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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-03
(45)【発行日】2022-10-12
(54)【発明の名称】ガス検出装置
(51)【国際特許分類】
G01N 1/00 20060101AFI20221004BHJP
G01N 15/06 20060101ALI20221004BHJP
G01N 27/12 20060101ALI20221004BHJP
【ＦＩ】
G01N1/00 101R
G01N15/06 D
G01N27/12 B
【請求項の数】
9
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018239403
(22)【出願日】2018-12-21
(65)【公開番号】P2019128349
(43)【公開日】2019-08-01
【審査請求日】2021-05-07
(31)【優先権主張番号】107102942
(32)【優先日】2018-01-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(31)【優先権主張番号】107130414
(32)【優先日】2018-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(73)【特許権者】
【識別番号】508252837
【氏名又は名称】研能科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｍｉｃｒｏｊｅｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１Ｆ， Ｎｏ．２８， Ｒ＆Ｄ ２ｎｄ Ｒｏａｄ， Ｓｃｉｅｎｃｅ－Ｂａｓｅｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ， Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ， Ｔａｉｗａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】莫皓然
(72)【発明者】
【氏名】胡鴻君
(72)【発明者】
【氏名】郭勇志
(72)【発明者】
【氏名】朱睿淵
(72)【発明者】
【氏名】黄建誌
(72)【発明者】
【氏名】劉文雄
(72)【発明者】
【氏名】黄▲イ▼城
(72)【発明者】
【氏名】廖偉辰
(72)【発明者】
【氏名】謝基強
(72)【発明者】
【氏名】黄啓峰
(72)【発明者】
【氏名】韓永隆
【審査官】野口 聖彦
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１５３８８４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００３－２１５００１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３３５０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／１４８００８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１５－５２４９２５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ １／００
Ｇ０１Ｎ １５／０６
Ｇ０１Ｎ ２７／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス検出装置であって、チャンバー、少なくとも１つの入気口、排気口及び少なくとも１つの接続通路を有し、前記チャンバーが前記入気口、前記排気口及び前記接続通路に互いに連通するハウジングと、
前記チャンバー内に設けられ、ガス流路及びビーム通路を有し、前記ガス流路が前記入気口及び前記排気口に連通し、前記ビーム通路が前記ガス流路に連通する光機構と、
前記光機構に設けられ、作動されて空気を前記入気口から前記チャンバー内に導入し、さらに前記接続通路を経て前記ガス流路に導入するガス輸送アクチュエータと、
前記光機構に設けられ、前記ビーム通路にビームを発して前記ガス流路を照射するレーザーモジュールと、
前記ガス流路の前記ガス輸送アクチュエータから遠い端に設けられ、前記ビームが前記ガス流路中のガスを照射することで前記ガスにおける浮遊微粒子による発生した投影光点を検出することにより、前記ガスに含まれる前記浮遊微粒子の大きさ及び前記浮遊微粒子の濃度を検出して算出する微粒子センサーと、
前記接続通路に接続して組み立てられ、センサーを含み、前記接続通路内の前記ガスを検知する少なくとも１つの外部接続センサーモジュールと、
を含み、
前記光機構は、光源配置溝及び収容溝を有し、前記光源配置溝が前記ビーム通路に連通し、前記収容溝が前記ガス流路の前記微粒子センサーから遠い他端に設けられ、前記レーザーモジュールが前記光機構の前記光源配置溝に設けられ、ビームを発して前記ビーム通路に投影し、前記ガス輸送アクチュエータが前記光機構の前記収容溝に設けられ、前記ガスを前記ガス流路にガイドし、
前記ガス輸送アクチュエータは、噴気孔シートと、室枠と、アクチュエータと、絶縁枠と、導電性枠と、を含み、
