一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種采用硅微加工工藝制作的微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，由可以兩兩組成V梁型電熱硅微致動(dòng)器的硅微活動(dòng)桿件(1)、(2)、(3)和(4)，以及柔性鉸鏈(5)、錨點(diǎn)(6)、讀數(shù)裝置(7)組成。讀數(shù)裝置(7)用于硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)不同位置的微位移的測(cè)量，錨點(diǎn)(6)用于外界控制電壓的輸入以及為活動(dòng)構(gòu)件提供支撐作用，各構(gòu)件之間采用柔性鉸鏈(5)連接，可以使運(yùn)動(dòng)傳遞時(shí)機(jī)構(gòu)具有很好的靈活性。為了實(shí)現(xiàn)硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)在錨點(diǎn)(6)之間施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，由活動(dòng)構(gòu)件組成的各V型電熱硅微致動(dòng)器之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使得該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)形式。
【專利說(shuō)明】一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其活動(dòng)構(gòu)件采用硅微加工工藝，以多晶硅薄膜或者高深寬比的單晶硅等半導(dǎo)體材料制成，整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸在微米到亞毫米之間。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子機(jī)械系統(tǒng)Micro-electro-mechanical System, MEMS是以半導(dǎo)體為結(jié)構(gòu)材料，以MEMS微加工工藝為技術(shù)為手段，將微機(jī)械致動(dòng)器、微機(jī)械執(zhí)行器以及傳感、檢測(cè)、信號(hào)處理等微電路集成在同一塊芯片上，其特征尺寸一般在微米至亞毫米范圍。MEMS技術(shù)是微電子學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微尺度力學(xué)、微光學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)及生物學(xué)等多學(xué)科交叉的新興【技術(shù)領(lǐng)域】，在空間技術(shù)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)、工業(yè)過(guò)程控制及其他新技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]通過(guò)文獻(xiàn)資料查閱和已經(jīng)公開(kāi)專利檢索，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于宏觀尺度的硅微機(jī)構(gòu)研究較多，而以多晶硅薄膜或單晶硅制作的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。此外，目前MEMS微機(jī)械機(jī)構(gòu)有微致動(dòng)器、微執(zhí)行器微閥、微泵及各種微傳感器機(jī)構(gòu)，而米用V型梁電熱娃微致動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)構(gòu)件組成的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)未有出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用MEMS硅微加工工藝制作的一種硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其活動(dòng)構(gòu)件可以是多晶硅薄膜，也可以是單晶硅等其他半導(dǎo)體材料。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的制作的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)由兼作V型梁電熱硅微致動(dòng)器的活動(dòng)硅微桿件和柔性鉸鏈及錨點(diǎn)和讀數(shù)裝置組成。各活動(dòng)構(gòu)件之間是通過(guò)柔性鉸鏈連接，而且活動(dòng)構(gòu)件與錨點(diǎn)之間也采用柔性鉸鏈連接，讀數(shù)裝置用于該硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)在不同位置的位移進(jìn)行觀察和測(cè)量用；該機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)構(gòu)件兩兩之間可以構(gòu)成V型梁電熱硅微致動(dòng)器，并且為串接關(guān)系，當(dāng)機(jī)構(gòu)中兩錨點(diǎn)之間通入驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，借助硅材料活動(dòng)硅微桿件產(chǎn)生的熱膨脹效應(yīng)而產(chǎn)生致動(dòng)力，從而使得構(gòu)成V型梁電熱硅微致動(dòng)器的活動(dòng)構(gòu)件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出。
