JP2008099419A - アクチュエータシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】圧電素子を用いたアクチュエータを安定動作、および高速動作させる。
【解決手段】搬送ステージ１１と対向して設けられ、Ｘ軸方向に搬送ステージ１１を移動させる駆動部１２ａ、１２ｂと、駆動部１２ａ、１２ｂにそれぞれ設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７ａ、１７ｂと、搬送ステージ１１の駆動部１２ａ、１２ｂ側の面に設けられている搬送電極１５と、駆動部１２ａ、１２ｂのそれぞれの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８ａ、１８ｂとを有する。圧電素子１７ａ、１７ｂには、互いに同期しない信号を印加する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、アクチュエータシステムに関し、特に、圧電素子を用いるアクチュエータシステムに適用して有効な技術に関するものである。
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ；Scanning Probe Microscope）の原理を利用するプローブメモリ技術は、記録密度を飛躍的に向上させる情報記録装置において期待されている。プローブメモリ技術を用いた情報記憶装置（以下、「プローブメモリ」という）は、記録メディアと、記録メディアをステージ（基板）上に搭載してＸ−Ｙ軸方向（二軸方向）に駆動するアクチュエータシステムと、該記録メディアへの情報書込みあるいは情報読出しを実行するための超小型の探針（以下、「プローブチップ」という）を１つまたはそれ以上備えたプローブと、この情報を適宜処理して所望のデータを出力する信号処理部と、から構成される。
特開２０００−２５３６８３号公報（特許文献１）には、一対のクランプ電極を有する静電クランプ機構およびそのクランプ機構によるインチワーム機構に関する技術が開示されている。この静電クランプ機構は、クランプ電極間に電圧を印加し、クランプ電極間に静電引力を働かせるものである。
また、P. Vettiger et al.：IEEE Transaction on Nanotechnology (2002) p.39-55（非特許文献１）には、プローブを２次元アレイ状に製造し、各プローブを並列に記録端子として用いる技術が開示されている。このプローブメモリでは、メディア搭載ステージは、電磁駆動方式が採用されている。
特開２０００−２５３６８３号公報 P. Vettiger et al.：IEEE Transaction on Nanotechnology (2002) p.39-55
プローブメモリでは、プローブチップを記録メディアの所望の位置に接近あるいは接触させ、記録メディアにおける種々の物理量の変化を原子分子レベルの空間分解能で検出することで、情報の読出しあるいは書込みを実行する。したがって、平面状の記録メディアを想定した場合、少なくとも記録メディアをＸ−Ｙ軸方向の二軸の駆動を実行することができる高精度なＸ−Ｙアクチュエータシステムが必要である。
記録メディアの面記録密度として１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２以上を実現するために要求されるプローブメモリを構成する各要素（記録ドット径、プローブヘッド径、記録ドットピッチ）の標準的な性能を、図２５の表に示す。この表から１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２以上のプローブメモリの実現のためには、少なくとも２５ｎｍピッチでデータを書込み、読出しをすることになる。そのため、２５ｎｍを１ステップもしくは複数ステップで動作し、正確に位置決めを実現する、記録メディアを搭載した多軸移動型のアクチュエータシステムが必要である。
したがって、例えば上記特許文献２に開示されているような電磁駆動方式では、メディア搭載ステージの１ステップあたりの移動量を精密に制御するのは原理的に不向きであり、１ステップで２５ｎｍピッチの動作が必要なプローブメモリへは適さない。また、電磁駆動方式では、１ステップごとにメディア搭載ステージの動作を止めるためにサーボ制御機構を設けなければならず、１ステップあたりの時間がサーボ機構分だけ長くなり、高速動作には適さない。
位置決め精度の高いマイクロアクチュエータシステムの方式として知られている代表的なものを図２６の表に示す。接触面の摩擦力を利用して駆動力とするスクラッチ型、圧電素子の急速変形と、接触面の摩擦力とを利用したインパクト型、インパクト型に加え、接触面の吸着力を静電気力で動的に制御する圧電駆動−静電吸着型がある。
１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２以上の面記録密度のプローブメモリを、モバイル機器を中心とした情報端末向けの情報記録装置として考えた場合、そのデバイスは、基本的に空間的に静止した設置状態（水平状態）では使用されず、使用者の任意な方向で持ち運びされることになる。したがって、いずれの方向においても重力を打ち消して安定した動作を可能とする為に積極的に駆動部の吸着制御を行う圧電駆動−静電吸着型は駆動制御方式として望ましい。
また、圧電素子の急速変形と、接触面の摩擦力を用いる圧電駆動−静電吸着型では、圧電素子の１回の変形量が移動体の移動する１ステップ分に相当する。圧電素子の変形は、結晶の歪み割合に起因しており、原理的に圧電素子の寸法が小さくなれば、結晶の歪み量も小さくなる。プローブメモリが小型化すれば、圧電素子も小型化され、結果的に１ステップ移動量の小さい記録メディアを搭載した多軸移動型のアクチュエータシステムが実現できる。したがって、モバイル機器を中心とした情報端末向けの情報記憶装置には、小型化、高密度化（大容量化）、低電圧化が要求されるので、圧電駆動−静電吸着型が有利である。
そこで、本発明者らは、圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）について検討を行っている。図２７は、本発明者らが検討したアクチュエータ１０１の構成を示した断面図である。なお、図２７では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１１は、駆動部１１２および保持部１１３から離して図示されているが、実際には駆動部１１２および保持部１１３とは接触して設けられている。
図２７に示すように、本発明者らが検討したアクチュエータ１０１は、搬送ステージ１１１と、搬送ステージ１１１と対向して設けられ、Ｘ軸方向に搬送ステージ１１１を移動させる駆動部１１２と、搬送ステージ１１１と対向して設けられ、搬送ステージ１１１を保持する保持部１１３とを有している。
搬送ステージ１１１は、搬送ステージ１１１の駆動部１１２側の面に設けられている搬送電極１１５を有している。また、駆動部１１２は、基材（基板）として駆動ステージ１１６を有しており、更に、駆動ステージ１１６に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１１７と、駆動ステージ１１６の搬送ステージ１１１の面に設けられ、搬送電極１１５を静電的に吸着する駆動電極１１８とを有している。また、保持部１１３は、基材として固定されたベースフレーム１２０を有しており、更に、ベースフレーム１２０の搬送ステージ１１１側の面に設けられ、搬送電極１１５を静電的に吸着する保持電極１２１を有している。なお、一端が駆動ステージ１１６に設けられている圧電素子１１７は、その他端がベースフレーム１２０に固定されている。
搬送電極１１５の駆動電極１１８側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１１８、保持電極１２１、搬送電極１１５間はそれぞれ電気的に絶縁されている。これにより、各電極間に電位差を与えた際の静電気力により、搬送ステージ１１１（搬送電極１１５）と駆動ステージ１１６（駆動電極１１８）との間、および搬送ステージ１１１（搬送電極１１５）とベースフレーム１２０（保持電極１２１）との間の吸着保持の制御を行うものである。また、駆動電極１１８を搭載した駆動ステージ１１６は移動であり、駆動力の発生源（駆動源）である圧電素子１１７と連結・固定され、圧電素子１１７の微小な電歪変位を搬送ステージ１１６へと伝達するものである。
次に、本発明者らが検討したアクチュエータの動作をする際の手順を、図２８の制御信号を用いて説明する。図２８は、図２７のアクチュエータの制御信号を示す説明図であり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号が示されている。
図２８（ａ）中の符号Ｖｐは圧電素子１１７を伸縮させる信号であり、符号Ｖｄは駆動電極１１８に印加する制御信号であり、符号Ｖｈは保持電極１２１に印加する制御信号である。また、図２８（ｂ）中の符号Ｖｓは搬送電極１１５に印加する制御信号であり、搬送ステージ１１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがある。図２８（ｂ）に示すように、動作モードに対応して搬送電極１１５に印加する制御信号Ｖｓのタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ１０１のＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
まず、アクチュエータ１０１の動作開始であるＳＴＥＰ１では、搬送電極１１５にＬＯＷ、駆動電極１１８にＨＩＧＨを印加し、搬送電極１１５−駆動電極１１８間に電位差を与えて静電気力により吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ２では、圧電素子１１７に電圧を印加し、圧電素子１１７の電歪により駆動ステージ１１６（駆動電極１１８）を移動させる。このとき、搬送電極１１５は駆動電極１１８に吸着されている為、圧電素子の電歪変位量だけ、搬送ステージ１１１は進行方向に移動する。
次いで、ＳＴＥＰ３では、駆動電極１１８にＬＯＷを印加し、搬送電極１１５と駆動電極１１８の吸着を解除する。同時に、保持電極１２１にＨＩＧＨを印加して、新たに搬送電極１１５と保持電極１２１を静電気力により吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ４では、圧電素子１１７に印加している電圧を下げて、圧電素子１１７の電歪をゼロとする。このとき、搬送ステージ１１１は保持電極１２１に吸着させたままである。よって、圧電素子１１８が元の大きさに戻った後も、搬送電極１１５が保持電極１２１に固定されたままであるので、搬送ステージ１１１はＳＴＥＰ２で移動した後の位置で保持される。
このようなＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、本発明者らが検討したアクチュエータ１０１の１サイクルの動作である。圧電素子１１７と駆動電極１１８は１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１１は１サイクル後に圧電素子１１７の電歪相当だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１１は進行方向に連続してステップ移動する。
また、搬送ステージ１１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図２８（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図２８（ｂ）に示すように、搬送電極１１５に印加する信号のみを変えると実現する。
このように本発明者らが検討したアクチュエータ１０１は、駆動電極１１８、保持電極１２１などの信号、すなわち駆動システムの制御信号を変えずとも、搬送電極１１５に印加する信号、すなわち搬送システムの制御信号だけで動作モードを制御できる特徴がある。
また、１サイクルでの搬送ステージ１１１の移動量は、原理的に圧電素子１１７の電歪量相当であるから、圧電素子１１７の寸法が小型化すればするほど、１サイクルの移動量が小さくなる。つまり、システムの微細化と精密動作が両立するアクチュエータ制御方式を、本発明者らが検討したアクチュエータ１０１は用いている。
しかしながら、例えばモバイル機器を中心とした情報端末向けの情報記録装置（プローブメモリ）などのデバイスでは、基本的に空間的に静止した設置状態（水平状態）では使用されず、使用者の任意な方向で持ち運びされることになるため、本発明者らが検討したアクチュエータ１０１では、駆動部１１２が１つの圧電素子１１７および１つの駆動電極１１８を有して設けられているだけであるので、安定した動作ができない場合もある。