前記噴気孔シートは、複数の連結具、懸吊シート、及び中央開孔を含み、前記懸吊シートが屈曲振動することができ、前記複数の連結具が前記収容溝に接続されることで前記噴気孔シートを位置決めして前記収容溝内に収容し、前記噴気孔シートと前記収容溝の底面との間に気流チャンバーが形成され、且つ前記複数の連結具、前記懸吊シート及び前記収容溝の間に少なくとも１つの空隙が形成され、
前記室枠は、前記懸吊シート上に重ねて設けられ、
前記アクチュエータは、前記室枠に重ねて設けられ、電圧印加により往復に屈曲振動し、
前記絶縁枠は、前記アクチュエータ上に重ねて設けられ、
前記導電性枠は、前記絶縁枠上に重ねて設けられ、
前記アクチュエータ、前記室枠及び前記懸吊シートの間に振動チャンバーが形成され、前記アクチュエータを駆動することで前記噴気孔シートが連動して共振し、前記噴気孔シートの前記懸吊シートが往復に振動して変位し、これにより、前記ガスが前記少なくとも１つの空隙を介して前記気流チャンバーに入り、さらに前記排気口から排出され、前記ガスの輸送流動が形成され、
前記アクチュエータは、
前記室枠に重ねて設けられた圧電載置板と、
前記圧電載置板上に重ねて設けられた調整共振板と、
前記調整共振板に重ねて設けられ、電圧印加により前記圧電載置板及び前記調整共振板を往復に屈曲振動させる圧電板と、を含み、
前記調整共振板の厚さが前記圧電載置板の厚さより大きいことを特徴とするガス検出装置。
【請求項2】
前記微粒子センサーが検出する浮遊微粒子は、ＰＭ２．５浮遊微粒子、ＰＭ１０浮遊微粒子のうちの１種又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項3】
前記ガス輸送アクチュエータが作動して前記ガスを前記ガス流路に高速に吐出し、前記微粒子センサーの表面を清潔し、前記微粒子センサーの表面に付着された浮遊微粒子を取り除くことにより、前記微粒子センサーの毎回の検出精度を維持することを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項4】
プロセッサー及び通信モジュールをさらに含み、前記プロセッサーが前記ガス輸送アクチュエータ、前記レーザーモジュール、前記微粒子センサー及び前記外部接続センサーモジュールを駆動し、前記微粒子センサー及び前記外部接続センサーモジュールの前記センサーが検出した結果を分析して監視値に変換し、前記通信モジュールが前記監視値を外部接続装置に送信し、前記外部接続装置を介して前記監視値および通知警告を表示し、前記通信モジュールが有線通信伝送及び無線通信伝送のうちの少なくとも１種であり、前記外部接続装置がクラウドシステム、ポータブルデバイス、コンピュータシステムなどのうちの少なくとも１種であり、前記外部接続センサーモジュールの前記センサーが前記接続通路に接続して組み立てられ、前記プロセッサーに電気的かつ通信的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項5】
前記ガス輸送アクチュエータは、少なくとも１つの入気孔、前記入気孔の位置に対応する少なくとも１つの合流ガイド孔及び合流チャンバーを有し、前記入気孔が前記ガスを導入するために用いられ、前記合流ガイド孔が前記入気孔から導入された前記ガスを前記合流チャンバーにガイドするために用いられる入気板と、
中央孔を有し、前記中央孔が前記合流チャンバーの位置に対応し、かつ周囲が可動部である共振シートと、
前記共振シートの位置に対応して設けられた圧電アクチュエータと、
第１絶縁シートと、
導電シートと、
第２絶縁シートと、を含み、
前記入気板、前記共振シート、前記圧電アクチュエータ、前記第１絶縁シート、前記導電シート及び前記第２絶縁シートが順に積み重ねて設けられ、前記共振シートと前記圧電アクチュエータとの間にチャンバー空間が形成されることにより、前記圧電アクチュエータが駆動されるときに、前記ガスが前記入気板の前記入気孔から導入され、前記合流ガイド孔を経て前記合流チャンバーに合流し、さらに前記共振シートの前記中央孔を通過し、前記圧電アクチュエータと前記共振シートの前記可動部を共振させて前記ガスを輸送することを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項6】
前記圧電アクチュエータは、正方形の形態を有し、屈曲振動することができる懸吊板と、
前記懸吊板の外側を取り囲んで設けられた外枠と、
前記懸吊板と前記外枠との間に接続され、弾性支持を提供する少なくとも１つの支持フレームと、
辺長を有し、前記辺長が前記懸吊板の辺長より短いか等しく、前記懸吊板の一面に貼り付けられ、電圧印加により前記懸吊板の屈曲振動を駆動する圧電素子と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載のガス検出装置。
【請求項7】
前記外部接続センサーモジュールの前記センサーは、酸素センサー、一酸化炭素センサー、二酸化炭素センサー、細菌センサー、ウイルスセンサー、微生物センサー、温度センサー、及び湿度センサーのうちの少なくとも１種又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項8】
前記外部接続センサーモジュールの前記センサーは、揮発性有機物センサーであることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項9】
ガス検出装置であって、少なくとも１つのチャンバー、少なくとも１つの入気口、少なくとも１つの排気口及び少なくとも１つの接続通路を有し、前記チャンバーが前記入気口、前記排気口及び前記接続通路に互いに連通する少なくとも１つのハウジングと、
