JP7198015B2

JP7198015B2 - アクチュエータセンサモジュール

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Publication number: JP7198015B2
Application number: JP2018157032A
Authority: JP
Inventors: 皓然莫; 世昌陳; 家▲いく▼ 廖; 壽宏陳; 鴻信廖; 秋霖李; 美燕陳; ▲けい▼峰黄; 永隆韓
Original assignee: Microjet Technology Co Ltd
Current assignee: Microjet Technology Co Ltd
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2022-12-28
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: US20190063421A1; EP3454036A1; US11125224B2; JP2019045494A; TW201913591A; TWI626627B

Description

本発明は、アクチュエータセンサモジュールに関し、特に、気体を循環させる方法により気体の感知及び測定を行うアクチュエータセンサモジュールに関する。

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（ＶｏｌａｔｉｌｅＯｒｇａｎｉｃＣｏｍｐｏｕｎｄ，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、環境中の気体の観測は各国の注目を集め、徐々に無視できない課題となってきている。

しかし、目下の技術において、例えば空気清浄機などの、環境中の気体を検査及び測定する装置は、体積が過大で、使用者が携帯するのに不便であり、使用者が即時に周囲環境の気体の情報を得るのは難しく、また、よって使用者は人体に危害を及ぼす気体環境に晒される可能性が依然としてある。ゆえに、どのようにして、時間、場所を問わず周囲環境の気体の情報を得るかは、現在早期の解決が望まれる問題である。

これ以外にも、周知の、環境中の気体を検査及び測定する装置は、防水、防塵機能を備えておらず、もし気体が流通する過程において、水気や液体が装置内に流入すると、送出する気体に水気を含みやすく、気体の感知及び測定に用いられる電子部品の帯湿、発錆ひいては損壊を引起こす恐れがある。また、周知の、環境中の気体を検査及び測定する装置には防塵機能もなく、若し気体流通の過程において、粉塵が、環境中の気体を検査及び測定する装置内に進入した場合、部品の損壊や気体伝送効率低下等の問題を引起こしかねない。よって、どのようにして、環境中の気体を検査及び測定する装置が防水、防塵の目的を果たすかも、早期の解決が望まれる課題である。

故に、どのように、上述の周知の技術の欠陥を克服し、環境中の気体を検査及び測定する装置や設備に、体積の縮小と超小型化、静音の目的を達成させ、また防水と防塵の機能を兼備させるかは、喫緊の問題である。

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提供し、圧電膜の高頻度作動が生む気体の波動により、設計後の流路内に圧力の勾配を生じさせ、それにより気体を高速流動させ、且つ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伝送し、以て、気体伝送装置を採用する周知の技術の機械や設備の、体積が大きい、薄型化が難しい、ポータブル化を達成出来ない、騒音が大きい、等問題を解決することにある。

本発明のもう一つの主な目的は、防水と防塵機能を兼備するアクチュエータセンサモジュールを提供し、防護膜の設置により水気と粉塵を濾過することで、周知の気体伝送装置が気体の輸送を行う過程において、水気や粉塵が気体伝送装置に進入し、部品の損壊や気体伝送効率の低下等を引起こす問題を解決することである。

上述の目的を達するため、本発明の比較的広義の実施態様は、アクチュエータセンサモジュールを提供することであり、第一基板と、第二基板と、バルブ片と、アクチュエータ装置と、センサと、を含み、第一基板が、吸気通路と、排気通路と、吸気口と、排気口と、を含み、吸気通路と排気通路がそれぞれ吸気口と排気口を通じて第一基板の外部と連通し、第二基板が、貫通槽を開設し、バルブ片が、吸気バルブと排気バルブを含み、バルブ片が第一基板と第二基板との間に設置され、且つ吸気バルブと排気バルブがそれぞれ吸気通路と排気通路を閉鎖して隔絶し、アクチュエータ装置が、第二基板に設置され且つ貫通槽を閉鎖して、バルブ片と第二基板の貫通槽との間に圧縮チャンバが形成され、吸気口、吸気通路、圧縮チャンバ、排気通路、排気口が相互に連通して気流回路を形成し、センサが、気流回路内の任意の位置に設置され、アクチュエータ装置の駆動を通じて、バルブ片の吸気バルブを上向きに振動させて開放することで、外界の気体を、吸気口を経由させて吸気通路内に導入し、気体を、バルブ片を経由させて圧縮チャンバに進入させ、そしてアクチュエータ装置が圧縮チャンバを圧縮することにより、バルブ片の排気バルブを下向きに振動させて開放し、気体を、圧縮チャンバからバルブ片を経由させて排気通路に進入させ、排気口から排出し、以て、気流回路内に設置されるセンサに、循環流通する気体の観測を行わせる。

