TWI574439B - 多樁式致動器及其製造方法及使用該多樁式致動器的衍生設備、壓電式馬達、微型馬達 - Google Patents

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Description

多樁式致動器及其製造方法及使用該多樁式致動器的衍生設備、壓電式馬達、微型馬達
本發明係關於一種具成本效益的單晶多樁式致動器及其製造方法。
縱向(d33)模態堆疊式致動器及橫向(d31)模態管狀或圓柱狀致動器為需要高生產力情況下所廣泛使用之壓電式致動器。此等致動器適合於等向性材料，諸如鋯鈦酸鉛(Pb[Zr1-xTix]O3或PZT)壓電陶瓷。
為使外施電壓保持低值，縱向(d33)模態致動器常常由厚度幾毫米或更小的較短圓盤狀、環狀或板狀節段製成，該等節段係經由適合手段黏結在一起而形成一堆疊。
近年來，已廣泛研究鋅鈮酸鉛-鈦酸鉛(Pb[Zn1/3Nb2/3]O3-PbTiO3或PZN-PT)、鎂鈮酸鉛-鈦酸鉛(Pb[Mg1/3Nb2/3]O3-PbTiO3，PMN-PT)及鎂鈮酸鉛-鋯鈦酸鉛(PMN-PZT)固溶體壓電單晶以及其摻雜及/或改質之三元及四元衍生物。此等新穎壓電材料展現出優於PZT陶瓷之機電性質。
壓電單晶為異向性材料，當在不同晶向上極化及/或活化時，該等材料展現出不同性質。
例如，對[001]極化之縱向(d33)模態單晶環而言，雖然其於 跨越頂面及底面之軸向上展現出相當均勻之縱向應變及聲速時，但其應變及聲速隨著不同徑向而變化。因此，短單晶環常常展現出複雜的耦合共振行為，並且可能不適合在共振模式下操作。
參考美國聲學學會雜誌(Journal of the Acoustical Society of America)第121卷，第2591頁至第2599頁(2007)，Moffett等人之題為「Single-crystal lead magnesium niobate-lead titanate(PMN/PT)as a broadband high power transduction material」之文章，其中揭露了由9個彼此堆疊並彼此於頂部黏結的分段環製成之單晶圓柱狀發射體(projector)，每一環皆為由12個傾斜d33模態單晶板製成之十二邊形。
參考2010年5月11日至5月13日由Robinson等人於美國賓夕法尼亞州州立大學，美國海軍聲學轉導材料及設備研討會上發表之文章「Single crystal free-flooded ring transducer」(摘要第IV.1號)[22]，其中報導一種混合型轉換器，其中使用由氧化鋁製成之楔形間隔物作為黏結導件及加強件來將矩形d31模態單晶主動元件黏結至分段環中，接著將分段環堆疊並黏結在一起以形成圓柱狀發射體。
在以上兩篇所引述之文件中，所關注之執行模式為環或圓柱體之圓周振動模式或呼吸模式。
橫向模態(d31或d32)之單晶管狀致動器亦存在由於晶體異向性而引起之問題。該等致動器通常具有位於管之內表面及外表面中之電極，並且在徑向方向上極化。由於單晶管之徑向方向製成不同晶向，因此在將單晶管置入徑向方向上之外施電場中時，在該管之兩個端面處均會產生軸向方向上之非均勻應變。此情況不合需要，因為管狀致動器之整體效能由於徑向段展現出之效能比預期效能更低而受到折衷。
單晶環及單晶管之另一主要缺點在於，其必須由一整塊晶體加工而成，而此過程中涉及之材料浪費可達50%或甚至更高。此 舉使得壓電式單晶原本已經很高之生產成本進一步增加。
小直徑單晶管之加工尤其困難，從而常常導致高的廢品率。此乃因為彎曲加工之表面不易於藉由機械拋光予以打磨來移除加工誘導之缺陷。此等裂紋若不加以移除，可能會於晶體極化期間擴散。而且，即使致動器在極化過程中得以保存，裂紋仍可能在使用期間生長，從而導致設備過早故障。