[0006]作為驅(qū)動(dòng)裝置的V型梁電熱硅微致動(dòng)器作為機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，具有分散動(dòng)力的特性，通過(guò)改變施加在錨點(diǎn)上的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和電壓幅值，可改變機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的大小和運(yùn)動(dòng)的頻率；通過(guò)改變各個(gè)構(gòu)件的尺寸比例，可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)。
[0007]由于是V型梁電熱硅微致動(dòng)器兼作活動(dòng)構(gòu)件，并且動(dòng)力分散，使得機(jī)構(gòu)傳遞的運(yùn)動(dòng)具有較大的驅(qū)動(dòng)力，并且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活，通過(guò)施加在錨點(diǎn)上控制電壓，可以控制該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
[0008]構(gòu)成娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動(dòng)器的第一活動(dòng)娃微桿件和第二活動(dòng)硅微桿件、第二活動(dòng)硅微桿件和第三活動(dòng)硅微桿件及第三活動(dòng)硅微桿件和第四活動(dòng)硅微桿件的兩臂制作為等長(zhǎng)。
[0009]構(gòu)成娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動(dòng)器的第一活動(dòng)娃微桿件和第二活動(dòng)硅微桿件、第二活動(dòng)硅微桿件和第三活動(dòng)硅微桿件及第三活動(dòng)硅微桿件和第四活動(dòng)硅微桿件的兩臂制作為不等長(zhǎng)。
[0010]此硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)上不同位置設(shè)計(jì)有讀數(shù)標(biāo)尺，可以定量測(cè)得機(jī)構(gòu)不同位置的位移輸出數(shù)值的大小，從而在機(jī)構(gòu)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候便于控制和檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0012]圖1是對(duì)本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1所不的娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，由兼作V型梁電熱娃微致動(dòng)器的第一活動(dòng)娃微桿件1、第二活動(dòng)硅微桿件2、第三活動(dòng)硅微桿件3、第四活動(dòng)硅微桿件4組成，第一活動(dòng)硅微桿件I和第二活動(dòng)硅微桿件2之間、第二活動(dòng)硅微桿件2和第三活動(dòng)硅微桿件3之間及第三活動(dòng)硅微桿件3和第四活動(dòng)硅微桿件4之間兩兩組成了 V型梁電熱硅微致動(dòng)器，并且各V型梁電熱硅微致動(dòng)器之間為串接關(guān)系?；顒?dòng)構(gòu)件之間及與錨點(diǎn)6之間是采用了柔性鉸鏈5連接，共同組成了硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)。讀數(shù)裝置7用于硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)在不同位置時(shí)微位移的測(cè)量，錨點(diǎn)6用于外界控制電壓的輸入和懸浮構(gòu)件的支撐作用。
[0014]該娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的第一活動(dòng)娃微桿件1、第二活動(dòng)娃微桿件2、第三活動(dòng)娃微桿件3、第四活動(dòng)硅微桿件4類似于V型電熱硅微致動(dòng)器的V型梁，兩兩組成V型電熱硅微致器，兩錨點(diǎn)之間的距離相當(dāng)于第五桿(機(jī)架桿)。當(dāng)在錨點(diǎn)施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，機(jī)構(gòu)中的V型電熱硅微致動(dòng)器相當(dāng)于原動(dòng)件，符合機(jī)構(gòu)自由度與約束的要求，該機(jī)構(gòu)構(gòu)件上可產(chǎn)生響應(yīng)，輸出運(yùn)動(dòng)。通過(guò)分析其運(yùn)動(dòng)特性和理論計(jì)算，可確定其確定的運(yùn)動(dòng)狀況。
[0015]為了實(shí)現(xiàn)該硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)中的第一活動(dòng)硅微桿件I的一端和第二活動(dòng)娃微桿件2的一端、第二活動(dòng)娃微桿件2的另一端和第三活動(dòng)娃微桿件3 —端、第三活動(dòng)娃微桿件3另一端和第四活動(dòng)娃微桿件4 一端、第一活動(dòng)娃微桿件I的另一端和一個(gè)錨點(diǎn)6、第四活動(dòng)硅微桿件4的另一端和另一個(gè)錨點(diǎn)6均通過(guò)柔性鉸鏈5相互連接。當(dāng)兩個(gè)錨點(diǎn)之間通入驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，由于V型電熱硅微致動(dòng)器的熱膨脹作用而使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，從而輸出運(yùn)動(dòng)。各個(gè)構(gòu)件之間采用硅微柔性鉸鏈連接便于運(yùn)動(dòng)的傳遞，當(dāng)改變組成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)各活動(dòng)構(gòu)件的長(zhǎng)度尺寸包括兩個(gè)錨點(diǎn)6之間的距離時(shí)，可改變機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出。該硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)上的讀數(shù)裝置是為了便于觀察和測(cè)量機(jī)構(gòu)不同位置上的位移輸出而設(shè)計(jì)的。
