專利名稱:微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁力線圈驅(qū)動裝置，更特別地說，是指一種用于微小型原子力顯
微鏡的電流線圈式大范圍的掃描驅(qū)動裝置。
技術(shù)背景
掃描力顯微術(shù)是一個迅速發(fā)展的領(lǐng)域，在納米技術(shù)里有著重要的應(yīng)用。而在掃描 力顯微鏡里，針尖與樣品的接近機理尤為重要，它必須具備能夠控制懸臂、樣品和檢測系統(tǒng) 的相對粗略位置和相對精確位置的能力。對此人們研制了各式各樣的驅(qū)動機構(gòu)，在這些驅(qū) 動機構(gòu)的精確控制方面，絕大多數(shù)是利用壓電陶瓷管或陶瓷堆的壓電效應(yīng)，也有少量的是 利用壓電陶瓷或音圈和柔性平臺的結(jié)合。但是這些機構(gòu)大多無法進行大范圍(> 0.3mm) 的掃描，而且體積大、質(zhì)量大。伴隨著太空探索的深入、原位測量技術(shù)的需要，各國都在加緊 對體積和質(zhì)量都很小的大范圍掃描力顯微鏡的研制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，通過在彈簧基板上采 用微雕技術(shù)刻出簧片構(gòu)形，在磁力線圈的驅(qū)動下使簧片與圓柱磁體的一端接觸，在電流的 作用下產(chǎn)生的力使T形架上的探針凸起實現(xiàn)掃描。本發(fā)明驅(qū)動裝置是針對太空原位測量和 儀器微小型化的需要而提供的一種體積小、重量輕、掃描范圍大的原子力顯微鏡的全新的 驅(qū)動機構(gòu)。
本發(fā)明是一種微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，由彈簧基板、線圈基座、A隔板、B 隔板、C隔板和上蓋板、下蓋板組成；上蓋板與下蓋板之間從上至下設(shè)有A隔板、彈簧基板、B 隔板、C隔板、線圈基座。通過螺釘、通孔、螺母的配合將A隔板、彈簧基板、B隔板、C隔板、 線圈基座固定夾緊在上蓋板、下蓋板之間。彈簧基板采用聚酰亞胺材質(zhì)，并在彈簧基板上采 用微雕技術(shù)鏤空刻出"亞"字面形簧片構(gòu)形。
本發(fā)明微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置的優(yōu)點在于(1)采用簿形彈簧基板作為 驅(qū)動的面板結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動范圍大；(2)在彈簧基板一采用微雕技術(shù)鏤空刻出"亞"字面形簧 片構(gòu)形，使磁體作用在簧片上的十字簧接觸產(chǎn)生的形變較大，同時使T形架產(chǎn)生運動；(3) 三個線圈與三個磁體的交遞作用，使安裝在T形架上的探針實現(xiàn)三維運動；(4)三個線圈、 三個磁體、T形架采用等距排列，保證了運動的可調(diào)性；(5)在聚酰亞胺彈簧基板上采用噴 涂工藝制備導(dǎo)電層，防止了靜電對本發(fā)明驅(qū)動裝置的驅(qū)動影響。


圖1是本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的隔板與彈簧基板的爆炸示意圖。
圖3A是本發(fā)明的彈簧基板的上視圖。
圖3B是本發(fā)明的彈簧基板的底視圖。[0010] 圖3C是本發(fā)明的B彈簧的放大示圖。 圖4A是本發(fā)明的線圈基座的底視圖。 圖4B是本發(fā)明的線圈基座的上視圖。
圖中
1.彈簧基板
101. A彈簧 102. B彈簧 103. C彈簧104.
T形架
105. B通孔 106. A圓柱磁體
107. B圓柱磁體
108. C圓柱磁體109.正
側(cè)面
110.凹槽 lll.T形架A端
112.T形架B端
113.T形架C端121.十字
簧
122.右簧片
123.左簧片
2.A隔板 201.A方孔202.B方孔 203.
