[发明专利]单对致动器驱动的摩擦式双向直线运动微马达及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域中的微执行器类，特别涉及一种单对致动器驱动的摩擦式双向直线运动微马达及制备方法。

背景技术

随着产品小型化、微型化、精密化程度的提高，微镜、微夹持器、微飞行器和微型医疗器械等对驱动机构提出了更高的要求，对大位移、大驱动力、稳定高效的微马达的需求越来越多。各类应用中对微马达的要求不尽相同，如光学和精密机械系统中用于元器件精确驱动和定位的微马达，要求速度高、响应快、小型化；用在航空航天领域的微马达，要求输出力矩大、效率高、重量轻、体积小、寿命长、可靠性高；用在微纳技术领域的微马达，既要求力矩大、小型化、效率高，又要求马达的转速适宜，与微纳加工工艺兼容。现有微马达主要有静电马达、电磁感应马达、超声波马达、压电陶瓷冲击式驱动马达等。1988年，美国加州大学伯克利分校的研究人员采用表面硅工艺制作了直径为120 μm的静电微马达，该静电马达是MEMS领域出现最早的马达，直接利用静电力驱动转子，可小型化，与MEMS工艺兼容，但输出力矩小、转速高、无法直接应用，美国专利中Muller等人的专利“Micro Motor and Method for Their Fabrication（专利号：5252881）”就是利用静电力驱动的微马达。电磁感应微马达输出力矩大、速度快，但线圈损耗大，结构不易小型化；超声波马达和表面声波马达近几年国内外也做了大量的研究。这些马达各具特点，但都很难直接应用在MEMS器件中。

发明内容

本发明的目的在于克服传统两对致动器驱动的摩擦式双向直线运动微马达结构复杂的缺点，提供一种单对致动器驱动的摩擦式双向直线运动微马达及制备方法，结构简单、直线马达的运动方向和速度可调、输出效率高。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明的任务在于建立一种与MEMS表面工艺兼容，能在单对致动器的驱动下产生双向直线运动、结构简单、输出效率高的直线微马达。

根据上述发明思想，通过如下技术方案达到发明目的：

一种单对致动器驱动的摩擦式双向直线运动微马达，包括致动单元和滑杆，所述致动单元由冷热臂电热致动器、驱动杆和驱动头组成；冷热臂电热致动器的一端通过锚点固定在硅衬底上，另一端与驱动杆相连，驱动杆的端部为方形驱动头，驱动头与滑杆之间有间隙，所述滑杆为浮动杆，由两个纵向约束罩约束，纵向约束罩通过锚点固定在硅衬底上，所述冷热臂电热致动器的锚点同时也是微马达的供电电极。

所述致动单元中的冷热臂电热致动器使用V型电热致动器、静电梳齿致动器、电磁致动器或压电制动器代替。

所述致动单元仅在滑杆的单侧布置一个。

所述滑杆的两个纵向约束罩为用“Π”型约束罩布置在滑杆的左右两端，或用“T”型约束罩布置在滑杆的中部，所述滑杆是阶梯轴，或由两根细长杆在末端连接构成。

所述驱动杆的长度和宽度能够调节，驱动头的形状为方形头、三角头、梯形头或圆形头。

一种单对致动器驱动的摩擦式双向直线运动微马达的制备方法，采用MEMS表面工艺制备，在硅衬底平面上，有氮化硅绝缘层，氮化硅绝缘层上有固定的用作导线的多晶硅层Poly0，在多晶硅层Poly0上有固定结构层Poly2构成的纵向约束罩，在多晶硅层Poly0上还有活动结构层Poly1构成的滑杆和致动单元。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：

本发明结合致动器在交流电作用下往复运动的特点，利用致动器对滑杆的摩擦驱动实现了直线微马达的运动，利用单对或单个致动器将致动器的往复运动转变成滑杆的双向直线运动，结构新颖简单，与MEMS工艺兼容，易于控制，输出效率高。

附图说明

图1是本发明用一对电热U型致动器驱动的结构示意图。

图2是本发明用一对电热V型致动器驱动的结构示意图。

图3是本发明用一对静电梳齿致动器驱动的结构示意图。

图4是本发明用单侧的一个电热U型致动器驱动的结构示意图。

图5是本发明的“T”型纵向约束罩布置在细长杆构成的滑杆中部的结构示意图。

图6是本发明的“Π”型纵向约束罩布置在梯形滑杆两端的结构示意图。

图7是本发明的横截面图。

具体实施方式

本发明的优选实例结合附图详述如下：

实施例1