[發明專利]應用于MEMS微納加工的一體化無裝配多層微齒輪結構

有效

• 申請號: 201810312357.1
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108317233B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 杜亦佳;陳余;周泉豐;代剛;張健;劉利芳;李順;方雯;任尚清
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: F16H55/17
• 分類號: F16H55/17;F16H55/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開一種應用于MEMS微納加工的一體化無裝配多層微齒輪結構，包括生根軸承、第一階梯型齒輪定位結構、第二階梯型齒輪定位結構和多層齒輪層，所述生根軸承下端面固定連接在一齒輪基底上，所述第二階梯型齒輪定位結構設置于所述生根軸承的下端，所述第二階梯型齒輪定位結構固定連接在所述齒輪基底上，所述第一階梯型齒輪定位結構設置于所述生根軸承的上端，所述多層齒輪層套設在所述生根軸承的中部。本發明的多層微齒輪結構為一體化結構，多層微齒輪結構的裝配精度一致性更好，更適于批量化生產，齒輪結構連接強度更高。

技術領域

本發明涉及微齒輪技術領域，特別是涉及一種應用于MEMS微納加工的一體化無裝配多層微齒輪結構。

背景技術

微機電系統(MEMS)已經成為工業及學術的研究的熱點，其對工業的發展有很重要的意義。齒輪是指輪緣上有齒能連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件。齒輪的作用是將一根軸的轉動傳遞給另一根軸，從而實現減速、增速、變向和換向等目的，是一種重要的機械基礎件，應用非常廣泛。

隨著MEMS技術的發展和集成微系統的迫切需求，機械結構走向微型化的趨勢越來越明顯。齒輪、傳動、驅動部件目前都面臨著微型化的需求，在微型機器人、微納操控平臺等領域具備廣闊的應用空間。利用MEMS微納加工技術進行齒輪加工，具備批量化、集成化、與集成電路工藝兼容等優勢。而且MEMS工藝技術中的金屬微加工方式(包括UV-LIGA、金屬犧牲層加工方式)能夠獲得強度高的復雜金屬結構，是進行微齒輪加工的有效方法。

然而，目前一般采用機床和刀具的傳統加工方式加工的齒輪結構直接應用于MEMS微納加工微齒輪領域，微齒輪采用軸孔裝配方式進行裝配，無法加工成一體化無裝配的微齒輪，存在無法批量化、裝配精度一致性無法保證的問題。MEMS微納加工工藝中的金屬微加工方式一般是通過增材制造的方式制備的，金屬增材制造的方式一般為電鍍、濺射等，這些方法制作的金屬材料與塊體金屬材料在材料致密度、材料強度等金屬質量方面相去甚遠，齒輪結構容易失效。

發明內容

本發明的目的是提供一種應用于MEMS微納加工的一體化無裝配多層微齒輪結構，以解決上述現有技術存在的問題，使多層微齒輪結構為不需要裝配的一體化結構，多層微齒輪結構的裝配精度一致性更好，更適于批量化生產，齒輪結構連接強度更高。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種應用于MEMS微納加工的一體化無裝配多層微齒輪結構，包括生根軸承、第一階梯型齒輪定位結構、第二階梯型齒輪定位結構和多層齒輪層，所述生根軸承下端面固定連接在一齒輪基底上，所述第二階梯型齒輪定位結構設置于所述生根軸承的下端，所述第二階梯型齒輪定位結構固定連接在所述齒輪基底上，所述第一階梯型齒輪定位結構設置于所述生根軸承的上端，所述多層齒輪層套設在所述生根軸承的中部。

優選地，所述多層齒輪層包括若干齒輪，若干所述齒輪之間通過隔離層電鍍連接在一起。

優選地，所述第二階梯型齒輪定位結構的上表面固定連接有第二防粘連圓柱，所述第一階梯型齒輪定位結構的下表面固定連接有第一防粘連圓柱。

優選地，所述多層齒輪層的下表面固定連接有第三防粘連圓柱。

優選地，所述第一防粘連圓柱、第二防粘連圓柱及第三防粘連圓柱全部均勻分布于相應的表面上。

優選地，所述固定連接為電鍍連接。

優選地，所述多層齒輪層中的最上層齒輪的上表面設置有環形凹槽，所述第一階梯型齒輪定位結構設置于所述環形凹槽內，所述第一階梯型齒輪定位結構的上表面與所述最上層齒輪的上表面位于同一個平面上。

優選地，所述第一防粘連圓柱與所述多層齒輪層的上表面間的距離為10-20μm，所述第二防粘連圓柱與所述多層齒輪層的下表面間的距離為10-20μm，所述第三防粘連圓柱與所述齒輪基底的上表面之間的距離為10-20μm。

優選地，所述多層齒輪層的齒輪面上均布有齒輪面孔。