包括超声波导螺杆电动机的机构制造技术

一种光学组件，包含活动地连接在用于驱动螺纹轴组件的装置上的光学器件。该装置包括带旋转轴线的螺纹轴以及与之相接合的螺母。该组件包含用于使所述螺母经受超声波振动、并因此导致所述轴同时旋转和在轴向方向上平移的机构。

【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包含微型超声波线性电动机组件的成像装置，所述电动机组件包括螺纹轴及与之相接合的螺母。
技术介绍
采用压电体电致伸缩、静电或电磁技术的换能器(transducer)对于在纳米标度下的精密定位是非常有用的。在压电体器件的情况下，陶瓷形成了在带电和放电时可改变形状的电容器，其形成作用力换能器或位置执行机构。当用作位置执行机构时，压电陶瓷的形状变化与外加电压大致成比例。压电执行机构被限制在为陶瓷长度的大约0.1％的范围内，其通常相当于几十个微米的典型行程长度。虽然压电执行机构的高刚性和纳米精度非常有用，但是，对于许多应用而言，需要更多的行程。已经开发出许多压电体电动机的设计来″矫正″小的陶瓷形状变化，并产生更长的行程。在美国专利3,902,084中描述了一种PZT步进电动机；该美国专利的公开内容通过引用而整体地结合于本文中。这种电动机使用夹具-延伸-夹具-收缩的操作顺序，以将许多短的PZT执行机构循环加在一起。这种步进式线性执行机构在从直流至几千赫兹的频率下工作，这产生了大的噪声和振动。当关闭电源时，位置不会被保持住。在200毫米的行程上，就获得好于一纳米的分辨率。在美国专利5,410,206中描述了一种PZT惯性滞滑电动机；该美国专利的公开内容通过引用而整体地结合于本文中。这种电动机利用拼合螺母使细牙螺纹轴旋转，这种拼合螺母形成了两面夹紧轴的″钳口″。PZT执行机构利用非对称的交流电驱动信号而迅速地使钳口在相反方向上移动。快速的钳口运动克服夹紧摩擦，并产生了滑动。较低的钳口运动并不使轴滑动和旋转。这种滞滑电动机产生了与上面步进电动机相似的噪声和振动，但移动慢了100倍，并且当关闭电源时，保持了位置。在25毫米的行程上获得了好于50纳米的分辨率。超声波电动机使用压电体所产生的振动，来产生在高速、高转矩、小尺寸和安静操作下的连续运动。在美国专利3,176,167中描述了其中一种最早的超声波压电电动机；该美国专利的公开内容通过引用而整体地结合于本文中。这种单向旋转电动机使用石英晶体振荡器来移动细杆，并驱动棘轮，以达到驱动时钟机构的目的。在美国专利5,453,653中描述了驻波超声电动机的一个示例；该美国专利的公开内容通过引用而整体地结合于本文中。这种电动机使用矩形PZT板来产生运动表面上预加载的接触点的超声振动。PZT板上的电极图形连接在交流信号上，并产生在所需幅值和相位下的接触顶端的二维振动，从而产生相对配合表面的合力。这种超声波电动机是安静的，并且比步进电动机快100倍，同时产生大约三分之一的力。通常超声波电动机难以停止和起动，这限制了精度。通常，需要带闭环控制的编码器来取得超微米级的分辨率。例如，在Katsuyuki Fujimura的美国专利6,147,435中描述了一种采用超声波振动驱动螺杆的装置；该美国专利的公开内容通过引用而整体地结合于本文中。这个美国专利所公开和要求的权利要求是″一种由超声振动驱动螺杆构成的机构，包括沿着其轴向方向设有形成螺旋形凹槽部分的螺杆；可旋转地保持住所述螺杆的相对末端的一对支架；部分地包围所述螺杆，并可在所述螺杆的轴向方向上滑动的支架；至少一个固定在所述支架的一侧，并从延伸所述支架至所述螺杆的第一螺杆旋转装置，所述至少一个第一螺杆旋转装置包括在第一特定角度上，与所述螺杆的所述凹槽部分相接触的第一振动器，在特定压力下将所述第一振动器朝所述螺杆的所述凹槽部分加压的第一弹簧，以及用于使所述第一振动器在受到电激活时发生振动，从而使所述螺杆第一旋转方向上旋转的第一压电执行机构；和至少一个固定在所述支架的另一侧，并从延伸所述支架至所述螺杆的第二螺杆旋转装置，所述至少一个第二螺杆旋转装置包括在与所述第一特定角度相反的第二特定角度上，与所述螺杆的所述凹槽部分相接触的第二振动器，在特定压力下将所述第二振动器朝所述螺杆的所述凹槽部分加压的第二弹簧，以及用于使所述第二振动器在受到电激活时发生振动，从而使所述螺杆第二旋转方向上旋转的第二压电执行机构″。美国专利6,147,435的装置同时需要″第一螺杆旋转装置″和″第二螺杆旋转装置″；图3中显示了这些，例如元件16a′和16d′(其包括这种第一螺杆旋转装置)，以及元件16b′和16c′(其包括这种第二螺杆旋转装置)。再次参看美国专利6,147,435，当元件16a′和16d′通过超声波振动激活时，就导致螺杆2在一个方向上旋转；而当元件16b′和16c′通过超声波振动激活时，就导致螺杆2在相反的方向上旋转。元件16a′/16d′、和16b′/16c′决不会被同时激活；这样做将会浪费能量并且导致螺杆2保持固定。然而，即使当这种元件16a′/16d′和16b′/16c′不被同时激活时，也存在能量浪费。不活动的元件仍然和螺杆2上的螺纹接触，因而导致摩擦阻力。这种摩擦阻力是与美国专利6,147,435的装置相关的问题。