CN112240280B - 微型泵 - Google Patents

Abstract

一种微型泵，包含一集流板、一阀片、一出流板以及一泵核心模块。集流板包含一内凹槽、一凸部，设置于内凹槽的中心处、至少一集流孔，设置于内凹槽内以及凸部之外缘。阀片包含一阀孔，设置于阀片的中心处。集流板的凸部抵顶阀孔。阀片与集流板之间形成一集流腔室。出流板具有一环状型态，包含一出流通道。阀片的阀孔与出流通道相连通。泵核心模块汲取流体进入泵核心模块后，通过至少一集流孔流入集流腔室，接着推开阀片后通过阀孔进入出流板的出流通道，以完成流体的传输。

Description

微型泵

技术领域

本案关于一种泵，尤指一种微型、静音及快速传输高流量流体的微型泵。

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、喷雾器、喷墨头、工业打印装置等产品所包含的流体致动器为其关键技术。

随着科技的日新月异，流体输送结构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，可见传统的流体致动器已渐渐有朝向装置微小化、流量极大化的趋势。

因此，如何借由创新的封装结构，使流体致动器得以增加其应用广泛性，为当前重要的发展课题。

发明内容

本案的主要目的是提供一种微型泵，利用出流板与集流板结合，并于两者间夹阀片，形成单向输出的同心圆逆止对称结构，且具备泄压功能，借以达到大幅精减阀片的构造、提升整体气密可靠度、增加输出方向自由度以及大幅降低泄压流阻的效果。

本案的一广义实施态样为一种微型泵，包含一集流板、一阀片、一出流板以及一泵核心模块。集流板具有一集流板第一表面以及一集流板第二表面。集流板第一表面与集流板第二表面为相对设置的二表面。集流板包含一外沟槽，设置于集流板第一表面、一内凹槽，设置于集流板第一表面并被外沟槽环绕、一凸部，设置于集流板第一表面并设置于内凹槽的中心处、至少一集流孔，自集流板第一表面贯穿至集流板第二表面，并设置于内凹槽内以及凸部之外缘、以及一外周部，设置于集流板第二表面并定义出一集流空间。阀片设置于集流板之内凹槽内，并包含一阀孔，设置于阀片的中心处。集流板的凸部抵顶阀孔。阀片与集流板之间形成一集流腔室。出流板具有一环状型态，包含一出流通道，设置于出流板的中心处、至少一泄流通道、以及一出流外周壁，定义出一出流空间。出流空间与出流通道以及至少一泄流通道相连通。阀片的阀孔与出流空间以及出流通道相连通。出流外周壁设置于集流板之外沟槽内，借此阀片容置于出流空间内。泵核心模块容置于集流板的集流空间内。泵核心模块汲取流体进入泵核心模块后，通过至少一集流孔流入集流腔室，接着推开阀片后通过阀孔进入出流板的出流通道，以完成流体的传输。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为本案微型泵的第一实施例的立体示意图。

