TWI720877B - 致動傳感模組 - Google Patents

Abstract

本案提供一種致動傳感模組，包含：一底板，具有一洩壓通孔、一排氣通孔及一連通孔；一氣壓感測器，設置於該底板且封蓋該連通孔；一薄型氣體傳輸裝置，設置於該底板且封蓋該排氣通孔及該洩壓通孔；以及一蓋板，設置於該底板，且罩蓋該氣壓感測器及該薄型氣體傳輸裝置，其中，該蓋板具有一進氣通孔；其中，驅動該薄型氣體傳輸裝置，將氣體經由該進氣通孔導入，通過該薄型氣體傳輸裝置將氣體由該排氣通孔排出，並由該氣壓感測器檢測氣體的氣壓變化。

Description

致動傳感模組

本案係關於一種致動傳感模組，尤指一種能夠組接正壓負載及負壓負載，且能對氣體傳輸進行調控之致動傳感模組。

隨著科技的日新月異，氣體輸送裝置的應用上亦愈來愈多元化，舉凡工業應用、生醫應用、醫療保健、電子散熱等等，甚至近來熱門的穿戴式裝置皆可見它的踨影，可見傳統的泵浦已漸漸有朝向裝置微小化、流量極大化的趨勢。

目前的薄型氣體傳輸裝置經常用於對正壓負載打氣或是協助負壓負載洩氣，但難以對其打氣及洩氣進行調控，故如何提供一種致動傳感模組能夠將體積微型化、輕易與正壓負載或負壓負載進行組配，且能夠調控其打氣或洩氣之效率為當下需克服的難題

本案之主要目的在於提供一種致動傳感模組，藉由壓電膜高頻作動產生的氣體波動，於設計後之流道中產生壓力梯度，而 使氣體高速流動，且透過流道進出方向之阻抗差異，將氣體由吸入端傳輸至排出端，俾解決習知技術之採用氣體傳輸裝置的儀器或設備所具備之體積大、難以薄型化、無法達成可攜式之目的，以及噪音大等缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種致動傳感模組，包含：一底板，具有一洩壓通孔、一排氣通孔及一連通孔；一氣壓感測器，設置於該底板且封蓋該連通孔；一薄型氣體傳輸裝置，設置於該底板且封蓋該排氣通孔及該洩壓通孔；以及一蓋板，設置於該底板，且罩蓋該氣壓感測器及該薄型氣體傳輸裝置，其中，該蓋板具有一進氣通孔；其中，驅動該薄型氣體傳輸裝置，將氣體經由該進氣通孔導入，通過該薄型氣體傳輸裝置將氣體由該排氣通孔排出，並由該氣壓感測器檢測氣體的氣壓變化。

100:致動傳感模組

1:底板

11:洩壓通孔

12:排氣通孔

13:連通孔

2:氣壓感測器

200:正壓負載

3:薄型氣體傳輸裝置

300:負壓負載

31:薄型氣體泵

311:進氣板

3111:第一表面

3112:第二表面

3113:進氣孔

3114:匯流腔室

3115:進氣流道

312:共振片

3121:中心孔

3122:振動部

3123:固定部

313:致動件

3131:振動板

3131a:上表面

3131b:下表面

3131c:凸部

3132:框架

3132a:第一導電接腳

3133:連接部

3134:壓電片

3135:氣體通道

314:第一絕緣框架

315:導電框架

3151:框架部

3152:電極部

3153:第二導電接腳

316:第二絕緣框架

317:振動腔室

32:薄型閥門結構

321:第一薄板

3211:挖空區

322:閥門框架

3221:閥片容置區

323:閥門片

3231:閥孔

324:第二薄板

3241:出氣表面

3242:洩壓表面

3243:出氣凹槽

3244:出氣孔

3245:洩壓孔

3246:洩壓溝渠

4:蓋板

41:進氣通孔

第1A圖為本案致動傳感模組之立體示意圖。

第1B圖為本案致動傳感模組之分解示意圖。

第2圖為本案微型氣體傳輸裝置之立體示意圖。

第3A圖為本案薄型氣體泵之分解示意圖。

第3B圖為本案薄型氣體泵另一角度之分解示意圖。

第4A圖為本案薄型氣體泵之剖面示意圖。

第4B圖至第4D圖為本案薄型氣體泵之作動示意圖。

第5A圖為本案薄型閥門結構之分解示意圖。

第5B圖為本案薄型閥門結構另一角度之分解示意圖。

第6A圖為本案薄型氣體傳輸裝置的剖面示意。

第6B圖為本案薄型氣體傳輸裝置之出氣示意圖。

第6C圖為本案薄型氣體傳輸裝置之洩壓示意圖。

第7A圖為本案致動傳感模組之剖面示意圖。

第7B圖為本案致動傳感模組連接正壓負載之作動示意圖。

第7C圖為本案致動傳感模組連接正壓負載之洩壓示意圖。

第7D圖為本案致動傳感模組連接負壓負載之作動示意圖。

第7E圖為本案致動傳感模組連接負壓負載之洩壓示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

本案之致動傳感模組100可應用於手機、平板電腦、穿戴式裝置或任何建構以包含微處理器、RAM等零件的類似行動式電子設備。請參閱第1A圖及第1B圖，其為本案之一較佳實施例之致動傳感模組之結構示意圖。如圖所示，致動傳感模組100包含一底板1、一氣壓感測器2、一薄型氣體傳輸裝置3及一蓋板4。

底板1具有排列設置的一洩壓通孔11、一排氣通孔12及一連通孔13，氣壓感測器2設置於底板1且封蓋連通孔13，薄型氣體 傳輸裝置3設置於底板1且封蓋排氣通孔12及洩壓通孔11，蓋板4設置於底板1並且罩蓋氣壓感測器2及薄型氣體傳輸裝置3，使氣壓感測器2及薄型氣體傳輸裝置3容設於底板1與蓋板4之間，蓋板4設有一進氣通孔41，進氣通孔41對應氣壓感測器2設置，於本實施例中，進氣通孔41對應位於氣壓感測器2上方；其中，驅動薄型氣體傳輸裝置3，使氣體開始由進氣通孔41流入蓋板4內，薄型氣體傳輸裝置3將氣體由排氣通孔12排出，並透過氣壓感測器2檢測氣壓的變化。

請參閱第2圖，薄型氣體傳輸裝置3，包含一薄型氣體泵31及一薄型閥門結構32，薄型氣體泵31疊設於薄型閥門結構32上。

請參閱第3A圖及第3B圖，薄型氣體泵31包含一進氣板311、一共振片312、一致動件313、一第一絕緣框架314、一導電框架315及一第二絕緣框架316；進氣板311具有一第一表面3111、第二表面3112、複數個進氣孔3113、一匯流腔室3114及複數個進氣流道3115。第一表面3111與第二表面3112為相互對應的兩表面。複數個進氣孔3113於本實施例中其數量為4個，但不以此為限，分別由第一表面3111貫穿至第二表面3112。匯流腔室3114則由第二表面3112凹陷形成，且位於第二表面3112中央。複數個進氣流道3115其數量與位置與進氣孔3113相對應，故於本實施例中其數量同樣為4個。進氣流道3115的一端分別與對應之進氣孔3113連通，另一端則分別連通至匯流腔室3114，使得氣體分別由自進氣孔3113進入後，會通過其對應的進氣流道3115，最後匯聚於匯流腔室3114內。

共振片312結合於進氣板311的第二表面3112，共振片312包含一中心孔3121、振動部3122及一固定部3123，中心孔3121於共振片312的中心位置穿透形成，振動部3122位於中心孔3121的周緣區域，固定部3123位於振動部3122的外緣，共振片312透過固定部3123與進氣板311結合。當共振片312結合至進氣板311時，中心孔3121、振動部3122將與進氣板311的匯流腔室3114垂直對應。

