JP7064459B2 - 作動検知モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、作動検知モジュールに関し、特に、薄型ポータブル式装置に内蔵され、ガスの検測を行う、作動検知モジュールに関するものである。
近年、人々は環境中のガスに注目し、特に、生活環境における一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、揮発性有機物(Volatile Organic Compound、VOC)、PM2.5、一酸化窒素、一酸化硫黄などのガスは、健康に影響を与えるため、各国において、環境ガスの品質が重視され、早期対策の必要がある課題として挙げられている。
ガスの品質を検測する方法としては、ガス検測器を用いて周囲環境のガスを検測することは有効であるが、素早く検測された情報を提示し、環境にいる人々に予防又は避難対策を提供することや、健康への影響や怪我などが起こすことを回避することなども望ましい。そのため、ガス検測器は、予防又は避難対策に優れるため、広く使用されている。
従来のガス検測器のガス検知は、環境の気流を利用して、ガスを検測器表面に輸送して検測を行うことは一般的である。しかし、このようなガス検測器では、アクチュエータによるガスの導入が行われないため、ガス気流の流速が増加すると、ガス検測器にガスの移動は時間がかかり、検測効率が良くないという問題点がある。仮に、アクチュエータを設けて作動検知モジュールを形成する場合においても、アクチュエータが作動していると、高速且つ継続に振動することで、熱が発生し、その熱は、ガス検測器の周囲に伝達される場合がある。この熱によって、検測器の周囲にある検測予定のガスと作動検知モジュールが検測する外部にあるガスとの差異が生じるため、ガス検測器の検測結果に影響を与えることがある。また、作動検知モジュールが装置(例えば、ポータブル式電子装置)に設けられると、装置内の電子素子(例えば、回路基板、処理器など)が作動した後、装置内にガス汚染及び熱が発生するため、作動検知モジュール内にある検測予定のガスと混合し、ガス検測器の検測品質に影響を与える。このため、作動検知モジュール外部の検測予定のガスの実際の特性及び成分を測定することができず、検測結果に誤差が生じる場合がある。
上記の問題点を解決するために、検測効率を向上させるとともに、作動検知モジュールで検測すべき所定のガスを検測し、他の外部要素によるガス検測器への影響を低減させることが、実現されるべきである。
本発明の目的は、薄型ポータブル式装置に内蔵され、且つ、ガス検測を行うことができる作動検知モジュールを提供することである。作動検知モジュールは、本体とアクチュエータとガス検測器とを備える。アクチュエータを設けることによって、ガスをガス検測器の表面に輸送して検測を行うことを加速させ、ガス検測器の検測効率を向上させることができる。また、本体は、単方向のガスを導入及び導出するための、単方向の開口を有する検測チャンバーを備え、アクチュエータの作動により共振板がガスを輸送し、薄型ポータブル式装置外部のガスを作動検知モジュールに導入して検測を行う。なお、ここでの作動検知モジュールに検測されるガスの特性は、薄型ポータブル式装置外部のガス特性と同じであることを意味している。
本発明の作動検知モジュールは、本体と、微粒子検測基台と、複数のアクチュエータと、複数のセンサーとを備える。前記本体は、複数の分割チャンバーを組み合わせて構成され、前記複数の分割チャンバーは、第1分割チャンバーと第2分割チャンバーとを含み、前記第1分割チャンバーは、内部が第1分割板により第1ハウジングと第2ハウジングとに分割され、且つ、前記第1ハウジングと連通する第1吸気口と、第2ハウジングと連通する第1排気口と、前記第1分割板に前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとを連通する第1連通口とを設けている。前記第2分割チャンバーは、前記第1分割チャンバーと一体化に結合され、内部は、載置のための分割板により、第3ハウジングと第4ハウジングとに分割され、且つ、第3ハウジングと連通する第2吸気口と、第4ハウジングと連通する第2排気口と、載置のための分割板に設けられる前記第3ハウジングと前記第4ハウジングとを連通する第2連通口とを設けている。前記微粒子検測基台は、前記第2分割チャンバーの前記第3ハウジングと前記載置のための分割板との間に設けられ、検測経路が設けられ、且つ、前記検測経路の一端に収納溝を有し、前記検測経路と連通する。前記複数のアクチュエータは、第1アクチュエータと第2アクチュエータとを含み、前記第1アクチュエータは、前記第2ハウジングと前記第1分割板との間に設けられ、ガスが前記第1吸気口より前記第1ハウジングに導入され、且つ前記第1連通口により連通して前記第2ハウジングに輸送され、前記第1排気口から排出され、前記第1分割チャンバーにおける単方向のガス輸送を構成するように用いられる。前記第2アクチュエータは、前記微粒子検測基台の前記収納溝に設けられ、前記検測経路の一端を密封し、ガスが前記第2吸気口より前記第3ハウジングに導入して前記検測経路に導入され、前記第2連通口の連通により前記第4ハウジングに輸送され、前記第2排気口から排出され、前記第2分割チャンバーにおける単方向のガス運送を構成するように用いられる。前記複数のセンサーは、第1センサーと第2センサーと第3センサーと含み、前記第1センサーは、前記第1ハウジングに設けられ、且つ前記第1アクチュエータと互いに間隔を保持し、表面に流通されるガスを検測するように用いられ、前記第2センサーは、前記第3ハウジングに設けられ、前記第3ハウジングに導入されるガスを検測するように用いられ、前記第3センサーは、前記載置のための分割板に配置され、且つ前記微粒子検測基台の前記検測経路に位置され、前記検測経路に導入されるガスを検測するように用いられる。
