TWI754860B - 使用離子高分子金屬複合材料(ipmc)的軟式引擎 - Google Patents
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Abstract
一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，包含有：一下框體，設有複數下磁鐵以及複數下電極板；複數離子高分子金屬複合材料，呈長板狀，分別以其一端的一段長度做為夾持段而接觸於各該下電極板，另一端則向該下框體中央延伸；一受驅動元件，受該複數離子高分子金屬複合材料的另一端向上頂抵；以及一上框體，設有複數上磁鐵以及複數上電極板，該複數上磁鐵與該複數下磁鐵的相對面的磁極不同；其中，該上框體與該下框體藉由該複數上磁鐵與該複數下磁鐵之間的磁吸力而被夾持在一起，各該離子高分子金屬複合材料之該夾持段即被各該上電極板與各該下電極板所夾持而固定。
Description
本發明係與離子高分子金屬複合材料的應用技術有關，特別是指一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎。
離子高分子金屬複合材料(Ionic Polymer Metal Composite, IPMC)，是一種電致形變的高分子材料，在電場作用下呈現伸縮或彎曲等各種特性，為新興的微致動器，其主要結構為磺酸四氟乙烯聚合物(Perfluorinated sulfonic acid polymers)。磺酸四氟乙烯聚合物是一種可以在側鏈上吸附離子，並在側鏈做出離子置換的聚合物，因此又被稱為離子交換樹脂。
另外，同心圓繞射板(Zone Plate)，是一種應用在聲波領域的元件，其主要的功能是對聲波形成聚焦的效果，就如同凸透鏡對光能形成聚焦效果般的概念。而藉由調整同心圓繞射板中央往外伸展的長度，就能調整焦距，因此，如果能將同心圓繞射板與前述的IPMC整合為一種軟式引擎，藉由IPMC來調整同心圓繞射板的伸展長度，就可以達到以電場來控制同心圓繞射板伸展長度的效果，因此，本案發明人即基於此點想法來研究發展出本案技術。
此外，前述驅動IPMC的技術還可以藉由IPMC本身的導電性來產生其他種應用，例如，與發光二極體(LED)的結合應用。
本發明之主要目的乃在於提供一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其使用離子高分子金屬複合材料，而可以提供微致動的效果。
本發明之再一目的在於提供一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其可以利用離子高分子金屬複合材料來控制同心圓繞射板的伸展長度的效果。
本發明之又一目的在於提供一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其可以將離子高分子金屬複合材料與發光元件結合應用。
為了達成上述目的，本發明提供一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，包含有：一下框體，呈環狀且中央鏤空，該下框體設有複數下磁鐵，且該下框體的頂面設有複數下電極板，而相對於該下框體的中央呈等角排列；複數離子高分子金屬複合材料，呈長板狀，分別以其一端的一段長度做為夾持段而以一對一的方式接觸於各該下電極板，該複數離子高分子金屬複合材料的另一端則向該下框體中央延伸；一受驅動元件，受該複數離子高分子金屬複合材料的另一端向上頂抵；以及一上框體，呈環狀且中央鏤空，該上框體設有複數上磁鐵，該複數上磁鐵與該複數下磁鐵的相對面的磁極不同，該上框體的底面設有複數上電極板，該複數上電極板的設置位置係對應該複數下電極板；其中，該上框體係置於該下框體頂面，並藉由該複數上磁鐵與該複數下磁鐵之間因不同磁極所產生的磁吸力而被夾持在一起，各該上電極板係對應壓制於各該下電極板上方的該離子高分子金屬複合材料的該夾持段，各該離子高分子金屬複合材料之該夾持段即被各該上電極板與各該下電極板所夾持而固定。
藉此，本發明使用離子高分子金屬複合材料，而可以對受驅動元件提供微致動的效果，在受驅動元件是同心圓繞射板，可以用來驅動其伸展長度，此外，在受驅動元件是發光元件時，亦可以利用該複數離子高分子金屬複合材料本身的導電性與致動性來提供微致動以及供電使其發光的效果。
