一种具有双振动层的压电驱动气体微泵及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有双振动层的压电驱动气体微泵及其制备方法。所述气体微泵包括依次层叠的进流层、振动基板层、和外壳体层，以及固定在振动基板层朝向进流层侧面的第一振动层、固定在振动基板层朝向外壳体层侧面的腔体层，和固定在腔体层朝向外壳体层侧面的第二振动层。制备方法通过对材料进行激光切割、研磨、车削、电镀等操作得到各层的结构后，再利用导电胶水、环氧树脂胶粘结的方式，组装得到所述的气体微泵。本申请通过第一振动层和振动基板层、腔体层和第二振动层分别组成两个压电振子，使腔体层的两侧均受到振动层的影响，最大程度得改变腔体层的容积，在保证气体微泵整体体积不明显变化的情况下，增大气体微泵流量。增大气体微泵流量。增大气体微泵流量。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双振动层的压电驱动气体微泵及其制备方法


[0001]本专利技术属于气体微泵
，涉及具有双层压电材料的高流量气体微泵，具体涉及一种具有双振动层的压电驱动气体微泵及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着压电材料和计算机数字化控制精密机械加工(CNC)的不断发展，使微泵的结构和原理越来越多样化。使用压电材料作为驱动源的气体微泵因其体积小、响应快、流量大，已被广泛应用于药物传输、养鱼增氧、美容仪、CPU散热等多个领域，显示出广阔的发展前景。
[0003]现阶段研究的压电泵主要分为有阀压电泵和无阀压电泵两大类。有阀压电泵因其带有阀结构无法工作于超过20KHz的超声波频段，带来噪音，而无阀压电泵依靠上下腔体高度差、或改变出入口管壁的流阻差来实现宏观出流，但也存在复杂的瞬时流量变化和不连续等问题，且流量较低。
[0004]在对比文件1(CN105240252B)中，压电微泵装置采用呈九十度弯曲的弹性连接件，经过仿真和理论受力分析，虽相较于普通压电微泵有流量提升，但其弹性连接件与四周仍需通过硅胶相粘结，并未做到一体化结构，此外，进气孔直面压电材料的银电极层，面对长期高频高流量的流体冲击，亦加速了其老化程度和增加了其失效的风险性。
[0005]在对比文件2(CN114151317A)中，压电微泵采用单振动层工作，其流量较低，且结构复杂，导致其制备工艺复杂和造价昂贵，极大的限制了其应用场景。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种具有双振动层的压电驱动气体微泵及其制备方法，通过双振动层合作，使气体微泵体积不变的情况下，提高了内部腔体的容积，从而增大输出流量，通过设计振动弹性连接件，提升微泵的工作频率到20kHz以上，避免工作在人耳可以听到的频率范围，去除噪音。
[0007]一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，包括依次层叠的进流层、振动基板层、和外壳体层，以及固定在振动基板层朝向进流层侧面的第一振动层、固定在振动基板层朝向外壳体层侧面的腔体层，和固定在腔体层朝向外壳体层侧面的第二振动层。
[0008]所述振动基板层包括边缘固定部、弹性连接件和中心振动部，振动基板层通过边缘固定部与进流层、外壳体层固定，通过中心振动部与第一振动层、腔体层固定。弹性连接件用于连接边缘固定部与中心振动部。边缘固定部与中心振动部之间的流通路与开设在进流层上的通孔连通，形成泵体的输入流道。
[0009]所述第一振动层与进流层之间设置有空腔，第二振动层与外壳体层之间设置有空腔。所述腔体层的边缘与中心振动部的边缘固定，内部与中心振动部之间形成空腔。开设在腔体层、第二振动层、外壳体层上并相互连通的流通路形成了泵体的输出流道。腔体层外接引线，使第一振动层和第二振动层实现异向振动。
[0010]作为优选，在振动基板层朝向进流层的一侧，弹性连接件和中心振动部的厚度小于边缘固定部，使得第一振动层与进流层之间形成空腔。
[0011]作为优选，在进流层朝向振动基板层的一侧，边缘部分高于中心部分，使得第一振动层与进流层之间形成空腔。
[0012]作为优选，还包括固定在外壳体层朝向腔体层侧面的O型密封圈。
[0013]作为优选，所述O型密封圈的内径与第二振动层的外径相同。
[0014]作为优选，所述边缘固定部和中心振动部之间包括多个均匀排列且互不重叠的弹性连接件，所述弹性连接件不为直线形状。
[0015]作为优选，所述弹性连接件包括第一连接部、第二连接部和弹性段。其中，弹性段呈圆弧形。第一连接部的一端与中心振动部连接，另一端与弹性段的一端连接。第二连接部的一端与与弹性段的另一端连接边缘固定部连接，另一端与边缘固定部连接。
[0016]作为优选，外壳体层的边缘与振动基板层的边缘固定部固定，中心部分厚度低于边缘部分，使得第二振动层与外壳体层之间形成空腔。
[0017]一种具有双振动层的压电驱动气体微泵的制作方法，具体包括以下步骤：
[0018](1)选择边长为10mm～20mm、厚度为0.5mm～2mm的金属板，在表面激光打出多个直径为0.5mm～2mm的通孔，得到进流层。
[0019](2)选择边长为10mm～20mm、厚度为0.2mm～1mm的金属板，在其表面中心研磨出一个直径为9mm～13mm、厚度为0.2mm的圆形，然后在圆形的边缘激光打出多个均匀排列的流通路，得到振动基板层。
[0020](3)选择直径为8mm～12mm、厚度为0.1mm～0.3mm的压电材料作为第一振动层，其顶部利用单组分环氧树脂胶水通过丝网印刷工艺与粘结步骤(2)中研磨的同心圆内，胶层厚度小于20um。
[0021](4)在振动基板层固定了第一振动层一面的边缘使用高目数的丝网印刷工艺印刷单组分高粘度的环氧树脂胶，与进流层边缘对齐后再通过高温热压技术粘结。
