(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータを半導体製造過程のように真空中で使用する場合にも、摩擦部分における磨耗の少ない圧電アクチュエータを提供することにある。【解決手段】圧電素子をアクチュエータの持つ共振周波数近傍で繰返し変位させ、アクチュエータの駆動部材を楕円運動させる圧電アクチュエータであり、該楕円運動を移動体に伝達する摩擦部材を備え、前記駆動部材および前記摩擦部材の少なくともいずれか一方に、灰色系セラミックを使用した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子への通電を制御することにより、アクチュエータの駆動部材を楕円運動させる圧電アクチュエータであり、該楕円運動を移動体に伝達する摩擦部材を備え、前記駆動部材および前記摩擦部材の少なくともいずれか一方に、灰色系セラミックを使用したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記灰色系セラミックは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）であることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動部材は、共振状態による駆動だけでなく、電圧印加のみによる圧電素子の変位を利用した駆動も可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を使用したアクチュエータの改良に関し、特に、真空中で使用する半導体製造装置などの駆動装置として利用される圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の圧電アクチュエータとして、例えば特許文献１に示される。この文献１の図５において、圧電アクチュエータは、圧電セラミック１０の励起により、セラミックスペーサ２６を介して、物体３０を移動させるようになっている。すなわち、電極１４，１８は、正の直流電圧によって励起される一方、電極１６，２０は、負の直流電圧によって励起される。この励起状態のとき、圧電セラミック１０は、図６に示すように、左側が右側よりも長くなり、セラミックスペーサ２６は、同図右方向に動き、物体３０も同図右方向に移動する。その結果、圧電セラミック１０の励起を制御することで、物体３０を移動させるようになっている。
【０００３】
その際、圧電セラミック１０は、モーガン・マトロック・インコーポレーテッド（Ｍｏｒｇａｎ  Ｍａｔｒｏｃ  Ｉｎｃ．）により製造されるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）圧電材料で構成されるとともに、セラミックスペーサ２６には、アルミナが利用されていた。
【０００４】
なお、図５において、２２，２４は、上記電極１４，１６，１８，２０間を電気的に接続する配線である。また、２８，４３および４０，４２は、それぞれ、圧電セラミックの短縁部と長縁部であり、３２，３４，３６，３８，４４は、ばね負荷式支持体である。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上記のような圧電アクチュエータの場合、真空中で圧電アクチュエータを使用すると、圧電アクチュエータの駆動に伴って圧電セラミック１０とセラミックスペース２６との間の摩擦部分で発熱が生じてしまう。
【０００７】
その場合、セラミックスペーサ２６は、一般に、アルミナで構成されるが、アルミナは、熱伝導率が悪いため、摩擦部分で発生した熱がセラミックスペーサ２６を介して外部に伝わりにくく、摩擦部分で温度が上昇してしまう。
【０００８】
そのため、アルミナなどからなるセラミックスペーサ２６の温度が上昇すると、耐磨耗特性が著しく低下するため、摩擦部材や駆動部材の磨耗が促進されるなどの問題を発生することがあった。また、圧電アクチュエータからの熱の発散が不十分であるため、圧電アクチュエータに取り付けられるケーブルのハンダが剥がれて、ケーブルの断線などの問題を生じる恐れがあった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、圧電アクチュエータを半導体製造過程のように真空中で使用する場合にも、摩擦部分における発熱の少ない圧電アクチュエータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、圧電素子への通電を制御することにより、アクチュエータの駆動部材を楕円運動させる圧電アクチュエータであり、該楕円運動を移動体に伝達する摩擦部材を備え、前記駆動部材および前記摩擦部材の少なくともいずれか一方に、灰色系セラミックを使用したことにより、達成される。
【００１１】
また、上記目的は、前記灰色系セラミックを、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）にすることにより、効果的に達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記駆動部材を共振状態による駆動だけでなく、電圧印加のみによる圧電素子の変位を利用した駆動の場合にも、効果的に達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る圧電アクチュエータＡの実施例を示し、同図において、移動体１を所定方向に案内するガイド部材の側面に、圧電アクチュエータＡが取り付けられている。この移動体１には、平板状の摩擦部材２が併設されるとともに、該摩擦部材２に、圧電アクチュエータの駆動部材としての振動体３が接触するように配されている。この振動体３の運動によって、移動体１を同図実線矢印方向に移動させるようになっている。
【００１５】
また、振動体３の両端には、ベース部材４に配された一対の圧電素子５ａ，５ｂが接合され、各圧電素子５ａ，５ｂには、それぞれ異なる電圧が印加されるようになっている。すなわち、圧電素子５ａ，５ｂには、任意の位相差、例えば９０度の位相差を有する正弦波の電圧が入力されるようになっている。これにより、一方の圧電素子を収縮させ、他方の圧電素子を伸張させることを繰り返すと、振動体３には、上記位相差に起因する楕円運動が生じて、摩擦部材２を介して移動体１を所定方向に移動させることができる。
【００１６】
その際、圧電アクチュエータＡを共振駆動モードで作動させる場合、入力波としての正弦波の周波数は、振動体３と圧電素子５ａ，５ｂによって決定される共振周波数の近傍の値に設定する。その結果、振動体３と圧電素子５ａ，５ｂとの振動振幅を大きくすることができ、駆動速度を増すことができる。
【００１７】
ちなみに、圧電アクチュエータＡを微動モードで作動させる場合、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、２つの圧電素子５ａ，５ｂに異なる電圧を印加することにより、圧電素子５ａ，５ｂを個別に伸縮させることができる。これにより、圧電素子５ａ，５ｂが伸縮によって変位すると、振動体３と摩擦部材２との接触部分で、摩擦部材２に、圧電素子５ａ，５ｂの変位に起因した所定方向の移動力が発生する。そのため、圧電素子５ａ，５ｂへの通電を制御することにより、摩擦部材２を介して移動体１を所定方向（図２（ｂ）および（ｃ）の矢印方向）に移動させることができる。
【００１８】
そして、摩擦部材２や振動体３は、熱伝導率の高い灰色系セラミックで形成され、摩擦部材２や振動体３内の熱伝導を向上させるようになっている。また、セラミック材料は、摩擦部材２と振動体３の両方に用いる方がよいが、いずれか一方のみに使用しても同様の効果を得ることができる。その結果、摩擦部材２と振動体３との間の摩擦部分で発熱すると、その熱を同図一点鎖線矢印方向に効率よく逃がすことができ、摩擦部分の温度上昇を低く抑えることができる。
【００１９】
ちなみに、灰色系セラミックの材質は、主成分が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）或いは炭化シリコン（ＳｉＣ）のいずれかが好ましい。また、図３に示すように、窒化アルミニウムの熱伝導率は、８０〜１７０Ｗ／ｍＫで、アルミナの約２．３〜５倍の熱伝導率であり、炭化シリコンの熱伝導率は、７０〜１６０Ｗ／ｍＫで、アルミナの約２〜５倍の熱伝導率である。
【００２０】
したがって、上記実施例では、移動体１の移動に伴い、摩擦部材２と振動体３の間の摩擦部分で発熱が生じて温度が上昇した場合でも、摩擦部分を、窒化アルミニウムや炭化シリコンなどの灰色系セラミックで形成されるので、摩擦部分の温度上昇を低く抑え、磨耗を減少させることができる。よって、圧電アクチュエータを真空中で使用しても、磨耗の少ない圧電アクチュエータを提供することができ、装置の耐久性が向上する。
【００２１】
なお、圧電アクチュエータＡのベース部材４、圧電素子５ａ，５ｂ、および駆動部分のハウジングも、表面処理などによって黒体にすると、熱の放散性がさらに良好になって好ましい。
【００２２】
また、図４は、圧電アクチュエータＡの変形例を示し、上記実施例とは異なる形状の圧電アクチュエータを示す。
【００２３】
同図において、超音波モータ１１は、電極１２を貼付した圧電素子１３と、該圧電素子１３上に設けられた摩擦部材１４とからなり、電極１２に高周波電圧を与えて、圧電素子１３を伸縮させることで、圧電素子１３を振動させる。これにより、摩擦部材１４に楕円運動を発生させ、圧電素子１３への通電により、圧電素子１３に超音波振動を発生させる。この超音波振動によって、摩擦部材１４に楕円運動を発生させると、摩擦部材１４を介して移動体１は移動することになる。
【００２４】
そして、摩擦部材１４を、上記実施例と同様の灰色系セラミック材料で形成すると、摩擦部分の熱伝導が促進して温度上昇を低く抑えられ、磨耗を減少させることができる。よって、圧電アクチュエータの形状は、上記実施例に記載した形状に限定されず、同様の作用および効果を奏することができる。
【００２５】
なお、１５は、モータ取付枠、１６は、圧電素子１３の駆動特性が損なわれないように支持する弾性支持体１６であり、１７は、モータ取付枠１５の底面に取り付けられた予圧調整ねじ１７である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る圧電アクチュエータによると、圧電素子への通電を適宜制御することにより、アクチュエータの駆動部材に楕円運動を発生させるとともに、該楕円運動を移動体に伝達する摩擦部材を備え、駆動部材および摩擦部材の少なくともいずれか一方に、灰色系セラミックを使用した。これにより、圧電アクチュエータの駆動に起因して生じる熱で、圧電アクチュエータの摩擦部分における急激な温度上昇を防止することができる。その結果、摩擦部分の温度上昇を低く抑えることができ、磨耗を少なくすることができる。よって、圧電アクチュエータを真空中で使用した場合でも、摩擦部分の磨耗が少なく、耐久性の良好な圧電アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電アクチュエータの概略構成図である。
【図２】圧電アクチュエータの微動時の作動状態を説明する図である。
【図３】セラミック物質の特性を表形式で示す図である。
【図４】圧電アクチュエータの変形を示す概略構成図である。
【図５】従来の圧電セラミックの概略図である。
【図６】上記圧電セラミックの変形状態を示す図である。
【符号の説明】
Ａ              圧電アクチュエータ
１              移動体
２              摩擦部材
３              振動体
４              ベース部材
５ａ，５ｂ      圧電素子
１３              圧電素子
１４              摩擦部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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