[0016]本實(shí)用新型不局限于上述【具體實(shí)施方式】，只要硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)采用活動(dòng)硅微桿件組成相當(dāng)于V型電熱硅微致動(dòng)器的五桿機(jī)構(gòu)，不論是驅(qū)動(dòng)裝置如何組合，活動(dòng)構(gòu)件采用不同的截面形狀、構(gòu)件之間不同的尺寸關(guān)系，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種娃微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，包括第一活動(dòng)娃微桿件(I)、第二活動(dòng)娃微桿件(2)、第三活動(dòng)硅微桿件(3)、第四活動(dòng)硅微桿件(4)，以及柔性鉸鏈(5)、錨點(diǎn)(6)和讀數(shù)裝置(7)，整體機(jī)構(gòu)采用硅微加工工藝制作而成，其特征在于:所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的第一活動(dòng)硅微桿件(I)和第二活動(dòng)硅微桿件(2)之間、第二活動(dòng)硅微桿件(2)和第三活動(dòng)硅微桿件(3)之間及第三活動(dòng)硅微桿件(3)和第四活動(dòng)硅微桿件(4)之間分別組成了電熱硅微致動(dòng)器，兩錨點(diǎn)(6)之間的距離相當(dāng)于第五桿，當(dāng)在錨點(diǎn)(6)之間施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，第一活動(dòng)硅微桿件(I)、第二活動(dòng)硅微桿件(2)、第三活動(dòng)硅微桿件(3)、第四活動(dòng)硅微桿件(4)之間相當(dāng)于電熱驅(qū)動(dòng)元件兩兩串接，整個(gè)機(jī)構(gòu)符合自由度與約束的要求，從而該機(jī)構(gòu)產(chǎn)生響應(yīng)，輸出運(yùn)動(dòng)； 第一活動(dòng)娃微桿件(I)的一端和第二活動(dòng)娃微桿件(2)的一端、第二活動(dòng)娃微桿件(2)的另一端和第三活動(dòng)娃微桿件(3) —端、第三活動(dòng)娃微桿件(3)另一端和第四活動(dòng)娃微桿件(4) 一端、第一活動(dòng)娃微桿件(I)的另一端和一個(gè)錨點(diǎn)(6)、第四活動(dòng)娃微桿件(4)的另一端和另一個(gè)錨點(diǎn)(6)均通過(guò)柔性鉸鏈(5)相互連接；讀數(shù)裝置(7)用于硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)在不同位置時(shí)微位移的測(cè)量。
2.如權(quán)利要求1所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:組成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的第一活動(dòng)硅微桿件(I)和第二活動(dòng)硅微桿件(2)、第二活動(dòng)硅微桿件(2)和第三活動(dòng)硅微桿件(3)及第三活動(dòng)硅微桿件(3)和第四活動(dòng)硅微桿件(4)之間構(gòu)成了 V型梁電熱硅微致動(dòng)器。
3.如權(quán)利要求2所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:構(gòu)成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動(dòng)器的第一活動(dòng)娃微桿件(I)和第二活動(dòng)娃微桿件(2)、第二活動(dòng)娃微桿件(2)和第三活動(dòng)硅微桿件(3)及第三活動(dòng)硅微桿件(3)和第四活動(dòng)硅微桿件(4)的兩臂制作為等長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求2所述的硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，其特征在于:構(gòu)成硅微并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的V型梁電熱娃微致動(dòng)器的第一活動(dòng)娃微桿件(I)和第二活動(dòng)娃微桿件(2)、第二活動(dòng)娃微桿件(2)和第三活動(dòng)硅微桿件(3)及第三活動(dòng)硅微桿件(3)和第四活動(dòng)硅微桿件(4)的兩臂制作為不等長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】B81B3/00GK203498070SQ201320352700
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】張永宇, 沈雪瑾, 白曉麗, 徐雪萌, 張映霞, 唐靜靜 申請(qǐng)人:河南工業(yè)大學(xué)