本発明の作動検知モジュールにおける第1分割チャンバーの断面図である。 本発明の作動検知モジュールにおける第2分割チャンバーの断面図である。 本発明の作動検知モジュールが薄型ポータブル式装置に適用する状態を示す図である。 図3に示す作動検知モジュールが薄型ポータブル式装置の第1分割チャンバーに適用する状態での断面図である。 図3に示す作動検知モジュール薄型ポータブル式装置の第2分割チャンバーに適用する状態での断面図である。 図6Aは本発明の作動検知モジュールにおける第1アクチュエータの分解図である。図6Bは本発明の作動検知モジュールにおける第1アクチュエータを他の角度から見た分解図である。 図7Aは本発明の作動検知モジュールにおける第1アクチュエータの断面図である。図7B~7Dは本発明の作動検知モジュールにおける第1アクチュエータが作動する状態を示す図である。 本発明の作動検知モジュールにおける第2アクチュエータの分解図である。 図9Aは本発明の作動検知モジュールにおける第2アクチュエータが微粒子検測基台に設けられる状態の断面図である。図9B及び図9Cは本発明の作動検知モジュールにおける、微粒子検測基台に設けられた第2アクチュエータが作動している状態を示す図である。 本発明の作動検知モジュールにおける第1分割チャンバーの他の実施形態での断面図である。 図11Aは本発明の作動検知モジュールの他の実施形態における弁を示す図である。図11B本発明の作動検知モジュールの他の実施形態において弁が作動している状態を示す図である。 本発明の作動検知モジュールにおける第3分割チャンバーの他の実施形態での断面図である。 本発明の作動検知モジュールの他の実施形態における、第3分割チャンバーが薄型ポータブル式装置における対応の第4貫通孔に適用する状態を示す図である。 本発明の作動検知モジュールの他の実施形態における、第3分割チャンバーが薄型ポータブル式装置に適用する状態での断面図である。
本発明の特徴及び利点をより具体化した例示的な実施形態は、以下のように詳細に説明する。また、本発明は、異なる態様に変化可能であり、いずれも本発明請求の範囲に含まれる。なお、以下の説明及び図面は、本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。
図1~図3、及び図5~図6に示すように、本発明の作動検知モジュールは、少なくとも1つの本体1と、少なくとも1つの微粒子検測基台2と、複数のアクチュエータと、複数のセンサーと、少なくとも1つの第1分割チャンバー1aと、少なくとも1つの第2分割チャンバー1bと、少なくとも1つの第1分割板11cと、少なくとも1つの第1ハウジング11dと、少なくとも1つの第2ハウジング11eと、少なくとも1つの第1吸気口11fと、少なくとも1つの第1排気口11gと、少なくとも1つの第1連通口11hと、少なくとも1つの載置のための分割板12cと、少なくとも1つの第3ハウジング12dと、少なくとも1つの第4ハウジング12eと、少なくとも1つの第2吸気口12fと、少なくとも1つの第2排気口12gと、少なくとも1つの第2連通口12hと、少なくとも1つの検測経路21と、少なくとも1つの収納溝22と、少なくとも1つの第1アクチュエータ31と、少なくとも1つの第2アクチュエータ32と、少なくとも1つの第1センサー41と、少なくとも1つの第2センサー42と、少なくとも1つの第3センサー43とを備える。以下の実施形態における本体1、微粒子検測基台2、第1分割チャンバー1a、第2分割チャンバー1b、第1分割板11c、第1ハウジング11d、第2ハウジング11e、第1吸気口11f、第1排気口11g、第1連通口11h、載置のための分割板12c、第3ハウジング12d、第4ハウジング12e、第2吸気口12f、第2排気口12g、第2連通口12h、検測経路21、収納溝22、第1アクチュエータ31、第2アクチュエータ32、第1センサー41、第2センサー42及び第3センサー43の個数が1つであることを例として説明するが、これには限定されない。本体1、微粒子検測基台2、第1分割チャンバー1a、第2分割チャンバー1b、第1分割板11c、第1ハウジング11d、第2ハウジング11e、第1吸気口11f、第1排気口11g、第1連通口11h、載置のための分割板12c、第3ハウジング12d、第4ハウジング12e、第2吸気口12f、第2排気口12g、第2連通口12h、検測経路21、収納溝22、第1アクチュエータ31、第2アクチュエータ32、第1センサー41、第2センサー42及第3センサー43は、複数組み合わせて使用しても良い。
図1~図5に示すように、本発明の作動検知モジュールは、本体1と、微粒子検測基台2と、複数のアクチュエータと、複数のセンサーとを備える。そのうち、図3~図5に示すように、本体1は、複数の分割チャンバーを組み合わせて構成される。複数の分割チャンバーは、第1分割チャンバー1aと、第2分割チャンバー1bとを含み、第2分割チャンバー1bと、第1分割チャンバー1aとは一体化に結合される。複数のアクチュエータは、第1アクチュエータ31と第2アクチュエータ32とを備える。複数のセンサーは、第1センサー41と、第2センサー42と、第3センサー43とを備える。
また、図1に示すように、上記の第1分割チャンバー1aは、第1筐体11aと、第2筐体11bと、第1分割板11cとを備え、第1筐体11aと第2筐体11bとが対向に取付けられ、第1分割板11cは、第1筐体11aと第2筐体11bとの間に設けられ、第1筐体11aと第2筐体11bとからなる内部空間は、第1分割板11cにより、第1ハウジング11dと第2ハウジング11eとに分割される。また、第1筐体11aと第1分割板11cとの間には、第1ハウジング11dと連通する第1吸気口11fを有し、第2筐体11bと第1分割板11cとの間には、第2ハウジング11eと連通する第1排気口11gを有する。さらに、第1分割板11cは、連通口11hを有し、第1ハウジング11dと第2ハウジング11eとを連通して、本体1内部において、第1吸気口11fと、第1ハウジング11dと、第1連通口11hと、第2ハウジング11eと、第1排気口11gとで、ガスを単方向に導入及び導出するガス経路が形成される(図1の矢印で示す経路方向)。第1アクチュエータ31は、第2筐体11bと第1分割板11cとの間に設けられ、且つ、密封する。本実施形態においては、第1アクチュエータ31は、第2ハウジング11eと第1分割板11cとの間に位置され、一端が第2本体11bに固設され、他端が第1分割板11cに固設され、第2ハウジング11eを密封する。第1アクチュエータ31の動作によりガスが輸送され、第1ハウジング11dに負圧が形成し、ガスが第1吸気口11fより第1ハウジング11dに導入され、第1連通口11hを通して第2ハウジング11eに導入される。その後、第1アクチュエータ31の動作によりガスの輸送を行い、第2ハウジング11e内に導入されたガスを第1排気口11gより排出させ、単方向のガス輸送を実現する。第1センサー41は第1ハウジング11dに設けられ、且つ第1アクチュエータ31と互いに隔離を保持される。第1センサー41は、表面に流れてきたガスに対して検測を行う。上記の第1分割板11cは、第1センサー41と第1アクチュエータ31と互いに隔離を保持させるため、第1アクチュエータ31の動作によりガス輸送を行うことで生じた熱及び振動は、第1分割板11cにより、第1センサー41の検測への影響を抑えられる。
