1342831 九、發明說明： * » 【發明所屬之技術領域】 本案係關於一種流體輸送裝置，尤指一種具有防逆流 及高流量揚程設計之流體輸送裝置。 【先前技術】
目前於各領域中無論是醫藥、電腦科技、列印、能源 荨工業，產品均朝精緻化及微小化方向發展，苴中 浦、噴霧器、喷墨頭、工業列印裝置等產品所包含之流體 輸送結構為其關鍵技術，是以，如何藉創新結構突破其技 術瓶頸’為發展之重要内容。 請參閱第一圖A，其係為習知微泵浦結構之剖面示意 圖，習知微泵浦結構10係由閥體座u、閥體蓋體12、閥 體薄膜13、微致動器14及蓋體15所組成，其中，閥體薄 膜13係包含人π閥門結構131及出口閥門結構132，闊體 座11包含入口通道111、出口通道112、密封環113以及 出口暫存腔114 ’閥體盍體12與微致動器14間定義形成 一壓力腔冑123,閥體蓋體12包含入口闊門通道i2i、出 口閥門通道122、入口暫存腔124 薄膜13設置在閥體座11與閥體蓋 以及密封環125，閥體 體12之間。 田一电㈣驛微致動器14的上下兩極時，會產生 -電場，使得微致動器14在此電場之作用下產生彎油， 當微致動器Η朝箭號&所指之方向向下 1342831 付壓力腔至12 3之體積增加，因而產生一吸力，以使閥體 4膜13之入口閥門結構131開啟，液體可自閥體座11上 之入口通道111被吸取進來，並流經閥體薄膜13之入口 閥門結構13卜入口暫存腔丨24及間體蓋體丨2上之入口閥 門通道121而流入壓力腔室123内（如第一圖B所示）， 反之當微致動器14因電場方向改變而朝箭號b之方向向 上彎曲變形時，則會壓縮壓力腔室123之體積，使得壓力
腔室123對内部之流體產生—推力，並使閥體薄膜13之 入口閥門結構131、出口閥門結構132承受一向上推力， 而出口閥門結構132將開啟，並使液體由壓力腔室123經 由閥體盍體12上之出口閥門通道122、閥體薄膜13之出 口閥門結構132以及出口暫存腔114，而從閥體座n之出 口通道112流出微泵浦結構1G外，因而完成流體之傳輸 過程（如第一圖C所示）。 雖然習知微泵浦結構
月匕约違到輸送流體的功能， 且藉由閥體座Η之密封環113與入口閥門結構⑶相抿 頂，使位於凹槽内之密封環113頂觸閥體薄膜之入口間門 以 二預編—作用，使得入 131在未作動日剩體座u之下表面形成—間隙^ ^闕體蓋體12之密封環125與出口闕門結構132相抵頂， = 由將密封環125設至於凹槽中的相 Μ φ φ ^ 表面形成一間隙，有助於流體 =預蓋緊效果以防正逆流，然而，如此的 '。構以顧具有防止㈣制，但是㈣㈣環⑴、 7 1342831 係具有環繞開口 213週邊之凹槽218，及環繞於出口暫存 腔215週邊之凹槽217，主要藉由設置於凹槽217及218 内之密封環26使閥體座21與閥體薄膜23之間緊密的貼 合，以防止流體外洩。 請參閱第二圖B並配合第二圖A，其中第二圖B係為 第二圖A所示之閥體蓋體之背面結構示意圖，如圖所示， 閥體蓋座22係具有一上表面220及一下表面228，以及在 閥體蓋座22上亦具有貫穿上表面220至下表面228之入 口闊門通道221及出口閥門通道222，且該入口閥門通道 221係設置於與閥體座21之開口 213相對應之位置，而出 口閥門通道222則設置於與閥體座21之出口暫存腔215 内之開口 214相對應之位置，並且閥體薄膜23及閥體蓋 體22之間所形成之第一暫存室即為圖中所示之入口暫存 腔223，且不以此為限，其係由閥體蓋體22之下表面228 於與入口閥門通道221相對應之位置產生部份凹陷而形 成，且其係連通於入口閥門通道221，其中，本案之入口 暫存腔223的最小口徑係大於入口通道211之管徑，即入 口閥門通道221係大於與入口通道211連接之開口 213的 管徑，如此導入流體之流速較不致有回流或減弱之情況發 生。 