专利名称：利用具有三个桥式部分的致动件定位的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用致动件定位装置中的部件的方法，其中该致动件设有两个在主平面内延伸的部分，且这两部分通过三个桥式部分(bridges)连接，这三个桥式部分每个都可以由于桥式部分被局部加热并随后冷却而沿平行于主平面延伸的缩短方向缩短，在该方法中该致动件的该两部分通过所述三个桥式部分的至少一个的缩短而绕基本上垂直于主平面的转动轴线相对转动。
本发明还涉及一种适用于这种方法的致动件，该致动件设有两个在主平面内延伸的部分，且这两部分通过三个桥式部分连接，这三个桥式部分都可以通过桥式部分的局部加热和随后冷却而沿平行于主平面延伸的缩短方向缩短，而该两部分通过所述三个桥式部分的至少一个的缩短而绕基本上垂直于主平面的转动轴线相对转动。
从专利文件EP-B-0638895中可知在开始段落中提及的所述类型的方法和致动件。该已知致动件的两部分为板状且在主平面内延伸。这三个桥式部分为条形且在主平面内延伸。在主平面上观察，这三个桥式部分以一种木构架布置的方式互相定位，这三者之中的第一和第二桥式部分基本上互相平行地延伸，且第三桥式部分在其他两个桥式部分之间倾斜地延伸。根据已知的方法，该致动件的这两部分因为第一桥式部分缩短而相对转动。这是通过激光束局部加热第一桥式部分然后随之冷却而实现的。因为第一桥式部分缩短，所以该致动件的两部分绕转动轴线相对地转动非常有限的角度，其中该转动轴线基本上垂直于主平面且基本上通过第二和第三桥式部分的交叉点延伸。所述角度通过使这一过程重复多次而增加。该致动件的两部分由于第二桥式部分缩短而绕基本上通过第一和第三桥式部分的交叉点的转动轴线沿相反方向相对地转动。因为在主平面上观察，该致动件具有较高的刚性，且作为使桥式部分缩短的结果，该致动件的两部分有非常有限的相互转动，所以利用该致动件可以实现高精度的定位。因为该致动件的两部分可沿两个相互相反的方向相对转动，所以可以在任一方向上校正调节不当的角度转动。已知的方法可以例如用于部件位置的精确调节，比如在用于磁带信息载体的扫描装置中的磁扫描单元或图像记录装置中的部件，比如CCD图像传感器。
已知方法和已知致动件的缺点是在已知的致动件的两部分之间可实现的最大转动角非常有限，所以仅利用已知的方法只能使部件在非常有限的距离上定位。这是因为在使桥式部分缩短过程中在该桥式部分内产生张应力，该应力随着桥式部分的进一步缩短而成比例增加。在加热该桥式部分的过程中桥式部分材料的屈服点局部急剧减小。如果在桥式部分内积累的张应力大于该减小的屈服点，那么该桥式部分的重新加热将由于被加热材料的塑性变形，即通过延长该桥式部分，而降低积累的张应力。因此阻碍了张应力的进一步积累和桥式部分的进一步缩短，或者甚至使之成为不可能。
本发明的目的是提供一种在开始段落中所述类型的方法和致动件，从而可以以相当的精度在两个相互相反的方向上实现再定位，但在致动件的两部分之间的最大转动角度可以相当大。
为实现上述目的，根据本发明的方法的特征在于三个桥式部分的缩短方向基本上相互平行，且该致动件的两部分通过这三个桥式部分中的两相邻桥式部分的交替缩短而相对转动。
为实现上述目的，根据本发明的致动件的特征在于三个桥式部分的缩短方向基本上相互平行，且该致动件的两部分通过这三个桥式部分中的两相邻桥式部分的交替缩短而相互相对转动。