前記チャンバー内に設けられ、少なくとも１つのガス流路及び少なくとも１つのビーム通路を有し、前記ガス流路が前記入気口及び前記排気口に連通し、前記ビーム通路が前記ガス流路に連通する少なくとも１つの光機構と、
前記光機構に設けられ、作動されて空気を前記入気口から前記チャンバー内に導入し、さらに前記接続通路を経て前記ガス流路に導入する少なくとも１つのガス輸送アクチュエータと、
前記光機構に設けられ、前記ビーム通路にビームを発して前記ガス流路を照射する少なくとも１つのレーザーモジュールと、
前記ガス流路の前記ガス輸送アクチュエータから遠い端に設けられ、前記ビームが前記ガス流路中のガスを照射することで前記ガスにおける浮遊微粒子による発生した投影光点を検出することにより、前記ガスに含まれる前記浮遊微粒子の大きさ及び前記浮遊微粒子の濃度を検出して算出する少なくとも１つの微粒子センサーと、
前記接続通路に接続して組み立てられ、少なくとも１つのセンサーを含み、前記接続通路内の前記ガスを検知する少なくとも１つの外部接続センサーモジュールと、
を含み、
前記光機構は、光源配置溝及び収容溝を有し、前記光源配置溝が前記ビーム通路に連通し、前記収容溝が前記ガス流路の前記微粒子センサーから遠い他端に設けられ、前記レーザーモジュールが前記光機構の前記光源配置溝に設けられ、ビームを発して前記ビーム通路に投影し、前記ガス輸送アクチュエータが前記光機構の前記収容溝に設けられ、前記ガスを前記ガス流路にガイドし、
前記ガス輸送アクチュエータは、噴気孔シートと、室枠と、アクチュエータと、絶縁枠と、導電性枠と、を含み、
前記噴気孔シートは、複数の連結具、懸吊シート、及び中央開孔を含み、前記懸吊シートが屈曲振動することができ、前記複数の連結具が前記収容溝に接続されることで前記噴気孔シートを位置決めして前記収容溝内に収容し、前記噴気孔シートと前記収容溝の底面との間に気流チャンバーが形成され、且つ前記複数の連結具、前記懸吊シート及び前記収容溝の間に少なくとも１つの空隙が形成され、
前記室枠は、前記懸吊シート上に重ねて設けられ、
前記アクチュエータは、前記室枠に重ねて設けられ、電圧印加により往復に屈曲振動し、
前記絶縁枠は、前記アクチュエータ上に重ねて設けられ、
前記導電性枠は、前記絶縁枠上に重ねて設けられ、
前記アクチュエータ、前記室枠及び前記懸吊シートの間に振動チャンバーが形成され、前記アクチュエータを駆動することで前記噴気孔シートが連動して共振し、前記噴気孔シートの前記懸吊シートが往復に振動して変位し、これにより、前記ガスが前記少なくとも１つの空隙を介して前記気流チャンバーに入り、さらに前記排気口から排出され、前記ガスの輸送流動が形成され、
前記アクチュエータは、
前記室枠に重ねて設けられた圧電載置板と、
前記圧電載置板上に重ねて設けられた調整共振板と、
前記調整共振板に重ねて設けられ、電圧印加により前記圧電載置板及び前記調整共振板を往復に屈曲振動させる圧電板と、を含み、
前記調整共振板の厚さが前記圧電載置板の厚さより大きいことを特徴とするガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス検出装置に関し、特にガス輸送アクチュエータによりガスをガイドするガス検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、我が国及び近隣地域では、空気汚染の問題がますます悪化しており、特に浮遊微粒子（ＰＭ２．５及びＰＭ１０）の濃度データは高すぎることが多いため、空中浮遊微粒子の濃度の監視測定が重視されてきた。しかし、空気は風向、風量の変化によって流れるため、既存の浮遊微粒子を検出する固定型大気品質モニタリングステーションは、現時点における周囲の浮遊微粒子の濃度を正確に検出することができない。そのため、周囲環境における浮遊微粒子の濃度をいつでもどこでも検出することができる小型でポータブルなガス粒子検出装置が必要である。
【0003】
また、既存のガス粒子検出装置は、単一のガスしか検出できないことが多い。しかし、浮遊微粒子以外の、人体に有害なガスが数多くあるため、即時に検出されないと、人体の健康に影響を与える恐れがある。
【0004】
さらに、工場、オフィス、住宅などの異なる場所によって、ガス検出に対する使用者の需要が異なる。例えば、工場の場合、揮発性ガス又は吸入傷害などを引き起こす有毒ガスのガスセンサーは必要である一方、住宅、オフィスの場合、一酸化炭素、二酸化炭素、温度、湿度等のセンサーは必要である。しかし、現在市販されているガス検出装置は、すべて一体式のガス検出装置であり、その検出可能なガス種類が工場を出る前に決められており、使用者の需要に応じて変更することができないため、ガス検出装置が使用者の所望外のガスを検出するか、又は使用者の所望のガスを検出することができず、非常に不便であり、適切なガス検出装置の選択も困難である。上記のことに鑑みて、ガス検出需要に応じて検出することができるガス検出装置の開発は、非常に重要な課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の主な目的は、空気に含まれる浮遊微粒子の濃度及び他のガスの濃度を検出可能なガス検出装置を提供することで、使用者に即時かつ正確なガス情報を提供できることである。ここで、空気を検出するためのセンサーは、外部接続型のセンサーである。