TW202333396A - 壓電結構 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種壓電結構，包含一剛性材料層，該剛性材料層包含有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面，一第一膠層與一第二膠層，分別連接於於該剛性材料層的該第一表面以及該第二表面，一第一壓電陶瓷片與一第二壓電陶瓷片，分別連接該第一膠層與該第二膠層，以及一第三膠層，連接於該第一壓電陶瓷片相對於該第一膠層的一另一表面。
Description
本發明係有關於一種壓電結構，更進一步關於一種具有雙層壓電陶瓷所組成的壓電結構，具有容易製作、提高震感的功效。
壓電結構經常使用在各種工業領域中，例如製作成超音波傳感器或是製作成觸控板的反饋裝置，都是業界的發展與研究目標。其中利用壓電裝置來製作筆記型電腦或是手持裝置的觸控板時，壓電裝置的震感(即施加電壓之後壓電裝置產生的震動幅度大小)將會直接影響使用者的體驗感受。
一般來說，在施加相同電壓的條件下，生產方希望所製成的壓電裝置的震感愈高愈好，如此一來可以提供較佳的使用體驗感，或是在一些不需要高震感的裝置下也可以降低電壓需求，對於節省電力還有提高產品可靠度都有幫助。
目前的筆記型電腦的觸控板多使用單層壓電結構作為震感回饋裝置，也就是一層金屬板與單層壓電陶瓷的組合結構。然而單層壓電結構的震感有限，震動時較容易產生噪音，且需求的施加電壓較高，因此仍有改進空間。
本發明提供一種壓電結構，包含一剛性材料層，該剛性材料層包含有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面，一第一膠層與一第二膠層，分別連接於於該剛性材料層的該第一表面以及該第二表面，一第一壓電陶瓷片與一第二壓電陶瓷片，分別連接該第一膠層與該第二膠層，以及一第三膠層，連接於該第一壓電陶瓷片相對於該第一膠層的一另一表面。
本發明另提供一種壓電結構，包含一剛性材料層，該剛性材料層包含有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面，一第一膠層與一第二膠層，分別連接於於該剛性材料層的該第一表面以及該第二表面，一第一壓電陶瓷片與一第二壓電陶瓷片，分別連接該第一膠層與該第二膠層，一第一固定塊，連接於該第一壓電陶瓷片相對於該第一膠層的一另一表面的一末端區域，以及一第二固定塊，連接於該第二壓電陶瓷片相對於該第二膠層的一另一表面的一末端區域。
本發明的特徵在於，提供一種雙層的壓電結構，其中包含有兩層壓電陶瓷層，分別藉由兩層膠層來黏貼於剛性材料層(例如金屬片)的兩面。在一些實施例中，還可以在膠層之中添加摻雜物、金屬網或是編織層等結構。此外在另一些實施例中還可以將壓電結構的單邊與固定塊結合而製作成懸臂式壓電結構，以進一步提高震感。根據實驗結果，本發明提供的雙層壓電結構比起習知的單層的壓電結構可以明顯提高震感同時降低噪音，且需求電壓也較低，因此相對於先前技術具有明顯的改善。
在下文的本發明細節描述中，元件符號會標示在隨附的圖示中成為其中的一部份，並且以可實行該實施例之特例描述方式來表示。這類的實施例會說明足夠的細節俾使該領域之一般技藝人士得以具以實施。為了圖例清楚之故，圖示中可能有部分元件的尺寸會加以誇大。閱者須瞭解到本發明中亦可利用其他的實施例或是在不悖離所述實施例的前提下，作出結構性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文之細節描述不可被視為是一種限定，反之，其中所包含的實施例將由隨附的申請專利範圍來加以界定。
為了方便說明，本發明之各圖式僅為示意以更容易了解本發明，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整。在文中所描述對於圖形中相對元件之上下關係，在本領域之人皆應能理解其係指物件之相對位置而言，因此皆可以翻轉而呈現相同之構件，此皆應同屬本說明書所揭露之範圍，在此容先敘明。