因为在主平面内观察，这三个桥式部分的两相邻桥式部分缩短，所以第三桥式部分变形，使得该致动件的两部分绕基本上垂直于主平面且位于第三桥式部分的中心部附近的转动轴线相互相对转动。本发明的该致动件的三个桥式部分的缩短方向基本上相互平行，结果是在这两个桥式部分缩短的过程中在两相邻桥式部分内积累张应力。因为该两相邻桥式部分交替地缩短，即依次加热，所以每次仅这两个桥式部分中的一个的屈服点降低。因为未加热的桥式部分临时吸收了被加热的桥式部分内存在的张应力，所以较大程度地防止了塑性变形，即在该桥式部分内积累的张应力的影响下被加热的桥式部分的伸长，其中该未加热的桥式部分具有较高的屈服点，结果是仅有弹性变形。一旦实现了桥式部分的缩短，那么桥式部分的缩短在桥式部分之一的重新加热过程中基本保持，使得相关的桥式部分在重新冷却的过程中进一步缩短，且该致动件的两部分可以彼此相对转动较大的角度。而且，本发明的目的通过简单的结构和有限的致动件尺寸而实现。
根据本发明方法的特定实施例的特征在于该致动件的两部分通过这三个桥式部分中的第一和相邻的第二桥式部分的交替缩短而沿第一方向彼此相对转动，且该致动件的两部分通过第二和相邻的第三桥式部分的交替缩短而沿与第一方向相反的第二方向彼此相对转动。在该特定实施例中，所述第二桥式部分位于第一和第三桥式部分之间。在主平面内观察，当第一和第二桥式部分交替缩短时，第三桥式部分变形，使得该致动件的两部分绕第一转动轴线彼此相对转动，该第一转动轴线基本上垂直于主平面，且位于第二桥式部分和第三桥式部分之间。所述第一方向由第一和第二桥式部分相对于第三桥式部分的位置确定。在主平面内观察，当第二和第三桥式部分交替缩短时，第一桥式部分变形，使得该致动件的两部分绕第二转动轴线彼此相对转动，该第二转动轴线基本上垂直于主平面，且位于第一桥式部分和第二桥式部分之间。所述第二方向由第二和第三桥式部分相对于第一桥式部分的位置确定，且与所述第一方向相反。这样该致动件的两部分沿两相反方向的相对转动可以以一种简单的方式通过该致动件的简单且紧凑的结构实现。
根据本发明致动件的特定实施例的特征在于垂直于缩短方向观察，桥式部分的宽度基本上小于使用或设计用来使桥式部分缩短的激光束的光点直径的两倍。在该特定实施例中，桥式部分的大部分宽度被激光束加热，从而在一次加热步骤中实现该桥式部分的较大缩短。这使致动件有更高的功效。
根据本发明的致动件的另一实施例特征在于桥式部分的宽度最大等于光点直径。在该实施例中，沿宽度方向观察，桥式部分被激光束基本均匀地加热，从而使致动件的功效进一步增强。
根据本发明的致动件的另一实施例特征在于桥式部分之间的距离和桥式部分的宽度具有相同的数量级。作为桥式部分之一缩短的结果，该致动件的两部分彼此相对转动的转动角度随着桥式部分之间的距离的增大而成比例减小，所以在每一次将桥式部分之一缩短时利用本发明致动件的该实施例实现致动件的两部分的较大相对转动。
根据本发明的特定实施例特征在于桥式部分之间的距离基本上大于桥式部分的宽度。在该特定实施例中，在将每一次桥式部分之一的缩短时实现了致动件两部分的较小、但相对来说非常精确的相对转动。
根据本发明的致动件的另一实施例特征在于该致动件设有连接部件，该部件固定在致动件的两部分之一上，平行于缩短方向观察固定在远离桥式部分一定距离处，而在基本上垂直于缩短方向的移动方向上观察，紧固在固定位置处，当沿该致动件的转动方向观察，该连接部件与相应部分脱开。该致动件的两部分的相互转动通过所述连接部件转换成该连接部件在所述移动方向上的平动。因为该致动件的两部分沿两相反方向相互转动，所以该连接部件也沿与所述偏移方向相反的方向移动。平行于缩短方向观察，在所述平动和所述转动之间得到的传动比由连接部件和桥式部分之间的所述距离确定。
根据本发明的致动件的另一实施例特征在于该连接部件包含基本上平行于移动方向且基本上垂直于主平面延伸的片弹簧。沿平行于桥式部分的缩短方向观察，所述片弹簧具有较低的刚性。由于这种低刚性，在连接部件和该致动件的两部分之间沿转动方向的必要脱开以一种结构上简单且有效的方式实现。
