JP2004357393A

JP2004357393A - 圧電アクチュエータ及び位置決め装置

Info

Publication number: JP2004357393A
Application number: JP2003151314A
Authority: JP
Inventors: Ikunori Sakatani; 郁紀坂谷; Nobuaki Tanaka; 伸明田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】真空中においてもデューティ比を抑制することなく圧電アクチュエータの寿命延長を図る。
【解決手段】圧電素子１２に電圧を印加することにより該圧電素子１２を振動させ、該振動によって可動体を駆動する圧電アクチュエータ７において、前記圧電素子１２と該圧電素子１２を内装する筐体１１との間に樹脂２１又はゲルを封入する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ及び可動体を圧電アクチュエータにて直線駆動或いは回転駆動させる位置決め装置に関し、特に、真空中で使用される半導体製造装置（加工、検査装置）等の案内装置に好適に用いられる圧電アクチュエータ及び位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５及び図６に従来の圧電アクチュエータの一例を示す（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
圧電アクチュエータ７は、一方の面に例えば４分割された電極膜１０ａ〜１０ｄを有すると共に、他方の面のほぼ全面に電極膜（図示せず）を有する圧電素子１２と、該圧電素子１２の先端部に設けられたフィンガ８とを備えている。電極膜１０ａ〜１０ｄは、互いに対角に位置する電極膜１０ａと電極膜１０ｄ、及び電極膜１０ｂと電極膜１０ｃが結線されている。なお、図において符号１１は圧電アクチュエータ７が内装される筐体であり、圧電アクチュエータ７は筐体１１内において、例えば４つのコイルばね１４により支持され、圧電素子１２の後端と筐体１１との間に設けられたコイルばね１５によってフィンガ８が走行プレート６に押し付けられるようになっている。なお、走行プレート６は可動側又は固定側に配置される。
【０００３】
そして、圧電素子１２の一方の面に配置された電極膜１０ａ〜１０ｄの内、電極膜１０ａと電極膜１０ｂにそれぞれ位相の異なる電圧を印加すると共に、他方の面に配置された電極膜を接地することにより、圧電素子１２に縦振動と横振動を発生させてこれらの振動の合成によりフィンガ８を楕円運動させ、これにより、圧電アクチュエータ７の振動がフィンガ８を介して走行プレート６に伝達されて走行プレート６側又は圧電アクチュエータ７側に配置された可動体が駆動されるようになっている。
また、従来の他の圧電アクチュエータとして、超音波モータの振動に伴って発生する超音波振動子の熱を放熱するため、超音波モータを包囲するケース内に高熱伝導性グリースを充填したものが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１８４３８２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７６８号公報
【特許文献３】
特開平１１−１８７６７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電アクチュエータ７は、フィンガ８と走行プレート６との接触部での温度上昇が寿命に大きく影響すると言われている。
圧電素子１２の振動により発生した熱は、大気中においては大部分が圧電素子１２と筐体１１との間の空気の対流によって筐体１１ひいては筐体１１を固定している構造物を介してに放熱されるが、真空中においては空気の対流による放熱がないため、圧電素子１２の振動により発生した略全ての熱が圧電素子１２自体に留まり、圧電素子１２の温度が上昇する。
【０００６】
このような事情から、従来においては、圧電素子１２の温度上昇を一定以下に抑えて圧電アクチュエータ７の寿命延長を図るべく、デューティ比（稼動サイクル）を抑制して使用している。
また、高熱伝導性グリースを使用した場合、これはチキソトロピック流体であり、それ自体に自己保持性がない。更に、グリース中の基油が分離して周囲を汚染していまうという欠点がある。また、充填する際に、グリースを塗り込むという作業が必要になるとともに、隙間なくグリースを充填することが難しいという問題もある。
【０００７】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、圧電素子の振動により発生した熱を真空中で効率良く放熱できるようにして該圧電素子の温度上昇を抑制し、これにより、真空中においてもデューティ比を抑制することなく寿命延長を図ることができる圧電アクチュエータ及び位置決め装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、圧電素子に電圧を印加することにより該圧電素子を振動させ、該振動によって可動体を駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子と該圧電素子を内装する筐体との間に樹脂又はゲルを封入したことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、圧電アクチュエータの振動を走行プレートに伝達することにより駆動される可動体を備えた位置決め装置において、
前記圧電アクチュエータとして、請求項１記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である位置決め装置を説明するための説明的平面図、図２は圧電アクチュエータの筐体を破断した説明図、図３は図２の縦断面図、図４は本発明の他の実施の形態である位置決め装置を説明するための説明的断面図である。なお、各実施の形態共に、圧電アクチュエータの基本的構成は図５及び図６で説明したものと同様であるため、重複部分については各図に同一符号を付して説明を省略する。
