CN220190698U - 一种压电叠堆解耦组件及压电驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种压电叠堆解耦组件及压电驱动装置，该压电叠堆解耦组件包括沿叠堆轴线方向依次设置的上解耦结构、陶瓷叠堆和下解耦结构，陶瓷叠堆能够沿叠堆轴线方向形变；上解耦结构中设有第一柔性部，下解耦结构中设有第二柔性部，第一柔性部和第二柔性部相互垂直。本实用新型的压电叠堆解耦组件及压电驱动装置中，陶瓷叠堆在运行期间受到侧向力时，第一柔性部和第二柔性部能够通过自身的形变使得陶瓷叠堆避免受到切向力的影响损坏，提高陶瓷叠堆的使用寿命；并且，压电叠堆解耦组件能够进行拆卸，利于对陶瓷叠堆进行更换维护，降低维修成本。

Description

一种压电叠堆解耦组件及压电驱动装置

技术领域

本实用新型属于压电驱动技术领域，涉及一种压电叠堆解耦组件及压电驱动装置。

背景技术

随着半导体制程的更新迭代，对于半导体表面高分辨率、高精度量测的需求也与日俱增，量测所用高倍率光学镜头焦深一般都只有微米至亚微米级别，因此在某些特殊工艺中需要使用光学位移台配合完成对焦或特殊工艺需求，基于压电原理的压电叠堆能够实现纳米精度的微位移驱动，为超高精度的制程和量测提供有力的技术支撑。

由于光学镜头的结构逐渐复杂，其质量也随之上升，而现有光学位移台受限于机械结构，在搭载大负载的条件下动子会产生比较明显的偏摆，造成压电叠堆在运行期间由于动子的偏摆易受到侧向力，使压电叠堆受到切向力的影响以致损坏；并且压电叠堆不易更换拆卸，维修成本高。

因此，如何提供一种压电叠堆解耦组件及压电驱动装置，以提高压电叠堆的使用寿命、降低维修成本，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种压电叠堆解耦组件及压电驱动装置，用于解决现有技术中压电叠堆受到切向力影响易损坏、不易更换拆卸维修成本高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种压电叠堆解耦组件，包括：

沿叠堆轴线方向依次设置的上解耦结构、陶瓷叠堆和下解耦结构，所述陶瓷叠堆能够沿所述叠堆轴线方向形变；

所述上解耦结构包括沿所述叠堆轴线方向设置的第一叠堆固定部、第一柔性部和第一叠堆连接部，所述第一叠堆连接部与所述第一叠堆固定部平行设置且通过所述第一柔性部连接，所述陶瓷叠堆的顶端固定连接至所述第一叠堆连接部；

所述下解耦结构包括沿所述叠堆轴线方向设置的第二叠堆连接部、第二柔性部和第二叠堆固定部，所述第二叠堆连接部与所述第二叠堆固定部平行设置且通过所述第二柔性部连接，所述陶瓷叠堆的底端固定连接至所述第二叠堆连接部；

所述第一柔性部和所述第二柔性部相互垂直，所述第一叠堆固定部和所述第二叠堆固定部用于将所述陶瓷叠固定至预设位置。

可选地，所述第一叠堆连接部底部与所述第二叠堆连接部顶部均开设有定位孔，所述定位孔与所述陶瓷叠堆端部尺寸匹配，且两所述定位孔的轴线与所述陶瓷叠堆轴线重合。

可选地，所述第二叠堆连接部垂直于所述第二柔性部长度方向的宽度小于所述第二叠堆固定部垂直于所述第二柔性部长度方向的宽度。

可选地，所述第二叠堆固定部中设置有螺孔。

可选地，所述第一叠堆固定部、所述第一柔性部和所述第一叠堆连接部为一体成型结构；和/或

所述第二叠堆连接部、所述第二柔性部和所述第二叠堆固定部为一体成型结构。

可选地，所述第一柔性部和/或所述第二柔性部为簧片。

本实用新型还提供一种压电驱动装置，包括：

框架，所述框架围成一垂向安装空间；

动子，位于所述安装空间内，所述动子与所述框架之间柔性连接，且所述动子中设置有叠堆安装孔；以及

上述任意一项所述的压电叠堆解耦组件，所述压电叠堆解耦组件位于所述叠堆安装孔中，所述第一叠堆固定部固定连接至所述框架，所述第二叠堆固定部固定连接至所述动子，所述陶瓷叠堆能够沿所述叠堆轴线方向形变以驱动所述动子相对所述框架运动。