根据本发明的致动件的特定实施例特征在于该致动件的两部分、三个桥式部分和片弹簧由单件片材制成，该片弹簧从主平面弯曲到基本上垂直于主平面的位置。这样该致动件可以以一种简单的方式制成单个整体部件。
现在下面将参照如附图所示的实施例详细解释本发明，其中
图1示意性示出了适用于本发明方法的本发明致动件的第一实施例；图2示意性示出了根据图1的致动件的两部分是如何沿第一方向互相相对转动的；图3示意性示出了根据图1的致动件的两部分是如何沿与第一方向相反的第二方向互相相对转动的；图4示意性示出了适用于本发明方法的本发明致动件的第二实施例；和图5示意性示出了利用本发明的方法进行定位的装置的一部分和其中的部件。
图1示意性示出了适用于本发明方法的本发明致动件1的第一实施例。致动件1包括在致动件1的主平面内延伸的板状第一部分3和板状第二部分5。这两部分3和5通过第一桥式部分7、第二桥式部分9和第三桥式部分11互连，这些桥式部分也在所述主平面内延伸且为条形。在所示的实施例中，因为在金属主板17上设有两个圆形开口13和15，所以形成了这两部分3和5以及三桥式部分7、9、11。致动件1的第一部分3可以通过紧固件固定到一装置的基部19，其中在下面将给出一些装置示例，紧固件在图中未示出且实质上可以是普通、公知的一种。该装置的部件(未示出)可以固定到该致动件1的第二部分5上，在下面也将给出一些装置示例，该部件通过本发明的致动件1和方法相对于该装置的基部19定位在精确的位置上。
三桥式部分7、9、11可以通过如专利文件EP-B-0638895中详细描述的技术而平行于各缩短方向Y1、Y2、Y3缩短，这些方向缩短方向基本上平行于致动件1的主平面和桥式部分7、9、11的纵向方向。在该技术中，由于桥式部分7、9、11被例如在桥式部分7、9、11的中心处，利用激光束沿桥式部分7、9、11的纵向方向加热，使桥式部分7、9、11缩短。因为桥式部分7、9、11被局部加热，所以桥式部分7、9、11的材料局部膨胀，使得在材料中产生局部的压应力。该加热过程还局部地急剧减小了材料的屈服点，即材料的塑性变形的应变极限。产生压缩和减小屈服点的结果是材料基本上沿垂直于桥式部分7、9、11的纵向方向的方向局部塑性变形。随后，桥式部分7、9、11再次局部冷却。结果产生塑性变形的材料局部收缩，使该桥式部分沿纵向方向缩短，即沿平行于缩短方向Y1、Y2、Y3缩短。由一个加热步骤造成的桥式部分7、9、11的缩短相对较小，但可以通过给桥式部分7、9、11施加多次连续的加热步骤而显著增加。关于该技术的其他细节可在专利文件EP-B-0638895中得知。
根据本发明，三桥式部分7、9、11的缩短方向Y1、Y2、Y3基本上互相平行。在根据本发明的方法中，由于该三桥式部分7、9、11的两相邻桥式部分7、9或9、11通过上述技术交替地缩短，致动件1的两部分3和5彼此相对转动。主要在主平面上观察，如果第一桥式部分7和第二桥式部分9缩短，如图2所示，那么第三桥式部分11变形，所以致动件1的第二部分2相对于第一部分3在主平面内绕第一转动轴线21转动，该第一转动轴线21基本上垂直于主平面且位于第二桥式部分9和第三桥式部分11之间。绕第一转动轴线21的转动沿第一转动方向R1发生，该第一转动方向R1由第一桥式部分7和第二桥式部分9相对于第三桥式部分11的位置确定。在主平面上观察，如果第二桥式部分9和第三桥式部分11缩短，如图3所示，那么第一桥式部分7变形，所以致动件1的第二部分3相对于第一部分3在主平面内绕第二转动轴线23转动，该第二转动轴线23基本上也垂直于主平面且位于第一桥式部分7和第二桥式部分9之间。绕第二转动轴线23的转动沿第二转动方向R2发生，该第二转动方向R2由第二桥式部分9和第三桥式部分11相对于第一桥式部分7的位置确定，且与第一转动方向R1相反。因此致动件1的两部分3和5可以沿互相相反的转动方向R1和R2互相相对转动。因为作用到桥式部分7、9、11上的每一加热步骤仅导致相关的桥式部分7、9、11产生较小的缩短，且相应地导致两部分3和5有较小的相互转动，所以通过该方法可以实现这两部分3和5的非常精确、步进的相互转动。在主平面内观察，因为致动件1非常刚硬，所以该两部分3和5的相互转动精度增加，。
