JPH0741207B2 - マイクロアクチュエータ - Google Patents
マイクロアクチュエータInfo
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- JPH0741207B2 JPH0741207B2 JP5028750A JP2875093A JPH0741207B2 JP H0741207 B2 JPH0741207 B2 JP H0741207B2 JP 5028750 A JP5028750 A JP 5028750A JP 2875093 A JP2875093 A JP 2875093A JP H0741207 B2 JPH0741207 B2 JP H0741207B2
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/101—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using intermittent driving, e.g. step motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
- H02N2/025—Inertial sliding motors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微細加工技術を利用し
て製造することのできるマイクロアクチュエータ及びそ
のようなマイクロアクチュエータのアレイを含むマイク
ロマシンに関する。
て製造することのできるマイクロアクチュエータ及びそ
のようなマイクロアクチュエータのアレイを含むマイク
ロマシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ば
れるＩＣ製造技術を利用して、複数の機械要素、例えば
センサ、アクチュエータ、電子回路からなる、数μｍ〜
数百μｍの大きさの機械システムを一体として作り上げ
る技術が注目されている。しかしながら、マイクロアク
チュエータの分野は研究が始まったばかりである。この
ようなマイクロアクチュエータの例として、ＰＺＴ等の
圧電体を用いた超音波モータの研究が、現在活発に行わ
れている。
ｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ば
れるＩＣ製造技術を利用して、複数の機械要素、例えば
センサ、アクチュエータ、電子回路からなる、数μｍ〜
数百μｍの大きさの機械システムを一体として作り上げ
る技術が注目されている。しかしながら、マイクロアク
チュエータの分野は研究が始まったばかりである。この
ようなマイクロアクチュエータの例として、ＰＺＴ等の
圧電体を用いた超音波モータの研究が、現在活発に行わ
れている。
【０００３】従来の超音波モータは、特開昭６３−２２
０７７３号公報に開示されるように、２枚の圧電セラミ
ックスを弾性体に貼り付け、圧電セラミックスに位相の
異なる電圧を印加して伸縮させることにより、弾性体に
進行波を励起する。弾性体の上に乗せられた被駆動物は
進行波の進む方向とは逆の方向に動く。
０７７３号公報に開示されるように、２枚の圧電セラミ
ックスを弾性体に貼り付け、圧電セラミックスに位相の
異なる電圧を印加して伸縮させることにより、弾性体に
進行波を励起する。弾性体の上に乗せられた被駆動物は
進行波の進む方向とは逆の方向に動く。
【０００４】しかしながら、従来の超音波モータにはい
くつかの問題点がある。まず、モータ全域に渡って表面
波を励起するため、局所的な位置の制御が難しいのであ
る。すなわち、アクチュエータ上に２個の物体が存在す
る場合に、それぞれを個別に位置制御することが困難で
ある。また、物体の位置は速度の積分でのみ実現される
ため、クローズドループの制御システム抜きでは微小位
置決めが困難である。
くつかの問題点がある。まず、モータ全域に渡って表面
波を励起するため、局所的な位置の制御が難しいのであ
る。すなわち、アクチュエータ上に２個の物体が存在す
る場合に、それぞれを個別に位置制御することが困難で
ある。また、物体の位置は速度の積分でのみ実現される
ため、クローズドループの制御システム抜きでは微小位
置決めが困難である。
【０００５】T.Furuhata, T.Hirano, H.Fujita, "Array
-Driven Ultrasonic Microactuators," International
