專利名稱：用于懸掛可偏轉的微型機械元件的扭力彈簧元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種扭力彈簧元件，其用于懸掛諸如可圍繞旋轉軸線樞 轉的反射元件之類的可偏轉的微型機械元件。就此而論，這種樞轉能以 擺動的方式在兩個具有預設旋轉角的換向點之間進行。該樞轉運動可通 過靜電驅動，或者以本身已知的方式利用不同的物理原理來驅動。
背景技術：
為了保證驅動所需要的能量盡可能地低，這樣的系統經常在保持共 振條件被驅動。在這一點上，就必須注意到該系統的固有共振。這取決 于多個參數。除自重之外，還必須考慮彈簧元件的彈簧特性和相應的偏 轉。在驅動功率恒定的情況下，當驅動器采用共振頻率時，能夠得到比 驅動頻率與共振頻率不同的情況大得多的偏轉。在該方面的出現的其他 的問題將在下文中予以指出。
使用具有線性彈簧特性的彈簧元件來懸掛這種可偏轉的微型機械
元件。這也是系統中的示例，這些系統利用了由H.Schenk在"用于光 的一維和二維偏轉的創新微型驅動器"中描述的也稱之為"面外電極刷 (electrode comb )"的驅動原理，該文獻是杜伊斯堡的德國杜依斯堡綜 合大學的2000年的學位論文。
出現滯后效應，并且還必須注意到，在正常情況下，僅利用超出共 振頻率(固有頻率)的驅動頻率用于保持共振條件。這種操作不能由較 小的驅動頻率所得到。如果沒有達到共振頻率，這種狀態就會消失，并 僅能在顯著高于共振頻率的驅動頻率(通常為共振頻率的四倍)下才能 再次啟動。在相應于雙倍的共振頻率的驅動頻率下，可以進行具有共振 條件永久操作。
出于此目的需要嚴格的規則，其中，還必須要考慮相位。
4但是，不能頻繁使用微型機械元件最大的可能偏轉，這是由于在處 于共振頻率附近的運轉中存在風險，即在驅動頻率的較低波動時振蕩偏 轉就已經被破壞了。還必須注意到，最大偏轉(振幅)的穩定性在極大 程度上取決于位于共振頻率附近的相應的驅動頻率。由此，驅動頻率在 該范圍中的較小變化導致了變化相當大的偏轉。
在應該在共振條件下運轉的這種系統中，努力避免對共振頻率的影 響，其在運轉中導致共振頻率變化。這適用于相應的偏轉的影響和所使 用的彈簧元件的彈簧特性，該彈簧元件應至少在工作范圍中具有線性的 彈簧特性。利用不同彈簧特性，共振頻率的變化同樣取決于相應的偏轉， 這導致在增大偏轉時在遞減的彈簧特性的情況下，朝較小的共振頻率方 向移動，并在遞增的彈簧特性情況下，朝較大的共振頻率方向移動。
還應考慮稱為"吸附"的效應，該效應不利地具有這樣的結果，即 不能利用最大的可能偏轉來可靠地避免對這樣一種系統造成機械損傷。
發明內容
因此，本發明的目的是，提供一種用于懸掛可偏轉的微型機喊元件的 扭力彈簧元件，它相對于已知的彈性元件，可在運轉中獲得改進的特性。
根據本發明該目的是通過權利要求1所述的扭力彈簧元件得以實 現。通過利用在從屬權利要求中指出的特征，可實現本發明的有利實施 例和進一步的發展。
根據本發明的扭力彈簧元件制成為，使得它們沿其縱向軸線方向具 有變化的幾何形狀，從而具有非線性的彈簧特性。
