JP4408721B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

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を備えた駆動装置に関する。

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では、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、電極間に交流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。また、特許文献１には、それぞれの圧電体が積層構造を有していてもよいことも記載されている。この圧電アクチュエータを利用したステージ送り装置は、インチウォーム（米国における登録商標第１，２７８，７４８号）を用いたステージ送り装置に比べ、ステージ移動のストロークが大きい。
特公平３−８１１１９号公報

上記のように、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が、ステージ等の被駆動体を移動させる際に、さらにストロークを大きくして、移動を高速化するためには、印加電圧を大きくする必要がある。

しかしながら、バイポーラの交流電源により、圧電体にその分極向きと逆向きの大きい電圧を印加すると、圧電体の分極が解ける場合がある。分極が解けると、その圧電体の逆圧電効果が生じなくなり、圧電アクチュエータの駆動特性が劣化する。

本発明は、大きい電圧を印加しても駆動特性を劣化させずに被駆動体を高速に移動させることのできる駆動装置を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の駆動装置は、第１の圧電体と第１の平面電極とが交互に積層され、前記第１の圧電体は前記第１の平面電極の表面に垂直な第１の方向に分極した伸縮変位部および、前記第１の方向に前記伸縮変位部に連結され、第２の圧電体と第２の平面電極とが交互に積層され、前記第２の圧電体は前記第２の平面電極に平行な第２の方向に分極した剪断変位部を備える圧電アクチュエータと、前記第１の圧電体に発生する一周期あたりの平均電界の向きが、前記第１の圧電体の分極の向きと実質的に同一になるように前記第１の平面電極に交流電圧を印加する電源部と、を備えることを特徴としている。

このように、本発明の駆動装置は、所定の圧電体に発生する電界の向きが、一周期あたりで平均をとると、その圧電体の分極の向きと実質的に同一の向きになるように交流電圧を印加している。

これにより、圧電体の分極向きと逆向きに発生する電界強度の最大値を小さくすることができる。また、圧電体の分極向きと逆向きの電界強度の積算量を小さくすることができる。その結果、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、圧電体が減極され難く、すなわち、圧電体の分極を解かれ難くすることができる。また、圧電体の逆圧電効果を維持し、さらにはその圧電体を備えた駆動装置の駆動特性を維持することができる。

（２）また、本発明の駆動装置は、前記電源部は、前記第１の圧電体に発生する電界の向きが、前記第１の圧電体の分極の向きと常に同一になるように前記第１の平面電極に交流電圧を印加することを特徴としている。

このように、本発明の駆動装置は、所定の圧電体に発生する電界の向きが、常にその圧電体の分極の向きと実質的に同一の向きになるように、いわゆるユニポーラの交流電圧を印加している。

これにより、印加する交流電圧により発生する電界については、圧電体の分極の向きと同じ向きの電界のみを発生させることできる。その結果、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、圧電体が減極され難く、すなわち分極している圧電体の分極を解かれ難くすることができる。その結果、圧電体の逆圧電効果を維持し、さらにはその圧電体を備えた駆動装置の駆動特性を維持することができる。

（３）また、本発明の駆動装置は、複数の前記圧電アクチュエータが、固定台上に並設され、前記圧電アクチュエータが楕円または多角形の軌道の運動を行なうことにより、被駆動体を前記第2の方向に送ることを特徴としている。

これにより、複数の圧電アクチュエータを並設した駆動装置について、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、駆動特性を維持することができる。また、たとえば半導体製造工程のステージ送り装置として本発明の駆動装置に、大きい振幅の交流電圧を印加し高速で駆動させた場合に、駆動特性を維持することができる。したがって、ステージ移動のストロークを大きくとることができる。その結果、半導体製造工程において製造の効率化、高速化を図ることができる。

本発明に係る駆動装置によれば、所定の圧電体に発生する電界の向きが、一周期あたりで平均をとると、その圧電体の分極の向きと実質的に同一の向きになるように交流電圧を印加している。

これにより、圧電体の分極向きと逆向きに発生する電界強度の最大値を小さくすることができる。また、逆向きの電界強度の積算量を小さくすることができる。その結果、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、圧電体が減極され難く、すなわち圧電体の分極を解かれ難くすることができる。また、圧電体の逆圧電効果を維持し、さらにはその圧電体を備えた駆動装置の駆動特性を維持することができる。