請再參閱第二圖A，閥體蓋體22之上表面220係部份 凹陷，以形成一壓力腔室226，其係與致動裝置24之致動 器242相對應設置，壓力腔室226係經由入口閥門通道221 連通於入口暫存腔223，並同時與出口閥門通道222相連 12 1342831 通，因此，當致動器242受電壓致動使致動裝置24變形， 造成壓力腔室226之體積膨脹而產生負壓差，可使流體經 入口閥門通道221流至壓力腔室226内（如第四圖B所 示），其後，當施加於致動器242的電場方向改變後，致動 器242將使致動裝置24變形以使壓力腔室226收縮而體 積減小，使壓力腔室226與外界產生正壓力差，促使流體 由出口閥門通道222流出壓力腔室226之外，於此同時， 同樣有部分流體會流入入口閥門通道221及入口暫存室 223内，然而由於此時的入口閥門結構231 (如第四圖C所 示）係為使受壓而關閉的狀態，故該流體不會通過入口闊片 2313而產生倒流的現象，至於暫時儲存於入口暫存腔223 内之流體，則於致動器242再受電壓致動，重複使致動裝 置24再上凸變形而增加壓力腔室226體積時，再由入口 暫存腔223經至入口閥門通道221而流入壓力腔室226 内，以進行流體的輸送。 另外如第四圖A所示，閥體蓋體22上同樣具有複數 個凹槽結構，以本實施例為例，在閥體蓋體22之上表面 220係具有環繞壓力腔室226而設置之凹槽227，而在下 表面228上則具有環繞設置於入口暫存腔223之凹槽 224、環繞設置於出口閥門通道222之凹槽229(如第四圖B 所示），同樣地，上述凹槽結構係用以供一密封環27設置 於其中，主要藉由設置於凹槽224及229内之密封環27 使閥體蓋體22與閥體薄膜23之間緊密的貼合，以防止流 體外洩，而設置於凹槽227内之密封環27則用來使致動 13 裝置24之致動薄膜241與閱.體蓋體22之間緊 以防止流體外茂（如第四圖A所示）。 貼0 請再參閱第二圖A，閥體薄膜23主 或黃光_、或雷射以、或電如I、錢電^^方 式製出’且為一厚度實質上相同之薄片結構 ί 复數個鎖空間開關，包含第-間開關以及第二間開= 本貫施例中，第一閥開關係為入口閥門結構23卜而第- 閭開關係為出口間η έ士谌β丄 币— 在1古 其中，人口閥門結構加 糸二有入口則2313以及複數個環繞人口㈣2313週邊 而。又置之鏤空孔洞2312，另外，在孔洞2312之間更具 與二閥片2313相連接之延伸部23u，當閥體薄膜23承 叉一自壓力腔室226傳遞而來之應力時，如第四圖[所 不入口閥門結構231係整個平貼於閥體座21之上，此 2 口閥片2313會緊貼於微凸結構216之水平接觸面 孔洞封住閥體座21上之開D213’且其外圍的鏤空 /_〇 及延伸部2311則順勢浮貼於閥體座21之上， 故因此入口閥門結構231之關閉作用，使流體無法流出。 -月再參閱苐二圖A並配合第四圖A，於閥體座2ι之 210之開〇 213的邊緣係環繞設置—微凸結構 、、係包含一水平接觸面2161及一導流面2162，該水 平接觸面2⑹係與入口閥門結構231之入口閥片2313相 抵頂’用以施-預力於該入口閥門結構23卜而該導流面 2162可為導角斜面’且該導流面2162可設置於微凸結構 216與開π 213相對應之壁面端緣處，藉由微凸結構μ 14 1342831 與入口閥門結構231接觸之表面為一水平接觸面2161型 態，且與入口通道211連接之開口 213的相對壁面端緣為 一導角斜面型態，一旦，出口閥門結構232開啟而使流體 釋出時，間體薄膜23之入口閥門結構231仍能與微凸結 構216形成一段封閉面的接觸，能產生更大更佳之預蓋緊 防止逆流的效果。 請再參閱第二圖B並配合第四圖A，於閥體蓋體22 之下表面228之出口閥門通道222的邊緣係環繞設置一微 凸結構225，其係包含一水平接觸面2251及一導流面 2252，該水平接觸面2251係與出口閥門結構232之出口 閥片2323相抵頂，用以施一預力於該出口閥門結構232， 而該導流面2252可為一導角斜面，且該導流面2252可設 置於微凸結構225與出口閥門通道222相對應之壁面端緣 處，藉由微凸結構225與出口閥門結構232接觸之表面為 一水平接觸面2251型態，且於出口閥門通道222的相對 壁面端緣為一導角斜面型態，一旦，入口閥門結構231開 啟而使流體流入閥體座21内部時，閥體薄膜23之出口閥 門結構232仍能與微凸結構225形成一段封閉面的接觸， 能產生更大更佳之預蓋緊防止逆流的效果。 