Conference Solid-state Sensors and Actuators, 199
1, pp.1056-1059には、基板と、この基板上にアレイ状
に配列された複数のマイクロアクチュエータと、それら
マイクロアクチュエータの上に配置された移動体とを備
え、マイクロアクチュエータの先端を回転運動させるこ
とにより、移動体を摩擦駆動させて所定の方向に微小位
置決めを行う微小位置決め装置が開示されている。マイ
クロアクチュエータは、基板上で垂直方向の運動を励起
するように駆動力を印加する駆動部と、この駆動部から
の駆動力によって垂直方向の運動を水平方向に変位する
回転運動に変換させる機構とからなる。この微小位置決
め装置は、上記従来の超音波モータの問題点を解決す
る。
-Driven Ultrasonic Microactuators," International
Conference Solid-state Sensors and Actuators, 199
1, pp.1056-1059には、基板と、この基板上にアレイ状
に配列された複数のマイクロアクチュエータと、それら
マイクロアクチュエータの上に配置された移動体とを備
え、マイクロアクチュエータの先端を回転運動させるこ
とにより、移動体を摩擦駆動させて所定の方向に微小位
置決めを行う微小位置決め装置が開示されている。マイ
クロアクチュエータは、基板上で垂直方向の運動を励起
するように駆動力を印加する駆動部と、この駆動部から
の駆動力によって垂直方向の運動を水平方向に変位する
回転運動に変換させる機構とからなる。この微小位置決
め装置は、上記従来の超音波モータの問題点を解決す
る。
【０００６】しかしながら、一旦垂直方向の運動を励起
してから回転運動に変換することによって移動体を水平
方向に移動させるのであるから、上記論文の装置には移
動体の速度の点で改善の余地がある。
してから回転運動に変換することによって移動体を水平
方向に移動させるのであるから、上記論文の装置には移
動体の速度の点で改善の余地がある。
【０００７】また、駆動力を圧電体によって発生させる
場合、この装置では圧電体を垂直方向に変位させること
になる。ところで、ＭＥＭＳでは、従来の積層した圧電
体ではなく、膜状の圧電体を利用することが、省スペー
ス、ＩＣとのインテグレーションの観点から望ましいと
される。しかしながら、圧電体膜では、垂直方向の変位
を大きくとることが難しい。そこで、圧電体膜に適した
駆動方式が必要になる。
場合、この装置では圧電体を垂直方向に変位させること
になる。ところで、ＭＥＭＳでは、従来の積層した圧電
体ではなく、膜状の圧電体を利用することが、省スペー
ス、ＩＣとのインテグレーションの観点から望ましいと
される。しかしながら、圧電体膜では、垂直方向の変位
を大きくとることが難しい。そこで、圧電体膜に適した
駆動方式が必要になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特開昭６３
−２２０７７３号公報に代表される従来の超音波モータ
に付随する問題点を新規な方式で解決するマイクロアク
チュエータ及びマイクロマシンを提供することを目的と
する。
−２２０７７３号公報に代表される従来の超音波モータ
に付随する問題点を新規な方式で解決するマイクロアク
チュエータ及びマイクロマシンを提供することを目的と
する。
【０００９】本発明の他の目的は、圧電体膜に適したマ
イクロアクチュエータ及びマイクロマシンを提供するこ
とにある。
イクロアクチュエータ及びマイクロマシンを提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロアクチ
ュエータは、圧電体膜と、この圧電体膜の表面に形成さ
れた壁状部材と、この壁状部材の各側において上記圧電
体膜を挟むように設けられた電極対を具備する。上記壁
状部材の一方の側の電極対間において実質的に鋸歯状の
波形を有する第一の電圧パターンを発生させ、他方の側
の電極対間において該第一の電圧パターンとは極性を反
転させた第二の電圧パターンを発生させることにより、
圧電膜は緩慢な変形と急激な変形を繰り返す。その結
果、壁状部材は往復動を行い、その第一の向きの動きは
緩慢であるが、第二の向きの動きは急激である。壁状部
材の上に置かれた物体は、その緩慢な動きには追従する
が、急激な動きには追従できないことを利用して、当該
物体を該第一の向きに動かす。そのような壁状部材をア
