专利名称：圆顶形状的线性压电马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用圆顶形状的压电陶瓷促动器来提供相比以往的基于平面型压电陶瓷的振动位移更加提高的振动位移的线性压电马达。
背景技术：
压电马达(Piezoelectric motor)是指利用随着所施加的电场的变化而引起振动的压电陶瓷促动器的压电效果的次世代马达。这种压电马达是指具有无法用人的耳朵感应到的20kHz以上的超声波范围的驱动频率的无噪声马达，亦称作超声波马达。并且，与常用的电磁式马达相比，压电马达的发生力为3kg · cm,反应速度为0. Ims 以下，大小小10倍以上，且其精密度为0. Im以下。因此，广泛利用于如体现数码相机的变焦、自动对焦及防抖功能或者CD/DVD-R0M 驱动器的拾取透镜驱动等需要高级别的转矩和低速的应用部分。一般来讲，压电马达能够用弯曲波方式(flexural wave type)或驻波方式 (standing wave type)等振动传递方式体现。但是，上述振动传递方式具有当连续驱动时，因接触部分的磨耗而难以确保规定的振幅的缺点。作为用于克服这种缺点的对策，提出了一种线性压电马达，其特征在于，用粘结剂将压电厚膜粘结在金属弹性体的双面之后以并联方式连接，将弯曲运动作为驱动源，使装载于移动轴的移动体进行线性移动。上述压电马达具有大小比以往的马达小，制造工序简单，且工作速度快的优点。但是，压电陶瓷促动器为了提高位移，需要接合额外的金属弹性板。因此，存在制造成本上涨， 制造工序变复杂的问题。而且，由于利用100 μ m的压电厚膜，因而具有耐冲击性差、发生力小的问题和因压电厚膜的振动而致使金属弹性板和压电厚膜被剥离的问题。并且，根据现有技术，移动轴及移动体的振动位移限制在规定大小，因此存在能应用该马达的产品的范围也相应受限的问题。
发明内容
技术问题本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于，即使不在压电陶瓷促动器接合额外的弹性板也能确保振动位移。并且，本发明的目的在于，提供一种圆顶形状的线性压电马达，其提供相比平面型压电陶瓷促动器的线性振动位移更加提高的线性振动位移，从而提高线性压电马达的可动效率，同时能够进一步扩大其应用范围。解决问题的手段本发明的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的特征在于，包括压电陶瓷促动器，其呈圆顶形状，并处理成在双面施加互不相同的电极；杆状振动轴，其垂直固定在上述圆顶形状的上部顶点；移动体，其以圆筒形状插入在上述振动轴，随着上述振动轴进行线性运动；以及陶瓷约束体，其固定在上述圆顶形状的下侧边缘部。其中，本发明的特征在于，还包括加压部件，该加压部件形成在上述移动体的表面，使得在上述移动体与上述振动轴之间的接触部位维持规定的摩擦力。并且，本发明的特征在于，上述陶瓷约束体与上述压电陶瓷促动器形成为一体型。并且，本发明的特征在于，上述陶瓷约束体具有能够束缚上述压电陶瓷促动器的径向振动的刚性，并由热膨胀系数与上述压电陶瓷的热膨胀系数类似的物质形成。并且，本发明的特征在于，上述陶瓷约束体以盘状或环状形成。并且，本发明的特征在于，上述陶瓷约束体通过热固性粘结剂与上述压电陶瓷促动器相结合。发明的效果本发明不需要为了得到振动位移而具有额外的弹性板，只要将压电陶瓷构成为圆顶形即可，由此具有缩短以往因附加弹性体而变复杂的制造工序，降低制造成本的优点。并且，相比采用以往的平面型压电陶瓷的情况，能够更加提高线性压电马达的振动位移、运转范围及发生力。因此，本发明提供能够增大应用该压电马达的产品的应用范围的效果。
图1是简略表示圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的照片。图2及图3是简略表示本发明的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的照片及剖视图。图4是用于对本发明的圆顶形状的压电促动器进行分析的三维结构图。图5是用于对本发明的圆顶形状的压电促动器进行有限元分析的结构图。图6是表示关于本发明比较例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的模拟的阻抗比频率曲线的曲线图。图7是表示模拟本发明一实施例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的阻抗比频率曲线的曲线图。图8是将共鸣频率应用于本发明比较例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的 ATILA三维模拟结果。图9是将共鸣频率应用于本发明一实施例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的 ATILA三维模拟结果。图10是表示关于本发明一实施例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的最大振动及应用电压的图表。图11是表示关于本发明其他实施例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的模拟的阻抗比频率曲线的曲线图。图12是表示基于本发明一实施例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的惯性原理的移动体的位移的图表。图13是表示基于上述图12的位移的电位的图表。
图14表示用于对本发明一实施例的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的持续位移进行测定的装置。图15是表示将共鸣频率应用于本发明一实施例的圆顶形状的线性压电马达 (DSPLM)的总位移的曲线图。
具体实施例方式本发明的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)包括压电陶瓷促动器，其呈圆顶形状，并处理成在双面施加互不相同的电极；杆状振动轴，其垂直固定在上述圆顶形状的上部顶点；移动体，其以圆筒形状插入在上述振动轴，随着上述振动轴进行线性运动；以及陶瓷约束体，其固定在上述圆顶形状的下侧边缘部。其中，就移动体而言，当上述振动轴移动时，如果上述移动体的惯性力小于与上述振动轴之间的摩擦力，则会沿着上述振动轴的运动方向移动。并且，通过指定的加压部件在移动体与振动轴之间的接触部位维持规定的摩擦力，并使陶瓷约束体的圆顶形状的压电陶瓷促动器的位移极大化。在本发明中形成圆顶形状的压电陶瓷促动器是为了提高压电陶瓷促动器的位移。将这种形态的压电马达称作圆顶形状的线性压电马达(Dome Shaped Piezoelectric Linear Motor :DSPLM)，通过参照下面的照片，对简略形态进行说明，具体如下。图1是简略表示圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的照片。参照图1，具有圆顶形状的压电陶瓷促动器10(Dome Shaped Piezoelectric Actuator)，在圆顶形状的上部顶点形成轴(Siaft)形态的振动轴20。此时，振动轴20能够通过环氧树脂胶黏剂来进行固定。其次，在振动轴20的中心部形成移动体30，在移动体30的外部具有作为加压部件的硅橡胶40。然后，在圆顶形状的压电陶瓷促动器的表面形成与用于施加电场的电线连接的焊料50。如果在上述压电陶瓷促动器10的上板面及下板面施加电场(U)来施加电极，则会因逆压电效应而在该压电陶瓷促动器10施加压缩力或伸张力。S卩，本发明的压电陶瓷促动器10构成为圆顶形状，以便在双面施加互不相同的电极，该压电陶瓷促动器10随着施加于该压电陶瓷促动器10的两侧面的电压的极性变化，沿着振动轴20的方向凸出或凹入的方式进行振动。其中，在本发明中导入的原理是，通过在圆顶形状的边缘部导入陶瓷约束体，来使在圆顶形状的顶点部产生振动的效果极大化。图2及图3是简略表示根据本发明的圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)的照片及剖视图。参照图2及图3，具有处理成在双面施加互不相同的电极的圆顶形状的压电陶瓷促动器100，并具有垂直固定在圆顶形状的上部顶点的杆状或轴形振动轴120。并且，移动体130以圆筒形状插入在振动轴120，在移动体130的表面设有作为加压部件的硅橡胶140，以便在移动体130与振动轴120之间的接触部位维持规定的摩擦力。接着，具有用于向压电陶瓷促动器100施加电场的电源、分别连接上述电源与压电陶瓷促动器100的双面之间的电线以及将上述电线分别固定在压电陶瓷促动器100的双面的焊料150。再接着，作为本发明的主要的特征，在圆顶形状的下侧边缘部具有陶瓷约束体 160。其中，陶瓷约束体160由热固性粘结剂来进行结合，从而与压电陶瓷促动器100形成为一体型。并且，由截面形状可知，优选为以盘状或环状形成。在本发明中，如上所述地形成陶瓷约束体160，从而在圆顶形状的顶点附近发生变化的位移实现极大化。而且，优选地，陶瓷约束体160具有能够束缚上述压电陶瓷促动器100的径向振动的刚性，并由热膨胀系数与上述压电陶瓷的热膨胀系数类似的物质形成。并且，陶瓷约束体 160通过环氧树脂胶黏剂等热固性粘结剂与促动器结合为一体型，在这种情况下，优选使用不会在热固化过程中致使陶瓷约束体160破损的物质。