TWI724362B - 致動透氣材料結構 - Google Patents

Abstract

一種致動透氣材料結構，包含：一支撐本體，由支撐基材所構成，其中支撐基材為一原料；以及複數個致動透氣單元，複合在該支撐基材中與該支撐基材形成一體，藉由複數個該致動透氣單元驅動運作構成該支撐本體特定方向氣體傳送之透氣作用。

Description

致動透氣材料結構

本發明是關於一種致動透氣材料結構，尤指一種具有特定方向氣體傳送作用之致動透氣材料結構。

對於一些需要透氣通風作用之產品而言，例如一些穿著衣物或會產生熱源需散熱等產品(如筆記型電腦)，如何使這些產品具有透氣通風作用是本發明相當注重的一環，是以，如何發展一種致動透氣材料結構應用到此類產品上，讓致動透氣材料結構具有特定方向氣體傳送作用，為本發明主要研發課題。

本案之目的在於提供一種致動透氣材料結構，將一微小化之致動透氣單元透過複合於一支撐本體之支撐基材中形成一致動透氣材料結構，供以應用於需要透氣通風作用之產品上。

本案之另一目的在於利用將複數個致動透氣單元複合在該支撐基材中與支撐基材形成一體，並藉由複數個該致動透氣單元驅動運作構成該支撐本體特定方向氣體傳送之透氣作用。

為達上述目的，本案提供一種致動透氣材料結構，包含：一支撐本體，由一支撐基材所構成，其中該支撐基材為一天然生成且尚未加工的原料；以及複數個致動透氣單元，複合在該支撐基材中與該支撐基材形成一體，藉由複數個該致動透氣單元驅動運作構成該支撐本體特定方向氣體傳送之透氣作用；其中每一該致動透氣單元至少包含：一入口 層；一流道層，堆疊架構於該入口層上；一共振層，堆疊架構於該流道層上；一腔室層，堆疊架構於該共振層上，形成一共振腔室；一致動層，堆疊架構於該腔室層上；一出口層，堆疊架構於該致動層上；以及複數個閥；該入口層、該流道層、該共振層、該腔室層、該致動層以及該出口層分別堆疊，而該複數個閥分別設置於該入口層以及該出口層中。