C方孔
204.凹槽 205. A通孔 206.正側(cè)面3. B隔板 301. T形槽
302. C通孔 303.正側(cè)面
4. C隔板401.T形槽
402. D通孔
403.正側(cè)面
404.矩形凹槽
5.上蓋板6.線圈基座
601. A線圈
602. B線圈 603. C線圈
604. E通孔605. E通孔 606.右側(cè)面 607.出線槽 611.A線圈孔 612.B線圈 孔613.C線圈孔7.下蓋板
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
參見圖1所示，本發(fā)明是一種微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，由彈簧基板1、線 圈基座6、三個隔板(A隔板2、 B隔板3、 C隔板4)和上蓋板5、下蓋板7組成；上蓋板5與 下蓋板7之間從上至下設(shè)有A隔板2、彈簧基板1、 B隔板3、 C隔板4、線圈基座6。本發(fā)明 驅(qū)動裝置通過長螺釘?shù)囊欢朔謩e穿過A通孔205、 B通孔105、 C通孔302、 D通孔402、 E通 孔604后與螺母螺紋連接來實現(xiàn)將A隔板2、彈簧基板1、 B隔板3、 C隔板4、線圈基座6固 定夾緊在上蓋板5與下蓋板7之間。
在本發(fā)明中，彈簧基板1上A彈簧101、B彈簧102、 C彈簧103按三角形的分布且
與T形架104的T形架A端111、T形架B端112、T形架C端113相對應(yīng)。
參見圖2所示，A隔板2上呈三角形布局設(shè)有A方孔201、B方孔202、 C方孔203，
沿A隔板2的正側(cè)面206開有凹槽204， A隔板2的四個角上分別設(shè)有A通孔205。
參見圖2所示，在B隔板3的中心位置沿正側(cè)面303開有T形槽301， B隔板3的
四個角上分別設(shè)有C通孔302。
參見圖2所示，在C隔板4的中心位置沿正側(cè)面403開有T形槽401， C隔板4底 部軸向上設(shè)有矩形凹槽404， C隔板4的四個角上分別設(shè)有D通孔402。 參見圖3A、圖3B、圖3C所示，彈簧基板1的上部呈三角形設(shè)有A彈簧101、 B彈簧 102、 C彈簧103，沿彈簧基板1的正側(cè)面109開有凹槽IIO，沿彈簧基板1的四個角上分別 設(shè)有B通孔105。彈簧基板1的底部懸掛有T形架104， T形架A端111設(shè)有供A圓柱磁體 106通過的孔，T形架B端112設(shè)有供B圓柱磁體107通過的孔，T形架C端113設(shè)有供C圓 柱磁體108通過的孔，A圓柱磁體106、B圓柱磁體107、C圓柱磁體108的一端分別粘接在A 彈簧101、B彈簧102、 C彈簧103的十字簧上。在本發(fā)明中，A彈簧101、B彈簧102和C彈 簧103結(jié)構(gòu)相同，是在彈簧基板1上采用微雕技術(shù)鏤空刻出"亞"字面形簧片構(gòu)形。B彈簧 102的中心是十字簧121，十字簧121的兩側(cè)分別為左簧片123、右簧片122。 A彈簧101、 B 彈簧102、 C彈簧103按三角形的分布且與T形架104的T形架A端111、 T形架B端112、 T形架C端113相對應(yīng)。彈簧基板1采用聚酰亞胺加工制作成厚度為0. 02 0. 2mm。彈簧基板上采用噴涂工藝制備有導(dǎo)電層(防磁和防靜電設(shè)計)，導(dǎo)電層一般為銅、金材質(zhì)，防止 了靜電對本發(fā)明驅(qū)動裝置的驅(qū)動影響。采用柔性的聚酰亞胺片狀彈簧，克服了一般彈簧的 顫振的問題。
參見圖4A、圖4B所示，線圈基座6的上部呈三角形開設(shè)有A線圈孔611、B線圈孔 612、 C線圈孔613，呈矩形開設(shè)有四個E通孔604，線圈基座6的四個角上分別設(shè)有F通孔 605，沿線圈基座6的右側(cè)面606開有出線槽607。在線圈基座6底部的A線圈孔611、B線 圈孔612、C線圈孔613中分別安裝有A線圈601、B線圈602、C線圈603。 A線圈601、B線 圈602、 C線圈603結(jié)構(gòu)相同，三個電流線圈采用的漆包線纏繞制作。本發(fā)明選取的電流線 圈解決了壓電陶瓷驅(qū)動范圍稍大時的球差，以由于采用電流調(diào)節(jié)方式，功率小，克服了壓電 陶瓷驅(qū)動范圍大時所需的高電壓或多級供電等問題。
在本發(fā)明微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，安裝在線圈基座6上的三個線圈所需 電壓為士20V，掃描功率小于1瓦。整個驅(qū)動裝置尺寸為30. 5mmX20. 5mmX12. 8mm，質(zhì)量 15 50g。
本發(fā)明的驅(qū)動裝置是一種體積小、重量輕、掃描范圍大的原子力顯微鏡的全新的 驅(qū)動機構(gòu)，當(dāng)給A線圈601、 B線圈602、 C線圈603通電時，三個電流線圈的磁場和永磁體 (A圓柱磁體106、B圓柱磁體107、C圓柱磁體108)的磁場的將發(fā)生吸引或排斥作用而產(chǎn)生 振動運動，從而達到三維驅(qū)動的效果。本發(fā)明驅(qū)動裝置可以與原子力顯微鏡的控制系統(tǒng)配 合使用，運用計算機程序控制，縮短時間，提高效率，而且操作方便，可靠性高。
