(57)【要約】【課題】  ぶれ方向の共振周波数を高くすることを可能とした圧電アクチュエータおよび駆動装置を提供すること。【解決手段】  本発明の圧電アクチュエータは、矩形の伸縮変位部および前記伸縮変位部の伸縮変位方向に連結された矩形の剪断変位部を備える圧電アクチュエータであって、伸縮変位方向の長さをＨ、剪断変位方向の長さをＬ、前記伸縮変位方向と前記剪断変位方向とに垂直な方向の長さをＷ、密度をρ、そしてヤング率をＹとしたとき、前記Ｈ、Ｌ、Ｗ、ρ、そしてＹが、Ｈ≦１０ｍｍ、Ｌ／Ｗ≦２．５、ρ≦８×１０−３ｋｇ／ｍ３、かつ６５ＧＰａ≦Ｙ、なる関係式を満たす。【選択図】  図１
2006006021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の伸縮変位部および前記伸縮変位部の伸縮変位方向に連結された矩形の剪断変位部を備える圧電アクチュエータであって、
伸縮変位方向の長さをＨ、剪断変位方向の長さをＬ、前記伸縮変位方向と前記剪断変位方向とに垂直な方向の長さをＷ、密度をρ、そしてヤング率をＹとしたとき、
前記Ｈ、Ｌ、Ｗ、ρ、そしてＹが、
Ｈ≦１０ｍｍ、
Ｌ／Ｗ≦２．５、
ρ≦８×１０−３ｋｇ／ｍ３、かつ
６５ＧＰａ≦Ｙ、
なる関係式を満たすことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
矩形の伸縮変位部および前記伸縮変位部の伸縮変位方向に連結された矩形の剪断変位部を備える、６個の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータが固定される台座と、を備える駆動装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記剪断変位方向に沿って２列に、前記伸縮変位方向と前記剪断変位方向とに垂直な方向に沿って３列に互いに接触しないように、台座上に配置されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
前記圧電アクチュエータは、
伸縮変位方向の長さをＨ、剪断変位方向の長さをＬ、前記伸縮変位方向と前記剪断変位方向とに垂直な方向の長さをＷ、密度をρ、そしてヤング率をＹとしたとき、
前記Ｈ、Ｌ、Ｗ、ρ、そしてＹが、
Ｈ≦１０ｍｍ、
Ｌ／Ｗ≦２．５、
ρ≦８×１０−３ｋｇ／ｍ３、かつ
６５ＧＰａ≦Ｙ、
なる関係式を満たすことを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送り装置等に用いられる、圧電体の剪断変位および厚み変位を利用した圧電アクチュエータおよび駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電圧をかけることにより剪断変位を生じる圧電素子および厚み変位を生じる圧電素子を連結した圧電アクチュエータが知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１の圧電アクチュエータは、水平なステージを支える駆動脚の一方が、圧電体を上下に連結したものであり、一方の圧電体は伸縮方向に変形するように、上下方向に分極されている。他方の圧電体は剪断変位を行なうように、水平方向に分極されている。この圧電アクチュエータは、分極方向の異なる圧電体を挟むように３枚の電極を設け、電極間に電圧を印加することによりそれぞれの圧電体に伸縮あるいは剪断の変位を生じさせることができるように構成されている。
【０００３】
また、圧電アクチュエータの中には、その形状を整えることにより、変位方向に垂直な方向の振れを小さくするものが知られている（たとえば、特許文献２）。特許文献２に記載されている圧電アクチュエータは、積層型圧電素子の側面を研削し、その面を基準として残りの面をそれぞれ直角になるように形状を整え、積層方向の伸び量ΔＬに対し、積層方向に垂直な振れ量ΔＲの比を１０％以下としている。
【特許文献１】特公平３−８１１１９号公報
