基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，包括：一微梁，所述微梁兩側(cè)向外延伸形成動(dòng)齒電極；固定基座，所述固定基座兩端設(shè)有定齒電極，所述定齒電極與所述動(dòng)齒電極相交錯(cuò)組成調(diào)節(jié)電極；兩放大機(jī)構(gòu)，所述放大機(jī)構(gòu)分別位于所述微梁兩側(cè)，該放大機(jī)構(gòu)包括與微梁直接相接的調(diào)節(jié)梁和在固定基座兩端設(shè)置的定位導(dǎo)向槽，定位導(dǎo)向槽與調(diào)節(jié)梁之間設(shè)有楔形塊，定位導(dǎo)向槽用于限制楔形塊僅在上下方向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)楔形塊在定位導(dǎo)向槽內(nèi)的上下運(yùn)動(dòng)和改變調(diào)節(jié)電極上的調(diào)節(jié)電壓，可以以此改變軸向力，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的兩級(jí)調(diào)控。
【專利說(shuō)明】 基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種靜電驅(qū)動(dòng)的具有兩級(jí)調(diào)控功能的新型微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器；該發(fā)明的微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器可應(yīng)用于射頻開(kāi)關(guān)、混頻器、移相器、雙工收發(fā)器、諧振器、重構(gòu)天線等射頻微波領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)新型大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，是由微細(xì)加工技術(shù)加工而成。該驅(qū)動(dòng)器突破傳統(tǒng)兩端固支梁型微驅(qū)動(dòng)器單向橫向加載方法及傳統(tǒng)工藝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，根據(jù)縱橫彎曲理論，利用軸向裝配兩級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)(楔形粗調(diào)機(jī)構(gòu)及軸向靜電精調(diào)機(jī)構(gòu))，通過(guò)改變軸向力的大小，同時(shí)施加橫向激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器大變形目標(biāo)。
[0003]2010年杭州電子科技大學(xué)許立等[一種用于微諧振器頻率調(diào)節(jié)的靜電梳齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，許立、董林璽、王威，機(jī)械工程，2010]提出了一種用于微諧振器的靜電梳齒結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)主要由，固定錨點(diǎn)11，驅(qū)動(dòng)端定齒電極13，驅(qū)動(dòng)端動(dòng)齒電極14，調(diào)節(jié)端動(dòng)齒電極15，調(diào)節(jié)端定齒電極16，彈性梁12組成。通過(guò)改變調(diào)節(jié)端梳齒上的調(diào)節(jié)電壓，來(lái)改變諧振器的有效彈性系數(shù)。而在驅(qū)動(dòng)端梳齒上施加驅(qū)動(dòng)電壓后，彈性梁發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)端的驅(qū)動(dòng)頻率，與彈性梁的固有頻率接近時(shí)，彈性梁發(fā)生諧振，彈性梁此時(shí)變形量最大。但該結(jié)構(gòu)存在以下問(wèn)題:
[0004]I)該諧振器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變形量小。
[0005]2)諧振器調(diào)節(jié)范圍較小，無(wú)法進(jìn)行二次調(diào)控。
[0006]2011年西北工業(yè)大學(xué)張峰等[靜電梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，張峰、苑偉政、常洪龍、丁繼亮、謝建兵，傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2011]設(shè)計(jì)了一種靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)如圖所示。該驅(qū)動(dòng)器主要由以下幾個(gè)部分組成，圖2中21為驅(qū)動(dòng)器固定梳齒，圖2中22為驅(qū)動(dòng)器錨點(diǎn)，圖2中23為驅(qū)動(dòng)器活動(dòng)梳齒，圖2中24為質(zhì)量塊，圖2中25為彈性支撐梁。在固定梳齒和活動(dòng)梳齒上施加驅(qū)動(dòng)電壓，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)激勵(lì)后，彈性支撐梁上的質(zhì)量塊會(huì)產(chǎn)生位移，文章指出該驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生14um的最大位移時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓在60V左右。該結(jié)構(gòu)的問(wèn)題在于:
[0007]I)結(jié)構(gòu)固定，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓大。
[0008]2)驅(qū)動(dòng)器的變形量不能進(jìn)行二次調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，區(qū)別于傳統(tǒng)工藝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，采用裝配兩級(jí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，提出了一種基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器。
[0010]基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，包括:
[0011]—微梁I,所述微梁I兩側(cè)向外延伸形成動(dòng)齒電極5 ；
