專利名稱：嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器與步進(jìn)掃描器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電步進(jìn)器，特別涉及一種嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器以及用其制成的步進(jìn)掃描器，屬于壓電定位器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓電定位器能在宏觀(毫米)范圍內(nèi)把物體定位到納米精度，因而在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中(包括原子成像、原子操縱等亞納米領(lǐng)域)成為必不可少的工具。但壓電效應(yīng)一般較弱，壓電形變產(chǎn)生的推力也較小，推動不了稍大的物體。壓電定位器通常也難以工作于低溫(如液氦溫度)領(lǐng)域，因?yàn)樵诘蜏叵聣弘娦巫冞M(jìn)一步減小，給出的推力甚至小到不能克服摩擦阻力或負(fù)載重力而產(chǎn)生位移。把壓電材料做成多級壓電堆棧(piezo stack)能給出較大的推力，但工藝復(fù)雜，定位精度變低，并且把壓電材料粘接成堆棧所用的膠在低溫下性能變差，且對超高真空具有破壞作用，十分不利于極端物理?xiàng)l件下的科研應(yīng)用。我們以前提出的雙壓電體并排推動的三摩擦力步進(jìn)器(發(fā)明專利申請?zhí)?200910116492. X)，其一個(gè)重要的實(shí)施例為實(shí)施例4 管形雙壓電體并排推動的三摩擦力步進(jìn)器。我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)當(dāng)圍合成管形的雙半管形壓電體的長度小于3厘米時(shí)，步進(jìn)器在液氦溫度下就走不動了(在液氮溫度下依然能工作)。增加雙壓電體的長度或?qū)⒚總€(gè)壓電體制成壓電堆棧可使步進(jìn)器在液氦溫度下工作，這是一個(gè)較顯而易見的解決方案，但其更大的尺寸或更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)均難以在極端條件(空間小、真空度高)下得到廣泛應(yīng)用。為此，我們在本發(fā)明中設(shè)計(jì)出了在不顯著增加尺寸和不使用堆棧的情況下，能產(chǎn)生更大推力或能在更低溫度下工作的壓電步進(jìn)器，并因其壓電管不需要切割，保持了原有的完整性和剛性，故能步進(jìn)地更穩(wěn)健、更精密，其結(jié)構(gòu)也更牢固(不易受外界震動的干擾， 而通常外界震動很容易就能破壞原子級精度的應(yīng)用，如掃描探針顯微鏡)。此外，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上具有高度的對稱性，能大大減少溫度變化引起的熱漂移，這對原子級定位精度的應(yīng)用是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為解決上述缺陷，提出一種在不顯著增加尺寸和不使用堆棧的情況下，能產(chǎn)生更大推力或能在更低溫度下工作的壓電定位器，并用其制成具有掃描功能的步進(jìn)掃描器。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是本發(fā)明嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，包括兩個(gè)壓電管、兩個(gè)保護(hù)片、 基座、導(dǎo)向器，所述兩壓電管中的一個(gè)固定地立于基座上構(gòu)成內(nèi)壓電管，而另一個(gè)套在所述內(nèi)壓電管之外也固定地立于該基座上構(gòu)成外壓電管，這兩個(gè)壓電管的壓電伸縮方向相同， 都為軸向，兩個(gè)保護(hù)片分別設(shè)置在這兩個(gè)壓電管的自由端，導(dǎo)向器或者置于內(nèi)壓電管的內(nèi)部或者置于外壓電管的外部或者置于內(nèi)壓電管外壁與外壓電管內(nèi)壁間的間隙中，在垂直于所述壓電伸縮方向上設(shè)置將所述基座和兩保護(hù)片分別與導(dǎo)向器相壓的正壓力，在這三個(gè)正壓力對導(dǎo)向器產(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。所述導(dǎo)向器通過導(dǎo)向器彈性和/或基座彈性和/或增設(shè)彈性體與基座彈性相壓， 所述導(dǎo)向器通過導(dǎo)向器彈性和/或保護(hù)片彈性和/或增設(shè)彈性體與兩保護(hù)片彈性相壓。