如该美国专利的权利要求2中所述，为了稍微解决这个问题，对于这种专利装置，″当所述第一和第二压电执行机构的其中一个被电激活时，为所述第一和第二压电执行机构的另一个提供非常小量电流″。美国专利6,147,435的装置的效率不是非常高。本专利技术的一个目的是提供一种通过超声波振动来驱动螺纹轴的机构，其具有比美国专利6,147,435所述的装置要高得多的效率，同时提供了比相似尺寸的其它超声波电动机所通常获得的精度、力和速度要更高的精度、力和速度。本专利技术的另一目的是提供一种成像装置，其包括用于驱动螺纹轴的前述机构。专利技术公开根据本专利技术，提供了一种光学组件，其包括一种连接在用于驱动螺纹轴组件的装置上的光学元件，其中，用于驱动螺纹轴组件的所述装置包括螺纹轴以及与之相接合的螺母。该组件包括用于使所述螺母受到超声波振动作用、并因此而导致所述轴同时旋转并在轴向方向上平移的机构。该组件还包括用于对所述轴施加轴向力的机构。附图简介以下将参考本说明书、所附权利要求和附图来描述本专利技术，其中相似的标号表示相似的元件，其中附图说明图1至6显示了包含四个矩形压电板的电动机，其中图1是这种电动机的透视图，图2是这种电动机的分解图，图3是这种电动机的端视图，图4显示了这种电动机的电连接，图5是沿着图3的线A-A(30)剖开的电动机的剖视图，图5A显示了在外部预加载和电动机关闭下螺纹接合的比例放大图(图5)，图5B显示了在电动机操作下的图5A中相同的比例放大图，而图6是沿着图3的线B-B(32)剖开的剖视图；图7至12显示了包含四个压电体叠组(stack)的电动机，其中图7是这种电动机的透视图，图8是这种电动机的分解图，图9是这种电动机的端视图，图10显示了这种电动机的电连接，图11是沿着图9的线A-A(48)剖开的剖视图；并且图12是沿着图9的线B-B(46)剖开的剖视图；图13至17显示了包含带四个外电极的压电管的电动机，其中图13是这种电动机的透视图，图14是这种电动机的分解图，图15是这种电动机的端视图，图16显示了这种电动机的电连接，图17是沿着图15的线A-A(56)剖开的剖视图；图18是用于图1电动机的螺母的轨道运动(orbital movement)的示意图，其显示了螺纹轴的旋转和平移；图19是产生图18中所示的运动所需要的电驱动信号的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学组件，包括活动地连接在用于驱动螺纹轴组件的装置上的光学器件，其中，所述装置包括带旋转轴线的螺纹轴以及与之相接合的螺母，其中，所述所述组件包括使所述螺母经受超声波振动、并因此而导致所述螺纹轴同时旋转和在轴向方向上平移的机构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-13 10/918,0411.一种光学组件，包括活动地连接在用于驱动螺纹轴组件的装置上的光学器件，其中，所述装置包括带旋转轴线的螺纹轴以及与之相接合的螺母，其中，所述所述组件包括使所述螺母经受超声波振动、并因此而导致所述螺纹轴同时旋转和在轴向方向上平移的机构。2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述光学器件连接在所述螺纹轴上。3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，所述光学器件包括透镜。4.根据权利要求3所述的光学组件，其特征在于，所述轴是带螺纹的空心轴，并且所述透镜安装在所述带螺纹的空心轴中。5.根据权利要求4所述的光学组件，其特征在于，所述透镜相对于其中心线是旋转对称的，所述中心线与所述带螺纹的空心轴的所述旋转轴线是重合的。6.根据权利要求5所述的光学组件，其特征在于，所述装置包括用于使所述螺母在轨道方向上移动的机构。7.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，所述螺母是大致刚性的物体。8.根据权利要求7所述的光学组件，其特征在于，所述光学组件还包括外壳，所述螺纹轴组件设置在所述外壳中。9.根据权利要求8所述的光学组件，其特征在于，所述组件包括压电管。10.根据权利要求9所述的光学组件，其特征在于，所述压电管具有每秒超过20,000次循环的第一弯曲共振频率，并且第一弯曲模式处于与所述旋转轴线平行的平面中。11.根据权利要求8所述的光学组件，其特征在于，所述组件包括四个压电体叠组以及弹性元件，其中，所述弹性元件连接在所述螺母上。12.根据权利要求11所述的光学组件，其特征在于，所述四个压电体叠组具有每秒超过20,000次循环的第一弯曲共振频率。13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述外壳具有与所述第一弯曲共振频率相等的第二弯曲共振频率，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：D亨德森，
申请(专利权)人：新测量科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]