當然，上述之微凸結構216及225可採用半導體製 程，例如：黃光姓刻或鍵膜或電鑄技術，直接在閥體座21 及閥體蓋體22上形成，或是直接與閥體座21及閥體蓋體 22以一體射出成型的方式形成，以使閥體薄膜23與閥體 座21以及閥體薄膜23與閥體蓋體22之間分別產生一間 15 1342831 隙，而對入口閥門結構231及出口閥門結構232頂推以產 生一預力作用，有助於開啟。 而當閥體薄膜23受到壓力腔室226體積增加而產生 之吸力作用下，由於設置於閥體座21之微凸結構216已 提供入口閥門結構231 —預力，因而入口閥片2313可藉 由延伸部2311的支撐而產生更大之預蓋緊效果，以防止 逆流，當因壓力腔室226之負壓而使入口閥門結構231產 生位移（如第四圖B所示），此時，流體則可經由鏤空之孔 洞2312由閥體座21流至閥體蓋體22之入口暫存腔223， 並經由入口暫存腔223及入口閥門通道221傳送至壓力腔 室226内，如此一來，入口閥門結構231即可因應壓力腔 室226產生之正負壓力差而迅速的開啟或關閉，以控制流 體之進出，並使流體不會回流至閥體座21上。 同樣地，位於同一閥體薄膜23上的另一閥門結構則 為出口閥門結構232，其中之出口閥片2323、延伸部2321 以及孔洞2322之作動方式均與入口閥門結構231相同， 因而不再贅述，惟與出口閥門結構232相抵頂之微凸結構 225設置方向係與與入口閥門結構231相抵頂之微凸結構 216反向設置，如第四圖C所示，因而當壓力腔室226壓 縮而產生一推力時，設置於閥體蓋體22下表面228之微 凸結構225將提供出口閥門結構232 —預力（Preforce)，使 得出口閥片2323可藉由延伸部2321之支撐而產生更大之 預蓋緊效果，以防止逆流，當因壓力腔室226之正壓而使 出口閥門結構232產生位移，此時，流體則可經由鏤空之 16 1342831 孔洞2322由壓力腔室226經閥體蓋體22而流至閥體座21 之出口暫存腔215内，並可經由開口 214及出口通道212 排出，如此一來，則可經由出口閥門結構232開啟之機制， 將流體自壓力腔室226内洩出，以達到流體輸送之功能。 請參閱第四圖A，其係為第二圖B所示之流體輸送裝 置之未作動狀態時之A-A剖面示意圖，於本實施例中，設 置於閥體座21之上表面210之開口 213邊緣之微凸結構 216，可使得貼合設置於閥體座21上之閥體薄膜23之入 口閥門結構231之入口閥片2313因微凸結構216而形成 一向下隆起，而閥體薄膜23之其餘部分係與閥體蓋體22 相抵頂，如此微凸結構216對入口閥門231頂推而產生一 預力作用，有助於產生更大之預蓋緊效果，以防止逆流， 且由於微凸結構216之水平接觸面2161係位於閥體薄膜 23之入口閥門結構231處，故使入口閥門結構231在未作 動時使入口閥片2313與閥體座21之上表面210之間具有 一間隙，同樣地，設置於環繞出口閥門通道222邊緣之微 凸結構225，由於其係設置於閥體蓋體22之下表面228， 因而可使閥體薄膜23之出口閥門結構232之出口閥片 2323向上凸出，此微凸結構225僅其方向與微凸結構216 係為反向設置，然而其功能均與前述相同，因而不再贅述。 請同時參閱第四圖A、B、C，如圖所示，當蓋體25、 致動裝置24、閥體蓋體22、閥體薄膜23、密封環26以及 閥體座21彼此對應組裝設置後，閥體座21上之開口 213 係與閥體薄膜23上之入口閥門結構231以及閥體蓋體22 17 1342831 '·上之入口間門通道221相對應，且闊體座上之開口 214 :則與閥體薄膜23上之出口間片攻以及閥體蓋體22上之 出口閥門通道222相對應’並且，由於微凸結構216設置 於閥體座21之開口 213邊緣，使得閥體薄膜23之入口閥 門結構2M微凸起於閥體座21之上，並藉由微凸結構216 頂觸閥體薄膜23而產生-預力作用，使得入口間門結構 23丨在未作動時則與閥體座21之上表面21〇形成一間隙， 豢同樣，，出口閥Η結構232亦藉由將微凸結構奶設置於 閥體盖體22上的方式，使出口閥門結構232與闕體蓋體 22之下表面228形成一間隙。 