微型流体输送装置的制作方法

本案关于一种微型流体输送装置，尤指一种微型、静音及快速传输高流量流体的微型流体传输装置。

背景技术：

目前于各领域中，无论是医药、电脑科技、打印、能源等产业，产品均朝精致化及微小化方向发展，其中，微型流体输送装置为其关键技术。因此，如何借由创新结构突破其技术瓶颈，为发展的重要内容。举例来说，于医药产业中，许多需要采用流体动力驱动的仪器或设备，例如，血压器，通常采用传统马达以及流体阀来达成其流体输送的目的。然而，由于受限于传统传统马达以及流体阀的体积限制，使得此类的仪器设备难以缩小其整体装置的体积，故难以实现薄型化的目标，更无法达成可携式的目的。此外，传统马达以及流体阀有着于作动时会产生噪音的问题，因而导致使用上的不便利及不舒适。

为了发展一种可改善上述已知技术缺失，使采用流体传输装置的仪器或设备达到体积小、微型化、静音，且能同时具备快速传输高流量流体的功效，本案提供一种微型流体输送装置，以供产业上利用。

技术实现要素：

本案的主要目的是提供一种微型流体输送装置，借由一汇流板在其相对两侧整合相互对应的两阀片、两腔板以及两微型泵，以快速输出高流量的流体。利用微型泵，以压电制动器的高频振动来产生流体波动，并在微型泵内的流道产生压力梯度，使流体高速流动。此外，微型泵以压电制动器驱动流体传输时所产生的噪音非常小。再者，阀片为可动薄片，借由搭配汇流板的结构设计，阀片可因压力差而被动作为流道的开关，使流体可单方向流动，并且流体可在流道内累积压力后于汇流板集流输出。当微型泵未被驱动时，流体可借由汇流板及阀片的配合，快速被排出至汇流板外部以完成泄压作业。如此，本案所提供的微型流体输送装置暨能达到薄型化且噪音小的功效，又具备快速传输高流量的流体的效益。

本案的一较广义实施态样为一种微型流体输送装置，包含：一汇流板、两阀片、两腔板以及两微型泵。汇流板具有一第一表面、一第二表面、一汇流通道以及一泄流通道。汇流板的第二表面与汇流板的第一表面相对设置。汇流板的第一表面设置有一第一汇流槽、一第一泄流板凸部以及一第一泄流槽。第一泄流板凸部凸设于第一泄流槽中且周围由第一泄流槽围绕。第一汇流槽与第一泄流槽之间具有一第一连通槽供与连通。第二表面设置有一第二汇流槽、一第二泄流板凸部以及一第二泄流槽。第二泄流板凸部凸设于第二泄流槽中且周围由第二泄流槽围绕。第二汇流槽与第二泄流槽之间具有一第二连通槽供与连通。汇流通道连通一汇流出口，并连通在第一汇流槽及第二汇流槽之间。又泄流通道连通一泄流出口，并连通在第一泄流板凸部及第二泄流板凸部相互对应中心处。两阀片分别为第一阀片及第二阀片。第一阀片承置于汇流板的第一表面上，且对应于第一汇流槽处设有一第一阀孔。第一阀片抵触于第一泄流板凸部而封闭泄流通道。而第二阀片承置于汇流板的第二表面上，且对应于第二泄流槽处设有一第二阀孔。第二阀片抵触于第二汇流板凸部而封闭泄流通道。两腔板分别为第一腔板及第二腔板。第一腔板具有一第一组接表面、一第一腔板凹槽、一第一腔板凸部以及至少一第一连通道。第一腔板凸部设置于第一组接表面上，且第一组接表面承置于第一阀片上，使得第一腔板凸部抵触第一阀片而封闭第一阀孔。第一连通道自第一组接表面贯穿至第一腔板凹槽。第二腔板具有一第二组接表面、一第二腔板凹槽、一第二腔板凸部以及至少一第二连通道。第二腔板凸部设置于第二组接表面上，且第二组接表面承置于第二阀片上，使得第二腔板凸部抵触第二阀片而封闭第二阀孔。第二连通道自第二组接表面贯穿至第二腔板凹槽。两微型泵分别为第一微型泵及第二微型泵。第一微型泵置设定位于第一腔板的第一腔板凹槽中，并封闭第一腔板凹槽，供以运作并输送流体至其中。第二微型泵置设定位于第二腔板的第二腔板凹槽中，并封闭第二腔板凹槽，供以运作并输送流体至其中。借此，第一微型泵以及第二微型泵同时运作时，分别供输流体至第一腔板的第一腔板凹槽中以及第二腔板的第二腔板凹槽中。接着，流体通过第一腔板以及第二腔板的第一连通道及第二连通道后分别推动第一阀片及第二阀片，促使第一阀片自第一腔板的第一腔板凸部分离，以及促使第二阀片自第二腔板的第二腔板凸部分离，使得流体得以分别通过第一阀片的第一阀孔以及第二阀片的第二阀孔，进而流通至汇流板的汇流通道中以集压于汇流出口流出。

