JP7044662B2 - アクチュエータセンサモジュールを備える装置 - Google Patents

Description

本発明は電子装置に関し、特に、環境を観測する電子装置に応用できる、アクチュエータセンサモジュールを備える装置に関する。

現在、人間の生活空間の環境の観測に対する要求が日を追うごとに高まっている。例えば、一酸化炭素や二酸化炭素、揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ，ＶＯＣ）、ＰＭ２．５等の観測である。環境中のこれらの気体の暴露は、人体の健康に影響を及ぼし、深刻な場合生命を脅かす。そのため、環境の観測は各国の注目を集め、いかにして環境の観測を行うかは喫緊の課題である。

ポータブル装置は、現代の生活中に幅広く使用もしくは応用されており、ポータブル装置を利用した周囲環境の気体の観測は可能である。もし、観測データを即時に提供し、環境内の者に警告できれば、即時の対応または避難が可能であり、環境中の気体の暴露による健康への影響や被害を防ぐことができる。よって、ポータブル装置を利用した周囲環境の観測は絶好の応用である。

しかし、ポータブル装置にセンサを設置して環境の観測を行うのは、ポータブル装置の使用者に、周囲環境に関する多元的な情報を提供できるが、観測の感度や正確さで絶好の効果を発揮できるかは、疑問が残る。例えば、センサは、環境中に自然流通する流体のみに頼っており、安定し一致した流量の流体を獲得して観測を行うのは難しく、且つ、環境中に自然流通する流体をセンサに引き寄せ、センサがそれに接触、反応し観測を行うまでには時間を要し、ゆえに即時の観測が難しくなっている。

これに鑑み、如何にしてセンサの観測精度と速度を上げるかは、現在解決が望まれる課題である。

本発明の主な目的は、アクチュエータセンサモジュールを備える装置を提供し、アクチュエータセンサモジュールを備える装置は、本体と、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールと、を含み、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールが本体内に設置され、本体外観の設計が、長辺３５～５５ｍｍ、幅２５～３０ｍｍ、高さ９～１３ｍｍで、また長辺は４２ｍｍが、幅は２８ｍｍが、高さは１１ｍｍが最も好ましく、且つ幅Ｗと高さＨの比の値が１．９～３．３の間、となり、以てポータブル化を達することである。

本発明の他の目的は、アクチュエータセンサモジュールを備える装置を提供し、アクチュエータセンサモジュールを備える装置は、本体と、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールと、を含み、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールが本体内に設置され、アクチュエータセンサモジュールが、キャリアと、少なくとも一つのセンサと、少なくとも一つのアクチュエータと、駆動及び伝送制御ユニットと、電池と、を整合して含むモジュールであり、アクチュエータは流体が流動を生じる作用を加速させ、また安定し一致した流量を提供し、よってセンサは安定し一致した流量の流体を獲得して直接観測を行い、且つセンサが反応し観測を行うまでの時間を短縮し、正確な観測を達することである。

本発明のもう一つの目的は、アクチュエータセンサモジュールを備える装置を提供し、環境を観測するアクチュエータセンサモジュールを整合することにより、ポータブル式の空気品質観測の装置を構成し、即ち、濾過機能を備える防護マスクの外部の空気品質を測定できる機能を有し、また測定結果の出力データを接続装置に伝送して表示、保存及び再伝送させ、即時に情報を表示し通報を行う効能を達し、同時にクラウドデータベースを構築し、空気品質通報メカニズム及び空気品質処理メカニズムを起動させ、それによって即時に使用者が空気を濾過する防護装置を装着し、汚染された空気が人体の健康に影響を与えるのを防ぐことが出来ることである。

上述の目的を達するため、本発明の広義の実施態様は、アクチュエータセンサモジュールを備える装置を提供することであり、本体と、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールと、を含み、前記本体は、長辺５０～７０ｍｍ、幅２５～３０ｍｍ、高さ９～１３ｍｍとし、少なくとも一つの前記アクチュエータセンサモジュールは、前記本体内に設置され、キャリアと、少なくとも一つのセンサと、少なくとも一つのアクチュエータと、駆動及び伝送制御ユニットと、電池と、を含み、少なくとも一つの前記センサ、少なくとも一つの前記アクチュエータ、前記駆動及び伝送制御ユニット、前記電池は、前記キャリア上に搭載され、且つ少なくとも一つの前記アクチュエータは前記センサの側に設置され、少なくとも一つの通路を有し、前記アクチュエータが駆動されることで、流体は前記通路から流出し、前記センサ箇所を通過し、前記センサは接触した前記流体を測定する。

本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の外観図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の正面図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の側面図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の観測チャンバがキャリア上にある状態の図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の観測チャンバ内にアクチュエータとセンサが配置されている状態の外観図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の観測チャンバ内にアクチュエータとセンサが配置されている状態の断面図、及び観測チャンバ内の気体の流動方向の説明である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの異なる角度からの分解構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの異なる角度からの分解構造図である 図３Ａ、図３Ｂに示す圧電アクチュエータの断面構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの断面構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの作動の流れを示す構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの作動の流れを示す構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの作動の流れを示す構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの作動の流れを示す構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の流体アクチュエータの作動の流れを示す構造図である。 本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の駆動及び情報伝送システムの図である。

