右上电极引出脚13-1-1、第二右上电极引出脚13-2-1、第三右上 电极引出脚13-3-1 (如图I(g)所示），且第一左上电极12-1与第一左下电极22-1、第二 左上电极12-2与第二左下电极22-2、第三左上电极12-3与第三左下电极22-3、第一右上 电极13-1与第一右下电极23-1、第二右上电极13-2与第二右下电极23-2、第三右上电极 13-3与第三右下电极23-3分别上下对齐，第一左上电极引出脚12-1-1与第一左下电极引 出脚22-1-1、第二左上电极引出脚12-2-1与第二左下电极引出脚22-2-1、第三左上电极引 出脚12-3-1与第三左下电极引出脚22-3-1、第一右上电极引出脚13-1-1与第一右下电极 引出脚23-1-1、第二右上电极引出脚13-2-1与第二右下电极引出脚23-2-1、第三右上电极 引出脚13-3-1与第三右下电极引出脚23-3-1分别上下对齐；
[0031] (6)、对压电陶瓷双晶片进行紫外线激光切割，加工出一体连接的支撑部、左钳指 部、右钳指部以及一体连接在左钳指部自由端和右钳指部自由端的扩展部，扩展部上可安 装不同形状的夹持头，得到具有四自由度的压电微夹钳（如图2所示）；其中：支撑部由上 下对齐的上支撑部11与下支撑部21组成，左钳指部由上下对齐的左上钳指部12与左下钳 指部22组成，右钥'指部由上下对齐的右上钥'指部13和右下钥'指部23组成，扩展部由上下 对齐的上扩展部14与下扩展部24组成，上支撑部11、左上钳指部12、右上钳指部13和上 扩展部14 一体连接，左上钳指部12和右上钳指部13沿上支撑部11的中心线对称，第一左 上电极12-1、第二左上电极12-2和第三左上电极12-3位于左上钳指部12的非粘结面上， 第一右上电极13-1、第二右上电极13-2和第三右上电极13-3位于右上钳指部13的非粘 结面上，第一左上电极引出脚12-1-1、第二左上电极引出脚12-2-1、第三左上电极引出脚 12- 3-1、第一右上电极引出脚13-1-1、第二右上电极引出脚13-2-1和第三右上电极引出脚 13- 3-1位于上支撑部11的非粘结面上，下支撑部21、左下钳指部22、右下钳指部23和下 扩展部24 -体连接，左下钳指部22和右下钳指部23沿下支撑部21的中心线对称，第一左 下电极22-1、第二左下电极22-2和第三左下电极22-3位于左下钳指部22的非粘结面上， 第一右下电极23-1、第二右下电极23-2和第三右下电极23-3位于右下钳指部23的非粘 结面上，第一左下电极引出脚22-1-1、第二左下电极引出脚22-2-1、第三左下电极引出脚 22- 3-1、第一右下电极引出脚23-1-1、第二右下电极引出脚23-2-1和第三右下电极引出脚 23- 3-1位于下支撑部21的非粘结面上，第四左下电极22-4位于左下钳指部22的粘结面 上，第四右下电极23-4位于右下钳指部23的粘结面上，第四左下电极引出脚22-4-1和第 四右下电极引出脚23-4-1位于下支撑部21的粘结面上。
[0032] 通过上述工艺制作得到的四自由度压电微夹钳在使用时，要先将：第一左上电极 引出脚12-1-1与第三左下电极引出脚22-3-1电连接，第二左上电极引出脚12-2-1与第 二左下电极引出脚22-2-1电连接，第三左上电极引出脚12-3-1与第一左下电极引出脚 22-1-1电连接，第一右上电极引出脚13-1-1与第三右下电极引出脚23-3-1电连接，第二右 上电极引出脚13-2-1与第二右下电极引出脚23-2-1电连接，第三右上电极引出脚13-3-1 与第一右下电极引出脚23-1-1电连接。
[0033] 以下以本发明的压电微夹钳的其中一个钳指为例，对其实现不同动作的原理进行 具体说明：
[0034] 图10中，@表示垂直于纸面且指向纸面外部的方向，即X正向；?表示垂直于纸 面且指向纸面内部的方向，即X负向。
[0035] 如图10(I)所示，通过一组逆压电效应使钳指产生夹持方向的动作的原理为：在 所给定的晶片电极化（电极化强度P表示）方向下，当大小为Uy的驱动电压同时作用于钳 指的左、右两侧（图10(I)中虚线框所示）时，由于钳指左侧的电场（电场强度Ey表示） 方向和电极化方向相反，该部分沿X正向伸长；而由于钳指右侧的电场方向和电极化方向 相同，该部分则沿X负向缩短，于是整个钳指便沿y轴正向产生弯曲微位移，即产生夹持方 向的动作。
[0036] 如图10(II)所示，通过另一组逆压电效应使钳指产生垂直于夹持方向的动作的 原理为：在同样的晶片电极化方向下，当大小为Uz的驱动电压同时作用于钳指中间部分的 上下晶片（图10 (II)中虚线框所示）时，由于上晶片的电场（电场强度Ez表示）方向和 电极化方向相反，该部分晶片沿X正向伸长；而由于下晶片的电场方向和电极化方向相同， 该部分晶片则沿X负向缩短，于是整个钳指便沿z轴负向产生弯曲微位移，即产生垂直于夹 持方向的动作。
[0037] 如图IO(III)所示，通过两组空间垂直交叉的逆压电效应使钳指具有两个自由度 的原理为：当驱动电压Uy、Uz同时作用于钳指上时，整个钳指便同时沿y轴正向和z轴负向 产生二维微位移。