图2A为本案第一实施例的立体分解示意图。

图2B为本案第一实施例自另一视角所得的立体分解示意图。

图3A及图3B分别为本案第一实施例的出流板的俯视图及仰视图。

图4A及图4B分别为本案第一实施例的阀片的俯视图及仰视图。

图5A及图5B分别为本案第一实施例的集流板的俯视图及仰视图。

图6A为本案第一实施例的泵核心模块的立体分解示意图。

图6B为本案第一实施例的泵核心模块自另一视角所得的立体分解示意图。

图7A为本案泵核心模块的剖面示意图。

图7B为本案泵核心模块另一实施态样的剖面示意图。

图7C至图7E为本案泵核心模块的作动示意图。

图8A为本案第一实施例的俯视图。

图8B为自图8A中A-A剖面线所得的剖面示意图。

图8C为本案第一实施例的出流作动示意图。

图8D为本案第一实施例的泄流作动示意图。

图9为本案微型泵的第二实施例的立体示意图。

图10A为本案第二实施例的俯视图。

图10B为自图10A中B-B剖面线所得的剖面示意图。

图10C为本案第二实施例的出流作动示意图。

图10D为本案第二实施例的泄流作动示意图。

附图标记说明

10、10'：微型泵

1、1'：出流板

11：出流外周壁

12：出流空间

13：出流通道

14：泄流通道

2：阀片

21：阀片外周壁

22：阀片空间

23：阀孔

3：集流板

3a：集流板第一表面

3b：集流板第二表面

31：外沟槽

32：内凹槽

33：凸部

34：集流孔

35：集流外周壁

36：集流空间

37：接脚开口

4：泵核心模块

41：进流板

41a：进流孔

41b：汇流排槽

41c：汇流腔室

42：共振片

42a：中空孔

42b：可动部

42c：固定部

43：压电致动器

43a：悬浮板

43b：外框

43c：支架

43d：间隙

43e：第一导电接脚

44：压电元件

45：第一绝缘片

46：导电片

46a：电极

46b：第二导电接脚

47：第二绝缘片

48：共振腔室

C：集流腔室

A-A、B-B：剖面线

具体实施方式

体现本案特征与优点的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1至图2B，本案提供一种微型泵10，包含一出流板1、一阀片2、一集流板3以及一泵核心模块4。泵核心模块4被容置于集流板3内。

请参阅图3A至图3B，于本案第一实施例中，出流板1包含一出流外周壁11、一出流空间12、一出流通道13以及至少一泄流通道14。出流外周壁11自出流板1的一侧凸伸，并定义出出流空间12。出流通道13设置于出流板1的中心处。出流空间12与出流通道13以及至少一泄流通道14相连通。

值得注意的是，于本案第一实施例中，出流板1包含4个泄流通道14，等间距设置，并环绕出流通道13。此外，出流板1具有一圆形型态，使得出流板1形成一同心对称结构。于其他实施例中，泄流通道14的数量与设置方式，以及出流板1的型态不以本揭露为限，可依设计需求而变更。

值得注意的是，于本案第一实施例中，出流通道13为一直线通道，因此，流体得以沿着垂直阀片2的方向传输，但不以此为限。

请参阅图4A、图4B、图8A以及图8B，于本案第一实施例中，阀片2包含一阀片外周壁21、一阀片空间22以及一阀孔23。阀片外周壁21设置于阀片2远离出流板1的一侧并自阀片2远离出流板1凸伸，借以定义出阀片空间22。阀孔23设置于阀片2中心处。阀孔23与出流板1的出流空间12以及出流通道13相连通。于本案第一实施例中，阀片2具有一圆形型态，使得阀片2形成一同心对称结构，此外，阀片2为一硅胶薄片，但不以此为限。于其他实施例中，阀片2的型态以及材料不以本揭露为限，可依设计需求而变更。

请参阅图5A、图5B、图8A以及图8B，于本案第一实施例中，集流板3具有一集流板第一表面3a以及一集流板第二表面3b，集流板第一表面3a以及集流板第二表面3b为相对设置的二表面。集流板3包含一外沟槽31、一内凹槽32、一凸部33、至少一集流孔34、一集流外周壁35、一集流空间36以及二接脚开口37。外沟槽31设置于集流板第一表面3a，并为一环状型态。内凹槽32设置于集流板第一表面3a并被外沟槽31环绕。凸部33设置于集流板第一表面3a并设置于内凹槽32的中心处。内凹槽32以及凸部33分别为一圆形型态，使得集流板3形成一同心对称结构。至少一集流孔34自集流板第一表面3a贯穿至集流板第二表面3b，并设置于内凹槽32内以及凸部33之外缘。集流外周壁35设置于集流板第二表面3b并自集流板第二表面3b远离阀片2凸伸，借以定义出集流空间36。阀片2设置于内凹槽32内，借此凸部33抵顶阀片2的阀孔23，并且在阀片2与集流板3之间形成一集流腔室C。

值得注意的是，于本案第一实施例中，集流板3包含4个集流孔34，等间距设置并环绕凸部33。于其他实施例中，集流孔34的数量以及设置方式不以本揭露为限，可依设计需求而变更。

值得注意的是，于本案第一实施例中，出流板1的出流外周壁11卡合于集流板3之外沟槽31内，如此，阀片2便被容置于出流板1的出流空间12内。借此，出流板1可直接与集流板3粘合，使得阀片2被稳固夹在出流板1与集流板3之间。于其他实施例中，出流板1与集流板3的结合方式不限于本揭露所述的粘合，可依设计需求而变更。

值得注意的是，于本案第一实施例中，微型泵10具有一总厚度(不包含出流通道13的部分)介于1毫米(mm)至6毫米(mm)之间，但不以此为限。于其他实施例中，总厚度的数值可依设计需求而变更。

请参阅图2A、图2B、图5B、以及图6A至图7A，于本案第一实施例中，泵核心模块4容置集流板3的集流空间36中。泵核心模块4由一进流板41、一共振片42、一压电致动器43、一第一绝缘片45、一导电片46及一第二绝缘片47依序堆叠组成。进流板41具有至少一进流孔41a、至少一汇流排槽41b及一汇流腔室41c。进流孔41a供导入流体，并贯通汇流排槽41b。汇流排槽41b与汇流腔室41c相连通，借此，进流孔41a所导入的流体得以通过汇流排槽41b后汇流至汇流腔室41c中。于本案第一实施例中，进流孔41a与汇流排槽41b的数量相同，分别为4个，但不以此为限，进流孔41a与汇流排槽41b的数量可依设计需求而变更。如此，四个进流孔41a分别贯通四个汇流排槽41b，且四个汇流排槽41b与汇流腔室41c相连通。

于本案第一实施例中，共振片42接合于进流板41上，且具有一中空孔42a、一可动部42b及一固定部42c。中空孔42a位于共振片42的中心处，并与进流板41的汇流腔室41c的位置对应。可动部42b设置于中空孔42a的周围，而固定部42c设置于共振片42的外周缘部分并固定接合于进流板41上。

于本案第一实施例中，压电致动器43接合于共振片42上，并包含一悬浮板43a、一外框43b、至少一支架43c、一压电元件44、至少一间隙43d及一第一导电接脚43e。悬浮板43a为一正方型形态，可弯曲振动。悬浮板43a之所以采用正方形，乃相较于圆形形态的设计，正方形形态悬浮板43a的结构具有明显省电的优势。因在共振频率下操作的电容性负载，其消耗功率会随频率的上升而增加，又因正方形形态悬浮板43a的共振频率明显较圆形形态悬浮板低，故其相对的消耗功率亦明显较低，亦即本案所采用正方形形态设计的悬浮板43a，具有省电优势的效益。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与外框43b之间，用以提供悬浮板43a弹性支撑的支撑力。压电元件44具有一边长，该边长小于或等于悬浮板43a的一边长，且压电元件44贴附于悬浮板43a的一表面上，用以被施加电压以驱动悬浮板43a弯曲振动。悬浮板43a、外框43b与支架43c之间构成至少一间隙43d，用以供流体通过。第一导电接脚43e从外框43b之外缘凸伸。

于本案第一实施例中，导电片46从内缘凸伸一电极46a，以及从外缘凸伸一第二导电接脚46b。电极46a电性连接压电致动器43的压电元件44。压电致动器43的第一导电接脚43e以及导电片46的第二导电接脚46b向外接通外部电流，借以驱动压电致动器43的压电元件44。第一导电接脚43e以及第二导电接脚46b分别自集流板3的接脚开口37凸伸至集流板3外。此外，第一绝缘片45以及第二绝缘片47的设置，可避免短路的发生。

请参阅图7A，于本案第一实施例中，悬浮板43a与共振片42之间形成一共振腔室48。共振腔室48可借由在共振片42及压电致动器43之外框43b之间的间隙填充一材质而形成，例如：导电胶，但不以此为限，以使共振片42与悬浮板43a之间可维持一定深度，进而可导引流体更迅速地流动。并且，因悬浮板43a与共振片42之间保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音的产生降低。于其他实施例中，亦可借由加高压电致动器43之外框43b的高度来减少共振片42与压电致动器43之外框43b之间的间隙填充材质的厚度。如此，泵核心模块4于整体组装时，填充材质不会因热压温度及冷却温度产生变化而被间接影响，可避免填充材质因热胀冷缩因素影响到成型后共振腔室48的实际间距，但不以此为限。此外，共振腔室48的大小会影响泵核心模块4的传输效果，故维持一固定大小的共振腔室48对于泵核心模块4提供稳定的传输效率是十分重要的。因此，如图7B所示，于另一实施例中，悬浮板43a可采以冲压成型制程使其向上延伸一距离，其向上延伸距离可由成型于悬浮板43a与外框43b之间的至少一支架43c调整，使悬浮板43a的表面与外框43b的表面两者为非共平面。利用在外框43b的组配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的固定部42c，进而使得压电致动器43得以与共振片42组配接合。如此直接透过将上述压电致动器43的悬浮板43a采以冲压成型制程构成共振腔室48的结构改良，所需的共振腔室48得以透过调整压电致动器43的悬浮板43a冲压成型距离来完成，有效地简化了调整共振腔室48的结构设计，同时也简化了制程、缩短制程时间。此外，第一绝缘片45、导电片46及第二绝缘片47皆为框形的薄形片体，依序堆叠于压电致动器43上以构成泵核心模块4整体结构。

