一种微型压电厚膜振子

文档序号:1956422 发布日期:2021-12-10 浏览:14次 >En<

阅读说明:本技术 一种微型压电厚膜振子 (Miniature piezoelectric thick film vibrator ) 是由 王大志 宗浩然 赵奎鹏 袁钰恒 李岩 蒋朝阳 王伦翔 于 2021-08-09 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种微型压电厚膜振子,包括压电陶瓷厚膜、下电极、弹性体、分区上电极。该振子的结构根据功能可分为环形和直线形,通过给压电陶瓷施加交变电压激励出振子的驱动模态,使振子表面形成波形,实现动子不同的运动。压电陶瓷厚度介于薄膜和厚膜之间,兼具块材与薄膜的优点,驱动力大、驱动电压低。本发明通过电流体喷印技术直接将压电陶瓷厚膜喷印至下电极表面,通过共烧技术使弹性体、下电极和压电陶瓷厚膜形成无界面的整体,实现压电陶瓷厚膜和弹性体的一体化体系,显著提高了压电陶瓷和弹性体的结合强度,并提高了振子的驱动性能和长期可靠性,实现了微型化、大驱动力的压电振子制备,能满足狭小空间驱动要求。(The invention provides a miniature piezoelectric thick film vibrator which comprises a piezoelectric ceramic thick film, a lower electrode, an elastic body and a partitioned upper electrode. The structure of the vibrator can be divided into annular and linear according to functions, and the driving mode of the vibrator is excited by applying alternating voltage to the piezoelectric ceramic, so that the surface of the vibrator forms a waveform, and different motions of the rotor are realized. The thickness of the piezoelectric ceramic is between that of a thin film and that of a thick film, and the piezoelectric ceramic has the advantages of both a bulk material and the thin film, and is large in driving force and low in driving voltage. According to the invention, the piezoelectric ceramic thick film is directly sprayed and printed on the surface of the lower electrode by an electrofluid spray printing technology, the elastomer, the lower electrode and the piezoelectric ceramic thick film form an integral body without an interface by a co-firing technology, so that an integral system of the piezoelectric ceramic thick film and the elastomer is realized, the bonding strength of the piezoelectric ceramic and the elastomer is obviously improved, the driving performance and long-term reliability of the vibrator are improved, the preparation of the piezoelectric vibrator with miniaturization and large driving force is realized, and the driving requirement in a narrow space can be met.)

一种微型压电厚膜振子

技术领域

本发明属于微型压电驱动器领域,具体涉及一种微型压电厚膜振子。

背景技术

超声电机是将电能直接转换成机械能的新型电机,因为其控制性能好、定位精度高、响应快等优点,在半导体制造业、工业自动化和航空航天等领域有着广泛的应用前景。振子是超声电机的核心部件,其结构根据功能可分为环形和直线形,通过给压电陶瓷施加交变电压激励出振子的驱动模态,实现动子的运动,其中环形振子实现驱动旋转运动,直线形振子实现驱动直线运动。目前,压电陶瓷结构主要采用薄膜或者块材。其中,基于薄膜的微型压电振子存在功率密度小、驱动力小、输出扭矩不足的问题,而制备工艺涉及到化学气相沉积、溅射、刻蚀等复杂工艺,制造过程复杂。基于块材的压电振子,通常采用将压电块材粘接在弹性体上,由于粘接胶的蠕变和柔性连接,导致振动能量衰减、工作稳定性降低和灵敏性受限。此外,压电快材是硬脆材料,难以加工成微小尺寸,限制了压电振子的微型化。

论文“基于PZT薄膜的压电超声行波电机设计与研究”中采用MEMS微加工工艺制备压电陶瓷薄膜,该工艺制作过程复杂,并且压电薄膜驱动器的驱动力小、输出扭矩不足。

专利号为201020219439.0的专利公开了一种旋转行波超声电机。其中压电陶瓷通过粘贴方式固定在超声电机的定子(振子)下表面,该固定方式存在精度受限问题,并且随着超声电机尺寸的减小,工艺难度大大增加;而且胶层的存在使压电陶瓷的振动无法完全传递至弹性体上,降低了超声电机的驱动性能。此外,该专利中的超声电机只能实现旋转运动,无法直接实现直线运动。

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