專利名稱：用于懸掛可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)械元件的扭力彈簧元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種扭力彈簧元件，其用于懸掛諸如可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線樞 轉(zhuǎn)的反射元件之類的可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)械元件。就此而論，這種樞轉(zhuǎn)能以 擺動(dòng)的方式在兩個(gè)具有預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)角的換向點(diǎn)之間進(jìn)行。該樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可通 過靜電驅(qū)動(dòng)，或者以本身已知的方式利用不同的物理原理來驅(qū)動(dòng)。
背景技術(shù)：
為了保證驅(qū)動(dòng)所需要的能量盡可能地低，這樣的系統(tǒng)經(jīng)常在保持共 振條件被驅(qū)動(dòng)。在這一點(diǎn)上，就必須注意到該系統(tǒng)的固有共振。這取決 于多個(gè)參數(shù)。除自重之外，還必須考慮彈簧元件的彈簧特性和相應(yīng)的偏 轉(zhuǎn)。在驅(qū)動(dòng)功率恒定的情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器采用共振頻率時(shí)，能夠得到比 驅(qū)動(dòng)頻率與共振頻率不同的情況大得多的偏轉(zhuǎn)。在該方面的出現(xiàn)的其他 的問題將在下文中予以指出。
使用具有線性彈簧特性的彈簧元件來懸掛這種可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)械
元件。這也是系統(tǒng)中的示例，這些系統(tǒng)利用了由H.Schenk在"用于光 的一維和二維偏轉(zhuǎn)的創(chuàng)新微型驅(qū)動(dòng)器"中描述的也稱之為"面外電極刷 (electrode comb )"的驅(qū)動(dòng)原理，該文獻(xiàn)是杜伊斯堡的德國杜依斯堡綜 合大學(xué)的2000年的學(xué)位論文。
出現(xiàn)滯后效應(yīng)，并且還必須注意到，在正常情況下，僅利用超出共 振頻率(固有頻率)的驅(qū)動(dòng)頻率用于保持共振條件。這種操作不能由較 小的驅(qū)動(dòng)頻率所得到。如果沒有達(dá)到共振頻率，這種狀態(tài)就會(huì)消失，并 僅能在顯著高于共振頻率的驅(qū)動(dòng)頻率(通常為共振頻率的四倍)下才能 再次啟動(dòng)。在相應(yīng)于雙倍的共振頻率的驅(qū)動(dòng)頻率下，可以進(jìn)行具有共振 條件永久操作。
出于此目的需要嚴(yán)格的規(guī)則，其中，還必須要考慮相位。
4但是，不能頻繁使用微型機(jī)械元件最大的可能偏轉(zhuǎn)，這是由于在處 于共振頻率附近的運(yùn)轉(zhuǎn)中存在風(fēng)險(xiǎn)，即在驅(qū)動(dòng)頻率的較低波動(dòng)時(shí)振蕩偏 轉(zhuǎn)就已經(jīng)被破壞了。還必須注意到，最大偏轉(zhuǎn)(振幅)的穩(wěn)定性在極大 程度上取決于位于共振頻率附近的相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)頻率。由此，驅(qū)動(dòng)頻率在 該范圍中的較小變化導(dǎo)致了變化相當(dāng)大的偏轉(zhuǎn)。
在應(yīng)該在共振條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的這種系統(tǒng)中，努力避免對(duì)共振頻率的影 響，其在運(yùn)轉(zhuǎn)中導(dǎo)致共振頻率變化。這適用于相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)的影響和所使 用的彈簧元件的彈簧特性，該彈簧元件應(yīng)至少在工作范圍中具有線性的 彈簧特性。利用不同彈簧特性，共振頻率的變化同樣取決于相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)， 這導(dǎo)致在增大偏轉(zhuǎn)時(shí)在遞減的彈簧特性的情況下，朝較小的共振頻率方 向移動(dòng)，并在遞增的彈簧特性情況下，朝較大的共振頻率方向移動(dòng)。
還應(yīng)考慮稱為"吸附"的效應(yīng)，該效應(yīng)不利地具有這樣的結(jié)果，即 不能利用最大的可能偏轉(zhuǎn)來可靠地避免對(duì)這樣一種系統(tǒng)造成機(jī)械損傷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種用于懸掛可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)喊元件的 扭力彈簧元件，它相對(duì)于已知的彈性元件，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中獲得改進(jìn)的特性。