本発明の好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの構造図である。本発明の好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの吸気作動の構造図である。本発明の好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの排気作動の構造図である。本発明のもう一つの好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの構造図である。本発明のもう一つの好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの吸気作動の構造図である。本発明のもう一つの好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの排気作動の構造図である。

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、且つ本発明の説明およ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１Ｃを参照すると、本発明の提供するアクチュエータセンサモジュール１は、少なくとも一つの第一基板１０と、少なくとも一つの吸気通路１０１と、少なくとも一つの排気通路１０２と、吸気口１０１１と、排気口１０２１と、少なくとも一つの第二基板１１と、少なくとも一つの貫通槽１１０と、少なくとも一つのバルブ片１３と、少なくとも一つの吸気バルブ１３１と、少なくとも一つの排気バルブ１３２と、少なくとも一つのアクチュエータ装置１２と、形成される少なくとも一つの圧縮チャンバＡと、形成される少なくとも一つの気流回路と、少なくとも一つのセンサ１４と、少なくとも一つの気体と、を含み、以下の実施例において、前記第一基板１０と、前記吸気通路１０１と、前記排気通路１０２と、前記吸気口１０１１と、前記排気口１０２１と、前記第二基板１１と、前記貫通槽１１０と、前記バルブ片１３と、前記吸気バルブ１３１と、前記排気バルブ１３２と、前記アクチュエータ装置１２と、前記圧縮チャンバＡと、前記気流回路と、前記センサ１４と、前記気体と、は数量を一つとして説明しているが、これに限らず、前記第一基板１０と、前記吸気通路１０１と、前記排気通路１０２と、前記吸気口１０１１と、前記排気口１０２１と、前記第二基板１１と、前記貫通槽１１０と、前記バルブ片１３と、前記吸気バルブ１３１と、前記排気バルブ１３２と、前記アクチュエータ装置１２と、前記圧縮チャンバＡと、前記気流回路と、前記センサ１４と、前記気体と、は複数個の組合せとすることも出来る。

本発明のアクチュエータセンサモジュールは、周囲環境の空気の品質の感知及び測定に用いられ、且つ同時に防水と防塵、静音の効果を兼備し、携帯電話やタブレットパソコン、ウェアラブル装置、またはマイクロプロセッサやＲＡＭ等ユニットを含むよう構築されるあらゆるポータブル式電子設備、に応用できる。図１Ａ、即ち本発明の好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの構造図を参照する。図に示すよう、前記アクチュエータセンサモジュール１は、前記第一基板１０と、前記第二基板１１と、前記アクチュエータ装置１２と、前記バルブ片１３と、前記センサ１４と、を含む。前記第一基板１０は、前記吸気通路１０１及び前記排気通路１０２を貫設し、且つ前記吸気通路１０１及び前記排気通路１０２は、それぞれ前記第一基板１０の外側の表面上に前記吸気口１０１１及び前記排気口１０２１を形成する。前記第二基板１１は、前記貫通槽１１０を開設し、本実施例において、前記貫通槽１１０は、凹槽１１０１及び、前記凹槽１１０１を貫設する第二吸気通路１１０２と第二排気通路１１０３により構成される。前記第一基板１０と前記第二基板１１が重畳して組立てられると、前記第二基板１１の前記第二吸気通路１１０２と前記第二排気通路１１０３は、それぞれ前記第一基板１０の前記吸気通路１０１と前記排気通路１０２に対応して連通することが出来る。

本発明の好実施例において、前記第一基板１０と前記第二基板１１は、いずれも特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはシステムオンチップ（ＳＯＣ）とすることが出来るが、これに限らず、前記第一基板１０は、半導体製造過程を通じてその前記吸気通路１０１及び前記排気通路１０２を成型し、且つ前記第二基板１１も、半導体製造過程を通じてその前記貫通槽１１０の構造を成型する。前記第一基板１０と前記第二基板１１は、パッケージングにより結合される。

