[实用新型]二维微动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及微机械技术领域，尤其涉及一种二维微动装置。

背景技术

在科学研究以及超精密机械操作中，往往需要实现纳米级精密可控的移动，并且保证微动台体积与质量足够小以节省设备的安装空间。滑轨齿轮等方式均不能满足要求。1880年，居里兄弟首先发现了压电效应，1881年，又实验验证了逆压电效应，在压电陶瓷被发现之后，压电材料的应用得到了极大地发展。压电陶瓷的正压电性是指在机械外力作用下，压电陶瓷的两端在压力下出现放电现象，拉力下出现充电现象的效应。而其逆压电效应则相反，当在压电陶瓷上加入外电场时，压电陶瓷产生形变，若电场方向与自发极化方向相同，则极化强度的增大使压电陶瓷沿极化方向伸长，反之，则会缩短。人们很快发现可以使用这种压电陶瓷的逆压电效应代替传统的滑轨齿轮等实现纳米级的精密移动。并且，使用压电陶瓷进行驱动的方法不但移动的精密性可以保证，可使用的工作环境也大大地拓展，包括高真空，超高真空，极低温，强磁场等等。压电驱动微动台可以实现纳米级的精确移动，且可以在极低温，超高真空，强磁场等极端环境下正常工作，在科研，精密仪器等领域有着十分广泛的应用。

使用压电陶瓷驱动的微动台的关键主要有以下几个方面：由一维运动至多维运动的改进；准直性的保证；压电陶瓷与所驱动零件之间的压紧连接；装置体积与可移动距离的最大优化配比。压电陶瓷材料由于逆压电效应产生的形变只沿自发极化的一个方向，因此，使用压电陶瓷驱动二维移动需要结构上对压电陶瓷进行有效的组合。准直性要求上，微动台对移动精度的要求是纳米级的，不仅体现在每一步的移动距离上，同样体现在移动方向上，保证装置沿预定方向以纳米级的误差移动也是必须的。压电陶瓷与驱动零件之间的连接问题在于压电陶瓷工作时，陶瓷与被驱动零件之间必须有一弹性的压力或者吸力，既保证被驱动零件可以随着压电陶瓷移动，也保证连接的非刚性使压电陶瓷有发生形变的空间。在装置体积的要求上，设计方案应追求移动距离与装置体积的最优化，在不改变装置移动距离的前提下减小体积以提高装置性能。

传统中的压电驱动二维微动装置的设计方案，是将两块压电陶瓷按照加入外电场后形变方向相互垂直的方式粘贴在一起做成一组，这一组压电陶瓷即可同时实现x方向与y方向的形变，利用成组的压电陶瓷驱动零件进行二维平面上的移动。在这种设计中，利用一层零件直接进行二维的移动，而不需要借助两层分别移动的方式，简化了设计并容易做到较小的体积。但这种方法的缺点也十分明显，由于每组压电陶瓷均粘在相互平行的水平面内，整个装置没有任何的限位装置保证每个方向移动的准直性。这种压电驱动二维微动装置使用过程中，零件移动方向偏离约定轨道且不可控也不可预知，从而造成了准直性差，使得该装置只能够在较短移动距离下使用，长距离使用是不可取的。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种既具有较小的体积，又具有较高的准直性的二维微动装置。

一种二维微动装置，包括：

压力施加装置，所述压力施加装置具有弹性部；

第一移动台，所述第一移动台具有沿着第一方向延伸的两个第一压电陶瓷接触面，所述两个第一压电陶瓷接触面形成一个第一夹角，所述第一移动台与所述弹性部接触；

第二移动台，所述第二移动台具有沿着第二方向延伸的两个第二压电陶瓷接触面以及第一支撑部用于承载所述第一移动台，所述两个第二压电陶瓷接触面形成一个第二夹角，所述第一支撑部与所述两个第一压电陶瓷接触面之间设置有驱动方向为所述第一方向的第一压电陶瓷组，所述第二方向与所述第一方向垂直；

支撑底座，所述支撑底座与所述压力施加装置间隔设置，所述压力施加装置与所述支撑底座将所述第一移动台与所述第二移动台压合，所述支撑底座具有第二支撑部用于支撑所述第二移动台，所述第二支撑部与所述两个第二压电陶瓷接触面之间设置有驱动方向为所述第二方向第二压电陶瓷组。

在其中一个实施例中，所述第一移动台进一步包括与所述弹性部接触的压力承载面，所述压力承载面的延伸面与所述第一压电陶瓷接触面的延伸面相交。

在其中一个实施例中，所述第一支撑部沿着所述第一方向延伸，并且具有分别与所述两个第一压电陶瓷接触面间隔平行的两个第一支撑面，所述第一压电陶瓷组设置于所述两个第一压电陶瓷接触面与所述两个第一支撑面之间。

在其中一个实施例中，所述第一压电陶瓷组包括驱动方向为所述第一方向的多个第一压电陶瓷片，所述多个第一压电陶瓷片间隔设置于所述两个第一压电陶瓷接触面与所述两个第一支撑面之间。