致動件313結合至共振片312，致動件313包含一振動板3131、一框架3132、複數個連接部3133、一壓電片3134及複數個氣體通道3135。振動板3131呈一正方形態樣。框架3132為一方型外框環繞於振動板3131的外圍，且具有一第一導電接腳3132a，第一導電接腳3132a自框架3132的外圍沿水平方向延伸。複數個氣體通道3135則於振動板3131、框架3132及複數個連接部3133之間。其中，致動件313透過框架3132結合至共振片312的固定部3123，複數個連接部3133於本實施例中其數量為4個，但不以此為限。連接部3133分別連接於振動板3131與框架3132之間，以彈性支撐振動板3131。壓電片3134其形狀與面積與振動板3131相對應，於本實施例中，壓電片3134亦為正方形態樣，其邊長小於或等於振動板3131的邊長，且貼附於振動板3131。此外，振動板3131具有相對的兩表面：一上表面3131a及一下表面3131b，上表面3131a上具有一凸部3131c，而壓電片3134則是貼附於下表面3131b。

第一絕緣框架314、第二絕緣框架316其外型與致動件313的框 架3132相同，皆為方形框架。導電框架315包含一框架部3151、一電極部3152及一第二導電接腳3153，框架部3151其形狀與第一絕緣框架314、第二絕緣框架316相同為方形框架，電極部3152自框架部3151內側向中心延伸，第二導電接腳3153由框架部3151的外周水平方向延伸；其中，第一絕緣框架314結合至致動件313，導電框架315結合第一絕緣框架314，第二絕緣框架316結合導電框架315。

請參閱第4A圖及第3A圖，第4A圖為薄型氣體泵的剖面示意圖。進氣板311、共振片312、致動件313、第一絕緣框架314、導電框架315及第二絕緣框架316依序堆疊，共振片312與振動板3131之間形成一振動腔室317。此外，導電框架315的電極部3152將抵觸致動件313的壓電片3134且電性連接，使得致動件313的第一導電接腳3132a與導電框架315的第二導電接腳3153可對外接收驅動訊號(包含驅動電壓及驅動頻率)，並將驅動訊號傳送至壓電片3134。

薄型氣體泵31的作動請參考第4B圖至第4D圖，壓電片3134收到驅動訊號後，因壓電效應開始產生形變，進而帶動振動板3131上下位移。請先參閱第4B圖，當振動板3131向下位移時，帶動共振片312的振動部3122向下移動，使得匯流腔室3114的容積增加，開始通過進氣孔3113、進氣流道3115汲取外部的氣體進入至匯流腔室3114內。再如第4C圖所示，振動板3131被壓電片3134向上帶動時，會將振動腔室317內的氣體由中心向外側推動，推至氣體通道3135，以通過氣體通道3135向下導 送，同時共振片312會向上移動，推擠匯流腔室3114內的氣體通過中心孔3121向下傳輸。最後如第4D圖所示，當振動板3131向下位移復位時，同步帶動共振片312的振動部3122向下移動，振動部3122接近振動板3131的凸部3131c，推動振動腔室317的氣體向外移動，以進入氣體通道3135，且由於振動部3122向下位移，使得匯流腔室3114的容積大幅提升，進而由進氣孔3113、進氣流道3115吸取外部的氣體進入匯流腔室3114內，不斷重複以上動作，將氣體持續的向下傳輸至薄型閥門結構32。

請參閱第5A圖至第5B圖所示，第5A圖為薄型閥門結構32的分解示意圖，第5B圖為薄型閥門結構32另一角度的分解示意圖。薄型閥門結構32包含一第一薄板321、一閥門框架322、一閥門片323及一第二薄板324。

第一薄板321具有一挖空區3211。閥門框架322具有一閥片容置區3221。閥門片323設置於閥片容置區3221內且具有一閥孔3231，閥孔3231與挖空區3211錯位。其中，閥片容置區3221的形狀與閥門片323的形狀相同，供閥門片323固定及定位。

第二薄板324具有一出氣表面3241、一洩壓表面3242、一出氣凹槽3243、一出氣孔3244、一洩壓孔3245及一洩壓溝渠3246。出氣表面3241與洩壓表面3242為兩相對表面。出氣凹槽3243自該出氣表面3241凹陷形成，且與第一薄板321的挖空區3211部分錯位。出氣孔3244自出氣凹槽3243朝洩壓表面3242挖空，且出氣孔3244位置與閥門片323的閥孔3231對應。此外，出氣 孔3244的孔徑大於閥孔3231的孔徑。洩壓孔3245與出氣凹槽3243間隔設置。洩壓溝渠3246自該洩壓表面3242凹陷，且一端與洩壓孔3245相連通，另一端延伸至第二薄板324的邊緣。其中，第二薄板324的出氣凹槽3243的形狀與第一薄板321的挖空區3211的形狀可為相同形狀，且可相互對應。

