压电致动器及其制作方法、微型压电泵及电子设备与流程

本技术实施例涉及压电致动器领域，尤其涉及一种压电致动器、压电致动器的制作方法、微型压电泵及电子设备。

背景技术：

1、智能穿戴产品的出现极大地方便了人们的日常生活，随着智能穿戴产品的不断发展和普及，以微型压电泵向腕带进行泵气的电子设备得以广泛应用。以支持血压检测的智能穿戴产品为例，通过微型压电泵向气囊充气，并利用气压计测量气囊加压阻断过程中动脉血管震荡波幅值变化趋势，基于气囊气压变化计算出收缩压(sbp)和舒张压(dbp)，实现满足医疗血压检测的功能。

2、智能穿戴产品功能越来越多，器件布置也相应增多，且呈现小型化的趋势。在微型压电泵设计中，需要在进一步缩小微型压电泵体积的同时，减少对其泵气能力(排出压力和排出流量)的影响。一种典型的压电致动器100′如图1所示，其中的压电振子层10′负责将电能转换为机械能，实现微型压电泵的排气功能，对于该压电泵所使用的压电致动器，在提出小型化结构设计要求的同时，需要提升最大泵气气压(下称背压)，以提升压电泵的泵气性能。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了压电致动器、压电致动器的制作方法、微型压电泵及电子设备，通过压电致动器的优化设计，可有效提高泵送背压能力，提升泵气性能。

2、本技术实施例第一方面提供了一种压电致动器，包括依次叠合设置的压电振子层、振动片层和集气进气模块；振动片层的中部包括过流孔，该过流孔与集气进气模块的流道连通，以便气流进入压电致动器的气体腔室；该振动片层与集气进气模块固定连接以形成过程组件；该压电振子层与过程组件固定连接，其中，压电振子层包括固定边框，该固定边框通过粘接胶层与振动片层胶接固定，与振动片层胶接固定的过程组件具有第一状态，处于第一状态的过程组件具有朝向压电振子层突出的弹性变形；若粘接胶层被去除，过程组件具有第二状态，第一状态和第二状态不同；该粘接胶层的平均厚度，大于振动片层的过流孔孔缘与压电振子层之间的最小间距。如此设置，使得倒流的气流路径逐渐狭窄，干扰气流的流阻会随着间距的减少而增加，可以有效提升背压，抑制倒流。整体上，能够合理兼顾小尺寸和低功耗的趋势性设计要求。

3、另外，本技术实施例通过减小压电振子层中心部位与振动片层间距的方式，实现干扰气流流阻的增加，未在层间幅面范围内减小间距，由此，可降低压电振子层振动时对振动片层产生的气动阻尼影响，能够进一步避免对振子振幅产生的影响。此外，通过粘接胶层固持该弹性变形，能够有效降低已固化有胶层出现断裂，可提高产品良率。

4、示例性的，该集气进气模块可以包括集气层和进气层，该集气层和进气层与振动片层依次叠合固定，集气层包括集气流道，进气层包括进气流道，且集气流道和进气流道连通形成集气进气模块的流道。结构简单，且工艺性好。

5、其他示例性的，该振动片层、集气层和进气层可以采用一体成型工艺，例如但不限于，集气层与进气层可以一体成型为集气进气模块，或者振动片层与集气层也可以合为一体。

6、基于第一方面，本技术实施例还提供了第一方面的第一种实施方式：该粘接胶层的平均厚度为b，振动片层上过流孔的孔缘与压电振子层之间的最小间距为a，且30％≤a/b≤85％。这样，一方面，在稳定提升压电泵背压的基础上，同时能够合理控制干扰气流的反向流阻，可避免a/b过大无法形成可有效避免干扰气流的流阻；另一方面，可避免a/b过小导致振动片层上过流孔的孔缘与压电振子层之间的最小间距过小，进而可规避压电泵工作时产生撞击噪声，影响振幅。整体上，在提升压电泵背压的同时，具有良好的泵送性能。

7、基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第二种实施方式：具有第一状态的过程组件基于第一组装关系形成，该第一组装关系配置为：粘接胶未固化时，过程组件受压产生弹性变形，该粘接胶固化后形成粘接胶层，且可通过固化后的粘接胶层固持该弹性变形。在第一组装关系中，对于采用热固化胶水粘接固定的实现方式，具有不同热膨胀系数的过程组件及压电衬底和压电陶瓷层，在受热及冷却后将产生不同的涨缩量，本实施方案的过程组件通过受压产生弹性变形，该变形过程在粘接胶未固化时控制执行，能够吸收各部分热固化过程中的涨缩量，降低各部分不同涨缩量可能产生的不良影响，有效控制该过程组件的弹性形变精度。