【特許文献２】特開２００３−４６１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、ステージ等の被駆動体を移動させる際にストロークを大きくとるために分極方向の異なる圧電体を連結した圧電アクチュエータが提案されている。また、さらに被駆動体の移動を高速化させるためには、高周波数で圧電アクチュエータを制御し、ステージ送りを高速化するという方法がある。
【０００５】
しかしながら、振動の周波数を高くすると、圧電アクチュエータの形状に起因して送り方向に垂直な方向に圧電アクチュエータの先端が振れる共振が生じ、被駆動体が送り方向に垂直な方向にわずかにずれてしまったり、本来の送り方向の変位を確保できなかったりすることがあり、駆動が安定しない。そこで、高周波数による圧電アクチュエータの制御を実現するためには、送り方向に垂直なぶれ方向の共振周波数を高周波数側にシフトさせ、非共振領域を高周波数側に拡大させる必要がある。
【０００６】
本発明は、ぶれ方向の共振周波数を高くすることを可能とした圧電アクチュエータおよび駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電アクチュエータは、矩形の伸縮変位部および前記伸縮変位部の伸縮変位方向に連結された矩形の剪断変位部を備える圧電アクチュエータであって、伸縮変位方向の長さをＨ、剪断変位方向の長さをＬ、前記伸縮変位方向と前記剪断変位方向とに垂直な方向の長さをＷ、密度をρ、そしてヤング率をＹとしたとき、前記Ｈ、Ｌ、Ｗ、ρ、そしてＹが、Ｈ≦１０ｍｍ、Ｌ／Ｗ≦２．５、ρ≦８×１０−３ｋｇ／ｍ３、かつ６５ＧＰａ≦Ｙ、なる関係式を満たすことを特徴としている。
【０００８】
これにより、圧電アクチュエータの伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向の振動の共振周波数が、１２ｋＨｚ以上となり、非共振周波数領域を拡大することができるため、伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向の振動を抑制しつつ、１０ｋＨｚ以上の周波数で圧電アクチュエータを振動させることができる。その結果、例えば振幅１００Ｖの正弦波の駆動電圧を印加したときの剪断変位方向の変位が０．６μｍの単振動となる圧電アクチュエータを、ステージ送り装置に用い、上記印加電圧でステージを駆動させた場合、剪断変位方向について２０ｍｍ／ｓ以上のステージ速度で安定してステージ駆動をコントロールできる。したがって、通常の送り方向の振動速度において、被駆動体が送り方向に垂直な方向へずれるのを防ぎ、本来の送り方向へのストロークを確保することができ、振動を安定させることができる。
【０００９】
（２）また、本発明の駆動装置は、矩形の伸縮変位部および前記伸縮変位部の伸縮変位方向に連結された矩形の剪断変位部を備える、６個の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータが固定される台座と、を備える駆動装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記剪断変位方向に沿って２列に、前記伸縮変位方向と前記剪断変位方向とに垂直な方向に沿って３列に互いに接触しないように、台座上に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
これにより、隣り合う圧電アクチュエータを楕円運動の１／２周期ごとに交互に被駆動体に当てて、被駆動体を３点支持により安定して駆動させることができる。
【００１１】
（３）また、本発明の駆動装置は、前記圧電アクチュエータは、伸縮変位方向の長さをＨ、剪断変位方向の長さをＬ、前記伸縮変位方向と前記剪断変位方向とに垂直な方向の長さをＷ、密度をρ、そしてヤング率をＹとしたとき、前記Ｈ、Ｌ、Ｗ、ρ、そしてＹがＨ≦１０ｍｍ、Ｌ／Ｗ≦２．５、ρ≦８×１０−３ｋｇ／ｍ３、かつ６５ＧＰａ≦Ｙ、