所述兩個(gè)保護(hù)片和基座均為環(huán)形，導(dǎo)向器為管形或柱形，其兩端分別沿其軸線方向向另一端切入但不完全切分離，導(dǎo)向器設(shè)置于內(nèi)壓電管的內(nèi)部，其兩端外壁以彈力分別與環(huán)形基座的內(nèi)側(cè)以及兩環(huán)形保護(hù)片的內(nèi)側(cè)相壓。所述導(dǎo)向器為方管形或圓管形或方柱形或圓柱形。所述導(dǎo)向器為管形或圍欄形并套在所述外壓電管的外面，并與基座以及兩保護(hù)片相壓。所述圍欄的欄柱數(shù)目為2或3或4個(gè)。所述欄柱或以圓柱面或以刀刃分別與所述基座和兩保護(hù)片產(chǎn)生正壓力。嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器制成的步進(jìn)掃描器，包括壓電掃描管和所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，壓電掃描管固定地立于所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的基座上，該壓電掃描管的軸線方向與所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的內(nèi)和外壓電管的軸線方向相同。本發(fā)明嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的工作原理為內(nèi)壓電管固定地立于基座上，而外壓電管套在內(nèi)壓電管的外部也固定地立于該基座上，且兩壓電管的伸縮方向相同，都是軸向；兩壓電管的自由端分別固定有保護(hù)片，導(dǎo)向器或者置于內(nèi)壓電管的內(nèi)部或者置于外壓電管的外部或者置于內(nèi)壓電管外壁與外壓電管內(nèi)壁間的間隙中，在垂直于所述伸縮方向上設(shè)置將導(dǎo)向器與兩保護(hù)片相壓的正壓力以及將導(dǎo)向器與基座相壓的正壓力，在這三個(gè)正壓力對導(dǎo)向器產(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。工作時(shí)，可先將初態(tài)設(shè)置為兩壓電管皆為收縮狀態(tài)，接著，兩壓電管同時(shí)伸長，這將帶動基座相對于導(dǎo)向器沿該伸長方向移動，因?yàn)榇藭r(shí)兩壓電管自由端的保護(hù)片與導(dǎo)向器間的靜摩擦力都是推著基座沿導(dǎo)向器往兩壓電管伸長方向移動，而基座與導(dǎo)向器間的靜摩擦力是阻止該移動的阻力。由于基座與導(dǎo)向器間的最大靜摩擦力小于兩保護(hù)片與導(dǎo)向器間的最大靜摩擦力之和，所以基座相對于導(dǎo)向器步進(jìn)了一步。接著，兩壓電管中的一個(gè)收縮 (形變還原)，另一個(gè)保持伸長狀態(tài)不變。此時(shí)收縮壓電管自由端的保護(hù)片會在導(dǎo)向器上滑動，而另一壓電管自由端的保護(hù)片以及基座在導(dǎo)向器上都沒有滑動，因?yàn)槭湛s壓電管自由端保護(hù)片與導(dǎo)向器間的最大靜摩擦力小于另一保護(hù)片-導(dǎo)向器間最大靜摩擦力與基座-導(dǎo)向器間最大靜摩擦力之和。收縮壓電管就恢復(fù)了最初的收縮狀態(tài)且沒有使基座相對于導(dǎo)向器滑動。再接著，還保持伸長狀態(tài)的那個(gè)壓電管收縮，同理可知，它也能恢復(fù)最初的收縮狀態(tài)且不使基座相對于導(dǎo)向器滑動。至此，基座已相對于導(dǎo)向器步進(jìn)了一步且兩壓電管都恢復(fù)到最初的收縮狀態(tài)。重復(fù)上述步驟可使基座相對于導(dǎo)向器一步步地沿兩壓電管伸長方向步進(jìn)。同理，如果讓初態(tài)皆為收縮狀態(tài)的上述兩壓電管按照一個(gè)伸長-另一個(gè)伸長-同時(shí)收縮的順序來重復(fù)進(jìn)行，可使基座相對于導(dǎo)向器一步步地沿兩壓電管收縮方向步進(jìn)。上述兩壓電管的嵌套結(jié)構(gòu)不會顯著比單個(gè)壓電管在尺寸上大很多，也不是多層壓電材料以膠粘結(jié)成的堆棧結(jié)構(gòu)，不會降低定位精度和對超高真空產(chǎn)生破壞，但其推力比近乎同尺寸的一個(gè)壓電管通過分割電極產(chǎn)生兩個(gè)半管壓電體的推力大一倍，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。本發(fā)明的兩壓電管嵌套結(jié)構(gòu)是高度對稱的，對溫度漂移有很好的抵消作用，所以能減少溫漂對定位精度的影響，特別適用于定位精度高達(dá)原子級別的掃描探針顯微鏡領(lǐng)域。兩壓電管也不需要通過切割來分隔電極，所以具有很高的剛性，大大增加了其抵抗外界震動干擾的能力。