本発明の好実施例において、前記第一基板１０は、更に半導体製造過程を通じて第一制御電路１５１を製出し、且つ前記第二基板１１も、半導体製造過程を通じて第二制御電路１５２を製出する。前記第一制御電路１５１と前記第二制御電路１５２は集積回路であり、前記第一制御電路１５１は、前記センサ１４と電気的接続して、前記センサ１４の生成した感知及び測定データを受信し且つ演算処理を行う。前記第二制御電路１５２は、前記アクチュエータ装置１２と電気的接続して、前記アクチュエータ装置１２に駆動電源を提供する。本発明の他の一部の実施例において、前記第一基板１０と前記第二基板１１の内の一者のみが、半導体製造過程を通じて一つの制御電路を製出し、前記単一の制御電路により、前記アクチュエータ装置１２に駆動電源を提供し、そして前記センサ１４から受信した感知及び測定データの計算処理を行う。

続けて図１Ａを参照すると、前記アクチュエータ装置１２は、気体の駆動に用いられ、前記第二基板１１の前記貫通槽１１０を閉鎖して設置され、これにより前記貫通槽１１０と前記バルブ片１３との間には前記圧縮チャンバＡが形成される。本発明の好実施例において、前記アクチュエータ装置１２は、微小電気機械システムの気体ポンプ（ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，ＭＥＭＳ）であり、ドライ、ウェットエッチングにより材料表面の微細加工を行うことで、一体成型の超小型気体ポンプが製成され、それは主にアクチュエータ膜１２１及び圧電膜１２２を含み、前記アクチュエータ膜１２１は、表面微細加工技術（Ｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を通じて製成される平面構造であり、且つ前記アクチュエータ膜１２１は、金属材料薄膜またはポリシリコン薄膜により構成されるが、これに限らず、実際の状況に依り変化させることが出来る。前記圧電膜１２２は、ゾルゲル法（Ｓｏｌ－ｇｅｌｍｅｔｈｏｄ）により製成される金属酸化物薄膜とすることが出来るが、これに限らず、前記アクチュエータ膜１２１の表面上に貼付される。前記圧電膜１２２が前記アクチュエータ膜１２１を駆動して上向きに振動させると、前記圧縮チャンバＡでは圧力の勾配が生じ、気体を、前記吸気通路１０１を経由し前記第二吸気通路１１０２を通過して前記圧縮チャンバＡ内に流入させる（図１Ｂ参照）。対照的に、前記圧電膜１２２が前記アクチュエータ膜１２１を駆動して下向きに振動させると、前記圧縮チャンバＡは圧縮され、気体を前記圧縮チャンバＡから、前記第二排気通路１１０３を通過して前記排気通路１０２内に流出させる（図１Ｃ参照）。前記圧電膜１２２の垂直方向の上下の往復運動により、気体を駆動し高速流動させ、また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伝送し、且つ排出側の気圧が大気圧より大きい状態下でも、継続して気体を押し出す能力を備え、また静音の状態で稼働することが出来る。

続けて図１Ａを参照すると、前記バルブ片１３は、前記第一基板１０と前記第二基板１１との間に設置され、前記吸気バルブ１３１と前記排気バルブ１３２を含み、それらはいずれも可開閉式のバルブゲート構造である。バルブゲートが閉鎖された状態では、前記吸気バルブ１３１は、前記第一基板１０の前記吸気通路１０１を閉鎖して、前記吸気通路１０１と前記第二吸気通路１１０２を隔絶し、一方で前記排気バルブ１３２は、前記第一基板１０の前記排気通路１０２を閉鎖して、前記排気通路１０２と前記第二排気通路１１０３を隔絶する。バルブが開放された状態では、前記第二吸気通路１１０２は、前記第一基板１０の前記吸気通路１０１と連通し、前記第二排気通路１１０３は前記第一基板１０の前記排気通路１０２と連通し、こうして前記吸気口１０１１、前記吸気通路１０１、前記圧縮チャンバＡ、前記排気通路１０２、前記排気口１０２１が相互に連通して気流回路を形成する。

本実施例において、図１Ａに示すように、前記バルブ片１３は、弾性を備える薄膜構造であり、且つ複数個の空隙１３３ａと１３３ｂを開設することで、前記吸気バルブ１３１及び前記排気バルブ１３２がそれぞれ形成され、よって前記吸気バルブ１３１及び前記排気バルブ１３２は、気圧を受け駆動され変形して開放することができる、弾性を備える膜状であり、またその周縁の前記空隙１３３ａと１３３ｂを利用して気体を流通させる。更に、前記第一基板１０の前記吸気バルブ１３１と対応する箇所では、更に凸部構造１０３を備え、プレストレスを生成して前記吸気バルブ１３１に抵触させる。同様の原理により、前記第二基板１１の、前記排気バルブ１３２と対応する箇所でも、凸部構造１１１を備え、プレストレスを生成して前記排気バルブ１３２に抵触させる。前記凸部構造１０３及び１１１の設置により、気流回路内の気体が前記吸気バルブ１３１または前記排気バルブ１３２を通じて逆流するのを防ぐことが出来る。