また、本発明に係る駆動装置によれば、所定の圧電体に発生する電界の向きが、常にその圧電体の分極の向きと実質的に同一の向きになるように、いわゆるユニポーラの交流電圧を印加している。

これにより、印加する交流電圧により発生する電界については、圧電体の分極の向きと同じ向きの電界のみを発生させることできる。その結果、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、圧電体が減極され難く、すなわち分極している圧電体の分極を解かれ難くすることができる。その結果、圧電体の逆圧電効果を維持し、さらにはその圧電体を備えた駆動装置の駆動特性を維持することができる。

また、本発明に係る駆動装置によれば、複数の圧電アクチュエータを並設した駆動装置について、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、駆動特性を維持することができる。また、たとえば半導体製造工程のステージ送り装置として本発明の駆動装置に、大きい振幅の交流電圧を印加し高速で駆動させた場合に、駆動特性を維持することができる。したがって、ステージ移動のストロークを大きくとることができる。その結果、半導体製造工程において製造の効率化、高速化を図ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態に関し、図面に基づいて説明する。ただし、これは実施形態の一例であって、本発明がこの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る駆動装置１の概念図である。本発明の駆動装置１は、圧電アクチュエータ２ａおよび電源部２ｂから構成されている。図１において、圧電アクチュエータ２ａは、側面から見た図となっている。圧電アクチュエータ２ａは、シム部３ａおよび３ｂ、中央の平面電極４、伸縮変位部５ならびに剪断変位部６から構成されている。中央の平面電極４を介して、伸縮変位部５と剪断変位部６が連結されている。第１の方向とは、伸縮変位部５の伸縮変位方向、すなわち圧電アクチュエータの固定端からの高さ方向をいう。第２の方向とは、剪断変位部６の剪断変位方向をいう。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。第１の圧電体は圧電体７ａに該当し、第２の圧電体は圧電体７ｂに該当する。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、第１の平面電極は平面電極８ａに該当し、第２の平面電極は平面電極８ｂに該当する。平面電極の材料は、銀、パラジウム、銅等の導体である。一方、電源部２ｂは、交流電源Ｖａおよび交流電源Ｖｂから構成されている。電源部２ｂは、所定の機能を有するものであり、構造的に特徴を有するものではないため簡略化して表している。なお、圧電体７ａおよび圧電体７ｂの材料は、圧電体であれば特に一定の材料に限られない。

シム部３ａおよび３ｂは、本体部２の伸縮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。

図１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Ｐ_１またはＰ_２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Ｑ_１またはＱ_２に分極している。図１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層積層しているが、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８ｂ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。

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は、銀、パラジウム、銅等の導体である。また、ＧＮＤ用の取り出し電極２１はリード線２１Ｌ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２２Ｌを介し交流電源Ｖａに接続され、剪断変位部用取り出し電極２３はリード線２３Ｌを介し上記交流電源に対して位相差が９０°の交流電源Ｖｂに接続されている。

ここで、交流電源Ｖａは、圧電体７ａの分極の向きＰ_１およびＰ_２と同一向きに圧電体７ａに電界が生じるようなバイアスをかけて交流電圧を印加する機能を有している。交流電源Ｖｂについては、特にバイアスをかけていてもかけていなくてもよい。

（作製方法）
本発明の駆動装置１の作製方法の一例を以下に示す。なお、駆動装置１の作製方法は、以下に示す一例に限定されるものではない。

ジルコン酸チタン酸鉛（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。

次に、混合して得られたスラリーを用い、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。得られた生シートは焼成し、設計された形状に加工する。伸縮変位部用の単板の圧電セラミックスには電極を形成し、分極処理を行なう。さらに、取り出し電極として銅板を接着し、接着剤を用いてその単板を積層して、伸縮変位部５を作製する。なお、伸縮変位部５は生シートに銀の電極を印刷し圧着して、一体焼成してもよい。