本発明の特徴と利点を体現するいくつかの典型的実施例については、後方で詳しく説明する。本発明は異なる態様において各種の変化が可能であり、そのいずれも本発明の範囲を脱せず、かつ本発明の説明及び図面は本質的に説明のために用いられ、本発明を制限するものではないことが理解されるべきである。

図１Ａから図２Ｃを参照すると、本発明は、アクチュエータセンサモジュールを備える装置を提供し、少なくとも一つの本体２と、少なくとも一つの長辺Ｌと、少なくとも一つの幅Ｗと、少なくとも一つの高さＨと、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュール１と、少なくとも一つのキャリア１１と、少なくとも一つのセンサ１２と、少なくとも一つのアクチュエータ１３と、少なくとも一つの駆動及び伝送制御ユニット１４と、少なくとも一つの電池１５と、少なくとも一つの通路１３６と、少なくとも一つの流体と、を含み、以下の実施例において、前記本体２、前記長辺Ｌ、前記幅Ｗ、前記高さＨ、前記キャリア１１、前記駆動及び伝送制御ユニット１４、前記電池１５、前記流体、は使用量を一つとして説明しているが、これに限らず、前記本体２、前記長辺Ｌ、前記幅Ｗ、前記高さＨ、前記キャリア１１、前記駆動及び伝送制御ユニット１４、前記電池１５、前記流体、は複数個の組み合わせとすることもできる。

図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを参照すると、本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置は、主に前記本体２と、少なくとも一つの前記アクチュエータセンサモジュール１と、を含み、前記アクチュエータセンサモジュール１は前記本体２内に設置され、前記キャリア１１と、少なくとも一つの前記センサ１２と、少なくとも一つの前記アクチュエータ１３と、前記駆動及び伝送制御ユニット１４と、前記電池１５と、を含む。前記本体２は中空筐体であり、入気口２１と排気口２２を備える。

本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置は、ポータブル化の目的を達するために、本体２の体積の軽薄短小化を考え、マイクロ化の設計を目指し、使用者が携帯出来ることを目指している。前記本体２のマイクロ化においては、無論、内部に設置するモジュールのサイズを考慮する必要があり、よって前記アクチュエータセンサモジュール１の部品もマイクロ化の設計が求められる。現在、前記アクチュエータセンサモジュール１の部品では、前記センサ１２、前記駆動及び伝送制御ユニット１４、前記電池１５は電子製品で、いずれもマイクロ化の設計が可能である。しかし、駆動装置である前記アクチュエータ１３に至っては、その内部のチャンバが駆動され振動を生じる必要から、サイズの縮小に限界がある。そのため、現状最もマイクロ化であるアクチュエータを採用することにする。ゆえに、前記本体２の外観設計は以下のサイズを最良とし、本実施例における前記本体２の外観設計は、前記長辺Ｌを３５～５５ｍｍ、前記幅Ｗを２５～３０ｍｍ、前記高さＨを９～１３ｍｍとし、また前記長辺Ｌは４２ｍｍが、前記幅Ｗは２８ｍｍが、前記高さＨは１１ｍｍが最も好ましく、且つ前記幅Ｗと前記高さＨの比の値を１．９～３．３とし、以てアクチュエータセンサモジュールを備える装置のポータブル化の目的を達する。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すよう、前記アクチュエータセンサモジュール１の前記キャリア１１は、前記センサ１２、前記アクチュエータ１３、前記駆動及び伝送制御ユニット１４、前記電池１５を整合し、またプリント回路板（ＰＣＢ）とすることができ、前記センサ１２と前記アクチュエータ１３はその上に隣接して取付けることができるが、これに限らず、前記センサ１２と前記アクチュエータ１３を整合し支持する他の基盤としてもよい。また、前記アクチュエータセンサモジュール１は更に観測チャンバ１６を含み、前記センサ１２と前記アクチュエータ１３はいずれも前記観測チャンバ１６内部に設置され、且つ前記観測チャンバ１６は、導入通路１６１と送出通路１６２を備える。前記アクチュエータセンサモジュール１が前記本体２内に設置される時、前記導入通路１６１は、前記本体２の前記入気口２１と対応して連通し、前記送出通路１６２は前記本体２の前記排気口２２と対応して連通し、且つ前記導入通路１６１、前記送出通路１６２の表面にはそれぞれ、前記本体２の前記入気口２１、前記排気口２２、に対応する防護膜１７が貼付され、前記防護膜１７は防水、防塵の膜状構造であり、且つ気体のみを通過させ、前記導入通路１６１、前記送出通路１６２から導入、または排出した流体は全て防水、防塵のこの前記防護膜１７で濾過される。

本発明の前記センサ１２は、前記導入通路１６１の下側に位置し、また前記アクチュエータ１３は、前記送出通路１６２箇所に対応して設置される。前記アクチュエータ１３は、前記センサ１２の側に置かれ、少なくとも一つの前記通路１３６を備える。前記アクチュエータ１３は駆動され流体の流動を生じ、流体は図２Ｃが示すよう矢印の方向に流動するため、よって前記通路１３６箇所では流体の引き寄せが生じ、流体が、前記導入通路１６１から導入され、流通して前記センサ１２箇所を通過し、前記センサ１２が接触した流体を測定し、且つ前記アクチュエータ１３内部で流体が誘導されることにより安定し一致した流量が提供され、よって前記センサ１２が安定し一致した流量の流体を獲得し、またそれを直接観測出来るようになり、且つ前記センサ１２が反応し観測を行うまでの時間を短縮し、正確な観測を達成する。

