一種壓電驅動振子的制作方法
【專利摘要】一種壓電驅動振子，包括下壓電體（1）、上壓電體（2）、中間的墊片（3），下壓電體（1）與上壓電體（2）尺寸相同，三者粘接組成的壓電驅動振子，下壓電體（1）、上壓電體（2）由PZT壓電材料組成，其特征在于：墊片（3）由與下壓電體（1）和上壓電體（2）相同材質的材料組成。本實用新型的壓電振子構造方法，可有效解決壓電振子不同材料層之間的膨脹系數不同而導致下壓電體（1）、上壓電體（2）及墊片（3）的斷裂等問題，提高壓電泵等器件的可靠性及壽命。
【專利說明】一種壓電驅動振子【技術領域】
[0001]本實用新型屬于工業流量控制、執行器等【技術領域】，特別涉及壓電泵和壓電閥體的壓電驅動振子。
【背景技術】
[0002]隨著電子技術的發展，利用壓電技術的逆壓電效應，形成的閥體開關或氣體液體輸送功能制作的壓電器件，可作為智能控制的核心控制元件使用。輸送氣體液體的壓電泵多采用簡支梁雙壓電晶片或單壓電晶片型壓電驅動振子，利用壓電晶片的逆壓電效應，驅動整個壓電驅動振子的彎張振動變形來改變壓電驅動振子與殼體之間形成容積室的體積，實現氣體液體連續負壓吸入和加壓排出。而壓電閥開關閥多采用懸臂梁雙壓電晶片或單壓電晶片型壓電驅動振子，在壓電晶片逆壓電效應的作用下，驅動整個壓電驅動振子的自由端運動，從而實現閥體開關的功能。
[0003]壓電驅動振子一般采用的墊片材料為黃銅片、鈹青銅片、不銹鋼片、有機高分子材料或其它特種材質等。上述墊片材料中無論采用哪種材質，與壓電體都存在較大的膨脹系數差異、表面特性差異等，這導致在壓電驅動振子制備過程中、使用彎曲發熱變形過程中，在熱脹冷縮作用下因材料膨脹特性差異和表面特性差異而引起壓電體與墊片之間應力集中過大，甚至與粘接層分離失效，最終導致器件斷裂、擊穿或疲勞失效。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的就是為克服上述【背景技術】的不足，有效解決壓電振子不同材料層之間的膨脹系數不同而引起器件的疲勞壽命減少，最終導致器件斷裂、擊穿或疲勞失效問題，而提供一種壓電驅動振子。
[0005]本實用新型的壓電驅動振子，包括下壓電體、上壓電體、中間的墊片，下壓電體與上壓電體尺寸相同，三者粘接組成的壓電驅動振子，下壓電體、上壓電體由PZT壓電材料組成，其特征在于:墊片由與下壓電體和上壓電體相同材質的材料組成，厚度范圍為0.1-5.0mm。
[0006]由下壓電體、上壓電體、中間的墊片組成雙壓電晶片型壓電驅動振子時，下壓電體、上壓電體的極化方式根據實際可選用“正負負正”、“負正正負”等方式，驅動方式可按具有一定周期或單獨指令的工作電壓單獨、同時或交替驅動。
[0007]由上下壓電體中的一片壓電體和中間的墊片組成單壓電晶片型壓電驅動振子，也可按一定的周期或單獨指令的工作電壓驅動壓電動驅動振子實現單邊工作。
[0008]本實用新型具有制作過程中不易產生應力，工作過程穩定可靠等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為四周固定雙晶片型壓電驅動振子結構示意圖
[0010]圖2為四周固定或懸臂固定雙晶片型壓電振子靜止態工作示意圖[0011]圖3為四周固定雙晶片型壓電振子中的上壓電體2施加電壓時工作示意圖
[0012]圖4為四周固定雙晶片型壓電振子中的下壓電體I施加電壓時工作示意圖
[0013]圖5為懸臂固定雙晶片型壓電振子結構示意圖
[0014]圖6為懸臂固定雙晶片型壓電振子中的上壓電體2施加電壓時工作示意圖
[0015]圖7為懸臂固定雙晶片型壓電振子中的下壓電體I施加電壓時工作示意圖
[0016]圖8為四周固定單晶片型壓電振子結構示意圖
[0017]圖9為四周固定單晶片型壓電振子靜止態工作示意圖
[0018]圖10為四周固定單晶片型壓電振子中的下壓電體I施加電壓時工作示意圖
[0019]圖11為懸臂固定單晶片型壓電振子結構示意圖
[0020]圖12為懸臂固定單晶片型壓電振子靜止態工作示意圖
[0021]圖13為懸臂固定單晶片型壓電振子中的上壓電體2施加電壓時工作示意圖
