致动传感装置及其壳体的制作方法

本案是关于一种致动传感装置及其壳体，尤指一种以致动器传输气体的致动传感装置及其壳体。

背景技术：

目前人类在生活上对环境的监测要求愈来愈重视，例如一氧化碳、二氧化碳、挥发性有机物(Volatile Organic Compound，VOC)、PM2.5等等环境的监测，环境中这些气体暴露会对人体造成不良的健康影响，严重的甚至危害到生命，因此，环境气体监测纷纷引起各国重视，并渐渐成为生活中不可忽略的课题。

然而，现有的技术中，环境气体检测仪器体积过大，例如：空气滤净机，且不便于使用者随身携带，因此，使用者欲即使取得周遭环境的气体信息仍具有一定的难度，且使用者仍很有可能因此暴露在具有危害人体的气体的环境之中。是以，如何随时随地取得周遭环境的气体信息实为当前极需解决的问题。

除此之外，已知的环境气体检测仪器中并没有防水、防尘的功能，若于气体流通的过程中有水气或液体流入仪器之中，易使输出的气体含水气，进而导致用以感测气体的电子元件遭致受潮、生锈，甚至是损坏的风险。此外，已知的环境气体检测仪器亦没有防尘功能，若于气体流通的过程中有粉尘进入环境气体检测仪器之中，亦有可能导致元件受损、气体传输效率下降等等的问题。是以，如何使环境气体检测仪器达到防水、防尘的目的同样为当前极需解决的课题。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失，可使环境气体检测的仪器或设备达到体积小、微型化且静音的目的，并兼具防水及防尘的功能，实为目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本案的主要目的在于提供一种致动传感装置，借由致动传感模块的压电板高频作动产生的气体波动，于设计后的流道中产生压力梯度，而使气体高速流动，且透过流道进出方向的阻抗差异，将气体由吸入端传输至排出端，俾解决已知技术的采用气体传输装置的仪器或设备所具备的体积大、难以薄型化、无法达成可携式的目的，以及噪音大等缺失。

本案的另一主要目的在于提供一种同时兼具防水、防尘功能的致动传感装置，借由防护膜的设置以过滤水气及粉尘，俾解决已知的气体传输的过程中，有水气或粉尘进入装置内部，进而导致元件受损、气体传输效率下降等等的问题。

本案的再一主要目的在于提供一种适用致动传感装置的电子装置壳体，借由将致动传感装置安装于手机壳体，俾解决已知的气体感测装置不方便携带，以至于无法随时随地检测周遭环境气体状态的问题。

为达上述目的，本案的一较广义实施样态为提供一种致动传感装置，包含：驱动电路板；外盖，设置于驱动电路板上，包含导入孔、排气孔及腔室，腔室透过导入孔及排气孔连通至外盖外部；以及致动器，致动器设置于腔室中，并对应封闭排气孔；传感器，容置于腔室中，并对应于导入孔而设置；透过驱动致动器，将腔室内的气体由排气孔导出外盖外部，并使腔室产生气压梯度，以使外盖外部气体由导入孔进入腔室中，以供传感器进行气体监测。

为达上述目的，本案的另一较广义实施样态为提供一种壳体，适用于可携式电子装置，壳体包含：致动传感装置，其更包含驱动电路板、外盖，致动器及传感器，外盖设置于驱动电路板上，外盖更包含导入孔、排气孔及腔室，腔室透过导入孔及排气孔连通至外盖外部，致动器设置于腔室中，并对应封闭排气孔，传感器容置于腔室中，并对应于导入孔而设置；底板，包含底面、第一开口及第二开口，致动传感装置之外盖贴附于底面，且导入孔对应连接第二开口，排气孔对应连接第一开口；以及侧壁，与底板连接；透过驱动致动传感装置的致动器，将腔室内的气体依序由排气孔及第一开口导出壳体外部，并使腔室产生气压梯度，以使壳体外部气体依序由第二开口及导入孔进入腔室中，以供传感器进行气体监测。