10:致動透氣材料結構

1:支撐本體

11:支撐基材

2:致動透氣單元

21:入口層

21a:入口

22:流道層

22a:通道

23:共振層

23a:中心孔

23b:可動部

23c:固定部

24:腔室層

24a:共振腔室

25:致動層

25a:振動區

25b:外緣區

25c:致動體

25d:連接區

25e:空隙

26:出口層

26a:出流腔室

26b:出口

27:閥

271:保持件

272:密封件

273:位移件

271a、272a、273a:通孔

28:共通腔室

3:微處理晶片

31:資料通訊元件

4:傳感器

5:供電單元

6:連接線路

第1圖為本案致動透氣材料結構之示意圖。

第2圖為第1圖中致動透氣材料結構之剖面示意圖。

第3A圖為本案一致動透氣單元之剖面結構示意圖。

第3B圖為本案一致動透氣單元之致動層示意圖。

第3C圖至第3D圖為第3A圖中致動透氣單元之作動示意圖。

第4A圖為本案複數個致動透氣單元之串聯架構剖面示意圖。

第4B圖為本案複數個致動透氣單元之並聯架構剖面示意圖。

第4C圖為本案複數個致動透氣單元之串並聯架構剖面示意圖。

第5A圖至第5B圖為本案致動透氣單元之閥作動示意圖。

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。

請參閱第1圖及第2圖，本案提供一種致動透氣材料結構10，包括一支撐本體1、複數個致動透氣單元2、複數個微處理晶片3、複數個傳感器4以及複數個供電單元5。其中，支撐本體1由支撐基材11所構成，而複 數個致動透氣單元2複合在支撐本體1之支撐基材11中與支撐基材11形成一體，藉由複數個致動透氣單元2驅動運作構成支撐本體1特定方向氣體傳送之透氣作用。複數個微處理晶片3嵌設在支撐本體1之支撐基材11之表面，以控制複數個致動透氣單元2之驅動運作。複數個傳感器4嵌設在支撐本體1之支撐基材11之表面，藉以與複數個微處理晶片3電性連結，以及複數個傳感器4之偵測資料連結複數個微處理晶片3予以傳輸，複數個傳感器4偵測支撐本體1之支撐基材11外部之濕度與溫度，並提供偵測資料給複數個微處理晶片3，複數個微處理晶片3藉以控制複數個致動透氣單元2驅動運作而執行支撐本體1特定方向氣體傳送之透氣作用。又上述之每一微處理晶片3包含一資料通訊元件31，用以接收傳感器4之偵測資料，並傳輸發送偵測資料至一外部接收裝置。藉此，外部接收裝置得以顯示傳感器4之偵測資料。於本案實施例中，外部接收裝置為一行動通訊連結裝置，但不以此為限。複數個供電單元5嵌設在支撐本體1之支撐基材11之表面，用以輸出電能由連接線路6供給複數個致動透氣單元2及複數個微處理晶片3之驅動運作。於本案實施例中，供電單元5可為一能源吸收電板，用以將光能轉換成電能輸出，但不以此為限。於本案實施例中，供電單元5亦可為一石墨烯電池，但不以此為限。

於本案實施例中，支撐基材11可為一原料，此處原料是指天然生成且尚未加工的物質，或者支撐基材11可為一材料，此處材料是指原料經加工處理後所產生的物質，當然材料可為從化學角度分類之有機材料或無機材料，或者從工程角度分類之金屬材料、高分子材料、陶瓷材料或複合材料，或者從應用角度分類之建築材料、電子材料、航空材料、汽車材料、能源材料與生醫材料等，但不以此為限。

請參閱第3A圖，上述致動透氣單元2由一入口層21、一流道層22、一共振層23、一腔室層24、一致動層25、一出口層26以及複數個閥27依序堆疊架構所構成，並透過微機電製程所製出，且致動透氣單元2之每個組構層是由微米構造材料製出，致動透氣單元2尺寸為1微米至999微米，或者由更為微小之奈米構造材料製出，即致動透氣單元2尺寸為1奈米至999奈米，但不以此為限。

上述之入口層21具有一入口21a，形成於入口層21的中心處。上述之流道層22堆疊架構在入口層21上，並具有一通道22a，通道22a對應入口層21之入口21a位置而設置，供與入口21a相連通。上述之共振層23堆疊架構在流道層22上，並具有一中心孔23a、一可動部23b及一固定部23c；其中中心孔23a設置於共振層23之中心處，對應流道層22之通道22a位置而設置，且與通道22a相連通；而可動部23b為設置於在中心孔23a周緣而不與流道層22接觸之部分，以形成一可撓結構；以及固定部23c為設置於與流道層22架構連結接觸之部份。上述之腔室層24堆疊架構在共振層23上，並且中心凹置鏤空形成一共振腔室24a，在圖例中亦即腔室層24堆疊架構在共振層23之固定部23c部分上，而共振腔室24a對應共振層23之中心孔23a位置而設置，且與中心孔23a相連通。上述之致動層25堆疊架構在腔室層24上，如第3B圖所示，致動層25為一中空懸浮結構，並具有一振動區25a、一外緣區25b、一致動體25c、複數個連接區25d以及複數個空隙25e；其中振動區25a透過複數個連接區25d連接外緣區25b，致使複數個連接區25d支撐振動區25a，讓振動區25a得以彈性位移；於本案實施例中，振動區25a具有一方形輪廓，但不以此為限；而複數個空隙25e介於振動區25a與外緣區25b之間，可用以供氣體流通；於其他實施例中，振動區25a、外緣區25b、複數個連 接區25d及複數個空隙25e之設置方式、實施態樣及數量均不以此為限，可依據實際情形變化；致動體25c設置於振動區25a的一表面上，以受微處理晶片3經由連接線路6所控制供給之電壓驅動而形變連動振動區25a產生一往復振動位移。於本案實施例中，致動體25c具有一圓形輪廓，但不以此為限。上述之出口層26堆疊架構於致動層25之外緣區25b上並封蓋致動層25，且出口層26與致動層25之間形成一出流腔室26a，並設有一出口26b，出口26b供與出流腔室26a相連通，而出流腔室26a經由致動層25之複數個空隙25e與腔室層24之共振腔室24a相連通。上述之複數個閥27分別設置於出口層26之出口26b以及入口層21之入口21a中，藉以控制入口21a與出口26b之連通狀態。