两相邻桥式部分7、9或9、11的缩短导致在两桥式部分7、9或9、11中产生张应力，该应力随着两桥式部分7、9或9、11的进一步缩短而增加。因为在根据本发明的方法中该两相邻的桥式部分7、9或9、11交替地缩短，所以张应力可以在两桥式部分7、9或9、11中积累，大于在加热步骤中桥式部分7、9、11的材料的降低了的屈服点。图2示出了在第二桥式部分9和第三桥式部分11中分别存在张应力T2和张应力T3，这些应力大于所述屈服点。如果第二桥式部分9被局部加热，那么第二桥式部分9的材料的屈服点将局部降低，所以在张应力T2的影响下第二桥式部分9局部塑性变形，即被拉长。然而由张应力T2所产生的所述塑性变形非常小，因为在第二桥式部分9产生非常小的伸长时第三桥式部分11中的张应力T3由于第三桥式部分11的弹性变形而急剧上升。因此第三桥式部分11吸收了第二桥式部分9中的大部分张应力T2，所以阻止了第二桥式部分9的进一步伸长，而通过加热的材料的膨胀产生垂直于第二桥式部分9的纵向方向的第二桥式部分9的局部塑性变形。当第二桥式部分9随后冷却时，塑性变形材料将收缩，因此第二桥式部分9沿纵向方向缩短。这致使第二桥式部分9内的张应力再次上升，使第三桥式部分11再次减轻部分应力。因为张应力可以在两桥式部分9、11中以远大于所述降低的屈服点这样的方式积累，所以两桥式部分9、11可以较大程度地缩短，使两部分3和5相对转动经过较大的角度。
如图1所示，致动件1还设有连接部件25，沿平行于缩短方向Y1、Y2、Y3的方向看，该部件位于离三桥式部分7、9、11距离H处。连接部件25包含基本上平行于X方向延伸的片弹簧27，其中X方向垂直于缩短方向Y1、Y2、Y3。而且，片弹簧27基本上垂直于致动件1的主平面。片弹簧27与上述的主板17一起由单件片材制成，由此制成两部分3和5以及三桥式部分7、9、11，片弹簧27从主平面沿平行于X方向延伸的弯曲线29弯曲到基本上垂直于主平面的位置。这样平行于X方向观察，片弹簧27在固定位置固定到致动件1的第二部分5上。因为沿平行于缩短方向Y1、Y2、Y3的方向，片弹簧27的端部31具有相对于第二部分5较低的刚性，所以沿致动件1的转动方向R1、R2观察，连接部件25与第二部分5脱开。平行于X方向观察，片弹簧27在固定的位置固定到第二部分5上且在转动方向R1、R2上与第二部分5脱开的事实意味着第二部分5相对于第一部分3的转动经连接部件25转换成片弹簧27的端部31平行X方向的移动。因为致动件1的两部分3和5可沿两相反方向R1、R2相对转动，所以片弹簧27的端部31可以同样沿与X方向相反的X’方向移动。端部31的平动和两部分3和5的相对转动之间的传动比由片弹簧27和三桥式部分7、9、11之间的所述距离H确定，且随着距离H的增加而增加。