【附图说明】

图1为较佳实施例的致动传感装置的正面结构示意图。

图2为图1所示的致动传感装置的A-A截面结构示意图。

图3A为本案为较佳实施例的致动器的正面分解结构示意图。

图3B为图3A所示的致动器的背面分解结构示意图。

图4A为图3A所示的致动器的压电致动器的正面组合结构示意图。

图4B为图3A所示的致动器的压电致动器的背面组合结构示意图。

图4C为图3A所示的致动器的压电致动器的剖面结构示意图。

图5A至图5E为图3A所示的致动器的作动示意图。

图6A为本案为较佳实施例的致动传感装置及其所适用的电子装置壳体的正面结构示意图。

图6B为图6A所示的电子装置壳体的背面结构示意图。

图6C为图6A所示的致动传感装置及其所适用的电子装置壳体的B-B截面结构示意图。

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本案。

本案的致动传感装置1是可用以于感测周遭环境气体品质，并同时兼具防水、防尘及静音的效果，其可应用于各种可携式电子元件中，例如：笔记型电脑、智慧型手机、智慧型手表或平板电脑等等，但不以此为限。首先，请参阅图1及图2，图1为较佳实施例的致动传感装置的正面结构示意图，图2为图1所示的致动传感装置的A-A截面结构示意图。如第1、2图所示，本实施例的致动传感装置1主要包含驱动电路板10、外盖11、致动器12、传感器13等元件。本实施例的驱动电路板10即为整合外盖11、致动器12与传感器13的平台，驱动电路板10是可为但不限为一印刷电路板(PCB)，以供外盖11、致动器12与传感器13安装于驱动电路板10上，并可提供驱动电源至致动器12与传感器13，借此以致能致动器12与传感器13。本实施例之外盖11是罩盖设置于驱动电路板10之上，外盖11更包含腔室110、排气孔111、导入孔112及接脚开口113，排气孔111及导入孔112是设置于外盖11之外侧表面上，且腔室110透过导入孔112及排气孔111连通至外盖11之外部，接脚开口113是设置于外盖11的侧壁，以供致动器12的导电接脚1234、1251(如图1所示)设置于其中。本实施例之外盖11是为热固性塑胶材料所构成的壳状结构，但不以此为限。

请继续参阅图1及图2，如图所示，本实施例的致动器12设置于外盖11的腔室110之中，并对应封闭排气孔111，用以将腔室110内部的气体经由排气孔111导出外盖11之外，借此以使腔室110产生气体压力梯度。本实施例的传感器13亦容置于外盖11的腔室110中，并对应于导入孔112而设置，用以传感器气流中的各种气体浓度及含量。透过驱动致动器12，将腔室110内的气体由排气孔111导出外盖11之外部，并使腔室110内产生气压梯度，以使外盖11外部气体顺应大气压力，由导入孔112进入腔室110之中，以供传感器13进行气体监测，俾取得周遭环境的气体信息。透过持续驱动致动器12，使气体被连续导入腔室110之中，意即气体流动方向依序为导入孔142、腔室110、排气孔111，并持续循环流通，借此使设置于腔室110内部的传感器13随时监测周遭环境气体浓度比例以及含量的变化，俾取得即时环境空气监测的相关信息。本实施例透过致动器12促使气体循环的速度加快，借此以使传感器检测到最即时的环境气体信息，且每当检测到周遭环境含有有毒气体或危险气体时，便可提示使用者即立即采取防护措施，以避免气体中毒、气体爆炸等情形发生。

于本实施例中，致动传感装置1具有19.7毫米(mm)的长度、15.8毫米的宽度、3.4毫米的高度，但不以此为限，其中致动传感装置1的驱动电路板10更具有19.7毫米的长度、15.8毫米的宽度、0.8毫米的高度，致动传感装置1之外盖11更具有17.8毫米的长度、14.8毫米的宽度、2.6毫米的高度，但均不以此为限，透过前述极小的尺寸及体积，可达到微型化及薄型化的目的，且有利于安装在各式可携式行动装置之中，供使用者随身携带，达到随时随地取得环境气体信息的功效。

