本发明涉及一种用于产生主动触觉反馈的器件。该器件是如下器件，所述器件被设计为：如果用户对所述器件施加力则对该用户产生反馈。这种器件例如可以被用在按钮中、例如被用在仪器的操纵按钮中。该器件例如可以产生主动触觉反馈来通知用户由他进行的设定成功地被该器件实现。
背景技术：
用于产生主动触觉反馈的元件例如从移动电话中的振动报警中公知。这些移动电话具有不平衡的马达。然而，这些不平衡的马达导致不均匀的反馈并且还具有比较高的结构高度。
技术实现要素：
因而，本发明的任务是说明一种经改善的用于产生主动触觉反馈的器件。
该任务通过根据本发明的权利要求1所述的器件来解决。
提出了一种用于产生主动触觉反馈的器件，所述器件具有本体，所述本体具有沿堆叠方向重叠堆叠的第一和第二内电极，其中在所述内电极之间分别布置有压电层，其中所述器件被设计为识别被施加到所述器件上的力并且如果识别出被施加到所述器件上的力则产生主动触觉反馈，其中通过在所述第一与第二内电极之间施加导致所述本体的长度变化的电压来产生触觉反馈。
反馈被称作主动反馈，因为该反馈由器件本身产生。该反馈被称作触觉反馈，因为用户可以通过其触觉来感知该反馈。
本体的长度变化尤其可以是沿垂直于堆叠方向的方向的长度变化。这种长度变化也被称作横向收缩。由于压电效应，可能出现沿垂直于堆叠方向的方向的长度变化，所述压电效应在压电层中由于施加在第一与第二内电极之间的电压而形成。
该器件还可以被设计为将本体沿垂直于堆叠方向的方向的长度变化转换成该器件沿堆叠方向的长度变化。尤其是该器件沿堆叠方向的长度变化可以被用户感知为主动触觉反馈。
由于借助于施加在第一与第二内电极之间的电压来产生主动触觉反馈，该器件在主动触觉反馈的设计方案方面提供多个自由度。通过改变施加电压的时长或者通过改变所施加的电压的大小或者通过使其中没有电压的间隔与其中有电压的间隔交替，可以使所述主动触觉反馈变化。以这种方式，可以针对不同的事件限定不同类型的反馈。
第一和第二内电极可以按如下地来区别：它们与该器件的不同的外电极接触并且与此相应地可以在它们之间施加电压。
压电层可以是锆钛酸铅陶瓷（PZT陶瓷）。压电层可以被极化为使得通过在第一与第二内电极之间施加交变电压以及与此相关联的压电效应来引起本体的长度变化。PZT陶瓷还可以附加地包含Nd和Ni。可替换地，PZT陶瓷还可以附加地具有Nd、K以及必要时具有Cu。可替换地，压电层可具有包含Pb(ZrxTi1-x)O3 + y Pb(Mn1/3Nb2/3)O3的成分。
本体可以是烧结件，所述烧结件具有内电极和压电层。
在该器件的上侧和/或下侧可以布置截锥形金属片。该金属片可以被设计为将本体沿垂直于堆叠方向的方向的长度变化转换成该器件沿堆叠方向的长度变化。该金属片可以用于：增强本体沿堆叠方向的由于该本体的横向收缩而发生的长度变化。为了该目的，该金属片可以被成型为使得在该金属片的边缘区收缩或伸长的情况下发生该金属片的中间区的显著上升或下降。该金属片可以一并有助于将本体的横向收缩转换成沿该器件的堆叠方向的显著的长度变化。
截锥形金属片可具有边缘区，所述边缘区固定在该器件的上侧或下侧。该边缘区例如可借助于粘贴、钎焊或焊接固定在该器件的本体上。该金属片还可具有中间区，所述中间区沿堆叠方向远离本体的上侧或下侧。如果本体由于施加在内电极之间的电压而受到横向收缩，那么该金属片的中间区与上侧或下侧的间距可以显著发生变化。
该金属片可具有钛或者由钛组成。尤其是对于用于产生主动触觉反馈的器件的这里在当前情况下的应用来说，钛具有重要的优点。该器件例如可被用作按钮，其中如果用户对该按钮进行按压则应该产生主动触觉反馈。如果由人来操纵这种按钮，则几乎不可避免的是在按钮上留有水份、例如以手指汗水为形式的水份。这些水份可能导致腐蚀。然而，钛是特别耐腐蚀的材料，使得钛可以良好地保护该器件以防由于腐蚀而引起的长期损害。
钛还具有高机械负荷能力，使得其可以延长该器件的使用寿命。
