可挠式超声波致动装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可挠式超声波致动装置。可挠式超声波致动装置包括一固定元件、一压电薄膜结构及一驱动单元。压电薄膜结构的至少二端固定于固定元件。压电薄膜结构包括至少二曲率。驱动单元用以驱动压电薄膜结构震动，以产生一超声波。
【专利说明】可挠式超声波致动装置
【技术领域】
[0001]本案是有关于一种超声波致动装置，且特别是有关于一种可挠式超声波致动装置。
【背景技术】
[0002]超声波的研究和发展，与介质中超声的产生和接收的研究密切相关。1883年首次制成超音发射器，此后又出现了各种形式的气哨、汽笛和液哨等机械型超音发生器(又称换能器)。由于这类换能器成本低，所以经过不断改进，至今还仍广泛地用于对流体介质的超音处理技术中。
[0003]20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家朗的万用天然压电石英制成了夹心式超音换能器一蓝杰文震荡子，并用来探查海底的潜艇。随着军事和民生工业中超音应用的不断发展，又出现更大超音功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型换能器等多种超音换能器。
[0004]近年来，低频(20kHz?IOOkHz)超声波被发现较早期高频(0.7MHz以上)超声波有更高的经皮药物传递效率(通透率permeability大1000倍),近年来被哈佛、宾州州立大学和麻省理工等研发单位热烈研究进行中。另外，根据美国FDA的说明，超声波对人体的危害被建议需控制在声强720mW/cm2，因此有效的利用低频超声波可以在低的声强下引发空穴效应的特点，开发一种低功率，轻量化的药物导入系统，对于未来药物导入医疗行为上，是一种创新的研发重点。
【发明内容】
[0005]本发明有关于一种可挠式超声波致动装置。
[0006]根据本发明的第一方面，提出一种可挠式超声波致动装置。可挠式超声波致动装置包括一固定元件、一压电薄膜结构及一驱动单元。压电薄膜结构的至少二端固定于固定元件。压电薄膜结构包括至少二曲率。驱动单元用以驱动压电薄膜结构震动，以产生一超声波。
[0007]为了对本发明的上述及其他方面更了解，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下:
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1绘示第一实施例的可挠式超声波致动装置的示意图。
[0009]图2绘示第二实施例的可挠式超声波致动装置的示意图。
[0010]图3绘示第三实施例的可挠式超声波致动装置的示意图。
[0011]图4绘示第四实施例的可挠式超声波致动装置的示意图。
[0012]其中，附图标记:[0013]1000、2000、3000、4000:可挠式超声波致动装置
[0014]1100:固定元件
[0015]1200、2200、3200、4200:压电薄膜结构
[0016]1211,2211:第一电极层1212、2212:第二电极层
[0017]1213、2213:第三电极层1214、2214:第四电极层
[0018]1221,2221:第一压电层1222、2222:第二压电层
[0019]1230:接着层1241、3241:第一弯曲段
[0020]1241a、1242a、1243a:曲率中心 1242、3242:第二弯曲段
[0021]1243、3243:第三弯曲段
[0022]1300,2300:驱动单元
[0023]1310、2310:第一电极
[0024]1320、2320:第二电极
[0025]4400:防水薄膜
[0026]h:高度
[0027]t:厚度
[0028]W:宽度
【具体实施方式】
[0029]第一实施例
[0030]请参照图1，其绘示第一实施例的可挠式超声波致动装置1000的示意图。可挠式超声波致动装置1000包括一固定元件1100、一压电薄膜结构1200及一驱动单元1300。固定元件1100用以固定各种元件，例如是一承载板或一框架。压电薄膜结构1200用以产生一超声波，例如是由一、两层或两层以上压电层所组成。压电薄膜结构1200的至少二端固定于固定元件1100，未被固定的部份则可震动而产生超声波。驱动单元1300用以提供一驱动讯号，例如是一交流电源。驱动单元1300用以驱动压电薄膜结构1200震动，以产生超声波。
[0031]本实施例的压·电薄膜结构1200具有至少二曲率。举例来说，压电薄膜结构1200具有一第一弯曲段1241、一第二弯曲段1242及一第三弯曲段1243。第二弯曲段1242设置于第一弯曲段1241及第三弯曲段1243之间。第一弯曲段1241、第二弯曲段1242及第三弯曲段1243的曲率可以完全相同，也可不完全相同。
[0032]就第一弯曲段1241、第二弯曲段1242及第三弯曲段1243的关系而言，本实施例的第一弯曲段1241对称于第三弯曲段1243。第一弯曲段1241的曲率与第三弯曲段1243的曲率可以实质上相同。使得压电薄膜结构1200可以平均且稳定地上下震动。