請參考第1圖，第1圖繪示根據本發明第一較佳實施例所示的壓電結構示意圖。首先，本發明的第一實施例的壓電結構1具有以下結構: 一剛性材料層10，剛性材料層10包含有一第一表面10A以及相對於第一表面10A的一第二表面10B，一第一膠層12與一第二膠層22，分別連接於於剛性材料層10的第一表面10A以及第二表面10B，一第一壓電陶瓷片14與一第二壓電陶瓷片24，分別連接第一膠層12與第二膠層22，以及一第三膠層32，連接於第一壓電陶瓷片14相對於第一膠層12的一另一表面。
具體而言，上述各材料層均具有一第一表面以及相對於第一表面的第二表面，例如本發明的剛性材料層10包含有一第一表面10A以及相對於第一表面10A的一第二表面10B；第一膠層12具有第一表面12A與第二表面12B；第二膠層22具有第一表面22A與第二表面22B；第三膠層32具有第一表面32A與第二表面32B；第一壓電陶瓷片14具有第一表面14A與第二表面14B；第二壓電陶瓷片24具有第一表面24A與第二表面24B。其中，剛性材料層10的第一表面10A接觸第一膠層12的第二表面12B，剛性材料層10的第二表面10B接觸第二膠層12的第一表面22A，第一膠層12的第一表面12A接觸第一壓電陶瓷片14的第二表面14B，第二膠層22的第二表面22B接觸第二壓電陶瓷片24的第一表面24A，第一壓電陶瓷片14的第一表面24A接觸第三膠層32的第二表面32B。
上述的剛性材料層10例如包含有玻璃纖維板、碳纖板、金屬片或工程塑膠，第一膠層12、第二膠層22與第三膠層32可以是環氧樹脂、壓克力膠、PU膠、矽膠等各類膠材，其中第一膠層12與第二膠層22的硬度介於邵氏(shore)D硬度20HD至邵氏D硬度95HD之間，第三膠層32的硬度介於邵氏(shore)A硬度20HA至邵氏D硬度65HD之間，但不限於此。第一壓電陶瓷片14以及第二壓電陶瓷片24材質例如為包含鈦酸鋇(BaTiO
3)、鈦酸鉛(PbTiO
3)和鋯鈦酸鉛(Pb(ZrTi)O
3, PZT)的化合物，但不限於此。此外，還可以選擇性地提供一訊號產生器30，經由導線W分別電性連接第一壓電陶瓷片14以及第二壓電陶瓷片24，訊號產生器30提供交流電至第一壓電陶瓷片14以及第二壓電陶瓷片24，使第一壓電陶瓷片14以及第二壓電陶瓷片24產生震動。值得注意的是，在一些其他實施例中，也可以提供一電壓偵測器並且連接第一壓電陶瓷片14以及第二壓電陶瓷片。
除此之外，還包含有一待震物18，連接第三膠層32。具體而言待震物的作用可以是讓使用者觸碰待震物之後產生震動，經由壓電結構1產生電信號，並且由上述的電壓偵測器來判定觸控位置，並且可以同時允許壓電結構1產生震動反饋至使用者。實際應用例如筆記型電腦或是手機等電子裝置的觸覺回饋接觸面等，但不限於此。或是反過來由訊號產生器30提供壓電結構1震動，並且反應至待震物18使其產生震動，實際應用例如為超音波傳感器等，但不限於此。
值得注意的是，本實施例中的壓電結構1之中的各材料層彼此之間以膠層(第一膠層12、第二膠層22與第三膠層32)相互黏接，而不需要再提供夾持結構等將其固定，也不需要將壓電結構1的一端固定於牆上。具體而言，壓電結構1包含有多個邊界E，且各邊界E均不與一夾持結構或一壁狀結構連接。如此一來具有結構簡單容易製作的優點。
另外，本實施例中，第一膠層12、第一壓電陶瓷片14、第二膠層22與第二壓電陶瓷片24的面積相等。但在本發明的其他實施例中，膠層與壓電陶瓷片的面積可以不相等，也就是說壓電陶瓷片可以不需要整面黏滿膠層。較佳而言，第一膠層12與第一壓電陶瓷片14的面積比值在0.2以上，但不限於此。
本發明第一實施例的壓電結構1具有雙層的壓電陶瓷片，在同樣大小的交流電實驗下，其震動的幅度均明顯大於習知技術中的單層壓電結構(即只有單層壓電陶瓷所組成的壓電結構)。根據申請人的實驗結果，針對震動中的壓電結構的不同位置進行震感量測，紀錄其不同振動頻率下的加速度(G)變化，可以發現本實施例中具有雙層的壓電陶瓷片的壓電結構1，其震感相較於習知技術中的單層壓電結構，提升了大約40%。另外經實驗結果發現，壓電震感的傳遞距離也有效提升約2倍以上，同時產生的噪音也降低。再加上本發明的壓電結構1具有結構簡單且容易製作的優點，因此相較於先前技術具有明顯的效能提升。
