纳米位移直线步进电机制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米位移直线步进电机，包括电机外壳、电机动子、至少一对第一压电陶瓷驱动器和至少一对第二压电陶瓷驱动器。电机动子安装于电机外壳内，至少一对第一压电陶瓷驱动器关于电机动子对称布置并安装于电机外壳上，至少一对第二压电陶瓷驱动器关于电机动子对称布置并安装于电机外壳上。至少一对第一压电陶瓷驱动器的顶端与电机动子接触从而至少提供轴向作用力和轴向位移，至少一对第二压电陶瓷驱动器的顶端与电机动子接触从而至少提供径向作用力和径向位移。本发明专利技术的纳米位移直线步进电机具有结构简单、精度高的优点。

Nano displacement linear stepping motor

【技术实现步骤摘要】
纳米位移直线步进电机
本专利技术涉及集成电路装备制造领域，具体涉及一种纳米位移直线步进电机。
技术介绍
近年来，随着大规模集成电路器件集成度不断提高，工件台的精度需求不断提高，尤其是在光刻机和膜厚检测中的载台以及物镜的调控等模块的运动精度，运动行程随着工件台需求的提高而逐年提升。位移驱动技术也在不断的改进，使压电陶瓷微位移驱动器得到大量的应用。现阶段，在精密驱动中主要的方式有：机械丝杠、直线电机和压电陶瓷致动器，而在纳米级的位移驱动中主要是压电陶瓷驱动器。某专利采用多个厚度位移叠堆的组合，形成对动子的加压和驱动动作，结构复杂，造价昂贵，制作工艺复杂，不容易商业化。某专利利用四组厚度位移叠堆和轴向位移叠堆的组合驱动中心轴步进式运动，这种叠堆在制作中轴向压电叠堆在制作过程中工艺复杂，切需要有机胶体进行粘接，不能用共烧工艺实现，由于有机胶体的存在，使压电驱动器在抗时间老化和在较恶劣温度和光照环境下，很容易出现失效。目前压电陶瓷直线电机主要应用如PI公司和PM公司，其轴向位移的提供主要利用压电陶瓷的轴向极化的压电陶瓷片提供，所以其制作必须要先制作出轴向位移陶瓷片，再将陶瓷片进行有机胶层粘接，所以制作工艺复杂，且由于有机胶层的存在，导致其抗光照和耐温度老化特性受限，而轴向压电陶瓷片在压电陶瓷特性退化后不可回复的特性也导致了这种压电陶瓷电机使用的受限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米位移直线步进电机，以解决上述现有技术中存在的问题。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述纳米位移直线步进电机包括电机外壳、电机动子、至少一对第一压电陶瓷驱动器和至少一对第二压电陶瓷驱动器，所述电机动子安装于所述电机外壳内，所述至少一对第一压电陶瓷驱动器关于所述电机动子对称布置并安装于所述电机外壳上，所述至少一对第二压电陶瓷驱动器关于所述电机动子对称布置并安装于所述电机外壳上，所述至少一对第一压电陶瓷驱动器的顶端与所述电机动子接触从而至少提供轴向作用力和轴向位移，所述至少一对第二压电陶瓷驱动器的顶端与所述电机动子接触从而至少提供径向作用力和径向位移。在一个实施例中，所述第一压电陶瓷驱动器包括弯曲位移叠堆和摆臂，所述弯曲位移叠堆由多个压电陶瓷片堆叠形成或多层共烧工艺直接制作而成，其中，所述弯曲位移叠堆的压电陶瓷片的表面覆盖间隔开的电极层从而形成第一组电极层和第二组电极层。在一个实施例中，运行时先向所述第一组电极层加电，使所述弯曲位移叠堆形成一定角度的弯曲，然后再向第二组电极层加电，使所述弯曲位移叠堆恢复竖直状态，再将所述第一组电极层或所述第二组电极层的电压降低至零，使所述弯曲位移叠堆再次形成一定角度的弯曲，从而使动子往复摆动或向同一方向移动，其中所述摆臂用于放大所述弯曲位移叠堆的位移量。在一个实施例中，所述第一压电陶瓷位移驱动器还包括厚度位移叠堆，所述厚度位移叠堆由多个压电陶瓷片堆叠形成或多层共烧工艺直接制作而成，所述厚度位移叠堆的压电陶瓷片的表面覆盖全电极层，从而所述第一压电陶瓷驱动器还能够提供径向作用力和径向位移。在一个实施例中，所述第二压电陶瓷位移驱动器包括厚度位移叠堆和摆臂，所述厚度位移叠堆由多个压电陶瓷片堆叠形成或多层共烧工艺直接制作而成，所述厚度位移叠堆的压电陶瓷片的表面覆盖全电极层，使得所述第二压电陶瓷驱动器能够提供径向作用力和径向位移。在一个实施例中，所述第二压电陶瓷位移驱动器还包括弯曲位移叠堆，所述弯曲位移叠堆安装于所述厚度位移叠堆与所述摆臂之间，使得所述第二压电陶瓷位移驱动器还能够提供轴向作用力和轴向位移。