于本实施例中，传感器13是更包含氧气传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器及挥发性有机物传感器(例如：甲醛、氨气的传感器)的至少其中之一，或前述的多个种传感器的组合而成的群组，但均不以此为限，其可依据实际需求任意变化。于另一些实施例中，传感器13是包含细悬浮微粒传感器、悬浮微粒传感器等等，但不以此为限。

请继续参阅图2，如图所示，于本实施例的致动传感装置1更包含第一防护膜141及第二防护膜142，第一防护膜141及第二防护膜142分别封闭设置于导入孔111及排气孔112，且第一防护膜141及第二防护膜242均为一防水、防尘且可供气体穿透的膜状结构，但均不以此为限，透过第一防护膜141及第二防护膜142的设置，避免水气、粉尘由导入孔111或排气孔112进入腔室110中，借此以避免腔室110内部所设置的致动器12或传感器13因水气而导致生锈、受损或因粉尘堆积而导致元件损坏等功效。于本实施例中，第一防护膜141及第二防护膜142的防护等级均可为但不限为国际防护等级认证(International Protection Marking,IEC 60529)IP64的等级，即防尘等级为6(完全防尘，粉尘无法进入)；防水等级为4(防泼溅，水从任何角度泼溅到设备上均无负面效果)，但不以此为限。于另一些实施例中，第一防护膜141及第二防护膜142的防护等级是为国际防护等级认证IP68的等级，即防尘等级为6；防水等级为8(持续浸入水中无负面效果)，但亦不以此为限。

于本实施例中，致动传感装置1更包含一电池(未图示)，设置于外盖11之中，且该电池与驱动电路板10电性连接，并透过驱动电路板10提供驱动电源至致动器12及传感器13，但不以此为限。然于另一些实施例中，致动传感装置1的驱动电路板10是连接至一外部电源(未图示)，例如充电器、充电电池或无线充电元件，但均不以此为限。

于本实施例中，致动器12是为一具有共振式压电致动器的气体泵，但不以此为限。于一些实施例中，致动器12亦可为电动致动器、磁力致动器、热动致动器、压电致动器或流体致动器的其中之一所构成的马达或泵，例如：具电动致动器的交直流马达、具电动致动器的步进马达、具磁力致动器磁性的线圈马达、具热动致动器的热泵、具流体致动器的气体泵、具流体致动器的液体泵等等，但均不以此为限。

请同时参阅图3A及图3B，图3A为本案为较佳实施例的致动器的正面分解结构示意图。图3B为图3A所示的致动器的背面分解结构示意图。如图所示，本实施例的致动器12包含第一防护膜141、进气板121、共振片122、压电致动器123、绝缘片1241、1242、导电片125等元件，并使第一防护膜141、进气板121、共振片122、压电致动器123、绝缘片1241、导电片125及另一绝缘片1242等依序堆叠定位设置，以组装完成本实施例的致动器12。于本实施例中，第一防护膜141是贴附于进气板121之外侧表面上，压电致动器123是由悬浮板1230及压电陶瓷板1233组装而成，并对应于共振片122而设置，但均不以此为限。透过气体自致动器12的进气板121上的至少一进气孔1210进气，并透过压电致动器123的作动，而流经多个压力腔室(未图示)，并借此以向下传输。

请续参阅图3A及图3B，如图3A所示，本实施例的致动器12的进气板121是具有进气孔1210，本实施例的进气孔1210的数量是为4个，但不以此为限，其数量可依据实际需求任施变化，主要用以供气体自装置外顺应大气压力的作用而自进气孔1210流入致动器12内。又如图3B所示，由进气板121的相对于进气孔1210的下表面更包含中心凹部1211及汇流排孔1212，其中本实施例的汇流排孔1212的数量亦为4个，但不以此为限，该4个汇流排孔1212分别用以与进气板121上表面的4个进气孔1210对应设置，并可将自进气孔1210进入的气体引导并汇流集中至中心凹部1211，以向下传递。是以于本实施例中，进气板121具有一体成型的进气孔1210、汇流排孔1212及中心凹部1211，且于该中心凹部1211处即对应形成一汇流气体的汇流腔室，以供气体暂存。于一些实施例中，进气板121的材质是可为但不限为由一不锈钢材质所构成，但不以此为限。于另一些实施例中，由该中心凹部1211处所构成的汇流腔室的深度与这些汇流排孔1212的深度相同，但不以此为限。