一方、剪断変位部用の単板は、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を行なった後に電極を形成する。さらに、取り出し電極として銅板を接着し、接着剤を用いてその単板を積層して、剪断変位部６を作製する。このようにして作製された剪断変位部６を、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、ＧＮＤ用の取り出し電極２１、伸縮変位部用取り出し電極２２および剪断変位部用取り出し電極２３を設けて、圧電アクチュエータ２ａを作製する。なお、接着には種々の樹脂接着剤を用いる。

次に、ＧＮＤ用の取り出し電極２１をリード線２１Ｌにより接地し、伸縮変位部用取り出し電極２２をリード線２２Ｌにより交流電源Ｖａに接続し、剪断変位部用取り出し電極２３をリード線２３Ｌにより交流電源Ｖｂに接続する。交流電源Ｖａには、市販のバイポーラ・ユニポーラ型の駆動電源を用いれば十分である。

（動作）
以下に、本発明の駆動装置１の動作を説明する。

図２（ａ）は、バイポーラの交流電源による正弦波の印加電圧を示す図である。このような電圧を、図１に示すような構成の圧電アクチュエータに対して、平面電極８ａにあたる電極に印加すると、圧電体７ａにあたる部分には、図２（ｂ）に示すような電界Ｅが生じる。矢印の入った線分は電気力線を示し、矢印の向きが電界の向き、本数の密度が電界の強度を示している。電気力線が描かれていない図は、電界が生じていないことを示している。平面電極には、その電圧がゼロ、プラスまたはマイナスになるため、平面電極の右端にその旨を記載した。図２（ｂ）は、１／４周期ごとの圧電体７ａにあたる部分の電界の変動を示す図である。この場合には、図２（ｂ）（４）において、圧電体の分極向きとは逆向きの電界が生じている。

図３および図４は、本発明に係る駆動装置１において、交流電源Ｖａによる印加電圧の例を示す図である。図３（ａ）に示す例では、バイポーラの交流電圧に直流電圧による正のバイアスをかけており、正弦波の１周期のうちで、平面電極８ａに負の電圧が印加される場合もある。ただし、１周期で平均すれば正の電圧が印加されていることになる。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す電圧を交流電源Ｖａにより印加した場合について、１／４周期ごとの圧電体７ａの電界の変動を示す図である。図３（ｂ）に示すように、（１）、（２）および（３）の状態では、圧電体７ａの分極の向きと同じ向きに電界が生じており、（４）の状態でのみ、圧電体７ａの分極の向きと逆向きに電界が生じている。ただし、１周期で平均すれば、圧電体７ａの分極の向きと同じ向きに電界が生じていることになる。

これにより、圧電体７ａの分極向きＰ_１またはＰ_２と逆向きに発生する電界強度の最大値を小さくすることができる。また、逆向きの電界強度の積算量を小さくすることができる。その結果、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、圧電体が減極され難くすることができる。すなわち、圧電体７ａの分極を解かれ難くすることができる。また、圧電体７ａの逆圧電効果を維持し、さらにはその圧電体７ａを備えた駆動装置１の駆動特性を維持することができる。なお、減極とは、圧電セラミックス内部の結晶粒の分域について部分的に電気双極子の向きが解かれ、分極処理直後に比べ圧電セラミックスの変位能力が低下することをいう。

図４（ａ）に示す例では、バイポーラの交流電圧に直流電圧による正のバイアスをかけており、正弦波の１周期のうちで、平面電極８ａに負の電圧が印加される場合がない。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す電圧を交流電源Ｖａにより印加した場合について、１／４周期ごとの圧電体７ａの電界の変動を示す図である。図４（ｂ）に示すように、（１）、（２）、（３）および（４）のすべての状態で、圧電体７ａの分極の向きと同じ向きに電界が生じている。

これにより、印加する交流電圧により発生する電界については、圧電体７ａの分極の向きＰ_１またはＰ_２と同じ向きの電界のみを発生させることできる。その結果、圧電体に大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、圧電体が減極され難く、すなわち圧電体の分極を解かれ難くすることができる。その結果、圧電体の逆圧電効果を維持し、さらにはその圧電体を備えた駆動装置の駆動特性を維持することができる。

