一種壓電片組裝式壓電管的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型屬于壓電元器件技術領域，具體涉及一種壓電片組裝式壓電管。
【背景技術】
[0002]伴隨著納米級的高精度定位、掃描、操縱及DNA分子手術等微納科技的飛速發(fā)展，壓電管以可以同時實現(xiàn)三維納米精度的移動和控制、功能豐富和集成度高的優(yōu)點得到了廣泛的應用。但是，目前在國內(nèi)外，壓電管的制作工藝導致了壓電管的成本極高，一個電極四等分的壓電管的市場價格高達500美元，而一個尺寸相近的壓電片不足15美元，而且所生產(chǎn)的壓電管的內(nèi)徑、外徑和壁厚等均有較大的局限性，如內(nèi)徑不能小于0.1英寸，外徑不能大于6英寸且壁厚不能小于0.25毫米。
[0003]而片狀壓電原件的長度、寬度與壁厚相對于管狀壓電元件具有極大的自由度。有時為了達到特殊的使用效果，在科學儀器評論(REVIEV OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS84,056106 (2013))文章中記載了特意將完整的壓電管切割成兩個半管，然后用作壓電馬達，這進一步說明了目前的壓電管存在局限性和壓電片組裝式壓電管的必要性。另外，現(xiàn)有的壓電管僅有橫截面為圓形結(jié)構(gòu)的，缺乏橫截面為三角形、正方形、五邊形和六邊形等特殊需要的壓電管，以滿足空間受限、驅(qū)動角度受限等需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型為解決現(xiàn)有一體成型式壓電管存在的諸多不足而提供了一種壓電片組裝式壓電管。
[0005]本實用新型為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種壓電片組裝式壓電管，其特征在于是由壓電片相互拼接并固定而成的管狀壓電體。
[0006]進一步限定，相鄰的壓電片之間的縫隙通過連接體固定。
[0007]進一步限定，相鄰的壓電片之間的整個縫隙或者部分縫隙通過連接體粘接固定。
[0008]進一步限定，所述的管狀壓電體的兩端分別通過連接體固定于底板上。
[0009]進一步限定，所述連接體為環(huán)氧樹脂膠。
[0010]進一步限定，所述的壓電片為厚度方向極化的壓電片。
[0011]進一步限定，所述的壓電片的材質(zhì)為單晶材質(zhì)或多晶材質(zhì)。
[0012]本實用新型所述的壓電片組裝式壓電管的制備過程為:首先選用尺寸相同、均為厚度方向極化且兩最寬面已經(jīng)鍍好電極的壓電片拼接成一個橫截面為多邊形的壓電管，并在相鄰壓電片之間的狹縫內(nèi)涂上環(huán)氧樹脂膠，然后平穩(wěn)地移至烘箱中烘干得到壓電片組裝式壓電管。
[0013]本實用新型成本極低、功能多樣、內(nèi)徑尺寸更自由、外徑尺寸更自由、厚度更自由、選材更自由、構(gòu)型更自由且制作方便快捷。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型實施例1得到的壓電管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實用新型實施例2得到的壓電管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖2的側(cè)視圖，圖4是本實用新型實施例3得到的壓電管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖4的俯視圖，圖6是圖4的剖面圖，圖7-11是本實用新型實施例5得到的壓電管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖面說明:1、壓電片，2、連接體，3、底板。
【具體實施方式】
[0016]以目前市場上用量最大的外壁電極四等分壓電管為例，分析現(xiàn)有一體成型式壓電管實現(xiàn)三維掃描的原理。