钛还具有如下热膨胀系数，所述热膨胀系数与本体的热膨胀系数非常接近。由此，该金属片与本体的连接部在温度改变时没有显著承受机械负荷。例如，不仅该金属片而且该本体都可具有在8到9ppm/K之间的热膨胀系数。该器件还可具有测量单元，用于测量在第一与第二内电极之间产生的电压，所述电压由于被施加到本体上的力而形成，其中该器件被设计为依据由测量单元检测到的值来识别被施加到该器件上的力。与此相应地，第一和第二内电极可以在器件中承担双重功能。所述第一和第二内电极一方面可以用于识别被施加到该器件上的力，因为在这种情况下在它们之间产生电压，而另一方面如果在它们之间施加交变电压则可引起该器件的长度变化，借助于所述长度变化来产生主动触觉反馈。
可替换地或补充地，该器件可具有第三内电极，所述第三内电极与测量接触部连接。第三内电极没有与第一外电极（第一内电极与所述第一外电极连接）电接触，而且没有与第二外电极（第二内电极与所述第二外电极连接）电接触。
该器件可以被设计为测量在第三内电极与第一内电极之一之间产生的电压，所述电压由于被施加到本体上的力而形成，其中该器件被设计为依据所测量到的电压来识别被施加到该器件上的力。第一内电极可以与第三内电极紧邻。
使用单独的第三内电极可以是有利的，以便实现更高的灵敏度，所述单独的第三电极没有被用于产生本体的长度变化，而是仅仅用于识别被施加到该器件上的电压。例如，在第三内电极与和该第三内电极相邻的第一内电极之间的间距可以大于在彼此相邻的第一和第二内电极之间的间距。与此相应地，在机械力相同的情况下，有更高的电压附在第三电极与相邻的第一内电极之间，使得用于探测力的阈降低。
第三内电极可以沿堆叠方向布置在第一与第二内电极的堆的中间。这种结构是对称的。由此，由于有第三内电极而不可能发生该器件的干扰，而且该器件在其功能性方面没有受损。
可替换地，第三内电极可以布置在本体中，使得所有第一和第二内电极都可以布置在第三内电极的一侧。通过该结构保证了第三内电极仅仅与另一内电极相邻。与此相应地，减小了该器件的不能主动地被用于产生横向收缩的区域。
本体可具有孔，所述孔沿堆叠方向从本体的下侧延伸到本体的上侧，而且剪切出本体的中间区。以这种方式可以减小在第一内电极与第二内电极之间的电容，使得能够以更低的功率来运行该器件。
本体可具有垂直于堆叠方向布置的底面，所述底面是圆形的。这种情况下，相对于正方形底面，在某种程度上可以说角区域被切掉。这也可以用于减小本体的电容。如果本体的电容被减小，那么需要更低的功率来运行该器件。
本体可具有垂直于堆叠方向布置的底面，所述底面的边长在10到30mm之间，其中本体可沿堆叠方向具有0.5到2.0mm之间的高度。
内电极可具有铜或者由铜组成。
按照另一方面，本发明涉及一种装置，所述装置具有多个重叠堆叠的如上面所描述的那样的器件。在此，这些器件沿堆叠方向重叠堆叠。在此，这些器件沿堆叠方向的长度变化彼此相加，使得整体上利用该装置可以产生更强烈的反馈，因为该装置的长度变化是单个器件的长度变化的数倍。在此，分别布置在这些器件的上侧和下侧的金属片的中间区彼此固定连接。
附图说明
在下文，本发明依据附图更准确地予以描述。
图1示出了经过按照第一实施例的用于产生主动触觉反馈的器件的横截面；
图2示出了器件的透视图；
图3示出了经过器件的本体的横截面；
图4示出了经过按照第二实施例的器件的本体的横截面；
图5示出了经过按照第三实施例的器件的本体的横截面；
图6示出了印有第一内电极的压电层；
图7示出了印有第二内电极的压电层；
图8示出了印有第三内电极的压电层；
图9示出了按照第四实施例的器件的本体。
具体实施方式
图1示出了经过用于产生主动触觉反馈的器件1的横截面。图2以透视图示出了在一个可替换的实施方式下的器件1。
器件1具有本体2，所述本体2具有沿堆叠方向S重叠堆叠的第一内电极3和第二内电极4。第一内电极3与第一外电极5接触。第二内电极4与第二外电极6接触。第一和第二外电极5、6分别布置在本体2的侧面7上，所述侧面7的面法线垂直于堆叠方向S地延伸。在图1中示出的器件1中，第一和第二外电极5、6布置在对置的侧面5上。在图2中示出的器件1中，第一和第二外电极5、6布置在相同的侧面7上。
