流体驱动系统的制作方法

本发明涉及一种流体驱动系统，尤其涉及一种电性连接至压电元件的信号传导层具有较佳的被保护性的流体驱动系统。

背景技术：

压电泵是一种新型的流体驱动器，其无需附加驱动电机，仅通过电陶瓷的逆压电效应便能使压电振子产生变形，再依据前述变形产生泵腔的容积变化以实现流体输出，或者通过压电振子产生波动来传输流体，因此压电泵已逐渐取代传统泵而广泛地应用于电子、生医、航太、汽车以及石化等产业。

一般来说，压电泵是由压电元件以及泵体所组成，其中当通电至压电元件时，压电元件会在电场作用下径向压缩，并于其内部产生拉应力而弯曲变形。当压电元件正向弯曲时，泵体的腔室(以下称泵腔)的容积便会增大，使得泵腔内的压力减小，以令流体自入口流入泵腔。另一方面，当压电元件向反向弯曲时，泵腔的容积减小，使得泵腔内的压力增大，以令泵腔内的流体被挤压而自出口排出。目前，用来供电至压电元件的电路结构通常为多层结构，且位于泵体外部，整体体积较大且较容易受损。

技术实现要素：

本发明提供一种流体驱动系统，其用以电性连接至压电元件的信号传导层，具有较佳的被保护性。

本发明的一种流体驱动系统，包括致动单元、压电元件、信号传导层、平面单元及凸出部。压电元件包括电性隔绝的第一电极及第二电极。信号传导层包括第一传导区及第二传导区，压电元件的第一电极导通于信号传导层的第一传导区，压电元件的第二电极导通于信号传导层的第二传导区。平面单元具有至少一孔，其中压电元件、信号传导层及平面单元分别位于致动单元的同一侧。凸出部位于致动单元与平面单元之间，凸出部对应于孔且朝向孔凸出。

在本发明的一实施例中，上述的压电元件具有一通孔，凸出部穿设于通孔并固定至致动单元。

在本发明的一实施例中，上述的凸出部被压电元件环绕。

在本发明的一实施例中，上述的致动单元、压电元件、信号传导层及平面单元依序堆叠。

在本发明的一实施例中，上述的压电元件具有相对的第一面与第二面，第一电极及第二电极分别位于第一面与第二面，压电元件的第一面朝向致动单元，致动单元为导体，压电元件的第一电极通过致动单元导通于信号传导层的第一传导区。

在本发明的一实施例中，上述的流体驱动系统还包括框体，致动单元包括第一中央区、第一周围区及连接于第一中央区及第周围区的多个第一连接区，凸出部及压电元件固定于致动单元的第一中央区，框体固定于致动单元的第一周围区。

在本发明的一实施例中，上述的框体在朝向于平面单元的表面共平面于压电元件在朝向于平面单元的表面。

在本发明的一实施例中，上述的致动单元包括第一中央区、第一周围区及连接于第一中央区及第一周围区的多个第一连接区，第一周围区在朝向于平面单元的表面共平面于压电元件在朝向于平面单元的表面。

在本发明的一实施例中，上述的流体驱动系统还包括传导单元，位于压电元件与平面单元之间，传导单元包括对应于压电元件的第二中央区及位于第二中央区之外的第二周围区，第一传导区形成于传导单元的第二中央区，第二传导区形成于传导单元的第二周围区。

在本发明的一实施例中，上述的流体驱动系统还包括承载件，配置于致动单元的第一周围区与平面单元之间，承载件朝向平面单元的表面共平面于凸出部在朝向于平面单元的表面。

在本发明的一实施例中，上述的流体驱动系统还包括传导单元，位于压电元件与平面单元之间，承载件配置于传导单元与平面单元之间。

在本发明的一实施例中，上述的承载件与传导单元为一体。

在本发明的一实施例中，上述的致动单元、信号传导层、压电元件及平面单元依序堆叠。

在本发明的一实施例中，上述的流体驱动系统还包括传导单元，第一传导区与第二传导区形成于传导单元上，传导单元位于致动单元与压电元件之间，压电元件包括朝向传导单元的第一面，第一电极及第二电极位于第一面。