なお、上記の図２（ｂ）、図３（ｂ）および図４（ｂ）の圧電体については、電界発生による伸縮変位については省略している。また、圧電体７ａの分極向きＰ_１およびＰ_２が図１に示す方向と逆を向いている場合には、交流電源Ｖａは負にバイアスをかけた交流電圧をかければ、同様の効果が得られる。

図５は、圧電アクチュエータ２ａを駆動させたときの、１／４周期ごとの形状および１周期のシム部３ｂの突起の軌道を示した図である。圧電アクチュエータ２ａ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５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。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ステージを任意の方向に移動させることができる。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。本発明に係る駆動装置については、平面電極８ａに正のバイアスのかかった交流電圧を印加するため、伸縮変位部５の伸縮の平衡状態は、通常のバイポーラの交流電圧を印加する場合の平衡状態（自然長の状態）に比べて、バイアスがかかっている分だけ伸びた状態である。

圧電アクチュエータ２ａが送り装置に用いられる場合には、伸縮変位部５側のシム部３ａは固定板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、図６を参照しながら圧電アクチュエータ１の１周期にわたる動作を説明する。図６（ａ）は、伸縮変位部５が伸びきった状態であり、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ており、その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の表面に接している。図６（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６（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ており、その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６（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。

図７は、圧電アクチュエータ２ａを送り方向に複数並設した本発明の駆動装置１を駆動させたときの１／４周期ごとの状態をそれぞれ示した図である。図７に示すように、送り方向に沿って設置された圧電アクチュエータを送り方向に沿って順番に１８０°位相を変えて駆動し、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３１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、圧電アクチュエータを並設する場合の配置は、特に限定されない。

このように圧電アクチュエータ２ａを複数並設した駆動装置１をユニポーラの電圧で駆動させることにより、圧電体７ａに大きい振幅の交流電圧を印加した場合であっても、駆動特性を維持することができる。また、たとえば半導体製造工程のステージ送り装置として本発明の駆動装置１に、大きい振幅の交流電圧を印加し高速で駆動させた場合に、駆動特性を維持することができる。したがって、ステージ３１の移動のストロークを大きくとることができる。その結果、半導体製造工程において製造の効率化、高速化を図ることができる。

以下、比較例と対比しつつ本発明の実施例について説明する。上記の作製方法に基づき、シム部３ａおよび３ｂを除いた部分の形状が伸縮変位方向４．８ｍｍ、剪断変位方向６ｍｍ、それらに垂直な方向３ｍｍの矩形状の圧電アクチュエータ２ａを作製した。伸縮変位部５および剪断変位部６の伸縮変位方向長さはそれぞれ２．４ｍｍとし、４層の積層構造とした。一層あたりの圧電体の厚さはすべて０．６ｍｍとした。圧電体７ａおよび圧電体７ｂの材料には、いわゆるソフト材と呼ばれる誘電損失（ｔａｎδ）が０．００７以上のＰＺＴ材料を用いた。これにより、伸縮変位部５の変位量を大きくすることができる。なお、圧電体７ａおよび圧電体７ｂの材料には、いわゆるハード材と呼ばれる誘電損失が０．００７より小さいＰＺＴ材料を用いてもよい。その場合には、駆動による発熱を小さくし、キュリー温度を大きくすることができる。
作製された圧電アクチュエータ２ａのＧＮＤ用の取り出し電極２１は接地し、伸縮変位部用取り出し電極２２は、交流電源Ｖａとしての市販のバイポーラ・ユニポーラ型の駆動電源に接続した。剪断変位部用取り出し電極２３には、特に電源を接続しなかった。

交流電源Ｖａにより、所定の電界強度の振幅を生じさせる正弦波の交流電圧を３０ｋＨｚで１０分間振動させた後、同一の電界強度の振幅で０．５Ｈｚの正弦波の交流電圧を印加し振動する歪みを測定し、その振幅を算出した。

歪みの測定には、電気マイクロの測定装置を用いた。図８は、電気マイクロにより圧電アクチュエータの歪みを測定している状態を示す斜視図である。電気マイクロのセンサ４０をシム部３ｂの突起に接するように配置し、逆圧電効果による微小な伸縮変位方向の変位を測定した。