第2圖繪示根據本發明第二較佳實施例所示的壓電結構示意圖，在本發明的第二實施例中，可以選擇性在第一膠層12、第二膠層22或是第三膠層32之內增加摻雜粒子、編織層或是金屬網等結構，以進一步提高震感的傳遞效果。其中第2圖的實施例中，壓電結構2的多數結構與第一實施例中的壓電結構1相似，差別在於在壓電結構2之中的第一膠層12內以及第二膠層22內分別還包含有編織層13以及編織層23。其中編織層13或編織層23包含有布、紡紗材料、高分子塑膠膜、紙或金屬網等。加入編織層13或編織層23的作用在於提高膠層的整體硬度，使得壓電結構的震感傳遞的效果更加明顯，且可以提高震感的傳遞距離。值得注意的是，本實施例中選擇將編織層加入在第一膠層12與第二膠層22為例，但本發明不限於此，編織層可以任意地選擇性加入在第一膠層12、第二膠層22或第三膠層32之內，本實施例所示的結構僅為本發明其中一種實施態樣。另外如果上述編織層為金屬網的話，金屬網的密度也會影響到震感與傳遞距離提升的幅度，也就是說使用者可以依照實際需求來以調整震感，達到更細膩的調整。
除了編織層之外，還可以選擇性在第一膠層12、第二膠層22或第三膠層32之內加入摻雜物，摻雜物可包含有氧化鋁粉末、二氧化矽粉末或陶瓷粉末。加入摻雜物的目的與上述加入編織層類似，同樣可以提高膠層的強韌性，達到提升震感與傳遞距離的功效。同樣值得注意的是，摻雜物可以任意地選擇性加入在第一膠層12、第二膠層22或第三膠層32之內，本發明不限於此。
在本發明的另一實施例中，可以將壓電結構製作成懸臂式的壓電結構，以進一步增加震感。第3圖繪示根據本發明第三較佳實施例所示的壓電結構示意圖，如第3圖所示，本實施例中的壓電結構3包含有與第一實施例相同的剛性材料層10、第一膠層12、第二膠層22、第一壓電陶瓷片14、第二壓電陶瓷片24以及待震物18，因此這些元件的材料或特徵就不再重複贅述。本實施例與第一實施例的主要不同之處在於，在第一壓電陶瓷片14與待震物18之間更包含有一第一固定塊40，且第二壓電陶瓷片24的第二表面24B也包含有一第二固定塊42。第一固定塊40包含有一第一表面40A與一第二表面40B，其中第一表面接觸待震物18，第二表面40B接觸第一壓電陶瓷片14的第一表面14A。另外，第一固定塊40與第二固定塊42的面積小於第一壓電陶瓷片14或第二壓電陶瓷片24的面積。第一固定塊40位於第一壓電陶瓷片14的一末端區域、第二固定塊42位於第二壓電陶瓷片24的一末端區域，這裡所述的末端區域大約是從第一壓電陶瓷片14的邊界到整體長度25%~40%的區域，但不限於此，實際上末端區域的長度可以依照需求而調整。此外，本實施例中可以選擇性以膠黏或是其他固定方式(例如螺絲)將第一固定塊40固定在待震物18上，若選擇以膠黏的方式固定，在第一固定塊40與待震物18之間就可以再包含有一膠層(材質可以類似本發明的第一膠層、第二膠層或第三膠層)，而若選擇以其他方式固定則不需要形成膠層。以上變化均屬於本發明的涵蓋範圍。
將壓電結構3的一端固定在待震物18上，另一端則保持懸空，如此可以形成一懸臂式的壓電結構。當壓電結構震動時，因為僅有單端產生震動而另一端被固定，因此震動的效果與傳遞的距離均會被懸臂效應而放大。
另外在本實施例中，第一固定塊40與第二固定塊42屬於兩個分開的結構，但在本發明的其他實施例中，第一固定塊40與第二固定塊42可以相互接觸而組成一個較大的固定塊，或是由一個一體成形的單一固定塊來取代第一固定塊40與第二固定塊42，實際製作方法可以利用例如射出成型等方法製作一類似“C”型的固定塊來夾持壓電結構。這種變化形態也屬於本發明的涵蓋範圍。
值得注意的是，本實施例的特徵也可以與其他實施例結合，例如可以將本實施例中的懸臂結構與第二實施例所述的摻雜物、編織層或金屬網等結構相互結合，也屬於本發明的涵蓋範圍內。