[0022]上述圖中:1.下壓電體；2.上壓電體；3.墊片；4.下支撐體；5.上支撐體；6.下密封圈；7.上密封圈；8.腔體；9.下懸臂支撐體；10.下彈性墊片；11.上彈性墊片；12上懸臂支撐體。
【具體實施方式】
[0023]下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
[0024]本實施例中的驅動方式已經向專利局提出申請，申請號為:201310243524.9。
[0025]實施例1
[0026]實施例1的壓電雙晶片振子為圓形并圓周固定結構，如圖1所示:壓電驅動振子由下壓電體1、上壓電體2、墊片3相互粘接而成。壓電驅動振子的四周由支撐體和墊圈固定，在下支撐體4、上支撐體5之間的空腔內安裝壓電驅動振子，壓電驅動振子的四周與下支撐體4之間裝有下密封圈6，壓電驅動振子的四周與上支撐體5之間亦裝有上密封圈7，此結構使壓電驅動振子將下支撐體4和上支撐體5分成上下兩個空腔。
[0027]下壓電體1、上壓電體2的極化方式按照圖2中的“正負負正”方式極化，圖中P為壓電體極化方向，下同。下壓電體1、上壓電體2分別單獨正電壓驅動，圖中E為對壓電體施加電場方向，下同，下壓電體I的上表面電極與上壓電體2的下表面電極采用導線相互連接并引出導線形成地線零電位。其中下壓電體I的驅動電壓U2加在下壓電體I的下表面電極和零電位之間；上壓電體2的驅動電壓Ul加在上壓電體2的上表面電極和零電位之間，驅動電壓U1、U2的波形可以采用整流后周期正電壓。
[0028]圖2為下壓電體1、上壓電體2都沒有施加電壓的自然狀態，壓電驅動振子沒有發生變形。當上壓電體2上施加正電壓Ul = Vdc時，下壓電體I的驅動電壓U2 = 0V，即處于短路放電狀態，此時上壓電體2因逆壓電效應發生收縮，而壓電體I不產生逆壓電效應形變，如圖3虛線所示:上壓電體2驅動整個壓電驅動振子向下彎曲變形，在壓電驅動振子將上支撐體5和下支撐體4分隔而成的上下空腔密封的情況下，引起使上支撐體5向下形變及上面的空腔8體積變大，同時下支撐體4向下形變及下空腔體積變小，在未密封的情況下，上面空腔8產生吸力而下面空腔產生壓力；當下壓電體I上施加正電壓U2 = Vdc時，此時上壓電體2的驅動電壓Ul = 0V，即處于短路放電狀態，下壓電體I因逆壓電效應發生收縮，而上壓電體2不產生逆壓電效應形變，如圖4虛線所示:下壓電體I驅動整個壓電振子向上彎曲變形，在壓電驅動振子將上支撐體5和下支撐體4分隔而成的上下空腔密封的情況下，引起使上支撐體5向上形變及上面的空腔8體積變小，同時下支撐體4向上形變及下空腔體積變大，在未密封的情況下，上面的空腔8產生壓力下空腔產生吸力。上壓電體2和下壓電體I在各自的周期工作電壓下可按照上述方式交替工作。
[0029]利用這種方式制備的壓電微泵體，壓電振子中的墊片3厚度范圍為0.1-5.0_，下壓電體I和上壓電體2厚度范圍0.05-1.0mm。本實施例采用厚度0.25mm的墊片3，厚度均為0.25mm的下壓電體I和上壓電體2制備的雙壓電晶片型壓電泵工作特性良好、穩定可
[0030]實施例2
[0031]實施例2的雙晶片型壓電驅動振子為長條形懸背梁固定結構，如圖5所示:由下壓電體1、上壓電體2、墊片3相互粘接而成，壓電驅動振子的形狀為長條形。壓電驅動振子一端的懸臂梁支點由上下懸臂支撐體和彈性墊片固定，在下懸臂支撐體9、上懸臂支撐體12之間安裝壓電驅動振子，壓電驅動振子與下懸臂支撐體9之間裝有下彈性墊片10，壓電驅動振子與上懸臂支撐體12之間亦裝有上彈性墊片11。
[0032]下壓電體1、上壓電體2的極化方式、電路連接方式和驅動方式同實施例1。
[0033]圖2為下壓電體1、上壓電體2都沒有施加電壓的自然狀態，壓電振子沒有發生變形。當上壓電體2上施加正電壓Ul = Vdc時，下壓電體I的驅動電壓U2 = 0V,即處于短路放電狀態，此時上壓電體2因逆壓電效應發生收縮，而壓電體I不產生逆壓電效應形變，如圖6虛線所示:上壓電體2驅動整個壓電振子向上彎曲變形，當下壓電體I上施加正電壓U2 = Vdc時，上壓電體2的驅動電壓Ul = 0V，即處于短路放電狀態，此時下壓電體I因逆壓電效應發生收縮，而壓電體2不產生逆壓電效應形變，如圖7虛線所示:下壓電體I驅動整個壓電振子向下彎曲變形。上壓電體2和下壓電體I在各自的周期工作電壓下可按照上述方式交替工作。