可选地，所述框架的上端部中设有上盖孔，所述上盖孔中设有上盖，所述上解耦结构与所述上盖粘接。

可选地，所述上盖中设有弹簧孔，所述弹簧孔中设有弹簧，所述弹簧的孔心中设置有螺钉，所述螺钉的顶端横截面积大于所述弹簧的孔心横截面积，所述螺钉的底端与所述动子连接。

可选地，还包括光栅尺和光栅尺读头，所述动子中设置有光栅尺安装孔，所述光栅尺安装于所述光栅尺安装孔中，所述光栅尺读头安装于所述框架。

如上所述，本实用新型的压电叠堆解耦组件及压电驱动装置中，上解耦结构中设有第一柔性部，下解耦结构中设有第二柔性部，陶瓷叠堆在运行期间受到侧向力时第一柔性部和第二柔性部能够通过自身的形变使得陶瓷叠堆避免受到切向力的影响损坏，提高陶瓷叠堆的使用寿命；并且，压电叠堆解耦组件能够进行拆卸，利于对陶瓷叠堆进行更换维护。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例一的压电叠堆解耦组件的爆炸视图。

图2显示为本实用新型实施例一的压电叠堆解耦组件中上解耦结构的X向视图。

图3显示为本实用新型实施例一的压电叠堆解耦组件中上解耦结构的Y向视图。

图4显示为本实用新型实施例一的压电叠堆解耦组件中下解耦结构的X向视图。

图5显示为本实用新型实施例一的压电叠堆解耦组件中下解耦结构的Y向视图。

图6显示为本实用新型实施例二的压电驱动装置的正视图。

图7显示为本实用新型实施例二的压电驱动装置的正面剖视图。

图8显示为本实用新型实施例二的压电驱动装置的爆炸视图。

元件标号说明

1 上解耦结构

10 第一叠堆固定部

11 第一柔性部

12 第一叠堆连接部

2 陶瓷叠堆

3 下解耦结构

30 第二叠堆连接部

31 第二柔性部

32 第二叠堆固定部

33 定位孔

34 螺孔

4 框架

40 上盖孔

41 上盖

42 弹簧孔

43 弹簧

44 螺钉

5 动子

50 叠堆安装孔

51 光栅尺安装孔

52 悬臂

53 动子凸起部

60 光栅尺

61 光栅尺读头

62 光栅尺读头固定板

7 柔性铰链

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种压电叠堆解耦组件，请参阅图1至图5，分别显示为压电叠堆解耦组件的爆炸视图、上解耦结构的X向视图、上解耦结构的Y向视图、下解耦结构的X向视图和下解耦结构的Y向视图，该压电叠堆解耦组件包括沿叠堆轴线方向依次设置的上解耦结构1、陶瓷叠堆2和下解耦结构3，陶瓷叠堆2能够沿所述叠堆轴线方向形变；上解耦结构1包括沿所述叠堆轴线方向设置的第一叠堆固定部10、第一柔性部11和第一叠堆连接部12，第一叠堆连接部12与第一叠堆固定部10平行设置且通过第一柔性部11连接，陶瓷叠堆2的顶端固定连接至第一叠堆连接部12；下解耦结构3包括沿叠堆轴线方向设置的第二叠堆连接部30、第二柔性部31和第二叠堆固定部32，第二叠堆连接部30与第二叠堆固定部32平行设置且通过第二柔性部31连接，陶瓷叠堆2的底端固定连接至第二叠堆连接部30；第一柔性部11和第二柔性部31相互垂直，第一叠堆固定部10和第二叠堆固定部32用于将陶瓷叠堆2固定至预设位置。

作为示例，第一柔性部11包括柔性簧片，第二柔性部31包括柔性簧片，其中，陶瓷叠堆2的叠堆轴线方向为Z向，第一柔性部11沿Y轴向设置，第二柔性部31沿X轴向设置，当陶瓷叠堆2在沿Z向运行期间受到X向和Y向的侧向力时，通过第一叠堆固定部10和第二叠堆固定部32的翻转，以及第一柔性部11和第二柔性部31的形变对X和Y方向进行解耦，使得陶瓷叠堆2受力始终在叠堆轴线方向，避免陶瓷叠堆2受到切向力的影响损坏。当然，在另一示例中，第一柔性部11沿X轴向设置，第二柔性部31沿Y轴向设置，亦属于本实用新型所保护的范畴。

作为示例，第一叠堆连接部12底部与第二叠堆连接部30顶部均开设有定位孔33，定位孔33与陶瓷叠堆2的端部尺寸匹配，利于陶瓷叠堆2与第一叠堆连接部12及第二叠堆连接部30的安装定位；并且，两个定位孔33的轴线与陶瓷叠堆2的轴线重合，便于在装配的过程中对陶瓷叠堆2进行定位，避免在装配及运行中陶瓷叠堆2位置发生偏移从而受到切向力影响。

作为示例，第一叠堆固定部10用于固定连接第一外部结构，第一叠堆固定部10、第一柔性部11和第一叠堆连接部12为一体成型结构以提高第一叠堆固定部10、第一柔性部11和第一叠堆连接部12之间的连接牢固度；第二叠堆固定部32用于固定连接第二外部结构，第二叠堆连接部30、第二柔性部31和第二叠堆固定部32为一体成型结构以提高第二叠堆连接部30、第二柔性部31和第二叠堆固定部32之间的连接牢固度，并且一体成型结构在生产过程中更方便加工、加工精度也更高，又利于提高叠堆的运动精度。

作为示例，第二叠堆连接部30垂直于第二柔性部31长度方向的宽度小于第二叠堆固定部32垂直于第二柔性部31长度方向的宽度，即第二叠堆固定部32垂直于第二柔性部31长度方向的尺寸足够大，使得第二叠堆固定部32中能够设置足量的螺孔34，第二叠堆固定部32通过螺孔34与第二外部结构固定连接。

如上所述，本实施例的压电叠堆解耦组件中，上解耦结构中设有第一柔性部，下解耦结构中设有第二柔性部，陶瓷叠堆在运行期间受到侧向力时第一柔性部和第二柔性部能够通过自身的形变使得陶瓷叠堆避免受到切向力的影响损坏，提高陶瓷叠堆的使用寿命。

实施例二

本实施例提供一种压电驱动装置，请参阅图6至图8，分别显示为压电驱动装置的正视图、正面剖视图及爆炸视图，该压电驱动装置包括框架4、动子5和实施例一所述的压电叠堆解耦组件，其中，框架4围成一垂向安装空间；动子5位于安装空间内，动子5与框架4之间柔性连接，且动子5中设置有叠堆安装孔50；压电叠堆解耦组件位于叠堆安装孔50中，第一叠堆固定部10固定连接至框架4，第二叠堆固定部32固定连接至动子5，陶瓷叠堆2能够沿叠堆轴线方向形变以驱动动子5相对框架4运动。

作为示例，框架4的上端部中设有上盖孔40，上盖孔40中设有上盖41，第一叠堆固定部10与上盖41粘接，第二叠堆固定部31通过螺孔34与动子本体螺栓连接。本实施例中，上盖孔40呈台阶孔状，靠近动子5一端为小孔端，反之为大孔端，且上盖孔40大孔端的尺寸与上盖41顶部尺寸相匹配；动子5顶部设有动子凸起部53，且动子凸起部53的尺寸与上盖孔40小孔端尺寸相匹配，从而实现上盖41底面沿Y向的两端与框架4接触。其中，上盖41可拆卸的安装于框架4，当上盖41拆卸后，能够显露叠堆安装孔50和位于叠堆安装孔50内的压电叠堆解耦组件，利于压电叠堆解耦组件的更换维护，降低维修成本。

作为示例，上盖41中设有弹簧孔42，弹簧孔42中设有弹簧43，弹簧43的孔心中设置有螺钉44，螺钉44的顶端横截面积大于弹簧43的孔心横截面积，螺钉44的底端与所述动子5连接。螺钉44穿过弹簧43和上盖41与动子5中的螺钉孔连接，螺钉44拧紧后，弹簧43呈压缩状态，弹簧43形变对螺钉44产生沿Z向向上的作用力，从而螺钉44拉动动子5沿Z向向上，即弹簧43通过螺钉44、动子5对压电叠堆解耦组件产生预紧力，其中，弹簧孔42、弹簧43、螺钉44的数量均为偶数，本实施例优选为2个，在水平方向上对称分布于压电叠堆解耦组件的两侧，使得预紧力施加在叠堆轴线方向上。

作为示例，当两侧的弹簧43施加的预紧力不平衡时，如图2至图4所示，通过第一叠堆固定部10和第二叠堆固定部32的翻转，以及第一柔性部11和第二柔性部31的形变对X和Y方向进行解耦，使得陶瓷叠堆2受力始终在叠堆轴线方向。

作为示例，动子5的动子本体底端设有悬臂52，悬臂52在水平方向上凸出于动子本体，悬臂52用于承载光学镜头中的物镜，当陶瓷叠堆2在外加电压的作用下沿叠堆轴线方向发生形变时，带动动子5运动，进而带动悬臂52和物镜运动，实现物镜的对焦；其中，陶瓷叠堆2能够带动动子5实现纳米级高精度位移。

作为示例，压电驱动装置还包括光栅尺60、光栅尺读头61和光栅尺读头固定板62，动子本体中设置有光栅尺安装孔51，光栅尺60粘接在光栅尺安装孔51中；光栅尺读头固定板62的端部设有腰型孔，其通过腰型孔与框架4螺栓连接，光栅尺读头61固定安装于光栅尺读头固定板62靠近动子5的一面，由于光栅尺60和光栅尺读头61被分别固定在动子5和框架4上，因此可通过光栅尺60及光栅尺读头61测算动子5的位移距离。

作为示例，光栅尺60安装于动子本体内部，避免了运动过程中由于外界磕碰而造成的对传感器读数的影响。

作为示例，动子5和框架4通过柔性铰链7连接，柔性铰链7垂直于叠堆轴线方向，当陶瓷叠堆2带动动子5运动时，柔性铰链7受力形变，为动子5提供复位的势能；并且，当悬臂52承载负载时，柔性铰链7能够通过自身的形变抑制由于负载质心与陶瓷叠堆2不同轴产生的偏摆，避免陶瓷叠堆2因为偏摆产生侧向力造成损伤；同时，第一柔性部11和第二柔性部31也能够通过自身的形变进一步避免陶瓷叠堆2受到侧向力的影响。较佳地，柔性铰链7的数量为四个，对称分布于动子5本体的四个角区。

综上所述，本实用新型的压电叠堆解耦组件及压电驱动装置中，上解耦结构中设有第一柔性部，下解耦结构中设有第二柔性部，陶瓷叠堆在运行期间受到侧向力时第一柔性部和第二柔性部能够通过自身的形变使得陶瓷叠堆避免受到切向力的影响损坏，提高陶瓷叠堆的使用寿命；并且，压电叠堆解耦组件能够进行拆卸，利于对陶瓷叠堆进行更换维护。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种压电叠堆解耦组件，其特征在于，包括：

