一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微小機(jī)械與精密機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電振子是一種由壓電材料構(gòu)成的致動(dòng)器，在交變電壓作用下可發(fā)生往復(fù)的彎曲變形。利用壓電技術(shù)形成的致動(dòng)器，廣泛應(yīng)用于微小機(jī)械與精密機(jī)械領(lǐng)域。傳統(tǒng)的單懸臂梁壓電振子，通過(guò)懸臂的一階彎曲形成位移輸出力，其運(yùn)動(dòng)比較簡(jiǎn)單，振動(dòng)形式比較單一，存在輸出力與輸出位移較小、振幅和頻率范圍小的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決目前壓電振子存在的問(wèn)題，提出了一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子，該壓電振子包括主懸臂、副懸臂和基座，通過(guò)布置懸臂的位置產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力及預(yù)變形，在壓電振子通電振動(dòng)時(shí)，主懸臂的凹凸方向產(chǎn)生改變，副懸臂的凹凸方向與主懸臂一致，該壓電振子與傳統(tǒng)壓電振子比較，具有共振頻率范圍大，振動(dòng)時(shí)振幅大的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子，包括彈性基板、壓電陶瓷和基座，其特征在于:彈性基板為薄片型結(jié)構(gòu)，所述彈性基板包括懸臂連接區(qū)、至少一個(gè)主懸臂和至少兩個(gè)副懸臂即第一副懸臂與第二副懸臂，所述第一副懸臂和第二副懸臂尺寸相同且關(guān)于懸臂連接區(qū)中軸線對(duì)稱布置，所述主懸臂與副懸臂交錯(cuò)布置在所述懸臂連接區(qū)的同側(cè)；所述基座包括下基座和上基座，所述下基座中與前側(cè)面垂直的上表面布置有沉槽，即主懸臂安裝槽和副懸臂安裝槽，所述副懸臂安裝槽包括第一副懸臂安裝槽和第二副懸臂安裝槽，所述主懸臂安裝槽和副懸臂安裝槽與所述前側(cè)面貫通且交錯(cuò)布置，所述第一副懸臂安裝槽和第二副懸臂安裝槽尺寸相同且關(guān)于下基座中軸線對(duì)稱布置，所述第一副懸臂安裝槽和第二副懸臂安裝槽的間距與所述第一副懸臂和第二副懸臂的間距相等，所述副懸臂安裝槽為矩形且寬度和所述副懸臂寬度相等，所述主懸臂安裝槽為矩形且寬度與所述主懸臂寬度相等，所述副懸臂安裝槽中與所述前側(cè)面平行的側(cè)面稱為副懸臂定位面，所述主懸臂安裝槽中與所述前側(cè)面平行的側(cè)面稱為主懸臂定位面，所述主懸臂定位面和副懸臂定位面之間的距離不等于所述主懸臂和副懸臂的長(zhǎng)度差，形成預(yù)應(yīng)力及預(yù)變形；所述主懸臂布置在所述主懸臂安裝槽內(nèi)，主懸臂伸出末端面和主懸臂定位面配合，所述主懸臂的下表面和主懸臂安裝槽的底面配合連接，所述副懸臂布置在副懸臂安裝槽內(nèi)，副懸臂伸出末端面和副懸臂定位面配合，所述副懸臂的下表面和副懸臂安裝槽的底面配合連接；所述上基座為薄片型結(jié)構(gòu)，所述上基座的上表面為矩形且其中第一組對(duì)邊的間距大于所述彈性基板的寬度，所述上基座上表面第二組對(duì)邊之一所在的側(cè)面與下基座的前側(cè)面對(duì)齊布置；所述壓電陶瓷為薄片型結(jié)構(gòu)，所述壓電陶瓷布置在所述主懸臂表面上，或者布置在副懸臂表面上，或同時(shí)布置在所述主懸臂和副懸臂表面上，一片所述壓電陶瓷與懸臂形成單晶片結(jié)構(gòu)，或同時(shí)在懸臂的另一側(cè)布置另一片壓電陶瓷形成雙晶片結(jié)構(gòu)。