上記の第1センサー41は、ガスセンサーであっても良く、例えば、酸素ガスセンサー、一酸化炭素ガスセンサー、二酸化炭素ガスセンサー、温度センサー、オゾンガスセンサー、揮発性有機物センサーののうち少なくとも1つ又はそれらの組合せである。また、上記のガスセンサーは、細菌、ウイルス、及び微生物のうちの少なくとも1つ又はそれらの任意の組合せを検測するガス検測器であっても良い。
図1に示すように、第1分割チャンバー1aの第1筐体11aは、第1接続孔11iを有し、フレキシブル電気回路基板5が第1接続孔11iを挿入して第1センサー41と接続し、且つ、ガスが第1ハウジング11dに導入されないように、封止材で第1接続孔11iを密封する。第2筐体11bは、第2接続孔11jを有し、フレキシブル電気回路基板5が第2接続孔11jを挿入して第1アクチュエータ31と接続し、且つ、ガスが第2ハウジング11eに導入されないように、封止材で第2接続孔11jを密封する。これによって、作動検知モジュールは、単方向に開口のある検測チャンバーに構成され、単方向にガスを輸送して検測を行うことができる。
図2に示すように、上記の第2分割チャンバー1bは、第3筐体12aと、第4筐体12bと、載置のための分割板12cとを備える。第3筐体12aと第4筐体12bとが対向して取付けられ、載置のための分割板12cは、第3筐体12aと第4筐体12bとの間に設けられ、第3筐体12aと載置のための分割板12cとの間に第3ハウジング12dが構成され、第4筐体12bと載置のための分割板12cとの間に第4ハウジング12eが構成される。ここで、第3筐体12aと載置のための分割板12cとの間には、第2吸気口12fを有し、第2吸気口12fと第3ハウジング12dとが連通され、第4筐体12bと載置のための分割板12cとの間には、第2排気口12gを有し、第2排気口12gと第4ハウジング12eとが連通される。第2センサー42は、第3ハウジング12d内部に設けられ、第3ハウジング12d内部に導入されたガスを検測することに用いられる。また、載置のための分割板12cは、第2連通口12hを有し、第3ハウジング12dと第4ハウジング12eとが第2連通口12hを介して連通される。
上記の第3筐体12aは、第3接続孔12iと第4接続孔12jとを有し、第3接続孔12iによりフレキシブル電気回路基板5が挿入して第2センサー42と接続されることができ、第4接続孔12jによりフレキシブル電気回路基板5が挿入して第2アクチュエータ32と接続されることができる。また、接続後に封止材で第3接続孔12iと第4接続孔12jとを密封し、ガスが、第4ハウジング12eに導入されず、第2吸気口12fより第3ハウジング12dに導入される。載置のための分割板12cは、延伸し、且つ第2分割チャンバー1bの外部に露出する露出部分(図示せず)を有し、露出部分には、フレキシブル電気回路基板5の挿入・接続、又は、載置のための分割板12cの電気的な接続・信号伝送のための接続器12kが設けられる。
上述の微粒子検測基台2は、載置のための分割板12cに設けられ、第2分割チャンバー1bにおける第3ハウジング12dと載置のための分割板12cとの間に位置される。微粒子検測基台2は、検測経路21を有し、検測経路21の一端には、検測経路21と連通する収納溝22を有する。第3センサー43は、載置のための分割板12cに配置して設けられ、且つ、微粒子検測基台2の検測経路21内に位置され、検測経路21内部に導入された空気を検測するように用いられる。載置のための分割板12cは、電気回路基板であっても良く、このような構造によって、微粒子検測基台2と第3センサー43とが載置のための分割板12cに配置して設けられ、電気的な接続及び信号伝送の機能を果たすことができる。
上記の微粒子検測基台2は、レーザー23とビーム経路24とを更に備える。レーザー23と載置のための分割板12cとが電気的に接続され、ビーム経路24と検測経路21とが垂直に連通され、レーザー23から発射されたレーザー光がビーム経路24を通過した後検測経路21に照射し、検測経路21を通過するガスにおける浮遊微粒子が、ビーム照射後、第3センサー43に映す光点の投影により、第3センサー43でのガス検測を行う。
上記の第3センサー43は、光学センサーであって良い。浮遊微粒子がビーム照射後光学センサーに映す光点の投影を検測し、映された光点の投影で浮遊微粒子の粒子径及び濃度を計算する。本実施形態においては、光学センサーがPM2.5センサーである。
図3~図5に示すように、上記作動検知モジュールは薄型ポータブル式装置10内部に設けて使用されても良い。薄型ポータブル式装置10は、第1貫通孔10aと、第2貫通孔10bと、第3貫通孔10cとを有する。薄型ポータブル式装置10に設けられた作動検知モジュールは、第1分割チャンバー1aの第1吸気口11fが第1貫通孔10aに対応し、第1排気口11gが第2貫通孔10bに対応し、第2分割チャンバー1bの第2吸気口12f及び第2排気口12gが第3貫通孔10cに対応して設けられる。この構成によって、薄型ポータブル式装置10外部のガスが薄型ポータブル式装置10に導入されて検測することができる。第1アクチュエータ31の作動操作によって、薄型ポータブル式装置10外部のガスが第1ハウジング11dを介して第2ハウジング11eに導入され、第1ハウジング11d内に負圧が形成され、ガスが第1吸気口11fより第1ハウジング11d内に導入される。その後、第1連通口11hを介して第2ハウジング11e内に導入され、第1アクチュエータ31の作動操作によりガスが第2ハウジング11eに導入されて、第1排気口11gより排出される。これによって、単方向のガス輸送・検測ができる。第2分割チャンバー1bは、第2アクチュエータ32によって、ガスが第2分割チャンバー1b内部に導入され、第2センサー42を利用して温度・湿度を検測する。第3センサー43は、浮遊微粒子の濃度を検測する。本発明の作動検知モジュールは、他の影響要因(内部アクチュエータの熱、薄型ポータブル式装置10内発生したガス汚染、熱又は他の影響など)による複数のセンサーへの影響を避けられることに加えて、複数のアクチュエータを設けることによって、ガスを導入・導出し、且つガスを複数のセンサーの表面に輸送して検測することを加速させることができる。これによって、複数のセンサーの検測効率を向上させ、且つ、作動検知モジュールが実際の薄型ポータブル式装置10外部のガスに対して検測することができ、作動検知モジュール内に検測されたガス特性は、薄型ポータブル式装置10外部のガス特性と同等であることを保証することができる。
