[發明專利]薄膜壓電致動器

有效

• 申請號: 201780082122.1
• 申請日: 2017-07-15
• 公開（公告）號: CN110121422B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 熊偉;何飛;飯島淳
• 申請（專利權）人: 新科實業有限公司
• 主分類號: B41J2/045
• 分類號: B41J2/045
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

一種壓電裝置，包括壓力腔室形成層、設置在壓力腔室形成層上并與壓力腔室形成層相連接以構成壓力腔室的振動片、以及設置在振動片上并用于驅動振動片運動以改變壓力腔室的體積的壓電元件，其中，振動片上的壓電元件覆蓋壓力腔室的一部分，并且所述壓電元件具有相對設置的兩個端部，兩個所述端部分別延伸出所述壓力腔室的邊緣之外，并覆蓋在所述壓力腔室形成層上。根據本發明的壓電裝置能高效率地驅動振動片，消除腔室邊緣處的振動片在相反方向上的不利位移，具有對驅動電壓的高位移敏感度。

技術領域

本發明涉及壓電裝置，特別是涉及一種用于微機電系統的膜結構的薄膜壓電致動器。

背景技術

當施加電場時，壓電元件會發生變形，因此其可作為驅動元件廣泛地應用于微機電系統結構噴射、微型泵、微鏡、壓電超聲換能器等多個領域。

例如，在噴墨打印頭中，振動片可構成墨腔的壁的一部分，墨腔與噴射墨滴的噴口連通。在振動片上設置有薄膜壓電元件的情況下，薄膜壓電元件會在施加電場時發生拉伸或收縮變形，從而驅動振動片運動，由此能改變墨腔的體積，并使得墨滴能夠從噴口噴出。

然而，對于現有技術中的這種結構，可以檢測到腔室邊緣存在朝著相反方向運動的不利位移。如圖1A-1B所示，由于振動片102的邊緣受腔室形成層104所限不能運動，薄膜壓電元件103在施加電場時的拉伸或收縮變形將引起作為腔室101的一部分壁的振動片102向上或向下運動。然而，在這樣的向上或向下運動時，由于振動片102不足以支撐位于中央的薄膜壓電元件103的邊緣，當薄膜壓電元件103拉伸或收縮變形時，其邊緣會自由地活動，從而導致振動片102在薄膜壓電元件103的邊緣處、也就是振動片102上未覆蓋薄膜壓電元件103的位置處朝相反方向移動，產生不利位移105，如圖1C所示。

這樣的不利位移會影響裝置的可靠性，使得腔室體積的改變難以得到精確控制，墨水的噴射位置的準確度和噴射量的精確性均受到影響。因此，亟需提供一種能消除振動片在相反方向上的不利位移的壓電裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能高效率地驅動振動片的壓電裝置，能消除腔室邊緣處的振動片在相反方向上的不利位移并且具有對驅動電壓的高位移敏感度。

為此目的，本發明提供了一種壓電裝置，包括壓力腔室形成層、設置在壓力腔室形成層上并與壓力腔室形成層相連接以構成壓力腔室的振動片、以及設置在振動片上并用于驅動振動片運動以改變壓力腔室的體積的壓電元件，其中，振動片上的壓電元件覆蓋壓力腔室的一部分，并且壓電元件具有相對設置的兩個端部，兩個所述端部分別延伸出壓力腔室的邊緣之外，并覆蓋在壓力腔室形成層上。

當施加電場時，壓電元件發生拉伸或收縮變形，帶動振動片向上或向下運動。由于壓電元件相對設置的兩個端部覆蓋在壓力腔室形成層上，其與振動片能夠被下方的壓力腔室形成層有效地支撐，在壓電元件發生拉伸或收縮變形時，壓電元件的這兩端部不會發生與壓電元件中間部分或主體部分的運動方向相反的運動，由此使得壓電元件整體在相同方向上運動，進而使得整個振動片能根據壓電元件的拉伸或收縮變形被驅動整體向上或向下運動，從而消除了振動片在相反方向上的不利位移，提高了位移敏感度。

較佳地，所述壓力腔室的長度可大于寬度，并且相對設置的兩個所述端部之間的連線與所述壓力腔室的寬度方向之間的夾角大于0度。由于整個振動片的性能主要由長度方向上的運動為主導，通過設置壓電元件以使其兩個端部之間的連線與所述壓力腔室的寬度方向之間的夾角大于0度，并且這兩個端部伸出壓力腔室的邊緣之外并覆蓋在壓力腔室形成層上，能夠被壓力腔室形成層有效地支撐，能較佳地消除振動片在相反方向上的不利位移并提高位移敏感度。

進一步地，相對設置的兩個所述端部之間的連線與所述壓力腔室的長度方向之間的夾角小于20度。通過上述設置，能更佳地消除整個振動片在相反方向上的不利位移并提高位移敏感度。