【００１０】
本発明の実施の形態の一例である位置決め装置２０は、全体が真空チャンバ内に配置されて使用されるもので、図１に示すように、ベース１上に一対のリニアガイド装置２がガイドレール３を互いに平行にして設置されている。各ガイドレール３には転動体（図示せず）を介して複数のスライダ４が軸方向に移動可能に跨架されており、各スライダ４に可動テーブル（可動体）５が取り付けられて、該可動テーブル５がガイドレール３に沿って移動可能とされている。
【００１１】
また、可動テーブル５の幅方向の一側には走行プレート６が取り付けられており、該走行プレート６にはベース１上に取り付けられた圧電アクチュエータ７のフィンガ８が押圧接触している。そして、圧電アクチュエータ７の振動がフィンガ８を介して走行プレート６に伝達されることで、可動テーブル５がガイドレール３に沿って移動するようになっている。
【００１２】
ここで、この実施の形態では、圧電アクチュエータ７の圧電素子１２と筐体１１との間の空間にシリコン樹脂２１を充填している。これにより、圧電素子１２の振動により発生した熱はシリコン樹脂２１を伝導して筐体１１ひいては筐体１１を固定している構造物に放熱され、圧電素子１２の温度上昇を緩和することができる。なお、シリコン樹脂２１は、前記空間に液状の樹脂を流し込み、加熱又は添加剤を加えることで硬化させるタイプを用いるのが好ましい。
【００１３】
このように、この実施の形態では、圧電素子１２の振動により発生した熱を真空中で効率良く放熱して該圧電素子１２の温度上昇を抑制することができるので、真空中においてもデューティ比を抑制することなく圧電アクチュエータ７の寿命延長を図ることができ、真空中に設置されるストロークの大きな位置決め装置（送り装置や回転テーブル）として好適なものとすることができる。
なお、本発明の位置決め装置の圧電アクチュエータ、圧電素子、可動体、筐体、樹脂及び走行プレート等の構成は上記実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１４】
例えば、上記実施の形態では、圧電アクチュエータ７の圧電素子１２と筐体１１との間の空間にシリコン樹脂２１を充填した場合を例に採ったが、シリコン樹脂２１に代えて、前記空間にシリコンゲルを充填するようにしてもよい。この場合、シリコンゲルは、シリコン樹脂に比べて圧電素子１２の振動を妨げないものが好ましい。使用するシリコンゲルは、熱伝導率２〜６（Ｗ／ｍｍ・Ｋ）、引っ張り強さ０．１〜０．３ＭＰａ、伸び率３０％以上のものが好ましい。シリコン樹脂やシリコンゲルはチキソトロピック流体とは異なり、例えばせん断応力を伴う振動を受けても液化したりすることもなく、常に自己保持性を有するので、一部が分離して周囲を汚染したりすることもない。
【００１５】
また、上記実施の形態では、可動側である可動テーブル５に走行プレート６を取り付け、固定側であるベース１に圧電アクチュエータ７を取り付けて、該圧電アクチュエータ７のフィンガ８を走行プレート６に押圧接触させた場合を例に採ったが、これに代えて、固定側であるベース１に走行プレート６を取り付け、可動側である可動テーブル５に圧電アクチュエータ７を取り付けて、該圧電アクチュエータ７のフィンガ８を走行プレート６に押圧接触させるようにしてもよい。
【００１６】
更に、上記実施の形態では、可動テーブル５を圧電アクチュエータ７にて直線駆動させる位置決め装置に本発明を適用した場合を例に採ったが、これに限定されず、例えば図４に示すように、ベース３１に転がり軸受３２を介して回転可能に支持されて走行プレートを兼ねる回転テーブル（可動体）３５をベース３１に固定された圧電アクチュエータ７にて回転駆動させる位置決め装置３０に本発明を適用してもよい。なお、図４では圧電アクチュエータ７は一個しか図示していないが、該圧電アクチュエータ７を周方向に複数配置してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、圧電素子の振動により発生した熱を真空中で効率良く放熱して該圧電素子の温度上昇を抑制することができるので、真空中においてもデューティ比を抑制することなく圧電アクチュエータの寿命延長を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である位置決め装置を説明するための説明的平面図である。
【図２】圧電アクチュエータの筐体を破断した説明図である。
【図３】図２の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態である位置決め装置を説明するための説明的断面図である。
【図５】従来の圧電アクチュエータの筐体を破断した説明図である。
【図６】図５の縦断面図である。
【符号の説明】
５…可動テーブル（可動体）
６…走行プレート
７…圧電アクチュエータ
１１…筐体
１２…圧電素子
２０…位置決め装置
２１…樹脂

Claims

圧電素子に電圧を印加することにより該圧電素子を振動させ、該振動によって可動体を駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子と該圧電素子を内装する筐体との間に樹脂又はゲルを封入したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
圧電アクチュエータの振動を走行プレートに伝達することにより駆動される可動体を備えた位置決め装置において、
前記圧電アクチュエータとして、請求項１記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴とする位置決め装置。