一种压电驱动振子的制作方法
【专利摘要】一种压电驱动振子，包括下压电体（1）、上压电体（2）、中间的垫片（3），下压电体（1）与上压电体（2）尺寸相同，三者粘接组成的压电驱动振子，下压电体（1）、上压电体（2）由PZT压电材料组成，其特征在于：垫片（3）由与下压电体（1）和上压电体（2）相同材质的材料组成。本实用新型的压电振子构造方法，可有效解决压电振子不同材料层之间的膨胀系数不同而导致下压电体（1）、上压电体（2）及垫片（3）的断裂等问题，提高压电泵等器件的可靠性及寿命。
【专利说明】一种压电驱动振子【技术领域】
[0001]本实用新型属于工业流量控制、执行器等【技术领域】，特别涉及压电泵和压电阀体的压电驱动振子。
【背景技术】
[0002]随着电子技术的发展，利用压电技术的逆压电效应，形成的阀体开关或气体液体输送功能制作的压电器件，可作为智能控制的核心控制元件使用。输送气体液体的压电泵多采用简支梁双压电晶片或单压电晶片型压电驱动振子，利用压电晶片的逆压电效应，驱动整个压电驱动振子的弯张振动变形来改变压电驱动振子与壳体之间形成容积室的体积，实现气体液体连续负压吸入和加压排出。而压电阀开关阀多采用悬臂梁双压电晶片或单压电晶片型压电驱动振子，在压电晶片逆压电效应的作用下，驱动整个压电驱动振子的自由端运动，从而实现阀体开关的功能。
[0003]压电驱动振子一般采用的垫片材料为黄铜片、铍青铜片、不锈钢片、有机高分子材料或其它特种材质等。上述垫片材料中无论采用哪种材质，与压电体都存在较大的膨胀系数差异、表面特性差异等，这导致在压电驱动振子制备过程中、使用弯曲发热变形过程中，在热胀冷缩作用下因材料膨胀特性差异和表面特性差异而引起压电体与垫片之间应力集中过大，甚至与粘接层分离失效，最终导致器件断裂、击穿或疲劳失效。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的就是为克服上述【背景技术】的不足，有效解决压电振子不同材料层之间的膨胀系数不同而引起器件的疲劳寿命减少，最终导致器件断裂、击穿或疲劳失效问题，而提供一种压电驱动振子。
[0005]本实用新型的压电驱动振子，包括下压电体、上压电体、中间的垫片，下压电体与上压电体尺寸相同，三者粘接组成的压电驱动振子，下压电体、上压电体由PZT压电材料组成，其特征在于:垫片由与下压电体和上压电体相同材质的材料组成，厚度范围为0.1-5.0mm。
[0006]由下压电体、上压电体、中间的垫片组成双压电晶片型压电驱动振子时，下压电体、上压电体的极化方式根据实际可选用“正负负正”、“负正正负”等方式，驱动方式可按具有一定周期或单独指令的工作电压单独、同时或交替驱动。
[0007]由上下压电体中的一片压电体和中间的垫片组成单压电晶片型压电驱动振子，也可按一定的周期或单独指令的工作电压驱动压电动驱动振子实现单边工作。
[0008]本实用新型具有制作过程中不易产生应力，工作过程稳定可靠等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为四周固定双晶片型压电驱动振子结构示意图
[0010]图2为四周固定或悬臂固定双晶片型压电振子静止态工作示意图[0011]图3为四周固定双晶片型压电振子中的上压电体2施加电压时工作示意图
[0012]图4为四周固定双晶片型压电振子中的下压电体I施加电压时工作示意图
[0013]图5为悬臂固定双晶片型压电振子结构示意图
[0014]图6为悬臂固定双晶片型压电振子中的上压电体2施加电压时工作示意图
[0015]图7为悬臂固定双晶片型压电振子中的下压电体I施加电压时工作示意图
[0016]图8为四周固定单晶片型压电振子结构示意图
[0017]图9为四周固定单晶片型压电振子静止态工作示意图
[0018]图10为四周固定单晶片型压电振子中的下压电体I施加电压时工作示意图
[0019]图11为悬臂固定单晶片型压电振子结构示意图
[0020]图12为悬臂固定单晶片型压电振子静止态工作示意图
[0021]图13为悬臂固定单晶片型压电振子中的上压电体2施加电压时工作示意图