また、例えば、図２７に示す保持電極１２１、搬送電極１１５などの位置関係を初期位置とすると、駆動部１１２の動作によって、搬送ステージ１１１が初期位置から搬送ステージ１１１の進行方向（Ｘ軸方向）に対してどちらか一方の保持電極１２１側に移動し、初期位置から大きくずれる場合がある。この場合、他方の保持電極１２１と搬送電極１１１と重なる面積が小さくなり、保持電極１２１と搬送電極１１５間の静電気力が低下してしまう。このためアクチュエータは、搬送ステージ１１１をステップ移動させるために、十分な保持電極１２１と搬送電極１１５間の静電気力を確保できなくなる可能性がある。したがって、一度でも搬送ステージ１１１が初期位置から大きくずれた場合、保持電極１２１と搬送電極１１５間の静電気力が弱く、もしくはゼロとなり、搬送ステージ１１１を、例えば初期位置へ引き戻せないこともある。
また、図２８を用いて説明したように、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４の１サイクルの動作が終わらないと、次の動作に移ることができない。すなわち、アクチュエータ１０１の動作１サイクルには、搬送電極１１５が保持電極１２１において保持されている時間、具体的にはＳＴＥＰ４において搬送ステージ１１１が相対的に静止している時間が含まれている。したがって、１サイクルの搬送ステージ１１１の移動量が少ない場合、搬送ステージ１１１の移動時間が長くなってしまうこともある。
本発明の目的は、圧電素子を用いたアクチュエータを安定動作させることのできる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、圧電素子を用いたアクチュエータを高速動作させることのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明によるアクチュエータは、二軸方向に移動する基板と、前記基板と対向して設けられ、前記二軸方向のうちの一軸方向に前記基板を移動させる駆動部と、前記駆動部に設けられ、前記一軸方向に伸縮する圧電素子と、前記基板の前記駆動部側の面に設けられている第１電極と、前記駆動部の前記基板側の面に設けられ、前記第１電極を静電的に吸着する第２電極とを有しており、前記駆動部が、前記一軸方向に複数設けられている。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明によれば、圧電素子を用いたアクチュエータを安定動作させることができる。また、圧電素子を用いたアクチュエータを高速動作させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１における圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）を備えたプローブメモリの構成について図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態１におけるアクチュエータ１を備えたプローブメモリ５０の斜視図であり、図２は、図１のプローブメモリ５０の中心位置での断面図である。なお、図２では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３から離して図示されているが、実際には駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３とは接触して設けられている。
プローブメモリ５０は、記録メディア５１への情報書込みあるいは情報読出しを実効するための小型の探針（プローブチップ）を１つまたはそれ以上備えた複数のプローブ５２と、この情報を適宜処理して所望のデータを出力する信号処理部を有する第１の基板５３と、記録メディア５１をＸ−Ｙ軸方向（二軸方向）に移動させるアクチュエータ１とを備えている。
このアクチュエータ１は、Ｘ−Ｙ軸方向に移動する第２の基板である搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、図１のＸ−Ｙ軸方向のうちの例えば図２のＸ軸方向に搬送ステージ１１を移動させる第１の駆動部１２ａおよび第２の駆動部１２ｂと、搬送ステージ１１と対向して設けられ、搬送ステージ１１を保持する保持部１３とを有しており、記録メディア５１を搭載した搬送ステージ１１をＸ−Ｙ軸方向に駆動する機構である。これら第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ、および保持部１３は、保持部１３のＸ軸方向の両側に、駆動部１２ａ、１２ｂが設けられている。なお、図２の点線は、Ｘ軸方向に搬送ステージ１１および駆動部１２ａ、１２ｂが移動することを示している。
プローブメモリ５０は、プローブ５２のプローブチップをＺ方向に移動させることによって記録メディア５１の所望の位置に接近あるいは接触させ、記録メディア５１における種々の物理量を原子分子レベルの空間分解能で検出することで、情報の読出しあるいは書込みを実行するものである。
図３は、本実施の形態１におけるアクチュエータ１の平面図、図４は、図３のＡ−Ａ’線の断面図である。なお、図３では、搬送ステージ１１を省略して示しているが、搬送ステージ１１は図１に示したようにＸ−Ｙ平面の平面形状が矩形状である。また、図４では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３から離して図示されているが、実際には駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３とは接触して設けられている。
図３に示すように、アクチュエータ１の中央領域には、第１の駆動電極１８ａを有する第１の駆動部１２ａ、第２の駆動電極１８ｂを有する第２の駆動部１２ｂ、第３の駆動電極１８ｃを有する第３の駆動部１２ｃ、第４の駆動電極１８ｄを有する第４の駆動部１２ｄの４つの駆動部、および保持電極２１を有する保持部１３が設けられている。平面形状が矩形状の保持部１３の各辺のそれぞれには、駆動部１２ａ、駆動部１２ｂ、駆動部１２ｃおよび駆動部１２ｄが設けられている。すなわち、Ｘ軸方向において駆動部１２ａと駆動部１２ｂとが保持部１３を挟んで対向して設けられ、また、Ｙ軸方向において駆動部１２ｃと駆動部１２ｄとが保持部１３を挟んで対向して設けられている。
これら駆動部１２ａ〜１２ｄは、弾性部１４と接続されている。この弾性部１４は、駆動部１２ａ〜１２ｄが移動できるように、伸縮するものである。このため、駆動部１２ａ、１２ｂは、Ｘ軸方向に移動し、また駆動部１２ｃ、１２ｄは、Ｙ軸方向に移動する。
なお、搬送ステージ１１の実効的な面積は、駆動部１２ａ〜１２ｄの外周淵を越えない範囲に収まるものとし、アクチュエータ１における搬送ステージ１１の最大移動範囲は、駆動部１２ａ〜１２ｄの外周淵を越えない範囲内とすることが望ましい。
図４に示すように、アクチュエータ１は、二軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動する基板からなる搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、一軸方向（Ｘ軸方向）に搬送ステージ１１を移動させる第１の駆動部１２ａおよび第２の駆動部１２ｂと、搬送ステージ１１と対向して設けられ、搬送ステージ１１を保持する保持部１３とを有しており、記録メディア５１を搭載した搬送ステージ１１を二軸方向に駆動する機構である。これら第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ、および保持部１３は、保持部１３のＸ軸方向の両側に、駆動部１２ａ、１２ｂが設けられている。
また、搬送ステージ１１は、搬送ステージ１１の駆動部１２ａ、１２ｂ側の面に設けられている搬送電極１５を有している。また、駆動部１２ａ、１２ｂは、基材（第３の基板）として駆動ステージ１６ａ、１６ｂを有しており、更に、駆動ステージ１６ａ、１６ｂ下面に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７ａ、１７ｂと、駆動ステージ１６ａ、１６ｂの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８ａ、１８ｂとを有している。この圧電素子１７ａ、１７ｂは、支持フレーム１９に固定されている。また、保持部１３は、基材として支持フレーム１９に固定されたベースフレーム２０を有しており、更に、ベースフレーム２０の搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する保持電極２１を有している。
また、搬送電極１５の駆動電極１８ａ、１８ｂ側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１８ａ、１８ｂ、保持電極２１と搬送電極１５との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。
なお、図４では、図３のＸ軸方向における駆動部１２ａ、１２ｂ、および保持部１３について示しているが、図３のＹ軸方向における駆動部１２ｃ、１２ｄ、および保持部１３についても同様である。
このように、本実施の形態１におけるアクチュエータ１では、駆動部１２ａ、１２ｂがＸ軸方向（二軸方向のうちの一軸方向）に複数設けられており、また、駆動部１２ｃ、１２ｄがＹ軸方向（二軸方向のうちの他の一軸方向）に複数設けられている。このため、一軸方向（例えばＸ軸方向）に複数の駆動部（例えば第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ）を設けられることによって、アクチュエータ１を安定動作させることができる。更に、保持部１３のＸ軸方向の両側に、駆動部１２ａ、１２ｂが設けられ、また、保持部１３のＹ軸方向の両側に、駆動部１２ｃ、１２ｄが設けられている。このため、アクチュエータ１をより安定動作させることができる。このアクチュエータ１の安定動作について、以下に、図５および図６を用いて説明する。
まず、本実施の形態１におけるアクチュエータ１においてＸ軸方向に搬送ステージ１１を移動させる方法を説明する。
図５は、搬送ステージ１１をＸ軸方向に駆動させるアクチュエータ１の制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号を示す。
図５中の符号Ｖｘｐ１は第１の圧電素子１７ａを伸縮させる信号であり、符号Ｖｘｄ１は第１の駆動電極１８ａに印加する制御信号であり、符号Ｖｘｐ２は第２の圧電素子１７ｂを伸縮させる信号であり、符号Ｖｘｄ２は第２の駆動電極１８ｂに印加する制御信号である。図５（ｂ）の符号Ｖｓは搬送電極１５に印加する制御信号である。搬送ステージ１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがあり、搬送ステージ１１の動作モードに対応して搬送電極１５に印加する制御信号Ｖｓのタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ１のＸ軸方向へのＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
まず、アクチュエータ１の動作開始であるＳＴＥＰ１では、搬送ステージ１１に印加する制御信号ＶｓにはＬＯＷ、第１の駆動電極１８ａに印加する信号Ｖｘｄ１にＨＩＧＨ、第２の駆動電極１８ｂに印加する信号Ｖｘｄ２にＨＩＧＨを入力し、搬送ステージ１１−各駆動電極１８ａ、１８ｂ間に電位差を与え、静電気力により搬送電極１５（搬送ステージ１１）を第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂに吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ２では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｘｐ１は圧電素子１７ａが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｘｐ２は圧電素子１７ｂが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しておらず、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸方向（Ｘ軸方向）に配置させた場合に、互いが同じ方向に伸縮変位する組み合わせとなっている。このような第１の圧電素子１７ａ、第２の圧電素子１７ｂの電歪により第１の駆動電極１８ａ、第２の駆動電極１８ｂを移動させる。このとき、搬送電極１５（搬送ステージ１１）は第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂの両方に吸着させている為、圧電素子１７ａ、１７ｂの電歪変位量分だけ、進行方向に移動する。