參考2002年IEEE超聲學研討會之會議記錄第733頁至第737頁(2002)中，由Rehrig等人之「Naval device applications of relaxor piezoelectric single crystals」一文，其中報導一種由充當馬達部分之多個單晶塊驅動的水下轉換器，其中未使用邊緣加強件。當單晶主動元件短、厚且堅固時，此設計效果良好，但當晶體長而薄且設備受到彎曲及扭曲(如對大多數壓電式致動器之典型應用所預期)時，則會出現問題。
因此，本發明之動機在於提供一種解決先前技術缺點的由單晶主動元件製成之多樁式致動器。
發明目標
本發明之一目標在於提供一種由單晶主動元件製成之壓電式致動器。
本發明之另一目標在於提供一種壓電式致動器，其不僅於軸向方向上展現出均勻且高級之位移而且生產成本比全單晶環狀或管狀致動器更低。
本發明之另一目標在於提供具有各種組態之多樁式致動器，該等組態包括三角形、正方形、矩形、六邊形、八邊形及類似者。
本發明之另一目標在於提供一種製造此致動器之方法。
結合隨附圖式參閱以下描述，本發明之此等及其他目標及優點將變得顯而易見，圖式中藉由說明及舉例方式揭露本發明之至少一實施例。
發明概述
本發明涉及一系列具有各種組態之多樁式軸向致動器，其解決了與單晶環及單晶管之異向性特性以及其高生產成本有關的問題，同時維持設備之高軸向位移。該等致動器由具有最佳組成物之相同單晶主動元件製成，該等單晶主動元件包括但不限於以下者之[001]極化或[011]極化單晶及其他經適合的經切割及極化之晶體的縱向(d33)及橫向(d31或d32)板或條：具有菱面體形態相界及相鄰四邊形組成物之鋅鈮酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)、鎂鈮酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)及/或鎂鈮酸鉛-鋯鈦酸鉛(PMN-PZT)固溶體及其摻雜及/或改質三元及四元衍生物。該等單晶主動元件與適當成形邊緣加強件兼導件黏結成所要橫截面，該橫截面包括三角形、正方形、矩形、六邊形、八邊形以及其他奇數邊及偶數邊準環多邊形設計。或者，該等晶體之內角可適當斜角以使得能夠使用具有減小橫截面之邊緣加強件兼導件，以及使邊緣加強件之使用成為可選的。可使用端部墊圈及中間墊圈來進一步改良設備之抗彎強度及抗扭強度以及堅固性。該等致動器之生產成本較低，因為避免在自單晶塊加工成環及管之過程中的巨大材料浪費。
本發明之優點
1)相比於習知堆疊式致動器而言，本發明提供在軸向方向上具有均勻且高級位移之壓電式致動器。
2)相比於習知彎曲機致動器而言，本發明提供結構堅固之致動器，其具有高的軸向力及合理之抗彎強度及抗扭強度。
3)相比於單晶環或單晶管而言，本發明提供生產成本低的致動器。
4)本發明提供具有滿足各種應用需要之所要組態的致動器。
5)本發明提供用以製作具有一致致動器效能之所述致動器的方法及必要步驟。
1‧‧‧切割片/矩形晶體/部分傾斜晶體
2‧‧‧成形邊緣加強件/邊緣加強件兼導件
3‧‧‧環氧樹脂接合面
4‧‧‧成形墊圈加強件
5‧‧‧中間墊圈加強件
6‧‧‧實心端蓋
7‧‧‧預應力機構
8‧‧‧球形硬接觸點
圖1示出具有一中心孔之多樁式致動器，其由多個縱向(d33)或橫向(d31或d32)模態壓電式單晶主動元件製成。
圖2(先前技術)示出縱向(d33)或橫向(d31或d32)模態單晶之幾何結構的示意圖。
圖3示出具有六邊形橫截面之晶體總成，其藉由邊緣加強件兼導件藉由用環氧樹脂(以粗線表示)黏結矩形晶體來製作。