为了了解泵核心模块4的作动方式，请继续参阅图7C至图7E，于本案第一实施例中，如图7C所示，压电致动器43的压电元件44被施加驱动电压后产生形变，带动悬浮板43a朝远离进流板41的方向位移，此时共振腔室48的容积提升，于共振腔室48内形成了负压，便汲取汇流腔室41c内的流体流经共振片42的中空孔42a进入共振腔室48内，同时共振片42受到共振原理的影响同步向远离进流板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48的关系，造成汇流腔室41c内同样为负压状态，进而通过进流孔41a及汇流排槽41b来吸取流体进入汇流腔室41c内。接着如图7D所示，压电元件44带动悬浮板43a向靠近进流板41的方向位移，压缩共振腔室48，同样的，共振片42因共振被悬浮板43a带动而向靠近进流板41的方向位移，推挤共振腔室48内的流体通过间隙43d流出泵核心模块4，以达到流体传输的效果。最后如图7E所示，当悬浮板43a朝远离进流板41的方向位移回到初始位置时，共振片42也同时被带动而朝远离进流板41的方向位移，此时的共振片42压缩共振腔室48，使共振腔室48内的流体向间隙43d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、汇流排槽41b来汇聚于汇流腔室41c内。透过不断地重复上述图7C至图7E所示的泵核心模块4的作动步骤，使泵核心模块4能够连续将流体自进流孔41a导引进入进流板41及共振片42所构成流道，产生压力梯度，再由间隙43d排出，使流体高速流动，达到泵核心模块4传输流体的操作。

请参阅图8A至图8D，当微型泵10作动时，泵核心模块4会被致动，汲取微型泵10外的流体进入泵核心模块4，通过集流板3的集流孔34后进入集流腔室C，接着推开阀片2离开集流板3的凸部33后通过阀孔23进入出流板1的出流通道13，以完成流体的传输。而当微型泵10停止作动时，泵核心模块4不被致动，流体自出流通道13回流至微型泵10内，推开阀片2对应集流腔室C的部分离开出流板1，使得流体得以通过阀片2与出流板1之间的空间进入泄流通道14后被排出微型泵10外，完成泄流的作业。

请参阅图9至图10D，于本案第二实施例中，仅出流板1'的结构与第一实施例中出流板1的结构不同，而其不同的处在于出流通道13的型态。于本案第二实施例中，出流通道13为一弯曲通道。借此，流体得以自微型泵10'的侧向传输。值得注意的是，由于出流板1'为一同心对称结构，因此流体的输出方向可以有360°的自由度，意即，出流通道13的出口方向可以以集流板3的凸部33为中心旋转360°，因此，使用者在使用时，可以简易地依照所需的输出方向调整出流通道13的出口方向。

综上所述，本案所提供的微型泵，形成一单向输出的同心圆逆止对称结构，且具备泄压功能，借以达到大幅精减阀片的构造、提升整体气密可靠度、增加输出方向自由度以及大幅降低泄压流阻的效果。

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。

Claims (13)

1.一种微型泵，其特征在于，包含：

一集流板，具有一集流板第一表面以及一集流板第二表面，该集流板第一表面与该集流板第二表面为相对设置的二表面，该集流板包含：

一外沟槽，设置于该集流板第一表面；

一内凹槽，设置于该集流板第一表面并被该外沟槽环绕；

一凸部，设置于该集流板第一表面并设置于该内凹槽的中心处；

至少一集流孔，自该集流板第一表面贯穿至该集流板第二表面，并设置于该内凹槽内以及该凸部之外缘；以及

一集流外周壁，设置于该集流板第二表面并定义出一集流空间；

一阀片，设置于该集流板的该内凹槽内，并包含一阀孔，设置于该阀片的中心处，该集流板的该凸部抵顶该阀孔，该阀片与该集流板之间形成一集流腔室；

一出流板，包含一出流通道、至少一泄流通道、以及一出流外周壁，该出流通道设置于该出流板的中心处，该出流外周壁定义出一出流空间，该出流空间与该出流通道以及该至少一泄流通道相连通，该阀片的该阀孔与该出流空间以及该出流通道相连通，该出流外周壁卡合于该集流板的该外沟槽内，借此该阀片容置于该出流空间内；以及