在本发明的一实施例中，上述的传导单元是选用可挠性或软性印刷电路板(flexibleprintedcircuitboard，fpcb)。

在本发明的一实施例中，上述的致动单元与凸出部为一体。

基于上述，本发明的流体驱动系统的压电元件、信号传导层及平面单元分别位于致动单元的同一侧。由于用以电性连接于压电元件的第一电极与第二电极的信号传导层位于致动单元与平面单元之间，信号传导层形成在流体驱动系统的内部而具有较佳的被保护性。此外，一般而言，流体驱动系统的中央区(也就是各层对应于阀片的孔处)的部位，可说是流体驱动系统的主要功能区。本发明的流体驱动系统将凸出部配置于致动单元与平面单元之间，凸出部对应于孔且朝向孔凸出。如此一来，本发明的流体驱动系统在中央位置的可动构件可以只有致动单元、凸出部与平面单元，换句话说，本发明的流体驱动系统在中央位置的可动构件数量少，而使得流体驱动系统具有较小的公差，进而具有良好的精度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的第一实施例的一种流体驱动系统的示意图。

图2是图1的流体驱动系统的另一视角的示意图。

图3是图1的流体驱动系统的爆炸示意图。

图4是图3的另一视角的示意图。

图5a是图1的流体驱动系统的剖面示意图。

图5b是图1的流体驱动系统的凸出部与压电元件的俯视示意图。

图5c至图5d分别是依照本发明的多个实施例的凸出部与压电元件的俯视示意图。

图6是依照本发明的第二实施例的一种流体驱动系统的爆炸示意图。

图7是图6的流体驱动系统的另一视角的示意图。

图8是图6的流体驱动系统的剖面示意图。

图9是依照本发明的第三实施例的一种流体驱动系统的爆炸示意图。

图10是图9的流体驱动系统的另一视角的示意图。

图11是图9的流体驱动系统的剖面示意图。

图12是依照本发明的第四实施例的一种流体驱动系统的剖面示意图。

图13是依照本发明的第五实施例的一种流体驱动系统的剖面示意图。

附图标记说明：

100、100a、100b、100c、100d：流体驱动系统；

110、110b、110d：致动单元；

112：第一中央区；

113b、115：凸台；

114、114b：第一周围区；

116：第一连接区；

120：框体；

130、130’、130”：压电元件；

131：通孔；

132：第一面；

134：第一电极；

136：第二面；

138：第二电极；

140、140a、140b：传导单元；

141：第二中央区；

142：穿槽；

143、143a：第二周围区；

144：开孔；

145：信号传导层；

146：第二导电区；

147：第一导电区；

148：第二传导区；；

149：第一传导区；

150、150b、150c：承载件；

152：凹陷部；

155：凸出部；

160：平面单元；

162：第四中央区；

163：穿槽；

164：第四周围区；

166：孔；

170：导流件；

172：第五中央区；

174：第五周围区；

175：凹槽；

176：贯孔；

178：流道。

具体实施方式

图1是依照本发明的第一实施例的一种流体驱动系统的示意图。图2是图1的流体驱动系统的另一视角的示意图。图3是图1的流体驱动系统的爆炸示意图。图4是图3的另一视角的示意图。图5a是图1的流体驱动系统的剖面示意图。图5b是图1的流体驱动系统的凸出部与压电元件的俯视示意图。请参阅图1至图5b，本实施例的流体驱动系统100包括致动单元110、压电元件130、信号传导层145、平面单元160及凸出部155。下面对流体驱动系统100进行详细地说明。

请参阅图3与图4，在本实施例中，致动单元110包括第一中央区112、第一周围区114及连接于第一中央区112及第一周围区114的多个第一连接区116。第一中央区112可相对于第一周围区114运动。此外，在本实施例中，致动单元110的材质可包括金属或合金，具有可挠曲的特性，但致动单元110的材质不以此为限制。当然，在其他实施例中，致动单元110也可以只有局部具有导电性，例如是第一中央区112、第一周围区114与第一周围区114的局部位置。

在本实施例中，压电元件130具有相对的第一面132与第二面136，且包括电性隔绝的第一电极134(示出于图3)及第二电极138(示出于图4)。第一电极134及第二电极138分别位于第一面132与第二面136。第一电极134及第二电极138的其中一者为正极，另一者为负极。

在本实施例中，压电元件130的第一面132朝向致动单元110。更明确地说，在本实施例中，压电元件130固定于致动单元110的第一中央区112，当压电元件130被通电时会运动，而可带动致动单元110的第一中央区112运动。此外，在本实施例中，压电元件130的形状可为片状或任意几何外形，且压电元件130的轮廓为弧形、多角形、矩形、多边形等，压电元件130的形状并不以此为限制。