圖4示出具有六邊形橫截面之晶體總成，其藉由黏結適當傾斜之晶體來製作，該等晶體係利用環氧樹脂(以粗線表示)及具有減小橫截面的邊緣加強件兼導件來黏結。
圖5示出使用成形中間墊圈之兩段式正方形橫截面多樁式致動器。
圖6示出三角形橫截面之多樁式致動器，其使用頂蓋加強件及底蓋加強件替代墊圈加強件。
圖7示出2段式多樁式致動器，在其設計中併有適合預應力機構及球形硬接觸點。
圖1示出本發明之較佳實施例。在此示出具有一中心孔之多樁式致動器，其由多個縱向(d33)或橫向(d31或d32)模態壓電式單晶主動元件製成，該等主動元件藉由成形邊緣加強件以及頂部墊圈及底部墊圈加強件由環氧樹脂黏結在一起。提供連接至單晶主動元件之電極面(此圖及其他圖中均未示出)的導線來達到執行目的。圖1示出多樁式致動器，其中該等支樁為具有適合組成物及切割片(1)之相同壓電式單晶主動元件。該等單晶元件藉由成形邊緣加強件(2)由環氧樹脂黏結成所要組態，且在兩端處黏結至成形墊圈加強件(4)上。將引線黏結至晶體之電極面上以完成設備(此圖及其他圖中均未示出)。粗線表示環氧樹脂接合面(3)。術語「環氧樹脂」為熟知的一般性術語，且在本文中用以界定基於環氧樹脂之黏著接合面，其包括由各種製造商生產之 全部範圍的適合環氧樹脂。該術語如同「鐵」、「鋁」等一般。
適合於製造該等設備之晶體切割片之實例包括以下者之[001]極化或[011]極化單晶及其他適合的經切割及極化之晶體的縱向(d33)及橫向(d31或d32)板或條：具有菱面體形態相界及相鄰四邊形組成物的鋅鈮酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)、鎂鈮酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)及/或鎂鈮酸鉛-鋯鈦酸鉛(PMN-PZT)固溶體及其摻雜及/或改質之三元及四元衍生物。
圖2(先前技術)示出縱向(d33)或橫向(d31或d32)模態單晶之幾何結構的示意圖。陰影面及對立面為電極面。細單向箭頭指示製備晶體所使用之極化方向，而粗雙向箭頭指示在使用期間晶體之活化方向。按照慣例，亦以方向3作為極化方向。
縱向(d33)切割晶體為矩形晶體，其在晶體之同一方向3上極化且活化。因此，在該等晶體中，活化方向與極化方向彼此平行，如圖2(a)所示。
在使用縱向(d33)模態晶體來形成多樁式致動器時，使極化方向(方向3)平行於致動器之軸向置放，使電極面與頂部、底部及/或中間墊圈接觸。
橫向(d31或d32)切割晶體為矩形晶體，其在方向3上極化，但活化方向為方向1或方向2。因此，在該等晶體中，活化方向正交於極化方向，如圖2(b)所示。
在使用橫向(d31或d32)模態晶體來形成多樁式致動器時，使晶體之活化方向1(或方向2)平行於軸向置放，且極化方向(方向3)可取決於實際設計而沿著致動器之徑向方向或圓周方向。
每一支樁可由一對或適合數目之晶體製成而非為單獨的晶體，該等晶體係背對背或以任何適合組態黏結以降低設備之驅動電壓。
壓電式單晶為脆性，尤其在該等單晶長而薄之情況下，在受到彎曲或扭曲時，可能易於破裂。將單晶主動元件組態成各種準 環多邊形配置可經由完全傾斜之單晶板或單晶條來達成，如Moffett等人所述。然而，不推薦此方法，因為薄傾斜邊緣極為易碎，並且在處置及使用期間有碎落傾向。
若無傾斜，則僅使用環氧樹脂將單獨矩形單晶主動元件黏結成所要組態常常會出現問題。此係因為在塗覆期間環氧樹脂之特性可自極為流動性大幅度改變為極為黏性，並且環氧樹脂定型後即顯著收縮。結果常常為黏結不佳及/或具有扭曲外型之產品。
該等成形邊緣黏結導件兼加強件及墊圈加強件提供以下功能。首先，其用以將致動器組態成所要之配置以及所要之橫截面，包括三角形、正方形、矩形、六邊形、八邊形及其他奇數邊及偶數邊準環多邊形組態。其次，其用以控制並最小化黏結製程中使用之環氧樹脂之量。第三，其用以改良抗彎強度及抗扭強度，並且因此改良成品設備之堅固性。
當使用薄單晶作為主動元件時，成形邊緣加強件尤其適於為易碎設備提供所需之硬化及強化。較佳而言，該等加強件應跨越晶體之整個有效長度，但分節式設計亦有可能為引線於相鄰晶體之間的黏結提供空間，或可能提供其他所要功能。
在圖3中給出六邊形橫截面晶體總成之一實例，其藉由用環氧樹脂及邊緣加強件兼導件(2)將合適數目之矩形晶體(1)黏結而產生。將引線及成形頂部墊圈及底部墊圈黏結至所裝配之晶體上以完成致動器。粗線指示環氧樹脂接合面(3)。
除了正確傾斜角度之外，成形邊緣加強件亦可具有不同組態及設計以實現以下功能。一方面，其應當足夠堅硬以在進行環氧樹脂黏結期間充當黏結導件，從而將單晶主動元件組態成所要之配置。另一方面，作為非主動材料，其應保持小的橫截面因而保持小的體積，以使得其不會對單晶之軸向活化施加過多機械約束，該過多機械約束又可能不利地影響所得致動器之軸向位移。
如圖4中所示，可使用部分傾斜晶體(1)來減小邊緣加強件 兼導件(2)之橫截面。粗線表示環氧樹脂接合面(3)。當傾斜面足夠大以致用環氧樹脂黏結後即可將晶體牢固地固持在適當位置時，邊緣加強件兼導件之使用係可選的。
傾斜面應僅應用於晶體之內角。完全傾斜之晶體並非較佳，因為所得之外銳角將會易碎，並且在處置及使用期間可能易於破裂。
充分傾斜之晶體使得其能夠在用環氧樹脂黏結傾斜面之後固持所要組態，因此邊緣加強件兼導件之使用係可選的。儘管如此，預加工之邊緣加強件兼導件適於對晶體之外角提供保護，如圖4中所示。或者，可利用黏性環氧樹脂或其他適合混合物來填充經黏結之傾斜晶體之間的所得接縫，該黏性環氧樹脂或其他合適混合物將硬化以形成邊緣加強件，並且提供對晶體外邊緣及外角的所需保護。
在本發明之一實施例中，取決於單晶元件於活化方向上之硬度，用於成形邊緣加強件之候選材料自具有中間模數及韌性之聚合物變化至低模數金屬。用於邊緣加強件之實例候選材料包括聚碳酸酯、PMMA、裸鋁及陽極氧化鋁等。
此不同於Robinson等人之研究中使用之楔形黏結導件及加強件。此等楔形物由極堅硬之氧化鋁製成。在該研究中，環狀或圓柱狀致動器之圓周振動模式為所關注之振動模式。因此，該等楔形物必須盡可能堅硬以不會對致動器之此振動模式產生不利影響。
在另一實施例中，藉由加工或適合手段將含有一中心孔之墊圈加強件成形為所要組態及尺寸。例如，使用三角形墊圈用於三角形橫截面之多樁式致動器，使用正方形墊圈用於正方形橫截面之多樁式致動器，使用六邊形或八邊形墊圈以及具有奇數個或偶數個邊之其他多邊形來用於準環致動器。
在一較佳實施例中，墊圈含有適合之模板化凹部以在黏結階 段期間充當晶體之定位導件。
用於墊圈加強件之候選材料為具有中等模數至高模數及合理耐腐蝕性之廉價金屬，該等金屬可容易藉由加工或任何適合且廉價手段而成形。亦可使用陶瓷墊圈加強件，但由於其脆性及成本而並不為優選的。
當金屬墊圈需要與晶體電絕緣時，應使用表面可進行處理以形成絕緣表面層或絕緣塗層之材料。
或者，可將薄而硬之絕緣層(諸如，薄玻璃板)黏結至墊圈之底面上以便提供該效應。使用玻璃板亦具有之優點為：在需要時，可使用超聲波加工容易地模板化。
取決於墊圈於致動器中之位置，可將墊圈分別區分成端部墊圈及中間墊圈。
端部墊圈係黏結至多樁式致動器之頂端面及底端面，並且充當所得設備之負載及應力均衡器以及加強件。
當需要較大軸向位移時，中間墊圈允許在製作長的致動器時使用較短晶體。中間墊圈與短晶體一起使用顯著減小了晶體發生彎曲及扭曲故障之風險。