これにより、使用者は、必要に応じて自由に組み合わせると共に、容易に交換することができ、利便性が向上する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態は、チャンバー、少なくとも１つの入気口、排気口、及び少なくとも１つの接続通路を有し、チャンバーが入気口、排気口及び接続通路に互いに連通するハウジングと、チャンバー内に設けられ、ガス流路及びビーム通路を有し、ガス流路が入気口及び排気口に連通し、ビーム通路がガス流路に連通する光機構と、光機構に設けられ、作動されて空気を入気口からチャンバーに導入し、接続通路からガス流路に導入するガス輸送アクチュエータと、光機構に設けられ、ビーム通路にビームを発してガス流路を照射するレーザーモジュールと、該ガス流路内の該ガス輸送アクチュエータから遠い端に設けられ、ビームが該ガス流路中のガスを照射することで浮遊微粒子による発生した投影光点を検出することにより、空気に含まれる浮遊微粒子の大きさ及び濃度を検出して算出する微粒子センサーと、該接続通路に接続して組み立てられ、センサーを含み、該接続通路内のガスを検知する少なくとも１つの外部接続センサーモジュールと、を備えるガス検出装置である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明のガス検出装置の立体構造の模式図である。
【図2】本発明のガス検出装置の断面模式図である。
【図3A】本発明のガス検出装置の好ましい実施例におけるガス輸送アクチュエータを上面から見た立体分解模式図である。
【図3B】本発明のガス検出装置の好ましい実施例におけるガス輸送アクチュエータを下面から見た立体分解模式図である。
【図4A】本発明のガス検出装置の好ましい実施例におけるガス輸送アクチュエータの断面模式図である。
【図4B-4D】本発明のガス検出装置の好ましい実施例におけるガス輸送アクチュエータの動作模式図である。
【図5】本発明のガス検出装置の別の好ましい実施例における断面模式図である。
【図8】本発明のガス検出装置のシステム模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の特徴及び利点を示す典型的な実施例を詳しく説明する。理解されるべきであることは、本発明の異なる態様には様々な変化があり、何れも本発明の範囲に含まれ、それについての説明及び図面は本質的に説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。
【0009】
図１及び図２を参照されたい。本発明は、ガス検出装置１００を提供する。ガス検出装置１００は、少なくとも１つのハウジング１、少なくとも１つの光機構２、少なくとも１つのガス輸送アクチュエータ３、少なくとも１つのレーザーモジュール４、少なくとも１つの微粒子センサー５及び少なくとも１つの外部接続センサーモジュール６を含む。ハウジング１は、少なくとも１つのチャンバー１１、少なくとも１つの入気口１２、少なくとも１つの排気口１３及び少なくとも１つの接続通路１４を有し、光機構２は、少なくとも１つのガス通路２１及び少なくとも１つのビーム通路２２を有し、ハウジング１、チャンバー１１、排気口１３、光機構２、ガス通路２１、ビーム通路２２、ガス輸送アクチュエータ３について、それぞれの数を１個にして説明するが、この限りではない。ハウジング１、チャンバー１１、排気口１３、光機構２、ガス通路２１、ビーム通路２２、ガス輸送アクチュエータ３は、複数の組合せであってもよい。
【0010】
本発明は、ガス検出装置１００を提供する。図１及び図２を参照されたい。本発明の実施例において、ガス検出装置１００は、ハウジング１、光機構２、ガス輸送アクチュエータ３、レーザーモジュール４、微粒子センサー５及び少なくとも１つの外部接続センサーモジュール６を含む。ハウジング１は、チャンバー１１、少なくとも１つの入気口１２、排気口１３及び少なくとも１つの接続通路１４を有する。チャンバー１１は、少なくとも１つの入気口１２、排気口１３及び少なくとも１つの接続通路１４に連通する。光機構２は、ハウジング１のチャンバー１１内に設けられ、ガス流路２１及びビーム通路２２を有する。ガス流路２１は、少なくとも１つの入気口１２及び排気口１３に連通し、ビーム通路２２は、ガス流路２１に連通する。ガス輸送アクチュエータ３は、光機構２に設けられる。ガス輸送アクチュエータ３を駆動してチャンバー１１内部の気圧を変化させることにより、ガスは、少なくとも１つの入気口１２からチャンバー１１に導入され、さらに少なくとも１つの接続通路１４を経てガス流路２１に入り、最後に排気口１３からハウジング１外に排出される。レーザーモジュール４は、光機構２に設けられ、ビームを発することに用いられる。ここで、ビームはビーム通路２２を経てガス流路２１を照射する。微粒子センサー５は、ガス流路２１のガス輸送アクチュエータ３から遠い端に設けられる。レーザーモジュール４からのビームがガス流路２１内のガスを照射した場合、ガスにおける浮遊微粒子には複数の投影光点が発生し、微粒子センサー５は複数の投影光点を検知してガスにおける浮遊微粒子の大きさ及び濃度を計算する。少なくとも１つの外部接続センサーモジュール６は、少なくとも１つの接続通路１４内に取り外し可能に組み立てられる。少なくとも１つの接続通路１４は、少なくとも１つの外部接続センサーモジュール６に組み合わせる。本実施例において、接続通路１４及び外部接続センサーモジュール６の数は、それぞれ５個であってもよいが、この限りではない。外部接続センサーモジュール６は、センサー（図示せず）を含み、センサーは、酸素センサー、一酸化炭素センサー、二酸化炭素センサーのうちの１つ又はそれらの組み合わせ、あるいは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の１つ又はそれらの組み合わせ、或いは温度センサー又は湿度センサーのうちの１つ又はそれらの組み合わせであってもよい。