為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：
如圖1至圖6所示，本發明第一較佳實施例所提出之一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎10，主要由一下框體11、複數離子高分子金屬複合材料21、一同心圓繞射板31做為受驅動元件，以及一上框體41所組成，其中：
該下框體11，呈環狀且中央鏤空，該下框體11的底部向上凹設複數凹槽12而容置複數下磁鐵14，且該下框體11的頂面設有複數下電極板16，而相對於該下框體11的中央呈等角排列。在實際實施時，該下框體11之頂部係有複數傾斜台18，各該下電極板16係有一部分呈傾斜狀而以該傾斜狀的部位設於各該傾斜台18，且該下框體11的頂部凸伸複數定位柱19。
該複數離子高分子金屬複合材料21，呈長板狀，分別以其一端的一段長度做為夾持段22而以一對一的方式以下表面接觸於各該下電極板16，該複數離子高分子金屬複合材料21的另一端則向該下框體11中央延伸。
該同心圓繞射板31，具有一中央板32以及位於該中央板32周圍而同心設置的複數同心圓板33，以及具有位於該複數同心圓板33周圍的複數固定板34，該複數固定板34的底面係位於該下框體11頂面，且該複數離子高分子金屬複合材料21的另一端係頂抵於該中央板32底面。該中央板32、該複數同心圓板33與該複數固定板34在未受外力作用時係呈一平板狀。在實際實施時，該同心圓繞射板31的各該固定板34之間係分別形成一通道341，各該下電極板16係位於各該通道341內，此外，該中央板32、該複數固定板34與該複數同心圓板33係一體成形，且該中央板32與該複數同心圓板33之間係以複數連接片331連接，而該複數連接片331可以設置為彎曲狀來提供足夠的變形量供該同心圓繞射板31伸展所需。此外，各該固定板34具有一定位孔342。
該上框體41，呈環狀且中央鏤空，該上框體41的頂部向下凹設複數凹槽42而容置複數上磁鐵44，該複數上磁鐵44與該複數下磁鐵14的相對面的磁極不同，該上框體41的底面設有複數上電極板46，該複數上電極板46的設置位置係對應該複數下電極板16，而位於各該通道341內。在實際實施時，該上框體41的底部設有向下凸伸的複數傾斜塊48，各該傾斜塊48對應位於各該傾斜台18上方，各該上電極板46係有一部分呈傾斜狀而以該傾斜狀的部分設於各該傾斜塊48，各該傾斜台18與各該傾斜塊48的表面傾斜方向相同，而使被夾持於各該上電極板46與各該下電極板16之間的各該離子高分子金屬複合材料21呈外低內高的傾斜狀，且該上框體41的底部凹設複數定位槽49。
上述元件組合起來後，該上框體41係置於該下框體11頂面，並藉由該複數上磁鐵44與該複數下磁鐵14之間因不同磁極所產生的磁吸力而將該上框體41與該下框體11夾持在一起，各該上電極板46係對應壓制於各該離子高分子金屬複合材料21的該夾持段22的上表面，各該離子高分子金屬複合材料21的該夾持段22即被各該上電極板46與各該下電極板16所夾持而固定，而各該定位柱19穿過各該固定板34的定位孔342並插入各該定位槽49，藉以將該同心圓繞射板31固定住。
以上說明了本第一實施例的結構，接下來說明本第一實施例的操作方式。
如圖6所示，在使用前，可以先以電線(圖中未示)連接該複數上電極板46及該複數下電極板16，但還不提供電能。在未供電的狀態下，該複數離子高分子金屬複合材料21因為沒有受到電力驅動，因此僅頂抵於該同心圓繞射板31的該中央板32而沒有將其頂高而伸展。
如圖7所示，在供電時，係對該複數上電極板46施加正電壓而傳導至該複數離子高分子金屬複合材料21的上表面，並使該複數下電極板16接地而使得該複數離子高分子金屬複合材料21的下表面接地，因此，該複數離子高分子金屬複合材料21的末端即因為受到電力驅動而向上翹起，該同心圓繞射板31的該中央板32即被向上推頂而帶動其他同心圓板33向上移動，而造成該同心圓繞射板31的伸展，此時，即可對聲波形成聚焦的效果。而藉由調整電壓的大小，就能控制該複數離子高分子金屬複合材料21翹起的高度，進而控制該同心圓繞射板31中央往外伸展的長度，進而達到調整焦距的效果。