根據(jù)本發(fā)明該目的是通過權(quán)利要求1所述的扭力彈簧元件得以實(shí) 現(xiàn)。通過利用在從屬權(quán)利要求中指出的特征，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利實(shí)施 例和進(jìn)一步的發(fā)展。
根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件制成為，使得它們沿其縱向軸線方向具 有變化的幾何形狀，從而具有非線性的彈簧特性。
在這方面，縱向軸線定向在夾具或支架和可偏轉(zhuǎn)的微型元件之間， 該可偏轉(zhuǎn)的微型元件由至少 一個(gè)扭力彈簧元件保持。
在這方面，根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件可具有沿縱向軸線方向定向 的直線區(qū)域，以及該直線區(qū)域結(jié)合到其中的叉/分支。因而，這種扭力
彈簧元件可至少大致形成"Y"型。
在這種扭力彈簧元件上的一個(gè)或多個(gè)叉/分支制成具有肢的V型或 U型。這些肢在它們的外端面上連接至可偏轉(zhuǎn)的元件或連接至支架/夾 具。在叉/分支上可以構(gòu)成至少兩個(gè)肢。當(dāng)然，還可存在多于兩個(gè)的肢。 這些肢又通過例如制成橫向腹板形式的部分來連接。
叉/分支的肢可以是直線形的。它們還可彼此平行或平行于縱向軸線 定向。
叉/分支的肢也可以是彎曲的。
在扭力彈簧元件上形成的叉/分支應(yīng)該相對(duì)于縱向軸線對(duì)稱。
根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件的可能的實(shí)施例在至少在一個(gè)端面處 形成三角形，其連接于直線形的區(qū)域。
在扭力彈簧元件的端面上形成的叉/分支可具有不同于彼此的形狀， 并需要時(shí)可直接彼此連接，以致在該扭力彈簧元件上，不必存在沿縱向 軸線方向定向的直線形區(qū)域。
但是，扭力彈簧元件的叉/分支還可沿縱向軸線方向具有不同的長度 和/或肢數(shù)。這可通過不同于彼此的叉/分支的肢長來實(shí)現(xiàn)。
連接至叉/分支或以這種方式伸展的區(qū)域構(gòu)成為，使得它沿縱向具有 變化的抗扭截面系數(shù)。這可以通過諸如變化的橫截面之類的簡單方式來 實(shí)現(xiàn)。在這方面，可改變橫截面面積。
優(yōu)選地，該抗扭截面系數(shù)的變化可以選擇為沿縱向軸線方向是連續(xù)的。
在這方面，該抗扭截面系數(shù)可沿縱向軸線方向增大至達(dá)到最大，而 后，可在下文中再次減小。
在根據(jù)本發(fā)明所述的扭力彈簧元件中，還可在兩個(gè)直線形的區(qū)域之 間構(gòu)成具有肢的分支，其中這些肢在該分支上存在相互不同的定向。這 種分支的肢可相對(duì)于縱向軸線垂直、平行和/或以非直角傾斜的角度定 向。
通過相應(yīng)的適合的設(shè)計(jì)和尺寸，能夠制成具有適于應(yīng)用的彈簧特性 的扭力彈簧元件。在這方面，可預(yù)設(shè)彈簧特性，其中，確定的彈簧力根 據(jù)相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)得到。由此，可呈現(xiàn)出根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件的彈簧 特性，其中出現(xiàn)遞減特征，而后出在較大偏轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)遞增特征。由此， 在開始時(shí)和在較小偏轉(zhuǎn)時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)力比在較大偏轉(zhuǎn)的情況更小。偏轉(zhuǎn) 的扭力彈性元件的回復(fù)力同樣以這種方式表現(xiàn)。因此，在平衡位置或中央位置附近的回復(fù)力較小；但是，至少在局部區(qū)域，在偏轉(zhuǎn)時(shí)相對(duì)于相 應(yīng)的偏轉(zhuǎn)和相應(yīng)的力是非線性關(guān)系如在線性的彈簧特性中存在的。
雖然扭力彈簧元件實(shí)際上是單個(gè)的元件，但根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例， 它類似地表現(xiàn)為"一系列連接"。根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件的彈簧特 性可多次分級(jí)，并根據(jù)相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，來增大彈簧力。
在多個(gè)應(yīng)用情況中，可避免或減少具有線性彈簧特性的彈簧元件的 缺點(diǎn)。
以與常規(guī)彈簧元件相似的方式來制造根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件， 其中僅考慮相應(yīng)的設(shè)計(jì)因此不必增加制造成本。
根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件可存在于諸如微反射鏡之類的反射元 件，其可用于最具變化的掃描儀。
也可以應(yīng)用于用于數(shù)據(jù)輸出的裝置，例如激光顯示器、激光打印機(jī)、 激光瀑光裝置等.