本体2沿堆叠方向S具有小的高度。本体2还具有底面8，所述底面8的面法线平行于堆叠方向S。底面的伸展比本体2的高度大得多。借此，得到平的并且宽的本体2。例如，本体2沿垂直于堆叠方向S的方向的最大伸展可以是本体2沿堆叠方向S的高度的至少十倍那么大。优选地，本体2沿垂直于堆叠方向S的方向的伸展可以是本体2沿堆叠方向S的高度的至少二十倍那么大。
本体2还具有压电层9，所述压电层由压电材料组成，例如由PZT陶瓷组成。压电层9布置在第一内电极3与第二内电极4之间。压电层9被极化为使得在第一内电极3与第二内电极4之间施加电压导致本体2的横向收缩，其中本体2垂直于堆叠方向S的长度发生变化。
该横向收缩也必然导致本体2沿堆叠方向S的长度变化。器件1的用户可将沿堆叠方向S的所述长度变化感知为主动触觉反馈。
为了进一步增强沿堆叠方向S的长度变化的效果，在器件1的上侧10上布置有上方的截锥形金属片11。此外，在器件1的下侧12上布置有下方的截锥形金属片13。上侧10和下侧11彼此沿堆叠方向S对置。上侧10和下侧11的面法线平行于堆叠方向S。
金属片11、13分别具有边缘区14，所述边缘区与本体2固定连接。金属片11、13还分别具有中间区15。上方的金属片11的中间区15远离本体2的上侧10，而且与此相应地不接触该上侧10。下方的金属片13的中间区15远离本体2的下侧12，而且与此相应地同样不接触该下侧12。在其中没有力被施加到器件1上并且没有电压附在第一内电极3与第二内电极4之间的状态下，在上方的金属片11的中间区15与上侧10之间的间距为0.5mm。在该状态下，下方的金属片13的中间区15与下侧12的间距也为0.5mm。
上方的金属片11的中间区15与上方的金属片11的边缘区14通过连接区16连接。连接区16具有两个弯曲点17，如果边缘区14收缩或伸长，那么在所述两个弯曲点，上方的金属片特别强烈地变形。下方的金属片13以相同的方式来构造。
现在，如果在第一内电极3与第二内电极4之间施加导致本体2的横向收缩的电压，那么金属片11、13的边缘区14分别在径向上收缩，因为这些边缘区与本体2固定连接。因此，截锥形金属片11、13的中间区15沿堆叠方向上升，其中金属片11、13尤其是在两个弯曲点17处弯曲。在此，上方的金属片11的中间区15沿堆叠方向反向于下方的金属片13的中间区15地移动。由此，因为中间区15远离彼此地移动，所以器件1沿堆叠方向S的长度变化增加。
如果现在附在第一内电极3与第二内电极4之间的电压换向，那么金属片11、13的边缘区分别在径向上远离彼此地移动。由此，金属片11、13的两个中间区15相向移动。
以这种方式，本体2的横向收缩可以被转换成本体2沿堆叠方向的长度变化。例如，具有小于2.5mm的高度的器件1可以以这种方式受到沿堆叠方向S约100μm的偏移。不可能的是：仅仅由于直接沿堆叠方向S起作用的压电效应就在该高度的器件1的情况下实现沿堆叠方向S的该大小的长度变化。
图3示出了经过按照第一实施例的器件1的本体2的简化的横截面。在图3中绘出了布置在本体2中的第一和第二内电极3、4。这些内电极沿堆叠方向S交替地重叠堆叠。
器件1被设计为识别作用于器件1上的力。器件1例如可以被实施为可以由用户按压的按钮。在此，用户对器件1的上侧10施加力。由此使器件1变形。尤其是，器件1由此沿堆叠方向S压缩。因此，在压电层9中形成电压。现在，该电压附在第一内电极3与第二内电极4之间。
器件1还与测量单元18和控制单元19接线。所述测量单元18和控制单元19在图3中示意性地勾画出。测量单元18测量附在第一内电极3与第二内电极4之间的电压。控制单元19被设计为在第一内电极3与第二内电极4之间施加交变电压。
如果没有力被施加到器件1上，那么没有电压附在第一内电极3与第二内电极4之间。然而，如果用户对器件1进行按压，那么形成电压，所述电压现在附在第一内电极3与第二内电极4之间。由测量单元18持续地测量在第一内电极3与第二内电极4之间的电压。如果现在测量单元18识别出电压升高，那么可以推断出对按钮有操纵。
