具有成本效益的单晶多桩致动器及制造方法
【专利摘要】本发明关于由单晶活性元件制成的压电式致动器，其不仅在轴向方向上展现出均匀且极好的位移，而且生产成本比用全单晶环状或管状致动器更低。该多桩致动器由多个纵向(d33)或横向(d31或d32)模态压电单晶活性元件制成，所述活性元件借助于成形边缘加强件以及顶部垫圈加强件及底部垫圈加强件通过环氧树脂黏结在一起，所述加强件被配置，以适应各种应用需要。
【专利说明】具有成本效益的单晶多粧致动器及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有成本效益的单晶多桩致动器(mult1-stake actuator)及制造方法。
【背景技术】
[0002]纵向(d33)模态堆栈式致动器及横向(d31)模态管状或圆柱状致动器是在需要高生产力情况下所广泛使用的压电式致动器。这些致动器适合于等向性材料，诸如锆钛酸铅(Pb [ZivxTiJ O3 或 PZT)压电陶瓷。
[0003]为使外施电压保持低值，纵向(d33)模态致动器常常由厚度为几毫米或更小的较短圆盘状、环状或板状的节段制成，这些节段经由适合的装置黏结在一起而形成一堆栈。
[0004]近年来，已广泛研究锌铌酸铅-钛酸铅(Pb [Znl73Nb273] O3-PbT13或PZN-PT)、镁铌酸铅-钛酸铅(Pb [Mg1/3Nb2/3] O3-PbT13, PMN-PT)及镁铌酸铅-锆钛酸铅(PMN-PZT)固溶体压电单晶以及其掺杂和/或改质的三元及四元衍生物。这些新的压电材料展现出优于PZT陶瓷的机电性质。
[0005]压电单晶为异向性材料，当在不同晶向上极化和/或活化时，这些材料展现出不同的性质。
[0006]例如，对[001]极化的纵向(d33)模态单晶环而言，虽然其在跨越顶面和底面的轴向上展现出相当均匀的纵向应变和声速，但其应变和声速随着不同的径向而变化。因此，短单晶环常常展现出复杂的耦合共振行为，并且可能不适合在共振模式下操作。
[0007]参考美国声学学会杂志(Journalof the Acoustical Society of America)第 121 卷，第 2591 页至第 2599 页(2007), Moffett 等人的题为 “Single-crystal leadmagnesium n1bate-lead titanate(PMN/PT)as a broadband high power transduct1nmaterial”的文章，其中公开了由9个彼此堆栈并彼此于顶部黏结的分段环制成的单晶圆柱状发射体(projector)，每一环都是由12个倾斜d33模态单晶板制成的十二边形。
[0008]参考2010年5月11日至5月13日由Robinson等人于美国宾夕法尼亚州州立大学，美国海军声学换能材料及设备研讨会上发表的文章“Single crystal free-floodedring transducer”(摘要第IV.1号)[22],其中报导了一种混合型换能器,其中使用由氧化铝制成的楔形间隔物作为黏结导件及加强件来将矩形d31模态单晶活性元件(activeelement)黏结至分段环中，接着将分段环堆栈并黏结在一起，以形成圆柱状发射体。
[0009]在以上两篇所引述的文件中，所关注的致动模式为环或圆柱体的圆周振动模式或呼吸模式。
[0010]横向模态(d31或d32)的单晶管状致动器也存在由于晶体异向性所引起的问题。这些致动器通常具有位于管的内表面和外表面中的电极，并且在径向方向上极化。由于单晶管的径向方向构成不同的晶向，因此在将单晶管置入径向方向上的外施电场中时，在该管的两个端面处均会产生轴向方向上的非均匀应变。这是不希望有的，因为管状致动器的整体性能由于径向节段展现出的性能比预期性能低而被折衷。
[0011]单晶环及单晶管的另一主要缺点在于，其必须由一整块晶体加工而成，而该过程中涉及的材料浪费可达50%或甚至更高。这使得压电单晶原本已经很高的生产成本进一步增加。