請參閱第5A圖，上述之閥27包含一保持件271、一密封件272以及一位移件273；其中位移件273設置於保持件271及密封件272之間。保持件271、密封件272、位移件273上分別具有複數個通孔271a、272a、273a，而保持件271的複數個通孔271a與位移件273的複數個通孔273a相互對準，且密封件272的複數個通孔272a與保持件271的複數個通孔271a相互錯位；而位移件273為一帶電荷之材料，保持件271為一兩極性之導電材料，位移件273與保持件271之極性可由微處理晶片3(如第2圖所示)控制其極性，以令位移件273與保持件271維持相同極性，而朝密封件272靠近，構成閥27之關閉；再請再參閱第5B圖，位移件273為一帶電荷之材料，保持件271為一兩極性之導電材料，位移件273與保持件271之極性可由微處理晶片3(如第2圖所示)控制其極性，以令位移件273與保持件271維持不同極性，而朝保持件271靠近，構成閥27之開啟；透過調整保持件271的極性，來使位移件273移動，來形成閥27的開啟及關閉狀態。此外，上述之閥27的位移件273也可為一帶磁性之材料，而 保持件271為一可受控變換極性之磁性材料，當位移件273與保持件271維持相同極性時，位移件273朝密封件272靠近，使閥27關閉；反之，當保持件271改變極性與位移件273不同極性時，位移件273將朝保持件271靠近，構成該閥27開啟，由以上述可以得知，通過調整保持件271的磁性，使位移件273移動，來調整閥27的開啟及關閉狀態。該保持件271可由微處理晶片3(如第2圖所示)控制其磁極極性。

請參閱第3C圖至第3D圖所示。當致動體25c受微處理晶片3由連接線路6所控制供給電壓驅動時，即產生形變連動振動區25a沿一垂直於振動區25a表面之方向進行往復式振動。如第3C圖所示，當致動體25c受微處理晶片3由連接線路6所控制供給電壓驅動產生形變而朝向遠離入口層21的方向移動，且閥27受微處理晶片3(如第2圖所示)控制開啟時，振動區25a受致動體25c形變產生振動而朝遠離入口層21的方向位移，並帶動共振層23之可動部23b也朝向遠離入口層21的方向位移，致使腔室層24之共振腔室24a體積增大而產生一吸力，讓氣體由入口層21上的入口21a被吸入，並經過入口層21的閥27，匯集到流道層22之通道22a中，且經過共振層23之中心孔23a而匯集到共振腔室24a中暫存。接著，如第3D圖所示，當致動體25c受微處理晶片3所控制供給電壓驅動產生形變而朝向靠近入口層21的方向移動時，振動區25a受致動體25c形變產生振動而朝向靠近入口層21的方向位移，此時致動層25之振動區25a壓縮共振腔室24a體積，讓共振腔室24a內的氣體得以向兩側擠壓而經複數個空隙25e流入出流腔室26a內匯集，再如第3C圖所示，致動體25c受供電單元5之輸出電能由連接線路6所供給電壓驅動產生形變而朝向遠離入口層21的方向移動時，振動區25a受致動體25c形變產生振動而朝遠離入口層21的方向位移，致使出流腔室26a內氣體經過出口層26的閥 27，自出口層26之出口26b排出至出口層26之外部，以構成支撐本體1特定方向氣體傳送之透氣作用。如此，重複如第3C圖至第3D圖所示之作動操作，即可持續將氣體由入口21a導向出口26b並加壓排出，俾實現氣體之傳輸。

