带有至少一个弹性铰链的单块结构制造技术

一种见于现有技术的弹性铰链将单块结构（１８）分离成旋转结构件（２１）和固定结构件（２０），其中弹性铰链容许所述旋转结构件相对于所述固定结构件（２０）旋转。弹性铰链通过将至少一个第一狭槽状元件形成于所述单块结构中而形成，其中该第一狭槽状元件或每个第一狭槽状元件（２２）限定了弹性铰链进而限定了弹性铰链的至少一根旋转轴线。见于现有技术的此类弹性铰链的主要缺点在于横向刚度比轴向刚度低，特别是绕着旋转轴线的倾斜刚度低时。为了提供具有增大横向刚度的弹性铰链，通过将至少一个第二狭槽状元件（２３）形成于所述单块结构（１８）中，至少一个杆状或板状元件（２７）就形成于所述单块结构（１８）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种弹性铰链以及包括至少一个弹性铰链的设备。另外，本专利技术涉及一种用于制造弹性铰链的方法。铰链用来使得运动或旋转结构件能够相对于固定结构件发生位移或旋转。现有技术中的已知有各种各样的铰链如滚柱轴承或滑动接头。游隙、摩擦和滞后效应限制了滚柱轴承和滑动接头的定位性能。在高精度机构和固定中，通常使用弹性铰链。弹性铰链提供了准确的、可再现的以及成本有效的替代方案来代替滚柱轴承和滑动接头。根据现有技术，弹性铰链通过形成间隙或狭槽并可能结合孔而形成于单块结构中，从而将单块结构分离成除了弹性铰链以外的固定结构件和旋转结构件。间隙或狭槽可以通过钻孔过程或通过金属线EDM(放电加工)形成。专利US 6,538,747 B1公开了一种相移适配器，其包括固定端支承部分和可动端支承部分，因此固定端支承部分和可动端支承部分通过整体地形成的挠曲铰链连接起来，挠曲铰链串联放置以便形成弹性机构。两个支承部分由通过金属线EDM过程形成于相移适配器的单块结构中的狭槽来分离。见于现有技术的弹性铰链的缺点在于横向刚度比轴向刚度低，而该方向为铰接部分的方向。特别是当需要极低的倾斜刚度时，根据现有技术这通过低的坝高度与孔直径比来实现，横向刚度就极低。因此，弹性铰链主要可以用于加载方向或力的方向与弹性铰链的轴向一致的应用场合中。因此，对于弹性铰链加载方向或力的方向与弹性铰链的轴向不一致的应用场合，根据现有技术的弹性铰链将会失效。为了解决该问题，根据现有技术已知的做法是为此类应用场合增加垂直于第一弹性铰链的第二弹性铰链以便形成所谓的交叉弹簧弹性铰链。然而，增加第二弹性铰链需要另加的装配过程并且导致设计复杂昂贵。形成此类交叉弹簧弹性铰链就会失去弹性铰链的主要优点如简单性、紧凑性和可再现性。本专利技术的一个目的是提供一种具有改进横向刚度的新型弹性铰链。本专利技术提供了形成于单块结构中的弹性铰链，其中弹性铰链将单块结构分离成旋转结构件和固定结构件，并且其中弹性铰链容许所述旋转结构件相对于所述固定结构件旋转，所述弹性铰链通过将至少一个第一狭槽状元件形成于所述单块结构中而形成，其中该第一狭槽状元件或每个第一狭槽状元件限定了弹性铰链进而限定了弹性铰链的至少一根旋转轴线，并且其中通过将至少一个第二狭槽状元件形成于所述单块结构中，至少一个杆状或板状元件就形成于所述单块结构中。根据本专利技术的一个优选实施例，该第一狭槽状元件或每个第一狭槽状元件包括限定了一个平面的至少两个段，因此该第二狭槽状元件或每个第二狭槽状元件近似平行于相应第一狭槽状元件的一个段，进而限定了杆状或板状元件。弹性铰链的旋转轴线近似垂直于由该第一狭槽状元件或每个第一狭槽状元件的段限定的所述平面。优选地，该第一和第二狭槽状元件或每个第一和第二狭槽状元件通过金属线放电加工(EDM)过程而形成于所述单块结构中。可以使用其它制造过程，例如微EDM过程、电化学加工(ECM)过程、激光束加工(LBM)过程、铜蒸气激光器(CVL)加工过程或所谓的LIGA过程。该第二狭槽状元件或每个第二狭槽状元件最优选通过与将该第一狭槽状元件或每个第一狭槽状元件形成于所述单块结构中使用的过程相同的金属线放电加工过程而形成于所述单块结构中。另外，本专利技术提供了包括至少一个弹性铰链的设备。此外，本专利技术提供了用于制造弹性铰链的方法。