以上は、上記の作動検知モジュールの特徴について説明したが、以下、第1アクチュエータ31及び第2アクチュエータ32の構造及び作動形態について説明する。
図6A~図7Aに示すように、上記の第1アクチュエータ31はガスポンプであり、順次積層されるガス進入板311と、共振板312と、圧電アクチュエータ313と、絶縁シート314と、導電シート315とを備える。ガス進入板311は、少なくとも1つのガス進入孔311aと、少なくとも1つの合流排孔311bと、合流チャンバー311cとを備え、上記のガス進入孔311aと合流排孔311bとの個数は同じであり、本実施形態においては、ガス進入孔311aと合流排孔311bとの個数は4つであることを例示しているが、これに限定されない。4つのガス進入孔311aは、それぞれ、4つの合流排孔311bを貫通し、且つ、4つの合流排孔311bが合流チャンバー311cに合流する。
上記の共振板312は、粘着式によりガス進入板311に設けられ、共振板312には、中空孔312aと、可動部材312bと、固定部材312cとを有し、中空孔312aが共振板312の中心部に位置され、ガス進入板311の合流チャンバー311cに対応する。中空孔312aの周囲に位置され、且つ合流チャンバー311cに対応する領域は可動部材312bで構成され、共振板312の外縁部に設けられ、且つガス進入板311に貼り付けて固定される領域は、固定部材312cで構成される。
上記の圧電アクチュエータ313は、浮遊板313aと、外枠313bと、少なくとも1つの接続部材313cと、圧電素子313dと、少なくとも1つの隙間313eと、凸部313fとを備える。浮遊板313aは、正方形の浮遊板であり、第1表面3131aと、第1表面3131aに対応する第2表面3132aとを有する。外枠313bは、浮遊板313aの周縁を囲むように設けられる。外枠313bは、取付け表面3131bと下表面3132bとを有し、且つ、少なくとも1つの接続部材313cを介して浮遊板313aと外枠313bとの間に連結され、弾力性により浮遊板313aを支持する支持力を提供する。ここで、隙間313eは、浮遊板313aと外枠313bと接続部材313cとの間にある隙間であり、ガス通過のために用いられる。
浮遊板313aの第1表面3131aには凸部313fが形成され、本実施形態において、凸部313fは、凸部313fの周縁且つ接続部材313cと隣接する連結部をエッチング工程で凹ませ、浮遊板313aの凸部313fが第1表面3131aよりも高いように、段差構造を形成している。
図7Aに示すように、本実施形態における浮遊板313aは、下方に凹むようにプレス成形により形成され、凹む距離は、少なくとも1つの接続部材313cが浮遊板313aと外枠313bとの間に形成することによって調整することができる。浮遊板313aにおける凸部313fの表面と外枠313bにおける取付け表面3131bとの両者が同一平面でないように形成され、すなわち、凸部313fの表面は、外枠313bの取付け表面3131bよりも低く、且つ浮遊板313aの第2表面3132aは、外枠313bの下表面3132bよりも低くする。圧電素子313dは、浮遊板313aの第2表面3132aに貼り付けられ、凸部313fに対向して設けられる。圧電素子313dに駆動電圧が印加されることで、圧電効果による変形が生じられ、浮遊板313aが湾曲振動するように連動する。外枠313bの取付け表面3131bに塗布される少量の粘着剤を介して、熱圧着方式により圧電アクチュエータ313が共振板312の固定部材312cに粘結されることによって、圧電アクチュエータ313は、共振板312と連結するように取付けられる。
絶縁シート314及び導電シート315は、いずれも薄い枠状のシートであり、圧電アクチュエータ313の下方に順次積層されている。本実施形態においては、絶縁シート314は、圧電アクチュエータ313における外枠313bの下表面3132bに貼り付けられている。
図7Aに示すように、第1アクチュエータ31のガス進入板311、共振板312、圧電アクチュエータ313、絶縁シート314、導電シート315は、順次積層して結合された後、浮遊板313aの第1表面3131aと共振板312との間にチャンバー間隔gが形成される。チャンバー間隔gは、第1アクチュエータ31の輸送効果に影響を与えるので、一定のチャンバー間隔gを保持することは、第1アクチュエータ31が安定な輸送効果を奏することに極めて重要である。本発明の第1アクチュエータ31は、浮遊板313aに対してプレス加工方式を用い、浮遊板313aの第1表面3131aと外枠313bの取付け表面3131bとの両者が同一平面でないように下方に凹ませ、すなわち、浮遊板313aの第1表面3131aは外枠313bの取付け表面3131bよりも低く、且つ浮遊板313aの第2表面3132aは外枠313bの下表面3132bよりも低くする。これによって、圧電アクチュエータ313の浮遊板313aを凹ませて空間を形成し、共振板312と調整可能なチャンバー間隔gを形成する。上記圧電アクチュエータ313の浮遊板313aは陥凹成形によりチャンバー空間316を形成する構造改良で、所定のチャンバー間隔gは、調整圧電アクチュエータ313の浮遊板313aの陥凹成形により実現されることができ、チャンバー間隔gを調整する構造設計が有効に簡単化され、製造工程も単純化され、製造時間の短縮などの利点を達成することができる。