一泵核心模块，容置于该集流板的该集流空间内；

其中，该泵核心模块汲取流体进入该泵核心模块后，通过该至少一集流孔流入该集流腔室，接着推开该阀片后通过该阀孔进入该出流板的该出流通道，以完成流体的传输。

2.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该集流板包含多个集流孔，等间距设置于该内凹槽内，并环绕该凸部。

3.如权利要求2所述的微型泵，其特征在于，该集流板的该外沟槽为一环状型态，则该内凹槽以及该凸部分别为一圆形型态，使得该集流板形成一同心对称结构。

4.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该出流板包含多个泄流通道，等间距设置，并环绕该出流通道。

5.如权利要求4所述的微型泵，其特征在于，该出流板具有一圆形型态，使得该出流板形成一同心对称结构。

6.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该阀片还包含一阀片外周壁，设置于该阀片邻近该集流板的一侧，并容置于该集流板的该内凹槽内。

7.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该出流通道为一直线通道。

8.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该出流通道为一弯曲通道。

9.如权利要求1所述的微型泵，其特征在于，该泵核心模块包含：

一进流板，具有至少一进流孔、至少一汇流排槽及一汇流腔室，其中该进流孔供导入流体，并贯通该汇流排槽，该汇流排槽与该汇流腔室相连通，借此，该进流孔所导入的流体得以通过该汇流排槽后汇流至该汇流腔室中；

一共振片，接合于该进流板上，具有一中空孔、一可动部及一固定部，该中空孔位于该共振片中心处，并与该进流板的该汇流腔室的位置相对应，该可动部设置于该中空孔周围，而该固定部设置于该共振片的外周缘部分并固定接合在该进流板上；以及

一压电致动器，接合于该共振片上；

其中，该共振片与该压电致动器之间形成一共振腔室，借此，当该压电致动器受驱动时，该压电致动器与该共振片的该可动部产生共振，流体由该进流板的该进流孔导入，通过该汇流排槽后汇集至该汇流腔室中，接着再流经该共振片的该中空孔，达成流体的传输。

10.如权利要求9所述的微型泵，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，为一正方形形态，可弯曲振动；

一外框，环绕设置于该悬浮板之外侧；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，用以提供该悬浮板弹性支撑的支撑力；以及

一压电元件，具有一边长，该边长小于或等于该悬浮板的一边长，且该压电元件贴附于该悬浮板的一表面上，用以被施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

11.如权利要求10所述的微型泵，其特征在于，该泵核心模块还包含一第一绝缘片、一导电片及一第二绝缘片，其中该进流板、该共振片、该压电致动器、该第一绝缘片、该导电片及该第二绝缘片依序堆叠设置。

12.如权利要求11所述的微型泵，其特征在于，该压电致动器还包含一第一导电接脚，从该外框之外缘凸伸，该导电片具有一第二导电接脚，自该导电片之外缘凸伸，而该集流板还包含多个接脚开口，该第一导电接脚以及该第二导电接脚分别自该多个接脚开口凸伸至该集流板外。

13.如权利要求9所述的微型泵，其特征在于，该压电致动器包含：

一悬浮板，为一正方形形态，可弯曲振动；

一外框，环绕设置于该悬浮板之外侧；

至少一支架，连接于该悬浮板与该外框之间，用以提供该悬浮板弹性支撑，并使该悬浮板的一表面与该外框的一表面形成一非共平面结构，且使该悬浮板的一表面与该共振片之间形成一腔室空间；以及

一压电元件，具有一边长，该边长小于或等于该悬浮板的一边长，且该压电元件贴附于该悬浮板的一表面上，用以施加电压以驱动该悬浮板弯曲振动。

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