なる関係式を満たすことを特徴としている。
【００１２】
これにより、被駆動体を圧電アクチュエータの３点支持により安定して駆動させることができる。さらに、通常の送り方向の振動速度において、被駆動体が送り方向に垂直な方向へずれるのを防ぎ、本来の送り方向へのストロークを確保することができ、圧電アクチュエータの振動を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る圧電アクチュエータによれば、圧電アクチュエータの伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向の振動の共振周波数が、１２ｋＨｚ以上となり、非共振周波数領域を拡大することができるため、伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向の振動を抑制しつつ、１０ｋＨｚ以上の周波数で圧電アクチュエータを振動させることができる。その結果、例えば振幅１００Ｖの正弦波の駆動電圧を印加したときの剪断変位方向の変位が０．６μｍの単振動となる圧電アクチュエータを、ステージ送り装置に用い、上記印加電圧でステージを駆動させた場合、剪断変位方向について２０ｍｍ／ｓ以上のステージ速度で安定してステージ駆動をコントロールできる。したがって、通常の送り方向の振動速度において、被駆動体が送り方向に垂直な方向へずれるのを防ぎ、本来の送り方向へのストロークを確保することができ、振動を安定させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る駆動装置によれば、隣り合う圧電アクチュエータを楕円運動の１／２周期ごとに交互に被駆動体に当てて、被駆動体を３点支持により安定して駆動させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る駆動装置によれば、被駆動体を圧電アクチュエータの３点支持により安定して駆動させることができる。さらに、通常の送り方向の振動速度において、被駆動体が送り方向に垂直な方向へずれるのを防ぎ、本来の送り方向へのストロークを確保することができ、圧電アクチュエータの振動を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。ただし、これは一実施形態であって、この実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、圧電アクチュエータ１の斜視図である。圧電アクチュエータ１は、本体部２およびシム部３ａおよび３ｂから構成されている。本体部２の形状は矩形であり、中央の平面電極４を介して伸縮変位部５に剪断変位部６が連結され、形成されている。伸縮変位方向とは、圧電アクチュエータの固定端からの高さ方向である。剪断変位方向とは、圧電アクチュエータのたわみ１次振動方向であり、圧電アクチュエータをステージ送りに用いるときには送り方向となる。また、伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向とは、たわみ１次振動に対するぶれ方向である。図１に示すように、圧電アクチュエータ１の伸縮変位方向の長さはＨ、剪断変位方向の長さはＬ、伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向の長さはＷである。伸縮変位部５は圧電体７ａと平面電極８ａが交互に積層されており、剪断変位部６は圧電体７ｂと平面電極８ｂが交互に積層されている。圧電体７ａは伸縮変位方向に分極されており、圧電体７ｂは、剪断変位方向に分極されている。圧電体７ａおよび圧電体７ｂの材料は、ＰＺＴ等の圧電セラミックスである。また、平面電極の材料は、銀、パラジウム等の導体である。たとえば、圧電アクチュエータ１の形状および材料は、Ｈが１０ｍｍ、Ｌが６ｍｍ、Ｗが２．４ｍｍであり、密度は、８×１０−３ｋｇ／ｍ３で、ヤング率は、６５ＧＰａである。