図９は、周波数０．５Ｈｚで交流電圧をかける際の電界強度の振幅に対して、歪みの振幅を示す図である。この歪みの振幅は、電気マイクロによって測定された、伸縮変位方向に変位している圧電アクチュエータの最大長さと最小長さの差、すなわち伸縮の最大変位量をΔｈ、積層された圧電体７ａの層数をｎ、圧電体７ａの層の厚さをｄとすると、Δｈ/（２・ｎ・ｄ）により算出した。

図９に示すように、電界強度を０ｋＶ／ｍから所定の大きさまでで正弦波振動させるユニポーラ駆動の場合（実施例１）には、歪みの振幅は電界強度の振幅の増加に対して直線的に増加しており、圧電アクチュエータの駆動特性は劣化しておらず、圧電体７ａに減極は生じていないことが確認された。

一方、バイアスをかけずに電界強度の振動の中心を０ｋＶ／ｍとして正負に正弦波振動させて交流電圧を印加するバイポーラ駆動の場合（比較例１）には、電界強度の振幅が６００ｋＶ／ｍ以下となる範囲では、歪みの振幅の値はグラフの直線上にのり０．５Ｈｚの交流電圧を印加する際に、電界強度の振幅が５０５ｋＶ／ｍの交流電圧を印加したときの電界強度に対する歪みの特性も、図１０（ａ）に示すような正常な閉曲線となることが確認された。電界強度の振幅７００ｋＶ／ｍの付近では、歪みの振幅の値は、図９においてグラフの直線上にのると仮定した場合の予想値より小さくなった。この電界強度の振幅７００ｋＶ／ｍの付近において、圧電アクチュエータの駆動特性が劣化し始めており、圧電体７ａに減極が生じていることが確認された。また、電界強度の振幅が８００ｋＶ／ｍ以上である範囲においては、０．５Ｈｚの正弦波の交流電圧を印加したとき、電圧が最大値または最小値に近づく過程で、分極の反転が生じていることが確認された。図１０（ｂ）は、電界強度の振幅８０５ｋＶ／ｍで０．５Ｈｚの交流電圧を印加したときの電界強度に対する歪みの特性を示す図である。図１０（ｂ）によれば、分極の反転が生じることにより、電界強度に対する歪みの特性がバタフライカーブによって表されている。このように、電界強度の振幅が８００ｋＶ／ｍ以上である範囲では、減極の生じ方が著しく、圧電アクチュエータの駆動を制御することが不可能であることが確認された。

次に、所定の電界強度の振幅を生じさせる交流電圧を３０ｋＨｚで１０分間振動させた後、０．５Ｈｚで電界強度の振幅４００ｋＶ／ｍの正弦波交流電圧を、電界強度を０ｋＶ／ｍから所定の大きさまでで正弦波振動させるユニポーラ駆動で印加し、伸縮方向の歪みの振幅を測定した（実施例２）。図１１は、ユニポーラ駆動における３０ｋＨｚの交流電圧を印加する際の電界強度の振幅に対する０．５Ｈｚの交流電圧を印加する際の歪みの振幅を示す図である。この場合には、図１１に示すように、３０ｋＨｚの交流電圧を印加する際の電界強度の振幅を１０００ｋＶ／ｍまで変化させた場合に対して、歪みの振幅は約２７０ｐｐｍであり、一定の値を示した。