[0012]小直径单晶管的加工尤其困难，从而常常导致高的废品率。这是因为弯曲加工的表面不易于借助机械抛光予以打磨来移除加工引起的缺陷。这些裂纹若不被移除，可能会在晶体极化期间扩散。而且，即使致动器在极化过程中得以保存，裂纹仍可能在使用期间生长，从而导致设备过早故障。
[0013]参考2002年IEEE超声学研讨会的会议记录第733页至第737页(2002)中，Rehrig 等人 的“Naval device applicat1ns of relaxor piezoelectric singlecrystals” 一文，其中报导了一种由充当马达部分的多个单晶块所驱动的水下换能器，其中未使用边缘加强件。当单晶活性元件短、厚且坚固时，该设计的效果良好，但当晶体长而薄且设备受到弯曲及扭曲(如对大多数压电式致动器的典型应用中所预期的)时，则会出现问题。
[0014]因此，本发明的动机在于提供一种解决现有技术缺点的由单晶活性元件制成的多桩致动器。
[0015]发明目的
[0016]本发明的一个目的是提供一种由单晶活性元件制成的压电式致动器。
[0017]本发明的另一目的是提供一种压电式致动器，其不仅在轴向方向上展现出均匀且极好的位移，而且生产成本比全单晶环状或管状致动器更低。
[0018]本发明的另一目的是提供具有各种配置的多桩致动器，这些配置包括三角形、正方形、矩形、六边形、八边形及类似者。
[0019]本发明的另一目的是提供一种制造该致动器的方法。
[0020]从下面的描述，结合附图，本发明的这些及其他目的及优点将变得显而易见，在附图中借助于例示及举例方式公开了本发明的至少一个实施方案。
【发明内容】
[0021]本发明涉及一系列具有各种配置的多桩轴向致动器，其解决了与单晶环及单晶管的异向性特性以及其高生产成本有关的问题，同时维持设备的高轴向位移。所述致动器由具有最佳组成物的相同的单晶活性元件制成，这些单晶活性元件包括但不限于下述者的
[001]极化或[011]极化单晶及其他经适合切割及极化的晶体的纵向(d33)及横向((131或d32)板或条:具有菱面体准同型相界(rhombohedral, morphotropic phase boundary)及相邻四边形组成物的锌铌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)、镁铌酸铅-钛酸铅(PMN-PT)和/或镁铌酸铅-错钛酸铅(PMN-PZT)固溶体及其掺杂和/或改质的三元及四元衍生物。所述单晶活性元件与适当的成形边缘加强件兼导件黏结成期望的横截面，该横截面包括三角形、正方形、矩形、六边形、八边形以及其他奇数边及偶数边的伪环多边形设计。或者，这些晶体的内角可适当倾斜，以使得能够使用具有减小横截面的边缘加强件兼导件，以及使边缘加强件的使用成为可选的。可使用端部垫圈及中间垫圈来进一步改良设备的抗弯强度及抗扭强度以及坚固性。所述致动器的生产成本较低，因为避免在自单晶块加工成环及管的过程中的巨大材料浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1示出了具有一中心孔的多桩致动器，其由多个纵向(d33)或横向((131或(132)模态压电单晶活性元件制成。
[0023]图2 (现有技术)示出了纵向(d33)和横向(d31或d32)模态单晶的几何结构的示意图。
[0024]图3示出了具有六边形横截面的晶体组件，其借助于边缘加强件兼导件通过环氧树脂(以粗线表示)黏结矩形晶体来制作。
[0025]图4示出了具有六边形横截面的晶体组件，其借助于黏结适当倾斜的晶体来制作，这些晶体是利用环氧树脂(以粗线表示)及具有减小横截面的边缘加强件兼导件来黏结的。
[0026]图5示出了使用成形中间垫圈的两节段式正方形横截面的多桩致动器。