綜合以上說明書與圖式，本發明提供一種壓電結構，包含一剛性材料層10，剛性材料層10包含有一第一表面10A以及相對於第一表面10A的一第二表面10B，一第一膠層12與一第二膠層22，分別連接於於剛性材料層10的第一表面10A以及第二表面10B，一第一壓電陶瓷片14與一第二壓電陶瓷片24，分別連接第一膠層12與第二膠層22，以及一第三膠層32，連接於第一壓電陶瓷片14相對於第一膠層12的一另一表面(即第一表面14A)。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一膠層12、第二膠層22與第三膠層32的其中至少之一可包含有一編織層(13或23)位於其中。
在本發明的其中一些實施例中，其中編織層包含有布、紡紗材料、高分子塑膠膜、紙或金屬網。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一膠層12、第二膠層22或是第三膠層32的其中至少一者包含有摻雜物位於其中。
在本發明的其中一些實施例中，其中摻雜物可包含有氧化鋁粉末、二氧化矽粉末或陶瓷粉末。
在本發明的其中一些實施例中，其中剛性材料層10包含玻璃纖維板、碳纖板、金屬片或工程塑膠。
在本發明的其中一些實施例中，其中壓電結構包含有多個邊界E，且各邊界均不與一夾持結構或一壁狀結構連接。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一膠層12與第二膠層22的硬度介於邵氏(shore)D硬度20HD至邵氏D硬度95HD。
在本發明的其中一些實施例中，其中第三膠層32的硬度介於邵氏(shore)A硬度20HA至邵氏D硬度65HD。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一膠層12與第一壓電陶瓷片14的面積比值在0.2以上(較佳在0.7以上)。
在本發明的其中一些實施例中，其中第三膠層32相對於第一壓電陶瓷片14的一另一表面(即第一表面32A)更連接一待震物18。
在本發明的其中一些實施例中，其中待震物18包含一觸覺回饋接觸面。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一壓電陶瓷片14、第二壓電陶瓷片24、剛性材料層10、第一膠層12與第二膠層22共同組成一多層壓電陶瓷結構，其中第一壓電陶瓷片14、第二壓電陶瓷片24與剛性材料層10作為多層壓電陶瓷結構中的壓電陶瓷片，且第一膠層12與第二膠層22作為多層壓電陶瓷結構中的內電極，或第一壓電陶瓷片14、第二壓電陶瓷片24單獨為多層壓電陶瓷。
在本發明的其中一些實施例中，更包含有複數條導線W連接第一壓電陶瓷片14與第二壓電陶瓷片24，以及包含一訊號產生器30連接些導線W，訊號產生器30提供一電壓訊號至第一壓電陶瓷片14與第二壓電陶瓷片24。
本發明另提供一種壓電結構，包含一剛性材料層10，剛性材料層10包含有一第一表面10A以及相對於第一表面10A的一第二表面10B，一第一膠層12與一第二膠層22，分別連接於於剛性材料層10的第一表面10A以及第二表面10B，一第一壓電陶瓷片14與一第二壓電陶瓷片24，分別連接第一膠層12與第二膠層22，一第一固定塊40，連接於第一壓電陶瓷片14相對於第一膠層12的一另一表面(即第一表面14A)的一末端區域，以及一第二固定塊42，連接於第二壓電陶瓷片24相對於第二膠層22的一另一表面(即第二表面24B)的一末端區域。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一固定塊40相對於第一壓電陶瓷片14的一另一表面(即第一表面40A)更連接一待震物18。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一固定塊40與第二固定塊42可相互接觸。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一固定塊40可以設計於待震物端。