由上述原理知，所述導(dǎo)向器的作用是(1)對基座和兩保護(hù)片產(chǎn)生垂直于壓電管伸縮方向的正壓力，從而能在該伸縮方向上獲得可配合產(chǎn)生步進(jìn)的摩擦力；( 對步進(jìn)起一個(gè)導(dǎo)向作用。所述導(dǎo)向器與基座間的正壓力可以是導(dǎo)向器通過導(dǎo)向器彈性和/或基座彈性和/ 或增設(shè)彈性體與基座彈性相壓來產(chǎn)生的，所述導(dǎo)向器分別與兩保護(hù)片間產(chǎn)生的正壓力可以是導(dǎo)向器通過導(dǎo)向器彈性和/或保護(hù)片彈性和/或增設(shè)彈性體與兩保護(hù)片分別彈性相壓來產(chǎn)生的。所述彈性只存在于所述正壓力方向，而在壓電伸縮方向上導(dǎo)向器、基座和兩保護(hù)片在摩擦力作用下產(chǎn)生的形變量應(yīng)小于內(nèi)和外壓電管的壓電伸縮量。導(dǎo)向器對步進(jìn)的導(dǎo)向作用可以由下述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向器設(shè)置于內(nèi)壓電管的內(nèi)部 (包含從內(nèi)壓電管內(nèi)穿出)，導(dǎo)向器為管形或柱形，其兩端分別沿其軸線方向向另一端切入但不完全切分離，這使得導(dǎo)向器具有彈性，或者可以在導(dǎo)向器的內(nèi)部增設(shè)彈簧使得導(dǎo)向器可以對外產(chǎn)生彈力，導(dǎo)向器兩端外壁以彈力分別與環(huán)形基座的內(nèi)側(cè)以及兩環(huán)形保護(hù)片的內(nèi)側(cè)相壓。導(dǎo)向器對步進(jìn)的導(dǎo)向作用也可以由下述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向器設(shè)置于外壓電管外部， 導(dǎo)向器為管形或?yàn)閲鷻谛?由欄柱和固定各欄柱的圍桿構(gòu)成)，欄柱的數(shù)目為2或3或4， 這些欄柱均勻分布在外壓電管的外圍，所述欄柱或以圓柱面或以刀刃分別與所述基座和兩保護(hù)片產(chǎn)生正壓力。導(dǎo)向器對步進(jìn)的導(dǎo)向作用也可以由下述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向器設(shè)置于內(nèi)壓電管外壁與外壓電管內(nèi)壁間的間隙中，這時(shí)，基座不能完全把該間隙填滿，需開有孔或縫隙讓導(dǎo)向器有一部分可以穿過基座，導(dǎo)向器為管形或?yàn)閲鷻谛?，欄柱的?shù)目為2或3或4，這些欄柱均勻分布在所述間隙中，所述欄柱或以圓柱面或以刀刃分別與所述基座和兩保護(hù)片產(chǎn)生正壓力。我們也可以增設(shè)一個(gè)壓電掃描管并將其固定地立于所述基座上，并與所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的內(nèi)和外壓電管具有相同的壓電伸縮方向，所述內(nèi)和外壓電管構(gòu)成的管套管結(jié)構(gòu)與該壓電掃描管或者分處基座的正反兩側(cè)或者處于基座的同一側(cè)，對于后一種情況，所述壓電掃描管或者套在外壓電管的外面或者被套在內(nèi)壓電管的內(nèi)部。這樣，所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器除了能夠步進(jìn)之外，還能在步進(jìn)到位后利用所述的壓電掃描管實(shí)現(xiàn)掃描成像功能。根據(jù)上述原理可以看出，與以近乎同尺寸的一個(gè)壓電管通過分割電極產(chǎn)生兩個(gè)半管壓電體制成的雙壓電體并排推動的三摩擦力步進(jìn)器相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在(a)推力大一倍不僅能推動更大的負(fù)載，也能在更低的溫度下工作。(b)具有更高的對稱性抗溫漂的能力強(qiáng)。
(c)具有更大的剛性抗震動干擾的能力強(qiáng)。(d)接近理想步進(jìn)器由于上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明就非常接近理想步進(jìn)器了。


圖1是本發(fā)明基本型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明內(nèi)置彈性導(dǎo)向器型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明導(dǎo)向器置于內(nèi)和外壓電管之間隙中的嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明欄柱數(shù)為2的圍欄導(dǎo)向器型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明刀刃導(dǎo)向器型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1壓電管(內(nèi)壓電管)、2另一個(gè)壓電管(外壓電管)、3保護(hù)片(內(nèi)壓電管保護(hù)片)、4另一保護(hù)片(外壓電管保護(hù)片)、5基座、6導(dǎo)向器、7壓電伸縮方向、8彈性體、9欄柱、10壓電掃描管。以下通過具體實(shí)施方式
和結(jié)構(gòu)附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 基本型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器參見附圖1，本實(shí)施例基本型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器包括兩個(gè)壓電管1、2，兩個(gè)保護(hù)片3、4，基座5、導(dǎo)向器6，所述兩壓電管1、2中的一個(gè)固定地立于基座 5上構(gòu)成內(nèi)壓電管1，而另一個(gè)套在所述內(nèi)壓電管1之外也固定地立于該基座5上構(gòu)成外壓電管2，這兩個(gè)壓電管1、2的壓電伸縮方向7相同，都為軸向，兩個(gè)保護(hù)片3、4分別設(shè)置在這兩個(gè)壓電管1、2的自由端，導(dǎo)向器6或者置于內(nèi)壓電管1的內(nèi)部(包含從內(nèi)壓電管1內(nèi)穿出)或者置于外壓電管2的外部或者置于內(nèi)壓電管1外壁與外壓電管2內(nèi)壁間的間隙中， 在垂直于所述壓電伸縮方向7上設(shè)置將所述基座5和兩保護(hù)片3、4分別與導(dǎo)向器5相壓的正壓力，在這三個(gè)正壓力對導(dǎo)向器產(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。本實(shí)施例的工作原理為可先將初態(tài)設(shè)置為兩壓電管1、2皆為收縮狀態(tài)，接著，兩壓電管1、2同時(shí)伸長，這將帶動基座5相對于導(dǎo)向器6沿該伸長方向移動，因?yàn)榇藭r(shí)兩壓電管1、2自由端的保護(hù)片3、4與導(dǎo)向器6間的靜摩擦力都是推著基座5沿導(dǎo)向器6往兩壓電管1、2伸長方向移動，而基座5與導(dǎo)向器6間的靜摩擦力是阻止該移動的阻力。由于基座 5與導(dǎo)向器6間的最大靜摩擦力小于兩保護(hù)片3、4與導(dǎo)向器6間的最大靜摩擦力之和，所以基座5相對于導(dǎo)向器6步進(jìn)了一步。接著，兩壓電管1、2中的一個(gè)1收縮(形變還原)， 另一個(gè)2保持伸長狀態(tài)不變。此時(shí)收縮壓電管1自由端的保護(hù)片3會在導(dǎo)向器6上滑動， 而另一壓電管2自由端的保護(hù)片4以及基座5在導(dǎo)向器6上都沒有滑動，因?yàn)槭湛s壓電管 1自由端保護(hù)片3與導(dǎo)向器6間的最大靜摩擦力小于另一保護(hù)片4-導(dǎo)向器6間最大靜摩擦力與基座5-導(dǎo)向器6間最大靜摩擦力之和。收縮壓電管1就恢復(fù)了最初的收縮狀態(tài)且沒有使基座5相對于導(dǎo)向器6滑動。再接著，還保持伸長狀態(tài)的那個(gè)壓電管2收縮，同理可知，它也能恢復(fù)最初的收縮狀態(tài)且不使基座5相對于導(dǎo)向器6滑動。至此，基座5已相對于導(dǎo)向器6步進(jìn)了一步且兩壓電管1、2都恢復(fù)到最初的收縮狀態(tài)。重復(fù)上述步驟可使基座5 相對于導(dǎo)向器6—步步地沿兩壓電管1、2伸長方向步進(jìn)。同理，如果讓初態(tài)皆為收縮狀態(tài)的上述兩壓電管1、2按照一個(gè)伸長-另一個(gè)伸長-同時(shí)收縮的順序來重復(fù)進(jìn)行，可使基座5相對于導(dǎo)向器6 —步步地沿兩壓電管1、2收縮方向步進(jìn)。上述兩壓電管1、2的嵌套結(jié)構(gòu)不會顯著比單個(gè)壓電管在尺寸上大很多，也不是多層壓電材料以膠粘結(jié)成的堆棧結(jié)構(gòu)，不會降低定位精度和對超高真空產(chǎn)生破壞，但其推力比近乎同尺寸的一個(gè)壓電管通過分割電極產(chǎn)生兩個(gè)半管壓電體的推力大一倍，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。由上述原理知，所述導(dǎo)向器6的作用是(1)對基座5和兩保護(hù)片3、4產(chǎn)生垂直于壓電管伸縮方向7的正壓力，從而能在該伸縮方向7上獲得可配合產(chǎn)生步進(jìn)的摩擦力；(2) 對步進(jìn)起一個(gè)導(dǎo)向作用。導(dǎo)向器6對步進(jìn)的導(dǎo)向作用可以由下述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向器6或者設(shè)置于內(nèi)壓電管 1的內(nèi)部(見附圖2、或者設(shè)置于外壓電管2的外部(見附圖1)或者設(shè)置于內(nèi)壓電管1外壁與外壓電管2內(nèi)壁間的間隙中(見附圖幻。對于這第三種情況，基座5不能完全把該間隙填滿，需開有孔或縫隙讓導(dǎo)向器6有一部分可以穿過基座5(見附圖3，該圖為俯視圖)。 在壓電伸縮方向7上導(dǎo)向器6、基座5和兩保護(hù)片3、4在摩擦力作用下產(chǎn)生的形變量應(yīng)小于內(nèi)和外壓電管1、2的壓電伸縮量。實(shí)施例2 彈力型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器上述實(shí)施例1中的基座1和兩保護(hù)片3、4三者分別與導(dǎo)向器6相壓的正壓力可以是重力、電磁力和/或彈性力。在本實(shí)施例中，這三個(gè)正壓力是彈力所述導(dǎo)向器6通過導(dǎo)向器6彈性和/或基座5彈性和/或增設(shè)彈性體8 (見附圖1)與基座5彈性相壓，所述導(dǎo)向器6通過導(dǎo)向器6彈性和/或保護(hù)片3、4彈性和/或增設(shè)彈性體8與兩保護(hù)片3、4彈性相壓。這里所述的彈性體7也可以視為基座5的一部分，也可以視為兩保護(hù)片3、4的一部分，也可以視為導(dǎo)向器6的一部分。所述彈性只存在于所述正壓力方向，而在壓電伸縮方向 7上導(dǎo)向器6、基座5和兩保護(hù)片3、4在摩擦力作用下產(chǎn)生的形變量應(yīng)小于內(nèi)和外壓電管1、 2的壓電伸縮量。實(shí)施例3 內(nèi)置彈性導(dǎo)向器型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器上述實(shí)施例中導(dǎo)向器6對步進(jìn)的導(dǎo)向作用可以由下述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向器6設(shè)置于內(nèi)壓電管1的內(nèi)部(包含從內(nèi)壓電管1內(nèi)穿出)，導(dǎo)向器6為管形或柱形，其兩端分別沿其軸線方向向另一端切入但不完全切分離，這使得導(dǎo)向器6具有彈性，或者可以在導(dǎo)向器6的內(nèi)部增設(shè)彈簧使得導(dǎo)向器可以對外產(chǎn)生彈力，導(dǎo)向器6兩端外壁以彈力分別與環(huán)形基座5 的內(nèi)側(cè)以及兩環(huán)形保護(hù)片3、4的內(nèi)側(cè)相壓。本實(shí)施例中的導(dǎo)向器6為方管形時(shí)，由于是以方管的棱邊和環(huán)形基座5的內(nèi)側(cè)以及兩環(huán)形保護(hù)片3、4的內(nèi)側(cè)相壓，因此接觸面積小，從而，可以實(shí)現(xiàn)用較大的壓力而獲得相對較小的但合適的摩察力，這樣步進(jìn)器的整體結(jié)構(gòu)就比較緊固。實(shí)施例4 導(dǎo)向器為管或圍欄型嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器
上述實(shí)施例1和2中的導(dǎo)向器6可以做成管形(見附圖1)或圍欄形(見附圖4 和附圖5)，以管壁或圍欄的欄柱9與所述基座5以及兩保護(hù)片3、4分別相壓，產(chǎn)生正壓力。 對于導(dǎo)向器6為圍欄的情形，欄柱的數(shù)目為2(見附圖4)或3(見附圖5)或4，所述欄柱9 或以圓柱面(見附圖4)或以刀刃(見附圖5)分別與所述基座5和兩保護(hù)片3、4產(chǎn)生正壓力。實(shí)施例5 由嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器制成的步進(jìn)掃描器本實(shí)施例包括包括壓電掃描管10和上述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，壓電掃描管10固定地立于所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的基座5上， 并與所述嵌套雙壓電管1、2推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的內(nèi)1和外壓電管2具有相同的壓電伸縮方向7，所述內(nèi)1和外壓電管2構(gòu)成的管套管結(jié)構(gòu)與壓電掃描管10或者分處基座5 的正反兩側(cè)或者處于基座5的同一側(cè)，對于后一種情況，所述壓電掃描管10套在外壓電管 2的外面，導(dǎo)向器6置于內(nèi)壓電管1的內(nèi)部，或者壓電掃描管10套在內(nèi)壓電管1的內(nèi)部，導(dǎo)向器6置于外壓電管2的外部。