在停止供電後，該複數離子高分子金屬複合材料21即不再受電力驅動而回復至圖6所示之狀態。
值得說明的一點是，本案使用該複數上磁鐵以及該複數下磁鐵來做為夾持該上框體41與該下框體11的固定手段，主要是基於其夾持力量固定且平均，而且磁鐵佔用的體積較小，較不會有故障或夾持力過大的問題。如果使用夾具或扣具來做為固定手段，會使得整個裝置變得太大，夾具或扣具容易因意外的碰撞而脫落造成整體裝置的失效，或是夾具夾得過緊或夾持力量不平均而造成該複數離子高分子金屬複合材料21的損壞。
由上可知，本發明使用離子高分子金屬複合材料，而可以對同心圓繞射板提供微致動的功能，達到利用電場來控制同心圓繞射板的伸展長度的效果。在配合使用在聲波的應用場合時，即可以進一步的達到調整焦距的效果。
如圖8至圖9所示，本發明第二較佳實施例所提出之一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎50，主要概同於前揭第一實施例，不同之處在於：
本第二實施例中的該複數離子高分子金屬複合材料61係以二個為例，且本第二實施例中不設置第一實施例中的傾斜台以及傾斜塊，因此該複數離子高分子金屬複合材料61即以被夾持時呈水平狀為例。
而本第二實施例中係以一發光二極體71來做為該受驅動元件，該發光二極體71其發光的光譜可以是可見光或不可見光，於本實施例中係以不可見光中的紅外線為例，將該發光二極體71的正極以一正極蛇紋形導電板711藉由一扣環結構713設置並連接於一該離子高分子金屬複合材料61的上表面，並將該發光二極體71的負極以一負極蛇紋形導電板712藉由另一扣環結構713設置並連接於另一該離子高分子金屬複合材料61的下表面。藉此該發光二極體71仍受到該二離子高分子金屬複合材料61所頂抵。
藉此，在使用時，如圖10所示，在對該複數上電極板86施加正電壓而使該複數下電極板56接地時，該複數離子高分子金屬複合材料61即向上翹起，該發光二極體71即連同該正極蛇紋形導電板711以及該負極蛇紋形導電板712一起被頂高。而由於該複數離子高分子金屬複合材料61的上表面接觸於該複數上電極板86而具有正電壓，該複數離子高分子金屬複合材料61的下表面接觸於該複數下電極板56而接地，因此該發光二極體71即因而發光，可以讓使用者藉由觀察到發光狀況來了解到該複數離子高分子金屬複合材料61目前處於正常的工作狀態。
須補充說明的是，該發光二極體71亦可以僅為一般二極體，而可提供整流的效果。
本第二實施例之其餘結構及所能達成的功效均概同於前揭第一實施例，容不再予贅述。
10:使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎
11:下框體
12:凹槽
14:下磁鐵
16:下電極板
18:傾斜台
19:定位柱
21:離子高分子金屬複合材料
22:夾持段
31:同心圓繞射板
32:中央板
33:同心圓板
331:連接片
34:固定板
341:通道
342:定位孔
41:上框體
42凹槽
44:上磁鐵
46:上電極板
48:傾斜塊
49:定位槽
50:使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎
56:下電極板
61:離子高分子金屬複合材料
71:發光二極體
711:正極蛇紋形導電板
712:負極蛇紋形導電板
713:扣環結構
86:上電極板
圖1係本發明第一較佳實施例之組合立體圖。
圖2係本發明第一較佳實施例之爆炸圖。
圖3係本發明第一較佳實施例之部分元件爆炸圖。
圖4係本發明第一較佳實施例之部分元件爆炸圖之底視視角。
圖5係本發明第一較佳實施例之俯視圖。
圖6係沿第5圖中6-6剖線之剖視圖。
圖7係本發明第一較佳實施例之動作圖。
圖8係本發明第二較佳實施例之俯視圖。
圖9係沿第8圖中9-9剖線之剖視圖。
圖10係本發明第二較佳實施例之動作圖。
10:使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎
11:下框體
16:下電極板
19:定位柱
21:離子高分子金屬複合材料
22:夾持段
31:同心圓繞射板
32:中央板
33:同心圓板