[0012]固定基座2,所述固定基座2兩端設(shè)有定齒電極6,所述定齒電極6與所述動(dòng)齒電極5相交錯(cuò)組成調(diào)節(jié)電極；
[0013]兩放大機(jī)構(gòu)，所述放大機(jī)構(gòu)分別位于所述微梁I兩側(cè)，該放大機(jī)構(gòu)包括與微梁I直接相接的調(diào)節(jié)梁7和在固定基座2兩端設(shè)置的定位導(dǎo)向槽3，定位導(dǎo)向槽3與調(diào)節(jié)梁7之間設(shè)有楔形塊4，定位導(dǎo)向槽3用于限制楔形塊4僅在上下方向運(yùn)動(dòng)。
[0014]所述楔形塊4有一定的楔形角，可以實(shí)現(xiàn)楔形塊4在上下方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)梁7與定位導(dǎo)向槽3間距離變化，從而實(shí)現(xiàn)微梁I壓縮量的改變。
[0015]所述楔形塊4能夠在定位導(dǎo)向槽3內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述楔形塊4在定位導(dǎo)向槽3內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述楔形塊4會(huì)擠壓與之相連的調(diào)節(jié)梁7，所述調(diào)節(jié)梁7會(huì)擠壓所述微梁1，以改變微梁I長(zhǎng)度。當(dāng)所述楔形塊4向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述楔形塊4向內(nèi)擠壓調(diào)節(jié)梁，微梁I沿軸方向壓縮，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力粗調(diào)。通過(guò)在調(diào)節(jié)電極上施加不同的調(diào)節(jié)電壓，微梁I所受軸向力發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力的精密調(diào)節(jié)。
[0016]所述固定基座2設(shè)有定極板8，所述微梁I上端設(shè)有動(dòng)極板9，所述微梁與所述定極板共同組成驅(qū)動(dòng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極與外部驅(qū)動(dòng)電路相連。
[0017]所述微梁與固定基座之間有一定間隙，以提供微梁的振動(dòng)空間。
[0018]所述固定基座2、微梁1、調(diào)節(jié)電極和放大機(jī)構(gòu)均由娃材料制成。
[0019]所述動(dòng)齒電極5、定齒電極6、微梁I和固定基座2下端表面均沉積有金膜層。
[0020]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述交錯(cuò)的定齒電極與動(dòng)齒電極組成調(diào)節(jié)電極，并與外部調(diào)節(jié)電路相連。
[0021]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述微梁和固定基座的表面沉積有金膜層，兩金膜層之間形成了驅(qū)動(dòng)電極，該驅(qū)動(dòng)電極可以與外部驅(qū)動(dòng)電路相連。
[0022]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明設(shè)置了定位導(dǎo)向槽，可以限制楔形塊的運(yùn)動(dòng)方向。放大機(jī)構(gòu)中楔形塊沿定位導(dǎo)向槽向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，向內(nèi)擠壓使微梁沿軸向壓縮，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力的粗調(diào)。通過(guò)在多對(duì)調(diào)節(jié)電極上施加不同調(diào)節(jié)電壓，實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力的精密調(diào)節(jié)。放大機(jī)構(gòu)中的楔形塊具有一定的傾斜角，楔形塊在上下方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，微梁的壓縮量可以連續(xù)的變化，實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力的連續(xù)調(diào)節(jié)功能。微梁與固定基座之間有驅(qū)動(dòng)電極，產(chǎn)生橫向激勵(lì)，使微梁可以采用縱橫彎曲理論屈曲變形，突破了傳統(tǒng)單向加載方式，減小了驅(qū)動(dòng)電壓，增大變形量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明另一現(xiàn)有技術(shù)不意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖3和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明為基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)新型大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其包括:
[0028]—微梁I,所述微梁I兩側(cè)向外延伸形成動(dòng)齒電極5。
[0029]固定基座2,所述固定基座2兩端設(shè)有定齒電極6,所述定齒電極6與所述動(dòng)齒電極5相交錯(cuò)。
[0030]兩放大機(jī)構(gòu)，所述放大機(jī)構(gòu)分別位于所述微梁I兩側(cè)，與微梁I直接相接的為調(diào)節(jié)梁7，所述固定基座2兩端設(shè)有定位導(dǎo)向槽3，定位導(dǎo)向槽3與調(diào)節(jié)梁7之間設(shè)有楔形塊4，所述定位導(dǎo)向槽3可以限制楔形塊4僅在上下方向運(yùn)動(dòng)。所述楔形塊4有一定的楔形角，可以實(shí)現(xiàn)楔形塊4在上下方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)梁7與定位導(dǎo)向槽3間距離變化，從而實(shí)現(xiàn)微梁I壓縮量的改變。