在這方面，縱向軸線定向在夾具或支架和可偏轉的微型元件之間， 該可偏轉的微型元件由至少 一個扭力彈簧元件保持。
在這方面，根據本發明的扭力彈簧元件可具有沿縱向軸線方向定向 的直線區域，以及該直線區域結合到其中的叉/分支。因而，這種扭力
彈簧元件可至少大致形成"Y"型。
在這種扭力彈簧元件上的一個或多個叉/分支制成具有肢的V型或 U型。這些肢在它們的外端面上連接至可偏轉的元件或連接至支架/夾 具。在叉/分支上可以構成至少兩個肢。當然，還可存在多于兩個的肢。 這些肢又通過例如制成橫向腹板形式的部分來連接。
叉/分支的肢可以是直線形的。它們還可彼此平行或平行于縱向軸線 定向。
叉/分支的肢也可以是彎曲的。
在扭力彈簧元件上形成的叉/分支應該相對于縱向軸線對稱。
根據本發明的扭力彈簧元件的可能的實施例在至少在一個端面處 形成三角形，其連接于直線形的區域。
在扭力彈簧元件的端面上形成的叉/分支可具有不同于彼此的形狀， 并需要時可直接彼此連接，以致在該扭力彈簧元件上，不必存在沿縱向 軸線方向定向的直線形區域。
但是，扭力彈簧元件的叉/分支還可沿縱向軸線方向具有不同的長度 和/或肢數。這可通過不同于彼此的叉/分支的肢長來實現。
連接至叉/分支或以這種方式伸展的區域構成為，使得它沿縱向具有 變化的抗扭截面系數。這可以通過諸如變化的橫截面之類的簡單方式來 實現。在這方面，可改變橫截面面積。
優選地，該抗扭截面系數的變化可以選擇為沿縱向軸線方向是連續的。
在這方面，該抗扭截面系數可沿縱向軸線方向增大至達到最大，而 后，可在下文中再次減小。
在根據本發明所述的扭力彈簧元件中，還可在兩個直線形的區域之 間構成具有肢的分支，其中這些肢在該分支上存在相互不同的定向。這 種分支的肢可相對于縱向軸線垂直、平行和/或以非直角傾斜的角度定 向。
通過相應的適合的設計和尺寸，能夠制成具有適于應用的彈簧特性 的扭力彈簧元件。在這方面，可預設彈簧特性，其中，確定的彈簧力根 據相應的偏轉得到。由此，可呈現出根據本發明的扭力彈簧元件的彈簧 特性，其中出現遞減特征，而后出在較大偏轉時出現遞增特征。由此， 在開始時和在較小偏轉時需要的驅動力比在較大偏轉的情況更小。偏轉 的扭力彈性元件的回復力同樣以這種方式表現。因此，在平衡位置或中央位置附近的回復力較小；但是，至少在局部區域，在偏轉時相對于相 應的偏轉和相應的力是非線性關系如在線性的彈簧特性中存在的。
雖然扭力彈簧元件實際上是單個的元件，但根據本發明的實施例， 它類似地表現為"一系列連接"。根據本發明的扭力彈簧元件的彈簧特 性可多次分級，并根據相應的偏轉，來增大彈簧力。
在多個應用情況中，可避免或減少具有線性彈簧特性的彈簧元件的 缺點。
以與常規彈簧元件相似的方式來制造根據本發明的扭力彈簧元件， 其中僅考慮相應的設計因此不必增加制造成本。
根據本發明的扭力彈簧元件可存在于諸如微反射鏡之類的反射元 件，其可用于最具變化的掃描儀。
也可以應用于用于數據輸出的裝置，例如激光顯示器、激光打印機、 激光瀑光裝置等.
但是，在諸如壓力傳感器，粘度傳感器或加速計的傳感器中，還存 在將扭力彈簧元件設置在可偏轉的元件中的可能性。
具體實施例方式
在下文中，借助于示于圖l至7的示例，示意性地解釋本發明。
因此，圖l示出了用于根據本發明的扭力彈簧元件(扭力彈簧元件) 的示例的可能實施例的八個示例。
在這方面，除了下面一行中的右側所示的示例以外，在所有的示例 中都存在沿縱向軸線定向直線形區域。在上面一行中所示的示例在端面 處具有叉/分支，其構成為V型或U型。
示于下面一行中的示例在兩端面處均具有叉/分支，其每一個可具有 不同的設計，或者它們沿縱向軸線的長度是不同的。
示于下面一行中的最右面的示例由兩個彼此直接相連的叉/分支形 成，其中一個制成U型，另一個制成V型。
圖2示出了四個其他的示例。在兩個上部的示例中，具有多于兩個 肢的叉/分支在端面處連接于制成直線形的區域。在示于底部的兩個示例中，已設有v型或u型的叉/分支的它們在 相對的端面處"i殳有兩個肢。
對于至此所解釋的示例，對于所有的部件和區域均考慮到分別相等
的橫截面面積。但是，圖3所示的兩個示例中并不是這種情況。在此， 一部分扭力彈簧元件通過橫截面面積沿縱向軸線連續的改變而沿縱向 軸線方向制成。從而，抗扭截面系數同樣相應變化，這影響了在不同偏 轉時的彈簧特性。
圖4示出了三角形的分支在端面處連接于制成直線的區域的示例。
在圖5所示的示例中，在兩個相對設置的端面處存在形成一對的兩 個相應的肢。在這方面，這兩對的肢長是不同的，以致構成一對的兩個 肢所包括的角度同樣是不同的。
在圖6和7所示的示例中，存在分支，其設置在兩個制成直線形的 區域之間并連接至這兩個區域。在分支上，再次存在多個肢，并且多個 肢的定向彼此不同。
在根據圖7的示例中，在端面處另外存在V型的叉/分支。
權利要求
1. 一種用于懸掛可偏轉的微型機械元件的扭力彈簧元件，所述扭力彈簧元件保持于懸掛裝置上并連接至微型機械元件，其特征在于，所述扭力彈簧元件的幾何形狀沿其縱向軸線方向是變化的，因此所述扭力彈簧元件具有非線性的彈簧特性。
2. 如權利要求l所述的扭力彈簧元件，其特征在于，沿所述縱向軸線 方向定向的直線區域在至少一個端面處具有X/分支。
3. 如權利要求1或2所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述5L/分 支制成V型或U型。
4. 如前i^L利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在叉 /分支處存在至少兩個肢。
5. 如前i^5L利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在至 少一個端面處形成三角形的區域。
6. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述 扭力彈簧元件由彼此連接的兩個不同設計的X/分支形成。
7. 如前a利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，位于 所述扭力彈簧元件處的叉/分支沿所述縱向軸線方向具有不同的長度和/或 不同的肢數。
8. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，連接 至X/分支的區域具有沿所述縱向變化的抗扭截面系數。
9. 如權利要求7所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述抗扭截面系 數連續地變化。
10. 如權利要求7或8所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述抗扭 截面系數增加到最大值，并隨后沿所述縱向軸線方向減小。
11. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在所述扭力彈簧元件處形成X/分支形的V型或u型區域沿所述縱向軸線方向具有彼此不同的肢長。
12. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述扭力彈簧元件制成為相對于所述縱向軸線垂直對稱。
13. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述X/分支的肢制成直線形。
14. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述X/分支的肢是彎曲的。
15. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在 兩個制成直線的區域之間形成分支，所述分支具有多個沿相互不同的方向 定向的肢。
16. 如權利要求15所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所述分支的肢 相對于所述縱向軸線垂直、平行和/或以非直角傾斜的角度定向。
17. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，所 述5L/分支相對于所述縱向軸線對稱制成。
18. 如前述權利要求中的一項所述的扭力彈簧元件，其特征在于，在 較小偏轉時，所述扭力彈簧元件具有遞減的彈簧特性變化，它在偏轉增加 時轉化為為遞增的彈簧特征變化。
全文摘要
本發明涉及一種用于懸掛諸如可圍繞旋轉軸線旋轉的反射元件之類的可偏轉的微型機械元件的扭力彈簧元件。因此，本發明的目的是，提供用于懸掛可偏轉的微型機械元件的扭力彈簧元件，該扭力彈簧元件相對于已知的彈性件可在運轉中獲得改進的特性。根據本發明的扭力彈簧元件制成為，使得它們沿其縱向軸線方向具有變化的幾何形狀，從而具有非線性的彈簧特性。在這方面，該縱向軸線定向在夾具或支架和可偏轉的微型機械元件之間，該機械元件由至少一個扭力彈簧元件保持。在這方面，根據本發明的扭力彈簧元件可具有沿縱向軸線方向定向的直線區域，并在至少一個端面上具有過渡到該直線區域的叉/分支。
文檔編號B81B3/00GK101426717SQ200680054380
公開日2009年5月6日 申請日期2006年4月24日 優先權日2006年4月24日
發明者亞歷山大·沃爾特, 克里斯蒂安·德拉貝, 托馬斯·克洛澤 申請人:弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司