[0027]图6示出了三角形横截面的多桩致动器，其使用顶盖加强件及底盖加强件替代垫圈加强件。
[0028]图7示出了两节段式多桩致动器，在其设计中具有适合的预应力机构及球形硬接触点。
【具体实施方式】
[0029]图1示出了本发明的优选实施方案。在此示出了具有一中心孔的多桩致动器，其由多个纵向(d33)或横向((131或(132)模态压电单晶活性元件制成，这些活性元件借助于成形边缘加强件以及顶部垫圈及底部垫圈加强件通过环氧树脂黏结在一起。提供连接至单晶活性元件的电极面(此图及其他图中均未示出)的引线来达到致动目的。图1示出了多桩致动器，其中这些桩(stake)为具有适合组成物及切割片(I)的相同的压电单晶活性元件。所述单晶元件借助于成形边缘加强件(2)通过环氧树脂黏结成期望的配置，且在两端处黏结至成形垫圈加强件(4)上。将引线黏结至晶体的电极面上，以完成该设备(此图及其他图中均未示出)。粗线表示环氧树脂接合部(3)。术语“环氧树脂”为熟知的一般性术语，且在本文中用以界定基于环氧树脂的黏着接合面，其包括由各种制造商生产的全部范围的适合的环氧树脂。该术语如同“铁”、“铝”等。
[0030]适合于制造这些设备的晶体切割片的实施例包括下述者的[001]极化或[011]极化单晶及其他经适合切割及极化的晶体的纵向(d33)及横向((131或(132)板或条:具有菱面体准同型相界及相邻四边形组成物的锌铌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)、镁铌酸铅-钛酸铅(PMN-PT)和/或镁铌酸铅-锆钛酸铅(PMN-PZT)固溶体及其掺杂和/或改质的三元及四元衍生物。
[0031]图2 (现有技术)示出了纵向(d33)及横向(d31或d32)模态单晶的几何结构的示意图。阴影面及相对面为电极面。细单向箭头指示制备晶体所使用的极化方向，而粗双向箭头指示在使用期间晶体的活化方向。按照惯例，也以方向3作为极化方向。
[0032]纵向(d33)切割晶体为矩形晶体，其在晶体的同一方向3上极化且活化。因此，在所述晶体中，活化方向与极化方向彼此平行，如图2(a)所示。
[0033]在使用纵向(d33)模态晶体来形成多桩致动器时，使极化方向(方向3)平行于致动器的轴向而置放，使电极面与顶部、底部和/或中间垫圈接触。
[0034]横向(d31或d32)切割晶体为矩形晶体，其在方向3上极化，但活化方向为方向I或方向2。因此，在所述晶体中，活化方向正交于极化方向，如图2(b)示意性所示。
[0035]在使用横向(d31或d32)模态晶体来形成多桩致动器时，使晶体的活化方向I (或方向2)平行于轴向而置放，且极化方向(方向3)可取决于实际设计而沿着致动器的径向方向或圆周方向。
[0036]每一桩可由一对或适合数目的晶体制成而非为单独的晶体，所述晶体被背对背或以任何适合配置而被黏结，以降低设备的驱动电压。
[0037]压电单晶为脆性，尤其在所述单晶长而薄的情况下，在受到弯曲或扭曲时，可能易于破裂。将单晶活性元件配置成各种伪环多边形配置可经由完全倾斜的单晶板或单晶条来达成，如Moffett等人所述。然而，不推荐该方法，因为薄倾斜边缘极为易碎，并且在处置及使用期间有碎裂倾向。
[0038]若无倾斜，则仅使用环氧树脂将单独的矩形单晶活性元件黏结成期望配置总是会出现问题。这是因为在涂覆期间环氧树脂的特性可自极为流动性大幅度改变为极为黏性，并且环氧树脂定型后即显著收缩。结果常常为黏结不佳和/或具有扭曲形态的产品。
[0039]所述成形边缘黏结导件兼加强件及垫圈加强件提供了以下功能。首先，其用以将致动器配置成期望的布置以及期望的横截面，包括三角形、正方形、矩形、六边形、八边形及其他奇数边及偶数边的伪环多边形配置。其次，其用以控制且最小化在黏结过程中所使用的环氧树脂的量。第三，其用以改良抗弯强度及抗扭强度，并且因此改良成品设备的坚固性。