[0031]所述楔形塊4能夠在定位導(dǎo)向槽3內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述楔形塊4在定位導(dǎo)向槽3內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述楔形塊4會(huì)擠壓與之相連的調(diào)節(jié)梁7，所述調(diào)節(jié)梁7會(huì)擠壓所述微梁1，以改變微梁I長(zhǎng)度。當(dāng)所述楔形塊4向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述楔形塊4向內(nèi)擠壓調(diào)節(jié)梁，微梁I沿軸方向壓縮，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力粗調(diào)。通過(guò)在調(diào)節(jié)電極上施加不同的調(diào)節(jié)電壓，微梁I所受軸向力發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力的精密調(diào)節(jié)。
[0032]所述相互交錯(cuò)的動(dòng)齒電極5和定齒電極6組成調(diào)節(jié)電極。
[0033]所述固定基座2設(shè)有定極板8，所述微梁I上端設(shè)有動(dòng)極板9，所述微梁與所述定極板共同組成驅(qū)動(dòng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極與外部驅(qū)動(dòng)電路相連。所述微梁與固定基座之間有一定間隙，以提供微梁的振動(dòng)空間。
[0034]所述固定基座2、微梁1、調(diào)節(jié)電極、放大機(jī)構(gòu)均由硅材料制成。組成調(diào)節(jié)電極的動(dòng)齒電極5、定齒電極6，微梁I上端，固定基座2下端表面均沉積有金膜層。
[0035]通常情況下，微梁處于直線狀態(tài)，調(diào)節(jié)電極和驅(qū)動(dòng)電極電壓為0，在微驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)，向下擠壓放大機(jī)構(gòu)中的楔形塊4壓縮微梁，然后在調(diào)節(jié)電極上施加調(diào)節(jié)電壓，利用粗調(diào)和精調(diào)機(jī)構(gòu)確定了微驅(qū)動(dòng)器工作的軸向力。為使微驅(qū)動(dòng)器發(fā)生大變形，在驅(qū)動(dòng)電極上施加驅(qū)動(dòng)電壓，產(chǎn)生橫向激勵(lì)，此時(shí)微梁受軸向力和橫向激勵(lì)的共同作用，在縱橫彎曲效應(yīng)下，微梁產(chǎn)生屈曲變形，實(shí)現(xiàn)了大變形的目標(biāo)。
[0036]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】?jī)H限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于兩級(jí)調(diào)控的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括: 一微梁(I)，所述微梁(I)兩側(cè)向外延伸形成動(dòng)齒電極(5)； 固定基座(2)，所述固定基座(2)兩端設(shè)有定齒電極(6)，所述定齒電極(6)與所述動(dòng)齒電極(5)相交錯(cuò)組成調(diào)節(jié)電極； 兩放大機(jī)構(gòu)，所述放大機(jī)構(gòu)分別位于所述微梁(I)兩側(cè)，該放大機(jī)構(gòu)包括與微梁(I)直接相接的調(diào)節(jié)梁(7)和在固定基座(2)兩端設(shè)置的定位導(dǎo)向槽(3)，定位導(dǎo)向槽(3)與調(diào)節(jié)梁(7)之間設(shè)有楔形塊(4)，定位導(dǎo)向槽(3)用于限制楔形塊(4)僅在上下方向運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述楔形塊(4)有一定的楔形角，可以實(shí)現(xiàn)楔形塊(4)在上下方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)梁(7)與定位導(dǎo)向槽(3)間距離變化，從而實(shí)現(xiàn)微梁(I)壓縮量的改變。
3.如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述楔形塊(4)能夠在定位導(dǎo)向槽(3)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述楔形塊(4)在定位導(dǎo)向槽(3)內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述楔形塊(4)會(huì)擠壓與之相連的調(diào)節(jié)梁(7)，所述調(diào)節(jié)梁(7會(huì)擠壓所述微梁(I)，以改變微梁(I)長(zhǎng)度。當(dāng)所述楔形塊(4)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述楔形塊(4)向內(nèi)擠壓調(diào)節(jié)梁，微梁(I)沿軸方向壓縮，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力粗調(diào)；通過(guò)在調(diào)節(jié)電極上施加不同的調(diào)節(jié)電壓，微梁(1)所受軸向力發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)微驅(qū)動(dòng)器軸向力的精密調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述固定基座(2)設(shè)有定極板(8)，所述微梁(I)上端設(shè)有動(dòng)極板(9)，所述微梁與所述定極板共同組成驅(qū)動(dòng)電極，所述驅(qū)動(dòng)電極與外部驅(qū)動(dòng)電路相連。
5.如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述微梁與固定基座之間有一定間隙，以提供微梁的振動(dòng)空間。
6.如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述固定基座(2)、微梁(I)、調(diào)節(jié)電極和放大機(jī)構(gòu)均由硅材料制成。
7.如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動(dòng)大變形微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述動(dòng)齒電極(5)、定齒電極(6)、微梁(I)和固定基座(2)下端表面均沉積有金膜層。
【文檔編號(hào)】B81B7/00GK103787263SQ201310583495
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】田文超, 扈江磊, 趙麗敏 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)