在本实施例中，信号传导层145包括电性隔绝的第一传导区149及第二传导区148。更明确地说，在本实施例中，流体驱动系统100还包括传导单元140，传导单元140位于压电元件130与平面单元160之间。传导单元是选用可挠性或软性印刷电路板(flexibleprintedcircuitboard，fpcb)。传导单元140包括由多个穿槽142围绕出且对应于压电元件130的第二中央区141及位于第二中央区141之外的第二周围区143。第一传导区149与第二传导区148分别形成于传导单元140上。更明确地说，第二传导区148形成于传导单元140的第二中央区141，第一传导区149形成于传导单元140的第二周围区143。传导单元140上的第一传导区149与第二传导区148是互相电性隔离绝缘，不会电性连接。

在本实施例中，压电元件130的第一电极134导通于信号传导层145的第一传导区149，压电元件130的第二电极138导通于信号传导层145的第二传导区148。如图4与图5所示，在本实施例中，第二传导区148通过第二导电区146导通于压电元件130的第二电极138。此外，如图3与图5所示，在本实施例中，致动单元110为导体，压电元件130的第一电极134通过致动单元110导通于信号传导层145的第一传导区149。

更明确地说，请回到图3，在本实施例中，流体驱动系统100还包括框体120，框体120位在致动单元110的第一周围区114与传导单元140的第二周围区143之间。在本实施例中，压电元件130的第一电极134接触到具有导电性的致动单元110的第一中央区112，框体120固定于致动单元110的第一周围区114，传导单元140的第一导电区147位于传导单元140的第二周围区143，第一导电区147连接于传导区149。框体120例如是金属材质。

上述配置使得压电元件130的第一电极134、致动单元110的第一中央区112、第一连接区116、第一周围区114、框体120、第一导电区147及第一传导区149之间形成一导通路径。因此，压电元件130的第一电极134可导通于传导单元140的第一传导区149。

当然，在其他实施例中，第一传导区149与第二传导区148也可以是两条一般形式的导线，也可以直接连接压电元件130的第一电极134与第二电极138，第一传导区149与第二传导区148并不一定要形成在传导单元140上，第一传导区149与第二传导区148也不一定要形成在同一层，压电元件130的第一电极134与第一传导区149之间也不一定要通过致动单元110与框体120来导通，结构上不以上述为限制，只要第一传导区149与第二传导区148导通于压电元件130的第一电极134与第二电极138即可。

另外，在本实施例中，压电元件130具有一通孔131。传导单元140具有对应通孔131的一开孔144。凸出部155穿设于压电元件130的通孔131与传导单元140的开孔144，且固定至致动单元110的第一中央区112。在本实施例中，凸出部155被压电元件130与传导单元140环绕。

一般而言，流体驱动系统的中央区(也就是可以运动的各层对应于阀片的孔处)的部位，可说是流体驱动系统的主要功能区。如图5a所示，本实施例的流体驱动系统100将凸出部155配置于致动单元110与平面单元160之间，凸出部155对应于孔166且朝向孔166凸出。如此一来，流体驱动系统100在中央位置的可动构件可以只有致动单元110、凸出部155与平面单元160。因此，在本实施例中，流体驱动系统100在中央位置的可动构件数量较少，而使得流体驱动系统100在主要功能区可具有较小的公差，进而具有良好的精度。

请继续回到图3，在本实施例中，平面单元160为一阀片，但平面单元160的形式不以此为限制。平面单元160包括三个形状为弧形的穿槽163，这些围绕出圆形的第四中央区162并区分出位在第四中央区162之外的第四周围区164，平面单元160还包括形成于第四中央区162的孔166。在本实施例中，第四中央区162的位置对应于压电元件130的位置。在其他实施例中，平面单元160的穿槽163的数量以及形状并不以此为限制。此外，平面单元160的材质可为金属或非导电性材质，但平面单元160的材质并不以此为限制。

另外，如图3所示，在本实施例中，流体驱动系统100还包括一导流件170，平面单元160位于压电元件130与导流件170之间。在本实施例中，导流件170包括由多个凹槽175围绕出且对应于压电元件130的第五中央区172、位于第五中央区172之外的第五周围区174、贯穿导流件170的三个贯孔176及分别连通于这三个贯孔176的三个流道178。当然，导流件170的贯孔176与流道178的数量并不以此为限制。

在本实施例中，导流件170的第五周围区174贴附至平面单元160的第四周围区164，平面单元160的第四中央区162可相对于第四周围区164运动。此外，在本实施例中，导流件170的材质可包括金属或合金，但导流件170的材质并不以此为限制。