于本实施例中，共振片122是为一可挠性材质所构成，但不以此为限，且于共振片122上具有一中空孔洞120，是对应于进气板121的下表面的中心凹部1211而设置，以使气体可向下流通。于另一些实施例中，共振片122是可由一铜材质所构成，但不以此为限。

请同时参阅图4A、图4B及图4C，其是分别为图3A所示的微型气体控制装置的压电致动器的正面结构示意图、背面结构示意图以及剖面结构示意图，如图所示，本实施例的压电致动器123是由悬浮板1230、外框1231、多个支架1232以及压电陶瓷板1233所共同组装而成，其中压电陶瓷板1233贴附于悬浮板1230的下表面1230b，以及多个支架1232是连接于悬浮板1230以及外框1231之间，每一个支架1232的两端点是连接于外框1231，另一端点则连接于悬浮板1230，且每一支架1232、悬浮板1230及外框1231之间更定义出多个空隙1235，用以供气体流通，且悬浮板1230、外框1231及支架1232的设置方式、实施态样及数量均不以此为限，可依据实际情形变化。另外，外框1231更具有一向外凸设的导电接脚1234，用以供电连接之用，但不以此为限。

于本实施例中，悬浮板1230是为一阶梯面的结构，意即于悬浮板1230的上表面1230a更具有一凸部1230c，该凸部1230c可为但不限为一圆形凸起结构。请同时参阅图4A至图4C即可见，悬浮板1230的凸部1230c是与外框1231的上表面1231a共平面，且悬浮板1230的上表面1230a及支架1232的上表面1232a亦为共平面，且该悬浮板1230的凸部1230c及外框1231的上表面1231a与悬浮板1230的上表面1230a及支架1232的上表面1232a之间是具有一特定深度。至于悬浮板1230的下表面1230b，则如图4B及图4C所示，其与外框1231的下表面1231b及支架1232的下表面1232b为平整的共平面结构，而压电陶瓷板1233则贴附于此平整的悬浮板1230的下表面1230b处。于一些实施例中，悬浮板1230、支架1232以及外框1231是可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如可由不锈钢材质所构成，但不以此为限。

请继续参阅图3A及图3B，如图所示，本实施例的致动器12更具有绝缘片1241、导电片125及另一绝缘片1242是依序对应设置于压电致动器123之下，且其形态大致上对应于压电致动器123之外框1231的形态。本实施例的绝缘片1241、1242即由可绝缘的材质所构成，例如：塑胶，但不以此为限，以进行绝缘之用。本实施例的导电片125是由可导电的材质所构成，例如：金属，但不以此为限，以进行电导通之用，且本实施例的导电片125更包含导电接脚1251，以进行电导通之用，但不以此为限。

请同时参阅图3A、图3B及图5A至图5E，其中图5A至图5E为图3A所示的致动器的作动示意图。首先，如图5A所示，致动器12是依序由第一防护膜141、进气板121、共振片122、压电致动器123、绝缘片1241、导电片125及另一绝缘片1242等堆叠而成，其中共振片122与压电致动器123之间是具有间隙g0，本实施例的共振片122及压电致动器123之外框1231之间的间隙g0中填充导电胶，但不以此为限，以使共振片122与压电致动器123的悬浮板1230的凸部1230c之间可维持该间隙g0的深度，进而可导引气流更迅速地流动，且因悬浮板1230的凸部1230c与共振片122保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音产生可被降低；于另一些实施例中，亦可借由加高压电致动器123之外框1231的高度，以使其与共振片122组装时增加一间隙，但不以此为限。

