專利名稱: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《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》第24卷第004期第102頁的題為“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，我們之前已提出過兩款近理想壓電馬達(dá)的專利申請(qǐng)
(I)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)?01010254442. O)。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的半管形狀，它們圍合起來固定站立于環(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的半管形狀，它們圍合起來固定站立于環(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。
所述第一、第二第三和第四壓電體或者站立成方陣，或者站立成隊(duì)列。
所述第一、第二第三和第四壓電體為壓電片疊堆。
本發(fā)明由所述雙壓電體并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器制成掃描探針顯微鏡鏡體所采用的技術(shù)方案是包括壓電掃描管和所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，該壓電掃描管的一端固定于所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的第三壓電體的自由端，該壓電掃描管的軸向與該全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的滑動(dòng)方向一致。
本發(fā)明由所述雙壓電體并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器制成的掃描探針顯微鏡鏡體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于包括壓電掃描管和所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，該壓電掃描管的一端固定于所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的第二基座上，該壓電掃描管的軸向與該全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的滑動(dòng)方向一致。
本發(fā)明全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的工作原理為
參見附圖1，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)；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。工作時(shí)，可先將初態(tài)設(shè)置為第一和第二壓電體皆為收縮狀態(tài)，第三和第四壓電體皆為伸長狀態(tài)。接著，這四個(gè)壓電體同時(shí)往相反的伸縮態(tài)形變第一和第二壓電體同步伸長，同時(shí)，第三和第四壓電體同步收縮。由于第一和第三壓電體自由端之間的最大靜摩擦力Π與第二和第四壓電體自由端之間的最大靜摩擦力f2是同向的，它們之和(fl+f2)大于與之對(duì)抗的第一和第二基座間的最大靜摩擦力f3，所以第一和第二基座之間就被拉著產(chǎn)生相對(duì)位移，S卩步進(jìn)了一步。接著，第一和第三壓電體同時(shí)往各自的初態(tài)形變而第二和第四壓電體狀態(tài)維持不變，這時(shí)，第一和第三壓電體自由端之間將產(chǎn)生相對(duì)位移，從而第一和第三壓電體都能回到它們各自的初態(tài)，因?yàn)樗鼈冏杂啥酥g的最大靜摩擦力Π小于(對(duì)抗不了)另兩個(gè)同向的最大靜摩擦力f2和f3之和。接著，第二和第四壓電體同時(shí)往各自的初態(tài)形變而第一和第三壓電體狀態(tài)維持不變，這時(shí)，第二和第四壓電體自由端之間將產(chǎn)生相對(duì)位移，從而第二和第四壓電體都能回到它們各自的初態(tài)，因?yàn)樗鼈冏杂啥酥g的最大靜摩擦力f2小于(對(duì)抗不了)另兩個(gè)同向的最大靜摩擦力Π和f3之和。既然第一、第二、第三和第四壓電體均能回到它們各自的初態(tài)，且第一和第二基座間已發(fā)生了相對(duì)位移，這個(gè)過程就能重復(fù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)。同理，步進(jìn)也可往反方向進(jìn)行。
在上述的步進(jìn)過程中，第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以看成是動(dòng)子(即滑桿)，其伸縮運(yùn)動(dòng)總是與第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的伸縮運(yùn)動(dòng)相向，這相對(duì)于沒有壓電伸縮功能的普通滑桿能產(chǎn)生更大的相對(duì)壓電位移，也即能產(chǎn)生更大的推力。此外，由于第一和第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)都是壓電材料制成且結(jié)構(gòu)相似，它們之間的溫漂可以很好地相互抵消，致使在溫度起伏較大，甚至在有目的地進(jìn)行變溫時(shí)，它們之間不會(huì)發(fā)生漲落性的(不可控的)相對(duì)移動(dòng)。這就實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