一方、所定の電界強度の振幅を生じさせる交流電圧を３０ｋＨｚで１０分間振動させた後、０．５Ｈｚで電界強度の振幅が２６０ｋＶ／ｍである正弦波交流電圧を、バイアスをかけずに電界強度の振動の中心を０ｋＶ／ｍとして正負に正弦波振動させて交流電圧を印加するバイポーラ駆動で印加し、伸縮方向の歪みの振幅を測定した（比較例２）。図１２は、バイポーラ駆動における３０ｋＨｚの交流電圧を印加する際の電界強度の振幅に対する０．５Ｈｚの交流電圧を印加する際の歪みの振幅を示す図である。図１２に示すように、バイポーラで交流電圧を印加した場合には、周波数３０ｋＨｚ、交流電圧を印加する際の電界強度の振幅が６００ｋＶ／ｍ以下においては、周波数０．５Ｈｚ、電界強度２６０ｋＶ／ｍで交流電圧を印加する際の歪みの振幅の値は１７０ｐｐｍ程度の一定値をとっていたが、周波数３０ｋＨｚでの電界強度の振幅７００ｋＶ／ｍ付近で、周波数０．５Ｈｚの振動での歪みの振幅の値が小さくなった。このように、周波数３０ｋＨｚでの電界強度の振幅７００ｋＶ／ｍ付近で、圧電アクチュエータの駆動特性が劣化し始めており、圧電体７ａに減極が生じていることが確認された。また、周波数３０ｋＨｚでの電界強度の振幅が８００ｋＶ／ｍ以上においては、ほとんど逆圧電効果による歪みが生じていなかった。これにより、周波数３０ｋＨｚでの電界強度の振幅が８００ｋＶ／ｍ以上においては、減極が著しく、圧電アクチュエータの駆動を制御することができないことが確認された。

本発明に係る駆動装置の概略図である。 バイポーラで正弦波の交流電圧の印加する例を示す図である。 正の直流電圧のバイアスをかけた正弦波の交流電圧の印加する例を示す図である。 ユニポーラで正弦波の交流電圧の印加する例を示す図である。 圧電アクチュエータを駆動させたときの、１／４周期ごとの形状および１周期のシム部の突起の軌道を示した図である。 圧電アクチュエータをステージ送り装置の一部として駆動させたときの、１／４周期ごとの状態をそれぞれ示した図である。 圧電アクチュエータを送り方向に複数並設した、本発明の駆動装置を駆動させたときの１／４周期ごとの状態をそれぞれ示した図である。 電気マイクロにより圧電アクチュエータの歪みを測定している状態を示す斜視図である。 周波数０．５Ｈｚで交流電圧をかける際の電界強度の振幅に対して、歪みの振幅を示す図である。 一定の電界強度の振幅で０．５Ｈｚの交流電圧を印加したときの電界強度に対する歪みの特性を示す図（比較例）である。 ユニポーラ駆動における３０ｋＨｚの交流電圧を印加する際の電界強度の振幅に対する０．５Ｈｚの交流電圧を印加する際の歪みの振幅を示す図である。 バイポーラ駆動における３０ｋＨｚの交流電圧を印加する際の電界強度の振幅に対する０．５Ｈｚの交流電圧を印加する際の歪みの振幅を示す図である。

符号の説明

１ 駆動装置
２ａ 圧電アクチュエータ
２ｂ 電源部
２ 本体部
３ａ シム部
３ｂ シム部
４ 平面電極
５ 伸縮変位部
６ 剪断変位部
７ａ 圧電体
７ｂ 圧電体
８ａ 平面電極
８ｂ 平面電極
２１Ｌ リード線
２１ ＧＮＤ用の取り出し電極
２２Ｌ リード線
２２ 伸縮変位部用電極
２３Ｌ リード線
２３ 剪断変位部用電極
３０ 固定台
３１ ステージ
４０ センサ
Ｖａ 交流電源
Ｖｂ 交流電源

Claims (2)

1. 第１の圧電体と第１の平面電極とが交互に積層され、前記第１の圧電体は前記第１の平面電極の表面に垂直な第１の方向に分極した伸縮変位部および、前記第１の方向に前記伸縮変位部に連結され、第２の圧電体と第２の平面電極とが交互に積層され、前記第２の圧電体は前記第２の平面電極に平行な第２の方向に分極した剪断変位部を備え、前記第１および第２の圧電体はソフト材により構成される圧電アクチュエータを用い、
   ７００ｋＶ／ｍ以上１０００ｋＶ／ｍ以下の電界強度の振幅で、前記第１の圧電体に発生する電界の向きが、前記第１の圧電体の分極の向きと常に同一になるように前記第１の平面電極に交流電圧を印加し、前記圧電アクチュエータを駆動することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
2. 複数の前記圧電アクチュエータを、固定台上に並設し、前記圧電アクチュエータが楕円または多角形の軌道の運動を行なわせることにより、被駆動体を前記第２の方向に送ることを特徴とする請求項１記載圧電アクチュエータの駆動方法。

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