【００１８】
このような形状をとることにより、圧電アクチュエータ１の伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向の振動の共振周波数が、１２ｋＨｚ以上となり、非共振周波数領域を拡大することができるため、伸縮変位方向と剪断変位方向とに垂直な方向の振動を抑制しつつ、１０ｋＨｚ以上の周波数で圧電アクチュエータ１を振動させることができる。その結果、例えば圧電アクチュエータ１が振幅１００Ｖの正弦波の駆動電圧を印加したときの剪断変位方向の変位が０．６μｍの単振動となる変位能を有していて、この圧電アクチュエータ１をステージ送り装置に用い、上記印加電圧でステージを駆動させた場合、剪断変位方向について２０ｍｍ／ｓ以上のステージ速度で安定してステージ駆動をコントロールできる。したがって、通常の送り方向の振動速度において、被駆動体が送り方向に垂直な方向へずれるのを防ぎ、本来の送り方向へのストロークを確保することができ、振動を安定させることができる。
【００１９】
シム部３ａおよび３ｂは、本体部２の伸縮変位方向の両端に連結して設けられ、剪断変位部６の端面に設けられているシム部３ｂの形状は突起を有する板の形状であり、伸縮変位部５の端面に設けられているシム部３ａの形状は板状である。図示するようなシム部３ｂの突起を有する板の形状は、一例であり、蒲鉾型の形状等であってもよい。シム部３ａおよび３ｂの材料は、絶縁材料であり、特に限定されない。
【００２０】
圧電体７ａおよび圧電体７ｂの側面には、ＧＮＤ用の取り出し電極２１と、伸縮変位部用取り出し電極２２と、剪断変位部用取り出し電極２３とが設けられている。ＧＮＤ用の取り出し電極２１は、１枚おきに平面電極８ａおよび平面電極８ｂと接続し、中央の平面電極４とも接続している。伸縮変位部用取り出し電極２２は、１枚おきに平面電極８ａと接続している。剪断変位部用取り出し電極２３は、１枚おきに平面電極８ｂと接続している。これらの取り出し電極の材料の一例としては、銀、パラジウム、銅等の導体がある。また、ＧＮＤ用の取り出し電極２１はリード線２１ａを介し接地され、伸縮変位部用取り出し電極２２はリード線２２ａを介し交流電源に接続され、剪断変位部用取り出し電極２３はリード線２３ａを介し上記交流電源に対して位相差が９０°の交流電源に接続されている。これにより、シム部３ｂの突起が楕円軌道を描くように圧電アクチュエータ１を振動させることができる。上記の位相差は、９０°近傍であれば上記のシム部３ｂの突起に楕円軌道で運動させることができる。また、入力電圧による位相差を各圧電部に設定することによりいずれ側の方向にも楕円運動をさせることができる。
【００２１】
図２は、圧電体７ａおよび圧電体７ｂの分極方向を示した圧電アクチュエータ１の模式的な側面図である。図２に示すように、伸縮変位部５を形成する圧電体７ａは平面電極８ａの表面に垂直な向きＰ１またはＰ２に分極しており、剪断変位部６を形成する圧電体７ｂは平面電極８ｂに平行で、矩形の一辺に平行な向きＱ１またはＱ２に分極している。図２に示すように、ここでは伸縮変位部５の圧電体７ａは４層積層しており、剪断変位部６の圧電体７ｂも４層積層している。ただし、積層数は任意であり、伸縮変位部５と剪断変位部６の積層数の比が異なっていてもよい。また、それぞれが積層構造でなく、単層構造であってもよい。なお、伸縮変位部５については、平面電極８ａを生の圧電体７ａに埋め込み一体焼成により、電極を内層部分に形成してあってもよい。
【００２２】
圧電アクチュエータ１の作製方法を以下に示す。まず、予め圧電アクチュエータの設計を行なう。たとえば、得ようとする圧電アクチュエータの伸縮変位方向長さＨを１０ｍｍ、剪断変位方向長さＬを６ｍｍ、ぶれ方向長さＷを２．４ｍｍとする。ＰＺＴ系の圧電セラミックス粉末をバインダーおよび有機溶媒と混合しスラリーを作製する。
【００２３】
次に、混合して得られたスラリーを用い、得ようとする圧電アクチュエータの高さおよび積層枚数を考慮して、設計された厚さでドクターブレードにより生シートを作製する。それぞれ伸縮変位部用、剪断変位部用に電極印刷のために設計したスクリーンにより、得られた生シートの表面に平面電極８ａを印刷する。伸縮変位部用の生シートを重ねて、圧着し一体焼成し、設計された形状に加工する。一方、剪断変位部用の生シートは単板として焼成した後、設計された形状に加工する。
【００２４】
次に、一体焼成された伸縮変位部５の圧電体について積層方向に分極処理を行ない、伸縮変位部５を作製する。一方、剪断変位部用に単板で焼成したプレートは重ねたときに所定の平面方向に分極方向がそろうように各々分極処理し、電極を挟んで積層するように接着剤で接着する。このようにして作製された剪断変位部６を、りん青銅からなる中央の平面電極４を挟んで伸縮変位部５に重ねて接着し、シム部３ａおよび３ｂを接着して、圧電アクチュエータを作製する。なお、接着は種々の樹脂接着剤を用いる。なお、ここでは伸縮変位部５は一体焼成により作製しているが、単板焼成し接着して積層してもよい。
【００２５】
以下に、圧電アクチュエータ１に交流電圧を印加したときの動作を説明する。圧電アクチュエータ１を振動させたとき、シム部３ｂの突起は１周期にわたり、図３に示すような軌道を描く。図４は、１／４周期ごとの圧電アクチュエータ１の形状および突起の軌道を示した図である。圧電アクチュエータ１は、台座３０の上に固定されている。圧電アクチュエータ１に対して、伸縮変位部用取り出し電極２２には正弦波の電圧が印加され、剪断変位部用取り出し電極２３にはその正弦波の位相を９０°ずらした電圧が印加されている。このような電圧の入力方法により、伸縮変位部は伸縮変位の単振動をし、剪断変位部６は、伸縮変位部５の伸縮変位と９０°位相のずれた剪断変位の単振動をする。こうして、図３に示すように、シム部３ｂの突起は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄという軌跡の楕円軌道を描く。なお、上記突起の軌道は必ずしも楕円軌道である必要はなく、電源の制御により矩形の軌道としてもよい。また、上記の印加電圧の位相差は、９０°近傍であれば上記のシム部３ｂの突起に楕円軌道で運動させることができる。また、入力電圧による位相差を各圧電部に設定することにより、圧電アクチュエータにいずれ側の方向にも楕円運動をさせることができる。
【００２６】
たとえば、ステージを送るのに圧電アクチュエータ１を用いるとき、圧電アクチュエータ１は１周期にわたり、図４に示すような動作をする。図４は、１／４周期ごとの圧電アクチュエータ１の状態を示している。図４に示すように、圧電アクチュエータ１の伸縮変位部５側のシム部３ａは台座３０に固定されており、剪断変位部６側のシム部３ｂの突起がステージ３１に接触することにより、ステージ３１が駆動される。以下に、このときの圧電アクチュエータ１の動作を説明する。
【００２７】
図４（ａ）は、伸縮変位部５が伸びきっており、剪断変位部６は突起を有するシム部３ｂを左方向に送るように剪断変位し、その剪断変位速度が最大である状態を示している。シム部３ｂの突起はステージ３１の表面に当たっている。図４（ｂ）は、伸縮変位部５の縮む速度が最大になっており、剪断変位部が突起を有するシム部３ｂを最も左の位置まで送った状態を示している。シム部３ｂの突起は、ステージ３１の表面から離れている。図４（ｃ）は、伸縮変位部５が最も縮んでおり、剪断変位部６が突起を有するシム部３ｂを右方向に送るように剪断変位し、その剪断変位速度が最大である状態を示している。シム部３ｂの突起はステージ３１の表面から離れている。図４（ｄ）は、伸縮変位部５の伸びる速度が最大になっており、剪断変位部が突起を有するシム部３ｂを最も右の位置まで送った状態を示している。シム部３ｂの突起は、ステージ３１の表面から離れている。
【００２８】
（実施形態２）
