[发明专利]一种微型压电厚膜振子

说明书

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。

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。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种微型压电厚膜振子。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，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。该振子采用压电陶瓷厚膜进行驱动，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。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种微型压电厚膜振子，包括弹性体1、下电极2、压电陶瓷厚膜3和分区上电极4。

所述弹性体1上部分布齿形结构，下部为平面结构；所述下电极2制备在弹性体1底部；所述压电陶瓷厚膜3通过电流体喷印技术直接将压电陶瓷厚膜3喷印至下电极2表面，通过高温共烧技术实现压电陶瓷3和弹性体1的一体化体系，使压电陶瓷厚膜3的振动无损地传递给弹性体1，进而在弹性体1的齿面激振出波形；所述分区上电极4制备在压电陶瓷厚膜3表面。

所述弹性体1采用环形或直线形结构，由环形的弹性体1组成的振子能实现驱动旋转运动，由直线形的弹性体1组成的振子能实现驱动直线运动。

所述压电陶瓷厚膜3的厚度为1μm至1mm。

所述压电陶瓷厚膜3通过以下方式制备：