图1示出了表征该致动件1的另外两个尺寸，即垂直于缩短方向Y1、Y2、Y3观察到的桥式部分7、9、11的宽度W，和桥式部分7、9、11之间的距离D。所述宽度W最好基本上小于用于使桥式部分7、9、11缩短的激光束的光点直径的两倍。从而实现在宽度方向上观察桥式部分7、9、11的大部分被激光束加热，在一次加热步骤中实现桥式部分7、9、11的较大缩短。结果致动件1具有非常高的功效。当桥式部分7、9、11的宽度W等于或小于所述光点直径时，致动件1的功效进一步增强，这意味着沿宽度方向观察桥式部分7、9、11被激光束均匀地加热。在致动件1中桥式部分7、9、11之间的所述距离D的数量级等于桥式部分7、9、11的宽度W的数量级。所述距离D和宽度W之间的比值确定了两部分3和5的相互转动角度和两相邻桥式部分7、9或9、11的缩短之间的比值。设定相邻桥式部分7、9或9、11缩短的预定值，那么该两部分3和5的相互转动角度随距离D和温度W的比值减小而成比例地增大。
图4示意性示出了适用于本发明方法的本发明致动件1’的第二实施例。对应于上述致动件1的部件的致动件1’的部件在图4中给出相同的附图标记。在致动件1’中，在桥式部分7、9、11之间的距离D’基本上大于桥式部分7、9、11的宽度W。所述距离D’通过在主板17上形成两个细长的槽33和35而实现，该槽垂直于缩短方向Y1、Y2、Y3延伸。因此在两部分3和5的相对转动角度和两相邻桥式部分7、9或9、11的缩短之间得到一个较小的比值，所以在桥式部分的缩短后致动件的两部分3和5的相互转动仅达到较小、但较高精确度。
图5示意性示出了装置尤其是光盘的回放装置的一部分。该图示出了辅助板37、操纵器39和印刷电路板41，在该电路板上固定有光电二极管43作为该装置的一部分。辅助板37在三个位置45、45’和45”处固定到例如该回放装置的可移动滑座或主框架上的三个固定点47、47’和47”上，为清楚起见在图5中没有示出该回放装置的可移动滑座或主框架。印刷电路板41经下侧49粘贴在操纵器39的载板51，该载板平行于X方向且平行于Y方向延伸。如图5所示，操纵器39包含根据本发明的两致动件1a和1b，它们设有共同的第一部分3。致动件1a、1b的两片弹簧27a、27b固定到载板51上，且基本上平行于X方向并垂直于载板51延伸。而且，操纵器39包含一第三片弹簧53，该片弹簧基本上平行于Y方向延伸且包含水平部分53’和垂直部分53”，所述垂直部分53”固定于载板51上。操纵器39由单件片材制成，致动件1a、1b的片弹簧27a、27b和第三片弹簧53的垂直部分53”沿相应的弯曲线29’和55从所述单件片材的主平面弯曲。载板51在下侧57设有三个支撑元件59，载板51通过这些元件支撑在辅助板37的上侧61上。载板51通过在辅助板37的上侧61和致动件1a、1b的共同的第一部分3之间的两个焊接接头63、辅助板37的上侧61和第三片弹簧53的水平部分53’之间的另外两个焊接接头65固定到辅助板37上。为避免辅助板37的下垂，辅助板37座放在所述滑座或所述主框架的三个支撑元件67上，这些支撑元件设在操纵器39的支撑元件59的垂直下方。光电二极管43可以通过致动件1a、1b利用本发明的方法相对于所述滑座或所述主框架沿平行于X方向且平行于Y方向的方向定位，在此过程中，载板51在辅助板37的上侧61通过三个支撑元件59滑动。当致动件1a的片弹簧27a平行于X方向移动时，载板51绕转动轴线69转动，该转动轴线基本上与片弹簧27b和53”的假想交叉线一致，使光电二极管43沿位于操纵器39的主平面内的方向A移动，如图5所示。当致动件1b的片弹簧27b平行于X方向移动时，载板51绕转动轴线71转动，该转动轴线基本上与片弹簧27a和53”的假想交叉线一致，使光电二极管43沿也位于操纵器39的主平面内的方向B移动，如图5所示。这样光电二极管41通过沿所述方向A和B移动的适当结合能够定位在平行于X方向和Y方向的所需位置。