次いで、ＳＴＥＰ３では、第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂにＬＯＷを印加し、搬送電極１５（搬送ステージ１１）と駆動電極１８ａ、１８ｂの吸着を解除する。同時に、保持電極２１にＨＩＧＨを印加し、新たに搬送電極１５（搬送ステージ１１）と保持電極２１を静電気力により吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ４では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｘｐ１は圧電素子１７ａが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｘｐ２は圧電素子１７ｂが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しておらず、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸方向（Ｘ軸方向）に配置させた場合に互いが同じ方向に伸縮動作する組み合わせとなっている。このような第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの電歪により第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂをＳＴＥＰ１の状態へ移動させる。このとき、搬送電極１５（搬送ステージ１１）は保持電極２１に吸着させたままである。よって、各駆動電極１８ａ、１８ｂがＳＴＥＰ１の状態へ戻ったときも、搬送電極１５は保持電極２１に吸着されたままである。
このようなＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、本実施の形態１におけるアクチュエータ１の１サイクルの動作である。各圧電素子１７ａ、１７ｂと各駆動電極１８ａ、１８ｂは１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１は１サイクル後に各圧電素子１７ａ、１７ｂの電歪相当だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１は進行方向であるＸ軸方向に連続的に移動する。
また、搬送ステージ１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図５（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図５（ｂ）に示すように、搬送電極１５に印加する信号のみを変えると実現する。
次に、本実施の形態１におけるアクチュエータ１においてＹ軸方向に搬送ステージ１１を移動させる方法を説明する。
図６は、搬送ステージ１１をＹ軸方向に駆動させるアクチュエータ１の制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号を示す。
図６（ａ）中の符号Ｖｙｐ１は第３の駆動電極１８ｃを搭載した駆動ステージの駆動源である圧電素子を伸縮させる信号であり、符号Ｖｙｄ１は第３の駆動電極１８ｃに印加する制御信号であり、符号Ｖｙｐ２は第４の駆動電極１８ｄを搭載した駆動ステージの駆動源である圧電素子を伸縮させる信号であり、符号Ｖｙｄ２は第４の駆動電極１８ｄに印加する制御信号である。図６（ｂ）中の符号Ｖｓは、第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂと第３の駆動電極１８ｃと第４の駆動電極１８ｄとに対向する位置に配置された搬送ステージ１１上の搬送電極１５に印加する制御信号である。搬送ステージ１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがあり、搬送ステージの動作モードに対応して搬送電極１５に印加する制御信号Ｖｓのタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ１のＹ軸方向へのＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
アクチュエータ１の動作開始ＳＴＥＰ１では、搬送電極１５に印加する制御信号ＶｓにはＬＯＷ、第３の駆動電極１８ｃに印加する信号Ｖｙｄ１にＨＩＧＨ、第４の駆動電極１８ｄに印加する信号Ｖｙｄ２にＨＩＧＨを入力し、搬送電極１５−各駆動電極１８ｃ、１８ｄ間に電位差を与え、静電気力により搬送ステージ１１を第３の駆動電極１８ｃと第四の駆動電極１８ｄに吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ２では、第３の駆動電極１８ｃを搭載した駆動ステージの駆動源である圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ１は圧電素子が縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第４の駆動電極１８ｄを搭載した駆動ステージの駆動源である圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ２は圧電素子が伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第３の圧電素子と第４の圧電素子の伸縮の動作は一致しておらず、２つの圧電素子を一軸方向（Ｙ軸方向）に配置させた場合に、互いが同じ方向に伸縮変位する組み合わせとなっている。このような第３と第４の圧電素子の電歪により駆動電極１８ｃ、１８ｄを移動させる。このとき、搬送ステージ１１は第３の駆動電極１８ｃと第４の駆動電極１８ｄの両方に吸着させている為、ひとつの圧電素子の電歪変位量分だけ、進行方向に移動する。
次いで、ＳＴＥＰ３では、第３の駆動電極１８ｃと第４の駆動電極１８ｄにＬＯＷを印加し、搬送ステージ１１と各駆動電極１８ｃ、１８ｄの吸着を解除する。同時に、保持電極２１にＨＩＧＨを印加し、新たに搬送電極１５と保持電極２１を静電気力により吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ４では、第３の圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ１は第３の圧電素子が伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第４の圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ２は第４の圧電素子が縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第３の圧電素子と第４の圧電素子の伸縮の動作は一致しておらず、２つの圧電素子を一軸（Ｙ軸方向）に配置させた場合に互いが同じ方向に伸縮動作する組み合わせとなっている。このような第３と第４の圧電素子の電歪により第３の駆動電極１８ｃ、第４の駆動電極１８ｄをＳＴＥＰ１の状態へ移動させる。このとき、搬送電極１５は保持電極２１に吸着させたままである。よって、各駆動電極１８ｃ、１８ｄがＳＴＥＰ１の状態へ戻ったときも、搬送電極１５は保持電極２１に吸着されたままである。
ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、搬送ステージ１１をＹ軸方向に駆動するアクチュエータ１の１サイクルの動作である。各圧電素子と各駆動電極１８ｃ、１８ｄは１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１は１サイクル後に第３と第４の圧電素子の電歪相当分だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１は進行方向であるＹ軸方向に連続的に移動する。
また、搬送ステージ１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図６（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図６（ｂ）に示すように、搬送電極１５に印加する信号のみを変えると実現する。
なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の駆動の方法は別々に説明したが、互いに独立に動作することができる。
このように、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設け、Ｙ軸方向に２つの駆動部１２ｃ、１２ｄを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、搬送電極１５を介して、Ｘ軸方向では駆動電極１８ａ、１８ｂ、Ｙ軸方向では駆動電極１８ｃ、１８ｄによって吸着されているため、Ｘ軸方向やＹ軸方向への進行方向に対して前後両方から駆動する力を確保できる。このため、アクチュエータ１では、安定した駆動力で搬送ステージ１１を安定して移動することができる。
なお、アクチュエータ１における搬送ステージ１１の最大移動範囲を規定した場合、搬送ステージ１１の存在位置がいずれかの駆動電極側に大きく偏り、搬送ステージ１１の初期位置に戻れなくなる事態を避けることができる。
次に、本発明の実施の形態１におけるアクチュエータ１の製造方法について図７〜図１２を用いて説明する。図７〜図１２は、Ｘ軸方向のアクチュエータ１の製造工程中における要部断面図である。ここでは、アクチュエータ１の駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３についてのみ説明するが、駆動部１２ｃ、１２ｄについても同様である。
図７に示すように、単結晶シリコンウエハ３１の表・裏面にシリコン酸化膜３２を形成する。
次いで、図８に示すように、駆動電極１８ａ、１８ｂや保持電極２１となる金属膜３３を、めっき法、スパッター法、もしくはＣＶＤ法により形成した後、ホトリソグラフィーを用いてパターンを形成する。この金属膜の種類としては、例えばＣｕやＡｌ、Ｗがある。
次いで、図９に示すように、金属膜３３を保護する為の保護膜３４を形成し、その後ホトレジスト３５を塗布し、ホトリソグラフィーを用いてパターンを形成する。形成したホトレジスト３５によるパターンをマスクとして、ウェットエッチング法、もしくはドライエッチング法により、保護膜３４とシリコン酸化膜３２にパターンを形成する。また、ウエハ裏面にはシリコン酸化膜を保護するための保護膜３６を形成し、ウェットエッチング、もしくはドライエッチング時に裏面のシリコン酸化膜の消失を防ぐ。パターン形成後には、ホトレジスト３５と、裏面の保護膜３６を除去する。
次いで、図１０に示すように、表面には単結晶シリコンウエハ３１を加工するためのマスクとなる、メタルマスク３７をスパッター法により形成する。ホトレジスト３８を塗布しホトリソグラフィー法を用いてパターンを形成した後に、ホトレジスト３８をマスクとしてメタルマスクのパターンを形成する。シリコンウエハをドライエッチングの手法で貫通加工する場合は、メタルマスク材料はシリコンとのエッチング選択比が高いＡｌが望ましい。
次いで、図１１に示すように、メタルマスク３７をマスクとして、シリコンウエハ３１のドライエッチング法による貫通加工を行う。
次いで、図１２に示すように、裏面のシリコン酸化膜３２を除去し、メタルマスク３７を除去すると、駆動電極１８ａ、１８ｂと保持電極２１を一体化形成できる。
このように、Ｘ−Ｙ軸方向に駆動する機構の一部である駆動電極１８ａ、１８ｂと保持電極２１が形成された基板（シリコンウエハ３１）では、水平方向のアライメント精度を高く製造できる。この後、駆動源となる圧電素子１７ａ、１７ｂや、搬送電極１５を有する搬送ステージ１１との組み立てを行い、図３および図４に示したような本実施の形態１におけるアクチュエータ１を製造することができる。さらに、プローブ５２を有するプローブ基板５３との組み立てと、パッケージングを行い、図１および図２に示したような本実施の形態１におけるアクチュエータ１を備えたプローブメモリ５０を製造することができる。なお、プローブメモリ５０の製造には、ＭＥＭＳ（Micro Elector Mechanical Systems）技術が用いられている。
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステムが、記録メディアを搭載した搬送ステージをＸ−Ｙ軸方向に駆動する機構において、保持電極を設けた保持部を有していた場合について説明したが、本実施の形態２では、保持部を有しない場合について説明する。
本実施の形態２における圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）の構成について図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、本実施の形態２におけるアクチュエータ２の平面図、図１４は、図１３のＢ−Ｂ’線の断面図である。なお、図１３では、搬送ステージ１１を省略して示しているが、搬送ステージ１１は図１に示したようにＸ−Ｙ平面の平面形状が矩形状である。また、図１４では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２ａ、１２ｂから離して図示されているが、実際には駆動部１２ａ、１２ｂとは接触して設けられている。
図１３に示すように、アクチュエータ２の中央領域には、第１の駆動電極１８ａを有する第１の駆動部１２ａ、第２の駆動電極１８ｂを有する第２の駆動部１２ｂ、第３の駆動電極１８ｃを有する第３の駆動部１２ｃ、第４の駆動電極１８ｄを有する第４の駆動部１２ｄの４つの駆動部が設けられている。Ｘ軸方向において駆動部１２ａと駆動部１２ｂとが対向して設けられ、また、Ｙ軸方向において駆動部１２ｃと駆動部１２ｄとが対向して設けられている。
これら駆動部１２ａ〜１２ｄは、弾性部１４と接続されている。この弾性部１４は、駆動部１２ａ〜１２ｄが移動できるように、伸縮するものである。このため、駆動部１２ａ、１２ｂは、Ｘ軸方向に移動し、また駆動部１２ｃ、１２ｄは、Ｙ軸方向に移動する。
なお、搬送ステージ１１の実効的な面積は、駆動部１２ａ〜１２ｄの外周淵を越えない範囲に収まるものとし、アクチュエータ１における搬送ステージ１１の最大移動範囲は、駆動部１２ａ〜１２ｄの外周淵を越えない範囲内とすることが望ましい。
図１４に示すように、アクチュエータ２は、二軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動する基板からなる搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、一軸方向（Ｘ軸方向）に搬送ステージ１１を移動させる第１の駆動部１２ａおよび第２の駆動部１２ｂとを有しており、搬送ステージ１１を二軸方向に駆動する機構である。
また、搬送ステージ１１は、搬送ステージ１１の駆動部１２ａ、１２ｂ側の面に設けられている搬送電極１５を有している。また、駆動部１２ａ、１２ｂは、基材として駆動ステージ１６ａ、１６ｂを有しており、更に、駆動ステージ１６ａ、１６ｂ下面に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７ａ、１７ｂと、駆動ステージ１６ａ、１６ｂの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８ａ、１８ｂとを有している。この圧電素子１７ａ、１７ｂは、支持フレーム１９に固定されている。
また、搬送電極１５の駆動電極１８ａ、１８ｂ側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１８ａ、１８ｂと搬送電極１５との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。
なお、図１４では、図１３のＸ軸方向における駆動部１２ａ、１２ｂについて示しているが、図１３のＹ軸方向における駆動部１２ｃ、１２ｄについても同様である。
このように、本実施の形態２におけるアクチュエータ２では、駆動部１２ａ〜１２ｄ（駆動電極１８ａ〜１８ｄ）が、搬送ステージ１１を移動させる役割の他に、保持（支持）する役割をも果たすので、保持部を有しなくても良い。このため、部品点数を少なくすることができる。
また、本実施の形態２におけるアクチュエータ２では、駆動部１２ａ、１２ｂがＸ軸方向（二軸方向のうちの一軸方向）に複数設けられており、また、駆動部１２ｃ、１２ｄがＹ軸方向（二軸方向のうちの他の一軸方向）に複数設けられている。このため、一軸方向（例えばＸ軸方向）に複数の駆動部（例えば第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ）を設けられることによって、アクチュエータ２を安定動作させることができる。このアクチュエータ２の動作について、以下に、図１５および図１６を用いて説明する。
まず、本実施の形態２におけるアクチュエータ２においてＸ軸方向に搬送ステージ１１を移動させる方法を説明する。
図１５は、搬送ステージ１１をＸ軸方向に駆動させるアクチュエータ２の制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号を示す。
図１５（ａ）中の符号Ｖｘｐ１は第１の圧電素子１７ａを伸縮させる信号であり、符号Ｖｘｄ１は第１の駆動電極１８ａに印加する制御信号であり、符号Ｖｘｐ２は第２の圧電素子１７ｂを伸縮させる信号であり、符号Ｖｘｄ２は第２の駆動電極１８ｂに印加する制御信号である。図１５（ｂ）中の符号Ｖｓは搬送電極１５に印加する制御信号である。搬送ステージ１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがあり、搬送ステージ１１の動作モードに対応して搬送電極１５に印加する制御信号Ｖｓのタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ２のＸ軸方向へのＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
アクチュエータ２の動作開始ＳＴＥＰ１では、搬送電極１５に印加する制御信号ＶｓにはＬＯＷ、第１の駆動電極１８ａに印加する信号Ｖｘｄ１にＨＩＧＨ、第２の駆動電極１８ｂに印加する信号Ｖｘｄ２にＬＯＷを入力し、搬送電極１５と第１の駆動電極１８ａとの間に電位差を与え、静電気力により搬送電極１５を第１の駆動電極１８ａに吸着させる。
ＳＴＥＰ２では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｘｐ１は圧電素子１７ａが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｘｐ２は圧電素子１７ｂが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸方向（Ｘ軸方向）に配置させた場合に、互いが近づいたり遠のいたり伸縮変位する組み合わせとなっている。このような第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの電歪により駆動電極１８ａ、１８ｂを移動させる。このとき、搬送電極１５は第１の駆動電極１８ａにのみ吸着させている為、第１の圧電素子１７ａの電歪変位量分だけ、進行方向に移動する。
ＳＴＥＰ３では、第１の駆動電極１８ａにＬＯＷを印加し、搬送ステージ１１と第１の駆動電極１８ａの吸着を解除する。同時に、第２の駆動電極１８ｂにＨＩＧＨを印加し、新たに搬送電極１５と第２の駆動電極１８ｂを静電気力により吸着させる。
ＳＴＥＰ４では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｘｐ１は圧電素子１７ａが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｘｐ２は圧電素子１７ｂが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸方向（Ｘ軸方向）に配置させた場合に互いが近づいたり遠のいたりする伸縮動作する組み合わせとなっている。このような第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの電歪により第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂをＳＴＥＰ１の状態へ移動させる。このとき、搬送電極１５は第２の駆動電極１８ｂに吸着させたままである。よって、各駆動電極１８ａ、１８ｂがＳＴＥＰ１の状態へ戻ったときに、搬送電極１５は第２の駆動電極１８ｂに吸着されたままである。
このようなＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、本実施の形態２におけるアクチュエータ２の１サイクルの動作である。各圧電素子１７ａ、１７ｂと各駆動電極１８ａ、１８ｂは１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１は１サイクル後に第１の圧電素子１７ａの電歪量と第２の圧電素子１７ｂの電歪量の合計分だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１は進行方向であるＸ軸方向に連続的に移動する。
また、搬送ステージ１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図１５（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図１５（ｂ）に示すように、搬送電極１５に印加する信号のみを変えると実現する。
次に、本実施の形態２におけるアクチュエータ２においてＹ軸方向に搬送ステージ１１を移動させる方法を説明する。
図１６は、搬送ステージ１１をＹ軸方向に駆動させるアクチュエータ２の制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号を示す。
図１６（ａ）中の符号Ｖｙｐ１は第３の駆動電極１８ｃを搭載した駆動ステージの駆動源である第３の圧電素子を伸縮させる信号であり、符号Ｖｙｄ１は第３の駆動電極１８ｃに印加する制御信号であり、符号Ｖｙｐ２は第４の駆動電極１８ｄを搭載した駆動ステージの駆動源である第４の圧電素子を伸縮させる信号であり、符号Ｖｙｄ２は第４の駆動電極１８ｄに印加する制御信号である。図１６（ｂ）中の符号Ｖｓは、第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂと第３の駆動電極１８ｃと第４の駆動電極１８ｄとに対向する位置に配置された搬送ステージ１１上の搬送電極１５に印加する制御信号である。搬送ステージ１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがあり、搬送ステージ１１の動作モードに対応して搬送電極１５に印加する制御信号Ｖｓのタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ２のＹ軸方向へのＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
まず、アクチュエータ２の動作開始ＳＴＥＰ１では、搬送電極１５に印加する制御信号ＶｓにはＬＯＷ、第３の駆動電極１８ｃに印加する信号Ｖｙｄ１にＨＩＧＨ、第４の駆動電極１８ｄに印加する信号Ｖｙｄ２にＬＯＷを入力し、搬送電極と第３の駆動電極１８ｃ間に電位差を与え、静電気力により搬送電極１５を第３の駆動電極１８ｃと第４の駆動電極１８ｄに吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ２では、第３の駆動電極１８ｃを搭載した駆動ステージの駆動源である第３の圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ１はこの圧電素子が縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第４の駆動電極１８ｄを搭載した駆動ステージの駆動源である第４の圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ２はこの圧電素子が縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第３の圧電素子と第４の圧電素子の伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子を一軸上に配置させた場合に、互いが近づいたり遠のいたり伸縮変位する組み合わせとなっている。このような第３と第４の圧電素子の電歪により第３の駆動電極１８ｃと第４の駆動電極１８ｄを移動させる。このとき、搬送電極１５は第３の駆動電極１８ｃにのみ吸着させている為、第３の圧電素子の電歪変位量分だけ、進行方向に移動する。
次いで、ＳＴＥＰ３では、第３の駆動電極１８ｃにＬＯＷを印加し、搬送電極１５と第３の駆動電極１８ｃの吸着を解除する。同時に、第４の駆動電極１８ｄにＨＩＧＨを印加し、新たに搬送電極１５と第４の駆動電極１８ｄを静電気力により吸着させる。