実施形態１では、圧電アクチュエータ１について説明したが、このような圧電アクチュエータを台座上に３×２の配置で固定して駆動装置としてもよい。図５は、圧電アクチュエータを備える駆動装置４０の斜視図である。圧電アクチュエータ４１〜４６は、実施形態１で説明した矩形の伸縮変位部と矩形の剪断変位部とを備える圧電アクチュエータである。台座５０は、矩形で、密度７．９３×１０−３ｋｇ／ｍ３、ヤング率２１０ＧＰａのＳＵＳ製である。台座５０の形状は、たとえば高さ１０ｍｍ、幅１４ｍｍ、長さ２８ｍｍである。ただし、台座５０の形状および材料は、圧電アクチュエータの振動により変形や共振の生じないものであれば十分であり、上記のものに限定されない。たとえば、台座５０をセラミックス製としてもよい。図５に示すように、圧電アクチュエータ４１〜４６は、振動したときに互いに接触しない程度の間隔をあけて、そのぶれ方向に２列、送り方向に３列に配置され、台座５０に固定されている。
【００２９】
次に、駆動装置４０の動作を説明する。駆動装置４０の各圧電アクチュエータには、互いに隣り合うもの同士に１／２周期だけ位相の異なる交流電圧を印加して、駆動装置４０を動作させる。たとえば、図５に示す圧電アクチュエータ４１、４３および４５を同期させて同一の位相θで振動させるとき、圧電アクチュエータ４２、４４および４６も、同期させて同一の位相θ+１８０°で振動させる。図６の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ１／２周期異なる時点における駆動装置４０の平面図であり、斜線がかかっている圧電アクチュエータは、被駆動体であるステージに当たっている圧電アクチュエータを示している。したがって、駆動装置４０は隣り合わない３つの圧電アクチュエータを交互にステージに当てて、ステージを駆動させる。これにより、隣り合う圧電アクチュエータを楕円運動の１／２周期ごとに交互に被駆動体に接触させて、ステージを３点支持により安定して送ることができる。
【００３０】
図７は、上記のような動作を行なう駆動装置４０の略側面図である。図７の（ａ）〜（ｄ）は、駆動装置４０を動作させたときの１／４周期ごとの状態をそれぞれ示している。隣り合って設置された圧電アクチュエータを１／２周期だけ位相を変えて振動させ、各圧電アクチュエータの楕円軌道が繰り返されることにより、圧電アクチュエータの剪断変位方向の一方に被駆動体であるステージ５１を移動させる。図中の矢印は、各部分の速度を模式的に表したものである。なお、図７において圧電アクチュエータ４２、４３、４５、４６は省略している。
【実施例】
【００３１】
本発明者らは、圧電アクチュエータの形状により、圧電アクチュエータのぶれ方向の共振振動数が変動することを見出した。したがって、適当な形状の圧電アクチュエータを形成することにより、ぶれ方向の共振周波数を高周波側にシフトさせることが可能である。共振周波数を高周波側にシフトさせた場合には、図８に示すように、ピークの裾野となる被共振領域を拡大することができる。たとえば、ぶれ方向の振動を無視できる最大駆動周波数をＸ１からＸ２に大きくし、Ｘ１からＸ２までの周波数で振動させたときにぶれ方向の振動を回避することができる。共振周波数と、非共振領域として使用できる最大周波数との差は、例えば２ｋＨｚ程度とするのが好ましい。
【００３２】
このような原理に基づき、ぶれ方向の共振を回避すべく、圧電アクチュエータについて、コンピュータにより有限要素法シミュレーションを行なった。シミュレーションのプログラムには、ＭＡＲＣ／ＭＥＮＴＡＴ２００４（エムエスシーソフトウェア社）を用いた。
【００３３】
シミュレーションの際には、駆動装置４０と同様な構成の駆動装置の形状および材料のデータを入力し、共振周波数を調べた。圧電セラミックスとしては密度７．６×１０−３ｋｇ／ｍ３、ヤング率６５ＧＰａのＰＺＴ系セラミックスを用いているとして物性値を入力し、圧電アクチュエータは、密度８．０×１０−３ｋｇ／ｍ３、ヤング率６５ＧＰａで、伸縮変位方向長さＨを４〜１０ｍｍ、剪断変位方向長さＬを６〜１２ｍｍ、ぶれ方向長さＷを２〜１２ｍｍとなるように値を入力した。台座は、密度７．９３×１０−３ｋｇ／ｍ３、ヤング率２１０ＧＰａのＳＵＳ製であるとして、伸縮変位方向長さを１０ｍｍ、剪断変位方向長さを２８ｍｍ、ぶれ方向長さを１４ｍｍとして入力した。台座の形状および材料は、圧電アクチュエータへの影響を無視できる限り特に限定されない。
【００３４】
図９は、圧電アクチュエータの形状と、最も低い共振周波数の関係を示す図である。図９に示すように、Ｌ／Ｗが小さいほど共振周波数は大きくなる傾向があり、Ｈが小さいほど共振周波数は大きくなる傾向がある。また、材料の密度は小さくなるほど、共振周波数が大きくなり、ヤング率は大きくなるほど、共振周波数が大きくなる。
【００３５】
一方、ステージ送り装置が、実際に使用される工程においてステージ送りの機能を十分に果たすためには、一般的に送り速度２０ｍｍ／ｓが望まれている。上記のような圧電アクチュエータを用いた駆動装置においては、送り速度２０ｍｍ／ｓを出すためには、振幅１００Ｖの正弦波の駆動電圧を印加したときの変位能が０．６μｍである圧電アクチュエータの場合、振動数は１０ｋＨｚ以上必要である。そのためには、ピークから裾野までの幅も考慮すると最小の共振周波数が、１２ｋＨｚ以上でなければならない。
【００３６】
上記のシミュレーションの結果から、Ｌ／Ｗ≦２．５、Ｈ≦１０ｍｍ、ρ≦８．０×１０−３ｋｇ／ｍ３、かつ６５ＧＰａ≦Ｙの特性を有する圧電アクチュエータであれば、最小の共振周波数が、１２ｋＨｚ以上となり、駆動装置４０を横振動の共振を生じることなく１０ｋＨｚ以上で振動させることができる。したがって、この圧電アクチュエータ用いたステージ送り装置は、送り速度２０ｍｍ／ｓを実現することができ、実際の工程において必要とされるステージ送りの機能を十分に果たすことができることが実証された。
【００３７】
また、同様に上記のシミュレーションの結果から、Ｌ／Ｗ≦２、Ｈ≦１０ｍｍ、ρ≦８．０×１０−３ｋｇ／ｍ３、かつ６５ＧＰａ≦Ｙの特性を有する圧電アクチュエータであれば、最小の共振周波数が、１４ｋＨｚ以上となり、駆動装置４０を横振動の共振を生じることなく１２ｋＨｚ以上で振動させることができる。したがって、この圧電アクチュエータ用いたステージ送り装置は、送り速度２５ｍｍ／ｓを実現することができ、実際の工程において必要とされるステージ送りの機能を余裕を持って果たすことができることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る圧電アクチュエータの斜視図である。
【図２】本発明に係る圧電アクチュエータの略側面図である。
【図３】本発明に係る圧電アクチュエータの動作を示す図である。
【図４】本発明に係る圧電アクチュエータの動作を示す図である。
【図５】本発明に係る駆動装置の斜視図である。
【図６】本発明に係る駆動装置の平面図である。
【図７】本発明に係る駆動装置の動作を示す図である。
【図８】圧電アクチュエータの駆動周波数に対するぶれ方向の振動速度を示す図である。
【図９】シミュレーションの結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  圧電アクチュエータ
４  平面電極
５  伸縮変位部
６  剪断変位部
３０  台座
４０  駆動装置
４１〜４６  圧電アクチュエータ
５０  台座
【図１】
2006006021.tif 000003
【図２】
2006006021.tif 000004
【図３】
2006006021.tif 000005
【図４】
2006006021.tif 000006
【図５】
2006006021.tif 000007
【図６】
2006006021.tif 000008
【図７】
2006006021.tif 000009
【図８】
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【図９】
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