在一个实施例中，所述纳米位移直线步进电机包括两对第一压电陶瓷驱动器和两对第二压电陶瓷驱动器，所述两对第一压电陶瓷驱动器和所述两对第二压电陶瓷驱动器排成一列。在一个实施例中，所述纳米位移直线步进电机包括两对第一压电陶瓷驱动器和两对第二压电陶瓷驱动器，所述两对第一压电陶瓷驱动器排成一列，以及所述两对第二压电陶瓷驱动器排成另一列。在一个实施例中，所述摆臂的一端与所述动子接触，以及所述摆臂的另一端与所述弯曲位移叠堆或厚度位移叠堆接触，所述厚度位移叠堆用于使所述动子未进行动作时所述摆臂与所述动子的分离，而在所述动子在进行动作时，使所述摆臂与所述动子接触并施加压力。在一个实施例中，所述厚度位移叠堆的一端连接所述弯曲位移叠堆，以及所述厚度位移叠堆的另一端连接所述摆臂。在一个实施例中，所述弯曲位移叠堆的一端连接所述厚度位移叠堆，以及所述弯曲位移叠堆的另一端连接所述摆臂。在一个实施例中，所述摆臂的一端连接厚度位移叠堆，以及所述摆臂的另一端连接所述弯曲位移叠堆。在一个实施例中，所述压电陶瓷位移驱动器包括多个所述弯曲位移叠堆和/或多个所述厚度位移叠堆。在一个实施例中，所述厚度位移叠堆和所述弯曲位移叠堆是共烧叠堆，和/或所述厚度位移叠堆和所述弯曲位移叠堆是有机胶粘剂粘接叠堆，和/或所述厚度位移叠堆和所述弯曲位移叠堆是玻璃浆料烧结工艺形成的叠堆。在一个实施例中，所述厚度位移叠堆、弯曲位移叠堆和摆臂之间的连接是共烧连接、和/或有机胶黏剂粘接连接、和/或玻璃浆料烧结工艺连接。在一个实施例中，所述摆臂的截面形状为矩形、三角形、半球形、倒T形和/或所述摆臂的底面为方形而顶部为圆弧形、半球形和/或倒T形；在一个实施例中，所述厚度位移叠堆的电极层是完全电极的或所述电极层的边缘距离陶瓷边缘间距位于0-1mm之间；在一个实施例中，所述弯曲位移叠堆的电极层是由分割开的两部分或多个部分的分割电极组成，其中两部分内电极的距离间隙位于0.1mm-2mm之间；在一个实施例中，所述压电陶瓷位移驱动器的截面边长范围位于1mm-50mm之间；在一个实施例中，所述厚度位移叠堆的高度位于0.1mm-100mm之间；在一个实施例中，所述弯曲叠堆的高度可以位于0.1mm-100mm之间；在一个实施例中，所述摆臂的高度位于0.1mm-100mm之间。根据本专利技术的另一方面，提供了一种纳米位移直线步进电机，所述纳米位移直线步进电机包括电机外壳、电机动子、至少一对第一压电陶瓷驱动器、导轨和滑块，所述电机动子的一侧通过所述导轨和滑块安装在所述电机外壳的顶部，所述至少一对第一压电陶瓷驱动器并排安装在所述电机外壳的底部，且所述第一压电陶瓷驱动器的顶部与所述电机动子接触并至少提供轴向作用力和轴向位移。在一个实施例中，所述第一压电陶瓷驱动器包括弯曲位移叠堆和摆臂，所述弯曲位移叠堆由多个压电陶瓷片堆叠形成或多层共烧工艺直接制作而成，其中，所述弯曲位移叠堆的压电陶瓷片的表面覆盖间隔开的电极层从而形成第一组电极层和第二组电极层。在一个实施例中，运行时先向所述第一组电极层加电，使所述弯曲位移叠堆形成一定角度的弯曲，然后再向第二组电极层加电，使所述弯曲位移叠堆恢复竖直状态，再将所述第一组电极层或所述第二组电极层的电压降低至零，使所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述纳米位移直线步进电机包括电机外壳、电机动子、至少一对第一压电陶瓷驱动器和至少一对第二压电陶瓷驱动器，/n所述电机动子安装于所述电机外壳内，/n所述至少一对第一压电陶瓷驱动器关于所述电机动子对称布置并安装于所述电机外壳上，/n所述至少一对第二压电陶瓷驱动器关于所述电机动子对称布置并安装于所述电机外壳上，以及/n所述至少一对第一压电陶瓷驱动器的顶端与所述电机动子接触从而至少提供轴向作用力和轴向位移以驱动所述电机动子移动，所述至少一对第二压电陶瓷驱动器的顶端与所述电机动子接触从而至少提供径向作用力和径向位移。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述纳米位移直线步进电机包括电机外壳、电机动子、至少一对第一压电陶瓷驱动器和至少一对第二压电陶瓷驱动器，
所述电机动子安装于所述电机外壳内，
所述至少一对第一压电陶瓷驱动器关于所述电机动子对称布置并安装于所述电机外壳上，
所述至少一对第二压电陶瓷驱动器关于所述电机动子对称布置并安装于所述电机外壳上，以及
所述至少一对第一压电陶瓷驱动器的顶端与所述电机动子接触从而至少提供轴向作用力和轴向位移以驱动所述电机动子移动，所述至少一对第二压电陶瓷驱动器的顶端与所述电机动子接触从而至少提供径向作用力和径向位移。