權(quán)利要求
1.一種嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，包括兩個(gè)壓電管、兩個(gè)保護(hù)片、基座、導(dǎo)向器，其特征是所述兩壓電管中的一個(gè)固定地立于基座上構(gòu)成內(nèi)壓電管，而另一個(gè)套在所述內(nèi)壓電管之外也固定地立于該基座上構(gòu)成外壓電管，這兩個(gè)壓電管的壓電伸縮方向相同，都為軸向，兩個(gè)保護(hù)片分別設(shè)置在這兩個(gè)壓電管的自由端，導(dǎo)向器或者置于內(nèi)壓電管的內(nèi)部或者置于外壓電管的外部或者置于內(nèi)壓電管外壁與外壓電管內(nèi)壁間的間隙中，在垂直于所述壓電伸縮方向上設(shè)置將所述基座和兩保護(hù)片分別與導(dǎo)向器相壓的正壓力，在這三個(gè)正壓力對導(dǎo)向器產(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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，其特征是所述導(dǎo)向器通過導(dǎo)向器彈性和/或基座彈性和/或增設(shè)彈性體與基座彈性相壓，所述導(dǎo)向器通過導(dǎo)向器彈性和/或保護(hù)片彈性和/或增設(shè)彈性體與兩保護(hù)片彈性相壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，其特征是 兩個(gè)保護(hù)片和基座均為環(huán)形，導(dǎo)向器為管形或柱形，其兩端分別沿其軸線方向向另一端切入但不完全切分離，導(dǎo)向器設(shè)置于內(nèi)壓電管的內(nèi)部，其兩端外壁以彈力分別與環(huán)形基座的內(nèi)側(cè)以及兩環(huán)形保護(hù)片的內(nèi)側(cè)相壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，其特征是導(dǎo)向器為方管形或圓管形或方柱形或圓柱形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，其特征是 所述導(dǎo)向器為管形或圍欄形，導(dǎo)向器套在外壓電管的外面并與基座以及兩保護(hù)片相壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，其特征是所述圍欄的欄柱數(shù)目為2或3或4個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，其特征是所述欄柱或以圓柱面或以刀刃分別與所述基座和兩保護(hù)片產(chǎn)生正壓力。
8.—種權(quán)利要求1所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器制成的步進(jìn)掃描器， 其特征是包括壓電掃描管和所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器，壓電掃描管固定地立于所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的基座上，該壓電掃描管的軸線方向與所述嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器的內(nèi)和外壓電管的軸線方向相同。
全文摘要
本發(fā)明嵌套雙壓電管推動的三摩擦力壓電步進(jìn)器與步進(jìn)掃描器涉及壓電步進(jìn)器，包括兩個(gè)壓電管、兩個(gè)保護(hù)片、基座、導(dǎo)向器，兩壓電管中的一個(gè)固定地立于基座上構(gòu)成內(nèi)壓電管，而另一個(gè)套在所述內(nèi)壓電管之外也固定地立于該基座上構(gòu)成外壓電管，這兩個(gè)壓電管的壓電伸縮方向相同，都為軸向，兩個(gè)保護(hù)片分別設(shè)置在這兩個(gè)壓電管的自由端，導(dǎo)向器或者置于內(nèi)壓電管的內(nèi)部或者置于外壓電管的外部或者置于內(nèi)壓電管外壁與外壓電管內(nèi)壁間的間隙中，在垂直于所述壓電伸縮方向上設(shè)置將所述基座和兩保護(hù)片分別與導(dǎo)向器相壓的正壓力，本發(fā)明在不顯著增加尺寸和不使用堆棧的情況下能產(chǎn)生更大推力，并能在更低的溫度下完成高精度的步進(jìn)和掃描工作。
文檔編號H01L41/09GK102376696SQ20101025444
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者王 琦, 陸輕鈾 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)