上述將第一和第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)自由端相壓的正壓力以及將第一和第二基座相壓的正壓力可通過彈性體、磁性體和/或帶電體實(shí)現(xiàn)。這些彈性體、磁性體和/或帶電體可以和上述相壓雙方中的一方固定，或者與雙方都不固定，或者干脆就是一方的一部分。
上述第一和第二壓電體可以為一個(gè)完整壓電體的不同部分，第一和第二壓電體也可以和第一基座三者為一個(gè)完整壓電體的不同部分，只要第一和第二壓電體的伸縮獨(dú)立可控即可。上述第三和第四壓電體可以為一個(gè)完整壓電體的不同部分，第三和第四壓電體也可以和第二基座三者為一個(gè)完整壓電體的不同部分，只要第三和第四壓電體的伸縮獨(dú)立可控即可。
上述第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的第一和第二壓電體可以為兩個(gè)半管形，它們圍合起來固定站立在環(huán)形的第一基座上構(gòu)成管形第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；而第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)也為這樣的管形結(jié)構(gòu)，并套于管形第一驅(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。這種相互嵌套的管形結(jié)構(gòu)是高度對(duì)稱的，能進(jìn)一步消除徑向的溫度漂移。
上述第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的第一和第二壓電體也可以分別為沿管形體中軸線對(duì)稱剖開的四個(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)，而第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)也為這樣的管形結(jié)構(gòu)，并套于管形第一驅(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。這種相互嵌套的管形結(jié)構(gòu)也是高度對(duì)稱的，也能消除徑向的溫度漂移。
上述第一、第二第三和第四壓電體也可站立成方陣或者隊(duì)列，第一、第二第三和第四壓電體可為壓電片疊堆(piezoelectric stack)以增加每個(gè)壓電片的推力。
上述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器可制成掃描探針顯微鏡鏡體增設(shè)壓電掃描管，其一端或者固定于所述步進(jìn)器的第三壓電體的自由端或者固定于所述步進(jìn)器的第二基座上，該壓電掃描管的軸向與該進(jìn)器的滑動(dòng)方向一致。
根據(jù)上述原理可以看出，與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
(I)在不增加尺寸和復(fù)雜性的條件下，由于動(dòng)子也具有推動(dòng)能力，所以總推力增加一倍。當(dāng)然，其它相關(guān)的一些性能也相應(yīng)改進(jìn)了 步長、步進(jìn)速度、啟動(dòng)電壓。
(2)在不增加尺寸和復(fù)雜性的條件下，由于動(dòng)子與驅(qū)動(dòng)它的壓電致動(dòng)器都是由壓電材料制成，它們間的熱脹冷縮相抵，所以溫漂大大減少，這對(duì)原子分辨率的應(yīng)用是極為重要的。當(dāng)然，其它相關(guān)的一些性能也相應(yīng)改進(jìn)了 定位精度、定位穩(wěn)定性。
由于上述優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明就更接近理想步進(jìn)器了。


圖I是本發(fā)明基本型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明四分之一管型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明方陣型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明豎疊堆型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明橫疊堆型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1第一壓電體、2第二壓電體、3第三壓電體、4第四壓電體、5第一基座、6第二基座、7彈性體、8滑動(dòng)方向。
以下通過具體實(shí)施方式
和結(jié)構(gòu)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :基本型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器
參見附圖1，基本型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器包括第一壓電體I和第二壓電體2、第一基座5,所述第一壓電體I和第二壓電體2按伸縮方向平行設(shè)置并排地固定站立于第一基座上5，構(gòu)成第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征是還包括第三壓電體3和第四壓電體4、第二基座6，所述第三壓電體3和第四壓電體4按伸縮方向平行設(shè)置并排地固定站立于第二基座上6,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
8,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5與第二基座6相壓的正壓力以及將第一壓電體I自由端與第三壓電體3自由端相壓的正壓力和將第二壓電體2自由端與第四壓電體4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。