權(quán)利要求
一種微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，其特征在于由彈簧基板(1)、線圈基座(6)、A隔板(2)、B隔板(3)、C隔板(4)和上蓋板(5)、下蓋板(7)組成；上蓋板(5)與下蓋板(7)之間從上至下設(shè)有A隔板(2)、彈簧基板(1)、B隔板(3)、C隔板(4)、線圈基座(6)；所述A隔板(2)上呈三角形布局設(shè)有A方孔(201)、B方孔(202)、C方孔(203)，沿A隔板(2)的正側(cè)面(206)開有凹槽(204)，A隔板(2)的四個角分別設(shè)有A通孔(205)；所述B隔板(3)的中心位置沿正側(cè)面(303)開有T形槽(301)，B隔板(3)的四個角分別設(shè)有C通孔(302)；所述C隔板(4)的中心位置沿正側(cè)面(403)開有T形槽(401)，C隔板(4)底部軸向上設(shè)有矩形凹槽(404)，C隔板(4)的四個角分別設(shè)有D通孔(402)；所述彈簧基板(1)上呈三角形布局設(shè)有A彈簧(101)、B彈簧(102)和C彈簧(103)，該A彈簧(101)、B彈簧(102)和C彈簧(103)采用微雕技術(shù)鏤空刻出“亞”字面形構(gòu)形；沿彈簧基板(1)的正側(cè)面(109)開有凹槽(110)，沿彈簧基板(1)的四個角分別設(shè)有B通孔(105)；彈簧基板(1)的底部懸掛有T形架(104)，T形架A端(111)設(shè)有供A圓柱磁體(106)通過的孔，T形架B端(112)設(shè)有供B圓柱磁體(107)通過的孔，T形架C端(113)設(shè)有供C圓柱磁體(108)通過的孔，A圓柱磁體(106)、B圓柱磁體(107)、C圓柱磁體(108)的一端分別粘接在A彈簧(101)、B彈簧(102)、C彈簧(103)的十字簧上；所述A彈簧(101)、B彈簧(102)和C彈簧(103)結(jié)構(gòu)相同，其中，B彈簧(102)的中心是十字簧(121)，十字簧(121)的兩側(cè)分別為左簧片(123)、右簧片(122)；彈簧基板(1)上采用噴涂工藝制備有導(dǎo)電層；所述線圈基座(6)呈三角形布局設(shè)有A線圈孔(611)、B線圈孔(612)、C線圈孔(613)，呈矩形開設(shè)有四個E通孔(604)，線圈基座(6)的四個角分別設(shè)有F通孔(605)，沿線圈基座(6)的右側(cè)面(606)開有出線槽(607)；在線圈基座(6)的A線圈孔(611)、B線圈孔(612)、C線圈孔(613)中分別安裝有A線圈(601)、B線圈(602)、C線圈(603)；所述A線圈(601)、B線圈(602)、C線圈(603)結(jié)構(gòu)相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，其特征在于彈簧基板(1) 上A彈簧(101)、B彈簧(102)、C彈簧(103)按三角形的分布且與T形架(104)的T形架A 端(111)、T形架B端(112)、T形架C端(113)相對應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，其特征在于彈簧基板(1) 為采用聚酰亞胺加工制作成厚度為0. 02 0. 2mm的簿板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，其特征在于彈簧基板(1) 上的導(dǎo)電層為銅、金材質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，其特征在于A線圈 (601)、B線圈(602)、C線圈(603)所需電壓為士20V。
6. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，其特征在于整個驅(qū)動裝 置尺寸為30. 5mmX 20. 5mmX 12. 8mm，質(zhì)量15 50g。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種微小型原子力顯微鏡的驅(qū)動裝置，由彈簧基板、線圈基座、三個隔板和上下蓋板組成；上蓋板與下蓋板之間從上至下設(shè)有A隔板、彈簧基板、B隔板、C隔板、線圈基座。本發(fā)明驅(qū)動裝置通過長螺釘?shù)囊欢朔謩e穿過A通孔、B通孔、C通孔、D通孔、E通孔后與螺母螺紋連接來實現(xiàn)將A隔板、彈簧基板、B隔板、C隔板、線圈基座固定夾緊在上蓋板與下蓋板之間。本發(fā)明的驅(qū)動裝置是一種體積小、重量輕、掃描范圍大的原子力顯微鏡的全新的驅(qū)動機構(gòu)，當(dāng)給電流線圈通電時，電流線圈的磁場和永磁體的磁場的將發(fā)生吸引或排斥作用而產(chǎn)生振動運動，從而達到三維驅(qū)動的效果。
文檔編號G01Q60/24GKCN101303903 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200810116122
公開日2010年6月2日 申請日期2008年7月3日
發(fā)明者姚駿恩, 崔益民, 王榮明, 陳強 申請人:北京航空航天大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3), 非專利引用 (1),