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342:定位孔
41:上框體
42:凹槽
44:上磁鐵
46:上電極板
48:傾斜塊
Claims (9)
- 一種使用離子高分子金屬複合材料(IPMC；Ionic Polymer Metal Composite)的軟式引擎，包含有：一下框體，呈環狀且中央鏤空，該下框體設有複數下磁鐵，且該下框體的頂面設有複數下電極板，而相對於該下框體的中央呈等角排列；複數離子高分子金屬複合材料，呈長板狀，分別以其一端的一段長度做為夾持段而以一對一的方式接觸於各該下電極板，該複數離子高分子金屬複合材料的另一端則向該下框體中央延伸；一受驅動元件，受該複數離子高分子金屬複合材料的另一端向上頂抵；以及一上框體，呈環狀且中央鏤空，該上框體設有複數上磁鐵，該複數上磁鐵與該複數下磁鐵的相對面的磁極不同，該上框體的底面設有複數上電極板，該複數上電極板的設置位置係對應該複數下電極板；其中，該上框體係置於該下框體頂面，並藉由該複數上磁鐵與該複數下磁鐵之間因不同磁極所產生的磁吸力而被夾持在一起，各該上電極板係對應壓制於各該下電極板上方的該離子高分子金屬複合材料的該夾持段，各該離子高分子金屬複合材料之該夾持段即被各該上電極板與各該下電極板所夾持而固定；其中，該下框體之頂部具有複數傾斜台，各該下電極板係至少有一部分呈傾斜狀而以該傾斜狀的部位設於各該傾斜台，該上框體之底部具有向下凸伸的複數傾斜塊，各該傾斜塊對應位於各該傾斜台上方，各該上電極板係至少有一部分呈傾斜狀而以該傾斜狀的部位設於各該傾斜塊；各該傾斜台與各該傾斜塊 的表面傾斜方向相同，而使被夾持於各該上電極板與各該下電極板之間的各該離子高分子金屬複合材料呈外低內高狀。
- 依據申請專利範圍第1項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：該受驅動元件係為一同心圓繞射板，具有一中央板以及位於該中央板周圍而同心設置的複數同心圓板，以及具有位於該複數同心圓板周圍的複數固定板，該複數固定板的底面係位於該下框體頂面，且該複數離子高分子金屬複合材料的另一端係頂抵於該同心圓繞射板之該中央板底面。
- 依據申請專利範圍第2項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：該同心圓繞射板的各該固定板之間係分別形成一通道，各該下電極板與其對應的各該上電極板係對應位於各該通道內。
- 依據申請專利範圍第2項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：該複數固定板、該中央板與該複數同心圓板係一體成形。
- 依據申請專利範圍第2項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：該中央板與該複數同心圓板之間係以複數連接片連接。
- 依據申請專利範圍第5項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：各該連接片係呈彎曲狀。
- 依據申請專利範圍第2項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：各該固定板具有一定位孔，該上框體的底部凹設複數定位槽，該下框體的頂部凸伸複數定位柱，而分別穿過各該定位孔而插入至各該定位槽。
- 依據申請專利範圍第1項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：該下框體之底部向上凹設複數凹槽而容置該複數下磁鐵，該上框體之頂部向下凹設複數凹槽而容置該複數上磁鐵。
- 依據申請專利範圍第1項所述之使用離子高分子金屬複合材料(IPMC)的軟式引擎，其中：該受驅動元件係為一二極體，該二極體包含一般二極體或發光二極體，且發光二極體其發光的光譜包含可見光及不可見光，該二極體的正極係以一正極蛇紋形導電板藉由一扣環結構連接於一該離子高分子金屬複合材料的上表面，且該二極體的負極係以一負極蛇紋形導電板藉由另一扣環結構連接於另一該離子高分子金屬複合材料的下表面。
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