工作時(shí)，可先將初態(tài)設(shè)置為第一和第二壓電體1，2皆為收縮狀態(tài)，第三和第四壓電體3，4皆為伸長狀態(tài)。接著，這四個(gè)壓電體同時(shí)往相反的伸縮態(tài)形變第一和第二壓電體1，2同步伸長，同時(shí)，第三和第四壓電體3，4同步收縮。由于第一和第三壓電體1，3自由端之間的最大靜摩擦力fl與第二和第四壓電體2，4自由端之間的最大靜摩擦力f2是同向的，它們之和(fl+f2)大于與之對(duì)抗的第一和第二基座5，6間的最大靜摩擦力f3，所以第一和第二基座5，6之間就被拉著產(chǎn)生相對(duì)位移，即步進(jìn)了一步。接著，第一和第三壓電體1，3同時(shí)往各自的初態(tài)形變而第二和第四壓電體2，4狀態(tài)維持不變，這時(shí)，第一和第三壓電體1,3自由端之間將產(chǎn)生相對(duì)位移，從而第一和第三壓電體1，3都能回到它們各自的初態(tài)，因?yàn)樗鼈冏杂啥酥g的最大靜摩擦力Π小于(對(duì)抗不了)另兩個(gè)同向的最大靜摩擦力f2和f 3之和。接著，第二和第四壓電體2，4同時(shí)往各自的初態(tài)形變而第一和第三壓電體I，3狀態(tài)維持不變，這時(shí)，第二和第四壓電體2，4自由端之間將產(chǎn)生相對(duì)位移，從而第二和第四壓電體2，4都能回到它們各自的初態(tài)，因?yàn)樗鼈冏杂啥酥g的最大靜摩擦力f2小于(對(duì)抗不了)另兩個(gè)同向的最大靜摩擦力Π和f3之和。既然第一、第二、第三和第四壓電體1，2，3，4均能回到它們各自的初態(tài)，且第一和第二基座5，6間已發(fā)生了相對(duì)位移，這個(gè)過程就能重復(fù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)。同理，步進(jìn)也可往反方向進(jìn)行。
在上述的步進(jìn)過程中，第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以看成是動(dòng)子(即滑桿)，其伸縮運(yùn)動(dòng)總是與第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的伸縮運(yùn)動(dòng)相向，這相對(duì)于沒有壓電伸縮功能的普通滑桿能產(chǎn)生更大的相對(duì)壓電位移，也即能產(chǎn)生更大的推力。此外，由于第一和第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)都是壓電材料制成且結(jié)構(gòu)相似，它們之間的溫漂可以很好地相互抵消，致使在溫度起伏較大，甚至在有目的地進(jìn)行變溫時(shí)，它們之間不會(huì)發(fā)生漲落性的(不可控的)相對(duì)移動(dòng)。這就實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
可以選擇讓第一基座5與第二基座6相壓的正壓力等于第一壓電體I自由端與第三壓電體3自由端相壓的正壓力等于第二壓電體2自由端與第四壓電體4自由端相壓的正壓力，從而在摩擦系數(shù)相等時(shí)，這三個(gè)正壓力產(chǎn)生的最大靜摩擦力相等，這是滿足任一個(gè)最大靜摩擦力小于其它兩個(gè)最大靜摩擦力之和的一個(gè)實(shí)例。
上述將第一和第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)自由端相壓的正壓力以及將第一和第二基座5，6相壓的正壓力可通過彈性體、磁性體和/或帶電體實(shí)現(xiàn)。這些彈性體、磁性體和/或帶電體可以和上述相壓雙方中的一方固定,或者與雙方都不固定，或者干脆就是一方的一部分。
上述第一和第二壓電體1，2可以為一個(gè)完整壓電體的不同部分，參見附圖2，第一和第二壓電體1，2也可以和第一基座5三者為一個(gè)完整壓電體的不同部分，參見附圖2，只要第一和第二壓電體1，2的伸縮獨(dú)立可控即可。上述第三和第四壓電體3，4可以為一個(gè)完整壓電體的不同部分，參見附圖2，第三和第四壓電體3，4也可以和第二基座6三者為一個(gè)完整壓電體的不同部分，參見附圖2，只要第三和第四壓電體3，4的伸縮獨(dú)立可控即可。實(shí)施例2 :彈力型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器
在上面實(shí)施例I中，所述第一基座5通過第一基座5彈性和/或第二基座6彈性和/或增設(shè)彈性體7與第二基座6彈性相壓，所述第一壓電體I自由端通過第一壓電體I自由端彈性和/或第三壓電體3自由端彈性和/或增設(shè)彈性體7與第三壓電體3自由端彈性相壓，所述第二壓電體2自由端通過第二壓電體2自由端彈性和/或第四壓電體4自由端彈性和/或增設(shè)彈性體7與第四壓電體4自由端彈性相壓。
實(shí)施例3 :半管型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器
上述實(shí)施例I和2中，第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的第一和第二壓電體可以為兩個(gè)半管形，它們圍合起來固定站立在環(huán)形的第一基座5上構(gòu)成管形第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；而第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)也為這樣的管形結(jié)構(gòu)，并套于管形第一驅(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。這種相互嵌套的管形結(jié)構(gòu)是高度對(duì)稱的，能進(jìn)一步消除徑向的溫度漂移。實(shí)施例4 :四分之一管型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器