図7B~図7Dは、図7Aに示す第1アクチュエータ31が作動している状態を示している。まず、図7Bを参照されたい。圧電アクチュエータ313の圧電素子313dは、駆動電圧を印加することによって変形し、浮遊板313aが下方に変位するように連動される。この時、チャンバー空間316の容積が増大し、チャンバー空間316内に負圧を形成する。これによって、合流チャンバー311c内部のガスがチャンバー空間316内に進入しやすくなる。同時に、共振板312は、共振原理の影響を受けて下方に変位する。変位は、合流チャンバー311cの容積が増大することを連動し、また、合流チャンバー311c内部のガスがチャンバー空間316に進入することによって、合流チャンバー311c内部も負圧状態になる。これによって、合流排孔311bと吸気口311aとを介して、合流チャンバー311c内部にガスが吸い込まれる。次に、図7Cを参照されたい。圧電素子313dは、浮遊板313aが上方に変位することを連動し、チャンバー空間316を圧縮する。チャンバー空間316内部のガスは隙間313eを通して下方に輸送され、ガス輸送の機能を果たす。同時に、共振板312は、浮遊板313aによる共振で上方に変位し、合流チャンバー311c内部のガスをチャンバー空間316に移送させることができる。最後に、図7Dに示すように、浮遊板313aが下方に変位されると、共振板312も下方に変位する。この時の共振板312は、チャンバー空間316内部のガスを圧縮させて隙間313eに輸送させ、且つ合流チャンバー311c内部の容積を増大させる。これにより、ガスが吸気口311a、合流排孔311bを持続的に通して、合流チャンバー311c内部に合流される。上記のステップを繰り返すことで、第1アクチュエータ31によりガスが吸気口311aに連続的に導入され、隙間313eより下方に輸送させ、ガスが第1センサー41に輸送される機能を果たして、第1センサー41での検測にガスを提供し、ガス検測効率を向上させることができる。
次に、図7Aに示すように、第1アクチュエータ31の別の実施形態では、微小な電気機械システム製造方法を用いて、第1アクチュエータ31が微小な電気機械ガスポンプとしても良い。なお、ガス進入板311と、共振板312と、圧電アクチュエータ313と、絶縁シート314と、導電シート315とは、いずれも、表面マイクロマシニング製造方法により製造されることができ、第1アクチュエータ31の体積を減少させることができる。
図8に示すように、上述の第2アクチュエータ32は、順次積層された吹付け孔シート321と、チャンバーフレーム322と、アクチュエータユニット323と、絶縁フレーム324と、導電フレーム325とを備える。吹付け孔シート321は、複数の架台321aと、浮遊シート321bと、中空穴321cとを有し、浮遊シート321bが湾曲振動することができ、複数の架台321aが浮遊シート321bの周縁に隣接する。本実施形態では、架台321aの個数は4つであり、それぞれ、浮遊シート321bの4隅に隣接するが、これに限定されない。中空穴321cは、浮遊シート321bの中心部に位置される。チャンバーフレーム322は、浮遊シート321bに積み重ねて設けられ、アクチュエータユニット323は、チャンバーフレーム322に積み重ねて設けられ、且つ、圧電担持板323aと、調整共振板323bと、圧電板323cとを備える。圧電担持板323aは、チャンバーフレーム322に積み重ねて設けられ、調整共振板323bは、圧電担持板323aに積み重ねて設けられ、圧電板323cは、調整共振板323bに積み重ねて設けられる。これらの設計は、電圧印加による変形で圧電担持板323aと調整共振板323bとを往復に湾曲振動させる。絶縁フレーム324は、アクチュエータユニット323の圧電担持板323aに積み重ねて設けられ、導電フレーム325は、絶縁フレーム324に積み重ねて設けられる。なお、アクチュエータユニット323と、チャンバーフレーム322と、当該浮遊シート321bとの間に共振チャンバー326を形成し、調整共振板323bの厚みは圧電担持板323aの厚みより大きい。調整共振板323bは、圧電板323cと圧電担持板323aとの間に位置され、緩衝材として圧電担持板323aの振動周波数を調節する。また、調整共振板323bの厚みは、圧電担持板323aの厚みよりも大きいので、異なる調整共振板の厚さで第2アクチュエータ32の振動周波数を調節することができ、吹付け孔シート321の振動周波数と整合するように、第2アクチュエータ32の振動周波数を制御することができる。第2アクチュエータ32の振動周波数は、10K~30KHzが好ましい。
図9A~図9Cを参照されたい。図9B、図9Cは、図9Aに示す本発明の第2アクチュエータ32の作動状態を示す図である。まず、図9Aに示すように、第2アクチュエータ32は、架台321aを介して、第2アクチュエータ32が微粒子検測基台2の収納溝22の上方に設けられ、吹付け孔シート321は、収納溝22の底面と間隔をあけるように設けられ、両者間に気流チャンバー327を形成する。図9Bに示すように、アクチュエータユニット323の圧電板323cに電圧を印加すると、圧電板323cは、圧電効果により変形し、調整共振板323bと圧電担持板323aとを同期に連動する。この際、吹付け孔シート321は、ヘルムホルツ共鳴(Helmholtz resonance)原理によって連動され、アクチュエータユニット323が上方に移動する。アクチュエータユニット323の上方移動によって、吹付け孔シート321と収納溝22の底面との間にある気流チャンバー327の容積が増大し、内部気圧は負圧に形成される。第2アクチュエータ32外部にあるガスは、圧力勾配により、吹付け孔シート321の架台321aと収納溝22の側壁との間の隙間より気流チャンバー327に進入し、気圧が上昇する。最後に、図9Cに示すように、ガスは、気流チャンバー327内部に持続的に進入し、気流チャンバー327内部の気圧は正圧に形成される。この時、アクチュエータユニット323は、印加電圧により下方に移動するように駆動され、気流チャンバー327の容積を圧縮し、気流チャンバー327内のガスが押し込まれる。ガスが、検測経路21内部に入り、第3センサー43に供給され、第3センサー43がガス中の浮遊微粒子濃度を検測する。
図10に示すように、作動検知モジュールにおける第1分割チャンバー1aの別の実施形態では、少なくとも1つの弁6を更に備えても良い。本実施形態においては、弁6の個数が2つであり、それぞれ、第1吸気口11fと第1排気口11gとに配置して設けられる。弁6は、第1吸気口11f及び第1排気口11gを開閉し、特に、揮発性有機物を検測する場合、揮発性有機物の沸点が低いため、外因の影響を受けやすい場合がある。したがって、揮発性有機物を検測する場合、弁6で第1吸気口11f及び第1排気口11gを閉じて、第1筐体11aと第2筐体11bとで第1分割チャンバー1a内部への外部影響要素による影響を避けられ、そして、第1分割板11cを用いて、当該第1アクチュエータ31による第1センサー41への影響を避けられ、第1センサー41は、影響を受けない状態で、第1分割チャンバー1a内部のガスに含まれている揮発性有機物の含有量を検測することができる。