本発明の前記センサ１２は、各種のセンサを包括できる。例えば、温度センサ、揮発性有機化合物センサ（例えば、ホルムアルデヒドやアンモニアを測定するセンサ）、微粒子センサ（例えば、ＰＭ２．５用の微粒子センサ）、一酸化炭素センサ、二酸化炭素センサ、酸素センサ、オゾンセンサ、他種気体を測定するセンサ、湿度センサ、水分センサ、水または他の液体または空気中の化合物／生体物質を測定するセンサ（例えば、水質センサ）、他種液体を測定するセンサ、または環境中の光を測定するセンサ、等である。前記センサ１２はこれらのセンサの任意の組み合わせとしてもよいが、これに限らない。或いは、バクテリア、ウイルス、微生物を観測するセンサのうちの少なくとも一つまたは任意の組み合わせとすることもできる。

前記アクチュエータ１３は、制御信号を、被制御を促すシステムに変換できる動力装置である。前記アクチュエータ１３は、電動アクチュエータ、磁気アクチュエータ、熱駆動アクチュエータ、圧電アクチュエータ、流体アクチュエータのうちの少なくとも一つまたは任意の組み合わせを含むことができる。例えば、電動アクチュエータは交直流モータやステッピングモータ等、磁気アクチュエータは電磁コイルモータ等、熱駆動アクチュエータはヒートポンプ等、圧電アクチュエータは圧電ポンプ等、流体アクチュエータは気体ポンプや流体ポンプ等、が考えられる。

本実施例において、アクチュエータセンサモジュールを備える装置の前記アクチュエータ１３は流体アクチュエータとすることができ、以下では前記アクチュエータ１３を流体アクチュエータとして説明する。本発明の流体アクチュエータ１３は、圧電駆動ポンプの駆動構造、または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ポンプの駆動構造とすることができる。以下の本実施例では圧電駆動ポンプの前記流体アクチュエータ１３の作動について説明する。

図３Ａ、３Ｂを参照すると、前記流体アクチュエータ１３は、気体導入板１３１、共振片１３２、圧電アクチュエータパーツ１３３、絶縁片１３４ａ、１３４ｂ、導電片１３５等構造を含み、前記圧電アクチュエータパーツ１３３は、前記共振片１３２に対応して設置され、前記気体導入板１３１、前記共振片１３２、前記圧電アクチュエータパーツ１３３、前記絶縁片１３４ａ、前記導電片１３５、もう一つの前記絶縁片１３４ｂ、等を順に積み重ねて設置し、その組立が完成した状態の断面図は図５に示すとおりである。

本実施例において、前記気体導入板１３１は、少なくとも一つの気体導入孔１３１ａを備え、前記気体導入孔１３１ａの数量は四つとするのが好ましいが、これに限らない。前記気体導入孔１３１ａは、前記気体導入板１３１を貫通し、気体を装置外から大気圧の作用に応じて少なくとも一つの前記気体導入孔１３１ａから前記流体アクチュエータ１３中に流入させるのに用いられる。前記気体導入板１３１上には、少なくとも一つの合流孔１３１ｂが備わり、前記気体導入板１３１の反対側の面の少なくとも一つの前記気体導入孔１３１ａに対応して設置される。前記合流孔１３１ｂが中心で交流する箇所には中心凹部１３１ｃが備えられ、且つ前記中心凹部１３１ｃは前記合流孔１３１ｂと連通し、これにより少なくとも一つの前記気体導入孔１３１ａから前記合流孔１３１ｂに進入した気体を、前記中心凹部１３１ｃに集まるよう誘導することができ、気体の伝送を実現する。本実施例において、前記気体導入板１３１は、一体成型の前記気体導入孔１３１ａ、前記合流孔１３１ｂ、前記中心凹部１３１ｃを備え、且つ前記中心凹部１３１ｃ箇所は気体を合流させる合流チャンバを形成し、気体を一時的に保存する。一部の実施例において、前記気体導入板１３１の材質は、例えばステンレス材質で構成することができるが、これに限らない。他の一部の実施例において、前記中心凹部１３１ｃ箇所に構成される合流チャンバの深さは、前記合流孔１３１ｂの深さと同等であるが、これに限らない。前記共振片１３２は可撓性材質で構成されるが、これに限らず、且つ前記共振片１３２上には中空孔１３２ｃが備えられ、前記気体導入板１３１の前記中心凹部１３１ｃに対応して設置され、気体を流通させる。他の一部の実施例において、前記共振片１３２は銅材質で構成することができるが、これに限らない。

前記圧電アクチュエータパーツ１３３は、懸吊板１３３１、外枠１３３２、少なくとも一つのフレーム１３３３、圧電片１３３４を組み立てて成り、前記圧電片１３３４は、前記懸吊板１３３１の第一表面１３３１ｃに貼付され、電圧を印加し形状変化を生じ、前記懸吊板１３３１を駆動して湾曲振動させるのに用いられる。また少なくとも一つの前記フレーム１３３３は、前記懸吊板１３３１と前記外枠１３３２との間を連接し、本実施例において、前記フレーム１３３３は、前記懸吊板１３３１と前記外枠１３３２との間を連接する形で設置され、その両端点はそれぞれ前記外枠１３３２、前記懸吊板１３３１と連接され、弾性的支持を提供し、且つ、前記フレーム１３３３、前記懸吊板１３３１、前記外枠１３３２との間には少なくとも一つの空隙１３３５が形成され、少なくとも一つの前記空隙１３３５は気体通路と連通し、気体の流通に役立つ。強調されるべきは、前記懸吊板１３３１、前記外枠１３３２、前記フレーム１３３３の型態及び数量は前述の実施例に限らず、且つ実際の応用ニーズに応じて変化させることができる。また、前記外枠１３３２は前記懸吊板１３３１の外側を囲繞して設置され、且つ外向きに凸設される導電ピン１３３２ｃを備え、前記導電ピン１３３２ｃは電気的接続に用いられるが、これに限らない。

懸吊板１３３１は階段面の構造であり（図４参照）、即ち、前記懸吊板１３３１の第二表面１３３１ｂは、更に凸部１３３１ａを備え、前記凸部１３３１ａは円形の隆起構造とすることができるが、これに限らない。前記懸吊板１３３１の前記凸部１３３１ａは、前記外枠１３３２の第二表面１３３２ａと共平面であり、且つ前記懸吊板１３３１の前記第二表面１３３１ｂと、前記フレーム１３３３の第二表面１３３３ａも共平面であり、且つ前記懸吊板１３３１の前記凸部１３３１ａ及び前記外枠１３３２の前記第二表面１３３２ａと、前記懸吊板１３３１の前記第二表面１３３１ｂ及び前記フレーム１３３３の前記第二表面１３３３ａ、との間には一定の深さがある。前記懸吊板１３３１の前記第一表面１３３１ｃと、前記外枠１３３２の第一表面１３３２ｂ及び前記フレーム１３３３の第一表面１３３３ｂは平坦な共平面構造を成しており、且つ前記圧電片１３３４は、この平坦な前記懸吊板１３３１の前記第一表面１３３１ｃ箇所に貼付される。他の一部の実施例において、前記懸吊板１３３１の型態は、両面が平坦な板状の正方形構造とすることもできるが、これに限らず、実際の状況に応じて任意に変化させることが可能である。一部の実施例において、前記懸吊板１３３１、前記フレーム１３３３、前記外枠１３３２は一体成型の構造とすることができ、且つ金属板材質で構成され、金属板材質は例えばステンレス材質が考えられるがこれに限らない。他の一部の実施例において、前記圧電片１３３４の辺の長さは、前記懸吊板１３３１の辺の長さより小さい。また他の一部の実施例において、前記圧電片１３３４の辺の長さは、前記懸吊板１３３１の辺の長さに等しく、且つ、同様に前記懸吊板１３３１に対応する正方形の板状構造に設計できるが、これに限らない。

本実施例において、図３Ａに示すよう、前記流体アクチュエータ１３の前記絶縁片１３４ａ、前記導電片１３５、もう一つの前記絶縁片１３４ｂは、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の下に順に対応して設置され、且つその形態は、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の前記外枠１３３２の形態にほぼ対応する。一部の実施例において、前記絶縁片１３４ａ、１３４ｂは絶縁材質で構成され、絶縁材質はプラスチックが考えられるがこれに限らず、絶縁機能を提供する。他の一部の実施例において、前記導電片１３５は導電材質で構成され、導電材質は金属材質が考えられるがこれに限らず、電気の導通機能を提供する。本実施例において、前記導電片１３５上には導電ピン１３５ａを設置し、電気の導通機能を実現することもできる。

本実施例において、図５に示すように、前記流体アクチュエータ１３は、前記気体導入板１３１、前記共振片１３２、前記圧電アクチュエータパーツ１３３、前記絶縁片１３４ａ、前記導電片１３５、前記絶縁片１３４ｂ等を順に積み重ねて成り、且つ前記共振片１３２と前記圧電アクチュエータパーツ１３３との間に間隙ｈを備える。本実施例において、前記共振片１３２と、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の前記外枠１３３２の周縁との間の前記間隙ｈには、充填材質が充填され、充填材質は導電ペーストが考えられるがこれに限らず、前記共振片１３２と、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の前記懸吊板１３３１の前記凸部１３３１ａとの間に前記間隙ｈの深さを維持し、気流のより迅速な流動を導くことができ、且つ、前記懸吊板１３３１の凸部１３３１ａと前記共振片１３２のと間に適切な距離を保持して相互の干渉を減少することで、騒音の発生を抑えることができる。別の一部の実施例において、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の前記外枠１３３２の高さを高くし、前記共振片１３２との組み立て時に間隙を追加してもよいが、これに限らない。

図３Ａ、図３Ｂ、図５に示すように、本実施例において、前記気体導入板１３１、前記共振片１３２、前記圧電アクチュエータパーツ１３３を順に対応させて組み立てた後、前記共振片１３２は可動部１３２ａと固定部１３２ｂを備え、可動部１３２ａ箇所には、その上の前記気体導入板１３１と共同で、気体を集めるチャンバが形成され、且つ前記共振片１３２と前記圧電アクチュエータパーツ１３３との間に第一チャンバ１３０が形成され、気体を一時的に保存するために用いられる。且つ前記第一チャンバ１３０は、前記共振片１３２の前記中空孔１３２ｃを通じて、前記気体導入板１３１の前記中心凹部１３１ｃ箇所のチャンバと連通し、且つ前記第一チャンバ１３０の両側は、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の前記フレーム１３３３の間の空隙１３３５を通じて流体通路と連通する。