[0006]工作時(shí)，壓電振子在交變電壓的作用下發(fā)生往復(fù)彎曲變形，壓電振子運(yùn)動(dòng)到上極限位置，電壓正負(fù)變化后，在預(yù)應(yīng)力和壓電效應(yīng)的共同作用下壓電振子會(huì)運(yùn)動(dòng)到下極限位置，懸臂的凹凸方向發(fā)生改變，由于主懸臂和副懸臂的共同作用，壓電振子的振幅增大，共振頻率范圍增大。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子裝配關(guān)系示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明懸臂未固定時(shí)的預(yù)應(yīng)力梁壓電振子軸測(cè)圖。
[0009]圖3是本發(fā)明一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子側(cè)視圖。
[0010]圖4是本發(fā)明下基座的軸測(cè)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]參照?qǐng)D1、圖2、圖3和圖4，本發(fā)明一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子包括彈性基板1、壓電陶瓷2和基座3，其特征在于:
[0012]所述彈性基板I為薄片型結(jié)構(gòu)，所述彈性基板I包括懸臂連接區(qū)13、至少一個(gè)主懸臂11和至少兩個(gè)副懸臂12即第一副懸臂121與第二副懸臂122，所述第一副懸臂121和第二副懸臂122尺寸相同且關(guān)于懸臂連接區(qū)中軸線131對(duì)稱布置，所述主懸臂11與副懸臂12交錯(cuò)布置在所述懸臂連接區(qū)13的同側(cè)；所述基座3包括下基座31和上基座32，所述下基座31中與前側(cè)面315垂直的上表面布置有沉槽，即主懸臂安裝槽312和副懸臂安裝槽311，所述副懸臂安裝槽311包括第一副懸臂安裝槽3111和第二副懸臂安裝槽3112，所述主懸臂安裝槽312和副懸臂安裝槽311與所述前側(cè)面315貫通且交錯(cuò)布置，所述第一副懸臂安裝槽3111和第二副懸臂安裝槽3112尺寸相同且關(guān)于下基座中軸線316對(duì)稱布置，所述第一副懸臂安裝槽3111和第二副懸臂安裝槽3112的間距與所述第一副懸臂121和第二副懸臂122的間距相等，所述副懸臂安裝槽311為矩形且寬度和所述副懸臂12寬度相等，所述主懸臂安裝槽312為矩形且寬度與所述主懸臂11寬度相等，所述副懸臂安裝槽311中與所述前側(cè)面315平行的側(cè)面稱為副懸臂定位面314，所述主懸臂安裝槽312中與所述前側(cè)面315平行的側(cè)面稱為主懸臂定位面313，所述主懸臂定位面313和副懸臂定位面314之間的距離不等于所述主懸臂11和副懸臂12的長(zhǎng)度差，形成預(yù)應(yīng)力和預(yù)變形；所述主懸臂11焊接布置在所述主懸臂安裝槽312內(nèi)，主懸臂伸出末端面111和主懸臂定位面313配合，所述主懸臂11的下表面和主懸臂安裝槽312的底面配合連接，所述副懸臂12焊接布置在副懸臂安裝槽311內(nèi)，副懸臂伸出末端面123和副懸臂定位面314配合，所述副懸臂12的下表面和副懸臂安裝槽311的底面配合連接；所述上基座32為薄片型結(jié)構(gòu)，所述上基座32的上表面為矩形且其中第一組對(duì)邊的間距大于所述彈性基板I的寬度，所述上基座32上表面第二組對(duì)邊之一所在的側(cè)面與下基座31的前側(cè)面315對(duì)齊布置；所述壓電陶瓷2為薄片型結(jié)構(gòu)，所述壓電陶瓷2粘接布置在所述主懸臂11表面上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子，包括彈性基板(I)、壓電陶瓷(2)和基座(3)，其特征在于:所述彈性基板(I)為薄片型結(jié)構(gòu)，所述彈性基板(I)包括懸臂連接區(qū)(13)、至少一個(gè)主懸臂(11)和至少兩個(gè)副懸臂(12)即第一副懸臂(121)與第二副懸臂(122)，所述第一副懸臂(121)和第二副懸臂(122)尺寸相同且關(guān)于懸臂連接區(qū)中軸線(131)對(duì)稱布置，所述主懸臂(11)與副懸臂(12)交錯(cuò)布置在所述懸臂連接區(qū)(13)的同側(cè)；所述基座(3)包括下基座(31)和上基座(32)，所述下基座(31)中與前