привод микроманипулятора
Классы МПК: | B25J7/00 Микроманипуляторы H01L41/08 пьезоэлектрические или электрострикционные приборы |
Автор(ы): | Житомирский Г.А., Новиков Ю.А., Панич А.Е. |
Патентообладатель(и): | Государственное унитарное предприятие "Научно- производственное объединение конверсионного приборостроения" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-07-02 публикация патента:
27.05.2000 |
Изобретение может быть использовано для привода различных устройств микроэлектромеханики в прецизионном приборостроении, при медико-биологических исследованиях и в системах нанотехнологии. Привод микроманипулятора представляет собой пьезоэлектрический элемент в виде стержня. Стержень образован поляризованными по ширине пластинами. На торцевые поверхности стержня нанесены электроды. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей привода. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Привод микроманипулятора, содержащий пьезоэлектрический элемент с крестообразным поперечным сечением, образованный поляризованными пластинами с нанесенными на их поверхности электродами, отличающийся тем, что пьезоэлектрический элемент выполнен в виде стержня, пластины которого поляризованы по ширине, а электроды нанесены на торцевые поверхности стержня.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к микроманипуляционной технике и предназначено для привода различных устройств микроэлектромеханики в прецизионном приборостроении, в медико-биологических исследованиях и в системах нанотехнологии. Известен привод микроманипулятора, содержащий пьезоэлектрический элемент с крестообразным поперечным сечением, образованный поляризованными пластинами с нанесенными на их поверхности электродами (SU 1202858 A, 07.01.86, B 25 J 7/00) . Пластины пьезоэлектрического элемента поляризованы по толщине. Недостаток указанного известного привода состоит в его ограниченных функциональных возможностях. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей привода микроманипулятора за счет обеспечения реверсивного перемещения рабочего органа. Для решения поставленной задачи в приводе микроманипулятора, содержащем пьезоэлектрический элемент с крестообразным поперечным сечением, образованный поляризованными пластинами с нанесенными на их поверхности электродами, пьезоэлектрический элемент выполнен в виде стержня, пластины которого поляризованы по ширине, а электрода нанесены на торцевые поверхности стержня. Поляризация пластин пьезоэлемента по ширине и нанесение электродов на торцевые поверхности позволяет осуществить сдвиговую деформацию пьезоэлектрического элемента при подаче управляющего напряжения на торцевые электроды (см. книгу Аронова Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики, Л., 1990, с. 105, 106). Изменение полярности управляющего напряжения приводит к изменению знака сдвиговой деформации, чем достигается основной технический эффект изобретения - реверсивное перемещение рабочего органа микроманипулятора. Как известно, пьезоэлектрический модуль сдвиговой деформации d15 значительно превышает продольный d33 и поперечный d31 пьезоэлектрические модули (см. упомянутую книгу Аронова Б.С., стр. 264-266), что обеспечивает повышение чувствительности привода микроманипулятора - дополнительный технический эффект изобретения. Таким образом, выбранное конструктивное и технологическое решение заявляемого привода микроманипулятора обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства. Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид и схема внешних соединений привода микроманипулятора; на фиг. 2 - схема поляризации пьезоэлектрического элемента привода микроманипулятора; на фиг. 3 - схемы деформации пьезоэлектрического элемента привода микроманипулятора. Привод микроманипулятора содержит пьезоэлектрический элемент 1, одним концом закрепленный в корпусе 2, а другим концом соединенный с рабочим органом 3. Пьезоэлектрический элемент 1 выполнен в виде монолитного стержня с крестообразным поперечным сечением из пьезоэлектрической керамики. Пьезоэлектрическая керамика поляризована в направлении ширины пластины, образующих пьезоэлектрический элемент. Операция поляризации поясняется схемой фиг. 2. После механической обработки стержня из пьезоэлектрической керамики на его центральную часть и периферийные части каждой пластины нанесены вспомогательные электроды 4, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4. Электрод 4 и параллельно соединенные электроды 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 подключены к источнику поляризующего напряжения 6. На фиг. 2 стрелками обозначено направление остаточной поляризации P. После поляризации пьезоэлектрической керамики вспомогательные электроды 4, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 удалены химическим травлением и на торцевые поверхности пьезоэлектрического элемента 1 нанесены рабочие электроды 7, 8.1, 8.2, 8.3, 8.4. Электрод 7 и каждый из электродов 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 подключены к выходным усилителям системы управления. На фиг. 1 условно показаны два из четырех усилителей - усилители 9.1, 9.3, и стрелкой обозначено направление напряженности электрического поля управляющего сигнала E. Привод микроманипулятора работает следующим образом. При подаче управляющего сигнала с выходного усилителя 9.1 на электроды 7, 8.1 пьезоэлектрического элемента 1 в пьезоэлектрической керамике происходит деформация сдвига, т. к. направления поляризации P и напряженности управляющего поля E взаимно перпендикулярны. Деформация сдвига на угол![привод микроманипулятора, патент № 2149752](/images/patents/322/2149009/945.gif)
![привод микроманипулятора, патент № 2149752](/images/patents/322/2149117/916.gif)
![привод микроманипулятора, патент № 2149752](/images/patents/322/2149004/946.gif)
Класс B25J7/00 Микроманипуляторы
Класс H01L41/08 пьезоэлектрические или электрострикционные приборы