當以一電壓驅動致動器242時，致動裝置24 產^考曲變形，如第四圖Β所示，致動裝置24係朝箭號c 所指之方向向下彎曲變形，使得壓力腔室226之體積增 加，因而產生一吸力，使閥體薄膜23之入口閥門結構231、 出口閥門結構232承受一向下之拉力，並使已具有一預力 之入口閥門結構231之入口閥片2313迅速開啟（如第四圖 B所示）’使液體可大量地自閥體座21上之入口通道211 被吸取進來，並流經閥體座21上之開口 213、閥體薄膜 λ 上之入口閥門結構231之孔洞2312、閥體蓋體22上之 入口暫存腔223、入口閥片通道221而流入壓力腔室226 之内’此外’由於本案之入口暫存腔223的最小口徑係大 於入口通道211之管徑，即入口閥門通道221係大於與入 口通逼211連接之開口 213的管徑，如此導入流體之流速 不致有回流或減弱之情況發生。 18 1342831 此時’由於閥體薄膜23之入口閥門結構231、出口閱 門結構232承受該向下拉力，故位於另—端之出口閥^結 構232係因該向下拉力使得位於間體薄膜23上之出口間 片2323密封住出口閥門通道奶，而使得出口間門結構 232關閉’再加上微凸結構切與出口間門結構攻接觸 之表面為-水平接觸面2251型態，且於出口閥門通道奶 的^壁面端緣為-導角斜面型態，—旦人口閥門結構 231開啟而使流體流入閥體座21内部時，閥體薄膜”之 出口閥門結構232仍能與微凸結構奶形成一段封閉面的 接觸，能產生更大更佳之預蓋緊防止逆流的效果。 當致動褒置24因電場方向改變而如第四圖c所示之 前號d向上彎曲變形時，則會壓縮壓力腔室226之體積， ^壓力腔室226對内部之流體產生-推力，並使間體薄 膜23之入口閥門結構231、出口閥門結構加承受一向上 此時’設置於微凸結構225上之出口閥門結構232 ===2323其可迅速開啟（如第四圖c所示），並使液 ^間大夏”，由屋力腔室226經由閥體蓋體Μ上之 出口閥門通道222、閥體薄膜23上之出口閥門結構232之 m322、閥體座21上之出口暫存腔215、開口叫及 2 體輸送裝置2〇之外，因而完成流 體^輸過程，同樣地，此時由於入口間門結構231係承 因之推力，因而使得入口間片2313密封住開口 二=_入口_結構231 ’再加上微凸結構216與 間門結構231接觸之表面為—水平接觸面㈣型 19 丄 【圖式簡單說明】 第圖A:其係為習知微泵浦結構之剖面示意圖。 ^ θ β·其係為第一圖A之壓力腔室膨脹狀態示意圖。 ★一圖C.其係為第一圖a之壓力腔室壓縮狀態示意圖。 一圖A •其係為本案較佳實施例之流體輸送裝置之結構 不意圖。 第一圖B·其係為第二圖a所示之閥體蓋體之背面結構示 意圖。 第三圖：其係為第二圖A之組裝結構示意圖。 第四圖A:其係為第二圖b所示之流體輸送裝置之未作動 狀態日可之A-A剖面示意圖。 第四圖B .其係為第四圖A之壓力腔室膨脹狀態示意圖。 第四圖C :其係為第四圖A之壓力腔室壓縮狀態示意圖。
21 1342831 【主要元件符號說明】 微泵浦結構：1 〇 閥體座：11、21 入口通道：Π1、211 最小管徑：1111 出口通道：112、212 密封環：113、125 出口暫存腔：114、215 閥體蓋體：12、22 土口閥門通道：121、221 出口閥門通道：122、222 壓力腔室：123、226 入口暫存腔·· 124、223 閥體薄膜：13、23 入口閥門結構：131、231 ^_閥門結構·· 132、232 微致動器：14 蓋體：15、25 流體輸送裝置：20 上表面：210 開口 ： 213、214 微凸結構：216、225 水平接觸面：2161、2251 導流面：2162、2252 下表面：228 延伸部：2311、2321 孔洞：2312、2322 入口閥片：2313 出口閥片：2323 置：24 致動薄膜：241 致動器：242 — 密封環：26、27 凹槽：217、218、224、227、 1----— 229 22