【0011】
図２に示すように、光機構２は、光源配置溝２３及び収容溝２４をさらに含む。レーザーモジュール４は、光機構２の光源配置溝２３に設けられ、光源配置溝２３がビーム通路２２に連通し、収容溝２４がガス流路２１の微粒子センサー５から遠い端に設けられ、ガス輸送アクチュエータ３を収容する。ガス輸送アクチュエータ３が駆動されると、ハウジング１外部の空気は、入気口１２からチャンバー１１内に入り、さらにガス輸送アクチュエータ３によりチャンバー１１を介してガス流路２１内に導入され、このとき、レーザーモジュール４は、ビーム通路２２にビームを発してガス流路２１内のガスを照射し、ガス中の浮遊微粒子はビームに照射されて散乱現象が発生し、微粒子センサー５は浮遊微粒子がビーム照射により発生した光点を受信することにより、空気中の浮遊微粒子の大きさ及び濃度を算出する。ここで、浮遊微粒子は、ＰＭ２．５浮遊微粒子又はＰＭ１０浮遊微粒子であってもよい。同時に、チャンバー１１に連通する接続通路１４内の外部接続センサーモジュール６は、そのセンサーにより接続通路１４内に流入したガスを検出し、空気における特定のガスの含有量を測定する。
【0012】
図３Ａ、図３Ｂ及び図４Ａを参照されたい。本発明の実施例において、ガス輸送アクチュエータ３は、圧電ポンプであり、入気板３１、共振シート３２、圧電アクチュエータ３３、第１絶縁シート３４、導電シート３５及び第２絶縁シート３６を含む。入気板３１、共振シート３２、圧電アクチュエータ３３、第１絶縁シート３４、導電シート３５及び第２絶縁シート３６は、順に積み重ねて組み立てる。
【0013】
本発明の実施例において、入気板３１は、少なくとも１つの入気孔３１ａ、少なくとも１つの合流ガイド孔３１ｂ及び合流チャンバー３１ｃを有する。少なくとも１つの合流ガイド孔３１ｂは、少なくとも１つの入気孔３１ａに対応して設けられる。入気孔３１ａは、ガスを導入するために用いられる。合流ガイド孔３１ｂは、入気孔３１ａから導入されたガスが合流チャンバー３１ｃに合流するようにガイドする。共振シート３２は、中央孔３２ａ及び可動部３２ｂを有する。中央孔３２ａは、入気板３１の合流チャンバー３１ｃに対応して設けられる。可動部３２ｂは、中央孔３２ａを取り囲んで設けられる。共振シート３２と圧電アクチュエータ３３との間にチャンバー空間３７が形成される。したがって、圧電アクチュエータ３３が駆動されると、ガスは、入気板３１の少なくとも１つの入気孔３１ａから導入され、さらに少なくとも１つの合流ガイド孔３１ｂを経て合流チャンバー３１ｃに合流する。次いで、ガスは共振シート３２の中央孔３２ａを通過し、圧電アクチュエータ３３と共振シート３２の可動部３２ｂを共振させてガスを輸送する。
【0014】
図３Ａ、図３Ｂ及び図４Ａに示すように、圧電アクチュエータ３３は、懸吊板３３ａ、外枠３３ｂ、少なくとも１つの支持フレーム３３ｃ及び圧電素子３３ｄを含む。本発明の実施例において、懸吊板３３ａは、正方形であり、屈曲振動することができるが、この限りではない。懸吊板３３ａは、凸部３３ｆを有する。本発明の実施例において、懸吊板３３ａが正方形に設計されることは、円形の場合に比べて、正方形の懸吊板３３ａの構造は、明らかに節電の利点を有するためである。共振周波数下で操作する場合の容量性負荷は、その消費電力が共振周波数の増加により増大し、且つ正方形懸吊板３３ａの共振周波数が円形懸吊板よりも低いため、消費電力も低い。しかし、他の実施例において、懸吊板３３ａの形態は、必要に応じて変化してもよい。外枠３３ｂは、懸吊板３３ａの外側に取り囲んで設けられる。少なくとも１つの支持フレーム３３ｃは、懸吊板３３ａと外枠３３ｂとの間に接続され、懸吊板３３ａを弾性支持する支持力を提供する。圧電素子３３ｄは、懸吊板３３ａの辺長より短いか等しい辺長を有する。圧電素子３３ｄは、懸吊板３３ａの一面に貼り付けられ、駆動電圧の印加により懸吊板３３ａの屈曲振動を駆動する。懸吊板３３ａと、外枠３３ｂと、少なくとも１つの支持フレーム３３ｃとの間に形成された少なくとも１つの隙間３３ｅは、ガスの通過に供される。凸部３３ｆは、懸吊板３３ａの他面に凸設される。本発明の実施例において、懸吊板３３ａ及び凸部３３ｆは、エッチング工程により一体成型された構造であるが、この限りではない。
【0015】
図４Ａを参照されたい。本発明実施例において、チャンバー空間３７では、共振シート３２と懸吊板３３ａとの間に一定の深さが維持できるように、共振シート３２及び圧電アクチュエータ３３の外枠３３ｂの間にできた隙間に導電性接着剤のような材質（この限りではない）を充填することにより、ガスがより速く流れることができる。また、懸吊板３３ａと共振シート３２との間に適切な距離が保持されているため、互いの接触干渉が少なくなり、騒音の発生も低減される。他の実施例において、圧電アクチュエータ３３の外枠３３ｂの高さを増加することにより、共振シート３２及び圧電アクチュエータ３３の外枠３３ｂの間の隙間に充填される導電性接着剤の厚さを薄くすることができる。このようにして、懸吊板３３ａと共振シート３２との間に適切な距離が保持されると共に、ガス輸送アクチュエータ３全体の組立時のホットプレス温度及び冷却温度が導電性接着剤の厚さに影響を与えず、導電性接着剤の熱膨脹と冷収縮によりチャンバー空間３７の組立後の実際の大きさに影響を与えることを防止することができる。