如果在第一内电极3与第二内电极4之间的电压超过预先限定的阈值，那么控制单元19可以促使产生主动触觉反馈。为了该目的，控制单元19将第一内电极3与第二内电极4之间施加交变电压。由于压电效应，该交变电压导致器件1的横向收缩以及与此相关联的沿堆叠方向S的长度变化，所述长度变化被感知为反馈。
测量单元18还可以被设计为识别被施加到器件1上的力多大。为此，在测量单元18中可以限定多个用于在第一内电极3与第二内电极4之间的电压的阈值，而且分别检查超过了这些阈值中的哪些阈值。控制单元19还可以被设计为促使反馈的产生，所述反馈的精确的设计方案取决于所施加的力的大小。在此，所施加的交变电压的大小和时长可发生变化。
图4示出了经过按照第二实施例的器件1的本体2的横截面。器件1具有第三内电极20。第三内电极20既不与第一外电极5连接又不与第二外电极6连接。作为替代，第三内电极20与附加的测量接触部（未示出）连接，所述测量接触部同样布置在本体2的侧面7上。第三内电极20用于识别被施加到本体2上的力。为了该目的，由测量单元18来监控附在第三内电极20与两个和该第三内电极相邻的第一内电极3之间的电压。如果有力被施加到本体2上，那么在这些内电极3、20之间形成电压。
第三内电极20布置在第一内电极3与第二内电极4的堆的中间。器件1具有对称结构。在第三内电极20与和该第三内电极相邻的第一内电极3之间的间距大于在彼此相邻的第一内电极3和第二内电极4之间的间距。如果有力被施加到器件1上，那么由于间距更大，在第三内电极20与和该第三内电极相邻的第一内电极3之间形成比在第一内电极3与和第一内电极相邻的第二内电极4之间的电压更高的电压。由此可以提高测量灵敏度，因为小的力已经可足以产生可以被测量单元18识别出的电压。
图5示出了按照第三实施例的器件1的本体2。第三实施例与第二实施例的区别在于第三内电极20的布置。这里，第三内电极20是布置得离本体2的下侧12最接近的内电极。堆仅仅具有厚度增加的压电层9，使得整体上可以降低堆的高度或在堆高度相同的情况下可以在器件1中布置更多内电极。
不过，器件1现在不对称地来构造。如果在第一内电极3与第二内电极4之间施加电压，那么由于压电效应而可能发生器件1的弯曲。
图6至8分别示出了对压电层9的印制图。图6示出了在其上印有第一内电极3的压电层9。图7示出了在其上印有第二内电极4的压电层9。图8示出了在其上布置有第三内电极20的压电层9。
每个内电极都具有接触桥接片21，通过所述接触桥接片，内电极与外电极5、6之一或者与测量接触部电接触。第一内电极3、第二内电极4和第三内电极20在相应的接触桥接片21的布置方面有区别。
除了相应的接触桥接片21之外，将内电极3、4、20从本体2的侧面后移。与此相应地，这里布置有隔离区22。在第一内电极3与第二内电极4之间施加交变变压时，隔离区22没有受到横向收缩。由此，可能在器件1中出现机械应力，所述机械应力也被称作夹紧力。由于所述机械应力，器件1沿堆叠方向S的长度变化可能减小并且可能发生器件1的损坏。因而，隔离区22具有小的宽度，以便使该效应最小。
图9以透视图示出了按照第四实施例的器件1的本体2。本体2具有孔23，所述孔沿堆叠方向从本体2的下侧12延伸到本体的上侧10。因此，孔23剪切出本体2的中间区。以这种方式，减小了面积以及借此减小了在第一内电极3与第二内电极4之间的电容。
本体2还具有垂直于堆叠方向S布置的圆形底面8。
附图标记列表
1 器件
2 本体
3 第一内电极
4 第二内电极
5 第一外电极
6 第二外电极
7 侧面
8 底面
9 压电层
10 上侧
11 上方的截锥形金属片
12 下侧
13 下方的截锥形金属片
14 边缘区
15 中间区
16 连接区
17 弯曲点
18 测量单元
19 控制单元
20 第三内电极
21 接触桥接片
22 隔离区
23 孔
S 堆叠方向。