【附图说明】

图1所示为本案微型流体输送装置的立体外观示意图。

图2所示为本案微型流体输送装置的俯视示意图。

图3所示为本案微型流体输送装置的立体分解示意图。

图4所示为图2的微型流体输送装置于C-C剖面线所视得的剖面示意图。

图5A所示为本案微型流体输送装置的汇流板自俯视角度所视得的立体示意图。

图5B所示为本案微型流体输送装置的汇流板自仰视角度所视得的立体示意图。

图6A所示为本案微型流体输送装置的第一阀片自俯视角度所视得的立体示意图。

图6B所示为本案微型流体输送装置的第一阀片自仰视角度所视得的立体示意图。

图7A所示为本案微型流体输送装置的第一腔板自俯视角度所视得的立体示意图。

图7B所示为本案微型流体输送装置的第一腔板自仰视角度所视得的立体示意图。

图8A所示为本案微型流体输送装置的第一微型泵自俯视角度所视得的立体分解示意图。

图8B所示为本案微型流体输送装置的第一微型泵自仰视角度所视得的立体分解示意图。

图9A所示为本案微型流体输送装置的第一微型泵的剖面示意图。

图9B至图9D所示为图9A中本案微型流体输送装置的第一微型泵的作动示意图。

图10A所示为图4的微型流体输送装置的作动示意图。

图10B所示为图4的微型流体输送装置的作动后汇流板集流示意图。

图10C所示为图4的微型流体输送装置的泄压作业示意图。

【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当作说明的用，而非用以限制本案。

请参阅图1、图2、图3、图5A以及图5B，本案提供一种微型流体输送装置，包含有一汇流板1、两阀片2a、2b、两腔板3a、3b及两微型泵4a、4b。汇流板1具有一第一表面10a以及一第二表面10b，且第一表面10a及第二表面10b为相对设置的两个表面。阀片2a、腔板3a及微型泵4a依序堆叠并定位组装于汇流板1的第一表面10a上，以及阀片2b、腔板3b及微型泵4b依序堆叠并定位组装于汇流板1的第二表面10b上，以组构成如图4所示微型流体输送装置的整体结构。两微型泵4a、4b受驱动控制，用以输送流体至汇流板1，并且流体在汇流板1内集流后，被快速地输出。在本实施例中，汇流板1、阀片2a、2b、腔板3a、3b以及微型泵4a、4b皆为方形形态，但不以此为限。

值得注意的是，由于第一阀片2a与第二阀片2b的结构相同且其设置方式互相对应，第一腔板3a与第二腔板3b的结构相同且其设置方式互相对应，以及第一微型泵4a与第二微型泵4b的结构相同且其设置方式互相对应。因此，以下将只针对第一阀片2a、第一腔板3a以及做第一微型泵4a进一步的叙述。