在圖5中提供具有中間墊圈之多樁式致動器之一實例。此圖示出具有唯一一個中間墊圈加強件(5)之兩段式正方形橫截面多樁式致動器。可使用多個中間墊圈單元來適應各種應用需要。中間墊圈使得能夠使用較短單晶主動元件以達成設備之改良抗彎強度及抗扭強度，並且在需要大軸向位移時，尤其適於長的致動器。此處示出一較短之下節段，其為該下節段提供改良抗彎強度。其他變化形式亦可能適應應用需要，包括較厚主動元件、較大數目之主動元件、使用具有其他適合組成物、切割片及尺寸之單晶。
在動態條件下以及在無法完全避免彎曲主動元件之情況下，單晶主動元件可能在使用期間遭受沿其長度及橫截面之不同誘導應力及/或應變。因此，可改變多段式致動器中各別節段之設計及 組態以迎合不同應用需要，包括改變主動元件之數目及配置、晶體組成物、切割片及尺寸。
在圖5中提供此實例，其中下節段中之主動元件比上節段中之該等主動元件短，以達成下節段之改良抗彎強度。或者，可使用具有較高抗彎強度之晶體切割片、較厚主動元件抑或較大數目之主動元件來滿足該目的。
本發明之新穎特徵包括：(a)在結構方面，使用成形邊緣黏結導件兼加強件來將單晶元件組態成所要之配置以及所要之橫截面，該等成形邊緣黏結導件兼加強件亦用來控制並最小化黏結製程中使用之環氧樹脂的量，並且在製作期間為設備提供品質保證，而且與墊圈加強件一起來改良成品致動器之抗彎強度及抗扭強度並因此改良堅固性。(b)在功能方面，相比於大部分為堆疊式設計或彎曲機設計之技術現狀下的商用壓電式致動器，本發明提供：(i)高級且均勻之軸向位移(相比於堆疊式)；(ii)良好之軸向力以及合理之抗彎強度及抗扭強度(相比於彎曲機)；及(iii)減少之生產成本(相比於單晶環及單晶管)。
為製造多樁式致動器，首先使用適當成形之邊緣加強件作為黏結導件，用環氧樹脂將單晶主動元件黏結成所要組態。可使用額外黏結夾具來輔助此黏結製程以確保全部晶體之端面對準。在固化之後，在需要時，小心地打磨經黏結晶體群組之兩個端面以確保該等端面平坦且平行，之後將其分別黏結至頂部墊圈及底部墊圈之含凹部側。對於無預加工凹部之墊圈而言，可替代地使用適合的黏結夾具。
以上製作步驟可顛倒，但並不優選此做法。換言之，以墊圈中之模板化凹部作為定位導件，首先將單晶主動元件黏結至端部墊圈加強件上。在固化之後，接著將成形邊緣加強件黏結至晶體之間的縱向接縫中。或者，可利用黏性環氧樹脂或其他合適混合物來填充晶體之間的接縫，該黏性環氧樹脂或其他合適混合物將 硬化以形成邊緣加強件。
在不需要中心通孔時，可使用成形端蓋(無中心孔)來替代墊圈。在圖6中示出具有實心端蓋(6)之三角形橫截面多樁式致動器之圖式。
亦可將球形、圓柱形或其他適合成形之接觸點併入端蓋之設計中，以便幫助最小化使用期間作用於單晶主動元件上之彎曲應力。
亦可將適當之預應力機構併入端蓋及/或墊圈之設計中以將單晶主動元件及環氧樹脂接合面以壓縮形式載入，從而改良設備之可靠性。
圖7給出兩段式多樁式致動器之一實例，其中已將適合預應力機構(7)及球形硬接觸點(8)併入設計中，以便改良設備之可靠性及耐久性。
亦可僅使用成形邊緣加強件來製得呈所要組態之具有矩形抑或傾斜晶體之多樁式致動器，如圖3及圖4中所示。然而，所得致動器相當易碎且應藉由呈任何適合形式及形狀之墊圈、端蓋或類似加強端及中間件來加以保護，該等墊圈、端蓋或類似加強端及中間件可在隨後操作中添加。
在無成形墊圈加強件及邊緣加強件之情況下，僅使用環氧樹脂來黏結單獨的單晶主動元件不僅雜亂及費時，而且常常導致所黏結致動器具有扭曲外型。在使用未傾斜單晶元件時，此問題尤其顯著。
取決於要求，在黏結上文所述之各種組件以製成本實施例之多樁式致動器時，選擇性地使用非導電環氧樹脂及導電環氧樹脂。
若所得致動器欲在高度下使用，則應使用高溫固化環氧樹脂。最高固化溫度應保持低於所使用單晶之去極化溫度。否則，必須重新極化經黏結之單晶主動元件以恢復單晶之所要性質。
提供連接至單晶主動元件之電極面的引線，該等引線可於任 何適當之製作階段併入設備中。必須小心以使得在引線黏結製程中單晶主動元件不會發生完全或部分去極化。
當所得設備欲用作軸向位移致動器時，必須小心地黏結涉及所極化晶體之極性的引線，以使得全部單晶主動元件在連接至統一電力供應時以一致之方式驅動，該電力供應可為D.C.(直流)或A.C.(交流)或其組合。
一替代例為連接引線以使得在使用D.C.源或A.C.源對致動器供電時，單晶主動元件以下述方式活化：致動器之自由端將向軸向方向外彎曲，而其另一端固定至一牢固支撐物上，從而使致動器起到彎曲機之作用。術語「彎曲機」對於本領域人員來說乃熟知術語，且在本文中代表壓電式彎曲機致動器。
另一替代例為連接引線以使得在使用具有適合相位偏移之適當A.C.供應對致動器供電時，單晶主動元件將同步活化以使得致動器之一端面或兩端面設定為進行持續旋轉彎曲運動，從而適合於定位或壓電式馬達應用。
本發明之多樁式致動器足夠剛性且堅固，並且可作為習知堆疊式或管狀壓電式致動器加以處置及使用。本發明之實施例之一包括任何衍生之設備，其中本發明之至少一種多樁式致動器用作位移執行之構件，或用作彎曲執行之構件，或者用作旋轉彎曲執行之構件。在本發明之另一實施方案中，揭露一種壓電式馬達或微型馬達，其中使用本發明之多樁式致動器作為定子。
對於技術人員而言明顯的是，可在不脫離本發明之工作原理的原理特徵之情況下，用略微不同但等效之方法將本發明實施例所選之組態、尺寸、材料進行調適、修改、精製或替代，且可添加額外特徵以增強致動器之效能及/或可靠性。此等取代例、替代例、修改例或精製例皆視為落入以下申請專利範圍之範疇及字面意義內。
1‧‧‧切割片
2‧‧‧成形邊緣加強件
3‧‧‧環氧樹脂接合面
4‧‧‧成形墊圈加強件

Claims (24)

  1. 一種多樁式致動器，其包含壓電式單晶主動元件，其中該等壓電式單晶主動元件藉由成形邊緣加強件及墊圈加強件由環氧樹脂黏結，該等成形邊緣加強件及墊圈加強件用聚合物、金屬或陶瓷材料製成以獲得具有改良抗彎強度及抗扭強度之該多樁式致動器。
  2. 如請求項1所記載之多樁式致動器，其中該多樁式致動器係由相同單晶主動元件製成，該等相同單晶主動元件選自包含具有縱向(d33)模態及/或橫向(d31或d32)模態之矩形壓電式單晶之群組。
  3. 如請求項2所記載之多樁式致動器，其中該等單晶主動元件選自由以下組成之群：具有菱面體形態相界及相鄰四邊形組成物之鋅鈮酸鉛-鈦酸鉛(Pb[Zn1/3Nb2/3]O3-PbTiO3或PZN-PT)、鎂鈮酸鉛-鈦酸鉛(Pb[Mg1/3Nb2/3]O3-PbTiO3，PMN-PT)及鎂鈮酸鉛-鋯鈦酸鉛(Pb[Mg1/3Nb2/3]O3-Pb[Zr1-xTix]O3或PMN-PZT)的固溶體，及其摻雜及/或改質之三元及四元衍生物。
  4. 如請求項3所記載之多樁式致動器，其中各主動元件支樁係由背對背或以任何適合組態黏結之多個單晶製成。
  5. 如請求項4所記載之多樁式致動器，其中位於相鄰晶體之間的該等成形邊緣加強件及墊圈加強件將該多樁式致動器組態成選自由以下組成之群的各種橫截面：三角形、正方形、矩形、六邊形、八邊形及其他奇數邊及偶數邊準環多邊形組態。
  6. 如請求項5所記載之多樁式致動器，其中該等單晶之內角傾斜以使得該晶體能夠適配於所要組態，從而能夠使用橫截面減小或可選的成形邊緣加強件。
  7. 如請求項6所記載之多樁式致動器，其中兩個端部墊圈加強件均含有一中心孔以使得該多樁式致動器能夠起一環狀或圓柱狀致動器之作用。
