摘要：使用同步輻射光和X 射線掩模板的L IGA 技術(shù)能夠制造大深寬比的三維微結(jié)構(gòu)禽绪。詳細(xì)討論了基于該技術(shù)的微行星齒輪減速器的設(shè)計和制造，包括微行星齒輪減速器的設(shè)計胸竞、微齒輪X 射線掩模板的CAD 技術(shù)尾疟、X 射線深層光刻、微齒輪的微電鑄和微復(fù)制，以及微行星齒輪減速器的微裝配。目前已經(jīng)得到了金屬鎳的厚度為400Lm 的太陽輪荒懒、行星輪，厚度為200 Lm 的固定內(nèi)齒輪峭跺、旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪，其齒數(shù)分別為15锚躺、11新罗、36、39骄雇。用這些微齒輪裝配成了一臺模數(shù)為0.03 mm训奢、減速比為44. 2、最大外徑為2 mm 的微行星齒輪減速器瑰侥，并將其成功地應(yīng)用在直徑為2 mm 的電磁型微馬達上饼暑。
關(guān)鍵詞：3K- 2 型微行星齒輪減速器；微齒輪洗做；L IGA弓叛；電磁型微馬達
微行星齒輪減速器可以降低微馬達的轉(zhuǎn)速，提高微馬達的輸出力矩诚纸，是微機電系統(tǒng)的重要組成部件撰筷。1994 年日本東芝技術(shù)研究所使用微細(xì)電火花技術(shù)(EDM ) 制造出了模數(shù)為0104 mm、減速比為44.2 的微行星齒輪減速器[ 1 ]畦徘；1998 年毕籽，上海交通大學(xué)用EDM 技術(shù)研制出了模數(shù)為0.06mm、減速比為44.2 的微行星齒輪減速器[ 2 ]井辆。使用同步輻射光和X 射線掩模板的L IGA 技術(shù)能夠制造大深寬比的三維微結(jié)構(gòu)关筒，該結(jié)構(gòu)側(cè)壁陡峭溶握，表面平整[ 3 ]。利用LIGA 技術(shù)的特點蒸播，我們又研制出模數(shù)為0.3 mm奈虾、最大外徑為2 mm 的3K- 2 型微行星齒輪減速器。
1 微行星齒輪減速器的設(shè)計
圖1 是微行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)示意圖廉赔，a以息、g、b祥怖、e 分別是太陽輪兴题、行星輪、固定內(nèi)齒輪抽胁、旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪噩檬。太陽輪是輸入輪，旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪是輸出輪喜即。輸入輸出同軸肾轨。
圖1 微行星齒輪減速器
有3個理論中心距，分別是太陽輪和行星輪的理論中心距aag套芦，固定內(nèi)齒輪和行星輪之間的理論中心距abg档徘，旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪和行星輪之間的理論中心距aeg。3 個理論中心距彼此不同短材，為了保證嚙合宝各，在行星輪g 和別的齒輪之間必須有一個共同的實際中心距。顯然搭独，實際中心距的最大值amax 和最小值amin 之間婴削。為保證微齒輪的加工性和嚙合性，避免微齒輪干涉牙肝，我們設(shè)定微齒輪的變位系數(shù)是正值唉俗，旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪的變位系數(shù)x e =0。因為旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪的齒數(shù)最多配椭，旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪的變位系數(shù)取為0 可有效降低微減速器的尺寸虫溜。基于以上設(shè)定颂郎，我們在amax 和am in 之間插值吼渡，就可以得到實際中心距為[ 4 ]
a = amin + 0.76 (amax - amin)
有了實際中心距，根據(jù)通常行星齒輪減速器的計算公式[ 5 ] 乓序，就可計算出微齒輪的參數(shù)寺酪。表1 是模數(shù)為0.03 mm 的微行星齒輪減速器的計算參數(shù)。
表1 模數(shù)為0.03mm的微行星齒輪減速器的計算參數(shù)
 2 X射線掩模板的CAD技術(shù)及加工
在用L IGA 技術(shù)進行加工時替劈，需要先制作出X 光掩模板圖形寄雀，掩模板圖形是通過矩形窗口在光刻膠上連續(xù)曝光而形成的得滤。因此，用LIGA 技術(shù)制備微齒輪的第一步是要把齒輪進行矩形分割百睹，且矩形窗口在0.1～ 150μm之間(視掩模板曝光機技術(shù)參數(shù)而定) 菊虏，分割要包容所有的區(qū)域，只允許重疊阳框，不允許遺漏桦材，否則，曝光不到的地方將不能顯影成圖形旦氓，齒輪的制作也只能以失敗告終炮惕。基于以上考慮汛刻，將各個微齒輪圖形分割成無數(shù)個長方形圖形射贡，并在坐標(biāo)系中以五參數(shù)(M 、N 瘾色、Q演苍、a、b)表示梗爸，其中M 氧吐、N 為長方形中心坐標(biāo)，Q 為長方形一邊與水平軸夾角喜鼓，a副砍、b 分別為長方形的邊長。太陽輪庄岖、行星輪、固定內(nèi)齒輪角骤、旋轉(zhuǎn)內(nèi)齒輪分別被分割成1095隅忿、803、1548邦尊、1443 個曝光矩形窗口背桐。這些矩形窗口轉(zhuǎn)化成曝光機可識別的加工數(shù)據(jù)文件輸出。圖2 是太陽輪蝉揍、外輪齒分割圖链峭，圖3 是內(nèi)齒輪、內(nèi)輪齒分割圖又沾。
圖2 太陽輪弊仪、外輪齒分割圖
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