【主权项】
1. 一种四自由度压电微夹钳的制作工艺，其特征在于包括以下具体步骤： (1) 、取两块压电陶瓷单晶片，其中一块作为上晶片，另一块作为下晶片，并在上晶片的 一端通过紫外线激光切割加工出一个方形的缺口； (2) 、将上晶片和下晶片电极化，并将电极化后的上晶片的粘结面上的电极通过光刻法 全部去除； (3) 、在电极化后的下晶片的非粘结面上光刻出相互独立且并排设置的第一左下电极、 第二左下电极、第三左下电极、第一右下电极、第二右下电极、第三右下电极以及分别与其 一一对应一体连接的第一左下电极引出脚、第二左下电极引出脚、第三左下电极引出脚、第 一右下电极引出脚、第二右下电极引出脚、第三右下电极引出脚，并在下晶片的非粘结面 上做出两个十字定位基准点，然后以下晶片非粘结面上的两个十字定位基准点作为定位 基准，在下晶片的粘结面上光刻出相互独立的第四左下电极、第四右下电极以及分别与其 一一对应一体连接的第四左下电极引出脚、第四右下电极引出脚，第四左下电极与第二左 下电极上下对齐，第四右下电极与第二右下电极上下对齐； (4) 、将上晶片的粘结面与下晶片的粘结面用绝缘胶进行粘结固定得到压电陶瓷双晶 片，且上晶片上的缺口与下晶片上的第四左下电极引出脚的端部、第四右下电极引出脚的 端部相对齐； (5) 、以下晶片非粘结面上的两个十字定位基准点作为定位基准，在上晶片的非粘结面 上光刻出相互独立且并排设置的第一左上电极、第二左上电极、第三左上电极、第一右上电 极、第二右上电极、第三右上电极以及分别与其一一对应一体连接的第一左上电极引出脚、 第二左上电极引出脚、第三左上电极引出脚、第一右上电极引出脚、第二右上电极引出脚、 第三右上电极引出脚，且第一左上电极与第一左下电极、第二左上电极与第二左下电极、第 三左上电极与第三左下电极、第一右上电极与第一右下电极、第二右上电极与第二右下电 极、第三右上电极与第三右下电极分别上下对齐； (6) 、对压电陶瓷双晶片进行紫外线激光切割，加工出一体连接的支撑部、左钳指部、右 钳指部以及一体连接在左钳指部自由端和右钳指部自由端的扩展部，得到具有四自由度的 压电微夹钳；其中：支撑部由上下对齐的上支撑部与下支撑部组成，左钳指部由上下对齐 的左上钳指部与左下钳指部组成，右钳指部由上下对齐的右上钳指部和右下钳指部组成， 扩展部由上下对齐的上扩展部与下扩展部组成，上支撑部、左上钳指部、右上钳指部和上扩 展部一体连接，左上钳指部和右上钳指部沿上支撑部的中心线对称，第一左上电极、第二左 上电极和第三左上电极位于左上钳指部的非粘结面上，第一右上电极、第二右上电极和第 三右上电极位于右上钳指部的非粘结面上，第一左上电极引出脚、第二左上电极引出脚、第 三左上电极引出脚、第一右上电极引出脚、第二右上电极引出脚和第三右上电极引出脚位 于上支撑部的非粘结面上，下支撑部、左下钳指部、右下钳指部和下扩展部一体连接，左下 钳指部和右下钳指部沿下支撑部的中心线对称，第一左下电极、第二左下电极和第三左下 电极位于左下钳指部的非粘结面上，第一右下电极、第二右下电极和第三右下电极位于右 下钳指部的非粘结面上，第一左下电极引出脚、第二左下电极引出脚、第三左下电极引出 脚、第一右下电极引出脚、第二右下电极引出脚和第三右下电极引出脚位于下支撑部的非 粘结面上，第四左下电极位于左下钳指部的粘结面上，第四右下电极位于右下钳指部的粘 结面上，第四左下电极引出脚和第四右下电极引出脚位于下支撑部的粘结面上。2.如权利要求1所述的一种四自由度压电微夹钳的制作工艺，其特征在于所述的第 一左上电极引出脚与所述的第一左下电极引出脚、所述的第二左上电极引出脚与所述的第 二左下电极引出脚、所述的第三左上电极引出脚与所述的第三左下电极引出脚、所述的第 一右上电极引出脚与所述的第一右下电极引出脚、所述的第二右上电极引出脚与所述的第 二右下电极引出脚、所述的第三右上电极引出脚与所述的第三右下电极引出脚分别上下对 齐。
【专利摘要】本发明公开了一种四自由度压电微夹钳的制作工艺，优点是通过该方法制作得到的四自由度压电微夹钳其压电晶片及其表面电极具有较高的形状与尺寸精度，且上下晶片及其电极之间具有较高的相对位置精度，使得四自由度压电微夹钳具有良好的输出特性，如：输出位移和输出力重复性好、响应速度快、固有频率高，而且由于制作得到的四自由度压电微夹钳可使每个钳指都可实现夹持方向和垂直于夹持方向的动作，即每个钳指具有两个方向的自由度，整个压电微夹钳具有四个自由度，从而可省掉微装配与微操作系统的部分前端执行机构，降低了系统的设计难度与复杂度，减小了系统的质量和体积，也降低了系统的成本。
【IPC分类】B81B5/00, B81C3/00, B23K26/38, B25J7/00, B25J15/08
【公开号】CN105058367
【申请号】CN201510515295
【发明人】崔玉国, 郑军辉, 蔡成波, 冯锋义
【申请人】宁波大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月20日