[0033]在本实施例中，第一弯曲段1241及第三弯曲段1243的曲率可以大于第二弯曲段1242的曲率。或者，第一弯曲段1241及第三弯曲段1243的曲率可以小于第二弯曲段1242的曲率。通过第一弯曲段1241、第二弯曲段1242及第三弯曲段1243的曲率的调整，可以控制压电薄膜结构1200所能产生的超声波的频率。本实施例通过适当地设计，使得压电薄膜结构1200能够产生20~200千赫兹(KHz)的低频超声波。
[0034]此外，就第一弯曲段1241、第二弯曲段1242及第三弯曲段1243的弯曲方向而言，第一弯曲段1241与第三弯曲段1243的曲率中心1241a、1243a位于压电薄膜结构1200的一侧(例如是上侧)，第二弯曲段1242的曲率中心1242a位于压电薄膜结构1200的另一侧(例如是下侧)。
[0035]就压电薄膜结构1200的细部结构而言，压电薄膜结构1200的厚度t为10?500微米(um)，压电薄膜结构1200的高度h为0.5?5毫米，压电薄膜结构1200的宽度W为2?10毫米。压电薄膜结构1200包括一第一电极层1211、一第一压电层1221、一第二电极层1212、一接着层1230、一第三电极层1213、一第二压电层1222及一第四电极层1214。第一压电层1221与第二压电层1222的材质为聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride,PVDF)或其复合材料。
[0036]第一压电层1221设置于第一电极层1211及第二电极层1212之间。第一电极层1211及第二电极层1212用以驱动第一压电层1221。当第一压电层1221受到电场变化时，因电场作用时电偶极矩会被拉长，第一压电层1221为抵抗变化，会沿电场方向伸长。这种通过电场作用而产生机械形变的过程称为逆压电效应。
[0037]接着层1230用以接着第三电极层1213与第二电极层1212。第二压电层1222设置于第三电极层1213及第四电极层1214之间。同样地，第三电极层1213及第四电极层1214用以驱动第二压电层1222。第二压电层1222也会通过逆压电效应产生机械形变。
[0038]第一电极层1211、第一压电层1221、第二电极层1212、接着层1230、第三电极层1213、第二压电层1222及第四电极层1214依序紧密堆迭。当压电薄膜结构1200被驱动时，第一电极层1211、第一压电层1221、第二电极层1212、接着层1230、第三电极层1213、第二压电层1222及第四电极层1214—起产生机械形变而弯曲。
[0039]在本实施例中，第一压电层1221与第二压电层1222的极化方向一致。驱动单兀1300为一交流电源。驱动单兀1300具有一第一电极1310及一第二电极1320 (第一电极1310及第二电极1320随时间在正极、负极交互变化)。第一电极层1211及第三电极层1213电性连接至第一电极1310，第二电极层1212及第四电极层1214电性连接至第二电极1320。
[0040]通过上述连接关系，第一压电层1221及第二压电层1222在被驱动时，可以朝向同一方向位移，以顺利使压电薄膜结构1200产生超声波。
[0041]第二实施例
[0042]请参照图2，其绘示第二实施例的可挠式超声波致动装置2000的示意图。本实施例的可挠式超声波致动装置2000与第一实施例的可挠式超声波致动装置1000不同之处在于第一压电层2221及第二压电层2222的极化方向以及压电薄膜结构2200与驱动单元2300的连接关系，其余相同之处，不再重复叙述。
[0043]如图2所不,第一压电层2221与第二压电层2222的极化方向相反。第一电极层2211及第四电极层2214电性连接至第一电极2310，第二电极层2212及第三电极层2213电性连接至第二电极2320。通过上述连接关系，第一压电层2221及第二压电层2222在被驱动时，可以朝向同一方向位移，以顺利使压电薄膜结构1200产生超声波。
[0044]第三实施例
[0045]请参照图3，其绘示第三实施例的可挠式超声波致动装置3000的示意图。本实施例的可挠式超声波致动装置3000与第一实施例的可挠式超声波致动装置不同之处在于第一弯曲段3241、第二弯曲段3242及第三弯曲段3243的数量，其余相同之处不再重复叙述。
[0046]如图3所示，压电薄膜结构3200具有数个第一弯曲段3241、第二弯曲段3242、第三弯曲段3243的数量为多个。此些第一弯曲段3241、此些第二弯曲段3242及此些第三弯曲段3243系阵列式排列。
[0047]在本实施例中，所有的第一弯曲段3241的曲率可以相同，所有的第二弯曲段3242的曲率可以相同，所有的第三弯曲段3243的曲率可以相同。如此一来，压电薄膜结构3200被驱动时，可以整面释放出一致的超声波。
[0048]由于压电薄膜结构3200系由连续性的第一弯曲段3241、第二弯曲段3242、第三弯曲段3243所组成，所以压电薄膜结构3200可以随意弯曲。因此可挠式超声波致动装置3000可以贴附于人体皮肤，帮助药物导入皮肤。
[0049]第四实施例
[0050]请参照图4，其绘示第四实施例的可挠式超声波致动装置4000的示意图。本实施例的可挠式超声波致动装置4000与第一实施例的可挠式超声波致动装置1000不同之处在于可挠式超声波致动装置4000更包括一防水薄膜4400，其余相同之处不再重复叙述。