図11A~図11Bに示すように、弁6は、保持部材61と、密封部材62と、変位部材63とを備える。変位部材63は、保持部材61と密封部材62との間に位置され、且つ両者間に変位することができる。保持部材61は、複数の貫通孔611を有し、変位部材63は、保持部材61の貫通孔611に対応する位置に貫通孔631が設けられ、保持部材61の貫通孔611と変位部材63の貫通孔631とは、互いに合わせて位置される。密封部材62には、複数の貫通孔621が設けられ、且つ、密封部材62の貫通孔621と保持部材61の貫通孔611とは、互いにずれて位置される。弁6の保持部材61と、密封部材62と、変位部材63とは、フレキシブル電気回路基板5によって処理器(図示せず)に接続して、変位部材63が保持部材61に接近することを制御し、弁6の開放を構成する。
上述の弁6の第1実施形態では、変位部材63は帯電材料であり、保持部材61は二極性導電材料である。保持部材61がフレキシブル電気回路基板5の処理器に電気的に接続され、保持部材61の極性(正極性又は負極性)を制御する。変位部材63が負電荷材料である場合、弁6が制御により開けられると、保持部材61が正極性を形成し、ここで、変位部材63と保持部材61とが異なる極性となるので、変位部材63が保持部材61に接近して、弁6の開放状態を形成する(図11Bを参照)。一方、変位部材63が負電荷材料である場合、弁6が制御により閉じられると、保持部材61が負極性を形成し、ここで、変位部材63と保持部材61とが同極性となり、変位部材63が密封部材62に接近して、弁6の閉鎖状態を形成する(図11Aを参照)。
上記の弁6の第2実施形態では、変位部材63は磁性材料であり、保持部材61は極性変換可能に制御できる磁性材料である。保持部材61がフレキシブル電気回路基板5の処理器に電気的に接続され、保持部材61の極性(正極性又は負極性)を制御する。変位部材63は負極性のある磁性材料である場合、弁6が制御により開けられると、保持部材61が正極性の磁性を形成し、ここで、変位部材63と保持部材61とが異なる極性となるので、変位部材63が保持部材61に接近して、弁6の開放状態を形成する(図11Bを参照)。一方、変位部材63が負極性のある磁性材料である場合、弁6が制御により閉じられると、保持部材61が負極性の磁性を形成し、ここで、変位部材63と保持部材61とが同極性となるので、変位部材63が密封部材62に接近して、弁6の閉鎖状態を形成する(図11Aを参照)。
図12に示すように、本発明の作動検知モジュールの第2分割チャンバー1bの別の実施形態では、第2吸気口12fは、検測経路21の位置に直接対応しており、検測経路21と垂直に位置される通気経路が最短に形成でき、通気経路における気流抵抗をできる限り減少することができる。これによって、第2アクチュエータ32が作動されると、ガスが第2吸気口12fから検測経路21内部まで直接進入することができるため、対流ガスが形成され、ガスの輸送効率を向上させることができる。
図13及び図14に示すように、上記第2分割チャンバー1bの別の実施形態では、作動検知モジュールが薄型ポータブル式装置10に取り付けられる場合、薄型ポータブル式装置10は、第4貫通孔10dを更に備え、薄型ポータブル式装置10の第3貫通孔10cが第2分割チャンバー1bの第2排気口12gに直接対応し、第4貫通孔10dが第2分割チャンバー1bの第2吸気口12fに直接対応し、ガスが対流して第2分割チャンバー1bに出入りすることができ、ガスの輸送効果を向上させることができる。
上述したように、本発明が提供する作動検知モジュールは、アクチュエータの浮遊板が陥凹することによって、アクチュエータが作動検知モジュール内部にガスを迅速かつ安定的に導入させ、検測効率を向上させることができる。また、複数の分割チャンバーを介して各センサーを互いに仕切らせ、複数のセンサーが同時検測する時の相互干渉を回避することができ、且つ他のアクチュエータによる影響も避けられることができる。これによって、作動検知モジュールが実際の薄型ポータブル式装置外部のガスを導入して検測する時においても、薄型ポータブル式装置内部の処理器又は他の構成要素に影響されず、作動検知モジュールを薄型ポータブル式装置に設けて、いつでもどこでも検測できる目的を達成することができる。
本発明は、当業者による任意の変更、改良をすることができ、いずれも本願特許請求の範囲内であることを留意されたい。
10:薄型ポータブル式装置
10a:第1貫通孔
10b:第2貫通孔
10c:第3貫通孔
10d:第4貫通孔
1:本体
1a:第1分割チャンバー
11a:第1筐体
11b:第2筐体
11c:第1分割板
11d:第1ハウジング
11e:第2ハウジング
11f:第1吸気口
11g:第1排気口
11h:第1連通口
11i:第1接続孔
11j:第2接続孔
1b:第2分割チャンバー
12a:第3筐体
12b:第4筐体
12c:載置のための分割板
12d:第3ハウジング
12e:第4ハウジング
12f:第2吸気口
12g:第2排気口
12h:第2連通口
12i:第3接続孔
12j:第4接続孔
12k:接続器
2:微粒子検測基台
21:検測経路
22:収納溝
31:第1アクチュエータ
311:ガス進入板
311a:ガス進入孔
311b:合流排孔
311c:合流チャンバー
312:共振板
312a:中空孔
312b:可動部材
312c:固定部材
313:圧電アクチュエータ
313a:浮遊板
3131a:第1表面
3132a:第2表面
313b:外枠
3131b:取付け表面
3132b:下表面
313c:接続部材
313d:圧電素子
313e:隙間
313f:凸部
314:絶縁シート
315:導電シート
316:チャンバー空間
32:第2アクチュエータ
321:吹付け孔シート
321a:架台
321b:浮遊シート
321c:中空穴
322:チャンバーフレーム
323:アクチュエータユニット
323a:圧電担持板
323b:調整共振板
323c:圧電板
324:絶縁フレーム
325:導電フレーム
326:共振チャンバー
327:気流チャンバー
41:第1センサー
42:第2センサー
43:第3センサー
5:フレキシブル電気回路基板
6:弁
61:保持部材
62:密封部材