8、基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第三种实施方式：在压电振子层的固定边框与振动片层之间设置有限位支撑部，以便过程组件受压过程中压抵于两者之间。如此设置，在基于第一组装关系，将过程组件与压电振子层的固定边框胶接固定成型操作时，限位支撑部压抵于两者之间，以控制所形成的粘接胶层的平均厚度b，通过控制a/b比值，进一步提高产品良率。

9、示例性的，该限位支撑部可以为与振动片层一体成型的结构，或者可以为与固定边框一体成型的结构，或者还可以为内置于振动片层与固定边框之间的工艺结构件。

10、在实际应用中，对于工艺结构件的配置形式，例如但不限于可以设计为起到支撑限位的作用预制物料垫片，作为工艺结构可以与粘接胶层胶接保留在成品结构中，也可以与粘接胶层具有物理间隔，在完成热固化后取出。

11、基于第一方面的第三种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第四种实施方式：该限位支撑部沿着固定边框或者振动片层的粘接区域间隔设置，或者连续设置。相较而言，沿振动片层的边沿间隔布置该限位支撑部，或者将限位支撑部布置在振动片层四个角部的方式，可以获得更好的层内形变避让，可降低工艺复杂程度。

12、基于第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第五种实施方式：该限位支撑部包括第一支撑部，该第一支撑部靠近压电致动器的外侧边缘设置，以充分利用外侧边缘设置提供承压支撑。

13、基于第一方面的第五种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第六种实施方式：该限位支撑部包括第二支撑部，该第二支撑部位于第一支撑部的内侧。如此设置，在第一支撑部的内侧设置有第二支撑部，对应于固定边框的胶接固定区域，可辅助配合控制形成受压形变过程中的变形曲线，在控制粘接胶层的平均厚度b的基础上，可进一步精确控制a/b比值。

14、在实际应用中，第一支撑部与第二支撑部的压抵面等高。当然，在其他实际应用中，第二支撑部的压抵面也可以低于第一支撑部的压抵面，这样使得振动片层整体变形趋势可控，具体尺寸比例关系可以根据实际产品的总体设计要求进行确定。

15、本技术实施例第二方面提供了一种压电致动器的制作方法，包括下述步骤：提供压电振子层、振动片层、集气进气模块；基于第二组装关系，将振动片层、集气进气模块组装形成的过程组件；基于第一组装关系，将压电振子层与过程组件通过胶接压固成型压电致动器，且过程组件受压朝向压电振子层突出产生弹性变形，在施压过程中，压电振子层的固定边框与振动片层之间粘接胶未固化，并可通过固化后的粘接胶层固持该弹性变形；粘接胶层的平均厚度，大于振动片层的过流孔孔缘与压电振子层之间的最小间距。如此形成的压电致动器，具有可提升泵气性能的背压；另外，本实施方案的过程组件通过受压产生弹性变形的过程，在粘接胶未固化时控制执行，能够有效吸收各部分热固化过程中的涨缩量，可降低各部分不同涨缩量可能产生的不良影响，使得过程组件具有较好的弹性形变精度。

16、基于第二方面，本技术实施例还提供了第二方面的第一种实施方式：过程组件受压朝向所述压电振子层突出产生弹性变形，包括：将所述过程组件放置在组装治具的基座上，粘接胶置于所述振动片层或所述固定边框的粘接区域；通过压头压在所述压电振子层的固定边框处，且所述压头接触所述固定边框时粘接胶未固化，所述压头施加作用力至所述固定边框时，在所述集气进气模块的进气层侧形成相应的反作用力，且作用于过程组件的反作用力位于所施加的作用力的内侧。整体工艺性较好。

17、在实际应用中，该集气进气模块的进气层外廓尺寸可以小于振动片层的外廓尺寸，以便作用于过程组件的反作用力位于所施加的作用力的内侧；在其他实际应用中，在该基座与所述进气层之间可以设置有工艺层，该工艺层的外廓尺寸小于进气层的外廓尺寸，同样能够达成作用于过程组件的反作用力位于所施加的作用力的内侧的效果。

18、基于第二方面，或第二方面的第一种实施方式，本技术实施例还提供了第二方面的第二种实施方式：压电振子层的固定边框与振动片层之间粘接胶为热固性粘接胶，相应地压头为热压头。由此固化形成的粘接胶层，具有较高的粘接强度、耐热及耐老化等特点。

19、本技术实施例第三方面提供了一种微型压电泵，该微型压电泵包括壳体和设置在壳体内的压电致动器，压电致动器为如前所述的压电致动器，或者为如前所述制作方法制成的压电致动器。基于该压电致动器能够有效抑制倒流，提升背压的技术优势，该微型压电泵可广泛应用于不同电子设备。

20、本技术实施例第四方面提供了一种电子设备，包括如前所述的微型压电泵。在具体应用中，该电子设备可以为运动手表、运动手环等具有测量血压功能的腕带式电子设备。当然，该压电致动器还可以用于手机、平板电脑、学习机等电子设备。