図３Ａ、図３Ｂ、図５、図６Ａから図６Ｅを参照し、本発明の前記流体アクチュエータ１３の作動の流れについて以下で説明する。前記流体アクチュエータ１３が作動する時、前記圧電アクチュエータパーツ１３３は電圧を受け駆動され、前記フレーム１３３３を支点として垂直方向に往復振動する。図６Ａに示すように、前記圧電アクチュエータパーツ１３３が電圧を受けて駆動され下向きに振動すると、前記共振片１３２は軽くて薄いチップ状構造のため、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の振動時、前記共振片１３２もそれに伴って共振し、垂直の往復振動を行い、即ち前記共振片１３２の前記中心凹部１３１ｃに対応する部分も、それに伴って湾曲振動と形状変化を生じる。即ちこの前記中心凹部１３１ｃに対応する部分が、前記共振片１３２の可動部１３２ａであり、前記圧電アクチュエータパーツ１３３が下向きに湾曲振動する時、前記共振片１３２の前記中心凹部１３１ｃに対応する前記可動部１３２ａは、気体の導入と押圧、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の振動により動かされ、前記圧電アクチュエータパーツ１３３に伴って下向きの弯曲運動と形状変化を生じる。気体は、前記気体導入板１３１上の少なくとも一つの前記気体導入孔１３１ａから進入し、少なくとも一つの前記合流孔１３１ｂを通じて中央の前記中心凹部１３１ｃ箇所に集まり、さらに前記共振片１３２上の前記中心凹部１３１ｃと対応して設置される前記中空孔１３２ｃを経由し、前記第一チャンバ１３０内に下に向かって流入する。その後、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の振動に動かされ、前記共振片１３２もそれに伴って共振し、垂直の往復運動を行い、図６Ｂに示すよう、この時前記共振片１３２の前記可動部１３２ａもそれに伴って下向きに振動し、前記圧電アクチュエータパーツ１３３の前記懸吊板１３３１の前記凸部１３３１ａ上に貼接され、これにより前記懸吊板１３３１の前記凸部１３３１ａ以外の区域と、前記共振片１３２の両側の前記固定部１３２ｂのとの間の合流チャンバの間隔は小さくならず、またこの前記共振片１３２の形状変化により、前記第一チャンバ１３０の体積が圧縮され、また前記第一チャンバ１３０中間の流通空間が閉鎖されることで、その内側の気体が押し動かされて両側に流動し、さらに前記圧電アクチュエータパーツ１３３の前記フレーム１３３３の間の前記空隙１３３５を通過して下に流動する。その後、図６Ｃに示すよう、前記共振片１３２の前記可動部１３２ａは上向きの湾曲振動と形状変化を生じ、初期位置を回復し、且つ前記圧電アクチュエータパーツ１３３が電圧を受けて駆動され、上向きに振動し、同様に前記第一チャンバ１３０の体積を圧縮するが、この時のみ前記圧電アクチュエータパーツ１３３が上に向かって持ち上げられ、前記第一チャンバ１３０内の気体が両側に移動し、気体が継続して前記気体導入板１３１上の少なくとも一つの前記気体導入孔１３１ａから進入し、前記中心凹部１３１ｃの形成するチャンバ内に流入する。その後、図６Ｄに示すように、前記共振片１３２は前記圧電アクチュエータパーツ１３３が上に持ち上げられる振動を受けて上向きに共振し、この時前記共振片１３２の前記可動部１３２ａもそれに伴い上向きに振動して、気体が継続して前記気体導入板１３１上の少なくとも一つの前記気体導入孔１３１ａから進入し、さらに前記中心凹部１３１ｃの形成するチャンバ内に流入する作用が緩和される。最後に、図６Ｅに示すように、前記共振片１３２の前記可動部１３２ａも初期位置に回復し、この実施態様からわかるように、前記共振片１３２が垂直に往復運動すると、前記圧電アクチュエータパーツ１３３との間の前記間隙ｈでその垂直移動の最大距離が増加される。つまり、これら二つの構造間に設置された前記間隙ｈが、前記共振片１３２の共振時により大きな幅の上下移動を発生させることができる。これにより、この前記流体アクチュエータ１３の流路設計中を通過することで圧力の勾配を生じ、流体を高速流動させ、流路の出入方向の抵抗差を通じて、気体を吸入側から排出側に移動させ、流体の輸送作業を完了する。排出側に空気圧がある状態下でも、継続して気体を流体通路に押し入れる能力を備え、かつ静音の効果を達することができる。このように、図６Ａから図６Ｅの前記流体アクチュエータ１３の作動を繰り返し、前記流体アクチュエータ１３に外から内への流体輸送を発生させることができる。