[0040]当使用薄单晶作为活性元件时，成形边缘加强件尤其适于为易碎设备提供所需的硬化及强化。优选地，这些加强件应跨越晶体的整个活性长度(active length),但分节式设计也可能为引线在相邻晶体之间的黏结提供空间，或可能提供其他期望功能。
[0041]在图3中给出了六边形横截面晶体组件的一个实施例，其借助于通过环氧树脂及边缘加强件兼导件(2)将适合数目的矩形晶体(I)黏结而产生。将引线及成形顶部垫圈及底部垫圈黏结至所组装的晶体上以完成致动器。粗线指示环氧树脂接合面(3)。
[0042]除了正确的倾斜角度之外，成形边缘加强件也可具有不同配置及设计以实现以下功能。一方面，其应当足够坚硬以在进行环氧树脂黏结期间充当黏结导件，从而将单晶活性元件配置成期望的布置。另一方面，作为非活性材料，其应保持小的横截面因而保持小的体积，以使得其不会对单晶的轴向活化施加过多机械约束，该过多机械约束可能会不利地影响所得致动器的轴向位移。
[0043]如图4中所示，可使用部分倾斜的晶体(I)来减小边缘加强件兼导件(2)的横截面。粗线表示环氧树脂接合面(3)。当倾斜面足够大以致用环氧树脂黏结后即可将晶体牢固地保持在适当位置时，边缘加强件兼导件的使用是可选的。
[0044]倾斜面应仅应用于晶体的内角。完全倾斜的晶体并非是优选的，因为所得的外锐角将会易碎，并且在处置及使用期间可能易于破裂。
[0045]充分倾斜的晶体使得其能够在用环氧树脂黏结倾斜面之后保持期望的配置，因此边缘加强件兼导件的使用是可选的。尽管如此，预加工的边缘加强件兼导件适于对晶体的外角提供保护，如图4中所示。或者，可利用黏性环氧树脂或其他适合的混合物来填充经黏结的倾斜晶体之间的所得接缝，该黏性环氧树脂或其他适合的混合物将硬化以形成边缘加强件，并且提供对晶体外边缘及外角的所需保护。
[0046]在本发明的一个实施方案中，取决于单晶元件在活化方向上的硬度，用于成形边缘加强件的候选材料自具有中间模量及韧性的聚合物变化至低模量的金属。用于边缘加强件的示例候选材料包括聚碳酸酯、PMMA、裸铝及阳极氧化铝等。
[0047]这不同于Robinson等人的研究中所使用的楔形黏结导件及加强件。这些楔形物由极为坚硬的氧化铝制成。在该研究中，环状或圆柱状致动器的圆周振动模式为所关注的振动模式。因此，这些楔形物必须尽可能坚硬以不会对致动器的这种振动模式产生不利的影响。
[0048]在另一实施方案中，借助于加工或适合的装置将含有一中心孔的垫圈加强件成形为期望的配置及尺寸。例如，三角形垫圈被用于三角形横截面的多桩致动器，正方形垫圈被用于正方形横截面的多桩致动器，六边形或八边形垫圈以及具有奇数个或偶数个边的其他多边形被用于伪环致动器。
[0049]在一个优选实施方案中，垫圈含有适合的模板化凹部以在黏结阶段期间充当晶体的定位导件。
[0050]用于垫圈加强件的候选材料为具有中等模量至高模量及合理耐腐蚀性的廉价金属，这些金属可容易借助于加工或任何适合且廉价的装置而成形。也可使用陶瓷垫圈加强件，但由于其脆性及成本而并不是优选的。
[0051]当金属垫圈需要与晶体电绝缘时，应使用表面可进行处理以形成绝缘表面层或绝缘涂层的材料。
[0052]或者，可将薄而硬的绝缘层(诸如，薄玻璃板)黏结至垫圈的底面上以便提供该效应。使用玻璃板也具有的优点为:在需要时，可使用超声波加工而很容易地模板化。
[0053]取决于垫圈在致动器中的位置，可将垫圈分别区分成端部垫圈及中间垫圈。
[0054]端部垫圈被黏结至多桩致动器的顶端面及底端面，并且充当所得设备的负载及应力均衡器以及加强件。
[0055]当需要较大的轴向位移时，中间垫圈允许在制作长的致动器时使用较短晶体。中间垫圈与短晶体一起使用显著减小了晶体发生弯曲及扭曲故障的风险。