2.根据权利要求1所述的纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述第一压电陶瓷驱动器包括弯曲位移叠堆和摆臂，所述弯曲位移叠堆由多个压电陶瓷片堆叠形成或多层共烧工艺直接制作而成，其中，所述弯曲位移叠堆的压电陶瓷片的表面覆盖间隔开的电极层从而形成第一组电极层和第二组电极层。
在一个实施例中，先向所述第一组电极层加电，使所述弯曲位移叠堆形成一定角度的弯曲，然后再向第二组电极层加电，使所述弯曲位移叠堆恢复竖直状态，再将所述第一组电极层或所述第二组电极层的电压降低至零，使所述弯曲位移叠堆再次形成一定角度的弯曲，从而使动子往复摆动或向同一方向移动，其中所述摆臂用于放大所述弯曲位移叠堆的位移量。


3.根据权利要求2所述的纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述第一压电陶瓷位移驱动器还包括厚度位移叠堆，所述厚度位移叠堆由多个压电陶瓷片堆叠形成或多层共烧工艺直接制作而成，所述厚度位移叠堆的压电陶瓷片的表面覆盖全电极层，从而所述第一压电陶瓷驱动器还能够提供径向作用力和径向位移。


4.根据权利要求1所述的纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述第二压电陶瓷位移驱动器包括厚度位移叠堆和摆臂，所述厚度位移叠堆由多个压电陶瓷片堆叠形成或多层共烧工艺直接制作而成，所述厚度位移叠堆的压电陶瓷片的表面覆盖全电极层，使得所述第二压电陶瓷驱动器能够提供径向作用力和径向位移。


5.根据权利要求4所述的纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述第二压电陶瓷位移驱动器还包括弯曲位移叠堆，所述弯曲位移叠堆安装于所述厚度位移叠堆与所述摆臂之间，使得所述第二压电陶瓷位移驱动器还能够提供轴向作用力和轴向位移。


6.根据权利要求1所述的纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述纳米位移直线步进电机包括两对第一压电陶瓷驱动器和两对第二压电陶瓷驱动器，所述两对第一压电陶瓷驱动器和所述两对第二压电陶瓷驱动器排成一列。


7.根据权利要求1所述的纳米位移直线步进电机，其特征在于，所述纳米位移直线步进电机包括两对第一压电陶瓷驱动器和两对第二压电陶瓷驱动器，所述两对第一压电陶瓷驱动器排成一列，以及所述两对第二压电陶瓷驱动器排成另一列。
在一个实施例中，所述摆臂的一端与所述动子接触，以及所述摆臂的另一端与所述弯曲位移叠堆或厚度位移叠堆接触，所述厚度位移叠堆用于使所述动子未进行动作时所述摆臂与所述动子的分离，而在所述动子在进行动作时，使所述摆臂与所述动子接触并施加压力。
在一个实施例中，所述厚度位移叠堆的一端连接所述弯曲位移叠堆，以及所述厚度位移叠堆的另一端连接所述摆臂。
在一个实施例中，所述弯曲位移叠堆的一端连接所述厚度位移叠堆，以及所述弯曲位移叠堆的另一端连接所述摆臂。
在一个实施例中，所述摆臂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓峰，王振华，康华洲，郝凌凌，陈庆生，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44