请参阅图3、图4、图5A以及图5B，汇流板1更具有一汇流通道11、一泄流通道12、一汇流出口17、一泄流出口18以及多个卡榫孔19。汇流通道11以及泄流通道12分别自第一表面10a贯穿至第二表面10b。第一表面10a设置有一第一汇流槽13、一第一泄流板凸部14、一第一泄流槽15以及一第一连通槽16。第一汇流槽13、第一泄流槽15以及第一连通槽16凹陷设置在第一表面10a。第一泄流板凸部14凸设于第一泄流槽15中，且周围由第一泄流槽15围绕。第一连通槽16连通第一汇流槽13以及第一泄流槽15。汇流通道11连通设置在第一表面10a的第一汇流槽13以及相对设置在第二表面10b的一第二汇流槽13。泄流通道12连通设置在第一表面10a的第一泄流板凸部14以及相对设置在第二表面10b的一第二泄流板凸部14的相互对应中心处。汇流出口17连通汇流通道11以及微型流体输送装置的外部。泄流出口18连通泄流通道12以及微型流体输送装置的外部。部分的卡榫孔19凹设于第一表面10a上。在本实施例中，汇流板1具有四个卡榫孔19，且分别设置于汇流板1的四个角落处，但不以此为限。在其他实施例中，卡榫孔19的数量可依照实际需求变动。值得注意的是，由于第一表面10a所设置的结构与第二表面10b上所设置的结构相同且互相对应，因此，本揭露只针对第一表面10a所设置的结构做进一步的叙述，第二表面10b所对应设置的结构，例如：第二汇流槽13、第二泄流板凸部14、一第二泄流槽15以及一第二连通槽16，将不加赘述。

请参阅图4、图6A以及图6B，第一阀片2a具有一第一接触面20、一第二接触面21、一第一阀孔22、一汇流凹部片23、一泄流凹部片24以及多个定位孔25。第一接触面20及第二接触面21为相对设置的两个表面。汇流凹部片23以及泄流凹部片24设置于第一阀片2a的第一接触面20以及第二接触面21之间，且汇流凹部片23以及泄流凹部片24不凸出于第一阀片2a的第一接触面20以及第二接触面21。第一阀孔22设置于并贯穿第一阀片2a的汇流凹部片23，且与汇流板1的第一汇流槽13相对应设置。第一阀片2a的泄流凹部片24抵触于汇流板1的第一泄流板凸部14而常态封闭汇流板1的泄流通道12。定位孔25自第一阀片2a的第一接触面20贯穿至第二接触面21。定位孔25在位置上分别对准汇流板1的卡榫孔19。在本实施例中，第一阀片2a具有四个定位孔25，在其他实施例中，定位孔25的数量可依照实际需求变动。值得注意的是，由于第一阀片2a的结构与第二阀片2b的结构相同，且其细部结构的设置方式互相对应，因此，本案仅针对第一阀片2a结构做进一步的叙述，第二阀片2b的对应结构，例如：一第二阀孔22，将不加赘述。

请参阅图4、图7A及图7B，第一腔板3a具有一第一组接表面30、一第一腔板凹槽31、一第一腔板凸部32、至少一第一连通道33以及多个卡榫34。第一组接表面30与第一腔板凹槽31分别设置在第一腔板3a的相对应两侧。第一腔板凸部32凸出于第一组接表面30，且第一组接表面30承置第一阀片2a上，使得第一腔板凸部32抵触于第一阀片2a的汇流凹部片23而常态封闭第一阀孔22a。至少一第一连通道33自第一组接表面30向第一腔板凹槽31延伸并贯穿第一腔板3a，使得至少一第一连通道33与第一腔板凹槽31相连通。在本实施例中，第一腔板3a具有三个第一连通道33，但不以此为限。在其他实施例中，至少一第一连通道33的数量可依照实际需求变动。在本实施例中，三个第一连通道33以等角度差排列围绕第一腔板凸部32设置。在其他实施例中，第一连通道33的排列方式可以依照实际需求做不同的变化。

请参阅图4、图5A、图5B、图6A、图6B、图7A及图7B，卡榫34凸设于第一组接表面30之上，且在位置上分别与汇流板1的卡榫孔19以及第一阀片2a的定位孔25相对准。利用第一腔板3a的卡榫34分别伸入第一阀片2a的定位孔25以及汇流板1的卡榫孔19，使第一阀片2a承置定位于汇流板1的第一表面10a上，以及使第一组接表面30承置于第一阀片2a上。在本实施例中，第一腔板3a具有四个卡榫34，但不以此为限。在其他实施例中，卡榫34的数量可依照实际需求做变动。在本实施例中，汇流板1的卡榫孔19、第一阀片2a的定位孔25以及第一腔板3a的卡榫34的数量互相对应。在其他实施例中，汇流板1的卡榫孔19、第一阀片2a的定位孔25以及第一腔板3a的卡榫34的数量可以不互相对应。值得注意的是，由于第一腔板3a的结构与第二腔板3b的结构相同，且其细部结构的设置方式互相对应，因此，本案仅针对第一腔板3a结构做进一步的叙述，第二腔板3b的对应结构，例如：一第二组接表面30、一第二腔板凹槽31、一第二腔板凸部32、至少一第二连通道33，将不加赘述。

请参阅图4、图8A、图8B以及图9A，在本实施例中，第一微型泵4a以及第二微型泵4b分别为一流体泵，但不以此为限。值得注意的是，由于第一微型泵4a的结构与第二微型泵4b的结构相同，且其细部结构的设置方式互相对应，因此，以下将只针对第一微型泵4a结构做进一步的叙述，第二微型泵4b的结构在此将不加赘述。第一微型泵4a设置在第一腔板3a的第一腔板凹槽31中，并封闭第一腔板凹槽31，供以运作并输送流体至第一腔板3a中。第一微型泵4a包括一进流板41、一共振片42、一压电致动器43、一第一绝缘片44、一导电片45以及一第二绝缘片46。进流板41、共振片42、压电致动器43、第一绝缘片44、导电片45以及第二绝缘片46是依序堆叠组合。

请继续参阅图4、图8A、图8B以及图9A，进流板41具有至少一进流孔41a、至少一汇流排孔41b以及一汇流腔室41c。至少一汇流排孔41b是对应至少一进流孔41a而设置。进流孔41a供导入流体，汇流排孔41b引导自进流孔41a导入的流体汇流至汇流腔室41c。共振片42具有一中空孔洞42a以及一可动部42b。中空孔洞42a对应于进流板41的汇流腔室41c而设置。可动部42b围绕中空孔洞42a而设置。共振片42与压电致动器43共同形成一共振腔室47于其之间。因此，当压电致动器43被驱动时，流体会由进流板41的至少一进流孔41a导入，流经至少一汇流排孔41b汇集至汇流腔室41c，再流经共振片42的中空孔洞42a，使得压电致动器43与共振片42的可动部42b产生共振以传输流体。

请参阅图8A、图8B以及图9A，压电致动器43包括一悬浮板43a、一外框43b、至少一支架43c以及一压电片43d。在本实施例中，悬浮板43a具有一正方形形态，并可弯曲震动，但不以此为限。悬浮板43a具有一凸部43f。在本实施例中，悬浮板43a的所以采用正方形形态设计，乃由于相较于圆形的形态，正方形悬浮板43a的结构明显具有省电的优势。在共振频率下操作的电容性负载，其消耗功率会随共振频率的上升而增加，因正方形悬浮板43a的共振频率较圆形悬浮板低，故所消耗的功率亦会较低。然而，在其他实施例中，悬浮板的43a形态可依实际需求而变化。外框43b环绕设置于悬浮板43a之外侧。至少一支架43c连接于悬浮板43a以及外框43b之间，以提供弹性支撑悬浮板43a的支撑力。压电片43d具有一边长，其小于或等于悬浮板43a的一边长。且压电片43d贴附于悬浮板43a的一表面上，用以施加驱动电压以驱动悬浮板43a弯曲振动。悬浮板43a、外框43b与至少一支架43c之间形成至少一间隙43e，用以供流体通过。凸部43f凸设于悬浮板43a的另一表面上。在本实施例中，悬浮片43a与凸部43f为利用一蚀刻制程制出的一体成型结构，但不以此为限。