  8. 如請求項7所記載之多樁式致動器，其中兩個端部墊圈加強件均為實心件且起端蓋之作用，並且球形、圓柱形或其他適當形狀被併入於端蓋之設計中，以便最小化在使用期間對該等單晶主動元件所施加之可能彎曲。
  9. 如請求項8所記載之多樁式致動器，其中至少一中間墊圈加強件與較短單晶一起使用，以便改良所得致動器之該抗彎強度及該抗扭強度。
  10. 如請求項9所記載之多樁式致動器，其中任何兩個墊圈加強件之間的單獨主動節段具有不同的設計及組態，包括該等單晶之數目及組態、其組成物、切割片及尺寸，以便用於各種應用需要。
  11. 如請求項10所記載之多樁式致動器，其中該等墊圈經由一適當表面處理或一黏結至黏結面上之薄而硬的絕緣層與該等晶體電絕緣。
  12. 如請求項11所記載之多樁式致動器，其中併有預應力機構以將該等單晶及環氧樹脂接合面以壓縮形式載入，從而改良該致動器之堅固性及可靠性。
  13. 一種用於製造多樁式致動器之方法，其中該方法包含以下步驟：a)獲得單晶主動元件，並將引線黏結至該等單晶主動元件之兩個電極面上；b)再次使用適當成形邊緣加強件作為黏結導件及適當黏結夾具，用環氧樹脂將該等晶體主動元件黏結成所要組態，以確保全部該等晶體主動元件之端面對準； c)打磨該等經黏結晶體主動元件之兩個端面以確保其平坦且平行；d)分別將該等平坦且平行之晶體主動元件黏結至頂部端蓋及底部端蓋及/或墊圈側之一含凹部側上，並且以所要組合來連接各別晶體之該等引線以獲得該多樁式致動器。
  14. 如請求項13所記載之用於製造多樁式致動器之方法，其中在步驟(c)之後，用環氧樹脂將該經黏結晶體主動元件黏結至一定製端蓋及/或墊圈上，以便於一隨後操作中完成該致動器。
  15. 如請求項13所記載之用於製造多樁式致動器之方法，其視情況包含以下步驟：(a)使用模板化端蓋/墊圈由環氧樹脂來將該等單晶黏結成該所要組態，之後定型；及(b)在定型之後，插入該等邊緣加強件，接著將其黏結至該等晶體之間的垂直接縫中及/或用環氧樹脂填充該等接縫。
  16. 如請求項13或15所記載之用於製造多樁式致動器之方法，所使用之環氧樹脂選自由導電環氧樹脂及非導電環氧樹脂組成之群。
  17. 如請求項13所記載之用於製造多樁式致動器之方法，其中連接該等各種單晶元件之該等引線以使得在將一D.C.源或A.C.源施加至該等晶體時，該多樁式致動器在該軸向方向上展現出均勻且高級之位移。
  18. 如請求項13所記載之用於製造多樁式致動器之方法，其中連接該等各種單晶元件之該等引線以使得在分別將一D.C.電壓源或A.C.電壓源施加至該等晶體時，該多樁式致動器之一端或兩端皆展現出彎曲運動及/或彎曲振動。
  19. 如請求項13所記載之用於製造多樁式致動器之方法，其中連接該等單晶元件之該等引線以使得在將具有適當相移之A.C. 電壓源施加至該等晶體時，該多樁式致動器之一端或兩端皆展現出旋轉彎曲運動。
  20. 一種衍生設備，其中使用至少一如請求項1至12中任一項所記載之多樁式致動器作為一位移執行之構件。
  21. 一種衍生設備，其中使用至少一如請求項1至12中任一項所記載之多樁式致動器作為一彎曲執行之構件。
  22. 一種衍生設備，其中使用至少一如請求項1至12中任一項所記載之多樁式致動器作為一旋轉彎曲執行之構件。
  23. 一種壓電式馬達，其中使用如請求項1至12中任一項所記載之多樁式致動器作為一定子。
  24. 一種微型馬達，其中使用如請求項1至12中任一項所記載之多樁式致動器作為一定子。
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