值得一提的是，在本实施例中，压电元件130、信号传导层145及平面单元160分别位于致动单元110的同一侧且依序堆叠。换句话说，在本实施例中，压电元件130与信号传导层145会位于致动单元110与平面单元160之间。由于信号传导层145主要是形成在流体驱动系统100的内部。如此，本实施例的流体驱动系统100可对信号传导层145具有较佳的保护性。

此外，由图5a可见，在本实施例中，框体120在朝向于平面单元160的表面共平面于压电元件130在朝向于平面单元160的表面。由于框体120的下表面与压电元件130的下表面齐平，在组装的时候，操作者可一次性地将传导单元140贴在框体120的下表面与压电元件130的下表面上，而无需分段进行，组装上较为方便，且可确保传导单元140的平整度。

另外，由图5a可见，在本实施例中，流体驱动系统100还包括一承载件150，配置于致动单元110的第一周围区114与平面单元160的第四周围区164之间。更明确地说，承载件150配置于传导单元140的第二周围区143与平面单元160的第四周围区164之间。在本实施例中，框体120的厚度、传导单元140的厚度、及承载件150的厚度的总和实质上相同于凸出部155的厚度。因此，承载件150朝向平面单元160的表面共平面于凸出部155在朝向于平面单元160的表面。

如此，当流体驱动系统100组装完成之后，凸出部155可抵住平面单元160在靠近孔166处的部位，而可确保在某一个作动的时刻(例如是图5的时刻)，凸出部155抵住孔166，而使流体(未示出)不通过孔166。

要说明的是，在本实施例的流体驱动系统100中，导通于压电元件130的信号传导层145被设置在位于致动单元110与平面单元160之间的单一件传导单元140上。由于信号传导层145制作在单一件传导单元140上，相较于现有的流体驱动系统具有多层的信号传导层，本实施例的流体驱动系统100也具有较小的整体厚度，组装上也较为简单方便。此外，由于传导单元140主要是位于流体驱动系统100的内部，而提供了信号传导层145较佳的保护。

值得一提的是，如图5b所示，在本实施例中，压电元件130呈环形而使得凸出部155连续地被压电元件130包围。但压电元件130的形状、数量、压电元件130与凸出部155之间的配置关系并不以此为限制。

图5c至图5d分别是依照本发明的多个实施例的凸出部与压电元件的俯视示意图。请先参阅图5c，在本实施例中，压电元件130’呈c形，而具有一开口。凸出部155位于压电元件130’之内，且不连续地被压电元件130’包围。请再参阅图5d，在本实施例中，流体驱动系统可具有两个压电元件130”，各压电元件130”呈弧形。凸出部155位于两压电元件130”之内，且不连续地被压电元件130”包围。

下面将介绍其他形式的流体驱动系统100a、100b、100c、100d。与前一实施例相同或相近的元件以相同或相近的符号表示，不再多加赘述，下面仅就不同实施例之间的主要差异之处进行说明。

图6是依照本发明的第二实施例的一种流体驱动系统的爆炸示意图。图7是图6的流体驱动系统的另一视角的示意图。图8是图6的流体驱动系统的剖面示意图。请参阅图6至图8，本实施例的流体驱动系统100a与前一实施例的流体驱动系统100的主要差异在于，在前一实施例中，如图5a所示，传导单元140在第二中央区141的厚度相同于第二周围区143的厚度，且承载件150配置于传导单元140a的第二周围区143与平面单元160之间。

在本实施例中，如图8所示，传导单元140a具有不同的厚度，特别是在传导单元140a的第二中央区141的厚度小于第二周围区143a的厚度。在本实施例中，传导单元140a可以看成是将图5a中传导单元140的第二周围区143与承载件150成为一体的结构。因此，在本实施例中，凸出部155的下表面与传导单元140a在第二周围区143a的下表面齐平。

图9是依照本发明的第三实施例的一种流体驱动系统的爆炸示意图。图10是图9的流体驱动系统的另一视角的示意图。图11是图9的流体驱动系统的剖面示意图。请参阅图9至图11，本实施例的流体驱动系统100b与图5a的实施例的流体驱动系统100的差异在于，在图5a的实施例中，致动单元110的第一中央区112的厚度与第一周围区114的厚度相同。此外，在图5a的实施例中，承载件150所分布的区域对应于传导单元140的第二周围区143所分布的区域。也就是说，在图5a的实施例中，承载件150是叠置于传导单元140的第二周围区143。