ＳＴＥＰ４では、第３の圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ１は第３の圧電素子が伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第４の圧電素子へ印加する信号Ｖｙｐ２は第３の圧電素子が伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第３の圧電素子と第４の圧電素子の伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子を一軸上に配置させた場合に互いが近づいたり遠のいたり伸縮動作する組み合わせとなっている。このような第３と第４の圧電素子の電歪により第３の駆動電極１８ｃと第４の駆動電極１８ｄをＳＴＥＰ１の状態へ移動させる。このとき、搬送電極１５は第４の駆動電極１８ｄに吸着させたままである。よって、各駆動電極１８ｃ、１８ｄがＳＴＥＰ１の状態へ戻ったときに、搬送電極１５は第４の駆動電極１８ｄに吸着されたままである。
このようなＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、本実施の形態２におけるアクチュエータ２の１サイクルの動作である。各圧電素子と各駆動電極１８ｃ、１８ｄは１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１は１サイクル後に第３の圧電素子の電歪相当と第４の圧電素子の電歪量の合計距離だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１は進行方向であるＹ軸方向に連続的に移動する。
また、搬送ステージ１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図１６（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図１６（ｂ）に示すように、搬送電極１５に印加する信号のみを変えると実現する。
なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の駆動の方法は別々に説明したが、互いに独立に動作することができる。
このように、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設け、Ｙ軸方向に２つの駆動部１２ｃ、１２ｄを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、搬送電極１５を介して、Ｘ軸方向では駆動電極１８ａ、１８ｂ、Ｙ軸方向では駆動電極１８ｃ、１８ｄによって吸着されているため、Ｘ軸方向やＹ軸方向への進行方向に対して前後両方から駆動する力を確保できる。よって、アクチュエータ２では、安定した駆動力で搬送ステージ１１を移動することができる。
また、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設け、Ｙ軸方向に２つの駆動部１２ｃ、１２ｄを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、第１の駆動電極１８ａもしくは第３の駆動電極１８ｃとともに移動し、ＳＴＥＰ４において第２の駆動電極１８ｂもしくは第４の駆動電極１８ｄとともに移動をするため、実動作スピードは本発明者らが検討したアクチュエータ１０１に比べて少なくとも二倍高速となる。
なお、アクチュエータ２における搬送ステージ１１の最大移動範囲を規定した場合、搬送ステージ１１の存在位置がいずれかの駆動電極側に大きく偏り、搬送ステージ１１の初期位置に戻れなくなる事態を避けることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３による圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）について図１７および図１８を用いて説明する。図１７は、本実施の形態３によるアクチュエータの要部断面図である。図１８は、図１７のアクチュエータの制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号を示す。なお、図１７では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３から離して図示されているが、実際には駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３とは接触して設けられている。
図１７に示すように、本実施の形態３におけるアクチュエータ３は、二軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動する基板からなる搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、一軸方向（Ｘ軸方向）に搬送ステージ１１を移動させる第１の駆動部１２ａおよび第２の駆動部１２ｂと、搬送ステージ１１と対向して設けられ、搬送ステージ１１を保持する保持部１３とを有しており、記録メディアを搭載した搬送ステージ１１を二軸方向に駆動する機構である。これら第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ、および保持部１３は、保持部１３のＸ軸方向の両側に、駆動部１２ａ、１２ｂが設けられている。
また、搬送ステージ１１は、搬送ステージ１１の駆動部１２ａ、１２ｂ側の面に設けられている搬送電極１５を有している。また、駆動部１２ａ、１２ｂは、基材（第３の基板）として駆動ステージ１６ａ、１６ｂを有しており、更に、駆動ステージ１６ａ、１６ｂ側面に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７ａ、１７ｂと、駆動ステージ１６ａ、１６ｂの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８ａ、１８ｂとを有している。この圧電素子１７ａ、１７ｂは、支持フレーム１９に固定されている。また、保持部１３は、基材として支持フレーム１９に固定されたベースフレーム２０を有しており、更に、ベースフレーム２０の搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する保持電極２１を有している。
また、搬送電極１５の駆動電極１８ａ、１８ｂ側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１８ａ、１８ｂ、保持電極２１と搬送電極１５との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。
このように、本実施の形態３におけるアクチュエータ３では、駆動部１２ａ、１２ｂがＸ軸方向（二軸方向のうちの一軸方向）に複数設けられている。このため、一軸方向（例えばＸ軸方向）に複数の駆動部（例えば第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ）を設けられることによって、アクチュエータ３を安定動作させることができる。更に、保持部１３のＸ軸方向の両側に、駆動部１２ａ、１２ｂが設けられている。このため、アクチュエータ３をより安定動作させることができる。このアクチュエータ３の安定動作について、以下に図１８を用いて説明する。
図１８（ａ）中の符号Ｖｐ１は第１の圧電素子１７ａを伸縮させる信号であり、符号Ｖｄ１は第１の駆動電極１８ａに印加する制御信号であり、符号Ｖｐ２は第２の圧電素子１７ｂを伸縮させる信号であり、符号Ｖｄ２は第２の駆動電極１８ｂに印加する制御信号であり、符号Ｖｈは保持電極２１に印加する制御信号である。また、図１８（ｂ）中の符号Ｖｓは搬送電極１５に印加する制御信号であり、搬送ステージ１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがある。図１８（ｂ）に示すように、動作モードに対応して搬送電極１５に印加する制御信号Ｖｓのタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ３のＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
まず、アクチュエータ３の動作開始であるＳＴＥＰ１では、搬送電極１５に印加する制御信号ＶｓにはＬＯＷ、第１の駆動電極に印加する信号Ｖｄ１にＨＩＧＨ、第２の駆動電極に印加する信号Ｖｄ２にＨＩＧＨを入力し、搬送電極１５と第１の駆動電極１８ａとの間、および搬送電極１５と第２の駆動電極１８ｂとの間に電位差を与え、静電気力により搬送電極１５を第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂに吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ２では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｐ１は圧電素子１７ａが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｐ２は圧電素子１７ｂが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しないが、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸上に配置させた場合に同方向に伸縮動作する組み合わせとなっている。このような圧電素子１７ａ、１７ｂの電歪により駆動電極１８ａ、１８ｂを移動させる。このとき、搬送電極１５は第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂの両方に吸着させている為、第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの電歪変位量だけ、進行方向に移動する。
次いで、ＳＴＥＰ３では、第１の駆動電極１８ａにＬＯＷを印加し、第２の駆動電極１８ｂにＬＯＷを印加し、搬送電極１５と駆動電極１８ａ、１８ｂとの吸着を解除する。同時に、保持電極２１に印加する信号ＶｈをＨＩＧＨとし、新たに搬送電極１５と保持電極２１とを静電気力により吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ４では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｐ１は圧電素子１７ａが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｐ２は圧電素子１７ｂが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しないが、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸上に配置させた場合に同方向に移動する組み合わせとなっている。このような圧電素子１７ａ、１７ｂの電歪により駆動電極１８ａ、１８ｂをＳＴＥＰ１の状態へ移動させる。このとき、搬送電極１５は保持電極２１に吸着させたままである。よって、各駆動電極１８ａ、１８ｂがＳＴＥＰ１の状態へ戻った後も、搬送ステージ１１だけは保持電極２１で保持されたままである。
このようなＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、本実施の形態３におけるアクチュエータの1サイクルの動作である。各圧電素子１７ａ、１７ｂと各駆動電極１８ａ、１８ｂは１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１は１サイクル後に各圧電素子１７ａ、１７ｂの電歪相当だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１は進行方向に連続的に移動する。
また、搬送ステージ１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図１８（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図１８（ｂ）に示すように、搬送電極１５に印加する信号のみを変えると実現する。
このように、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、搬送電極１５を介して、Ｘ軸方向では駆動電極１８ａ、１８ｂによって吸着されているため、Ｘ軸方向やＹ軸方向への進行方向に対して前後両方から駆動する力を確保できる。このため、アクチュエータ３では、安定した駆動力で搬送ステージ１１を安定して移動することができる。
（実施の形態４）
