，不仅整个结构可以调整更紧密接合的组装定位，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，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，同时采锁付元件锁付定位组装流体输送装置结构的设计，在振动板提供施加电压的导线设计上减少电极导线设置，同时利用金属材质盖板与振动板整面贴合接触在与锁付元件导接，可增加振动板导电面积，避免导电不良的问题,亦可利用锁付元件锁付来进行导电性能的微幅调整，且利用盖体的表面上凹设的线槽提供一电极导线埋入，再透过盖体一侧边成垂直向连通的线槽设计埋入，再经过振动板的线槽、阀腔体座的线槽及阀本体的线槽设计，进而埋入不外露且在直角垂直向延伸也不受拉扯，以避免受锐利直角板片而折断或受到损伤，提供了压电元件的电极导线最佳的保护。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】

10：微泵结构 11：基板

111:压缩室 12：隔层膜

13：入口通道 14：传动块

15：微致动器 16：出口通道

17：入口扩流器 18：出口扩流器

191：入口流道 192：出口流道

X、Y：流动方向 20：流体输送装置

21：阀本体

210：第一组接表面 211：入口通道

212：出口通道 213：入口开口

214：出口开口 215：对接区域

216、217：凹槽 218：凸部结构

219：贯穿孔 21a：卡榫槽

21b：线槽 22：阀膜片

22a、22b：贯穿区域 221a、221b：阀门片

222a、222b：延伸支架 223a、223b：镂空孔

22c：定位孔 23：阀腔体座

230：第二组接表面 231：入口阀门通道

232：出口阀门通道 233、234、238：凹槽

235：凸部结构 236：第三组接表面

237：压力腔室 239：贯穿孔

23a：卡榫 23b：线槽

24：致动器 24b：线槽

241：振动板 242：压电元件

243：贯穿孔 244：开口部

25：盖体 250：盖体的表面

251：中空空间 252：锁接孔

25a、25b：线槽 26：锁付元件

27：电极导线 28a、28b、28c、28d、28e：密封环

3：驱动电路板 31：导体沉孔