附图说明图1示出了根据现有技术的形成于单块结构中的弹性铰链，其用于将单块器件分离成固定的结构件和旋转的结构件；图2示出了根据本专利技术第一实施例的形成于单块结构中的弹性铰链，其提供了用于使得旋转结构件相对于固定结构件绕着一根轴线旋转的二维弹性铰链；图3示出了根据本专利技术第二实施例的形成于单块结构中的弹性铰链，其提供了用于使得旋转结构件相对于固定结构件绕着一根轴线旋转的二维弹性铰链；图4示出了根据本专利技术第三实施例的形成于单块结构中的弹性铰链，其提供了用于使得旋转结构件相对于所述固定结构件绕着两根轴线旋转的三维弹性铰链；图5示出了根据本专利技术另一个实施例的形成于单块结构中的弹性铰链，其提供了用于使得旋转结构件相对于所述固定结构件绕着两根轴线旋转的三维弹性铰链；以及图6示出了根据本专利技术另一个实施例的形成于单块结构中的弹性铰链，其提供了用于使得旋转结构件相对于所述固定结构件绕着两根轴线旋转的三维弹性铰链。图1在两个不同的视图中示出了呈板状元件10形式的单块结构。在图1的左侧示出了板状元件10的前视图，在右侧示出了板状元件10的侧视图。在图1的左侧示出的坐标系与板状元件10的前视图有关，而在图1的右侧示出的坐标系与侧视图有关。如图1中所示，板状元件10的特征在于厚度t。在根据图1的板状元件10中，弹性铰链11由两个狭槽状元件12形成。根据现有技术，狭槽状元件12将单块板状元件10分成固定结构件13和旋转结构件14。除了在板状元件10中间形成的弹性铰链11以外，这两个狭槽状元件12沿水平X轴方向在板状元件的整个厚度t上除去板状元件10的材料。弹性铰链11由在这两个狭槽状元件12之间剩下的材料限定，因此这两个狭槽状元件12之间沿水平方向的距离的特征在于图1中的参考符号h。根据图1的弹性铰链11的两个狭槽状元件12根据现有技术形成并且包括两个段。两个狭槽状元件12的第一段15起始于板状元件10的相邻外侧壁16处并且指向形成了弹性铰链11的板状元件10的中间或中心部分。狭槽状元件12的该第一段15沿着水平X轴的方向。每个狭槽状元件12的第一段15在板状元件10的中央或中间部分过渡成为狭槽状元件12的第二段17。从图1可以看到，第一段15主要将板状元件10分离至下部固定结构件13和上部旋转结构件15，因此第二段17主要限定弹性铰链11。在图1中，第二段17被设计成圆弧的形式，因此该圆弧所指或所沿的方向大体上是垂直于水平X轴的竖直Z轴方向。由狭槽状元件12的每个第二段17限定的圆弧的直径的特征在于图1中的参考符号D。狭槽状元件12的两个段15和17限定了平面X-Z。由两个狭槽状元件12形成的弹性铰链11包括旋转轴线，该旋转轴线近似垂直于由狭槽状元件12限定的平面X-Z。在图1中，弹性铰链11的旋转轴线沿着水平Y轴的方向，因此该水平Y轴垂直于X轴和Z轴。形成于单块板状元件10中的上述弹性铰链11容许上部结构件14相对于下部结构件13绕着Y轴旋转。参考图1所述的根据现有技术的弹性铰链11的主要缺点在于沿X轴方向的横向刚度比沿Z轴方向的轴向刚度低。因此，根据现有技术的弹性铰链11主要可用于力的方向与Z轴一致的应用场合中。然而，当力的方向并不与该方向一致并且出现沿X轴方向的力时，由于根据现有技术的弹性铰链11具有低横向刚度，其将会失效。本专利技术提供了一种具有改进横向刚度的形成于单块结构中的新型弹性铰链11。图2至6示出了根据本专利技术的弹性铰链的不同实施例。图2示出了本专利技术的第一实施例，其中弹性铰链18形成于单块结构中，由此单块结构被设计为板状元件19。像图1一样，图2以两个不同的视图示出了板状元件19，前视图示于图2的左侧部分而侧视图示于图2的右侧部分中。图2的左侧部分中所示的坐标系与板状元件19的前视图有关，而图2的右侧部分中所示的坐标系与板状元件19的侧视图相对应。弹性铰链18将板状元件19分离成下部固定结构件20和上部旋转结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成于单块结构（１８）中的弹性铰链，其中弹性铰链将单块结构（１８）分离成旋转结构件（２１）和固定结构件（２０），并且其中弹性铰链容许所述旋转结构件（２１）相对于所述固定结构件（２０）旋转，所述弹性铰链通过将至少一个第一狭槽状元件（２２）形成于所述单块结构（１８）中而形成，其中该第一狭槽状元件或每个第一狭槽状元件（２２）限定了弹性铰链进而限定了弹性铰链的至少一根旋转轴线（Ｙ），其特征在于，通过将至少一个第二狭槽状元件（２３）形成于所述单块结构（１８）中，至少一个杆状或板状元件（２７）就形成于所述单块结构（１８）中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JPMB弗穆伦，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]