前記実施の形態３では、圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステムが、搬送ステージをＸ−Ｙ軸方向に駆動する機構において、保持電極を設けた保持部を有していた場合について説明したが、本実施の形態４では、保持部を有しない場合について説明する。
本発明の実施の形態４による圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）について図１９および図２０を用いて説明する。図１９は、本発明の実施の形態４によるアクチュエータの要部断面図である。図２０は、図１９のアクチュエータの制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号を示す。なお、図１９では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２ａ、１２ｂから離して図示されているが、実際には駆動部１２ａ、１２ｂとは接触して設けられている。
図１９に示すように、本実施の形態４におけるアクチュエータ４は、二軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動する基板からなる搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、一軸方向（Ｘ軸方向）に搬送ステージ１１を移動させる第１の駆動部１２ａおよび第２の駆動部１２ｂとを有しており、搬送ステージ１１を二軸方向に駆動する機構である。
また、搬送ステージ１１は、搬送ステージ１１の駆動部１２ａ、１２ｂ側の面に設けられている搬送電極１５を有している。また、駆動部１２ａ、１２ｂは、基材として駆動ステージ１６ａ、１６ｂを有しており、更に、駆動ステージ１６ａ、１６ｂ側面に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７ａ、１７ｂと、駆動ステージ１６ａ、１６ｂの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８ａ、１８ｂとを有している。この圧電素子１７ａ、１７ｂは、支持フレーム１９に固定されている。
また、搬送電極１５の駆動電極１８ａ、１８ｂ側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１８ａ、１８ｂと搬送電極１５との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。
このように、アクチュエータ４では、駆動部１２ａ、１２ｂ（駆動電極１８ａ、１８ｂ）が、搬送ステージ１１を移動させる役割の他に、保持（支持）する役割をも果たすので、保持部を有しなくても良い。このため、部品点数を少なくすることができる。
また、アクチュエータ４では、駆動部１２ａ、１２ｂがＸ軸方向（二軸方向のうちの一軸方向）に複数設けられている。このため、一軸方向（例えばＸ軸方向）に複数の駆動部（例えば第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ）を設けられることによって、アクチュエータ４を安定動作させることができる。このアクチュエータ４の動作について、以下に、図２０を用いて説明する。
図２０（ａ）中の符号Ｖｐ１は第１の圧電素子１７ａを伸縮させる信号であり、符号Ｖｄ１は第１の駆動電極１８ａに印加する制御信号であり、符号Ｖｐ２は第２の圧電素子１７ｂを伸縮させる信号であり、符号Ｖｄ２は第２の駆動電極１８ｂに印加する制御信号である。また、図２０（ｂ）中の符号Ｖｓは搬送電極１５に印加する制御信号であり、搬送ステージ１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがある。図２０（ｂ）に示すように、動作モードに対応して信号Ｖｓに印加する制御信号のタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ４のＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
まず、アクチュエータ４の動作開始ＳＴＥＰ１では、搬送ステージ１１に印加する制御信号ＶｓにはＬＯＷ、第１の駆動電極１８ａに印加する信号Ｖｄ１にＨＩＧＨ、第２の駆動電極１７ｂに印加する信号Ｖｄ２にＬＯＷを入力し、搬送ステージ１１と第１の駆動電極１８ａとの間に電位差を与え、静電気力により搬送電極１５を第１の駆動電極１８ａにのみ吸着させる。
ＳＴＥＰ２では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｐ１は圧電素子１７ｂが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｐ２は圧電素子１７ａが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸上に配置させた場合に、互いが近づいたり遠のいたりする方向に歪む組み合わせとなっている。このような圧電素子１７ａ、１７ｂの電歪により駆動電極１８ａ、１８ｂを移動させる。このとき、搬送電極１５（搬送ステージ１１）は第１の駆動電極１８ａにのみ吸着させている為、第１の圧電素子１７ａの電歪変位量だけ、進行方向に移動する。
ＳＴＥＰ３では、第１の駆動電極１８ａにＬＯＷを印加し、搬送電極１５（搬送ステージ）と第１の駆動電極１８ａの吸着を解除する。同時に、第２の駆動電極１８ｂにＨＩＧＨを印加し、新たに搬送電極１５（搬送ステージ１１）と第２の駆動電極１８ｂを静電気力により吸着させる。
ＳＴＥＰ４では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｐ１は圧電素子１７ｂが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｐ２は圧電素子１７ａが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸上に配置させた場合に互いが近づいたり遠のいたりする方向に歪む組み合わせとなっている。このような圧電素子１７ａ、１７ｂの電歪により駆動電極をＳＴＥＰ１の状態へ移動させる。このとき、搬送電極１５（搬送ステージ１１）は第２の駆動電極１８ｂにのみ吸着させたままである。よって、各駆動電極１８ａ、１８ｂがＳＴＥＰ１の状態へ戻った後に、搬送電極１５（搬送ステージ１１）は第２の駆動電極１８ｂに吸着されたままである。
このようなＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、本実施の形態４におけるアクチュエータの1サイクルの動作である。各圧電素子１７ａ、１７ｂと各駆動電極１８ａ、１８ｂは１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１は１サイクル後に第１の圧電素子１７ａの電歪相当と第２の圧電素子１７ｂの電歪相当分だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１は進行方向に連続的に移動する。
また、搬送ステージ１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図２０（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図２０（ｂ）に示すように、搬送電極１５に印加する信号のみを変えると実現する。
このように、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、搬送電極１５を介して、Ｘ軸方向では駆動電極１８ａ、１８ｂ、によって吸着されているため、Ｘ軸方向への進行方向に対して前後両方から駆動する力を確保できる。よって、アクチュエータ４では、安定した駆動力で搬送ステージ１１を移動することができる。
また、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、第１の駆動電極１８ａとともに移動し、ＳＴＥＰ４において第２の駆動電極１８ｂとともに移動をするため、実動作スピードは本発明者らが検討したアクチュエータ１０１に比べて少なくとも二倍高速となる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５による圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）について図２１を用いて説明する。図２１は、本発明の実施の形態５によるアクチュエータの要部断面図である。なお、図２１では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３から離して図示されているが、実際には駆動部１２ａ、１２ｂおよび保持部１３とは接触して設けられている。
図２１に示すように、本実施の形態５におけるアクチュエータ５は、二軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動する基板からなる搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、一軸方向（Ｘ軸方向）に搬送ステージ１１を移動させる第１の駆動部１２ａおよび第２の駆動部１２ｂと、搬送ステージ１１と対向して設けられ、搬送ステージ１１を保持する保持部１３とを有しており、記録メディアを搭載した搬送ステージ１１を二軸方向に駆動する機構である。これら第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ、および保持部１３は、保持部１３のＸ軸方向の両側に、駆動部１２ａ、１２ｂが設けられている。
また、搬送ステージ１１は、搬送ステージ１１の駆動部１２ａ、１２ｂ側の面に設けられている搬送電極１５を有している。また、駆動部１２ａ、１２ｂは、基材（第３の基板）として駆動ステージ１６ａ、１６ｂを有しており、更に、駆動ステージ１６ａ、１６ｂ側面に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７ａ、１７ｂと、駆動ステージ１６ａ、１６ｂの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８ａ、１８ｂとを有している。この圧電素子１７ａ、１７ｂは、支持フレーム１９に固定されている。また、保持部１３は、基材として支持フレーム１９に固定されたベースフレーム２０を有しており、更に、ベースフレーム２０の搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する保持電極２１を有している。
また、搬送電極１５の駆動電極１８ａ、１８ｂ側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１８ａ、１８ｂ、保持電極２１と搬送電極１５との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。
ここで、搬送ステージ１１の幅Ｂは、駆動電極１８ａにおいて保持電極２１とは反対側の端から、駆動電極１８ｂにおいて保持電極２１とは反対側の端までの間の範囲を超えない寸法とし、また、搬送ステージ１１が動作できる最大移動範囲Ａは、駆動電極１８ａにおいて保持電極２１とは反対側の端から、駆動電極１８ｂにおいて保持電極２１とは反対側の端までの間の範囲とする。すなわち、本実施の形態５のアクチュエータでは、搬送ステージ１１の幅Ｂは、搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを越えない構成にする。
搬送ステージ１１の幅Ｂを、最大移動範囲Ａを越えない長さとすることで、搬送電極１５は、第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂと保持電極２１といった複数の制御電極と常に対向しており、静電気力による吸着力を発生するための実効的な対向電極面積が存在する。
図２１ではアクチュエータ５の断面図を示しているので、実効的な対向電極面積の大きさを表すために、仮に制御電極（駆動電極１８ａ、１８ｂ、保持電極２１）の断面の長さを用いることとする。本実施の形態５において、第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂと保持電極２１が、紙面に対して垂直方向に同じ距離だけ占有していると仮定し、図２１における搬送ステージ１１と対向する各制御電極の実効的な断面の長さｄとｄ’とｈの間に次のような関係が成り立つように電極の配置を決定する。
ｈ＝ｄ＋ｄ’ ・・・・・（１）