続けて図１Ａを参照すると、前記センサ１４は、上述の気流回路内の任意の位置に設置することができ、気流を感知及び測定する。本発明の好実施例において、前記センサ１４は、半導体製造過程を通じて前記第一基板１０または前記第二基板１１に設置され、また気流回路に接触または隣接する。本実施例において、前記センサ１４は、前記第二基板１１の前記排気通路１０２内に設置され、且つ前記排気口１０２１に対応して設置される。本実施例の前記センサ１４は、前記第一制御電路１５１と電気的接続して、駆動電源を獲得し、また気流回路の気体中の少なくとも一つの特定標的物の濃度を測定する。前記センサ１４は、酸素センサ、一酸化炭素センサ、二酸化炭素センサ、温度センサ、オゾンセンサ、揮発性有機化合物センサ、のうちの少なくとも一つまたはその組合せを含むことができるが、これらに限らず、実際の状況に依り変化させることが出来る。

続いて図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃを参照する。図１Ｂは、本発明の好実施例における、アクチュエータセンサモジュールの吸気作動の構造図である。図１Ｃは、本発明の好実施例における、アクチュエータセンサモジュールの排気作動の構造図である。本実施例の前記アクチュエータセンサモジュール１が駆動されてない状態は、図１Ａに示す通りである。前記アクチュエータセンサモジュール１が駆動される時、前記第二制御電路１５２は駆動電源を前記アクチュエータ装置１２に提供し、前記アクチュエータ装置１２を駆動させて垂直方向に沿って往復振動させる。前記アクチュエータ装置１２が上向きに振動すると、図１Ｂに示すよう、前記圧縮チャンバＡの体積は増大し、圧力は減少し、圧力の勾配が生じることで、前記バルブ片１３の前記吸気バルブ１３１は大気圧を受け駆動され、上向きに振動して開放され、この時、前記バルブ片１３の前記排気バルブ１３２は、閉鎖状態を保持し、且つ前記凸部構造１１１に抵触する。これにより、外部の気体を、前記吸気口１０１１を経由させて前記吸気通路１０１内に導入し、そして前記バルブ片１３の複数個の前記空隙１３３ａを経由させて前記圧縮チャンバＡに進入させることが出来る。対照的に、前記アクチュエータ装置１２が下向きに振動すると、図１Ｃに示すよう、前記圧縮チャンバＡの体積は縮小し、圧力は増大するため、圧力の勾配が生じることで、前記バルブ片１３の前記排気バルブ１３２は下向きに振動して開放され、同時に、前記バルブ片１３の前記吸気バルブ１３１は下向きに振動し、且つ前記凸部構造１０３に抵触して閉鎖される。これにより、前記圧縮チャンバＡ内の気体は、前記バルブ片１３の複数個の前記空隙１３３ｂを経由して前記排気通路１０２に進入し、且つ前記排気口１０２１を通じて前記アクチュエータセンサモジュール１の外に排出される。

前記バルブ片１３の前記吸気バルブ１３１及び前記排気バルブ１３２を、相反する方向に開放されるよう設置することで、前記気体を単一の流動方向に沿って前記気流回路内で流通させることができ、逆流現象の発生を防ぎ、これにより、継続的に前記センサ１４を経由する循環気流を提供し、前記センサ１４に周囲環境の空気中の少なくとも一つの特定標的物の濃度を観測させ、リアルタイムの環境中の気体の観測に関する情報を取得させる。更に、前記アクチュエータ装置１２が、気体循環の速度の加速を促進することにより、前記センサ１４は最もリアルタイムの環境の気体の情報を測定することができ、且つ周囲環境に有毒の気体や危険性のある気体を測定した際、使用者に、至急防護措置を採り、気体中毒にかかる、気体の爆発に遭う等状況を防止するよう注意喚起を行うことが出来る。

