CN102570898A - 压电致动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电致动器。所述压电致动器包括：压电元件，其通过根据外部施加的电力进行反复拉伸和恢复而被线性驱动来产生振动；支撑件，其接触该压电元件以支撑该压电元件；以及振动控制件，其附设在所述压电元件以及所述支撑件的一个表面上。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年12月17日提交的韩国专利申请No.10-2010-0130307的权益，其全部内容通过引用并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种压电致动器。
背景技术
已经使用了各种方法来允许用户更容易和方便地执行与计算机或程序的通信。用于应用一种类型的触觉界面的技术，触觉模块已被使用。
触觉指的是“有触觉的感觉”，它是一种将用户的直觉体验反映到界面的概念而不是输入技术，例如触摸，并且允许更多样的反馈。UI成为亮点的原因是在电子设备市场中硬件争用(hardware contention)已经达到饱和状态。
因此，触觉模块可被认为是满足消费者需求的一种解决办法。
一般地，触觉模块使用采用压电效应的压电致动器，以产生振动。
压电致动器通过反馈向用户传递振动。根据现有技术，为了向用户传递振动，压电致动器产生振动的起动时间大约是9ms，并且在传递反馈之后，振动减弱的下降时间(falling time)大约是13.4ms。
如上所述，根据现有技术的压电致动器在向用户传递即时响应方面具有问题。
另外，用户在压电致动器的响应起动时间和下降时间期间感觉到弱振动，这样他/她不能体验到愉快的界面环境。
发明内容
本发明致力于提供一种具有改进的即时响应特征的压电致动器，以便通过直接向移动通信终端或便携式终端的触摸屏提供振动而不是利用通过使用振动电机来使整个移动通信终端或便携式终端振动的方式，来使用户感觉到根据电子设备的操作的振动被直接反馈。
根据本发明的一种优选实施方式，提供了一种压电致动器，包括：压电元件，用于通过根据外部施加的电力进行反复拉伸和恢复而被线性驱动来产生振动；支撑件，用于接触该压电元件以便支撑该压电元件；以及振动控制件，该振动控制件附设到所述压电元件和所述支撑件的一个表面上。
所述压电致动器可进一步包括外壳(case)，该外壳用于容纳压电元件、支撑件以及振动控制件。
所述振动控制件可附设到所述压电元件的顶部以及所述支撑件的底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述外壳的顶部以及底部。
所述振动控制件可附设到所述外壳的内顶部以及内底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述压电元件的顶部以及所述支撑件的底部。
所述振动控制件可附设到所述外壳的内顶部以及所述支撑件的底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述压电元件的顶部以及所述外壳的内底部。
所述振动控制件可附设到所述压电元件的顶部以及所述外壳的内底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述外壳的内顶部以及所述支撑件的底部。
所述支撑件可由弹性材料制成，以根据所述压电元件的反复拉伸和恢复来与所述压电元件一起被改变，从而被线性驱动。
所述支撑件可由不锈钢(Sus)或因瓦合金(Invar)材料制成。
所述外壳可进一步包括耦合突出部，该耦合突出部形成在所述外壳的内底部上，并将所述支撑件与所述外壳相耦合以向外面传递压电元件的振动。
所述振动控制件可由微细胞聚合物(Poron)材料制成，以减少接触所述压电元件、所述支撑件、以及所述外壳的顶部和底部时的振动和噪声。
附图说明
图1是根据本发明第一优选实施方式的压电致动器的剖视图；
图2是根据本发明第二优选实施方式的压电致动器的剖视图；
图3是根据本发明第三优选实施方式的压电致动器的剖视图；