於本案實施例中，共振層23之往復式振動頻率可與致動層25之振動區25a之振動頻率相同，即兩者可同時向上或同時向下，可依實際施作情形而任施變化，並不以本案實施例所示之作動方式為限。經由本案實施例之致動透氣單元2之流道中產生壓力梯度，使氣體高速流動，並透過流道進出方向之阻抗差異，將氣體由入口21a傳輸至出口26b，且在出口26b有壓力之狀態下，仍有能力持續推出氣體，並可達到靜音之效果。

請參閱第4A圖及第4C圖，於本案實施例中，本案可採用複數個致動透氣單元2複合在支撐本體1之支撐基材11中與支撐基材11形成一體，複數個致動透氣單元2可依特定排列方式來調整致動透氣材料結構10所輸出之氣體總傳輸量以及氣體傳輸速度。如第4A圖所示，於實施例中，複數個致動透氣單元2可共用一入口層21、一流道層22、一共振層23、一腔室層24、一致動層25、一出口層26，且兩組致動透氣單元2在一入口層21結構下共用一入口21a，並透過微機電製程來實施串聯方式排列設置，如此複數個致動透氣單元2採以串聯方式排列設置，藉以提升致動透氣材料結構10所輸出之氣體總傳輸量。再如第4B圖所示，於實施例中，複數個致動透氣單元2以兩個致動透氣單元2透過微機電製程堆疊設置，並在兩個致動透氣單元2之間設置一共通腔室28予以連通，如此複數個致動透氣單元2構成並聯方式排列設置，藉以提升致動透氣材料結構10所輸出之氣體傳輸速度。再如第4C圖所示，複數個致動透氣 單元2利用一組串聯方式排列之致動透氣單元2搭配另一組串聯方式排列之致動透氣單元2，並在兩組串聯方式排列之致動透氣單元2之間設置一共通腔室28予以連通，如此透過微機電製程堆疊設置達成串並聯方式排列設置，藉以同時提升整致動透氣材料結構10所輸出之氣體總傳輸量以及氣體傳輸速度。於本案實施例中，複數個致動透氣單元2配合驅動電路之連接，可同時致動傳輸氣體，因應大流量之氣體傳輸需求。此外，每一複數個致動透氣單元2亦可單獨控制作動或停止，例如：其中一致動透氣單元2作動、另一致動透氣單元2停止，亦可以是交替運作，但均不以此為限，藉以達成需求之氣體總傳輸量，並可達到大幅降低功耗之功效。

值得注意的是，於本案實施例中，複數個致動透氣單元2可採以均質分布複合在支撐本體1之支撐基材11中與支撐基材11形成一體。意即，複數個致動透氣單元2平均分布在支撐基材11中與支撐基材11形成一體。或者，複數個致動透氣單元2亦可採以非均質分布複合在支撐本體1之支撐基材11中與支撐基材11形成一體。意即，複數個致動透氣單元2複合在支撐基材11中的特定區域與支撐基材11形成一體。複數個致動透氣單元2於支撐基材11中分布的方式可依照設計需求而變更，不以此為限。

值得注意的是，於本案實施例中，如前所述，支撐本體1之支撐基材11可為多種原料或材料，而欲將複數個致動透氣單元2複合在支撐本體1之支撐基材11中以構成一致動透氣材料結構時，因應不同原料或材料有多種複合方式，例如當支撐基材11為金屬材料、陶瓷材料等時，可採以將複數個致動透氣單元2混合組成於支撐基材11中之方式；例如當支撐基材11為纖維、紡織等材料時，可採以將複數個致動透氣單元2編 織組成於支撐基材11中之方式；例如當支撐基材11為高分子材料，可採以將複數個致動透氣單元2植入組成於支撐基材11中之方式。複數個致動透氣單元2複合在支撐本體1之支撐基材11中的方式可依照設計需求而變更，不以此為限。