側(cè)面(315)垂直的上表面布置有沉槽，即主懸臂安裝槽(312)和副懸臂安裝槽(311)，所述副懸臂安裝槽(311)包括第一副懸臂安裝槽(3111)和第二副懸臂安裝槽(3112)，所述主懸臂安裝槽(312)和副懸臂安裝槽(311)與所述前側(cè)面(315)貫通且交錯(cuò)布置，所述第一副懸臂安裝槽(3111)和第二副懸臂安裝槽(3112)尺寸相同且關(guān)于下基座中軸線(316)對(duì)稱布置，所述第一副懸臂安裝槽(3111)和第二副懸臂安裝槽(3112)的間距與所述第一副懸臂(121)和第二副懸臂(122)的間距相等，所述副懸臂安裝槽(311)為矩形且寬度和所述副懸臂(12)寬度相等，所述主懸臂安裝槽(312)為矩形且寬度與所述主懸臂(11)寬度相等，所述副懸臂安裝槽(311)中與所述前側(cè)面(315)平行的側(cè)面稱為副懸臂定位面(314)，所述主懸臂安裝槽(312)中與所述前側(cè)面(315)平行的側(cè)面稱為主懸臂定位面(313)，所述主懸臂定位面(313)和副懸臂定位面(314)之間的距離不等于所述主懸臂(11)和副懸臂(12)的長(zhǎng)度差；所述主懸臂(11)布置在所述主懸臂安裝槽(312)內(nèi)，主懸臂伸出末端面(111)和主懸臂定位面(313)配合，所述主懸臂(11)的下表面和主懸臂安裝槽(312)的底面配合連接，所述副懸臂(12)布置在副懸臂安裝槽(311)內(nèi)，副懸臂伸出末端面(123)和副懸臂定位面(314)配合，所述副懸臂(12)的下表面和副懸臂安裝槽(311)的底面配合連接；所述上基座(32)為薄片型結(jié)構(gòu)，所述上基座(32)的上表面為矩形且其中第一組對(duì)邊的間距大于所述彈性基板(I)的寬度，所述上基座(32)上表面第二組對(duì)邊之一所在的側(cè)面與下基座(31)的前側(cè)面(315)對(duì)齊布置；所述壓電陶瓷(2)為薄片型結(jié)構(gòu)，所述壓電陶瓷(2)布置在所述主懸臂(11)表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子，其特征在于:所述壓電陶瓷(2)可以布置在所述主懸臂(11)表面上，或布置在所述第一副懸臂(121)和第二副懸臂(122)表面上，或同時(shí)布置在所述主懸臂(11)、第一副懸臂(121)和第二副懸臂(122)表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子，其特征在于:所述壓電陶瓷(2)與主懸臂(11)的布置方式采用一片壓電陶瓷(2)與主懸臂(11)粘接構(gòu)成的單晶片結(jié)構(gòu)，或同時(shí)在所述主懸臂(11)的第二面粘接第二片壓電陶瓷(2)構(gòu)成雙晶片結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種預(yù)應(yīng)力梁壓電振子，包括：彈性基板、壓電陶瓷和基座，彈性基板包括懸臂連接區(qū)、至少一個(gè)主懸臂和至少兩個(gè)副懸臂即第一副懸臂與第二副懸臂，第一副懸臂和第二副懸臂尺寸相同且關(guān)于懸臂連接區(qū)中軸線對(duì)稱布置，主懸臂和副懸臂交錯(cuò)布置在懸臂連接區(qū)的同側(cè)，壓電陶瓷布置在主懸臂表面上，基座包括下基座和上基座，下基座包括主懸臂安裝槽和副懸臂安裝槽，主懸臂布置在主懸臂安裝槽內(nèi)，副懸臂布置在副懸臂安裝槽內(nèi)，下基座和上基座相對(duì)應(yīng)布置，本發(fā)明在微小機(jī)械與精密機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)懸臂梁壓電振子來(lái)說(shuō)，振幅更大，共振頻率范圍更大。
【IPC分類】H02N2-00, H01L41-09
【公開(kāi)號(hào)】CN104821737
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510275295
【發(fā)明人】吳越, 王旭, 涂前進(jìn)
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日