下面，将参照附图更为详细地说明在圆顶形状的压电陶瓷促动器中产生振动的原理(或者产生振动位移的原理)及本发明的陶瓷约束体的效果。图4是用于对本发明的圆顶形状的压电促动器进行分析的三维结构图，图5是用于对本发明的圆顶形状的压电促动器进行有限元分析(Finite Element meshes :FEM)的结构图。参照图4及图5，简略得知作用于圆顶形状的压电陶瓷的作用力的方向。S卩，在构成压电陶瓷的压电陶瓷促动器的顶点部分沿着振动轴方向收缩，并沿着边缘方向膨胀，而使得圆顶的厚度变薄的情况下，以轴为中心的微型元件通过相邻的微型元件受到压缩力， 该压缩力之合力沿着轴的凸出方向起作用，最终，压电陶瓷促动器的中心顶点部分将会凸出。此时可知，微型元件朝向轴的中心配置成环形。其次，在构成压电陶瓷促动器的压电陶瓷沿着振动轴方向膨胀，并沿着边缘方向收缩，而使得圆顶的厚度变厚的情况下，以振动轴为中心的微型元件受到与上述情况相反的方向的作用力，该作用力之合力沿着与振动轴的凸出方向相反的方向起作用，最终，压电陶瓷促动器的中心顶点部分将会凹入。其中，圆顶形压电陶瓷促动器的直径设为9. 86mm，曲率设为4. 6mm，厚度设为 0. 4mm,使用PZT(锆钛酸铅)5A的压电材料，并执行有限元建模(FEM =Finite Element Modeling)时，能够使用下表1的压电常数、介电常数及弹性常数来获得结果。表 权利要求
1.一种圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，包括压电陶瓷促动器，其呈圆顶形状，并处理成在双面施加互不相同的电极；杆状振动轴，其垂直固定在上述圆顶形状的上部顶点；移动体，其以圆筒形状插入在上述振动轴，随着上述振动轴进行线性运动；以及陶瓷约束体，其固定在上述圆顶形状的下侧边缘部。
2.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，还包括加压部件，该加压部件形成在上述移动体的表面，使得在上述移动体与上述振动轴之间的接触部位维持规定的摩擦力。
3.根据权利要求2所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，上述加压部件由选自弹簧、螺栓及硅橡胶中的任一种构成。
4.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，上述陶瓷约束体与上述压电陶瓷促动器形成为一体型。
5.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，上述陶瓷约束体具有能够束缚上述压电陶瓷促动器的径向振动的刚性，并由热膨胀系数与上述压电陶瓷的热膨胀系数类似的物质形成。
6.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，上述陶瓷约束体以盘状或环状形成。
7.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，上述陶瓷约束体通过热固性粘结剂与上述压电陶瓷促动器相结合。
8.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，还包括电源，其用于向上述压电陶瓷促动器施加电场；电线，其分别连接上述电源与上述压电陶瓷促动器的双面之间；以及焊料，其将上述电线分别固定在上述压电陶瓷促动器的双面。
9.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，上述压电陶瓷促动器利用 0. 04Pb(Sb0 5Nb0 5) O3-O. 46PbTi03-0. 5PbZr03 组合物制造而成。
10.根据权利要求1所述的圆顶形状的线性压电马达，其特征在于，上述压电陶瓷促动器利用粉末注射成型工序制造而成。
全文摘要
本发明涉及一种圆顶形状的线性压电马达，更详细地，提供一种通过圆顶形状的压电陶瓷使得位移提高的线性压电马达，圆顶形状的线性压电马达(DSPLM)包括压电陶瓷促动器，其呈圆顶形状，并处理成在双面施加互不相同的电极，杆状振动轴，其垂直固定在上述圆顶形状的上部顶点，移动体，其以圆筒形状插入在上述振动轴，随着上述振动轴进行线性运动，以及陶瓷约束体，其固定在上述圆顶形状的下侧边缘部，从而在本发明中，与基于平面型的压电陶瓷的相对于厚度方向的振动位移相比，相对于振动轴方向的振动位移更加提高。
文档编号H02N2/00GK102498657SQ201080027966
公开日2012年6月13日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者尹晚焞 申请人:伊诺瓦有限公司, 尹晚焞