続いて図１Ａを参照すると、本発明の好実施例において、前記アクチュエータセンサモジュール１は、更に第一防護膜１６１と第二防護膜１６２を含む。前記第一防護膜１６１は、前記第一基板１０の前記吸気口１０１１を閉鎖して設置され、前記第二防護膜１６２は、前記第一基板１０の前記排気口１０２１を閉鎖して設置される。前記第一防護膜１６１と前記第二防護膜１６２は、いずれも防水、防塵、且つ気体を通過させる膜状構造である。その設置を通じて、水気、粉塵が前記吸気口１０１１または前記排気口１０２１から前記気流回路内に進入するのを防ぎ、前記アクチュエータセンサモジュール１内部を乾燥、無塵に保ち、気流回路内部に設置された部品の水気による発錆、損壊、または粉塵の堆積による部品の損壊等状況を防止する。同時に、前記第一防護膜１６１と前記第二防護膜１６２の防護等級は、いずれも電気機械器具の外郭による保護等級試験（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＭａｒｋｉｎｇ，ＩＥＣ６０５２９）ＩＰ６４の等級で、即ち防塵等級６（完全防塵、粉塵が中に入らない）、防水等級４（防飛沫、設備にあらゆる角度から飛沫がかかっても有害な影響がない）とすることが出来るが、これに限らない。他の一部の実施例において、前記第一防護膜１６１及び前記第二防護膜１６２の防護等級は、電気機械器具の外郭による保護等級試験ＩＰ６８の等級、即ち防塵等級６、防水等級８（継続的に水没しても有害な影響がない）とすることも出来る。また、前記第一防護膜１６１及び前記前記第二防護膜１６２の防護等級は、電気機械器具の外郭による保護等級試験ＩＰ６５、ＩＰ６６またはＩＰ６７の等級とすることも出来るが、これらに限らない。

続いて図２Ａ、即ち本発明のもう一つの好実施例における構造図を参照する。図２Ａに示すよう、本実施例のアクチュエータセンサモジュール２は、第一基板２０と、第二基板２１と、アクチュエータ装置２２と、バルブ片２３と、センサ２４と、を含む。前記第一基板２０は、吸気通路２０１及び排気通路２０２を貫設し、且つ前記吸気通路２０１及び前記排気通路２０２は、それぞれ前記第一基板２０の外側の表面上に、吸気口２０１１及び排気口２０２１を形成する。前記第二基板２１は、貫通槽２１０を開設し、前記第一基板２０と前記第二基板２１が重畳して組立てられた後、前記第一基板２０の前記吸気通路２０１及び前記排気通路２０２は、前記第二基板２１の前記貫通槽２１０と連通出来る。

続けて図２Ａを参照すると、本実施例において、前記第一基板２０は、更に半導体製造過程を通じて第一制御電路２５１を製出し、且つ前記第二基板２１も、半導体製造過程を通じて第二制御電路２５２を製出する。前記第一制御電路２５１は、前記センサ２４と電気的接続して、前記センサ２４の生成した感知及び測定データを受信し、且つ演算処理を行う。前記第二制御電路２５２は、前記アクチュエータ装置２２と電気的接続して、前記アクチュエータ装置２２に駆動電源を提供する。前記アクチュエータ装置２２は、前記第二基板２１上に設置され且つ前記貫通槽２１０を閉鎖し、これにより前記貫通槽２１０と前記バルブ片２３との間に圧縮チャンバＡ´が形成される。

続けて２Ａを参照すると、前記バルブ片２３は、前記第一基板２０と前記第二基板２１との間に設置され、吸気バルブ２３１と排気バルブ２３２を含み、それらはいずれも可開閉式のバルブゲート構造である。バルブゲートが閉鎖された状態では、前記吸気バルブ２３１は、前記第一基板２０の前記吸気通路２０１を閉鎖し、前記吸気通路２０１と前記貫通槽２１０を隔絶し、一方で前記排気バルブ２３２は、前記第一基板２０の前記排気通路２０２を閉鎖し、前記排気通路２０２と前記貫通槽２１０を隔絶する。バルブが開放された状態では、前記貫通槽２１０は、前記第一基板２０の前記吸気通路２０１及び前記排気通路２０２と連通し、こうして前記吸気口２０１１、前記吸気通路２０１、前記圧縮チャンバＡ´、前記排気通路２０２、前記排気口２０２１が相互に連通して、気流回路を形成する。