[0056]在图5中提供了具有中间垫圈的多桩致动器的一个实施例。该图示出了具有唯一一个中间垫圈加强件(5)的两节段式正方形横截面多桩致动器。可使用多个中间垫圈单元来适应各种应用需要。中间垫圈使得能够使用较短单晶活性元件以达成设备的改良抗弯强度及抗扭强度，并且在需要大轴向位移时，尤其适于长的致动器。此处示出一较短的下节段，其为该下节段提供改良的抗弯强度。其他变化形式也可能适应应用需要，包括较厚活性元件、较大数目的活性元件、使用具有其他适合组成物、切割片及尺寸的单晶。
[0057]在动态条件下以及在无法完全避免弯曲活性元件的情况下，单晶活性元件可能在使用期间遭受沿其长度及横截面的不同诱导应力和/或应变。因此，可改变多节段式致动器中对应节段的设计及配置以适应不同应用需要，包括改变活性元件的数目及布置、晶体组成物、切割片及尺寸。
[0058]在图5中提供该实施例，其中下节段中的活性元件比上节段中的那些活性元件短，以达成下节段的改良抗弯强度。或者，可使用具有较高抗弯强度的晶体切割片、较厚活性元件或较大数目的活性元件来满足该目的。
[0059]本发明的新颖特征包括:(a)在结构方面，使用成形边缘黏结导件兼加强件来将单晶元件配置成期望的布置以及期望的横截面，这些成形边缘黏结导件兼加强件也用来控制并最小化在黏结制程中所使用的环氧树脂的量，并且在制作期间为设备提供质量保证，而且与垫圈加强件一起来改良成品致动器的抗弯强度及抗扭强度并因此改良坚固性。(b)在功能方面，相比于大部分为堆栈式设计或弯曲机设计的现有技术的商用压电式致动器，本发明提供了:(i)极好且均匀的轴向位移(相比于堆栈式)；(ii)良好的轴向力以及合理的抗弯强度及抗扭强度(相比于弯曲机)；及(iii)减少的生产成本(相比于单晶环及单晶管)。
[0060]为制造多桩致动器，首先使用适当的成形边缘加强件作为黏结导件，用环氧树脂将单晶活性元件黏结成期望的配置。可使用额外的黏结夹具来辅助该黏结制程，以确保全部晶体的端面对准。在固化之后，在需要时，小心地打磨经黏结的晶体组的两个端面，以确保这些端面平坦且平行，之后将其分别黏结至顶部垫圈及底部垫圈的含有凹部的侧面。对于无预加工凹部的垫圈而言，可替代地使用适合的黏结夹具。
[0061]以上制作步骤可颠倒，但并不优选该做法。换言之，以垫圈中的模板化凹部作为定位导件，首先将单晶活性元件黏结至端部垫圈加强件上。在固化之后，接着将成形边缘加强件黏结至晶体之间的纵向接缝中。或者，可利用黏性环氧树脂或其他适合的混合物来填充晶体之间的接缝，该黏性环氧树脂或其他适合的混合物将硬化以形成边缘加强件。
[0062]在不需要中心通孔时，可使用成形端盖(无中心孔)来替代垫圈。在图6中示出了具有实心端盖出)的三角形横截面多桩致动器的例示。
[0063]也可将球形、圆柱形或其他适合成形的接触点包含在端盖的设计中，以有助于最小化使用期间作用于单晶活性元件上的弯曲应力。
[0064]也可将适当的预应力机构引入端盖和/或垫圈的设计中，以将单晶活性元件及环氧树脂接合面以压缩形式加载，从而改良设备的可靠性。
[0065]图7给出两节段式多桩致动器的一个实施例，其中已将适合的预应力机构(7)及球形硬接触点(8)包含在设计中，以便改良设备的可靠性及耐久性。
[0066]也可仅使用成形边缘加强件来制得呈期望配置的具有矩形或倾斜晶体的多桩致动器，如图3及图4中所示。然而，所得的致动器相当易碎且应借助于呈任何适合形态及形状的垫圈、端盖或类似加强端及中间件来加以保护，这些垫圈、端盖或类似加强端及中间件可在随后操作中添加。
[0067]在无成形垫圈加强件及边缘加强件的情况下，仅使用环氧树脂来黏结单独的单晶活性元件不仅杂乱及费时，而且常常导致所黏结的致动器具有扭曲外型。在使用未倾斜的单晶元件时，该问题尤其显著。
[0068]取决于要求，在黏结上文所述的各种元件以制成本实施方案的多桩致动器时，选择性地使用非导电环氧树脂及导电环氧树脂。
[0069]若所得致动器欲在高温下使用，则应使用高温固化环氧树脂。最大固化温度应保持低于所使用单晶的去极化温度。否则，必须重新极化经黏结的单晶活性元件，以恢复单晶的期望性质。