63:変位部材
g:チャンバー間隔

Claims (10)

  1. 作動検知モジュールであって、本体と、微粒子検測基台と、複数のアクチュエータと、複数のセンサーとを備え、
    前記本体は、複数の分割チャンバーを組み合わせて構成され、
    前記複数の分割チャンバーは、第1分割チャンバーと、第2分割チャンバーとを含み、
    前記第1分割チャンバーは、内部が第1分割板により第1ハウジングと第2ハウジングとに分割され、且つ、前記第1ハウジングと連通する第1吸気口と、前記第2ハウジングと連通する第1排気口と、前記第1分割板に前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとを連通する第1連通口とを設け、
    前記第2分割チャンバーは、前記第1分割チャンバーと一体化に結合され、内部が、載置のための分割板により、第3ハウジングと第4ハウジングとに分割され、且つ、前記第3ハウジングと連通する第2吸気口と、前記第4ハウジングと連通する第2排気口と、前記載置のための分割板に設けられる前記第3ハウジングと前記第4ハウジングとを連通する第2連通口とを設け、
    前記微粒子検測基台は、前記第2分割チャンバーの前記第3ハウジングと前記載置のための分割板との間に設けられ、検測経路が設けられ、且つ、前記検測経路の一端に収納溝を有し、前記検測経路と連通し、
    前記複数のアクチュエータは、第1アクチュエータと第2アクチュエータとを含み、
    前記第1アクチュエータは、前記第2ハウジングと前記第1分割板との間に設けられ、ガスが前記第1吸気口より前記第1ハウジングに導入され、且つ前記第1連通口の連通により前記第2ハウジングに輸送され、前記第1排気口から排出され、前記第1分割チャンバーにおける単方向のガス輸送を構成するように用いられ、
    前記第2アクチュエータは、前記微粒子検測基台の前記収納溝に設けられ、前記検測経路の一端を密封し、ガスが前記第2吸気口より前記第3ハウジングに導入して前記検測経路に導入され、前記第2連通口の連通により前記第4ハウジングに輸送されて、前記第2排気口から排出され、前記第2分割チャンバーにおける単方向のガス運送を構成するように用いられ、
    前記複数のセンサーは、第1センサーと第2センサーと第3センサーとを含み、
    前記第1センサーは、前記第1ハウジングに設けられ、且つ前記第1アクチュエータと互いに隔離を保持され、表面に流通されるガスの検測を行い、
    前記第2センサーは、前記第3ハウジングに設けられ、前記第3ハウジングに導入されるガスに対して検測を行い、
    前記第3センサーは、前記載置のための分割板に配置され、且つ前記微粒子検測基台の前記検測経路に位置され、前記検測経路に導入されるガスに対して検測を行う、ことを特徴とする作動検知モジュール。
  2. 前記第1分割チャンバーは、第1筐体と第2筐体とを含み、前記第1筐体と前記第2筐体とが対向して取付けられ、且つ、前記第1分割板が前記第1筐体と前記第2筐体との間に設けられ、前記第1筐体と前記第1分割板との間に前記第1ハウジングが構成され、前記第2筐体と前記第1分割板との間に前記第2ハウジングが構成され、前記第1吸気口が前記第1筐体と前記第1分割板との間に設けられ、前記第1ハウジングと連通し、前記第1排気口が前記第2筐体と前記第1分割板との間に設けられ、前記第2ハウジングと連通する、ことを特徴とする請求項1に記載の作動検知モジュール。
  3. 前記第2分割チャンバーは、第3筐体と第4筐体とを含み、前記第3筐体と前記第4筐体とが対向して取付けられ、且つ、前記載置のための分割板が前記第3筐体と前記第4筐体との間に設けられ、前記第3筐体と前記載置のための分割板との間に前記第3ハウジングが構成され、前記第4筐体と前記載置のための分割板との間に前記第4ハウジングが構成され、前記第2吸気口が前記第3筐体と前記載置のための分割板との間に設けられ、第3ハウジングと連通し、前記第2排気口が前記第4筐体と前記載置のための分割板との間に設けられ、前記第4ハウジングと連通する、ことを特徴とする請求項1に記載の作動検知モジュール。
  4. 前記第1センサーはガスセンサーであり、前記第2センサーは温度センサー及び湿度センサーのうち少なくとも1つであり、前記第3センサーは光学センサーであり、前記光学センサーはPM2.5センサーである、ことを特徴とする請求項1に記載の作動検知モジュール。
  5. 前記ガスセンサーは、酸素ガスセンサー、一酸化炭素ガスセンサー、二酸化炭素ガスセンサー、揮発性有機物センサー、細菌センサー、ウイルスセンサー及び微生物センサーのうち少なくとも1つ又は任意の組合せである、ことを特徴とする請求項4に記載の作動検知モジュール。
  6. 前記第1アクチュエータはガスポンプであり、ガス進入板と共振板と圧電アクチュエータとを含み、
    前記ガス進入板は、少なくとも1つのガス進入孔と、少なくとも1つの合流排孔と、合流チャンバーとを有し、前記少なくとも1つのガス進入孔は気流の導入に用いられ、前記合流排孔は前記ガス進入孔に対応し、且つ前記ガス進入孔の気流を前記合流チャンバーに合流させるように導入し、
    前記共振板、合流チャンバーに対応する中空孔を有し、且つ前記中空孔の周囲は可動部材であり、
    前記圧電アクチュエータは、前記共振板に対応して設けられ、
    前記圧電アクチュエータは、浮遊板と外枠と少なくとも1つの架台と圧電素子とを含み、
    前記浮遊板は、正方形の浮遊板であり、且つ、第1表面と第2表面とを有し、前記第1表面は凸部を有し、
    前記外枠は、前記浮遊板の外側を囲むように設けられ、且つ取付け表面を有し、
    前記少なくとも1つの架台は、前記浮遊板と前記外枠との間に連結され、弾性力を提供して前記浮遊板を支持し、
    前記圧電素子は、前記浮遊板の前記第2表面に貼り付けられ、電圧を印加して前記浮遊板の湾曲振動を駆動するように用いられ、
    前記少なくとも1つの架台が前記浮遊板と前記外枠との間に形成され、且つ前記浮遊板の前記第1表面と前記外枠の前記取付け表面とが同一平面でないように形成され、前記浮遊板の前記第1表面と前記共振板とが一定のチャンバー間隔を保持し、