上に続いて、前記流体アクチュエータ１３の作動について更に以下で説明する。前記気体導入板１３１、前記共振片１３２、前記圧電アクチュエータパーツ１３３、前記絶縁片１３４ａ、前記導電片１３５、もう一つの前記絶縁片１３４ｂ、等の部品は順に積み重なって設置され、図２Ｃが示すように、前記流体アクチュエータ１３が前記キャリア１１上に組立てられ、前記キャリア１１との間に前記通路１３６を保持し、且つ前記通路１３６が前記センサ１２の側に位置し、前記アクチュエータ１３が駆動されて流体の流動を発生させ（図２Ｃの矢印方向に流動）、そのため前記通路１３６箇所には流体の引き寄せが生じ、流体は前記導入通路１６１から導入され、流通して前記センサ１２箇所を通過し、前記センサ１２は接触した流体を測定し、且つ前記アクチュエータ１３内部では流体が導引されることにより安定し一致した流量が提供され、よって、前記センサ１２箇所では安定し一致した流体の流通を獲得して直接観測することができ、且つ前記センサ１２が反応し観測するまでの時間を短縮し、正確な観測を達成することができる。

図７に示す本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置の駆動及び情報伝送システムを参照する。本発明の前記アクチュエータセンサモジュール１の電池１５は蓄積エネルギ、出力エネルギとし、前記センサ１２の測定操作用、及び前記アクチュエータ１３の駆動制御用、にそれぞれにエネルギを提供することができる。前記電池１５は、外部接続の供電装置３と組み合わせ、そこから伝達されたエネルギを受信そして保存し、前記センサ１２と前記アクチュエータ１３の駆動用にエネルギを提供することができる。上述の前記供電装置３の伝達方式は無線伝達方式とすることができ、無線伝達によってエネルギを電池１５に輸送する。例えば、前記供電装置３は、ワイヤレス充電（感応式充電）のユニットを内設する充電器とし、無線伝達によりエネルギを前記電池１５に輸送することができる。または、前記供電装置３の伝達は、ワイヤレス充放電の伝達方式を有するポータブル装置とすることができ、例えば、ワイヤレス充電（感応式充電）のユニットを内設する携帯電話とし、無線伝達によりエネルギを前記電池１５に輸送することができる。

本発明の前記アクチュエータセンサモジュール１の、前記駆動及び伝送制御ユニット１４は、マイクロ制御ユニット１４１と、データトランシーバ１４２を含む。前記マイクロ制御ユニット１４１は、前記センサ１２の測定データに対し演算処理を行い、また前記アクチュエータ１３の駆動を制御する。前記データトランシーバ１４２は、信号を送受信するユニット装置で、前記マイクロ制御ユニット１４１が前記センサ１２の測定データに対し演算処理を行った後、出力データに変換する。前記データトランシーバ１４２は出力データを接続装置４に送信し、前記接続装置４は出力データの情報を表示し、また出力データの情報を保存し、或いは出力データの情報を保存が可能な装置に伝送し、保存及び演算処理をさせる。または、前記接続装置４は通報処理システム５と接続され、能動的（直接通報）または受動的（出力データの情報を読取った者による操作）に空気品質通報メカニズムを起動させ、例えば、即時空気品質マップによる避難やマスク着用の指示といった通報を行う。または、前記接続装置４は通報処理装置６と接続され、能動的（直接通報）または受動的（出力データの情報を読取った者による操作）に空気品質処理メカニズムを起動させ、例えば、空気清浄機やエアコン等を起動させ空気品質清浄の処理を行う。

本発明の前記接続装置４は、例えばデスクトップパソコン等の、有線通信によりデータの伝送を行うディスプレイ装置とし、または、例えばノートパソコン等の、無線通信によりデータの伝送を行うディスプレイ装置とし、或いは、例えば携帯電話等の、無線通信によりデータの伝送を行うポータブル式装置とする。有線通信によるデータの伝送は、主に、ＲＳ４８５、ＲＳ２３２、Ｍｏｄｂｕｓ、ＫＮＸ等インターフェイスを用いることができる。無線通信によるデータの伝送は、主に、ｚｉｇｂｅｅ、ｚ－ｗａｖｅ、ＲＦ、ブルートゥース（登録商標）、ｗｉｆｉ、ＥｎＯｃｅａｎ等テクノロジーを用いることができる。本発明の前記接続装置４は、出力データの情報を、ネットワーク間の中継点７に伝送し、さらに前記ネットワーク間の中継点７は出力データの情報をクラウドデータ処理装置８に伝送し、演算処理と保存を行わせることができる。前記クラウドデータ処理装置８は、出力データの情報を演算処理した結果の通知を、前記ネットワーク間の中継点７を経由し前記接続装置４に伝送する。よって、前記接続装置４と接続される前記通報処理システム５は、前記接続装置４より伝送された通知を受信し空気品質通報メカニズムを起動させる。または、前記接続装置４と接続される前記通報処理装置６は、接続装置４より伝送された通知を受信し空気品質処理メカニズムを起動させる。

上述の前記接続装置４は、操作指令を発信して前記アクチュエータセンサモジュール１の作動を操作することもできる。或いは上述の通り、有線、無線通信によるデータ伝送方法により、操作指令を、前記データトランシーバ１４２を経由して前記マイクロ制御ユニット１４１に伝送し、前記センサ１２の測定操作とアクチュエータ１３の駆動を制御することができる。