图4是根据本发明第四优选实施方式的压电致动器的剖视图；
图5示出了根据本发明第一优选实施方式的压电致动器的频率的图示；
图6示出了由根据本发明第一优选实施方式的压电致动器的反应生成振动时的起动时间的图示；以及
图7示出了由根据本发明第一优选实施方式的压电致动器的反应减弱振动时的下降时间的图示。
具体实施方式
通过下列结合附图的详细说明，将对本发明的以上及其他目的、特征和优点有更加清楚的理解。在说明书中，在向整个附图的组件添加参考标记时，需要注意的是，类似的参考标记指代类似的组件，即使各组件显示于不同的附图中。说明书中使用的措辞“第一”、“第二”等可用来描述各种部件，但这些部件不应被解释为受限于这些措辞。这些措辞仅用于将一个元件与其他元件进行区分。进一步地，对本发明进行说明时，会省略对相关的已知功能或配置的详细说明，以便不模糊本发明的主题。进一步地，当认定对与本发明相关的公知技术的详细说明会模糊本发明的主旨时，这样的详细说明将被省略。
下文中，将参考附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。
图1是根据本发明第一优选实施方式的压电致动器100的剖视图。如图1所示，该压电致动器100被配置为包括压电元件111、支撑件112、振动控制件121和122以及外壳130。
更详细地，所述压电致动器100被配置为包括压电元件111以及支撑件112，该压电元件111通过根据外部施加的电力进行反复拉伸和恢复而被线性驱动来产生振动，该支撑件112接触所述压电元件111以便支撑该压电元件111。
此外，通过反复拉伸和恢复所述压电元件111来线性驱动所述支撑件112，这样支撑件112可由弹性材料制成以便与压电元件111一起被改变。
因此，所述支撑件112可由各种材料制成，而本发明中可由不锈钢或因瓦合金制成。
如图1所示，所述外壳130中形成空间，以便包含所述压电致动器100。
此外，所述外壳130的内底部132提供有耦合突出部133，该耦合突出部133能使所述支撑件112与所述外壳130相耦合并将压电元件111的振动传送给接触所述压电致动器100的外围部件。
如图1所示，所述振动控制件121和122附设于所述压电元件111的顶部以及所述支撑件112的底部，以便限制所述压电元件111的驱动位移。
更详细地，根据本发明第一优选实施方式的振动控制件121附设于所述压电元件111的顶部，并且所述振动控制件122附设于支撑件112的底部。
因此，根据外部施加的电力而反复拉伸和恢复的压电元件111接触所述外壳130的内顶部131以及内底部132，从而限制压电元件111的驱动位移。
图5是示出了根据本发明第一优选实施方式的压电致动器的频率的图示，其中虚线示出了根据现有技术的压电致动器的频率，实线示出了根据本发明的压电致动器的频率。
如图5所示，根据现有技术的压电致动器在250Hz的共振带中具有600μm到650μm的位移。
另一方面，包括振动控制件121和122的压电致动器100在250Hz的共振带中具有大约300μm到350μm的位移。
进一步地，图5示出了即使在±50Hz的频带中，根据本发明的压电致动器100的位移仍然低于根据现有技术的压电致动器的位移。
因此，根据本发明的压电致动器100的位移小，从而可快速地产生振动，这样其就可以快速地向用户传送反馈。
由于振动也很快地减弱，所以弱振动不向用户传送。
下面的表1示出了在根据本发明第一优选实施方式的压电致动器100的支撑件112由不锈钢制成的情况下，通过反复实验得出的在压电致动器100中产生振动时的起动时间(ms，毫秒)以及振动减弱时的下降时间(ms)的数据。
表1
如上面表1的描述，在根据本发明的压电致动器100中产生振动时的起动时间最多用了4ms，最少用了3.8ms，平均用了3.98ms。
因此，与在根据现有技术的压电致动器中产生振动时的9ms的起动时间相比，根据本发明的压电致动器100产生振动快了约5ms。
因此，根据本发明的压电致动器100可快速地向用户传递振动，这样用户能够立刻感觉到反馈。