请续参阅图5A至图5E，如图所示，当第一防护膜141、进气板121、共振片122与压电致动器123依序对应组装后，第一防护膜141封闭进气板121的进气孔1210，共振片122的中空孔洞120与进气板121的中心凹部1211间共同定义形成一汇流气体的腔室，且共振片122与压电致动器123之间共同定义形成第一腔室121，用以暂存气体，且第一腔室121是透过共振片122的中空孔洞120而与进气板121下表面的中心凹部1211处的腔室相连通，且第一腔室121的两侧则由压电致动器123的支架1232之间的空隙1235而与外盖11的腔室110(如图2所示)相连通。

于本实施例中，当致动器12作动时，主要由压电致动器123受电压致动而以支架1232为支点，进行垂直方向的往复式振动。如图5B所示，当压电致动器123受电压致动而向下振动时，则气体经第一防护膜141过滤水气及粉尘后，由进气板121上的至少一进气孔1210进入，并透过其下表面的至少一汇流排孔1212以汇集到中央的中心凹部1211处，再经由共振片122上与中心凹部1211对应设置的中央孔洞120向下流入至第一腔室121中，其后，由于受压电致动器123振动的带动，共振片122亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，如图5C所示，则为共振片122亦随的向下振动，并贴附抵触于压电致动器123的悬浮板1230的凸部1230c上，借由此共振片122的形变，以压缩第一腔室121的体积，并关闭第一腔室121中间流通空间，促使其内的气体推挤向两侧流动，进而经过压电致动器123的支架1232之间的空隙1235而向下穿越流动。至于图5D则为其共振片122回复至初始位置，而压电致动器123受电压驱动以向上振动，如此同样挤压第一腔室121的体积，惟此时由于压电致动器123是向上抬升，该抬升的位移可为d，因而使得第一腔室121内的气体会朝两侧流动，进而带动气体持续地经由第一防护膜141过滤，并自进气板121上的进气孔1210进入，再流入中心凹部1211所形成的腔室中，再如图5E所示，共振片122受压电致动器123向上抬升的振动而共振向上，进而使中心凹部1211内的气体再由共振片122的中央孔洞120而流入第一腔室121内，并经由压电致动器123的支架1232之间的空隙1235而向下穿越流出致动器12。如此一来，在经此致动器12的流道设计中产生压力梯度，使气体高速流动，并透过流道进出方向的阻抗差异，将气体由吸入端传输至排出端，且在排出端有气压的状态下，仍有能力持续推出气体，并可达到静音的效果。于一些实施例中，共振片122的垂直往复式振动频率是可与压电致动器123的振动频率相同，即两者可同时向上或同时向下，其是可依照实际施作情形而任施变化，并不以本实施例所示的作动方式为限。

本案较佳实施例的致动传感装置是可应用于可携式电子装置的壳体，例如：智慧型手机、笔记型电脑或平板电脑等装置的壳体，但均不以此为限，下述的较佳实施例中，是以智慧型手机的壳体为例进行说明，此并非用以限制本案的范围。请参阅图6A至图6C，图6A为本案为较佳实施例的致动传感装置及其所适用的电子装置壳体的正面结构示意图，图6B为图6A所示的电子装置壳体的背面结构示意图，图6C为图6A所示的致动传感装置及其所适用的电子装置壳体的B-B截面结构示意图。本实施例的壳体2是适用于一智慧型手机(未图示)，但不以此为限，该壳体2更包含侧壁25、底板26及致动传感装置27。本实施例的致动传感装置27包含驱动电路板20、外盖21、致动器22及传感器23，其中外盖21设置于该驱动电路板20之上，外盖21更包含导入孔212、排气孔211及腔室210，腔室210透过导入孔212及排气孔211连通至外盖21外部，致动器22设置于腔室210中，并对应封闭排气孔211，传感器23亦容置于腔室210中，并对应于导入孔212而设置，本实施例的致动传感装置27的元件结构及其设置方式是与前述实施例相仿，故于此不再进一步赘述。本实施例的底板26更包含底面26a、第一开口26b及第二开口26c，致动传感装置27之外盖21贴附于底板26的底面26a，且排气孔211对应连接至第二开口26c，对应导入孔212连接第一开口26c。本实施例的侧壁25与底板26连接，并定义出一容置空间28，且致动传感装置27设置于容置空间28中。透过驱动致动传感装置27的致动器22，将腔室210内的气体依序由排气孔211及第一开口26b导出外盖21及壳体2之外部，并使外盖21的腔室210内产生气压梯度，以使壳体2外部气体依序由第二开口26c及导入孔212进入腔室210中，以供传感器23进行气体监测。透过将本案的壳体2安装应用在智慧型手机或各式可携式电子装置中，使用者随身携带该智慧型手机或各式可携式电子装置时，即可随时随地取得环境气体信息的功效，且每当检测到周遭环境含有有毒气体或危险气体时，便可于该智慧型手机中提示使用者即立即采取防护措施，以避免气体中毒、气体爆炸等情形发生。