無論、本発明では更に第二接続装置９を含み、操作指令を発信させることもできる。操作指令は、前記ネットワーク間の中継点７を経由し前記クラウドデータ処理装置８に伝送され、前記クラウドデータ処理装置８から再び前記ネットワーク間の中継点７を経由して前記接続装置４に伝送され、前記接続装置４から前記データトランシーバ１４２に伝送され、最後に前記マイクロ制御ユニット１４１に伝送され、前記センサ１２の測定操作と前記アクチュエータ１３の駆動を制御する。前記第二接続装置９は、有線通信によりデータの伝送を行う装置、または、無線通信によりデータの伝送を行う装置、或いは、無線通信によりデータの伝送を行うポータブル式装置とする。

以上をまとめると、本発明のアクチュエータセンサモジュールを備える装置は、環境を観測するアクチュエータセンサモジュールを整合することにより、ポータブル式の空気品質観測の装置を構成し、アクチュエータは流体が流動を生じる作用を加速させ、また安定し一致した流量を提供し、よってセンサは安定し一致した流量の流体を獲得して観測を行い、且つセンサが反応し観測を行うまでの時間を短縮し、正確な観測を達することができる。また、アクチュエータセンサモジュールは、測定結果の出力データを接続装置に伝送して表示、保存及び再伝送させ、即時に情報を表示し通報を行う効能を達し、同時にクラウドデータベースを構築し、空気品質通報メカニズム及び空気品質処理メカニズムを起動させ、よって汚染された空気が人体の健康に影響を与えるのを防ぐことが出来る。本発明は極めて高い産業的価値があり、法に基づきここに出願を提出するものである。

発明は当業者であれば諸般の修飾が可能であるが、いずれも後付の特許請求の範囲の保護範囲に含まれる。

１ アクチュエータセンサモジュール
１１ キャリア
１２ センサ
１３ アクチュエータ、流体アクチュエータ
１３０ 第一チャンバ
１３１ 気体導入板
１３１ａ 気体導入孔
１３１ｂ 合流孔
１３１ｃ 中心凹部
１３２ 共振片
１３２ａ 可動部
１３２ｂ 固定部
１３２ｃ 中空孔
１３３ 圧電アクチュエータパーツ
１３３１ 懸吊板
１３３１ａ 凸部
１３３１ｂ 第二表面
１３３１ｃ 第一表面
１３３２ 外枠
１３３２ａ 第二表面
１３３２ｂ 第一表面
１３３２ｃ 導電ピン
１３３３ フレーム
１３３３ａ 第二表面
１３３３ｂ 第一表面
１３３４ 圧電片
１３３５ 空隙
１３４ａ、１３４ｂ 絶縁片
１３５ 導電片
１３５ａ 導電ピン
１３６ 通路
１４ 駆動及び伝送制御ユニット
１４１ マイクロ制御ユニット
１４２ データトランシーバ
１５ 電池
１６ 観測チャンバ
１６１ 導入通路
１６２ 送出通路
１７ 防護膜
２ 本体
２１ 入気口
２２ 排気口
３ 供電装置
４ 接続装置
５ 通報処理システム
６ 通報処理装置
７ ネットワーク間の中継点
８ クラウドデータ処理装置
９ 第二接続装置
Ｈ 高さ
Ｌ 長辺
Ｗ 幅
ｈ 間隙

Claims (12)