    前記共振板と前記圧電アクチュエータとの間に隙間を有し、チャンバー空間を形成し、前記圧電アクチュエータが駆動されると、気流が前記ガス進入板の前記少なくとも1つのガス進入孔より導入され、前記少なくとも1つの合流排孔を通して前記合流チャンバーに合流され、前記共振板の前記中空孔を通して、前記圧電アクチュエータと前記共振板の前記可動部材との共振が生じて、気流を輸送する、ことを特徴とする請求項1に記載の作動検知モジュール。
  7. 前記第1筐体は、フレキシブル電気回路基板が貫通して前記第1センサーと接続する第1接続孔を有し、且つ、接続後に封止材で前記第1接続孔を密封し、前記第2筐体は、フレキシブル電気回路基板が貫通して第1アクチュエータと接続する第2接続孔を有し、且つ、接続後に封止材で前記第2接続孔を密封する、ことを特徴とする請求項2に記載の作動検知モジュール。
  8. 前記第3筐体は、フレキシブル電気回路基板が貫通して前記第2センサーと接続する第3接続孔を有し、且つ、接続後に封止材で前記第3接続孔を密封し、前記第3筐体は、フレキシブル電気回路基板が貫通して前記第2アクチュエータと接続する第4接続孔を有し、且つ、接続後に封止材で前記第4接続孔を密封する、ことを特徴とする請求項3に記載の作動検知モジュール。
  9. 前記第2アクチュエータは、吹付け孔シートとチャンバーフレームとアクチュエータユニットと絶縁フレームと導電フレームとを含み、
    前記吹付け孔シートは、複数の架台と、浮遊シートと、中空穴とを含み、前記浮遊シートが湾曲振動可能であり、前記複数の架台が前記浮遊シートの周縁に隣接し、前記中空穴が前記浮遊シートの中心位置に形成され、前記複数の架台を介して前記微粒子検測基台の前記収納溝上方に設けられ、弾性力を提供して前記浮遊シートを支持し、前記吹付け孔シートと前記収納溝との間に気流チャンバーが形成され、前記複数の架台と前記浮遊シートとの間に少なくとも1つの隙間が形成され、
    前記チャンバーフレームは、前記浮遊シートに載置して設けられ、
    前記アクチュエータユニットは、前記チャンバーフレームに載置して設けられ、電圧を受けて往復に湾曲振動され、
    前記アクチュエータユニットは、圧電担持板と調整共振板と圧電板とを含み、
    前記圧電担持板は、前記チャンバーフレームに積み重ねて設けられ、
    前記調整共振板は、前記圧電担持板に積み重ねて設けられ、且つ前記調整共振板の厚みが前記圧電担持板の厚みより厚く、
    前記圧電板は、前記調整共振板に積み重ねて設けられ、電圧を受けて前記圧電担持板と前記調整共振板とが往復に湾曲振動することを駆動させ、
    前記絶縁フレームは、前記アクチュエータユニットに積み重ねて設けられ、
    前記導電フレームは、前記絶縁フレームに積み重ねて設けられ、
    前記アクチュエータユニットと、前記チャンバーフレームと、前記浮遊シートとの間に、共振チャンバーが形成され、前記アクチュエータユニットの駆動により前記吹付け孔シートが共振するように連動され、前記吹付け孔シートの前記浮遊シートが往復に振動するように変位することで、前記ガスが前記少なくとも1つの隙間を通して前記気流チャンバーに導入され、前記検測経路から排出され、前記ガスの輸送を実現する、ことを特徴とする請求項1に記載の作動検知モジュール。
  10. 作動検知モジュールは、少なくとも1つの本体と、少なくとも1つの微粒子検測基台と、複数のアクチュエータと、複数のセンサーとを含み、
    前記少なくとも1つの本体は、複数の分割チャンバーを組み合わせて構成され、
    前記複数の分割チャンバーは、少なくとも1つの第1分割チャンバーと、少なくとも1つの第2分割チャンバーとを含み、
    前記少なくとも1つの第1分割チャンバーは、内部が、少なくとも1つの第1分割板により少なくとも1つの第1ハウジングと少なくとも1つの第2ハウジングとに分割され、且つ、前記第1ハウジングと連通する少なくとも1つの第1吸気口と、前記第2ハウジングと連通する少なくとも1つの第1排気口と、前記第1分割板に第1ハウジングと前記第2ハウジングとを連通する少なくとも1つの第1連通口とを有し、
    前記少なくとも1つの第2分割チャンバーは、前記第1分割チャンバーと一体化に結合され、内部が、少なくとも1つの載置のための分割板により、少なくとも1つの第3ハウジングと少なくとも1つの第4ハウジングとに分割され、且つ、前記第3ハウジングと連通する少なくとも1つの第2吸気口と、前記第4ハウジングと連通する少なくとも1つの第2排気口と、前記載置のための分割板に設けられる前記第3ハウジングと前記第4ハウジングとを連通する少なくとも1つの第2連通口とを設け、
    前記少なくとも1つの微粒子検測基台は、前記第2分割チャンバーの前記第3ハウジングと、前記載置のための分割板との間に設けられ、少なくとも1つの検測経路を有し、且つ、前記検測経路の一端に少なくとも1つの収納溝を有し、前記検測経路と連通し、
    前記複数のアクチュエータは、少なくとも1つの第1アクチュエータと、少なくとも1つの第2アクチュエータとを含み、
    前記少なくとも1つの第1アクチュエータは、前記第2ハウジングと前記第1分割板との間に設けられ、ガスが前記第1吸気口より前記第1ハウジングに導入され、前記第1連通口の連通により前記第2ハウジングに導入され、前記第1排気口から排出され、前記第1分割チャンバーの単方向のガス輸送を構成するように用いられ、
    前記少なくとも1つの第2アクチュエータは、前記微粒子検測基台の前記収納溝に設けられ、前記検測経路の一端を密封し、ガスが前記第2吸気口より前記第3ハウジングに導入され、前記検測経路に導入され、前記第2連通口の連通により前記第4ハウジングに輸送され、前記第2排気口から排出され、前記第2分割チャンバーの単方向のガス輸送を構成するように用いられ、
    前記複数のセンサーは、少なくとも1つの第1センサーと少なくとも1つの第2センサーと少なくとも1つの第3センサーとを含み、
    前記少なくとも1つの第1センサーは、前記第1ハウジングに設けられ、前記第1アクチュエータと互いに隔離を保持され、表面に流通されるガスの検測を行い、
    前記少なくとも1つの第2センサーは、前記第3ハウジングに設けられ、前記第3ハウジングに導入されるガスに対して検測を行い、
    前記少なくとも1つの第3センサーは、前記載置のための分割板に設けられ、前記微粒子検測基台の前記検測経路に位置され、前記検測経路に導入されるガスに対して検測を行う、ことを特徴とする作動検知モジュール。
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