他の実施例において、懸吊板３３ａはプレス加工により成型することができ、懸吊板３３ａの凸部３３ｆの圧電素子３３ｄから遠い表面と外枠３３ｂの圧電素子３３ｄから遠い表面とが非共面となり、すなわち、凸部３３ｆの圧電素子３３ｄから遠い表面が外枠３３ｂの圧電素子３３ｄから遠い表面よりも低くなる。外枠３３ｂの圧電素子３３ｄから遠い表面上に少量の充填材料、例えば、導電性接着剤を塗布し、ホットプレスにより圧電アクチュエータ３３を共振シート３２に貼り付けることにより、圧電アクチュエータ３３と共振シート３２とを組み合わせることができる。プレス加工により圧電アクチュエータ３３の懸吊板３３ａを成型してチャンバー空間３７の構造を改良する。チャンバー空間３７は、圧電アクチュエータ３３の懸吊板３３ａのプレス加工成型の距離を調整することで形成されることができる。これにより、チャンバー空間３７を調整する構造の設計手順を有効に簡単化する。さらに、プロセスの簡単化、及びプロセス時間の短縮等の利点が達成される。本発明の実施例において、第１絶縁シート３４、導電シート３５及び第２絶縁シート３６は、すべて枠型の薄型シートであるが、この限りではない。
【0016】
図３Ａ、図３Ｂ及び図４Ａを参照されたい。入気板３１、共振シート３２、圧電アクチュエータ３３、第１絶縁シート３４、導電シート３５及び第２絶縁シート３６は、いずれも微小電気機械システムによる表面マイクロマシニングプロセスによりガス輸送アクチュエータ３の体積を小さくすることができ、微小電気機械システムのガス輸送アクチュエータ３を構成する。
【0017】
図４Ｂに示すように、圧電アクチュエータ３３の作動過程において、圧電アクチュエータ３３の圧電素子３３ｄは、駆動電圧を印加されて変形し、懸吊板３３ａを入気板３１から離れる方向へ変位させる。このとき、チャンバー空間３７の容積が増大し、チャンバー空間３７内に負圧が形成されることで、合流チャンバー３１ｃ内のガスがチャンバー空間３７内に吸引される。同時に、共振シート３２が共振して入気板３１から離れる方向へ同調して変位することで、合流チャンバー３１ｃの容積が増加する。また、合流チャンバー３１ｃ内のガスがチャンバー空間３７に入ることにより、合流チャンバー３１ｃ内は同様に負圧状態となることで、入気口３１ａ及び合流ガイド孔３１ｂを介してガスが合流チャンバー３１ｃ内に吸引される。
【0018】
さらに、図４Ｃに示すように、圧電素子３３ｄは、懸吊板３３ａを入気板３１に向かって変位させてチャンバー空間３７を圧縮し、同様に、共振シート３２は、懸吊板３３ａの作動により共振して入気板３１に向かって変位する。これにより、チャンバー空間３７内のガスは同調して押し付けられて隙間３３ｅを通過し、さらに輸送され、ガス輸送効果が達成される。
【0019】
最後に、図４Ｄに示すように、懸吊板３３ａが連動して圧電素子３３ｄに連動される前の状態に回復するときに、共振シート３２も連動されて入気板３１から離れる方向へ変位する。このときの共振シート３２は、チャンバー空間３７内のガスを隙間３３ｅへ移動させるように圧縮し、合流チャンバー３１ｃ内の容積を増大させることにより、ガスは入気孔３１ａ及び合流ガイド孔３１ｂを持続的に通過して合流チャンバー３１ｃ内に合流する。上記図４Ｂから図４Ｄに示すガス輸送アクチュエータ３の動作手順を繰り返すことにより、ガス輸送アクチュエータ３は、ガスを連続的に高速流動させることができ、ガス輸送及び出力の操作を達成する。
【0020】
次に、図３Ａ、図３Ｂ及び図４Ａに示すように、第１絶縁シート３４、導電シート３５及び第２絶縁シート３６は、圧電アクチュエータ３３上に順に重ねて設けられる。導電シート３５の外縁から導電ピン３５１が突出し、内縁から屈曲状電極３５２が突出する。電極３５２は、圧電アクチュエータ３３の圧電素子３３ｄに電気的に接続される。導電シート３５の導電ピン３５１は、外部電流に接続されて圧電アクチュエータ３３の圧電素子３３ｄを駆動する。また、第１絶縁シート３４及び第２絶縁シート３６の設置により、短絡の発生を防止することができる。
【0021】
ガス検出装置１００の検出過程又は所定の時点において、ガス輸送アクチュエータ３の作動を駆動し、外部空気を入気口１２から導入し、ガス輸送アクチュエー３によりガスをガス流路２１に高速に吐出することで、微粒子センサー５の表面を清潔し、微粒子センサー５表面に付着された浮遊微粒子を取り除くことにより、微粒子センサー５の毎回の検出精度を維持する。上記の所定時点は、毎回の検出作業の前であってもよく、固定な時間間隔がある複数の所定時点（例えば、３分間ごとに１回の清潔を自動的に行う）であってもよい。また、使用者が手動で設定してもよいか、又はソフトウェアによりリアルタイム監視値に応じて計算して決定してもよいが、この限りではない。
【0022】
図５は、本発明のガス検出装置１００の別の好ましいい実施例の断面模式図である。本実施例におけるガス輸送アクチュエータは、別の形態の圧電送風ポンプである。図において、ガス輸送アクチュエータは符号８で表す。以下、ガス輸送アクチュエータ８で説明する。ガス輸送アクチュエータ８は、光機構２の収容溝２４に設けられる。図６及び図７Ａに示すように、ガス輸送アクチュエータ８は、順に積み重ねた噴気孔シート８１、室枠８２、アクチュエータ８３、絶縁枠８４及び導電性枠８５を含む。噴気孔シート８１は、複数の連結具８１ａ、懸吊シート８１ｂ及び中央開孔８１ｃを含む。懸吊シート８１ｂは、屈曲振動することができ、複数の連結具８１ａは、懸吊シート８１ｂの周縁に隣接する。本実施例において、連結具８１ａの数は４つであり、それぞれ懸吊シート８１ｂの四隅に隣接するが、この限りではない。中央開孔８１ｃは、懸吊シート８１ｂの中心位置に形成される。室枠８２は、懸吊シート８１ｂ上に重ねて設けられる。アクチュエータ８３は、室枠８２上に重ねて設けられ、圧電載置板８３ａ、調整共振板８３ｂ、圧電板８３ｃを含む。ここで、圧電載置板８３ａは、室枠８２上に重ねて設けられ、調整共振板８３ｂは、圧電載置板８３ａ上に重ねて設けられる。圧電板８３ｃは、調整共振板８３ｂに重ねて設けられ、電圧を印加されると変形して圧電載置板８３ａ及び調整共振板８３ｂを往復に屈曲振動させる。絶縁枠８４は、アクチュエータ８３の圧電載置板８３ａ上に重ねて設けられ、導電性枠８５は、絶縁枠８４上に重ねて設けられる。アクチュエータ８３、室枠８２及び該懸吊シート８１ｂの間に振動チャンバー８６が形成される。また、調整共振板８３ｂの厚さは、圧電載置板８３ａの厚さよりも大きい。
【0023】
さらに、ガス輸送アクチュエータ８は、４つの連結具８１ａを介してそれぞれ収容溝２４の側壁部２４ｂに接続され、収容溝２４の底面２４ａと間隔を置いて設けられる。これにより、懸吊シート８１ｂと収容溝２４の底面２４ａとの間に気流チャンバー８７が形成される。懸吊シート８１ｂ、複数の連結具８１ａ、収容溝２４及び側壁部２４ｂの間に複数の空隙８１ｄが形成される。また、圧電載置板８３ａは、第１導電ピン８３ｄをさらに有する。第１導電ピン８３ｄは、圧電載置板８３ａの周縁から外へ延伸して形成される。導電性枠８５は、第２導電ピン８５ａ及び電極部８５ｂを有する。第２導電ピン８５ａは、導電性枠８５の外周縁から外へ延伸して形成される。電極部８５ｂは、導電性枠８５の内周縁から内に延伸して形成される。これにより、ガス輸送アクチュエータ８の構造が順に積み重ねた後、電極部８５ｂは、圧電板８３ｃに電気的に接続され、第１導電ピン８３ｄと第２導電ピン８５ａは、駆動信号を受信した後にスムーズに回路を形成することができる。
【0024】
図７Ａ～図７Ｃを参照されたい。図７Ａに示すように、ガス輸送アクチュエータ８は、光機構２の収容溝２４に設けられ、噴気孔シート８１は収容溝２４の底面２４ａと間隔を置いて設けられ、両者の間に気流チャンバー８７が形成される。図７Ｂに示すように、アクチュエータ８３の圧電板８３ｃに駆動電圧を印加するときに、圧電板８３ｃは、圧電効果により変形し始め、調整共振板８３ｂ及び圧電載置板８３ａを同調して連動する。このとき、噴気孔シート８１は、ヘルムホルツ共鳴（Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）原理により連動されることで、アクチュエータ８３を上に移動させる。アクチュエータ８３が上に変位することにより、噴気孔シート８１と収容溝２４の底面２４ａとの間の気流チャンバー８７の容積が増大し、その内部の気圧に負圧が形成される。ガス輸送アクチュエータ８外のガスは、圧力勾配により噴気孔シート８１の支持フレーム８１ａと収容溝２４の側壁部２４ｂとの間の空隙８１ｄから気流チャンバー８７に入り集気する。最後に、図７Ｃに示すように、ガスが気流チャンバー８７内に持続的に入って、気流チャンバー８７内の気圧は正圧となり、このとき、アクチュエータ８３は、圧電駆動により下に移動して気流チャンバー８７の容積を圧縮しながら、気流チャンバー８７内のガスを押し付けることで、ガスはガス流路２１内に入る。微粒子センサー５は、ガスにおける浮遊微粒子の大きさ及び濃度を検出する。また、ガス輸送アクチュエータ８がチャンバー１１内のガスを持続的に吸引することにより、ハウジング１外のガスは、持続的にチャンバー１１に入って接続通路１４内に流入することができ、外部接続センサーモジュール６は、接続通路１４中のガスにおける特定のガス含有量を検出することができる。
【0025】
図１及び図８に示すように、ガス検出装置１００は、駆動部材７をさらに含む。駆動部材７は、電池モジュール７１を含み、電気エネルギーを貯蔵及び出力し、ガス輸送アクチュエータ３、レーザーモジュール４、微粒子センサー５及び外部接続センサーモジュール６を駆動するに必要な電気エネルギーを提供する。電池モジュール７１は、外部の電力供給装置２００に接続され、電力供給装置２００のエネルギーを受け取って貯蔵してもよい。電力供給装置２００は、有線伝送又は無線伝送によりエネルギーを電池モジュール７１に伝送することができるが、この限りではない。
【0026】
図１及び図８に示すように、駆動部材７は、通信モジュール７２及びプロセッサー７３をさらに含む。プロセッサー７３は、電池モジュール７１、通信モジュール７２、ガス輸送アクチュエータ３、レーザーモジュール４及び微粒子センサー５に電気的に接続され、ガス輸送アクチュエータ３、レーザーモジュール４、微粒子センサー５を駆動する。外部接続センサーモジュール６は、該接続通路１４に接続して組み立てられ、プロセッサー７３に電気的かつ通信的に接続される。これにより、微粒子センサー５及び外部接続センサーモジュール６のセンサーが測定した結果は、プロセッサー７３により分析、計算、記憶され、監視値に変換されることができる。プロセッサー７３がガス輸送アクチュエータ３を起動するときに、ガス輸送アクチュエータ３は、ガスを吸引し始める。ガスは、ガス流路２１に入り、ガス流路２１においてレーザーモジュール４からビーム通路２２に発したビールに照射される。このように、微粒子センサー５は、ガス流路２１における浮遊微粒子が照射により散乱した光点を受信し、検出結果をプロセッサー７３に伝送する。プロセッサー７３は、検出結果に基づいて空気中の浮遊微粒子の大きさ及び濃度を計算し、分析して監視値を生成して記憶する。プロセッサー７３に記憶された監視値は、通信モジュール７２を介して外部接続装置３００に送信される。外部接続装置３００は、クラウドシステム、ポータブルデバイス、コンピュータシステム、表示装置等のうちの１つであってもよく、監視値の表示及び警報の通知に用いられる。
【0027】
また、プロセッサー７３がガス輸送アクチュエータ３を起動するときに、ガス輸送アクチュエータ３は、チャンバー１１内のガスをガス流路２１内に輸送してチャンバー１１を負圧状態にし、入気口１２からハウジング１外部のガスを吸引し始める。このとき、チャンバー１１内に入ったガスは、接続通路１４に拡散し、接続通路１４内の外部接続センサーモジュール６におけるセンサーは、接続通路１４内のガスを検出し始め、検出結果をプロセッサー７３に送信し、プロセッサー７３は、検出結果に基づいてガスに含まれる特定のガスの濃度を計算し、分析して監視値を生成して記憶する。プロセッサー７３に記憶された監視値は、通信モジュール７２を介して外部接続装置３００に送信される。
【0028】
また、上述した通信モジュール７２は、有線通信伝送又は無線通信伝送により外部接続装置３００に伝送することができる。有線通信伝送方式は、例えば、ＵＳＢモジュール、ｍｉｎｉ－ＵＳＢモジュール、ｍｉｃｒｏ－ＵＳＢモジュール等のうちの１つであり、無線通信伝送方式は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉモジュール、ブルートゥース(登録商標)モジュール、無線周波数識別モジュール、近距離無線通信モジュール等のうちの１つである。
【0029】
上述した通り、本発明の提供するガス検出装置は、チャンバー内のガスをガス流路内に導入するガス輸送アクチュエータを有する。微粒子センサーは、レーザーモジュールからのビームの照射により浮遊微粒子による発生した投影光点を受信し、空気中の浮遊微粒子の大きさ及び濃度を計算する。また、ガス輸送アクチュエータがガスをチャンバーからガス流路に持続的に輸送することにより、チャンバーが常に負圧状態にあり、ハウジング外のガスは、持続的に入気口を経てチャンバー内に入り、さらにチャンバーに連通する接続通路に拡散する。これにより、接続通路内の外部接続センサーモジュールにおけるセンサーは、空気中の特定のガス含有量を検出することができる。上記外部接続センサーモジュールが接続通路内に取り外し可能に組み立てられることで、使用者は、必要に応じてガスセンサーを容易に交換することができ、また、センサーに故障があるときにも、容易に交換することができるため、修理のために工場に戻したり、新しいガス検出装置を買ったりする必要がない。
【0030】
当業者であれば、本発明の範囲内で変更や修正を加えることができ、いずれも特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0031】
１００：ガス検出装置
１：ハウジング
１１：チャンバー
１２：入気口
１３：排気口
１４：接続通路
２：光機構
２１：ガス流路
２２：ビーム通路
２３：光源配置溝
２４：収容溝
２４ａ：底面
２４ｂ：側壁部
３：ガス輸送アクチュエータ
３１：入気板
３１ａ：入気孔
３１ｂ：合流ガイド孔
３１ｃ：合流チャンバー
３２：共振シート
３２ａ：中央孔
３２ｂ：可動部
３３：圧電アクチュエータ
３３ａ：懸吊板
３３ｂ：外枠
３３ｃ：支持フレーム
３３ｄ：圧電素子
３３ｅ：隙間
３３ｆ：凸部
３４：第１絶縁シート
３５：導電シート
３５１：導電ピン
３５２：電極
３６：第２絶縁シート
３７：チャンバー空間
４：レーザーモジュール
５：微粒子センサー
６：外部接続センサーモジュール
７：駆動部材
７１：電池モジュール
７２：通信モジュール
７３：プロセッサー
８：ガス輸送アクチュエータ
８１：噴気孔シート
８１ａ：連結具
８１ｂ：懸吊シート
８１ｃ：中央開孔
８１ｄ：空隙
８２：室枠
８３：アクチュエータ
８３ａ：圧電載置板
８３ｂ：調整共振板
８３ｃ：圧電板
８３ｄ：第１導電ピン
８４：絶縁枠
８５：導電性枠
８５ａ：第２導電ピン
８５ｂ：電極部
８６：振動チャンバー
８７：気流チャンバー
２００：電力供給装置
３００：外部接続装置
１：ハウジング
１１：チャンバー
１２：入気口
１３：排気口
１４：接続通路
２：光機構
２１：ガス流路
２２：ビーム通路
２３：光源配置溝
２４：収容溝
２４ａ：底面
２４ｂ：側壁部
３：ガス輸送アクチュエータ
３１：入気板
３１ａ：入気孔
３１ｂ：合流ガイド孔
３１ｃ：合流チャンバー
３２：共振シート
３２ａ：中央孔
３２ｂ：可動部
３３：圧電アクチュエータ
３３ａ：懸吊板
３３ｂ：外枠
３３ｃ：支持フレーム
３３ｄ：圧電素子
３３ｅ：隙間
３３ｆ：凸部
３４：第１絶縁シート
３５：導電シート
３５１：導電ピン
３５２：電極
３６：第２絶縁シート
３７：チャンバー空間
４：レーザーモジュール
５：微粒子センサー
６：外部接続センサーモジュール
７：駆動部材
７１：電池モジュール
７２：通信モジュール
７３：プロセッサー
８：ガス輸送アクチュエータ
８１：噴気孔シート
８１ａ：連結具
８１ｂ：懸吊シート
８１ｃ：中央開孔
８１ｄ：空隙
８２：室枠
８３：アクチュエータ
８３ａ：圧電載置板
８３ｂ：調整共振板
８３ｃ：圧電板
８３ｄ：第１導電ピン
８４：絶縁枠
８５：導電性枠
８５ａ：第２導電ピン
８５ｂ：電極部
８６：振動チャンバー
８７：気流チャンバー
２００：電力供給装置
３００：外部接続装置
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