上述實(shí)施例I和2中，第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的第一和第二壓電體1，2也可以分別為沿管形體中軸線對(duì)稱剖開的四個(gè)四分之一管形中相對(duì)的兩個(gè)四分之一管形對(duì)，參見附圖2，它們圍合起來固定站立于環(huán)形第一基座5上，構(gòu)成管形第一驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，而第二驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)也為這樣的管形結(jié)構(gòu)，并套于管形第一驅(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。這種相互嵌套的管形結(jié)構(gòu)也是高度對(duì)稱的，也能消除徑向的溫度漂移。
實(shí)施例4 :方陣或隊(duì)列型全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器
上述實(shí)施例中，第一、第二第三和第四壓電體1，2，3，4可站立成方陣(參見附圖3)或者隊(duì)列(參見附圖1)，第一、第二第三和第四壓電體1，2，3，4可為壓電片疊堆(piezoelectric stack),參見附圖4和附圖5,以增加每個(gè)壓電片的推力。
實(shí)施例5 :全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器制成的掃描探針顯微鏡鏡體
上述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器可制成掃描探針顯微鏡鏡體增設(shè)壓電掃描管，其一端或者固定于所述步進(jìn)器的第三壓電體3的自由端或者固定于所述步進(jìn)器的第二基座6上,該壓電掃描管的軸向與該進(jìn)器的滑動(dòng)方向8 —致。
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權(quán)利要求
1.一種全壓電并排推動(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。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，其特征是所述第一基座通過第一基座彈性和/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。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，其特征是所述第一和第二壓電體為一體成型,或者所述第一和第二壓電體與第一基座三者為一體成型,或者所述第三和第四壓電體為一體成型，或者所述第三和第四壓電體與第二基座三者為一體成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，其特征是所述第一和第二壓電體呈沿管形體中軸線剖開的半管形狀，它們圍合起來固定站立于環(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的半管形狀，它們圍合起來固定站立于環(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。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，其特征是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。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，其特征是第一、第二第三和第四壓電體或者站立成方陣，或者站立成隊(duì)列。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，其特征是第一、第二第三和第四壓電體為壓電片疊堆。
8.—種權(quán)利要求
I所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器制成的掃描探針顯微鏡鏡體，其特征是包括壓電掃描管和所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，該壓電掃描管的一端固定于所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的第三壓電體的自由端，該壓電掃描管的軸向與該全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的滑動(dòng)方向一致。
9.一種權(quán)利要求
I所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器制成的掃描探針顯微鏡鏡體，其特征是包括壓電掃描管和所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，該壓電掃描管的一端固定于所述全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的第二基座上，該壓電掃描管的軸向與該全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器的滑動(dòng)方向一致。
專利摘要
本發(fā)明全壓電并排推動(dòng)的三摩擦力步進(jìn)器，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)，特征是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，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。優(yōu)點(diǎn)是推力大大增強(qiáng)，溫漂大大減少。
文檔編號(hào)H01L25/03GKCN102347318 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 201110255691
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年9月1日
發(fā)明者周海彪, 陸輕鈾 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan