CS265092B1 - Piezokeraiuická posuvová jednotka - Google Patents

Abstract

V jednom čele tělesa jednotky je vytvořen víkem uzavřený válec spojený a vnitřní drážkou. V ní je souose s válcem rozepřen sloupec piezokeramiky mezi seřizovači šroub v druhém čele .tělesa jednotky a mezi pÍ3t piezokeramiky. Ten je suvně uložen ve válci, jehož zbývající prostor je zcela vyplněn hydroplastickou hmotou, se kterou je v kontaktu výstupní píst, vedený otvoi’em ve stěně válce. Opačný konec výstupního pístu je opřen o direkční pružinu. Využít lze u fotolitografických zařízení v polovodičovém průmyslu, v mikroskopii apod.

Description

Vynález se týká piezokeramické posuvové jednotky s převodem, zvětšujícím a výjimečně i zmenšujícím velikost zdvihu sloupce piezokeramiky .

Sloupce piezokeramiky namáhané na tlak při relativně velké tuhosti vykazují zdvih do asi 50 ^um, což v mnoha případech nevyhovuje. Zvětšení zdvihu sloupců piezokeramiky pomocí převodových mechanismů umožnilo jejich širší uplatnění v oboru délkových a jiných měření, v polovodičovém průmyslu u fotolitografických zařízení, v mikroskopii apod. Dosud se zdvih sloupců piezokeramiky zvětšoval vesměs pomocí pákových převodových mechanismů, jako je tomu například u piezokeramicky poháněného stolku, zveřejněného v časopisu Review of scientific Instruments, ročník 49, číslo 12, z prosince 1978. Získané praktické zkušenosti ukazují, že takové pákové převody jsou vhodné pouze pro relativně malé rychlosti regulace. U zpětnovazebních servosystémů se při zvětšující rychlosti regulace začíná projevovat malá tuhost pákového převodu, což má za následek nízkou vlastní frekvenci, způsobující kmity regulačního obvodu. Vysoká rychlost regulace je nutná především u produkčních fotolitografických zařízení v polovodičovém průmyslu (generátory obrazců, kamery pro přímou expozici atp.).

Popisované nevýhody odstraňuje piezokeramické posuvová jednotka podle tohoto vynálezu. Sestává z uzavřeného válce spojeného s vnitřní drážkou. V té je souose s válcem rozepřen sloupec piezokeramiky. Jeden jeho konec je kontaktně spojen s pístem piezokeramiky, suvně uloženým ve válci. Podstatou jednotky·je, že zbývající prostor válce mezi čelem pístu piezokeramiky a víkem válce je zcela vyplněn hydroplastickou hmotou, se kterou je v kontaktu otvorem ve stěně válce vedený výstupní píst, jehož opačný konec je opatřen direkční pružinou .

Náhradou pákového převodu převodem hydroplastickým (hydraulickým) byl odstraněn hlavní nedostatek stávajících řešení, tj. malá tuhost převodu. Získaná relativně velká tuhost spolu s vnitřním třením v hydroplastické hmotě dovoluje podstatně zvětšit regulační rychlost bez nebezpečí rozkmitání

- 2 265 092 servosystému. Vnitrní tření v hydroplastické hmotě piezokeramické posuvové jednotky umožnilo zavést účinné tlumení systému, které při extrémně rychlých posuvech vůbec nebylo možné realizovat známými technickými prostředky u pákového převodu. Poměr velikostí zdvihu pístů je obrácený k poměru kvadrátů průměrů pístů. Dále - použitá hydroplastická hmota (obvykle na bázi měkčeného PVC 5 dalšími přísadami) umožnila za předpokladu dodržených předepsaných vůlí vyloučit těsnící elementy pístů a tím snížit pasivní odpory na minimum. K tomu přispívá také skutečnost, že na oba písty působí pouze osové síly.

Na připojeném výkresu je v nárysném řezu znázorněno příkladné provedení piezokeramické posuvové jednotky podle vynálezu s převodem do rychlá, tj. se zvětšením zdvihu.

V pravém čele hranolovitého tělesa 3 jednotky je vytvořen válec 9_ s otvorem ve stěně. Válec £ je uzavřen víkem 11 připevněným k tělesu 3 jednotky upevňovacími šrouby 12. Upevňovací šroub 12 v Osazení víka 11 válce 9_ slouží ke spojení tělesa 3 jednotky s nosnou částí 15. Válec 9 je spojen s vnitřní drážkou 10 v tělesu 2 jednotky. V té je souose s válcem 9 pomocí opěrných čípků 3 rozepřen sloupec 2 piezokeramiky na levé straně mezi miskové ložisko 4· v seřizovacím šroubu 2 ^v levém čele tělesa 3 jednotky a na pravé straně mezi miskové ložisko 3 v pístu 2 piezokeramiky. Píst 2 piezokeramiky je suvně uložen ve válci 2· Zbývající prostor válce 2 je zcela vyplněn hydroplastickou hmotou 2· Hydroplastická hmota 2 nesmí obsahovat plynové bubliny, (je vhodné hydroplastickou hmotu 2 ohřát a odplynit ve vakuové sušce /peci/). S hydroplastickou hmotou 2 j^e v kontaktu výstupní píst Τ_> vedený otvorem ve stěně válce 2· Opačný konec výstupního pístu T_ je opřen o direkční pružinu 13. Direkční pružina 13 je upevňovacím šroub.em 12 spojena s výstupkem 14 na tělesu 2 jednotky a je opatřena seřizovacím šroubem 2 pro seřízení jejího předpětí. Upevňovací šroub 12 na direkční pružině 13 slouží zároveň ke spojení tělesa 2 jednotky s nosnou částí 15.

Výstupní píst 2 může být vyveden podle konkrétní potřeby do libovolného směru v prostoru, jeho omezení jsou pouze funkčního a konstrukčního rázu. Direkční pružina 13 může být podle konkrétní potřeby provedena i jako vinutá, membránová apod., stejně tak může být součástí dále připojeného mechanismu.

Změnou velikosti napětí elektrického proudu přivedeného na sloupec 2 piezokeramiky se způsobí změna jeho délky, která se prostřednictvím opěrného čípku 2 ^a miskového ložiska 2 přenese na píst 5 piezokeramiky. Vyvolaná změna objemu válce 9 způsobí v důsledku praktické nestlačítelnosti jej vyplňující hydroplastické hmoty 2 i pohyb výstupního pístu !_ Levý konec sloupce 2 piezokeramiky se prostřednictvím opěrného čípku 2 ^a miskového ložiska 2 opírá θ seřizovači šroub 2 ^v levém čele tělesa 2 jednotky, který umožňuje nastavit výchozí polohu výstupního pístu 2. Direkční pružina 13 způsobuje vratný pohyb celého převodového systému při zkracujícím se sloupci 2 piezokeramiky. Sílu direkční pružiny 13 je možno regulovat seřizovacím šroubem 2Piezokeramickou posuvovou jednotku je možné využít všude tam, kde je při zdvizích o desítky až stovky mikrometrů nutno dosáhnout přesnosti ve zlomcích mikrometru, např. u fotolitografických zařízení v polovodičovém průmyslu, v oboru délkových a podobných měření, v mikroskopii apod.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Piezokeramická posuvová jednotka, sestávající z uzavře ného válce spojeného s vnitrní drážkou, v níž je souose s válcem rozepřen sloupec piezokeramiky jedním koncem kontaktně spojený s pístem piezokeramiky, suvně uloženým ve válci, vyznačující se tím, že zbývající prostor válce (9) mezi čelem pístu (5) piezokeramiky a víkem (11) válce (9) je zcela vyplněn hydroplastřekou hmotou (6), se kterou je v kontaktu otvorem ve stěně válce (9) vedený výstupní píst (7), jehož opačný konec je opatřen direkční pru žinou (13) .