[0070]提供连接至单晶活性元件的电极面的引线，这些引线可在任何适当的制作阶段包含至设备中。必须小心，以使得在引线黏结过程中单晶活性元件不会发生完全或部分去极化。
[0071]当所得设备欲用作轴向位移致动器时，必须小心地黏结涉及所极化晶体的极性的引线，以使得全部单晶活性元件在连接至相同的电力供应时以一致的方式被驱动，该电力供应可为D.C.(直流)或A.C.(交流)或其组合。
[0072]—种替代方案为连接引线，以使得在使用D.C.源或A.C.源对致动器供电时，单晶活性元件以下述方式活化:致动器的自由端将向轴向方向外弯曲，而其另一端固定至一牢固支撑物上，从而使致动器起到弯曲机的作用。术语“弯曲机”对于本领域人员来说是熟知术语，且在本文中代表压电式弯曲机致动器。
[0073]另一替代方案为连接引线以使得在使用具有适合相位偏移的适当A.C.供应对致动器供电时，单晶活性元件将同步活化，以使得致动器的一个端面或两个端面被设定为进行持续旋转弯曲运动，从而适合于定位或压电式马达应用。
[0074]本发明的多桩致动器足够刚性且坚固，并且可作为常规堆栈式或管状压电式致动器加以处置及使用。本发明的实施方案之一包括任何衍生的设备，其中本发明的至少一种多桩致动器用作位移致动的构件，或用作弯曲致动的构件，或者用作旋转弯曲致动的构件。在本发明的另一实施方案中，公开了一种压电式马达或微型马达，其中使用本发明的多桩致动器作为定子。
[0075]对于技术人员而言明显的是，可在不脱离本发明的工作原理的原理特征的情况下，用略微不同但等效的方法将本发明实施方案所选的配置、尺寸、材料进行调适、修改、精制或替代，且可添加额外特征以增强致动器的性能和/或可靠性。这些取代例、替代例、修改例或精制例接视为落入以下权利要求的范围及字面意义内。
[0076]本发明的优点
[0077]I)相比于常规的堆栈式致动器而言，本发明提供了在轴向方向上具有均匀且极好位移的压电式致动器。
[0078]2)相比于常规的弯曲机致动器而言，本发明提供了结构坚固的致动器，其具有高的轴向力及合理的抗弯强度及抗扭强度。
[0079]3)相比于单晶环或单晶管而言，本发明提供了生产成本低的致动器。
[0080]4)本发明提供了具有满足各种应用需要的期望配置的致动器。
[0081]5)本发明提供了用以制作具有一致致动器性能的所述致动器的方法及必要步骤。
【权利要求】
1.一种多桩致动器，其包含压电单晶活性元件，其中所述压电单晶活性元件借助于成形边缘加强件及垫圈加强件通过环氧树脂黏结，所述成形边缘加强件及垫圈加强件具有适合的设计并且具有聚合物、金属或陶瓷材料，以获得具有改良抗弯强度及抗扭强度的多桩致动器。
2.根据权利要求1所述的多桩致动器，其中所述多桩致动器由相同的单晶活性元件制成，所述相同的单晶活性元件选自包含具有纵向(d33)模态和/或横向((131或(132)模态的矩形压电单晶的组。
3.根据权利要求1和2所述的多桩致动器，其中所述单晶活性元件选自由以下构成的组:具有菱面体准同型相界及相邻四边形组成物的锌铌酸铅-钛酸铅(Pb[Zn1/3Nb2/3]O3-PbT13 *PZN-PT)、镁铌酸铅-钛酸铅(Pb [Mg1/3Nb2/3]O3-PbT13,PMN-PT)及镁铌酸铅-锆钛酸铅(Pb [Mgl73Nb273]O3-Pb [ZivxTiJO3或PMN-PZT)的固溶体，及其掺杂和/或改质的三元及四元衍生物。
4.根据权利要求1、2和3所述的多桩致动器，其中每一活性元件桩由背对背黏结或以任何适合配置黏结的多个单晶制成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的多桩致动器，其中位于相邻晶体之间的所述成形边缘加强件及垫圈加强件将该多桩致动器配置成选自由以下构成的组的各种横截面:三角形、正方形、矩形、六边形、八边形及其他奇数边及偶数边的伪环多边形配置。