[0022]上述图中:1.下压电体；2.上压电体；3.垫片；4.下支撑体；5.上支撑体；6.下密封圈；7.上密封圈；8.腔体；9.下悬臂支撑体；10.下弹性垫片；11.上弹性垫片；12上悬臂支撑体。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0024]本实施例中的驱动方式已经向专利局提出申请，申请号为:201310243524.9。
[0025]实施例1
[0026]实施例1的压电双晶片振子为圆形并圆周固定结构，如图1所示:压电驱动振子由下压电体1、上压电体2、垫片3相互粘接而成。压电驱动振子的四周由支撑体和垫圈固定，在下支撑体4、上支撑体5之间的空腔内安装压电驱动振子，压电驱动振子的四周与下支撑体4之间装有下密封圈6，压电驱动振子的四周与上支撑体5之间亦装有上密封圈7，此结构使压电驱动振子将下支撑体4和上支撑体5分成上下两个空腔。
[0027]下压电体1、上压电体2的极化方式按照图2中的“正负负正”方式极化，图中P为压电体极化方向，下同。下压电体1、上压电体2分别单独正电压驱动，图中E为对压电体施加电场方向，下同，下压电体I的上表面电极与上压电体2的下表面电极采用导线相互连接并引出导线形成地线零电位。其中下压电体I的驱动电压U2加在下压电体I的下表面电极和零电位之间；上压电体2的驱动电压Ul加在上压电体2的上表面电极和零电位之间，驱动电压U1、U2的波形可以采用整流后周期正电压。
[0028]图2为下压电体1、上压电体2都没有施加电压的自然状态，压电驱动振子没有发生变形。当上压电体2上施加正电压Ul = Vdc时，下压电体I的驱动电压U2 = 0V，即处于短路放电状态，此时上压电体2因逆压电效应发生收缩，而压电体I不产生逆压电效应形变，如图3虚线所示:上压电体2驱动整个压电驱动振子向下弯曲变形，在压电驱动振子将上支撑体5和下支撑体4分隔而成的上下空腔密封的情况下，引起使上支撑体5向下形变及上面的空腔8体积变大，同时下支撑体4向下形变及下空腔体积变小，在未密封的情况下，上面空腔8产生吸力而下面空腔产生压力；当下压电体I上施加正电压U2 = Vdc时，此时上压电体2的驱动电压Ul = 0V，即处于短路放电状态，下压电体I因逆压电效应发生收缩，而上压电体2不产生逆压电效应形变，如图4虚线所示:下压电体I驱动整个压电振子向上弯曲变形，在压电驱动振子将上支撑体5和下支撑体4分隔而成的上下空腔密封的情况下，引起使上支撑体5向上形变及上面的空腔8体积变小，同时下支撑体4向上形变及下空腔体积变大，在未密封的情况下，上面的空腔8产生压力下空腔产生吸力。上压电体2和下压电体I在各自的周期工作电压下可按照上述方式交替工作。
[0029]利用这种方式制备的压电微泵体，压电振子中的垫片3厚度范围为0.1-5.0_，下压电体I和上压电体2厚度范围0.05-1.0mm。本实施例采用厚度0.25mm的垫片3，厚度均为0.25mm的下压电体I和上压电体2制备的双压电晶片型压电泵工作特性良好、稳定可
[0030]实施例2
[0031]实施例2的双晶片型压电驱动振子为长条形悬背梁固定结构，如图5所示:由下压电体1、上压电体2、垫片3相互粘接而成，压电驱动振子的形状为长条形。压电驱动振子一端的悬臂梁支点由上下悬臂支撑体和弹性垫片固定，在下悬臂支撑体9、上悬臂支撑体12之间安装压电驱动振子，压电驱动振子与下悬臂支撑体9之间装有下弹性垫片10，压电驱动振子与上悬臂支撑体12之间亦装有上弹性垫片11。
[0032]下压电体1、上压电体2的极化方式、电路连接方式和驱动方式同实施例1。
[0033]图2为下压电体1、上压电体2都没有施加电压的自然状态，压电振子没有发生变形。当上压电体2上施加正电压Ul = Vdc时，下压电体I的驱动电压U2 = 0V,即处于短路放电状态，此时上压电体2因逆压电效应发生收缩，而压电体I不产生逆压电效应形变，如图6虚线所示:上压电体2驱动整个压电振子向上弯曲变形，当下压电体I上施加正电压U2 = Vdc时，上压电体2的驱动电压Ul = 0V，即处于短路放电状态，此时下压电体I因逆压电效应发生收缩，而压电体2不产生逆压电效应形变，如图7虚线所示:下压电体I驱动整个压电振子向下弯曲变形。上压电体2和下压电体I在各自的周期工作电压下可按照上述方式交替工作。