请参阅图9A，在本实施例中，共振腔室47可利用在共振片42及压电致动器43之外框43b之间所产生的间隙填充一材质，例如导电胶，但不以此为限，使得共振片42与悬浮板43a之间可维持一定的深度，进而可导引流体更迅速地流动。此外，因悬浮板43a与共振片42保持适当距离，使彼此的接触干涉减少，噪音的产生也可被降低。在其他实施例中，可借由增加压电致动器43的外框43b的高度来减少填充在共振片42及压电致动器43之外框43b之间的间隙的中的导电胶厚度。如此，在仍可使得悬浮板43a与共振片42保持适当距离的情况下，以避免第一微型泵4a的整体组装过程因热压温度及冷却温度而影响导电胶的填充厚度，更避免导电胶因热胀冷缩因素影响到共振腔室47在组装完成后的实际大小。在其他实施例中，悬浮板43a可以采以冲压方式成形，使悬浮板43a的凸部43f远离压电片43d的一表面与外框43b的远离压电片43d的一表面形成非共平面，亦即凸部43f远离压电片43d的表面将高于外框43b远离压电片43d的表面。利用于外框43b远离压电片43d的表面上涂布少量填充材质，例如：导电胶，以热压方式使压电致动器43贴合于共振片42，进而使得压电致动器43得以与共振片42组配结合。如此直接借由将上述压电致动器43的悬浮板43a采以冲压方式成形，以构成共振腔室47的结构改良，共振腔室47得以通过调整压电致动器43的悬浮板43a冲压成形距离来完成，有效地简化了调整共振腔室47的结构设计步骤。同时也达成简化制程，缩短制程时间等优点。在本实施例中，第一绝缘片44、导电片25及第二绝缘片46皆为框型的薄型片体，但不以此为限。

值得注意的是，第一微型泵4a的进流板41、共振片42、压电致动器43、第一绝缘片44、导电片45以及第二绝缘片46是通过微机电的面型微加工技术所制成，且第二微型泵4b的细部元件结构亦通过微机电的面型微加工技术所所制成，借此使第一微型泵4a与第二微型泵4b的体积缩小，以构成一微机电系统的微型泵。

请继续参阅图9B，在压电致动器43作动流程中，压电致动器43的压电片43d被施加驱动电压后产生形变，带动悬浮板43a向远离进流板41的方向位移，此时共振腔室47的容积提升，于共振腔室47内形成了负压，便汲取汇流腔室41c内的流体进入共振腔室47内。同时，共振片42产生共振同步向远离进流板41的方向位移，连带增加了汇流腔室41c的容积。且因汇流腔室41c内的流体进入共振腔室47的关系，造成汇流腔室41c内同样为负压状态，进而通过进流口41a以及汇流排孔41b来吸取流体进入汇流腔室41c内。接着，如图9C所示，压电片43d带动悬浮板43a朝向进流板41位移，压缩共振腔室47，同样的，共振片24被悬浮板43a制动，产生共振而朝向进流板41位移，迫使同步推挤共振腔室47内的流体往上通过间隙43e进一步传输，以达到传输流体的效果。最后，如图9D所示，当悬浮板43a被带动回复到未被压电片43d带动的状态时，共振片42也同时被带动而向远离进流板41的方向位移，此时的共振片42将压缩共振腔室47内的流体向间隙43e移动，并且提升汇流腔室41c内的容积，让流体能够持续地通过进流孔41a以及汇流排孔41b来汇聚于汇流腔室41c内。通过不断地重复上述图9B至图9D所示的第一、第二微型泵4a、4b作动步骤，使第一微型泵4a及第二微型泵4b能够连续使流体高速流动，达到传输与输出流体的操作。