[0017]首先，分析壓電管在軸向上的形變，它只需要在內(nèi)壁電極上施加一電壓、在外壁電極上施加另一電壓，該壓差即可導致壓電管在軸向上的伸長或縮短。
[0018]壓電管在徑向與橫向上的形變，即壓電管在徑向或橫向上的彎曲。由于現(xiàn)有的一體成型式壓電管均為圓形，在結(jié)構(gòu)上具有對稱性，因此徑向與橫向上發(fā)生形變的原理相同，下面以徑向為例進行分析。
[0019]假定壓電管僅在徑向的電極上施加有電壓，在橫向上的電極沒有施加電壓。由于壓電管橫向與徑向形變的獨立性，該假定是合理的。然后，壓電管徑向上被一對電極覆蓋下的壓電體分別在極性相反的電壓的作用下，一部分將伸長，另一部分將縮短，而在與徑向方向垂直的橫向方向上的壓電體，由于沒有施加電壓，因此將無法形變；另外，各個電極間的沒有被電極覆蓋的一小部分壓電體，由于無法施加電壓，因此也無法產(chǎn)生形變。
[0020]由于橫向與徑向的壓電體之間雖然所鍍電極是被分割的，但在壓電材料上仍然是一個完整的整體。所以會導致徑向上伸長的壓電體會被與之相鄰的本無形變的橫向壓電體和交界處無電極覆蓋的壓電體阻礙、而無法產(chǎn)生與被施加電壓相同的伸長量，而橫向壓電體和交界處無電極覆蓋的壓電體會被與之相鄰的徑向上的待伸長的壓電體拉動、而無法繼續(xù)保持原長。總之，待伸長的徑向壓電體被拉短、與待伸長的徑向壓電體鄰近的無形變的壓電體被拉長。
[0021]同理，在待縮短的徑向壓電體和與之相鄰的本無電壓和形變的橫向壓電體上會發(fā)生待縮短的徑向壓電體被拉長，與待伸長的徑向壓電體鄰近的無形變的壓電體被縮短一部分的效果。
[0022]由于壓電材料具有很大的硬度，無法像一個低倔強系數(shù)的彈簧一樣被任意拉伸，而是趨向于維持原長度或是相當于一個倔強系數(shù)很高的硬彈簧在被拉伸，其可形變量很小。因此，將使壓電管在徑向上發(fā)生彎曲。
[0023]結(jié)合上述工作原理發(fā)現(xiàn)，沒有施加電壓或場強的壓電體，其功能只與硬度與之相當?shù)慕^緣體相同。因此，壓電管徑向與橫向之間沒有被電極覆蓋的壓電體，可被硬度與之相當?shù)慕^緣材料替代，即本專利的物理學原理依據(jù)。
[0024]但是，可以導致壓電管形成徑向或橫向彎曲的途徑不止一種。如果我們用較硬的材料將壓電管的兩端足夠牢地固定，那么當徑向的兩部分壓電體分別伸長和縮短時，同樣會受到兩端較硬材料的制約，使其不能發(fā)生自由的伸長與收縮，從而導致發(fā)生徑向的彎曲形變，達到想要的效果，這是本專利另一種方式的物理學依據(jù)。
[0025]根據(jù)上述兩種不同工作原理，壓電片組裝式壓電管有兩類制作方法:
[0026]I)最容易理解和常用的壓電片側(cè)邊固定型，即將圍成壓電管結(jié)構(gòu)的各壓電片的最鄰近邊固定在一起，組裝成壓電管，其工作原理與現(xiàn)在市場上最常見的壓電管一樣；
[0027]2)新型的壓電片底邊固定型，即將各壓電片圍成管狀結(jié)構(gòu)，并把該管的兩端固定在一起，組裝成新工作原理的壓電管。
[0028]截止目前，連接壓電片的較好的方法是利用硬度較大的膠結(jié)劑來實現(xiàn)，特別是環(huán)氧樹脂膠結(jié)劑。
[0029]根據(jù)上述兩種不同的工作原理，本專利技術可制作的壓電管優(yōu)勢有:
[0030]I) 一根壓電管的成本僅為數(shù)片壓電片的成本，帶上微量的膠的成本，總成本不足百元，比市場上動輒數(shù)千元的壓電管有極大的成本優(yōu)勢。
[0031]2)由于可以選取任意尺寸的壓電片來組裝壓電管，因此可以實現(xiàn)現(xiàn)有壓電管工藝無法實現(xiàn)或極難實現(xiàn)的長度、厚度、內(nèi)外徑、選材等參數(shù)。比如，壓電片組裝式壓電管的內(nèi)徑可以做到0.5mm以下，可以創(chuàng)造內(nèi)徑最小的壓電管。而且可以利用類似微積分中微元的思想，用無數(shù)片壓電管來圍成一個壓電管，進而可以制造外徑最大的壓電管。內(nèi)徑、外徑、壁厚、構(gòu)型幾乎可以任意定制的壓電管勢必可以發(fā)揮出現(xiàn)有一體成型式壓