式（１）の関係が成り立ち、更に、アクチュエータ５における搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを、駆動電極１８ａにおいて保持電極２１とは反対側の端から、駆動電極１８ｂにおいて保持電極２１とは反対側の端までの間の範囲内とした場合、搬送ステージ１１がアクチュエータ５内の移動可能などの領域に居ても、第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂによる吸着力の合計と、保持電極２１による吸着力が等しくなる。つまり、本実施の形態５におけるアクチュエータにおいては、搬送ステージ１１の存在位置によって制御電極である駆動電極１８ａ、１８ｂ、保持電極２１への印加信号強度を調整せずとも安定した静電吸着力を提供する。さらに、本実施の形態５におけるアクチュエータにおいては、搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを規定しているため、搬送ステージ１１の存在位置が第１の駆動電極１８ａ側、もしくは第２の駆動電極１８ｂ側に大きく偏り、搬送ステージ１１の初期位置に戻れなくなる事態を避けることができる。
また、アクチュエータ５では、駆動部１２ａ、１２ｂがＸ軸方向（二軸方向のうちの一軸方向）に複数設けられている。このため、一軸方向（例えばＸ軸方向）に複数の駆動部（例えば第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ）を設けられることによって、アクチュエータ３を安定動作させることができる。更に、保持部１３のＸ軸方向の両側に、駆動部１２ａ、１２ｂが設けられている。このため、アクチュエータ５をより安定動作させることができる。
（実施の形態６）
前記実施の形態５では、圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステムが、搬送ステージをＸ−Ｙ軸方向に駆動する機構において、保持電極を設けた保持部を有していた場合について説明したが、本実施の形態６では、保持部を有しない場合について説明する。
本発明の実施の形態６による圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）について図２２および図２３を用いて説明する。図２２は、本発明の実施の形態６によるアクチュエータの要部断面図である。図２３は、図２２のアクチュエータの制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号を示す。なお、図２２では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２ａ、１２ｂから離して図示されているが、実際には駆動部１２ａ、１２ｂとは接触して設けられている。
図２２に示すように、本実施の形態６におけるアクチュエータ６は、二軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動する基板からなる搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、一軸方向（Ｘ軸方向）に搬送ステージ１１を移動させる第１の駆動部１２ａおよび第２の駆動部１２ｂとを有しており、搬送ステージ１１を二軸方向に駆動する機構である。
また、搬送ステージ１１は、搬送ステージ１１の駆動部１２ａ、１２ｂ側の面に設けられている搬送電極１５を有している。また、駆動部１２ａ、１２ｂは、基材として駆動ステージ１６ａ、１６ｂを有しており、更に、駆動ステージ１６ａ、１６ｂ側面に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７ａ、１７ｂと、駆動ステージ１６ａ、１６ｂの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８ａ、１８ｂとを有している。この圧電素子１７ａ、１７ｂは、支持フレーム１９に固定されている。
また、搬送電極１５の駆動電極１８ａ、１８ｂ側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１８ａ、１８ｂと搬送電極１５との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。
ここで、搬送ステージ１１の幅Ｂは、駆動電極１８ａにおいて圧電素子１７ａ側の端から、駆動電極１８ｂにおいて圧電素子１７ｂ側の端までの間の範囲を超えない寸法とし、また、搬送ステージ１１が動作できる最大移動範囲Ａは、駆動電極１８ａにおいて圧電素子１７ａ側の端から、駆動電極１８ｂにおいて圧電素子１７ｂ側の端までの間の範囲とする。すなわち、本実施の形態６のアクチュエータでは、搬送ステージ１１の幅Ｂは、搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを越えない構成にする。
このように、アクチュエータ６では、駆動部１２ａ、１２ｂ（駆動電極１８ａ、１８ｂ）が、搬送ステージ１１を移動させる役割の他に、保持（支持）する役割をも果たすので、保持部を有しなくても良い。このため、部品点数を少なくすることができる。
また、アクチュエータ６では、駆動部１２ａ、１２ｂがＸ軸方向（二軸方向のうちの一軸方向）に複数設けられている。このため、一軸方向（例えばＸ軸方向）に複数の駆動部（例えば第１の駆動部１２ａ、第２の駆動部１２ｂ）を設けられることによって、アクチュエータ６を安定動作させることができる。このアクチュエータ６の動作について、以下に、図２３を用いて説明する。
図２３（ａ）中の符号Ｖｐ１は第１の圧電素子１７ａを伸縮させる信号であり、符号Ｖｄ１は第１の駆動電極１８ａに印加する制御信号であり、符号Ｖｐ２は第２の圧電素子１７ｂを伸縮させる信号であり、符号Ｖｄ２は第２の駆動電極１８ｂに印加する制御信号である。また、図２３（ｂ）中の符号Ｖｓは第１の駆動電極１８ａと第２の駆動電極１８ｂと対向する位置に配置された搬送ステージ１１上の搬送電極１５に印加する制御信号であり、搬送ステージ１１にはＦｏｒｗａｒｄモード（前進動作）、Ｂａｃｋモード（後退動作）、Ｓｔｏｐモード（停止動作）の３種類の動作モードがある。図２３（ｂ）に示すように、搬送ステージ１１の動作モードに対応して搬送電極１５に印加する制御信号Ｖｓのタイミングチャートは異なる。
ここでは、アクチュエータ６のＦｏｒｗａｒｄモードについて説明する。なお、初期の静止状態では、すべての電極に印加する信号はゼロ（０Ｖ）とする。
まず、アクチュエータ６の動作開始であるＳＴＥＰ１では、搬送ステージ１１に印加する制御信号ＶｓにはＬＯＷ、第１の駆動電極１８ａに印加する信号Ｖｄ１にＨＩＧＨ、第２の駆動電極１８ｂに印加する信号Ｖｄ２にＬＯＷを入力し、搬送電極１５と第１の駆動電極１８ａとの間に電位差を与え、静電気力により搬送ステージ１１を第１の駆動電極１８ａにのみ吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ２では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｐ１は圧電素子１７ａが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｐ２は圧電素子１７ｂが縮んだ状態から伸びた状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸上に配置させた場合に、互いが近づいたり遠のいたりする方向に歪む組み合わせとなっている。このような第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの電歪によりそれぞれ駆動電極１８ａと駆動電極１８ｂを移動させる。このとき、搬送電極１５は第１の駆動電極１８ａにのみ吸着させている為、第１の圧電素子１７ａの電歪変位量だけ、進行方向に移動する。
次いで、ＳＴＥＰ３では、第１の駆動電極１８ａにＬＯＷを印加し、搬送電極１５（搬送ステージ１１）と第１の駆動電極１８ａの吸着を解除する。同時に、第２の駆動電極１８ｂにＨＩＧＨを印加し、新たに搬送電極１５（搬送ステージ１１）と第２の駆動電極１８ｂを静電気力により吸着させる。
次いで、ＳＴＥＰ４では、第１の圧電素子１７ａへ印加する信号Ｖｐ１は圧電素子１７ａが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第２の圧電素子１７ｂへ印加する信号Ｖｐ２は圧電素子１７ｂが伸びた状態から縮んだ状態へ推移させるような信号とする。第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの伸縮の動作は一致しており、２つの圧電素子１７ａ、１７ｂを一軸上に配置させた場合に互いが近づいたり遠のいたりする方向に歪む組み合わせとなっている。このような第１の圧電素子１７ａと第２の圧電素子１７ｂの電歪によりそれぞれ駆動電極１８ａおよび駆動電極１８ｂをＳＴＥＰ１の状態へ移動させる。このとき、搬送電極１５は第２の駆動電極１８ｂにのみ吸着させたままである。よって、各駆動電極１８ａ、１８ｂがＳＴＥＰ１の状態へ戻った後に、搬送電極１５は第２の駆動電極１８ｂに吸着されたままである。
このようなＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４が、本実施の形態６におけるアクチュエータの1サイクルの動作である。各圧電素子１７ａ、１７ｂと各駆動電極１８ａ、１８ｂは１サイクル後にＳＴＥＰ１の初期位置に戻るが、搬送ステージ１１は１サイクル後に第１の圧電素子１７ａの電歪相当と第２の圧電素子１８ｂの電歪相当分だけ、進行方向に移動している。このサイクルを繰り返すことで、搬送ステージ１１は進行方向に連続的に移動する。
また、搬送ステージ１１が静止するＳｔｏｐモードや、Ｂａｃｋモードは、図２３（ａ）の駆動システムの制御信号は変えずに、図２３（ｂ）に示すように、搬送電極１５に印加する信号のみを変えると実現する。
このように、本実施の形態６におけるアクチュエータにおいては、搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを規定しているため、搬送ステージ１１の存在位置が第１の駆動電極１８ａ側、もしくは第２の駆動電極１８ｂ側に大きく偏り、搬送ステージ１１の初期位置に戻れなくなる事態を避けることができる。
また、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、搬送電極１５を介して、Ｘ軸方向では駆動電極１８ａ、１８ｂ、によって吸着されているため、Ｘ軸方向への進行方向に対して前後両方から駆動する力を確保できる。よって、アクチュエータ６では、安定した駆動力で搬送ステージ１１を移動することができる。
また、Ｘ軸方向に２つの駆動部１２ａ、１２ｂを設けた場合、ＳＴＥＰ２において、搬送ステージ１１は、第１の駆動電極１８ａとともに移動し、ＳＴＥＰ４において第２の駆動電極１８ｂとともに移動をするため、実動作スピードは本発明者らが検討したアクチュエータ１０１に比べて少なくとも二倍高速となる。
（実施の形態７）
前記実施の形態５では、制御電極として２つの駆動電極と１つの保持電極を備えた圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステムの構造について説明したが、本発明の実施の形態７では、制御電極として、１つの駆動電極と２つの保持電極を備えた圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステムの構造について説明する。
本発明の実施の形態７による圧電駆動−静電吸着型アクチュエータシステム（以下、「アクチュエータ」という）について図２４を用いて説明する。図２４は、本発明の実施の形態７によるアクチュエータの要部断面図である。なお、図２４では、説明を容易にするために、搬送ステージ１１は、駆動部１２および保持部１３ａ、１３ｂから離して図示されているが、実際には駆動部１２および保持部１３ａ、１３ｂとは接触して設けられている。
図２４に示すように、本実施の形態７におけるアクチュエータ７は、二軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に移動する基板からなる搬送ステージ１１と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、一軸方向（Ｘ軸方向）に搬送ステージ１１を移動させる駆動部１２と、搬送ステージ１１と対向して設けられ、搬送ステージ１１を保持する第１の保持部１３ａおよび第２の保持部１３ｂとを有しており、記録メディアを搭載した搬送ステージ１１を二軸方向に駆動する機構である。これら駆動部１２、第１の保持部１３ａ、および第２の保持部１３ｂは、駆動部１２のＸ軸方向の両側に、保持部１３ａ、１３ｂが設けられている。
