微型气体传输装置

【技术领域】

本案是与气体传输装置有关，特别是指一种微型化的气体传输装置。

【背景技术】

随着科技的日新月异，气体输送装置的应用愈来愈多元化，举凡工 业应用、生物医学应用、医疗保健、电子散热等等，甚至近来热门的穿戴式装置皆 可见它的踪影，可见传统的气体输送装置已渐渐有朝向装置微小化、微型化、流量 极大化的趋势。

惟，目前的气体传输装置仍具有一定的厚度，特别是其中的阀门厚 度无法降低，造成整体厚度难以与负载装置(例如:穿戴式装置)结合，因此，如何降 低气体传输装置的整体厚度，使其能够与负载装置结合，实为目前迫切需要解决的 问题。

请参阅图1，为已知气体传输装置的阀门立体分解示意图，如图所示， 包含一阀门3，阀门3包含：一集气板31、一阀片框架32、一阀片33及一出气板34， 集气板31具有一挖空区310，阀片框架32设有一定位空间320供阀片33定位且阀片设 有一阀孔330，出气板34设有一出气孔340及一泄气孔341，阀孔330设置于出气孔340 的中间位置，气体在出气时，因阀孔330孔径小于出气孔340孔径而影响气体的出气 路径，导致出气不顺畅。而气体在泄压时，也因为阀孔330设置在出气孔340的中间 位置，导致气体由出气孔340进入后会经由阀孔330流入，使阀片33无法紧贴于集气 板31，导致部分气体未经由泄气孔341泄气，造成气体泄气不完整。除此，当阀门3 供一气体泵(未图示)设置其上时为了防止气体泵气体外泄，通常会在阀门3与气体 泵没有重叠到的阀门表面会涂布一层封胶(未图示)，并使封胶环绕气体泵外侧并密 封气体泵。然而，此种做法的缺点会导致阀门3与气体泵结合时体积无法缩小。

【发明内容】

本案是为一种微型气体传输装置，其主要目的是提供一种微型气体 泵结合微型阀门的结构，不仅大幅降低气体传输装置的整体厚度，并且有效解决出 气与泄气时出现阻塞及噪音的问题。

为达上述目的，一种微型气体传输装置，一微型气体泵；一微型阀 门，供微型气体泵设置；其中微型阀门包含依序叠设一微型集气板、一微型阀片框 架、一微型阀片及一微型出气板；微型集气板，具有一挖空区，挖空区凸设一泄气 契合部；微型阀片框架，具有一阀片容置区；微型阀片，定位于阀片容置区，且具 有至少多个阀孔，多个阀孔与微型集气板的挖空区错位；以及一微型出气板，供微 型阀片框架布置且具有一出气槽及一出气孔。其中，多个阀孔的中心位置与出气孔 的中心位置形成偏心设计，使气体输出顺畅及泄气完整。当气体泄压时，借由微型 出气板的泄气分流槽使气体被迫分成二路先分流再汇集排出，避免产生噪音。