由上述說明可知，本案之致動透氣材料結構10在具體實施應用上，當實施作為穿著衣物之紡織材料時，將複數個致動透氣單元2複合在支撐本體1之支撐基材11(如：紡織材料)中之方式，係將複數個致動透氣單元2編織組成於支撐基材11(如：紡織材料)中，且複數個微處理晶片3、複數個傳感器4以及複數個供電單元5也編織組成於支撐基材11(如：紡織材料)中，即可構成一致動透氣材料結構10。複數個傳感器4可視外部溫度來調節穿著者體表溫度，體表溫度過熱時，可由複數個微處理晶片3控制複數個致動透氣單元2驅動運作，藉由複數個致動透氣單元2驅動運作構成支撐本體1特定方向氣體傳送之透氣作用，以調節穿著者體表溫度，如此實施於穿著衣物之紡織材料時，即可達成一種智能衣的體現。或者，實施作為會產生熱源需散熱等產品之外殼部分(如：筆記型電腦之外殼)時，將複數個致動透氣單元2複合在支撐本體1之支撐基材11(如：筆記型電腦之外殼)中之方式，係採以將複數個致動透氣單元2混合組成於支撐基材11(如：筆記型電腦之外殼)中，且複數個微處理晶片3、複數個傳感器4以及複數個供電單元5也混合組成於支撐基材11(如：筆記型電腦之外殼)中，即可構成一致動透氣材料結構10。複數個傳感器4可視筆記型電腦之內部(外殼內)溫度來調節透氣，筆記型電腦之內部溫度過熱時，可由複數個微處理晶片3控制複數個致動透氣單元2驅動運作，藉由複數個致動透氣單元2驅動運作構成支撐本體1特定 方向氣體傳送之透氣作用，以調節筆記型電腦之散熱作用，以體現智能散熱。

綜上所述，本案所提供之致動透氣材料結構，將一微小化致動透氣單元透過複合於一支撐本體之支撐基材中形成一致動透氣材料結構，供以應用於需要透氣通風作用之產品上，極具產業利用性。

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。

10:致動透氣材料結構

1:支撐本體

11:支撐基材

2:致動透氣單元

26b:出口

27:閥

3:微處理晶片

31:資料通訊元件

4:傳感器

5:供電單元

6:連接線路

Claims (8)

1. 一種致動透氣材料結構，包含：一支撐本體，由一支撐基材所構成，其中該支撐基材為一天然生成且尚未加工的原料；以及複數個致動透氣單元，複合在該支撐基材中與該支撐基材形成一體，藉由複數個該致動透氣單元驅動運作構成該支撐本體特定方向氣體傳送之透氣作用；其中每一該致動透氣單元至少包含：一入口層；一流道層，堆疊架構於該入口層上；一共振層，堆疊架構於該流道層上；一腔室層，堆疊架構於該共振層上，形成一共振腔室；一致動層，堆疊架構於該腔室層上；一出口層，堆疊架構於該致動層上；以及複數個閥；該入口層、該流道層、該共振層、該腔室層、該致動層以及該出口層分別堆疊，而該複數個閥分別設置於該入口層以及該出口層中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之致動透氣材料結構，其中該原料經加工處理後成為一材料。
3. 如申請專利範圍第2項所述之致動透氣材料結構，其中該材料為一有機材料及一無機材料之其中之一。
4. 如申請專利範圍第2項所述之致動透氣材料結構，其中該材料為一金屬材料、一高分子材料、一陶瓷材料及一複合材料之其中之一。
5. 如申請專利範圍第2項所述之致動透氣材料結構，其中該材料為一建築材料、一電子材料、一航空材料、一汽車材料、一能源材料及一生醫材料之其中之一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之致動透氣材料結構，其中該致動透氣單元為透過微機電製程所製出。
7. 如申請專利範圍第1項所述之致動透氣材料結構，其中該致動透氣單元由微米構造材料製出。
8. 如申請專利範圍第1項所述之致動透氣材料結構，其中該致動透氣單元由奈米構造材料製出。

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