在本發明的其中一些實施例中，其中待震物18包含一觸覺回饋接觸面。
在本發明的其中一些實施例中，其中固定塊(第一固定塊41與第二固定塊42)與壓電結構的固定角度不限。
在本發明的其中一些實施例中，其中第一壓電陶瓷片14的末端區域的一長度佔第一壓電陶瓷片14的一總長度的比值介於0.2至0.5 (較佳可在0.25至0.45之間)。
本發明的特徵在於，提供一種雙層的壓電結構，其中包含有兩層壓電陶瓷層，分別藉由兩層膠層來黏貼於剛性材料層(例如金屬片)的兩面。在一些實施例中，還可以在膠層之中添加摻雜物、金屬網或是編織層等結構。此外在另一些實施例中還可以將壓電結構的單邊與固定塊結合而製作成懸臂式壓電結構，以進一步提高震感。根據實驗結果，本發明提供的雙層壓電結構比起習知的單層的壓電結構可以明顯提高震感同時降低噪音，且需求電壓也較低，因此相對於先前技術具有明顯的改善。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1:壓電結構
2:壓電結構
3:壓電結構
10:剛性材料層
10A:第一表面
10B:第二表面
12:第一膠層
12A:第一表面
12B:第二表面
13:編織層
14:第一壓電陶瓷片
14A:第一表面
14B:第二表面
18:待震物
22:第二膠層
22A:第一表面
22B:第二表面
23:編織層
24:第二壓電陶瓷片
24A:第一表面
24B:第二表面
30:訊號產生器
32:第三膠層
32A:第一表面
32B:第二表面
40:第一固定塊
40A:第一表面
40B:第二表面
42:第二固定塊
E:邊界
W:導線
第1圖繪示根據本發明第一較佳實施例所示的壓電結構示意圖。
第2圖繪示根據本發明第二較佳實施例所示的壓電結構示意圖。
第3圖繪示根據本發明第三較佳實施例所示的壓電結構示意圖。
2:壓電結構
10:剛性材料層
10A:第一表面
10B:第二表面
12:第一膠層
12A:第一表面
12B:第二表面
13:編織層
14:第一壓電陶瓷片
14A:第一表面
14B:第二表面
18:待震物
22:第二膠層
22A:第一表面
22B:第二表面
23:編織層
24:第二壓電陶瓷片
24A:第一表面
24B:第二表面
30:訊號產生器
32:第三膠層
32A:第一表面
32B:第二表面
E:邊界
W:導線
Claims (20)
- 一種壓電結構，包含: 一剛性材料層，該剛性材料層包含有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面； 一第一膠層與一第二膠層，分別連接於於該剛性材料層的該第一表面以及該第二表面； 一第一壓電陶瓷片與一第二壓電陶瓷片，分別連接該第一膠層與該第二膠層；以及 一第三膠層，連接於該第一壓電陶瓷片相對於該第一膠層的一另一表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該第一膠層、該第二膠層與該第三膠層的其中至少之一可包含有一編織層位於其中。
- 如申請專利範圍第2項所述的壓電結構，其中該編織層包含有布、紡紗材料、高分子塑膠膜、紙或金屬網。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該第一膠層、該第二膠層或是該第三膠層的其中至少一者包含有摻雜物位於其中。
- 如申請專利範圍第4項所述的壓電結構，其中該摻雜物可包含有氧化鋁粉末、二氧化矽粉末或陶瓷粉末。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該剛性材料層包含玻璃纖維板、碳纖板、金屬片或工程塑膠。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該壓電結構包含有多個邊界，且各該邊界均不與一夾持結構或一壁狀結構連接。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該第一膠層與該第二膠層的硬度介於邵氏(shore)D硬度20HD至邵氏D硬度95HD。