【附图说明】

图1为已知阀门立体示意图。

图2A为本案微型气体传输装置立体示意图。

图2B为本案微型气体传输装置另一角度的立体示意图。

图3A为本案微型气体泵的分解示意图。

图3B为本案微型气体泵另一角度的分解示意图。

图4A为本案微型气体泵的剖面示意图。

图4B至图4D为本案微型气体泵的作动示意图。

图5A为微型阀门与微型气体泵的分解示意图。

图5B为微型阀门与微型气体泵另一角度的分解示意图。

图6为本案微型气体传输装置的平面示意图。

图7为本案微型气体传输装置依图6的A-A剖切线的气体输出剖面示意图。

图8为本案微型气体传输装置的气体输出平面示意图。

图9为本案微型气体传输装置依图6的B-B剖切线的气体泄压剖面示意图。

图10为本案微型气体传输装置的气体泄压平面示意图。

【符号说明】

1：微型气体泵

100：微型气体传输装置

11：进气板

111：第一表面

112：第二表面

113：进气孔

114：汇流腔室

115：进气流道

12：共振片

121：中心孔

122：振动部

123：固定部

13：致动件

131：振动板

131a：上表面

131b：下表面

131c：凸部

132：框架

132a：第一导电接脚

133：连接部

134：压电片

135：气体通道

14：第一绝缘框架

15：导电框架

151：框架部

152：电极部

153：第二导电接脚

16：第二绝缘框架

17：振动腔室

2：微型阀门

21：微型集气板

210：挖空区

211：泄气契合部

2110：分流端部

22：微型阀片框架

220：阀片容置区

23：微型阀片

230：阀孔

24：微型出气板

240：出气表面

241：泄气表面

242：出气凹槽

243：出气孔

244：泄气分流槽

245：泄压孔

246：泄压沟渠

3：阀门

31：集气板

310：挖空区

32：阀片框架

320：定位空间

33：阀片

330：阀孔

34：出气板

340：出气孔

341：泄气孔

【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2A至图2B所示，图2A为本案微型气体传输装置立体示意 图，图2B为本案微型气体传输装置另一角度的立体示意图。本案提供一种微型气 体传输装置100，包含一微型气体泵1及一微型阀门2，微型气体泵1设置于微型阀门 2上。

以及，请参阅图3A及图3B所示，图3A为微型气体泵的分解示意图， 图3B为微型气体泵另一角度的分解示意图。微型气体泵1包含一进气板11、一共振 片12、一致动件13、一第一绝缘框架14、一导电框架15及一第二绝缘框架16。微型 气体泵1可为压电式气体泵，且总厚度为0.5～3mm，但不以此为限。

其中，进气板11具有一第一表面111、第二表面112、多个进气孔113、 一汇流腔室114及多个进气流道115。第一表面111与第二表面112为相互对应的两表 面。多个进气孔113于本实施例中其数量为4个，但不以此为限，分别由第一表面111 贯穿至第二表面112。汇流腔室114则由第二表面112凹陷形成，且位于第二表面112 中央。多个进气流道115其数量与位置与进气孔113相对应，故于本实施例中其数量 同样为4个。进气流道115的一端分别与对应的进气孔113连通，另一端则分别连通 至汇流腔室114，使得气体分别由自进气孔113进入后，会通过其对应的进气流道 115，最后汇聚于汇流腔室114内。

共振片12结合于进气板11的第二表面112，共振片12包含一中心孔 121、振动部122及一固定部123，中心孔121于共振片12的中心位置穿透形成，振动 部122位于中心孔121的周缘区域，固定部123位于振动部122的外缘，共振片12通过 固定部123与进气板11结合。当共振片12结合至进气板11时，中心孔121、振动部122 将与进气板11的汇流腔室114垂直对应。

致动件13结合至共振片12，致动件13包含一振动板131、一框架132、 多个连接部133、一压电片134及多个气体通道135。振动板131呈一正方形态样。框 架132为一方型外框环绕于振动板131的外围，且具有一第一导电接脚132a，第一导 电接脚132a自框架132的外围沿水平方向延伸。多个气体通道135则于振动板131、 框架132及多个连接部133之间。其中，致动件13通过框架132结合至共振片12的固 定部123，多个连接部133于本实施例中其数量为4个，但不以此为限。连接部133 分别连接于振动板131与框架132之间，以弹性支撑振动板131。压电片134其形状与 面积与振动板131相对应，于本实施例中，压电片134亦为正方形态样，其边长小于 或等于振动板131的边长，且贴附于压电片134。此外，振动板131具有相对的两表 面：一上表面131a及一下表面131b，上表面131a上具有一凸部131c，而压电片134 则是贴附于下表面131b。

第一绝缘框架14、第二绝缘框架16其外型与致动件13的框架132相 同，皆为方形框架。导电框架15包含一框架部151、一电极部152及一第二导电接脚 153，框架部151其形状与第一绝缘框架14、第二绝缘框架16相同为方形框架，电极 部152自框架部151内侧向中心延伸，第二导电接脚153由框架部151的外周水平方向 延伸。