[0022](5)选择直径为8mm～12mm、厚度为0.1mm～0.3mm的金属板，将其中心向下研磨后，然后在圆心位置激光钻孔出直径为0.1mm～0.5mm通孔，得到腔体层。在腔体层未被研磨的部分使用单组分导电胶水，通过精密点胶机与振动基板层的另一面粘结，并在腔体层上外接引线。
[0023](6)选择选择直径为8mm～12mm、厚度为0.1mm～0.3mm、中间带有小孔直径为0.2mm～1mm的压电材料作为第二振动层。将第二振动层与腔体层表面的通孔对准后，使用单组分环氧树脂胶水将第二振动层与腔体层粘结，并使用导线将第二振动层上部与第一振动层下部相连接。
[0024](7)选择选择边长为10mm～20mm的绝缘材料，在中心位置激光钻孔出直径为0.5mm～2mm的通孔后，得到外壳体层。将外壳体层的边缘与振动基板层的边缘对齐后粘结。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026]1、当气体微泵中的双振动层正位移时，腔体层容积变大，导致腔体层内压强变小，流体由第二振动层表面的通孔流入腔体层，由于第二振动层与O型密封圈相接触，将输出流道与输入流道之间阻断，使流体从外壳体层表面的通孔吸入且不会逸散到输入流道，避免了双振动层往复工作时流体对流，因此可以增大流体单向运动的稳定性。当双振动层负位
移时，腔体层容积变小，导致腔体层内压强变大，流体由腔体层泵出。周而复始的高频振动，从而实现流体的脉冲喷射与单向高质量流量输送。
[0027]2、通过使用双层压电材料，使腔体层的两侧均受到振动层的影响，最大程度得改变腔体层的容积，在保证气体微泵整体体积不明显变化的情况下，相对于基于单层压电材料的微泵，增大流量。
[0028]3、使用弹性连接件连接中心振动部和边缘固定部，不仅使流体实现了单向运动，也减小了振动基板层的应力，增大其位移输出能力，提升器件的工作频率到20kHz以上，超出人耳可以听到的噪音范围，去除噪音。此外，中心振动部和弹性连接件的减薄为下振动部的粘结提供了空间。
附图说明
[0029]图1为实施例中具有双振动层的压电驱动气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：包括依次层叠的进流层(100)、振动基板层(103)和外壳体层(112)，以及固定在振动基板层(103)朝向进流层(100)侧面的第一振动层(102)、固定在振动基板层(103)朝向外壳体层(112)侧面的腔体层(106)，和固定在腔体层(106)朝向外壳体层(112)侧面的第二振动层(108)；所述振动基板层(103)包括边缘固定部、弹性连接件(104)和中心振动部，振动基板层(103)通过边缘固定部与进流层(100)、外壳体层(112)固定，通过中心振动部与第一振动层(102)、腔体层(106)固定；弹性连接件(104)用于连接边缘固定部与中心振动部；边缘固定部与中心振动部之间的流通路与开设在进流层(100)上的通孔连通，形成泵体的输入流道；所述第一振动层(102)与进流层(100)之间设置有空腔，第二振动层(108)与外壳体层(112)之间设置有空腔；所述腔体层(106)的边缘与中心振动部的边缘固定，内部与中心振动部之间形成空腔；开设在腔体层(106)、第二振动层(108)、外壳体层(112)上并相互连通的流通路形成了泵体的输出流道；工作过程中，第一振动层(102)和第二振动层(108)异向振动，使得腔体层(106)内部的空腔容积周期性变化。2.如权利要求1所述一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：中心振动部、弹性连接件(104)与进流层(100)的距离大于边缘固定部与进流层(100)的距离。3.如权利要求1所述一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：所述边缘固定部和中心振动部之间包括多个均匀排列且互不重叠的弹性连接件(104)。4.如权利要求3所述一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：所述弹性连接件(104)包括第一连接部、第二连接部和弹性段；其中，弹性段呈圆弧形；第一连接部的一端与中心振动部连接，另一端与弹性段的一端连接；第二连接部的一端与与弹性段的另一端连接边缘固定部连接，另一端与边缘固定部连接。5.如权利要求1所述一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：还包括固定在外壳体层(112)朝向腔体层(106)侧面的O型密封圈(110)。6.如权利要求5所述一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：所述O型密封圈(110)的内径与第二振动层(108)的外径相同。7.如权利要求1所述一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：所述外壳体层(112)一面平整，另一面的边缘凸起，凸起的部分与振动基板层(103)的边缘固定部固定。8.如权利要求1～7任一所述一种具有双振动层的压电驱动气体微泵，其特征在于：工作方法为：通过腔体层(106)上外接的引线，在第一振动层(102)与第二振动层(108)相互远离的表面同步施加峰峰值为20V、压电振子的一阶谐振频率下的矩形波信号；当第一振动层(102)和第二振动层(108)受到前半个激励信号时，第二振动层(108)沿着径向拉伸，带动腔体层(106)向上运动，于此同时第一振动层(102)也沿着径向拉伸，带动中心振动部向下运动，两者共同运动使腔体层(106)内的容积变大，使得气体由进流层(100)表面的通孔进入腔体层(106)，少量气体由外壳体层(112)表面的通孔进入腔体层(106)；当第一振...

【专利技术属性】
技术研发人员：轩伟鹏，倪嘉锋，李懿霖，李文钧，董树荣，骆季奎，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：