TWI750044B

TWI750044B - 具有感測及觸覺回饋之壓電裝置

Info

Publication number: TWI750044B
Application number: TW110106859A
Authority: TW
Inventors: 陳青如
Original assignee: 金龜實業有限公司
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202234214A

Abstract

本發明係一種具有感測及觸覺回饋之壓電裝置，包括基板、第一電極單元、壓電單元、放大單元、第二電極單元，其中基板的一面依序設置第一電極單元、壓電單元及放大單元，放大單元的面積大於壓電單元，第二電極設在基板上位於放大單元的底面靠近邊緣的位置，放大單元受使用者之施力，而使得壓電單元經由第一電極單元及第二電極單元輸出感測訊號到控制器，控制器接收感測訊號後，控制器輸出控制訊號到第一電極單元及第二電極單元，藉以驅動壓電單元而產生震動，讓使用者感受到觸覺回饋。

Description

具有感測及觸覺回饋之壓電裝置

本發明係有關於壓電裝置，尤指一種可以做為感測及觸覺回饋的壓電裝置。

壓電元件的機械能與電能互換的現象，被稱之為壓電效應(Piezoelectricity)，其中機械能轉換成電能稱為正壓電效應，若是將電能轉換成機械能則稱為逆壓電效應。

基於上述，壓電元件可以在機械能與電能互換的原因，因此，壓電元件可以做為感測器或者觸覺回饋，例如：中國專利申請公布號第CN109313496A(發明名稱：壓電觸摸裝置，以下稱專利前案)之摘要所述提供的是一種壓電觸摸裝置。根據第一方面，壓電觸摸裝置包括：導電支撐結構，包括由第一開口分隔開的作為橋部的不可分隔部分；壓電元件，被構造成提供觸摸感測和觸覺回饋；連接墊，被構造成形成用於壓電元件的電性連接電路，其中，壓電元件電性連接到連接墊，而且其中，橋部包括一個連接墊，且導電支撐結構包括另一連接墊；第二開口，處在另一連接墊旁邊，允許壓電元件邊緣彎曲。因此，用於觸摸感測和觸覺回饋的壓電觸摸裝置可以借助改進的可製造性來製造。

進一步，再以專利前案的請求項1而言，專利前案需要多個導電支撐結構、橋部、連接墊、二個壓電元件及第二開口等構件及複雜結構連接方式，才能夠提供感測及觸覺回饋的功能，而請求項1為專利前案的獨立項，意即這些構件及結構連接方式，係專利前案達到具有感測及觸覺回饋所需之最低(最少)的構件及其結構連接方式，這對於生產製造上來說，是相當費時費工，將衍生出生產成本高，生產良率不佳等問題。

有鑑於先前技術的問題，本發明之目的係以較少的構件及簡單的結構所組成壓電裝置，且具有感測及觸覺回饋之功效。

根據本發明之目的，係提供一種具有感測及觸覺回饋之壓電裝置，包括基板、第一電極單元、壓電單元、放大單元、第二電極單元，其中基板的一面依序設置第一電極單元、壓電單元及放大單元，放大單元的面積大於壓電單元，第二電極設在基板上位於放大單元的底面靠近邊緣的位置，放大單元受使用者之施力，而使得壓電單元經由第一電極單元及第二電極單元輸出感測訊號到控制器，控制器接收感測訊號後，控制器輸出控制訊號到第一電極單元及第二電極單元，藉以驅動壓電單元而產生震動，讓使用者感受到觸覺回饋。

其中，基板的另一面設有一支撐板，而放大單元背對壓電單元的一面設有面板。

其中，第一電極單元包括第一導體部、第一連接部及第一電極部，第一連接部設置在第一導體部及第一電極部之間，第一導體部背對第一連接部之一面連接基板，而第一電極部背對第一導體部之一面連接壓電單元，且第一連接部係為導電材料。

