一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種采用硅微加工工藝制作的微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，由可以兩兩組成V梁型電熱硅微致動器的硅微活動桿件(1)、(2)、(3)和(4)，以及柔性鉸鏈(5)、錨點(6)、讀數(shù)裝置(7)組成。讀數(shù)裝置(7)用于硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)不同位置的微位移的測量，錨點(6)用于外界控制電壓的輸入以及為活動構(gòu)件提供支撐作用，各構(gòu)件之間采用柔性鉸鏈(5)連接，可以使運動傳遞時機(jī)構(gòu)具有很好的靈活性。為了實現(xiàn)硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的運動，當(dāng)在錨點(6)之間施加驅(qū)動電壓時，由活動構(gòu)件組成的各V型電熱硅微致動器之間產(chǎn)生相對運動，從而使得該機(jī)構(gòu)具有確定的運動形式。
【專利說明】一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其活動構(gòu)件采用硅微加工工藝，以多晶硅薄膜或者高深寬比的單晶硅等半導(dǎo)體材料制成，整個結(jié)構(gòu)尺寸在微米到亞毫米之間。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子機(jī)械系統(tǒng)Micro-electro-mechanical System, MEMS是以半導(dǎo)體為結(jié)構(gòu)材料，以MEMS微加工工藝為技術(shù)為手段，將微機(jī)械致動器、微機(jī)械執(zhí)行器以及傳感、檢測、信號處理等微電路集成在同一塊芯片上，其特征尺寸一般在微米至亞毫米范圍。MEMS技術(shù)是微電子學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微尺度力學(xué)、微光學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)及生物學(xué)等多學(xué)科交叉的新興【技術(shù)領(lǐng)域】，在空間技術(shù)、國防、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)、工業(yè)過程控制及其他新技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]通過文獻(xiàn)資料查閱和已經(jīng)公開專利檢索，現(xiàn)有技術(shù)中對于宏觀尺度的硅微機(jī)構(gòu)研究較多，而以多晶硅薄膜或單晶硅制作的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)沒有相關(guān)報道。此外，目前MEMS微機(jī)械機(jī)構(gòu)有微致動器、微執(zhí)行器微閥、微泵及各種微傳感器機(jī)構(gòu)，而米用V型梁電熱娃微致動器作為驅(qū)動構(gòu)件組成的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)未有出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種采用MEMS硅微加工工藝制作的一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其活動構(gòu)件可以是多晶硅薄膜，也可以是單晶硅等其他半導(dǎo)體材料。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的制作的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)由兼作V型梁電熱硅微致動器的活動硅微桿件和柔性鉸鏈及錨點和讀數(shù)裝置組成。各活動構(gòu)件之間是通過柔性鉸鏈連接，而且活動構(gòu)件與錨點之間也采用柔性鉸鏈連接，讀數(shù)裝置用于該硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)在不同位置的位移進(jìn)行觀察和測量用；該機(jī)構(gòu)中的活動構(gòu)件兩兩之間可以構(gòu)成V型梁電熱硅微致動器，并且為串接關(guān)系，當(dāng)機(jī)構(gòu)中兩錨點之間通入驅(qū)動電壓時，借助硅材料活動硅微桿件產(chǎn)生的熱膨脹效應(yīng)而產(chǎn)生致動力，從而使得構(gòu)成V型梁電熱硅微致動器的活動構(gòu)件之間發(fā)生相對運動，可以實現(xiàn)硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的運動輸出。
[0006]作為驅(qū)動裝置的V型梁電熱硅微致動器作為機(jī)構(gòu)的動力源，具有分散動力的特性，通過改變施加在錨點上的驅(qū)動電壓的頻率和電壓幅值，可改變機(jī)構(gòu)輸出運動的大小和運動的頻率；通過改變各個構(gòu)件的尺寸比例，可以實現(xiàn)不同的運動。
[0007]由于是V型梁電熱硅微致動器兼作活動構(gòu)件，并且動力分散，使得機(jī)構(gòu)傳遞的運動具有較大的驅(qū)動力，并且機(jī)構(gòu)運動靈活，通過施加在錨點上控制電壓，可以控制該機(jī)構(gòu)的運動。
[0008]構(gòu)成娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動器的第一活動娃微桿件和第二活動硅微桿件、第二活動硅微桿件和第三活動硅微桿件及第三活動硅微桿件和第四活動硅微桿件的兩臂制作為等長。
[0009]構(gòu)成娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動器的第一活動娃微桿件和第二活動硅微桿件、第二活動硅微桿件和第三活動硅微桿件及第三活動硅微桿件和第四活動硅微桿件的兩臂制作為不等長。
[0010]此硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)上不同位置設(shè)計有讀數(shù)標(biāo)尺，可以定量測得機(jī)構(gòu)不同位置的位移輸出數(shù)值的大小，從而在機(jī)構(gòu)執(zhí)行運動的時候便于控制和檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0012]圖1是對本實用新型的一種實施方式結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1所不的娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，由兼作V型梁電熱娃微致動器的第一活動娃微桿件1、第二活動硅微桿件2、第三活動硅微桿件3、第四活動硅微桿件4組成，第一活動硅微桿件I和第二活動硅微桿件2之間、第二活動硅微桿件2和第三活動硅微桿件3之間及第三活動硅微桿件3和第四活動硅微桿件4之間兩兩組成了 V型梁電熱硅微致動器，并且各V型梁電熱硅微致動器之間為串接關(guān)系?；顒訕?gòu)件之間及與錨點6之間是采用了柔性鉸鏈5連接，共同組成了硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)。讀數(shù)裝置7用于硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)在不同位置時微位移的測量，錨點6用于外界控制電壓的輸入和懸浮構(gòu)件的支撐作用。
[0014]該娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的第一活動娃微桿件1、第二活動娃微桿件2、第三活動娃微桿件3、第四活動硅微桿件4類似于V型電熱硅微致動器的V型梁，兩兩組成V型電熱硅微致器，兩錨點之間的距離相當(dāng)于第五桿(機(jī)架桿)。當(dāng)在錨點施加驅(qū)動電壓時，機(jī)構(gòu)中的V型電熱硅微致動器相當(dāng)于原動件，符合機(jī)構(gòu)自由度與約束的要求，該機(jī)構(gòu)構(gòu)件上可產(chǎn)生響應(yīng)，輸出運動。通過分析其運動特性和理論計算，可確定其確定的運動狀況。
[0015]為了實現(xiàn)該硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動，機(jī)構(gòu)中的第一活動硅微桿件I的一端和第二活動娃微桿件2的一端、第二活動娃微桿件2的另一端和第三活動娃微桿件3 —端、第三活動娃微桿件3另一端和第四活動娃微桿件4 一端、第一活動娃微桿件I的另一端和一個錨點6、第四活動硅微桿件4的另一端和另一個錨點6均通過柔性鉸鏈5相互連接。當(dāng)兩個錨點之間通入驅(qū)動電壓時，由于V型電熱硅微致動器的熱膨脹作用而使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生驅(qū)動力，從而輸出運動。各個構(gòu)件之間采用硅微柔性鉸鏈連接便于運動的傳遞，當(dāng)改變組成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)各活動構(gòu)件的長度尺寸包括兩個錨點6之間的距離時，可改變機(jī)構(gòu)的運動輸出。該硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)上的讀數(shù)裝置是為了便于觀察和測量機(jī)構(gòu)不同位置上的位移輸出而設(shè)計的。
[0016]本實用新型不局限于上述【具體實施方式】，只要硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)采用活動硅微桿件組成相當(dāng)于V型電熱硅微致動器的五桿機(jī)構(gòu)，不論是驅(qū)動裝置如何組合，活動構(gòu)件采用不同的截面形狀、構(gòu)件之間不同的尺寸關(guān)系，均落在本實用新型的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，包括第一活動娃微桿件(I)、第二活動娃微桿件(2)、第三活動硅微桿件(3)、第四活動硅微桿件(4)，以及柔性鉸鏈(5)、錨點(6)和讀數(shù)裝置(7)，整體機(jī)構(gòu)采用硅微加工工藝制作而成，其特征在于:所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的第一活動硅微桿件(I)和第二活動硅微桿件(2)之間、第二活動硅微桿件(2)和第三活動硅微桿件(3)之間及第三活動硅微桿件(3)和第四活動硅微桿件(4)之間分別組成了電熱硅微致動器，兩錨點(6)之間的距離相當(dāng)于第五桿，當(dāng)在錨點(6)之間施加驅(qū)動電壓時，第一活動硅微桿件(I)、第二活動硅微桿件(2)、第三活動硅微桿件(3)、第四活動硅微桿件(4)之間相當(dāng)于電熱驅(qū)動元件兩兩串接，整個機(jī)構(gòu)符合自由度與約束的要求，從而該機(jī)構(gòu)產(chǎn)生響應(yīng)，輸出運動； 第一活動娃微桿件(I)的一端和第二活動娃微桿件(2)的一端、第二活動娃微桿件(2)的另一端和第三活動娃微桿件(3) —端、第三活動娃微桿件(3)另一端和第四活動娃微桿件(4) 一端、第一活動娃微桿件(I)的另一端和一個錨點(6)、第四活動娃微桿件(4)的另一端和另一個錨點(6)均通過柔性鉸鏈(5)相互連接；讀數(shù)裝置(7)用于硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)在不同位置時微位移的測量。
2.如權(quán)利要求1所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:組成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的第一活動硅微桿件(I)和第二活動硅微桿件(2)、第二活動硅微桿件(2)和第三活動硅微桿件(3)及第三活動硅微桿件(3)和第四活動硅微桿件(4)之間構(gòu)成了 V型梁電熱硅微致動器。
3.如權(quán)利要求2所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:構(gòu)成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動器的第一活動娃微桿件(I)和第二活動娃微桿件(2)、第二活動娃微桿件(2)和第三活動硅微桿件(3)及第三活動硅微桿件(3)和第四活動硅微桿件(4)的兩臂制作為等長。
4.如權(quán)利要求2所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:構(gòu)成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動器的第一活動娃微桿件(I)和第二活動娃微桿件(2)、第二活動娃微桿件(2)和第三活動硅微桿件(3)及第三活動硅微桿件(3)和第四活動硅微桿件(4)的兩臂制作為不等長。
【文檔編號】B81B3/00GK203498070SQ201320352700
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】張永宇, 沈雪瑾, 白曉麗, 徐雪萌, 張映霞, 唐靜靜 申請人:河南工業(yè)大學(xué)