[发明专利]具有纳米级分辨率的压电马达

说明书

本发明涉及一种通过使用在施加电压时长度拉伸的压电致动器而能够以纳米级的极微细的分辨率运动的压电马达。根据本发明的压电马达包括：主体，所述主体具有上表面、下表面以及连接所述上表面和所述下表面的侧面；压电体，所述压电体配置在所述主体的上表面上并且在纵向上延伸；杆，所述杆具有上表面和下表面、在纵向上延伸、一端连接到所述压电体的一端并且配置在所述主体的上表面上；和支撑构件，所述支撑构件跨着所述杆配置并且在所述杆上提供预定的摩擦力，其中，所述支撑构件由与所述压电体的收缩或膨胀互锁的所述杆驱动，并且所述支撑构件的下表面和所述主体的上表面至少部分地接触，使得所述支持构件在所述主体的上表面上被滑动地驱动。

技术领域

本发明涉及一种通过使用在施加电压时长度拉伸的压电致动器而能够以纳米级的极微细的分辨率运动的压电马达。

背景技术

压电材料是在被加压时产生电压并且在施加电压时机械地振动和变形的材料。基于这些物理性质，压电材料被用于各种技术中，包括也被称为压电致动器的压电马达。

与电磁马达不同，这些压电马达不需要磁铁或绕组，它们也不需要复杂的齿轮结构来传输功率。因此，压电马达具有比电磁马达更安静和更少噪音的优点，并且非常适用于小型化。

特别地，在测量作用在样本和探针之间的诸如原子力、隧穿电流和电磁力等物理量的扫描探针显微镜中，上述的压电马达经常用于将样本和探针运动从纳米(nm)到微米(μm)的精确距离。

在图10中示出了以下专利公开中的用于实现从纳米(nm)到微米(μm)的微细运动的压电马达。该压电马达包括基板1、在基板1上运动的滑架2、使滑架2能够在基板1上滑动的轴承3、压电元件4以及连接到压电元件4的石墨杆5，并且通过压电元件4的变形以纳米(nm)级分辨率控制位置，其中通过经由在压电元件4两侧的包括弹簧10的螺栓9控制法向力来实现压电元件的变形。

然而，为了减少与石墨杆5互锁的滑架2与基板1之间的摩擦，压电马达具有间隔开或插入的轴承的结构。然而，这种结构不仅复杂，而且存在这样的问题：如果两个部分之间的间隙不平行，则其将以倾斜的角度运动，并且最终无法进行精确的线性运动。

此外，在以下专利公开中所公开的压电马达(用于XY扫描仪的压电马达)的情况下，支撑石墨杆5的部分与整个部分相比向一侧偏离，并且螺栓和弹簧的固定力导致后部展开，如图11所示(特别地，当石墨杆5沿着一个方向运动时，接触面积减小)。这改变了石墨杆5的运动，使得难以进行精确的运动，并且减少了马达能够运动的距离。这甚至会导致马达停止运动。

(现有技术文献1)：美国专利公开第5,912,527号

发明内容

[技术问题]

本发明解决了上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种压电马达，其能够实现纳米极的极微细的分辨率，大大延伸从几纳米到几毫米的范围，结构上易于制造并且能够在不使用轴承的情况下进行精确的线性运动。

此外，本发明的另一个目的是提供一种具有位置传感器的压电马达，其能够在不影响压电马达运动的情况下获得关于工件位置的精确信息。

[技术方案]

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种压电马达，包括主体，所述主体具有上表面、下表面以及连接所述上表面和所述下表面的侧面；压电体，所述压电体配置在所述主体的上表面上并且在纵向上延伸；杆，所述杆具有上表面和下表面、在纵向上延伸、一端连接到所述压电体的一端并且配置在所述主体的上表面上；和支撑构件，所述支撑构件跨着所述杆配置并且在所述杆上提供预定的摩擦力，其中，所述支撑构件由与所述压电体的收缩或膨胀联动的所述杆驱动，和其中，所述支撑构件的下表面和所述主体的上表面至少部分地接触，并且所述支撑构件在所述主体的上表面上被滑动地驱动。