[0051]防水薄膜4400可以包覆压电薄膜结构4200，以避免漏电、受潮、污染等问题。如此一来，更可提高产品的可靠度。
[0052]综上所述，虽然本案已以实施例公开如上，但其并非用以限定本案。本案所属【技术领域】的技术人员，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本案的保护范围当视后附的权利要求保护范围所界定者为准。
【权利要求】
1.一种可挠式超声波致动装置，其特征在于，包括: 固定元件； 压电薄膜结构，该压电薄膜结构的至少二端固定于该固定元件，该压电薄膜结构包括至少二曲率；以及 驱动单元，用以驱动该压电薄膜结构震动，以产生超声波。
2.如权利要求1所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该压电薄膜结构包括: 第一电极层； 第一压电层； 第二电极层，该第一压电层设置于该第一电极层及该第二电极层之间； 接着层； 第三电极层，该接着层用以接着该第三电极层与该第二电极层； 第二压电层；以及 第四电极层，该第二压电层设置于该第三电极层及该第四电极层之间。
3.如权利要求2所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一压电层与该第二压电层的极化方向一致。
4.如权利要求3所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该驱动单元为交流电源，该驱动单元具有第一电极及第二电极，该第一电极层及该第四电极层电性连接至该第一电极，该第二电极层及该第三电极层电性连接至该第二电极。
5.如权利要求2所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一压电层与该第二压电层的极化方向相反。
6.如权利要求5所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该驱动单元为交流电源，该驱动单元具有第一电极及第二电极，该第一电极层及该第三电极层电性连接至该第一电极，该第二电极层及该第四电极层电性连接至该第二电极。
7.如权利要求2所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一压电层与该第二压电层的材质为聚偏二氟乙烯或其复合材料。
8.如权利要求1所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，还包括: 防水薄膜，包覆该压电薄膜结构。
9.如权利要求1所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该压电薄膜结构具有至少一第一弯曲段、至少一第二弯曲段及至少一第三弯曲段，该第二弯曲段设置于该第一弯曲段及该第三弯曲段之间。
10.如权利要求9所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一弯曲段对称于该第三弯曲段。
11.如权利要求9所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一弯曲段的曲率与该第三弯曲段的曲率实质上相同。
12.如权利要求11所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一弯曲段的曲率大于该第二弯曲段的曲率。
13.如权利要求11所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一弯曲段的曲率小于该第二弯曲段的曲率。
14.如权利要求9所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该第一弯曲段与该第三弯曲段的曲率中心位于该压电薄膜结构的一侧，该第二弯曲段的曲率中心位于该压电薄膜结构的另一侧。
15.如权利要求9所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该至少一第一弯曲段的数量为多个、该至少一第二弯曲段的数量为多个，该至少一第三弯曲段的数量为多个。
16.如权利要求15所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该些第一弯曲段、该些第二弯曲段及该些第三弯曲段系阵列式排列。
17.如权利要求1所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该压电薄膜结构的厚度为10~500微米。
18.如权利要求1所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该压电薄膜结构的高度为0.5~5毫米。
19.如权利要求1所述的可挠式超声波致动装置，其特征在于，该压电薄膜结构的宽度为2~10毫米。
【文档编号】B06B1/06GK103785603SQ201210508705
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年12月3日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】柯文清, 孙晢原, 陈昌毅 申请人:财团法人工业技术研究院