また、搬送ステージ１１は、搬送ステージ１１の駆動部１２側の面に設けられている搬送電極１５を有している。また、駆動部１２は、基材（第３の基板）として駆動ステージ１６を有しており、更に、駆動ステージ１６両側面に設けられ、Ｘ軸方向に伸縮する圧電素子１７と、駆動ステージ１６の搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する駆動電極１８とを有している。この圧電素子１７は、支持フレーム１９ｂに固定されている。また、保持部１３ａ、１３ｂは、基材として支持フレーム１９ａに固定されたベースフレーム２０ａ、２０ｂを有しており、更に、ベースフレーム２０ａ、２０ｂの搬送ステージ１１側の面に設けられ、搬送電極１５を静電的に吸着する保持電極２１ａ、２１ｂを有している。
また、搬送電極１５の駆動電極１８側の面には図示しない絶縁膜が設けられていることによって、駆動電極１８、保持電極２１ａ、２１ｂと搬送電極１５との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。
ここで、搬送ステージ１１の幅Ｂは、保持電極２１ａにおいて駆動電極１８とは反対側の端から、保持電極２１ｂにおいて駆動電極１８とは反対側の端までの間の範囲を超えない寸法とし、また、搬送ステージ１１が動作できる最大移動範囲Ａは、保持電極２１ａにおいて駆動電極１８とは反対側の端から、保持電極２１ｂにおいて駆動電極１８とは反対側の端までの間の範囲とする。すなわち、アクチュエータ７では、搬送ステージ１１の幅Ｂは、搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを越えない構成にする。
搬送ステージ１１の幅Ｂを、最大移動範囲Ａを越えない長さとすることで、搬送電極１５は、第１の保持電極２１ａと第２の保持電極２１ｂと駆動電極１８といった複数の制御電極と常に対向しており、静電気力による吸着力を発生するための実効的な対向電極面積が存在する。
図２４ではアクチュエータの断面図を示しているので、実効的な対向電極面積の大きさを表すために、仮に制御電極（駆動電極１８、保持電極２１ａ、２１ｂ）の断面の長さを用いることとする。本実施の形態７において、第１の保持電極２１ａと第２の保持電極２１ｂと駆動電極１８が、紙面に対して垂直方向に同じ距離だけ占有していると仮定し、図２４における搬送ステージ１１と対向する各制御電極の実効的な断面の長さｈとｈ’とｄの間に次のような関係が成り立つように電極の配置を決定する。
ｄ＝ｈ＋ｈ’ ・・・・・（２）
式（２）の関係が成り立ち、更に、アクチュエータ７における搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを、保持電極２１ａにおいて駆動電極１８とは反対側の端から、保持電極２１ｂにおいて駆動電極１８とは反対側の端までの間の範囲内とした場合、搬送ステージ１１がアクチュエータ７内の移動可能などの領域に居ても、第１の保持電極２１ａと第２の保持電極２１ｂによる吸着力の合計と、駆動電極１８による吸着力が等しくなる。すなわち、駆動電極１８を有する駆動部１２が搬送ステージ１１を搬送し終わった後に移動する際に、搬送ステージ１１との摩擦によって搬送ステージ１１を移動させないために、保持電極２１ａ、２１ｂによる吸着力が確保される必要がある。
このため、アクチュエータ７においては、搬送ステージ１１の存在位置によって制御電極である駆動電極１８、保持電極２１ａ、２１ｂへの印加信号強度を調整せずとも安定した静電吸着力を提供することができる。
また、アクチュエータ７においては、搬送ステージ１１の最大移動範囲Ａを規定しているため、搬送ステージ１１の存在位置が第１の保持電極２１ａ側、もしくは第２の保持電極２１ｂ側に大きく偏り、搬送ステージ１１の初期位置に戻れなくなる事態を避けることができる。
また、駆動部１２のＸ軸方向の両側に、保持部１３ａ、１３ｂが設けられている。このため、搬送ステージ１１の搬送電極１５と駆動部１２の駆動電極１８とは、動作時において、一定の吸着力を確保することができ、アクチュエータ７を安定動作させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は、半導体技術を用いて製造された情報記録装置、もしくは、半導体装置に幅広く利用することができる。
本発明の実施の形態１におけるアクチュエータを備えたメモリプローブの要部を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるアクチュエータを備えたメモリプローブの要部を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるアクチュエータの要部を模式的に示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’線の断面図である。 本発明の実施の形態１におけるアクチュエータにおいて、搬送ステージをＸ軸方向に移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。 本発明の実施の形態１におけるアクチュエータにおいて、搬送ステージをＹ軸方向に移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。 本発明の実施の形態１における製造工程中のアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 図７に続く製造工程中のアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 図８に続く製造工程中のアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 図９に続く製造工程中のアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 図１０に続く製造工程中のアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 図１１に続く製造工程中のアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるアクチュエータの要部を模式的に示す平面図である。 図１３のＢ−Ｂ’線の断面図である。 本発明の実施の形態２におけるアクチュエータにおいて、搬送ステージをＸ軸方向に移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。 本発明の実施の形態２におけるアクチュエータにおいて、搬送ステージをＹ軸方向に移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。 本発明の実施の形態３におけるアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３におけるアクチュエータにおいて、搬送ステージを移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。 本発明の実施の形態４におけるアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４におけるアクチュエータにおいて、搬送ステージを移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。 本発明の実施の形態５におけるアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態６におけるアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態６におけるアクチュエータにおいて、搬送ステージを移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。 本発明の実施の形態７におけるアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 記録メディアの面記録密度として１Ｔｂ／ｉｎｃｈ２以上を実現するために要求されるプローブメモリを構成する各要素の標準的な性能を示す表である。 位置決め精度の高いマイクロアクチュエータシステムの方式を示す表である。 本発明者らが検討したアクチュエータの要部を模式的に示す断面図である。 本発明者らが検討したアクチュエータ１において、搬送ステージを移動させるための制御信号のタイミングチャートであり、（ａ）は駆動システムの制御信号、（ｂ）は搬送システムの制御信号である。
符号の説明
１、２、３、４、５、６、７ アクチュエータ
１１ 搬送ステージ（基板）
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 駆動部
１３、１３ａ、１３ｂ 保持部
１４ 弾性部
１５ 搬送電極（第１電極）
１６、１６ａ、１６ｂ 駆動ステージ
１７、１７ａ、１７ｂ 圧電素子
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ 駆動電極（第２電極）
１９、１９ａ、１９ｂ 支持フレーム
２０、２０ａ、２０ｂ ベースフレーム
２１、２１ａ、２１ｂ 保持電極（第３電極）
３１ 単結晶シリコンウエハ
３２ シリコン酸化膜
３３ 金属膜
３４ 保護膜
３５ ホトレジスト
３６ 保護膜
３７ メタルマスク
３８ ホトレジスト
５０ プローブメモリ
５１ 記録メディア
５２ プローブ
５３ 基板
１０１ アクチュエータ
１１１ 搬送ステージ
１１２ 駆動部
１１３ 保持部
１１５ 搬送電極
１１６ 駆動ステージ
１１７ 圧電素子
１１８ 駆動電極
１２０ ベースフレーム
１２１ 保持電極

Claims (8)

  1. 二軸方向に移動する基板と、
    前記基板と対向して設けられ、前記二軸方向のうちの一軸方向に前記基板を移動させる駆動部と、
    前記基板と対向して設けられ、前記基板を保持する保持部と、
    前記駆動部に設けられ、前記一軸方向に伸縮する圧電素子と、
    前記基板の前記駆動部側の面に設けられている第１電極と、
    前記駆動部の前記基板側の面に設けられ、前記第１電極を静電的に吸着する第２電極と、
    前記保持部の前記基板側の面に設けられ、前記第１電極を静電的に吸着する第３電極と、を有し、
    前記駆動部が、前記一軸方向に複数設けられていることを特徴とするアクチュエータシステム。
  2. 前記基板の移動範囲は、複数の前記駆動部で構成される領域内であることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータシステム。
  3. 前記保持部の前記一軸方向の両側に、前記駆動部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータシステム。
  4. 二軸方向に移動する基板と、
    前記基板と対向して設けられ、前記二軸方向のうちの一軸方向に前記基板を移動させる駆動部と、
    前記駆動部に設けられ、前記一軸方向に伸縮する圧電素子と、
    前記基板の前記駆動部側の面に設けられている第１電極と、
    前記駆動部の前記基板側の面に設けられ、前記第１電極を静電的に吸着する第２電極と、を有し、
    前記駆動部が、前記一軸方向に複数設けられていることを特徴とするアクチュエータシステム。
  5. 前記基板の移動範囲は、複数の前記駆動部で構成される領域内であることを特徴とする請求項４記載のアクチュエータシステム。
  6. 前記一軸方向に複数設けられている前記駆動部の前記圧電素子を伸縮させる信号が、互いに同期しない信号であることを特徴とする請求項４記載のアクチュエータシステム。
  7. 二軸方向に移動する基板と、
    前記基板と対向して設けられ、前記二軸方向のうちの一軸方向に前記基板を移動させる駆動部と、
    前記基板と対向して設けられ、前記基板を保持する保持部と、
    前記駆動部に設けられ、前記一軸方向に伸縮する圧電素子と、
    前記基板の前記駆動部側の面に設けられている第１電極と、
    前記駆動部の前記基板側の面に設けられ、前記第１電極を静電的に吸着する第２電極と、
    前記保持部の前記基板側の面に設けられ、前記第１電極を静電的に吸着する第３電極と、を有し、
    前記圧電素子が、前記一軸方向に複数設けられており、
    前記駆動部の前記一軸方向の両側に、前記圧電素子が設けられていることを特徴とするアクチュエータシステム。
  8. 前記保持部が、前記一軸方向に複数設けられており、
    前記駆動部の前記一軸方向の両側に、前記保持部が設けられていることを特徴とする請求項７記載のアクチュエータシステム。
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