如图10所示，在本实施例中，致动单元110b在第一中央区112的朝向压电元件130的表面(下表面)具有凸台113b。此外，如图11所示，致动单元110b的第一周围区114b的下表面齐平于凸台113b的下表面。在本实施例中，凸台113b穿过压电元件130的通孔131，且压电元件130的下表面齐平于凸台113b的下表面。

此外，如图11所示，在本实施例中，传导单元140b的第二周围区143的外轮廓小于等于承载件150b的内轮廓，而使得传导单元140b可位于承载件150b之内，而使得传导单元140b与承载件150b在大部分的区域是不交叠的。承载件150b直接接触于致动单元110b的第一周围区114b。在本实施例中，凸出部155配置于凸台113b，且凸出部155的下表面齐平于承载件150b的下表面。在本实施例中，凸出部155的厚度实质上相同于承载件150b的厚度。因此，凸出部155与承载件150b可由同一件物件来制作，以使凸出部155与承载件150b具有高精度。

值得一提的是，如图9所示，在本实施例中，承载件150b具有一凹陷部152，承载件150b在凹陷部152的厚度会小于承载件150b在其他部位的厚度，凹陷部152用来使传导单元140b的一部分放置于其上。因此，凹陷部152缩减的厚度实质上相同于传导单元140b的厚度。当然，在其他实施例中，承载件150b在对应于凹陷部152的区域也可以挖空(而不具有此部分)，以供传导单元140b的一部分通过，承载件150b的形式不限于此。

图12是依照本发明的第四实施例的一种流体驱动系统的剖面示意图。请参阅图12，本实施例的流体驱动系统100c与图11的流体驱动系统100b的主要差异在于，在图11的流体驱动系统100b中，致动单元110b具有多个厚度。此外，在图11的流体驱动系统100b的中央部位中，致动单元110b、压电元件130、具有信号传导层的传导单元140b及平面单元160依序堆叠。

在本实施例的流体驱动系统100c中，致动单元110具有单一的厚度。此外，在图12的流体驱动系统100c的中央部位中，传导单元140b位于致动单元110与压电元件130之间。也就是说，在本实施例的流体驱动系统100c中，致动单元110、具有信号传导层的传导单元140b、压电元件130及平面单元160依序堆叠。

此外，在本实施例中，压电元件130的第一电极134及第二电极138位于朝向传导单元140b的表面(压电元件130的上表面)，且第一电极134及第二电极138彼此电性隔离。传导单元140b包括位于下表面且绝缘于彼此的第一导电区147与第二导电区146，传导单元140b的第一导电区147与第二导电区146分别对应于压电元件130的第一电极134及第二电极138，而使得压电元件130导通于传导单元140。

在本实施例中，由于压电元件130直接接触且导通于传导单元140，压电元件130并非通过致动单元110导通于传导单元140，因此，致动单元110的材质可以不是金属，例如致动单元110的材质可以是陶瓷或塑胶，但不以此为限制。

此外，在本实施例中，由于凸出部155的厚度实质上相同于承载件150c的厚度。因此，凸出部155与承载件150c可由同一件物件来制作，以使凸出部155与承载件150c具有高精度。

图13是依照本发明的第五实施例的一种流体驱动系统的剖面示意图。请参阅图13，本实施例的流体驱动系统100d与图12的流体驱动系统100c的主要差异在于，在本实施例中，致动单元110d可看成是图12的致动单元110、凸出部155及承载件150c为一体的结构。如此一来，不但致动单元110d在对应于孔166的凸台115的部位与承载件150c的部位可以是一体制作而具有良好的高度精度。流体驱动系统100d在中央位置的可动构件数量可更少(只有致动单元110d)，而使得流体驱动系统100d具有较小的公差，进而具有良好的精度。

综上所述，本发明的流体驱动系统的压电元件、信号传导层及平面单元分别位于致动单元的同一侧。由于用以电性连接于压电元件的第一电极与第二电极的信号传导层位于致动单元与平面单元之间，信号传导层形成在流体驱动系统的内部而具有较佳的被保护性。此外，一般而言，流体驱动系统的中央区(也就是各层对应于阀片的孔处)的部位，可说是流体驱动系统的主要功能区。本发明的流体驱动系统将凸出部配置于致动单元与平面单元之间，凸出部对应于孔且朝向孔凸出。如此一来，本发明的流体驱动系统在中央位置的构件可以只有致动单元、凸出部与平面单元，换句话说，本发明的流体驱动系统在中央位置的构件数量少，而使得流体驱动系统具有较小的公差，进而具有良好的精度。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。