1. アクチュエータセンサモジュールを備える装置であって、本体と、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールと、を含み、
   前記本体は、長辺３５～５５ｍｍ、幅２５～３０ｍｍ、高さ９～１３ｍｍとし、
   前記少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールは、前記本体内に設置され、キャリアと、少なくとも一つのセンサと、少なくとも一つのアクチュエータと、駆動及び伝送制御ユニットと、電池と、を含み、前記センサ、前記アクチュエータ、前記駆動及び伝送制御ユニット、前記電池が、前記キャリア上に搭載され、
   前記アクチュエータを、圧電駆動ポンプとし、前記圧電駆動ポンプが、気体導入板と、共振片と、圧電アクチュエータパーツと、を含み、前記圧電アクチュエータパーツが駆動されると、気流が前記気体導入板から導入され、前記圧電アクチュエータパーツと前記共振片が共振を生み出して気流を伝送し、前記アクチュエータが前記センサの側に設置され、少なくとも一つの通路を有し、前記アクチュエータが駆動されることで、流体が前記通路から流通して前記センサ箇所を経由し、前記センサが接触した前記流体を測定する、ことを特徴とする，アクチュエータセンサモジュールを備える装置。
2. 前記本体の最良の長辺を４２ｍｍ、最良の幅を２８ｍｍ、最良の高さを１１ｍｍとすることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
3. 前記本体の幅と高さの比の値を１．９～３．３の間とすることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
4. 前記アクチュエータセンサモジュールが更に観測チャンバを含み、且つ前記センサと前記アクチュエータがいずれも前記観測チャンバ内部に設置され、且つ前記観測チャンバが、導入通路と送出通路を備え、前記本体が、入気口と排気口を備え、前記導入通路が、前記本体の前記入気口と対応し、前記送出通路が、前記本体の前記排気口と対応し、前記導入通路、前記送出通路の表面には、それぞれ前記本体の前記入気口、前記排気口と対応し防水、防塵の濾過を行う防護膜が貼付され、前記センサが前記導入通路の下側に位置し、前記アクチュエータが前記送出通路の位置に対応して設置されることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
5. 前記センサが、気体センサ、酸素センサ、一酸化炭素センサ、二酸化炭素センサ、液体センサ、温度センサ、液体センサ、湿度センサ、オゾンセンサ、微粒子センサ、揮発性有機化合物センサ、光センサ、バクテリアセンサ、ウイルスセンサ、微生物センサのうちの少なくとも一つまたはそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
6. 前記アクチュエータを、微小電気機械システムポンプとすることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
7. 前記圧電駆動ポンプが、前記気体導入板と、前記共振片と、前記圧電アクチュエータパーツを含み、
   前記気体導入板が、少なくとも一つの気体導入孔と、少なくとも一つの合流孔と、合流チャンバを構成する中心凹部を備え、前記少なくとも一つの気体導入孔は、気流の導入に用いられ、前記合流孔は、前記気体導入孔に対応し、且つ前記気体導入孔の気流を前記中心凹部の構成する前記合流チャンバに誘導して合流させ、
   前記共振片が、前記合流チャンバに対応する中空孔を備え、且つ前記中空孔の周囲は可動部であり、
   前記共振片と対応して設置される前記圧電アクチュエータパーツが、懸吊板、外枠、少なくとも一つのフレーム、圧電片を含み、前記懸吊板が正方形構造で、第一表面、第二表面、凸部を備え、且つ湾曲振動し、前記外枠が、前記懸吊板の外側を囲んで設置され、少なくとも一つの前記フレームが、前記懸吊板と前記外枠の間に連接されることで弾性的支持を提供し、前記圧電片の辺の長さが、前記懸吊板の辺の長さより小さいまたは等しく、且つ前記圧電片が、前記懸吊板の第一表面に貼付され、電圧を印加することで前記懸吊板を湾曲振動させ、
   前記共振片と前記圧電アクチュエータパーツとの間に間隙を備え第一チャンバが形成され、前記圧電アクチュエータパーツが駆動される時、気流が前記気体導入板の少なくとも一つの前記気体導入孔から導入され、少なくとも一つの前記合流孔を経由して前記中心凹部に集められ、更に前記共振片の前記中空孔を経由し、前記第一チャンバに進入し、前記圧電アクチュエータパーツと前記共振片の可動部が共振を生み出し気流を伝送することを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
8. 前記駆動及び伝送制御ユニットが、マイクロ制御ユニットと、データトランシーバを含み、前記マイクロ制御ユニットが、前記センサの測定データに対し演算処理を行い、また前記アクチュエータの駆動を制御し、前記データトランシーバが信号を送受信し、前記マイクロ制御ユニットが、前記センサの測定データに対し演算処理を行った後、出力データに変換し、前記データトランシーバが前記出力データを受信し、前記データトランシーバが接続装置に送信し、前記接続装置が前記出力データの情報を表示し、前記出力データの情報を保存し、また前記出力データの情報を伝送することを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
9. 前記接続装置が、通報処理システム、通報処理装置のうちの一つに接続され、空気品質通報メカニズムを起動させることを特徴とする、請求項８に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
10. 前記接続装置が、前記出力データの情報を、ネットワーク間の中継点に伝送し、前記ネットワーク間の中継点が、前記出力データの情報をクラウドデータ処理装置に伝送し、演算処理と保存を行わせ、前記クラウドデータ処理装置が、演算処理後の前記出力データの情報を通知として発行し、前記通知は前記ネットワーク間の中継点に伝送され、また前記接続装置に伝送され、前記接続装置は通報処理システムに接続され、空気品質通報メカニズムを起動させることを特徴とする、請求項８に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
11. 更に、操作指令を発信する第二接続装置を含み、操作指令が、前記ネットワーク間の中継点を経由し前記クラウドデータ処理装置に伝送され、前記クラウドデータ処理装置が、前記操作指令を再び前記ネットワーク間の中継点に伝送し、また前記接続装置に伝送し、前記接続装置が前記操作指令を前記データトランシーバに伝送することを特徴とする、請求項１０に記載のアクチュエータセンサモジュールを備える装置。
12. アクチュエータセンサモジュールを備える装置であって、少なくとも一つの本体と、少なくとも一つのアクチュエータセンサモジュールと、を含み、
    少なくとも一つの前記本体は、長辺３５～５５ｍｍ、幅２５～３０ｍｍ、高さ９～１３ｍｍとし、
    少なくとも一つの前記アクチュエータセンサモジュールは、前記本体内に設置され、少なくとも一つのキャリアと、少なくとも一つのセンサと、少なくとも一つのアクチュエータと、少なくとも一つの駆動及び伝送制御ユニットと、少なくとも一つの電池と、を含み、前記センサ、前記アクチュエータ、前記駆動及び伝送制御ユニット、前記電池は、前記キャリア上に搭載され、
    前記アクチュエータを、圧電駆動ポンプとし、前記圧電駆動ポンプが、気体導入板と、共振片と、圧電アクチュエータパーツと、を含み、前記圧電アクチュエータパーツが駆動されると、気流が前記気体導入板から導入され、前記圧電アクチュエータパーツと前記共振片が共振を生み出して気流を伝送し、前記アクチュエータは前記センサの側に設置され、少なくとも一つの通路を有し、前記アクチュエータが駆動されることで、少なくとも一つの流体が前記通路から流通して前記センサ箇所を経由し、前記センサが接触した前記流体を測定する、ことを特徴とするアクチュエータセンサモジュールを備える装置。

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