专利名称：纳米步进定位驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种纳米步进定位驱动器，属于对微位移驱动器结构的改进，适用于在较大负荷条件下产生纳米量级步进平动位移。
在微驱动技术中广泛地采用电致伸缩材料(例如压电陶瓷PZT)，其工作原理是基于电致伸缩材料的逆压电效应---即电致伸缩材料的伸缩变形量与施加于其上的电压成正比(在性能曲线的线性区内)的现象。已有相关技术包括有1．由电致伸缩材料薄片采用叠片式结构制成的微位移驱动器。它具有响应频率高、理论上精度可达无限微小的优点，适用于快速动态调节的应用场合；但它无法断电自锁。----引证中华人民共和国专利“微位移驱动器公告号CN2048242U”。2．由美国New Focus公司生产的微位移驱动器，采用机械结构，具有行程大、可断电自锁的优点，但它的驱动负载能力小，仅为10N；轴向定位精度仅达到20纳米。----引证美国专利“Piezoelectric Actuator For Optical Alignment Screws,5410206,April 25,1995″。
本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足，而提供一种纳米步进定位驱动器。其驱动负载能力大，步进驱动定位精度小于10纳米量级，且仍可断电自锁。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到采用两级步进驱动结构，压电驱动器驱动夹紧于精密丝杠上的一对摩擦滑块作互为反向的往复平动，精密丝杠通过滚珠与滑柱连接并置于固定螺母内，滑柱与全封闭式油腔位移输入端的金属平膜片接触，全封闭式油腔位移输出端的金属平膜片与输出轴接触。
本实用新型的目的还通过以下措施来达到全封闭式油腔腔体的两端面分别与金属平膜片之间为阶梯锐齿刚性密封结构；油腔的位移输入端腔口面积小于位移输出端腔口面积；在油腔的输出端，位于盖板中的输出轴上装有碟形压力弹簧。
图1是本实用新型结构图；
图2是本实用新型第一级机械结构示意图；图3是本实用新型第二级液压结构油腔两端采用的阶梯锐齿密封结构图；图4是本实用新型在负载为200N时的位移一时间特性曲线。
本实用新型下面将结合附图作进一步说明如图1和图2所示，压电驱动器(1)作动力源驱动夹紧于精密丝杠(3)的一对摩擦滑块(2)作互为反向的往复平动，精密丝杠(3)通过滚珠(5)与滑柱(6)连接并置于固定螺母(4)内，摩擦滑块(2)往复平动的两个方向上的加速度不等，从而使摩擦滑块(2)与精密丝杠(3)之间在两个方向上产生的相对滑移量不等，因此，在摩擦滑块(2)每次往复平动后精密丝杠(3)将产生微量转动。这一微量转动经过滚珠(5)、滑柱(6)的转换形成微量平动位移，作用于第二级液压结构。
全封闭式油腔腔体(13)的两端面与两端的金属平膜片(7)、(9)之间为阶梯锐齿刚性密封结构(如图3所示)，油腔(8)内为高强度液压油。油腔(8)的位移输入端腔口面积小于位移输出端的腔口面积，与金属平膜片(9)连接的输出轴(11)上装有碟形压力弹簧(10)。
驱动器可输出200N驱动负载能力、平均步距为1.5纳米的步进驱动(如图4所示)。
本实用新型相比已有技术具有如下优点1、采用机械和液压两级步进驱动结构，大大提高了步进驱动定位精度，平均步距达1.5纳米。
2、采用了全封闭式油腔(8)位移输入端腔口面积小于位移输出端的腔口面积的结构，从而使输出轴(11)上的输出力相对于输入力按腔口面积比增大，提高了驱动负载能力，驱动负载能力达200N。
3、在液压结构中，全封闭式油腔腔体(13)的两端面与金属平膜片(7)、(9)之间采用阶梯锐齿刚性密封结构。由于阶梯锐齿齿端产生的密封压强大，密封好，使油腔(8)具有很好的密封可靠性；从而与丝杠自锁结合，保证了可断电自锁。
4、输出轴(11)上的弹簧(10)可使驱动器输出正、反向微平动位移。
权利要求1.包括电致伸缩材料作为动力源、由机械结构产生驱动负载能力、可断电自锁的纳米步进定位驱动器，其特征在于采用两级步进驱动结构，压电驱动器(1)驱动夹紧于精密丝杠(3)上的一对摩擦滑块(2)作互为反向的往复平动，精密丝杠(3)通过滚珠(5)与滑柱(6)连接并置于固定螺母(4)内，滑柱(6)与全封闭式油腔(8)位移输入端的金属平膜片(7)连接，全封闭式油腔(8)位移输出端的金属平膜片(9)与输出轴(11)连接。
2.如权利要求1所述的纳米步进定位驱动器，其特征在于全封闭式油腔(8)的腔体(13)的两端面与金属平膜片(7)、(9)之间为阶梯锐齿刚性密封结构。
3.如权利要求1或2所述的纳米步进定位驱动器，其特征在于全封闭式油腔(8)的位移输入端腔口面积小于位移输出端腔口面积。
4.如权利要求1或2或3所述的纳米步进定位驱动器，其特征在于全封闭式油腔(8)的输出端、位于盖板(12)中的输出轴上有弹簧(10)。
专利摘要纳米步进定位驱动器,属于纳米驱动定位技术领域。其特征是采用两级步进驱动结构,压电驱动器(1)驱动夹紧于精密丝杠(3)上的一对摩擦滑块(2)作互为反向的往复平动,精密丝杠(3)通过滚珠(5)与滑柱(6)连接并置于固定螺母(4)内,滑柱(6)与全封闭式油腔(8)位移输入端的金属平膜片(7)连接,油腔(8)位移输出端的金属平膜片(9)与输出轴(11)连接。它具有驱动负载能力大、驱动定位精度高、可断电自锁的优点。
文档编号G12B1/00GK2457741SQ00245049
公开日2001年10月31日 申请日期2000年11月30日 优先权日2000年11月30日
发明者王皓, 凌宁 申请人:中国科学院光电技术研究所