本実施例において、前記第一基板２０の前記吸気バルブ２３１と対応する箇所では、更に環状の凹槽を開設して凸部構造２０３を形成し、これによりプレストレスを生成して前記吸気バルブ２３１のバルブゲートに抵触させる。同様の原理により、前記バルブ片２３の本体が前記排気バルブ２３２と対応する箇所では、更に環状の凹槽を開設して凸部構造２３２１を形成し、プレストレスを生成して前記排気バルブ２３２のバルブゲートに抵触させる。前記凸部構造２０３及び２３２１の設置により、前記吸気バルブ２３１と前記排気バルブ２３２のバルブゲートを密閉し、気流回路中の気体が前記吸気バルブ２３１または前記排気バルブ２３２のバルブ口を通じて逆流するのを防止する。

本実施例の前記アクチュエータ装置２２は、前の一つ目の実施例と同様の構造、作動方式の圧電アクチュエータとすることが出来る。本実施例の前記センサ２４は、前記第二基板２１の前記吸気通路２０１の中に設置され、且つ前記吸気口２０１１と対応して設置される。前記センサ２４は、更に前記第一制御電路２５１と電気的接続して、駆動電源を獲得する。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを同時に参照する。図２Ｂは、本発明のもう一つの好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの吸気作動の構造図である。図２Ｃは、本発明のもう一つの好実施例におけるアクチュエータセンサモジュールの排気作動の構造図である。本実施例の前記アクチュエータセンサモジュール２が駆動されていない状態は、図２Ａに示す通りである。前記アクチュエータセンサモジュール２が駆動される時、前記第二制御電路２５２は駆動電源を前記アクチュエータ装置２２に提供し、前記アクチュエータ装置２２を駆動させて垂直方向に沿って往復振動させる。前記アクチュエータ装置２２が上向きに振動すると、図２Ｂに示すよう、前記圧縮チャンバＡ´の体積は増大し、圧力は減少し、圧力の勾配が生じることで、前記バルブ片２３の前記吸気バルブ２３１のバルブゲートは、大気圧を受け駆動され上向きに振動してバルブ口を開放する。この時、前記バルブ片２３の前記排気バルブ２３２は閉鎖状態を保持し、且つ前記凸部構造２３２１に抵触される。これにより、外部の気体を、前記吸気口２０１１を経由させて前記吸気通路２０１内に導入し、そして前記吸気バルブ２３１のバルブ口を経由させて前記圧縮チャンバＡ´に進入させることが出来る。一方で、前記アクチュエータ装置２２が下向きに振動すると、図２Ｃに示すよう、前記圧縮チャンバＡ´の体積は縮小し、圧力は増大するため、圧力の勾配が生じることで、前記バルブ片２３の前記排気バルブ２３２のバルブゲートは下向きに振動してバルブ口を開放し、同時に前記バルブ片２３の前記吸気バルブ２３１は、圧力を受け下向きに前記凸部構造２０３に緊密に貼接し、そのバルブ口を閉鎖する。これにより、前記圧縮チャンバＡ´内の気体は、前記バルブ片２３の前記排気バルブ２３２の開放されたバルブ口から前記排気通路２０２に進入し、前記排気口２０２１を通じて前記アクチュエータセンサモジュール２の外に排出される。

続けて図２Ａ乃至図２Ｃを参照すると、本実施例の前記アクチュエータセンサモジュール２は、更に第一防護膜２６１及び第二防護膜２６２を含み、前記第一防護膜２６１は、前記第一基板２０の吸気口２０１を閉鎖して設置され、前記第二防護膜２６２は、排気口２０２を閉鎖して設置されるが、これに限らない。前記第一防護膜２６１及び前記第二防護膜２６２は、いずれも防水、防塵、且つ気体を通過させる膜状構造で、その設置により、水気、粉塵が吸気口２０１または排気口２０２から前記気流回路内に進入するのを防ぐことができ、前記アクチュエータセンサモジュール２内部を乾燥、無塵に保ち、気流回路内部に設置された部品の水気による発錆、損壊、または粉塵の堆積による部品の損壊等状況を防止する。前記第一防護膜２６１及び前記第二防護膜２６２の防護等級は、技術が伴えば、電気機械器具の外郭による保護等級試験ＩＰ６４、ＩＰ６５、ＩＰ６６、ＩＰ６７またはＩＰ６８とすることが出来るが、これに限らない。

以上をまとめると、本発明の提供するアクチュエータセンサモジュールは、圧電膜がアクチュエータ膜を駆動して作動させることにより、圧縮チャンバで圧力の勾配を生じさせ、気体を高速流動させることで伝送し、気体の循環を実現し、気体の迅速な伝送と静音の効果を達する。本発明は、センサが循環する気体を観測することで、周囲環境の気体の情報を随時取得する。これ以外に、第一防護膜及び第二防護膜の設置を通じて、アクチュエータセンサモジュール内部の部品が水気または粉塵の堆積により損壊、発錆するのを防ぎ、気体伝送効率を上昇させ、装置の稼働効率を上昇させることが出来る。故に、本発明のアクチュエータセンサモジュールは極めて高い産業的価値があり、法に基づき出願を提出する。

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、２アクチュエータセンサモジュール
１０、２０第一基板
１０１、２０１吸気通路
１０１１、２０１１吸気口
１０２、２０２排気通路
１０２１、２０２１排気口
１０３、２０３凸部構造
１１、２１第二基板
１１０、２１０貫通槽
１１０１凹槽
１１０２第二吸気通路
１１０３第二排気通路
１１１凸部構造
１２、２２アクチュエータ装置
１２１、２２１アクチュエータ膜
１２２、２２２圧電膜
１３、２３バルブ片
１３１、２３１吸気バルブ
１３２、２３２排気バルブ
２３２１凸部構造
１３３ａ、１３３ｂ空隙
１４、２４センサ
１５１、２５１第一制御電路
１５２、２５２第二制御電路
１６１、２６１第一防護膜
１６２、２６２第二防護膜
Ａ、Ａ´ 圧縮チャンバ

Claims

アクチュエータセンサモジュールであって、第一基板と、第二基板と、バルブ片と、アクチュエータ装置と、センサと、第一防護膜と、第二防護膜とを含み、
前記第一基板が、吸気通路と、排気通路と、吸気口と、排気口と、を含み、前記吸気通路と前記排気通路が、それぞれ前記吸気口と前記排気口を通じて前記第一基板の外部と連通し、
前記第二基板が、貫通槽を開設し、
前記バルブ片が、吸気バルブと排気バルブを含み、前記バルブ片が前記第一基板と前記第二基板との間に設置され、且つ前記吸気バルブ及び前記排気バルブがそれぞれ前記吸気通路及び前記排気通路を閉鎖して隔絶し、
前記アクチュエータ装置が、前記第二基板に設置され且つ前記貫通槽を閉鎖して、前記バルブ片と前記第二基板の前記貫通槽との間に圧縮チャンバが形成され、前記吸気口、前記吸気通路、前記圧縮チャンバ、前記排気通路、前記排気口が相互に連通して気流回路を形成し、
前記第一防護膜が前記吸気口を閉鎖して設置され、
前記第二防護膜が前記排気口を閉鎖して設置され、且つ前記第一防護膜及び前記第二防護膜が、いずれも防水、防塵、且つ気体を通過させる膜状構造であり、
前記センサが、前記気流回路内の任意の位置に設置され、
前記アクチュエータ装置の駆動を通じて、前記バルブ片の前記吸気バルブを上向きに振動させて開放することで、外界の気体を、前記吸気口を経由させて前記吸気通路内に導入し、前記気体を、前記バルブ片を経由させて前記圧縮チャンバに進入させ、そして前記アクチュエータ装置が前記圧縮チャンバを圧縮することにより、前記バルブ片の前記排気バルブを下向きに振動させて開放し、前記気体を、前記圧縮チャンバから前記バルブ片を経由させて前記排気通路に進入させ、前記排気口から排出し、前記気流回路内に設置される前記センサに、循環流通する前記気体の観測を行わせることを特徴とする、アクチュエータセンサモジュール。
前記センサが、前記吸気口に対応して前記吸気通路内に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。
前記センサが、前記排気口に対応して前記排気通路内に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。
前記センサが、半導体製造過程を通じて前記第一基板と前記第二基板のうちの一者に設置され、且つ前記第一基板が、半導体製造過程を通じて前記吸気通路と前記排気通路を成型し、且つ前記第二基板が、半導体製造過程を通じて前記貫通槽を成型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。
前記第一基板が、半導体製造過程を通じて第一制御電路を製出し、前記第二基板が、半導体製造過程を通じて第二制御電路を製出し、前記第一制御電路が、前記センサと電気的接続して、前記センサの生成した感知及び測定データを受信し且つ演算処理を行い、前記第二制御電路が、前記アクチュエータ装置と電気的接続して、前記アクチュエータ装置に駆動電源を提供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。
前記吸気バルブ及び前記排気バルブが、それぞれ可開閉式のバルブゲート構造であり、且つ前記バルブ片が、弾性のある膜状バルブであ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。
前記バルブ片が、更に複数個の空隙を含み、前記複数個の空隙が、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの周縁に設置され、前記気体を流通させ、且つ前記第一基板が、前記吸気バルブに対応し、前記第二基板が、前記排気バルブに対応し、更にそれぞれが凸部構造を備え、プレストレスを生成して前記吸気バルブと前記排気バルブに抵触させ、これにより前記気体の逆流を防止することを特徴とする、請求項６に記載のアクチュエータセンサモジュール。
前記排気バルブと前記吸気バルブのうちの一者が、更に凸部構造を備え、プレストレスを生成して前記排気バルブと前記吸気バルブのうちの一者のバルブゲートに抵触させ、前記気体の逆流を防止することを特徴とする、請求項６に記載のアクチュエータセンサモジュール。
前記センサが、酸素センサ、一酸化炭素センサ、二酸化炭素センサ、温度センサ、オゾンセンサ、揮発性有機化合物センサ、のうちの少なくとも一つまたはその組合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。
前記アクチュエータ装置が、微小電気機械システムの気体ポンプであり、且つ一体成型構造であり、アクチュエータ膜と、圧電膜と、を含み、
前記アクチュエータ膜が、表面微細加工技術により製成される平面構造であり、且つ金属材料薄膜またはポリシリコン薄膜により構成され、
前記圧電膜が、ゾルゲル法により製成される金属酸化物薄膜であり、前記アクチュエータ膜の表面に貼付され、
前記圧電膜が前記アクチュエータ膜を駆動して上向きに振動させると、前記圧縮チャンバでは圧力の勾配を生じて、前記気体を前記吸気通路から流入させ、前記圧電膜が前記アクチュエータ膜を駆動して下向きに振動させると、前記圧縮チャンバは圧縮されて、前記気体を前記排気通路内に流出させ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。
前記第一防護膜及び前記第二防護膜の防護等級が、電気機械器具の外郭による保護等級試験ＩＰ６４、ＩＰ６５、ＩＰ６６、ＩＰ６８、のうちの一つの等級であ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。
アクチュエータセンサモジュールであって、少なくとも一つの第一基板と、少なくとも一つの第二基板と、少なくとも一つのバルブ片と、少なくとも一つのアクチュエータ装置と、少なくとも一つのセンサと、第一防護膜と、第二防護膜とを含み、
少なくとも一つの前記第一基板が、少なくとも一つの吸気通路と、少なくとも一つの排気通路と、少なくとも一つの吸気口と、少なくとも一つの排気口と、を含み、前記吸気通路と前記排気通路が、それぞれ前記吸気口と前記排気口を通じて前記第一基板の外部と連通し、
少なくとも一つの前記第二基板が、少なくとも一つの貫通槽を開設し、
少なくとも一つの前記バルブ片が、少なくとも一つの吸気バルブと少なくとも一つの排気バルブを含み、前記バルブ片が前記第一基板と前記第二基板との間に設置され、且つ前記吸気バルブ及び前記排気バルブがそれぞれ前記吸気通路及び前記排気通路を閉鎖して隔絶し、
少なくとも一つの前記アクチュエータ装置が、前記第二基板に設置され且つ前記貫通槽を閉鎖し、前記バルブ片と前記第二基板の前記貫通槽との間に少なくとも一つの圧縮チャンバが形成され、前記吸気口、前記吸気通路、前記圧縮チャンバ、前記排気通路、前記排
気口が相互に連通して少なくとも一つの気流回路を形成し、
前記第一防護膜が前記吸気口を閉鎖して設置され、
前記第二防護膜が前記排気口を閉鎖して設置され、且つ前記第一防護膜及び前記第二防護膜が、いずれも防水、防塵、且つ気体を通過させる膜状構造であり、
少なくとも一つの前記センサが、前記気流回路内の任意の位置に設置され、
前記アクチュエータ装置の駆動を通じて、前記バルブ片の前記吸気バルブを上向きに振動させて開放することで、外界の少なくとも一つの気体を、前記吸気口を経由させて前記吸気通路内に導入し、前記気体を、前記バルブ片を経由させて前記圧縮チャンバに進入させ、そして前記アクチュエータ装置が前記圧縮チャンバを圧縮することにより、前記バルブ片の前記排気バルブを下向きに振動させて開放し、前記気体を、前記圧縮チャンバから前記バルブ片を経由させて前記排気通路に進入させ、前記排気口から排出し、前記気流回路内に設置される前記センサに、循環流通する前記気体の観測を行わせることを特徴とする、アクチュエータセンサモジュール。