上述之第一薄板321、閥門框架322及第二薄板324皆為金屬材質，於一實施例中，可為相同的金屬材質，如不鏽鋼。

請參閱第6A圖，第6A圖為本案薄型氣體傳輸裝置的剖面示意圖。薄型閥門結構32的第一薄板321、閥門框架322及第二薄板324依序堆疊固定。閥門片323容設於閥門框架322的閥片容置區3221內，而薄型閥門結構32結合第二絕緣框架316，使薄型氣體泵31疊置於薄型閥門結構32上。當薄型氣體泵31傳輸氣體至薄型閥門結構32時，如第6B圖所示，氣體進入第一薄板321的挖空區3211，並推動閥門片323，此時，位於出氣凹槽3243上方的閥門片323部分區域將被向下推動，使氣體進入出氣凹槽3243內，並通過閥孔3231及第二薄板324的出氣孔3244排出；第6C圖為薄型閥門結構32的洩壓示意圖。當薄型氣體傳輸裝置3停止傳輸氣體時，即開始通過薄型閥門結構32進行洩壓動作，如第6C圖所示，氣體將從出氣孔3244回傳至第二薄板324，同時將閥門片323向上推動，此時閥門片323的閥孔3231將頂底於第一薄板321而封閉，且位於第一薄板321的挖空區3211的閥門片323部分區域將被向上推動，氣體將由出氣凹槽3243進入挖空區3211，且在通過洩壓孔3245及洩壓溝渠 3246排出氣體，完成洩壓動作。

請參閱第7A圖，薄型氣體傳輸裝置3的出氣孔3244連通於底板1的排氣通孔12，洩壓孔3245連通於底板1的洩壓通孔11，此外，請繼續參閱第7B圖，本案的致動傳感模組100可連接一正壓負載200，正壓負載200連接底板的排氣通孔12及連通孔13，當薄型氣體傳輸裝置3開始作動後，將氣體由出氣孔3244、排氣通孔12輸送至正壓負載200內，對正壓負載200進行填充氣體的動作，並且由連通孔13上的氣壓感測器2取得正壓負載200的氣壓值，以對薄型氣體傳輸裝置3進行調整，請再參閱第7C圖，當正壓負載200需要進行洩壓動作時，薄型氣體傳輸裝置3停止作動，並由其薄型閥門結構32協助洩壓動作，由排氣通孔12將氣體排出。

請再參閱第7D圖，本案的致動傳感模組100亦可連接一負壓負載300，負壓負載300連接於蓋板4的進氣通孔41，當薄型氣體傳輸裝置3開始作動後，便開始由負壓負載300汲取氣體，再由排氣通孔12將氣體排出，進入致動傳感模組100內的氣體由氣壓感測器2取得其氣壓值，以進一步對薄型氣體傳輸裝置3進行調控，而當薄型氣體傳輸裝置3提指作動後，便如第7E圖所示，透過薄型閥門結構32協助洩壓動作，並且防止氣體回流。

上述之正壓負載200及負壓負載300可為一氣囊、一氣袋或一氣瓶、氣罐等可填裝氣體之容器。

本案的致動傳感模組100可為標準模組化IC，其中底板1及蓋板4皆可為IC封裝之殼體，將薄型氣體傳輸裝置3於IC封裝時 嵌設其中；值得注意的是，本案的致動傳感模組100可為長度低於18mm、寬度低於16mm、高度低於4mm的IC晶片

綜上所述，本案所提供之致動傳感模組，正壓負載或是負壓負載的氣囊或氣瓶皆可以使用，且無論是正壓負載或是負壓負載都可以透過氣壓感測器來檢測，以進一步調控薄型氣體傳輸裝置，爰依法提出申請。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1:底板

11:洩壓通孔

12:排氣通孔

13:連通孔

2:氣壓感測器

3:薄型氣體傳輸裝置

4:蓋板

41:進氣通孔

Claims (15)

1. 一種致動傳感模組，包含： 一底板，具有一洩壓通孔、一排氣通孔及一連通孔； 一氣壓感測器，設置於該底板且封蓋該連通孔； 一薄型氣體傳輸裝置，設置於該底板且封蓋該排氣通孔及該洩壓通孔；以及 一蓋板，設置於該底板，且罩蓋該氣壓感測器及該薄型氣體傳輸裝置，其中，該蓋板具有一進氣通孔； 其中，驅動該薄型氣體傳輸裝置，將氣體經由該進氣通孔導入，通過該薄型氣體傳輸裝置將氣體由該排氣通孔排出，並由該氣壓感測器檢測氣體的氣壓變化。
2. 如請求項1所述之致動傳感模組，其中該進氣通孔與該氣壓感測器對應設置。
3. 如請求項1所述之致動傳感模組，其中該排氣通孔連接一正壓負載。
4. 如請求項3所述之致動傳感模組，其中該正壓負載為一氣囊。
5. 如請求項3所述之致動傳感模組，其中該正壓負載為一氣瓶。
6. 如請求項1所述之致動傳感模組，其中該進氣通孔連接一負壓負載。
7. 如請求項6所述之致動傳感模組，其中該負壓負載為一氣囊。
8. 如請求項6所述之致動傳感模組，其中該負壓負載為一氣瓶。
9. 如請求項1所述之致動傳感模組，其中該薄型氣體傳輸裝置，包含： 一薄型氣體泵，包含： 一進氣板，具有： 一第一表面； 一第二表面，與該第一表面相對； 複數個進氣孔，分別由該第一表面貫穿至該第二表面； 一匯流腔室，自該第二表面凹陷形成，且位於該第二表面中央；以及 複數個進氣流道，自該第二表面凹陷形成，其一端分別連接該些進氣孔，另一端連接至該匯流腔室； 一共振片，結合至該第二表面，具有： 一中心孔，位於該共振片中央處； 一振動部，位於該中心孔周緣，並與該匯流腔室對應；以及 一固定部，位於該振動部外緣，且該共振片透過該固定部結合至該進氣板； 一致動件，結合至該共振片的該固定部； 一第一絕緣框架，結合該致動件； 一導電框架，結合該第一絕緣框架；以及 一第二絕緣框架，結合該導電框架；以及 一薄型閥門結構，結合該第二絕緣框架，具有： 一第一薄板，具有一挖空區； 一閥門框架，具有一閥片容置區； 一閥門片，設置於該閥片容置區內，具有一閥孔，該閥孔與該挖空區錯位；以及 一第二薄板，具有： 一出氣表面； 一洩壓表面，與該出氣表面相對； 一出氣凹槽，自該出氣表面凹陷，並與該第一薄板的該挖空區部分錯位； 一出氣孔，自該出氣凹槽朝該洩壓表面挖空，此外，該出氣孔與該閥孔對應設置； 一洩壓孔，與該出氣凹槽間隔設置；以及 一洩壓溝渠，自該洩壓表面凹陷，並與該洩壓孔相連通； 其中，該第一薄板、該閥門框架及該第二薄板依序堆疊固定。
10. 如請求項9所述之致動傳感模組，其中該致動件包含： 一振動板，呈一正方形； 一框架，環繞於該振動板的外圍； 複數個連接部，分別連接於該振動板與該框架之間，以彈性支撐該振動板；以及 一壓電片，形狀與面積與該振動板對應，且貼附於該振動板。
11. 如請求項9所述之致動傳感模組，該出氣孔其孔徑大於該閥孔的孔徑。
12. 如請求項9所述之致動傳感模組，該第一薄板、該閥門框架及該第二薄板皆為一金屬材質。
13. 如請求項12所述之致動傳感模組，該金屬材質為一不銹鋼材質。
14. 如請求項9所述之致動傳感模組，其中該挖空區與該出氣凹槽形狀相同。
15. 如請求項1所述之致動傳感模組，其長度低於18mm、寬度低於16mm、高度低於4mm。

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