6.根据权利要求5所述的多桩致动器，其中所述单晶的内角被倾斜，以使得该晶体能够适配于期望的配置，从而能够使用横截面减小或可选的成形边缘加强件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多桩致动器，其中两个端部垫圈加强件均含有一中心孔，以使得该多桩致动器能够起环状或圆柱状致动器的作用。
8.根据权利要求7所述的多桩致动器，其中两个端部垫圈加强件均为实心件且起端盖的作用，并且球形、圆柱形或其他适当形态被包含在端盖的设计中，以最小化在使用期间对所述单晶活性元件所施加的可能弯曲。
9.根据前述权利要求中任一项所述的多桩致动器，其中至少一个中间垫圈加强件与较短的单晶一起使用，以改良所得致动器的抗弯强度及抗扭强度。
10.根据权利要求9所述的多桩致动器，其中任何两个垫圈加强件之间的单独活性节段具有不同的设计及配置，包括这些单晶的数目及布置、其组成物、切割片及尺寸，以用于各种应用需要。
11.根据前述权利要求中任一项所述的多桩致动器，其中所述垫圈经由一适当的表面处理或一黏结至黏结面上的薄且硬的绝缘层与所述晶体电绝缘。
12.根据前述权利要求中任一项所述的多桩致动器，其中预应力机构被引入以将所述单晶及环氧树脂接合面以压缩形式加载，从而改良该致动器的坚固性及可靠性。
13.一种用于制造多桩致动器的方法，其中该方法包含以下步骤: a)获得单晶活性元件，并将引线黏结至所述单晶活性元件的两个电极面上； b)再次使用适当的成形边缘加强件作为黏结导件及适当的黏结夹具，用环氧树脂将所述晶体活性元件黏结成期望的配置，以确保全部晶体活性元件的端面对准； c)打磨经黏结的晶体活性元件的两个端面，以确保其平坦且平行； d)分别将所述平坦且平行的晶体活性元件黏结至顶部端盖及底部端盖和/或垫圈的含有凹部的侧面上，并且以期望的组合来连接对应晶体的引线，以获得该多桩致动器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤(c)之后，用环氧树脂将经黏结的晶体活性元件黏结至一定制端盖和/或垫圈上，以在随后操作中完成该致动器。
15.根据权利要求13所述的方法，可选地包含以下步骤: (a)使用模板化端盖/垫圈通过环氧树脂来将所述单晶黏结成期望的配置，之后定型；及 (b)在定型之后，插入所述边缘加强件，接着将其黏结至所述晶体之间的竖直接缝中和/或用环氧树脂填充所述接缝。
16.根据权利要求13至15所述的方法，所使用的环氧树脂选自由导电环氧树脂及非导电环氧树脂构成的组。
17.根据权利要求13所述的方法，其中连接各种单晶元件的引线，以使得在将一D.C.源或A.C.源施加至所述晶体时，该多桩致动器在轴向方向上展现出均匀且极好的位移。
18.根据权利要求13所述的方法，其中连接各种单晶元件的引线，以使得在分别将一D.C.电压源或A.C.电压源施加至所述晶体时，该多桩致动器的一端或两端展现出弯曲运动和/或弯曲振动。
19.根据权利要求13所述的方法，其中连接单晶元件的引线，以使得在将具有适当相移的A.C.电压源施加至所述晶体时，该多桩致动器的一端或两端展现出旋转弯曲运动。
20.任何衍生设备，其中使用前述权利要求中任一项所述的至少一个多桩致动器作为位移致动的构件。
21.任何衍生设备，其中使用前述权利要求中任一项所述的至少一个多桩致动器作为弯曲致动的构件。
22.任何衍生设备，其中使用前述权利要求中任一项所述的至少一个多桩致动器作为旋转弯曲致动的构件。
23.任何压电式马达或微型马达，其中使用前述权利要求中任一项所述的多桩致动器作为定子。
【文档编号】H01L41/277GK104137285SQ201280070686
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】夏跃学, H·N·吴, D-H·林 申请人:晶致材料科技私人有限公司