[發(fā)明專利]全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器與掃描探針顯微鏡鏡體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110255691.6
• 申請(qǐng)日: 2011-09-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102347318A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周海彪;陸輕鈾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L25/03
• 分類號(hào): H01L25/03;H01L41/09;G01Q60/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓電步進(jìn)器，特別涉及一種作為動(dòng)子的滑桿也能進(jìn)行壓電助推的全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器以及用其制成的掃描探針顯微鏡鏡體，屬于壓電定位器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電馬達(dá)因同時(shí)具有毫米以上的宏觀大行程和納米甚至埃米級(jí)超高精度而廣泛應(yīng)用于相機(jī)光路調(diào)節(jié)、顯微鏡鏡頭納米精度調(diào)焦、原子分辨率的掃描探針顯微鏡，以及現(xiàn)代光學(xué)、微電子制造、航空航天、超精密機(jī)械制造、微機(jī)器人、地震測(cè)量，生物、醫(yī)學(xué)、遺傳工程(參見(jiàn)吉林大學(xué)壓電驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)研究中心劉建芳，楊志剛，程光明和華順明2004年發(fā)表于《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》第24卷第004期第102頁(yè)的題為“壓電驅(qū)動(dòng)精密直線步進(jìn)電機(jī)研究”的論文)，是非常重要的納米科技與國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)領(lǐng)域工具。

壓電馬達(dá)的種類很多，但原理上都是依靠壓電體對(duì)動(dòng)子產(chǎn)生重復(fù)累加的壓電移動(dòng)來(lái)推動(dòng)動(dòng)子相對(duì)于定子步進(jìn)的。理想的壓電馬達(dá)要求能同時(shí)擁有原子級(jí)定位精度、毫米級(jí)大行程、從超低溫到高于室溫的大工作溫區(qū)、大推力、小尺寸、低溫漂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固和控制簡(jiǎn)單可靠。但這非常困難，現(xiàn)有技術(shù)中尚沒(méi)有這種夢(mèng)寐以求的壓電馬達(dá)。這主要是因?yàn)檫@些要求中很多是相互矛盾，難以調(diào)和的，例如：大推力和小尺寸，大推力和高精度，小尺寸與結(jié)構(gòu)牢固，大行程與低溫漂等等。

為了解決這些矛盾，我們之前已提出過(guò)兩款近理想壓電馬達(dá)的專利申請(qǐng)：(1)雙壓電體并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器與掃描探針顯微鏡(發(fā)明專利授權(quán)號(hào)：ZL200910116492.X)，(2)嵌套雙壓電管推動(dòng)的三摩擦力壓電步進(jìn)器與步進(jìn)掃描器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?01010254442.0)。在本發(fā)明中，我們?cè)谶@兩個(gè)發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出將其中的滑桿(即：動(dòng)子)也設(shè)計(jì)成壓電的，并能為步進(jìn)而配合助推。這不僅能夠使推力加倍(因?yàn)榇藭r(shí)滑桿也具有推動(dòng)能力)，溫漂大大減小(因?yàn)榛瑮U與推動(dòng)滑桿的致動(dòng)器都由壓電材料制成，熱脹冷縮相抵消)，卻不增加尺寸和復(fù)雜性等不利因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：為了在不增加尺寸和復(fù)雜性的條件下提高壓電馬達(dá)的推力和抗溫漂能力，提供一種滑桿也為壓電體并能進(jìn)行壓電助推的全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器及其掃描探針顯微鏡。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，包括第一和第二壓電體、第一基座，所述第一和第二壓電體按伸縮方向平行設(shè)置并排地固定站立于第一基座上，構(gòu)成第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征是還包括第三和第四壓電體、第二基座，所述第三和第四壓電體按伸縮方向平行設(shè)置并排地固定站立于第二基座上，構(gòu)成第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，第一和第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的壓電伸縮方向設(shè)置為一致，為滑動(dòng)方向，在此方向上第一和第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)相互配合滑動(dòng)，在垂直于該滑動(dòng)方向上設(shè)置將第一基座與第二基座相壓的正壓力以及將第一壓電體自由端與第三壓電體自由端相壓的正壓力和將第二壓電體自由端與第四壓電體自由端相壓的正壓力，在這三個(gè)正壓力產(chǎn)生的最大靜摩擦力中，任一個(gè)最大靜摩擦力小于其它兩個(gè)最大靜摩擦力之和。

本發(fā)明雙壓電體并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

所述第一基座通過(guò)第一基座彈性和/或第二基座彈性和/或增設(shè)彈性體與第二基座彈性相壓，所述第一壓電體自由端通過(guò)第一壓電體自由端彈性和/或第三壓電體自由端彈性和/或增設(shè)彈性體與第三壓電體自由端彈性相壓，所述第二壓電體自由端通過(guò)第二壓電體自由端彈性和/或第四壓電體自由端彈性和/或增設(shè)彈性體與第四壓電體自由端彈性相壓。

所述第一和第二壓電體為整體設(shè)置，或者所述第一和第二壓電體與第一基座三者為整體設(shè)置，或者所述第三和第四壓電體為整體設(shè)置，或者所述第三和第四壓電體與第二基座三者為整體設(shè)置。

所述第一和第二壓電體呈沿管形體中軸線剖開(kāi)的半管形狀，它們圍合起來(lái)固定站立于環(huán)形第一基座上，構(gòu)成管形第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述第三和第四壓電體呈沿管形體中軸線剖開(kāi)的半管形狀，它們圍合起來(lái)固定站立于環(huán)形第二基座上，構(gòu)成管形第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述管形第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)套于管形第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)之內(nèi)，且內(nèi)部的兩個(gè)半管形正對(duì)著外部的兩個(gè)半管形。

所述第一和第二壓電體分別為沿管形體中軸線對(duì)稱剖開(kāi)的四個(gè)四分之一管形中相對(duì)的兩個(gè)四分之一管形對(duì)，它們圍合起來(lái)固定站立于環(huán)形第一基座上，構(gòu)成管形第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述第三和第四壓電體分別為沿管形體中軸線對(duì)稱剖開(kāi)的四個(gè)四分之一管形中相對(duì)的兩個(gè)四分之一管形對(duì)，它們圍合起來(lái)固定站立于環(huán)形第二基座上，構(gòu)成管形第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述管形第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)套于管形第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)之內(nèi)，且內(nèi)部的四個(gè)四分之一管形正對(duì)著外部的四個(gè)四分之一管形。