如上面表1的描述，在根据本发明的压电致动器100中，在向用户传递振动后，振动减弱时的下降时间最多用了7.2ms，最少用了6.8ms，平均用了6.9ms。
因此，与在根据现有技术的压电致动器中产生振动时的13.4ms的下降时间相比，根据本发明的压电致动器100振动减弱快了约6.5ms。
因此，用户不会感觉到根据本发明的压电致动器100的弱振动，从而可提供愉快且即时的反馈。
下面的表2示出了在根据本发明第一优选实施方式的压电致动器100的支撑件112由因瓦合金制成的情况下，通过反复实验得出的在压电致动器100中产生振动时的起动时间(ms)以及振动减弱时的下降时间(ms)的数据。
表2
如上面表2的描述，在根据本发明的压电致动器100中产生振动时的起动时间最多用了4ms，最少用了3.8ms，平均用了3.96ms。
因此，与在根据现有技术的压电致动器中产生振动时的9ms的起动时间相比，根据本发明的压电致动器100产生振动快了约5ms。
因此，根据本发明的压电致动器100可快速地向用户传递振动，这样用户能够立刻感觉到反馈。
如上面表2的描述，在根据本发明的压电致动器100中，在向用户传递振动后，振动减弱时的下降时间最多用了7.2ms，最少用了6.8ms，平均用了7ms。
因此，与根据现有技术的压电致动器的13.4ms的下降时间相比，根据本发明的压电致动器100振动减弱快了约6.4ms。
因此，用户不会感觉到根据本发明的压电致动器100的弱振动，从而可提供愉快且立即的反馈。
此外，根据本发明第一优选实施方式的支撑件112的材料不限于不锈钢或因瓦合金。因此，可使用支撑所述压电元件111并具有弹力、能够通过反复拉伸和恢复压电元件111来与压电元件111一同变化而被线性驱动的任何材料。
图6示出了由根据本发明第一优选实施方式的压电致动器的反应产生振动时的起动时间的图示。
更详细地，图6示出了通过外部施加电力时，从压电元件111作出反应的开始点S到形成50％(a/2)的完整波形a的时刻A的时间的图示。如图6所示，直到形成50％的完整波形a的波形a/2被形成以便向用户传递振动为止，根据本发明优选实施方式的压电致动器100用了大约4ms。
因此，通过向用户快速传递振动，用户能够立刻感觉到反馈。
图7示出了由根据本发明第一示例性实施方式的压电致动器的反应减弱振动时的下降时间的图示。
更详细地，图7示出了通过中断外部施加的电力来停止压电元件111的反应时，完整波形a结束的结束点E到完整波形减小到50％(a/2)的时刻B的时间的图示。
如图7所示，根据本发明优选实施方式的压电致动器100在向用户传递振动后，到形成波形a/2(减小到完整波形a的50％)为止用了7ms。
因此，通过快速减弱振动，用户不会感觉到弱振动，从而可提供愉快且迅速的反馈。
图2是根据本发明第二示例性实施方式的压电致动器200的剖视图。如图2所示，所述压电致动器200被配置为包括压电元件211、支撑件212、振动控制件221和222以及外壳230。
压电致动器200的配置与本发明的第一示例性实施方式相同，因此略去对其技术特征的描述。
如图2所示，振动控制件221和222附设到压电致动器200内部，以便限制压电元件211的驱动位移。
更详细地，根据本发明第二示例性实施方式的振动控制件221附设到外壳230的内顶部231并且振动控制件222附设到外壳230的内底部232。
因此，根据外部施加的电力进行反复拉伸和恢复的压电元件211接触附设到顶部231上的振动控制件221。
此外，支撑件212接触附设到底部232上的振动控制件222，从而对压电元件211的驱动位移进行限制。
图3是根据本发明第三示例性实施方式的压电致动器300的剖视图。如图3所示，所述压电致动器300被配置为包括压电元件311、支撑件312、振动控制件321和322以及外壳330。
压电致动器300的配置与本发明的第一示例性实施方式相同，因此略去对其技术特征的描述。
如图3所示，振动控制件321和322附设到压电致动器300内部，以便限制压电元件311的驱动位移。
更详细地，根据本发明第三示例性实施方式的振动控制件321附设到外壳330的内顶部331并且振动控制件322附设到支撑件312的底部。