请继续参阅图6C，本实施例的壳体2的致动传感装置27亦包含第一防护膜241及第二防护膜242，第一防护膜241及第二防护膜242分别封闭设置于导入孔212及排气孔211，且第一防护膜241及第二防护膜242均为一防水、防尘且可供气体穿透的膜状结构，但均不以此为限。于一些实施例中，第一防护膜241及第二防护膜242亦可分别封闭设置于底板26的第一开口26b及第二开口26c，但亦不以此为限。透过第一防护膜241及第二防护膜242的设置，避免水气、粉尘由导入孔212或排气孔211进入腔室210中，借此以避免腔室210内部所设置的致动器22或传感器23因水气而导致生锈、受损或因粉尘堆积而导致元件损坏等功效。于本实施例中，第一防护膜241及第二防护膜242的防护等级均可为但不限为国际防护等级认证IP64的等级。于另一些实施例中，第一防护膜241及第二防护膜242的防护等级是为国际防护等级认证IP68的等级，但亦不以此为限。

综上所述，本案所提供的致动传感装置透过气体自对应于致动器上的进气孔进入，并利用压电致动器的作动，使气体于设计后的流道及压力腔室中产生压力梯度，进而使气体高速流动而传递排出外盖之外，再透过气体顺应大气压力由导入孔导入外盖的腔室中，俾实现气体迅速传输、静音的功效。此外，透过第一防护膜及第二防护膜的设置，可外盖的腔室中所流通的气体保持干燥、无尘，亦可使壳体的致动器及传感器等元件内部保持干燥、无尘，借此以避免致动传感装置因水气或粉尘堆积而导致受损、生锈，进而提升气体传输及感测的效能。再者，本案透过致动传感装置整体尺寸及体积减小及薄型化，以便于安装于可携式电子装置的壳体中，并借由可携式电子装置便于携带的特性，使用者便可随时、随地、即时监测周围环境气体的相关信息，且使用者亦可即时知悉环境气体危害程度，并迅速逃离或施予防护措施。因此，本案的致动传感装置极具产业利用价值，爰依法提出申请。

本案得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

1、27：致动传感装置

10、20：驱动电路板

11、21：外盖

110、210：腔室

111、211：排气孔

112、212：导入孔

113：接脚开口

12、22：致动器

120：第一防护膜

121：进气板

1210：进气孔

1211：中心凹部

1212：汇流排孔

122：共振片

1220：中空孔洞

1221：第一腔室

123：压电致动器

1230：悬浮板

1230a：悬浮板的上表面

1230b：悬浮板的下表面

1230c：凸部

1231：外框

1231a：外框的上表面

1231b：外框的下表面

1232：支架

1232a：支架的上表面

1232b：支架的下表面

1233：压电陶瓷板

1234、1251：导电接脚

1235：空隙

1241、1242：绝缘片

125：导电片

g0：间隙

13、23：传感器

141、241：第一防护膜

142、242：第二防护膜

2：壳体

25：侧壁

26：底板

26a：底面

26b：第一开口

26c：第二开口