请配合参阅图4A，图4A为微型气体泵的剖面示意图。进气板11、共 振片12、致动件13、第一绝缘框架14、导电框架15及第二绝缘框架16依序堆叠，共 振片12与振动板131之间形成一振动腔室17。此外，导电框架15的电极部152将抵触 致动件13的压电片134且电性连接，使得致动件13的第一导电接脚132a与导电框架 15的第二导电接脚153可对外接收驱动信号(包含驱动电压及驱动频率)，并将驱动 信号传送至压电片134。

接续，说明微型气体泵1的作动，请参考图4B至图4D，压电片134 收到驱动信号后，因压电效应开始产生形变，进而带动振动板131上下位移。请先 参阅图4B，当振动板131向下位移时，带动共振片12的振动部122向下移动，使得 汇流腔室114的容积增加，开始通过进气孔113、进气流道115汲取外部的气体进入 至汇流腔室114内。再如图4C所示，振动板131被压电片134向上带动时，会将振动 腔室17内的气体由中心向外侧推动，推至气体通道135，以通过气体通道135向下导 送，同时共振片12会向上移动，推挤汇流腔室114内的气体通过中心孔121向下传输。 最后如图4D所示，当振动板131向下位移复位时，同步带动共振片12的振动部122 向下移动，振动部122接近振动板131的凸部131c，推动振动腔室17的气体向外移动， 以进入气体通道135，且由于振动部122向下位移，使得汇流腔室114的容积大幅提 升，进而由进气孔113、进气流道115吸取外部的气体进入汇流腔室114内，不断重 复以上动作，将气体持续的向下传输至微型阀门2。

另，请参阅图5A至图5B，图5A为微型阀门与微型气体泵的分解示 意图，图5B为微型阀门与微型气体泵另一角度的分解示意图。其中，一微型气体 泵1设置于一微型阀门2上，微型阀门2包含一微型集气板21、一微型阀片框架22、 一微型阀片23及一微型出气板24。

微型集气板21具有一挖空区210，挖空区210凸设一泄气契合部211。 微型阀片框架22具有一阀片容置区220。微型阀片23设置于阀片容置区220并具有多 个阀孔230，且多个阀孔230与微型集气板21的挖空区210错位。于本实施例中，多 个阀孔230的数量以偶数为佳，较佳为2个，但不以此为限。

微型出气板24具有一出气表面240、一与出气表面240为两相对表面 的泄气表面241，一由出气表面240凹陷而成的出气凹槽242、一设置于出气凹槽242 的出气孔243及泄压孔245，出气孔243及泄压孔245贯穿出气表面240与泄气表面 241、一由出气表面240凹陷而成的泄气分流槽244，泄气分流槽244的位置是对应挖 空区210的泄气契合部211设置并与出气凹槽242错开、以及一自泄气表面241凹陷形 成的泄压沟渠246并与泄压孔245连通，且泄压沟渠246的面积自泄压孔245处朝远离 泄压孔245方向逐渐扩大。于本实施例中，微型出气板24的泄气分流槽244是以半蚀 刻制程所蚀刻出来，且蚀刻深的深度为0.1～0.15mm时，消除噪音效果最佳。

值得一提的是，微型阀片23的两阀孔230与微型出气板24的出气孔 243的中心点并非设置在同一中心线而形成一偏心设计，使两阀孔230未设置于出气 孔243的中心位置，而阀片容置区220形状与微型阀片23的形状相同，供微型阀片23 固定及定位其中，微型阀片框架22设置于微型集气板21上，而微型集气板21供微型 气体泵1设置其上。请参阅图2A至图2B，图2A为微型气体传输装置立体示意图， 图2B为微型气体传输装置另一角度的立体示意图。本实施例中，上述的微型集气 板21、微型阀片框架22及微型出气板24皆为金属材质，(例如：为相同的金属材质 的不锈钢)，此外，微型集气板21、微型阀片框架22及微型出气板24的厚度皆相同， 其厚度皆为2mm。

请参阅图6及图7，图6为本案微型气体传输装置的平面示意图，图7 依图6的A-A气体输出剖面示意图。微型阀门2的微型集气板21、微型阀片框架22、 微型阀片23及微型出气板24依序由下往上堆叠固定。微型阀片23容设于微型阀片框 架22的阀片容置区220内，而微型气体泵1结合微型阀门2。在输出气体时，微型气 体泵1传输气体至微型阀门2，气体由微型集气板21的挖空区210进入，此时，位于 出气凹槽242的微型阀片23部分区域因气体挤压而被向上推动，使气体进入出气凹 槽242内，并通过两阀孔230流经出气孔243顺利排出至一负载空间(图未示)。