如图3以及图10A所示，当第一微型泵4a及第二微型泵4b的压电致动器43被驱动时，流体自第一微型泵4a的压电致动器43的间隙43e输出至第一腔板凹槽31中，接着，如图10B所示，流体自第一微型泵4a的压电致动器43的间隙43e输出至第一腔板凹槽31中后，通过至少一第一连通道33流向第一阀片2a，并推动第一阀片2a的汇流凹部片23，使得第一阀片2a自第一腔板3a的第一腔板凸部32分离。因此，流体得以通过第一阀片2a的第一阀孔22而进入汇流通道11；同样地，第二微型泵4b的作动方式与第一微型泵4a相同，流体自第二微型泵4b的压电致动器43的间隙43e输出至第二腔板凹槽31中，接着，如图10B所示，流体自第二微型泵4b的压电致动器43的间隙43e输出至第二腔板凹槽31中后，通过至少一第二连通道33流向第二阀片2b，并推动第二阀片2b的汇流凹部片23，使得第二阀片2b自第二腔板3b的第二腔板凸部32分离。因此，流体得以通过第二阀片2b的第二阀孔22而进入汇流通道11。流体在汇流通道11汇集后，再由汇流出口17输出。最后，如图3以及图10C所示，当第一微型泵4a及第二微型泵4b的压电致动器43不再被驱动时，流体自汇流出口17回流至汇流通道11内，再分别依序流经设置在汇流板1的第一表面10a的第一汇流槽13以及第一连通槽16进入第一泄流槽15，以及分别依序流经设置在汇流板1的第二表面10b的第二汇流槽13以及第二连通槽16进入第二泄流槽15。流体进入第一以及第二泄流槽15后分别推开第一阀片2a及第二阀片2b的泄流凹部片24，使得第一阀片2a及第二阀片2b自汇流板1的第一、第二泄流板凸部14分离。因此，流体得以进入泄流通道12，并在泄流通道12内汇集后自泄流出口18排出。

综上所述，本案所提供一种微型流体输送装置，借由一汇流板在其相对两侧整合相互对应的两阀片、两腔板以及两微型泵，以集流并输出高流量流体。利用微型泵以压电致动器高频振动作动产生流体波动，并在微型泵内流道产生压力梯度，使流体高速流动。微型泵以压电致动器传输流体所造成的噪音非常小，且阀片为可动薄片，并搭配集流板的集流泄压流道的结构设计，可因压力差而被动产生流道的开关，使流体单方向流动，并累积压力于汇流板集流并输出。当微型泵无运作时，流体可由汇流板的流道及阀片控制，快速排出汇流板外以完成泄压作业。如此提供微型流体输送装置能达成薄型化、噪音小、同时具备快速传输高流量流体的效益。

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：汇流板

10a：第一表面

10b：第二表面

11：汇流通道

12：泄流通道

13：第一汇流槽、第二汇流槽

14：第一泄流板凸部、第二泄流板凸部

15：第一泄流槽、第二泄流槽

16：第一连通道、第二连通道

17：汇流出口

18：泄流出口

19：卡榫孔

2a：第一阀片

2b：第二阀片

20：第一接触面

21：第二接触面

22：第一阀孔、第二阀孔

23：汇流凹部片

24：泄流凹部片

25：定位孔

3a：第一腔板

3b：第二腔板

30：第一组接表面、第二组接表面

31：第一腔板凹槽、第二腔板凹槽

32：第一腔板凸部、第二腔板凸部

33：第一连通道、第二连通道

34：卡榫

4a：第一微型泵

4b：第二微型泵

41：进流板

41a：进流孔

41b：汇流排孔

41c：汇流腔室

42：共振片

42a：中空孔洞

42b：可动部

43：压电致动器

43a：悬浮板

43b：外框

43c：支架

43d：压电片

43e：间隙

43f：凸部

44：第一绝缘片

45：导电片

46：第二绝缘片

47：共振腔室