[0034]利用這種工作方式設計的微閥體，壓電驅動振子中的墊片3厚度范圍0.1-5.0mm,下壓電體I和上壓電體2厚度0.05-1.0mm。本實施例采用厚度0.25mm的墊片3，厚度均為
0.25mm的下壓電體I和上壓電體2制備的雙壓電晶片開關閥工作特性良好，穩定可靠。
[0035]實施例3
[0036]實施例3的單壓電晶片型壓電驅動振子為方形四周固定結構，如圖8所示:由下壓電體1、墊片3相互粘接而成。壓電驅動振子的四周由支撐體和墊圈固定，在下支撐體4、上支撐體5之間的空腔內安裝壓電驅動振子，壓電驅動振子的四周與下支撐體4之間裝有下密封圈6，壓電驅動振子的四周與上支撐體5之間亦裝有上密封圈7，此結構使壓電驅動振子將下支撐體4和上支撐體5分成上下兩個空腔。
[0037]如圖9所示:下壓電體I極化采用上表面為正極下表面為負極的極化方式。
[0038]圖9為下壓電體沒有施加電壓的自然狀態，壓電振子沒有發生變形。當下壓電體I上施加周期性正電壓U2 = Vdc時，下壓電體I因逆壓電效應發生收縮，如圖10虛線所示:下壓電體I驅動整個壓電振子向上彎曲變形，使上面腔體8體積縮小，同樣，可以根據實際情況施加負電壓，效果相反。這種單壓電晶片型壓電驅動振子，也可按一定的周期或單獨指令的工作電壓驅動壓電動驅動振子實現單邊工作。
[0039]利用這種方式可以制備壓電微泵體的壓電振子中的壓電體I的厚度范圍為0.05-1.0mm,墊片3厚度范圍為0.1-5.0_。本實施例采用的墊片3厚度為0.25_、下壓電體I厚度為0.25mm的壓電驅動振子制備的單壓電晶片型壓電泵工作特性良好。
[0040]實施例4
[0041]實施例4的單晶片型壓電驅動振子為長條形懸背梁固定結構，如圖11所示:由上壓電體2、墊片3相互粘接而成，壓電驅動振子的形狀本例采用長條形。壓電驅動振子一端的懸臂梁支點由上下懸臂支撐體和彈性墊片固定，在下懸臂支撐體9、上懸臂支撐體12之間安裝壓電驅動振子，壓電驅動振子與下懸臂支撐體9之間裝有下彈性墊片10，壓電驅動振子與上懸臂支撐體12之間亦裝有上彈性墊片11。
[0042]如圖12所示:上壓電體2極化采用上表面為負極下表面為正極的極化方式。
[0043]圖12為上壓電體2沒有施加電壓的自然狀態，壓電振子沒有發生變形。當上壓電體2上施加周期性正電壓Ul = Vdc時，上壓電體2因逆壓電效應發生收縮，如圖13虛線所示:上壓電體2驅動整個壓電振子向上彎曲變形，這種單壓電晶片型壓電驅動振子，也可按一定的周期或單獨指令的工作電壓驅動壓電動驅動振子實現單邊工作。
[0044]利用這種工作方式可以制備微閥體，壓電驅振子中的壓電體2的厚度范圍為
0.05-1.0mm,墊片3厚度范圍為0.1-5.0mm。本例采用墊片3d厚度為0.25mm，壓電體厚度為0.25mm的壓電驅動振子制備的單壓電晶片型壓電單向開關閥工作特性良好。
[0045]采用本實用新型的壓電驅動振子，有效解決了壓電驅動振子不同材料層之間的膨脹系數和表面特性不同而引起器件的斷裂、擊穿、疲勞實效等問題，采用本構造方法制作的壓電泵和壓電泵體和壓電閥體，工作平穩可靠，壽命大大提高。
【權利要求】
1.一種壓電驅動振子，包括下壓電體(I)、上壓電體(2)、中間的墊片(3)，下壓電體(I)與上壓電體(2)尺寸相同，三者粘接組成的壓電驅動振子，下壓電體(I)、上壓電體(2)由PZT壓電材料組成，其特征在于:墊片(3)由與下壓電體(I)和上壓電體(2)相同材質的材料組成，厚度范圍為0.1-5.0_。
【文檔編號】H01L41/053GK203398166SQ201320363211
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月24日 優先權日:2013年6月24日
【發明者】王素貞 申請人:重慶中鐳科技有限公司