请参阅图8，为本案微型气体传输装置的气体输出平面示意图。本案 为避免微型气体泵1在输出气体时产生阻塞的情况，因此将微型阀片23的两阀孔230 与微型出气板24的出气孔243的中心点不设置在同一中心线而形成偏心设计，同时 两阀孔230与出气孔243重叠形成一贯穿孔洞，供气体由贯穿孔洞及出气孔243输出 至负载空间，完成气体输出而不会造成阻塞。

请再配合参阅图9所示，为本案微型气体传输装置依图6的B-B气体 泄压剖面示意图。当微型气体传输装置100停止传输气体至负载空间时，负载空间 的气压大于外部气压，便开始通过微型阀门2进行泄压作业，气体从出气孔243回压 至微型出气板24时，因微型阀片23的两阀孔230与微型出气板24的出气孔243中心点 并非设置在同一中心线而是呈偏心设计，使两阀孔230不设置在出气孔243的中心位 置，因此大部分的气体无法由两阀孔230流入穿过微型阀片23而流经泄气分流槽 244，同时微型阀片23受到气体的推动而紧贴密合于微型集气板21上，且位于微型 集气板21的挖空区210上方的微型阀片23部分区域因气体推挤而向下推动，使气体 可经由微型阀片23的上方进入到挖空区210，再流经泄气分流槽244并由泄压孔245 输出至泄压沟渠246向外泄压，顺利完成泄压作业。其中，当气体经由至泄压沟渠 246泄压时，因泄压沟渠246的面积由泄压孔245处朝远离泄压孔245方向逐渐扩大设 计，使气体可更顺利地泄压。

请参阅图10，为本案微型气体传输装置的气体泄压平面示意图。为 避免微型气体泵1在进行泄压时产生噪音的情况，因此微型集气板21的挖空区210 对应微型出气板24的泄气分流槽244位置设有泄气契合部211。泄气时，借由泄气契 合部211紧贴于泄气分流槽244，因此当气体经由出气孔243进入而流至泄气分流槽 244时，气体会被迫分成二路后再汇集一并通过泄压孔245排出微型气体传输装置 100外，完成泄压作业。借由泄气分流槽244的设计，无论气体是分路或汇流都能有 效降低因气体直接冲击泄气分流槽244所造成的噪音。于本实施例中，泄气分流槽 244概呈一V形，并设有一V形分流结构，V形分流结构与泄气契合部211垂直对应。

据此，经由上述叙明微型气体传输装置100的结构及动作后，可得知 本案确实具有以下功效：

第一点、通过使用微型集气板21、微型阀片框架22、微型阀片23及 微型出气板24等结构所组成的微型阀门2能够大幅降低微型气体传输装置100的整 体厚度，特别是微型集气板21、微型阀片框架22及微型出气板24的厚度都可降至 2mm，使微型阀门2的全部厚度仅6mm。除此，本案取消微型阀门2上涂布封胶的 设计，令微型气体泵1与微型阀门2外围尺寸形成一致，进一步达到缩小微型气体传 输装置100的整体体积的功效。

第二点、本案的微型阀片23由原先的一个孔洞设置在出气孔243的中 间位置，改成两个阀孔230，并且两阀孔230与出气孔243中心点并非设置在同一中 心线而是呈偏心设计，此设计可避免气体在回压时通过两阀孔230造成泄压作业不 完整，保障气体泄气顺畅。

第三点、本案将微型集气板21的挖空区210对应微型出气板24的泄气 分流槽244的位置设有泄气契合部211，泄气时，借由泄气契合部211紧贴于泄气分 流槽244，使气体经由出气孔243进入而流至泄气分流槽244时，气体会被迫分成二 路后再汇集一并通过泄压孔245排出微型气体传输装置100外，完成泄压作业。因此， 无论气体是分路或汇流都能有效降低气体冲击所产生的噪音。