沿叠堆轴线方向依次设置的上解耦结构(1)、陶瓷叠堆(2)和下解耦结构(3)，所述陶瓷叠堆(2)能够沿所述叠堆轴线方向形变；

所述上解耦结构(1)包括沿所述叠堆轴线方向设置的第一叠堆固定部(10)、第一柔性部(11)和第一叠堆连接部(12)，所述第一叠堆连接部(12)与所述第一叠堆固定部(10)平行设置且通过所述第一柔性部(11)连接，所述陶瓷叠堆(2)的顶端固定连接至所述第一叠堆连接部(12)；

所述下解耦结构(3)包括沿所述叠堆轴线方向设置的第二叠堆连接部(30)、第二柔性部(31)和第二叠堆固定部(32)，所述第二叠堆连接部(30)与所述第二叠堆固定部(32)平行设置且通过所述第二柔性部(31)连接，所述陶瓷叠堆(2)的底端固定连接至所述第二叠堆连接部(30)；

所述第一柔性部(11)和所述第二柔性部(31)相互垂直，所述第一叠堆固定部(10)和所述第二叠堆固定部(32)用于将所述陶瓷叠堆(2)固定至预设位置。

2.根据权利要求1所述的压电叠堆解耦组件，其特征在于：所述第一叠堆连接部(12)底部与所述第二叠堆连接部(30)顶部均开设有定位孔(33)，所述定位孔(33)与所述陶瓷叠堆(2)端部尺寸匹配，且两所述定位孔(33)的轴线与所述陶瓷叠堆(2)轴线重合。

3.根据权利要求1所述的压电叠堆解耦组件，其特征在于：所述第二叠堆连接部(30)垂直于所述第二柔性部(31)长度方向的宽度小于所述第二叠堆固定部(32)垂直于所述第二柔性部(31)长度方向的宽度。

4.根据权利要求3所述的压电叠堆解耦组件，其特征在于：所述第二叠堆固定部(32)中设置有螺孔(34)。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的压电叠堆解耦组件，其特征在于：所述第一叠堆固定部(10)、所述第一柔性部(11)和所述第一叠堆连接部(12)为一体成型结构；和/或

所述第二叠堆连接部(30)、所述第二柔性部(31)和所述第二叠堆固定部(32)为一体成型结构。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的压电叠堆解耦组件，其特征在于：所述第一柔性部(11)和/或所述第二柔性部(31)为簧片。

7.一种压电驱动装置，其特征在于，包括：

框架(4)，所述框架(4)围成一垂向安装空间；

动子(5)，位于所述安装空间内，所述动子(5)与所述框架(4)之间柔性连接，且所述动子(5)中设置有叠堆安装孔(50)；以及

权利要求1-6中任意一项所述的压电叠堆解耦组件，所述压电叠堆解耦组件位于所述叠堆安装孔(50)中，所述第一叠堆固定部(10)固定连接至所述框架(4)，所述第二叠堆固定部(32)固定连接至所述动子(5)，所述陶瓷叠堆(2)能够沿所述叠堆轴线方向形变以驱动所述动子(5)相对所述框架(4)运动。

8.根据权利要求7所述的压电驱动装置，其特征在于：所述框架(4)的上端部中设有上盖孔(40)，所述上盖孔(40)中设有上盖(41)，所述上解耦结构(1)与所述上盖(41)粘接。

9.根据权利要求8所述的压电驱动装置，其特征在于：所述上盖(41)中设有弹簧孔(42)，所述弹簧孔(42)中设有弹簧(43)，所述弹簧(43)的孔心中设置有螺钉(44)，所述螺钉(44)的顶端横截面积大于所述弹簧(43)的孔心横截面积，所述螺钉(44)的底端与所述动子(5)连接。

10.根据权利要求7所述的压电驱动装置，其特征在于：还包括光栅尺(60)和光栅尺读头(61)，所述动子(5)中设置有光栅尺安装孔(51)，所述光栅尺(60)安装于所述光栅尺安装孔(51)中，所述光栅尺读头(61)安装于所述框架(4)。