根据本发明的方法和致动件也可以用于定位光盘回放装置中的其他部件，比如透镜，以及也用于定位不同种类的装置中的部件。这种应用的示例是定位图像记录装置中的图像传感器，或定位用于磁性信息载体的扫描装置中的磁性扫描单元。本发明的致动件的桥式部分也可以不同于本发明的利用激光束的方法加热，例如利用局部电流。本发明还覆盖了没有将两部分的相互转动转换成平动的装置的致动件，或者具有将所述转动转换成沿不同于上述的垂直于桥式部分的缩短方向的X方向的方向的平动的装置的致动件的各实施例。而且，将所述转动转换成平动的装置可以以不同的方式构成，例如利用刚性杆代替所述片弹簧，该杆枢动地固定到致动件的第二部分上。
权利要求
1.一种利用致动件定位装置中的部件的方法，该致动件设有在主平面内延伸且通过三个桥式部分互连的两部分，这三个桥式部分每个都可以通过桥式部分被局部加热并随后冷却而沿平行于主平面延伸的缩短方向缩短，在该方法中，该致动件的两部分通过所述三个桥式部分的至少一个的缩短而绕基本上垂直于主平面延伸的转动轴线彼此相对转动，其特征在于，这三个桥式部分的缩短方向基本上相互平行，且该致动件的两部分通过这三个桥式部分中的两相邻桥式部分的交替缩短而彼此相对转动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该致动件的两部分通过这三个桥式部分中的第一和相邻的第二桥式部分的交替缩短而沿第一方向彼此相对转动，且通过第二和相邻的第三桥式部分的交替缩短而沿与第一方向相反的第二方向彼此相对转动。
3.一种适用于如权利要求1或2所述方法的致动件，该致动件设有在主平面内延伸且通过三个桥式部分互连的两部分，这三个桥式部分每个都可以通过桥式部分被局部加热并随后冷却而沿平行于主平面延伸的缩短方向缩短，而所述两部分通过所述三个桥式部分的至少一个的缩短而绕基本上垂直于主平面延伸的转动轴线彼此相对转动，其特征在于，这三个桥式部分的缩短方向基本上相互平行，且所述两部分通过这三个桥式部分中的两相邻桥式部分的交替缩短而可彼此相对转动。
4.如权利要求3所述的致动件，其特征在于，这些桥式部分具有垂直于缩短方向看的宽度，该宽度基本上小于使用或设计用于使桥式部分缩短的激光束的光点直径的两倍。
5.如权利要求4所述的致动件，其特征在于，桥式部分的宽度最大等于光点直径。
6.如权利要求3所述的致动件，其特征在于，桥式部分之间的距离和桥式部分的宽度具有相同的数量级。
7.如权利要求3所述的致动件，其特征在于，桥式部分之间的距离基本上大于桥式部分的宽度。
8.如权利要求3所述的致动件，其特征在于，该致动件设有连接部件，该连接部件固定在致动件的两部分之一上，平行于缩短方向观察固定在远离桥式部分一定距离处，而在基本上垂直于缩短方向的移动方向上观察，固定在固定位置处，当沿该致动件的转动方向观察，该连接部件与相应部分脱开。
9.如权利要求8所述的致动件，其特征在于，该连接部件包括基本上平行于移动方向且基本上垂直于主平面延伸的片弹簧。
10.如权利要求9所述的致动件，其特征在于，该致动件的两部分、三个桥式部分和片弹簧由单件片材制成，该片弹簧从主平面弯曲到基本上垂直于主平面的位置。
全文摘要
在一平面内通过在所述平面内转动而调节两部分的角位置的三个热机致动件。该三个致动件的两个相邻的致动件被加热(例如由激光照射)然后随之冷却,以便减小被加热的致动件的长度,从而保持第三致动件的长度不变。本发明可以实现且严格控制在两方向上的转动。
文档编号G11B7/22GK1347552SQ00806288
公开日2002年5月1日 申请日期2000年12月4日 优先权日1999年12月17日
发明者N·E·T·詹森, E·C·M·维赫文, J·H·波斯特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司