因此，根据外部施加的电力而反复拉伸和恢复的压电元件311接触附设到顶部331上的振动控制件321。
此外，附设到支撑件312的底部的振动控制件322接触外壳330的内底部332，从而对压电元件311的驱动位移进行限制。
图4是根据本发明第四示例性实施方式的压电致动器400的剖视图。如图4所示，所述压电致动器400被配置为包括压电元件411、支撑件412、振动控制件421和422以及外壳430。
压电致动器400的配置与本发明的第一示例性实施方式相同，因此略去对其技术特征的描述。
如图4所示，振动控制件421和422附设到压电致动器400内部，以便限制压电元件411的驱动位移。
更详细地，根据本发明第四示例性实施方式的振动控制件421附设到压电元件411的顶部并且振动控制件422附设到外壳430的内底部432。
因此，附设到根据外部施加的电力而反复拉伸和恢复的压电元件411上的振动控制件421接触外壳430的内顶部431。
此外，支撑件412接触外壳430的内底部432，从而对压电元件411的驱动位移进行限制。
如上所述，本发明的优选实施方式能够提供压电致动器，该压电致动器具有对包括在其中的压电元件的移动位移进行限制的振动控制件，并且向用户快速传递振动，由此用户能够感觉到即时的反馈。
进一步地，根据本发明优选实施方式的压电致动器能够提供愉快且即时的反馈，这样在振动减弱时用户不会感觉到弱振动。
尽管出于解释说明的目的公开了本发明的实施方式，但是应当意识到，根据本发明的压电致动器不限于此，并且本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，能够进行各种修改、增加以及替代。
因此，任何或所有的修改、变换互等同排列应被理解为位于本发明的范围内，并且本发明的详细范围将由所附权利要求公开。
Claims (10)
1.一种压电致动器，该压电致动器包括：
压电元件，该压电元件通过根据外部施加的电力进行反复拉伸和恢复而被线性驱动来产生振动；
支撑件，该支撑件接触所述压电元件以支撑所述压电元件；以及
振动控制件，该振动控制件附设在所述压电元件以及所述支撑件的一个表面上。
2.根据权利要求1所述的压电致动器，该压电致动器进一步包括外壳，该外壳容纳所述压电元件、所述支撑件以及所述振动控制件。
3.根据权利要求2所述的压电致动器，其中所述振动控制件附设到所述压电元件的顶部以及所述支撑件的底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述外壳的内顶部以及内底部。
4.根据权利要求2所述的压电致动器，其中所述振动控制件附设到所述外壳的内顶部以及内底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述压电元件的顶部以及所述支撑件的底部。
5.根据权利要求2所述的压电致动器，其中所述振动控制件附设到所述外壳的内顶部以及所述支撑件的底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述压电元件的顶部以及所述外壳的内底部。
6.根据权利要求2所述的压电致动器，其中所述振动控制件附设到所述压电元件的顶部以及所述外壳的内底部，以通过根据所述压电元件的拉伸和恢复的驱动来接触所述外壳的内顶部以及所述支撑件的底部。
7.根据权利要求1所述的压电致动器，其中所述支撑件由弹性材料制成，以根据所述压电元件的反复拉伸和恢复来与所述压电元件一同被改变而被线性驱动。
8.根据权利要求7所述的压电致动器，其中所述支撑件由不锈钢或因瓦合金材料制成。
9.根据权利要求2所述的压电致动器，其中所述外壳进一步包括耦合突出部，该耦合突出部形成在所述外壳的内底部上，并且用于将所述支撑件与所述外壳相耦合以向外面传递所述压电元件的振动。
10.根据权利要求3-6中任一项权利要求所述的压电致动器，其中所述振动控制件由微细胞聚合物材料制成，以减少接触所述压电元件、所述支撑件、以及所述外壳的顶部和底部时的振动和噪声。
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