但是，在諸如壓力傳感器，粘度傳感器或加速計(jì)的傳感器中，還存 在將扭力彈簧元件設(shè)置在可偏轉(zhuǎn)的元件中的可能性。
具體實(shí)施例方式
在下文中，借助于示于圖l至7的示例，示意性地解釋本發(fā)明。
因此，圖l示出了用于根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件(扭力彈簧元件) 的示例的可能實(shí)施例的八個(gè)示例。
在這方面，除了下面一行中的右側(cè)所示的示例以外，在所有的示例 中都存在沿縱向軸線定向直線形區(qū)域。在上面一行中所示的示例在端面 處具有叉/分支，其構(gòu)成為V型或U型。
示于下面一行中的示例在兩端面處均具有叉/分支，其每一個(gè)可具有 不同的設(shè)計(jì)，或者它們沿縱向軸線的長度是不同的。
示于下面一行中的最右面的示例由兩個(gè)彼此直接相連的叉/分支形 成，其中一個(gè)制成U型，另一個(gè)制成V型。
圖2示出了四個(gè)其他的示例。在兩個(gè)上部的示例中，具有多于兩個(gè) 肢的叉/分支在端面處連接于制成直線形的區(qū)域。在示于底部的兩個(gè)示例中，已設(shè)有v型或u型的叉/分支的它們?cè)?相對(duì)的端面處"i殳有兩個(gè)肢。
對(duì)于至此所解釋的示例，對(duì)于所有的部件和區(qū)域均考慮到分別相等
的橫截面面積。但是，圖3所示的兩個(gè)示例中并不是這種情況。在此， 一部分扭力彈簧元件通過橫截面面積沿縱向軸線連續(xù)的改變而沿縱向 軸線方向制成。從而，抗扭截面系數(shù)同樣相應(yīng)變化，這影響了在不同偏 轉(zhuǎn)時(shí)的彈簧特性。
圖4示出了三角形的分支在端面處連接于制成直線的區(qū)域的示例。
在圖5所示的示例中，在兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的端面處存在形成一對(duì)的兩 個(gè)相應(yīng)的肢。在這方面，這兩對(duì)的肢長是不同的，以致構(gòu)成一對(duì)的兩個(gè) 肢所包括的角度同樣是不同的。
在圖6和7所示的示例中，存在分支，其設(shè)置在兩個(gè)制成直線形的 區(qū)域之間并連接至這兩個(gè)區(qū)域。在分支上，再次存在多個(gè)肢，并且多個(gè) 肢的定向彼此不同。
在根據(jù)圖7的示例中，在端面處另外存在V型的叉/分支。
權(quán)利要求
1. 一種用于懸掛可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)械元件的扭力彈簧元件，所述扭力彈簧元件保持于懸掛裝置上并連接至微型機(jī)械元件，其特征在于，所述扭力彈簧元件的幾何形狀沿其縱向軸線方向是變化的，因此所述扭力彈簧元件具有非線性的彈簧特性。
2. 如權(quán)利要求l所述的扭力彈簧元件，其特征在于，沿所述縱向軸線 方向定向的直線區(qū)域在至少一個(gè)端面處具有X/分支。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述5L/分 支制成V型或U型。
4. 如前i^L利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在叉 /分支處存在至少兩個(gè)肢。
5. 如前i^5L利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在至 少一個(gè)端面處形成三角形的區(qū)域。
6. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述 扭力彈簧元件由彼此連接的兩個(gè)不同設(shè)計(jì)的X/分支形成。
7. 如前a利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，位于 所述扭力彈簧元件處的叉/分支沿所述縱向軸線方向具有不同的長度和/或 不同的肢數(shù)。
8. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，連接 至X/分支的區(qū)域具有沿所述縱向變化的抗扭截面系數(shù)。
9. 如權(quán)利要求7所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述抗扭截面系 數(shù)連續(xù)地變化。
10. 如權(quán)利要求7或8所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述抗扭 截面系數(shù)增加到最大值，并隨后沿所述縱向軸線方向減小。
11. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在所述扭力彈簧元件處形成X/分支形的V型或u型區(qū)域沿所述縱向軸線方向具有彼此不同的肢長。
12. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述扭力彈簧元件制成為相對(duì)于所述縱向軸線垂直對(duì)稱。
13. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述X/分支的肢制成直線形。
14. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述X/分支的肢是彎曲的。
15. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在 兩個(gè)制成直線的區(qū)域之間形成分支，所述分支具有多個(gè)沿相互不同的方向 定向的肢。
16. 如權(quán)利要求15所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述分支的肢 相對(duì)于所述縱向軸線垂直、平行和/或以非直角傾斜的角度定向。
17. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述5L/分支相對(duì)于所述縱向軸線對(duì)稱制成。
18. 如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在 較小偏轉(zhuǎn)時(shí)，所述扭力彈簧元件具有遞減的彈簧特性變化，它在偏轉(zhuǎn)增加 時(shí)轉(zhuǎn)化為為遞增的彈簧特征變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于懸掛諸如可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的反射元件之類的可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)械元件的扭力彈簧元件。因此，本發(fā)明的目的是，提供用于懸掛可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)械元件的扭力彈簧元件，該扭力彈簧元件相對(duì)于已知的彈性件可在運(yùn)轉(zhuǎn)中獲得改進(jìn)的特性。根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件制成為，使得它們沿其縱向軸線方向具有變化的幾何形狀，從而具有非線性的彈簧特性。在這方面，該縱向軸線定向在夾具或支架和可偏轉(zhuǎn)的微型機(jī)械元件之間，該機(jī)械元件由至少一個(gè)扭力彈簧元件保持。在這方面，根據(jù)本發(fā)明的扭力彈簧元件可具有沿縱向軸線方向定向的直線區(qū)域，并在至少一個(gè)端面上具有過渡到該直線區(qū)域的叉/分支。
文檔編號(hào)B81B3/00GK101426717SQ200680054380
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者亞歷山大·沃爾特, 克里斯蒂安·德拉貝, 托馬斯·克洛澤 申請(qǐng)人:弗蘭霍菲爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司