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該第三膠層的硬度介於邵氏(shore)A硬度20HA至邵氏D硬度65HD。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該第一膠層與該第一壓電陶瓷片的面積比值在0.2以上。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該第三膠層相對於該第一壓電陶瓷片的一另一表面更連接一待震物。
- 如申請專利範圍第10項所述的壓電結構，其中該待震物包含一觸覺回饋接觸面。
- 如申請專利範圍第1項所述的壓電結構，其中該第一壓電陶瓷片、該第二壓電陶瓷片、該剛性材料層、該第一膠層與該第二膠層共同組成一多層壓電陶瓷結構，其中該第一壓電陶瓷片、該第二壓電陶瓷片與該剛性材料層作為該多層壓電陶瓷結構中的壓電陶瓷片，且該第一膠層與該第二膠層作為該多層壓電陶瓷結構中的內電極，或該第一壓電陶瓷片、該第二壓電陶瓷片單獨為多層壓電陶瓷。
- 一種壓電結構，包含: 一剛性材料層，該剛性材料層包含有一第一表面以及相對於該第一表面的一第二表面； 一第一膠層與一第二膠層，分別連接於於該剛性材料層的該第一表面以及該第二表面； 一第一壓電陶瓷片與一第二壓電陶瓷片，分別連接該第一膠層與該第二膠層； 一第一固定塊，連接於該第一壓電陶瓷片相對於該第一膠層的一另一表面的一末端區域；以及 一第二固定塊，連接於該第二壓電陶瓷片相對於該第二膠層的一另一表面的一末端區域。
- 如申請專利範圍第14項所述的壓電結構，其中該第一固定塊相對於該第一壓電陶瓷片的一另一表面更連接一待震物。
- 如申請專利範圍第15項所述的壓電結構，其中該待震物包含一觸覺回饋接觸面。
- 如申請專利範圍第14項所述的壓電結構，其中該第一固定塊與該第二固定塊可相互接觸。
- 如申請專利範圍第14項所述的壓電結構，其中該第一固定塊可以設計於該待震物端。
- 如申請專利範圍第14項所述的壓電結構，其中該第一固定塊與該第二固定塊與該壓電結構的固定角度不限。
- 如申請專利範圍第14項所述的壓電結構，其中該第一壓電陶瓷片的該末端區域的一長度佔該第一壓電陶瓷片的一總長度的比值介於0.2至0.5。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202263308064P | 2022-02-09 | 2022-02-09 | |
| US63/308,064 | 2022-02-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202333396A true TW202333396A (zh) | 2023-08-16 |
Family
ID=87619888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111118469A TW202333396A (zh) | 2022-02-09 | 2022-05-18 | 壓電結構 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116634847A (zh) |
| TW (1) | TW202333396A (zh) |
-
2022
- 2022-05-18 TW TW111118469A patent/TW202333396A/zh unknown
- 2022-06-01 CN CN202210616587.3A patent/CN116634847A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116634847A (zh) | 2023-08-22 |
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