[0034]利用这种工作方式设计的微阀体，压电驱动振子中的垫片3厚度范围0.1-5.0mm,下压电体I和上压电体2厚度0.05-1.0mm。本实施例采用厚度0.25mm的垫片3，厚度均为
0.25mm的下压电体I和上压电体2制备的双压电晶片开关阀工作特性良好，稳定可靠。
[0035]实施例3
[0036]实施例3的单压电晶片型压电驱动振子为方形四周固定结构，如图8所示:由下压电体1、垫片3相互粘接而成。压电驱动振子的四周由支撑体和垫圈固定，在下支撑体4、上支撑体5之间的空腔内安装压电驱动振子，压电驱动振子的四周与下支撑体4之间装有下密封圈6，压电驱动振子的四周与上支撑体5之间亦装有上密封圈7，此结构使压电驱动振子将下支撑体4和上支撑体5分成上下两个空腔。
[0037]如图9所示:下压电体I极化采用上表面为正极下表面为负极的极化方式。
[0038]图9为下压电体没有施加电压的自然状态，压电振子没有发生变形。当下压电体I上施加周期性正电压U2 = Vdc时，下压电体I因逆压电效应发生收缩，如图10虚线所示:下压电体I驱动整个压电振子向上弯曲变形，使上面腔体8体积缩小，同样，可以根据实际情况施加负电压，效果相反。这种单压电晶片型压电驱动振子，也可按一定的周期或单独指令的工作电压驱动压电动驱动振子实现单边工作。
[0039]利用这种方式可以制备压电微泵体的压电振子中的压电体I的厚度范围为0.05-1.0mm,垫片3厚度范围为0.1-5.0_。本实施例采用的垫片3厚度为0.25_、下压电体I厚度为0.25mm的压电驱动振子制备的单压电晶片型压电泵工作特性良好。
[0040]实施例4
[0041]实施例4的单晶片型压电驱动振子为长条形悬背梁固定结构，如图11所示:由上压电体2、垫片3相互粘接而成，压电驱动振子的形状本例采用长条形。压电驱动振子一端的悬臂梁支点由上下悬臂支撑体和弹性垫片固定，在下悬臂支撑体9、上悬臂支撑体12之间安装压电驱动振子，压电驱动振子与下悬臂支撑体9之间装有下弹性垫片10，压电驱动振子与上悬臂支撑体12之间亦装有上弹性垫片11。
[0042]如图12所示:上压电体2极化采用上表面为负极下表面为正极的极化方式。
[0043]图12为上压电体2没有施加电压的自然状态，压电振子没有发生变形。当上压电体2上施加周期性正电压Ul = Vdc时，上压电体2因逆压电效应发生收缩，如图13虚线所示:上压电体2驱动整个压电振子向上弯曲变形，这种单压电晶片型压电驱动振子，也可按一定的周期或单独指令的工作电压驱动压电动驱动振子实现单边工作。
[0044]利用这种工作方式可以制备微阀体，压电驱振子中的压电体2的厚度范围为
0.05-1.0mm,垫片3厚度范围为0.1-5.0mm。本例采用垫片3d厚度为0.25mm，压电体厚度为0.25mm的压电驱动振子制备的单压电晶片型压电单向开关阀工作特性良好。
[0045]采用本实用新型的压电驱动振子，有效解决了压电驱动振子不同材料层之间的膨胀系数和表面特性不同而引起器件的断裂、击穿、疲劳实效等问题，采用本构造方法制作的压电泵和压电泵体和压电阀体，工作平稳可靠，寿命大大提高。
【权利要求】
1.一种压电驱动振子，包括下压电体(I)、上压电体(2)、中间的垫片(3)，下压电体(I)与上压电体(2)尺寸相同，三者粘接组成的压电驱动振子，下压电体(I)、上压电体(2)由PZT压电材料组成，其特征在于:垫片(3)由与下压电体(I)和上压电体(2)相同材质的材料组成，厚度范围为0.1-5.0_。
【文档编号】H01L41/053GK203398166SQ201320363211
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2013年6月24日
【发明者】王素贞 申请人:重庆中镭科技有限公司