其中，放大單元係為導電材料所製成之振動片，進一步振動片係可為金屬薄膜，並作為第二電極層。

其中，第二電極單元係包括第二導體部及第二連接部，第二導體部係設在基板面對放大單元的一面，第二連接層設置在第二導體層與放大單元之間。

其中，基板面對放大單元的一面的兩側邊緣位置分別設有一間隔體，間隔體與放大單元在同一水平位置，此二間隔體與放大單元一起支撐面板，以提供使用者按壓。

綜上所述，本發明的構件較少，而且構件之間的連接方式簡單，將使得本發明在製造生產上可以大幅減少時間及製作成本。同時，本發明依然具有感測及觸覺回饋之功效。

1:基板

2:第一電極單元

20:第一導體部

22:第一連接部

24:第一電極部

3:壓電單元

4:放大單元

5:第二電極單元

50:第二導體部

52:第二連接部

6:控制器

7:支撐板

8:面板

90:間隔體

92:黏接層

圖1係本發明之架構示意圖。

圖2係圖1連接控制器之示意圖。

圖3係圖1設置面板及支撐板之示意圖。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。

請參閱圖1所示，本發明係一種具有感測及觸覺回饋之壓電裝置，包括基板1、第一電極單元2、壓電單元3、放大單元4、第二電極單元5，其中基板1係可為軟性電路板或電子級玻璃纖維布等可撓性電路板。基板1的一面由下至上依序設置第一電極單元2、壓電單元3及放大單元4，而且放大單元4的面積大於壓電單元3，使得放大單元4的兩端突出於壓電單元3之邊緣。第二電極設置在基板1與放大單元4之間的位置，第二電極更佳設置為放大單元4面對基板1之一面的邊緣位置及基板1之間。

據上所述，請參閱圖2所示，當使用者施加外力在放大單元4上，放大單元4將外力傳遞到壓電單元3，使得第一電極單元2及第二電極單元5輸出感測訊號到控制器6，控制器6可為微控制器6(Microcontroller Unit)，或者為場域可編程邏輯閘陣列(英語：Field Programmable Gate Array，縮寫為FPGA)。另當控制器6接收感測訊號後，控制器6輸出控制訊號到第一電極單元2及第二電極單元5，藉以驅動壓電單元3而產生振動，再經由放大單元4放大振動力量，讓使用者感受到觸覺回饋。

在本發明中，請參閱圖3所示，基板1的另一面設有一支撐板7，支撐板7係用以支撐基板1，使得整個壓電裝置可以挺立避免垂落，而放大單元4背對壓電單元3的一面設有面板8，面板8於相對放大單元4的位置之表面可設置圖案或文字，用以表示此處按壓後的作用，例如：印製ON/OFF，表示開啟或關閉，或者將多個壓電裝置設置成電腦鍵盤，每一個壓電裝置在面板8上分別印製按鍵所表示之字符或功能，也可以是利用多個壓電裝置設置成家電用品的控制面板8，或者是操作機械或電子設備的面板8。

在本發明中，復請參閱圖1所示，第一電極單元2包括第一導體部20、第一連接部22及第一電極部24，第一連接部22設置在第一導體部20及第一電極部24之間，第一導體部20背對第一連接部22之一面連接基板1，而第一電極部24背對第一導體部20之一面連接壓電單元3，且第一連接部22係為導電材料，進一步係為導電膠，而第一導體部20係為基板1上佈設置的導電線路，例如基板1為軟性電路板，第一導體部20即為軟性電路板上所佈局的導電線路。另外，第一電極部24係可為壓電單元3的正電極或負電極的其中之一。

在本發明中，壓電單元3係可為陶瓷壓電片、聚合物壓墊片或者複合式壓電片，而放大單元4係為導電材料所製成之振動片，進一步振動片係可為金屬薄膜，並作為第二電極層。又，第二電極單元5係包括第二導體部50及第二連接部52，第二導體部50係設在基板1面對放大單元4的一面，第二連接層設置在第二導體層與放大單元4之間，其中第二導體部50係為基板1上佈設置的導電線路，例如基板1為軟性電路板，第二導體部50即為軟性電路板上所佈局的導電線路。

在本發明中，復請參閱圖3所示，基板1面對放大單元4的一面的兩側邊緣位置分別設有一間隔體90，間隔體90與放大單元4在同一水平位置，又間隔體90與基板1之間設有黏接層92，黏接層92係可為導電材料，例如：導電銀膠，用以將間隔體90固定在基板1上，此二間隔體90與放大單元4一起支撐面板8，以提供使用者按壓面板8時可將施加的外力經由放大單元4傳遞到壓電單元3，或者由壓電單元3所產生的振動力，可以經由放大單元4放大後傳遞到面板8，使得使用者可以感受到觸覺回饋。

據上所述，本發明利用基板1、第一電極單元2、壓電單元3、放大單元4、第二電極單元5等構件，即可達到感測以及觸覺回饋的功效，相對於先前技術而言，本案的結構簡單，並可以較少的製作流程完成相同的效果，解決了傳統結構複雜，而且製作流程繁瑣的問題。

上列詳細說明係針對本發明的可行實施例之具體說明，惟前述的實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。