レイ状に配置し、それらの緩慢な動きと急激な動きを制
御すれば、物体を並進させたり、位置決めしたり、回転
させたりすることが可能である。
ュエータは、圧電体膜と、この圧電体膜の表面に形成さ
れた壁状部材と、この壁状部材の各側において上記圧電
体膜を挟むように設けられた電極対を具備する。上記壁
状部材の一方の側の電極対間において実質的に鋸歯状の
波形を有する第一の電圧パターンを発生させ、他方の側
の電極対間において該第一の電圧パターンとは極性を反
転させた第二の電圧パターンを発生させることにより、
圧電膜は緩慢な変形と急激な変形を繰り返す。その結
果、壁状部材は往復動を行い、その第一の向きの動きは
緩慢であるが、第二の向きの動きは急激である。壁状部
材の上に置かれた物体は、その緩慢な動きには追従する
が、急激な動きには追従できないことを利用して、当該
物体を該第一の向きに動かす。そのような壁状部材をア
レイ状に配置し、それらの緩慢な動きと急激な動きを制
御すれば、物体を並進させたり、位置決めしたり、回転
させたりすることが可能である。
【００１１】
【実施例】図１は、２個のマイクロアクチュエータを示
しており、この図を用いてマイクロアクチュエータの構
造の一例を説明する。図において、ＰＺＴ膜１の一つの
面に壁状部材２が形成されている。同表面にはまた、壁
状部材２を挟むようにアルミ膜３ａ、３ｂが形成されて
いる。ＰＺＴ膜１の裏側の面には、広い範囲にわたって
アルミ膜４が形成されている。したがって、壁状部材２
の両側には電極対（３ａ、４）と電極対（３ｂ、４）が
存する。ＰＺＴ膜１、壁状部材２、アルミ膜３ａ、３ｂ
の寸法の例は図に示したとおりである。
しており、この図を用いてマイクロアクチュエータの構
造の一例を説明する。図において、ＰＺＴ膜１の一つの
面に壁状部材２が形成されている。同表面にはまた、壁
状部材２を挟むようにアルミ膜３ａ、３ｂが形成されて
いる。ＰＺＴ膜１の裏側の面には、広い範囲にわたって
アルミ膜４が形成されている。したがって、壁状部材２
の両側には電極対（３ａ、４）と電極対（３ｂ、４）が
存する。ＰＺＴ膜１、壁状部材２、アルミ膜３ａ、３ｂ
の寸法の例は図に示したとおりである。
【００１２】図２を参照してマイクロアクチュエータの
製造法について説明する。 ［ステップ（ａ）］ＰＺＴ膜１の面１ａにアルミ膜３
を、蒸着またはスパッタにより堆積する。 ［ステップ（ｂ）］所望のパターンをリソグラフィ技術
で形成し、アルミ膜３をエッチングして、電極３ａ、３
ｂの形状を画定する。
製造法について説明する。 ［ステップ（ａ）］ＰＺＴ膜１の面１ａにアルミ膜３
を、蒸着またはスパッタにより堆積する。 ［ステップ（ｂ）］所望のパターンをリソグラフィ技術
で形成し、アルミ膜３をエッチングして、電極３ａ、３
ｂの形状を画定する。
【００１３】［ステップ（ｃ）］ＰＺＴ膜１の反対側の
面１ｂの全面にアルミ膜４を堆積する。 ［ステップ（ｄ）］面１ａをポリイミド膜２で覆う。
面１ｂの全面にアルミ膜４を堆積する。 ［ステップ（ｄ）］面１ａをポリイミド膜２で覆う。
【００１４】［ステップ（ｅ）］ポリイミド膜２をニッ
ケル膜５で覆う。次に、所望のパターンをリソグラフィ
技術で形成し、ニッケル膜５をエッチングする。 ［ステップ（ｆ）］残されたニッケル膜５をマスクとし
てポリイミド膜２を反応性イオンエッチングし、壁状部
材を形成する。ニッケル膜５は取り除いてもよいが、耐
摩耗性の点で残した法が有利である。
ケル膜５で覆う。次に、所望のパターンをリソグラフィ
技術で形成し、ニッケル膜５をエッチングする。 ［ステップ（ｆ）］残されたニッケル膜５をマスクとし
てポリイミド膜２を反応性イオンエッチングし、壁状部
材を形成する。ニッケル膜５は取り除いてもよいが、耐
摩耗性の点で残した法が有利である。
【００１５】壁状部材２の材質は絶縁体で、かつ微細加
工できるものであればよく、ポリイミドの代わりにレジ
ストを用いてもよい。電極３ａ、３ｂ、４は導電体であ
ればよく、アルミ以外の金属を用いてもよい。また、マ
スク５としてニッケルの代わりにアルミや液状ガラスを
用いてもよい。
工できるものであればよく、ポリイミドの代わりにレジ
ストを用いてもよい。電極３ａ、３ｂ、４は導電体であ
ればよく、アルミ以外の金属を用いてもよい。また、マ
スク５としてニッケルの代わりにアルミや液状ガラスを
用いてもよい。
【００１６】図３に示すように、アルミ電極３ａは鋸波
発生器６の出力端子に電気的に接続されており、鋸波状
の波形を有する電圧パターンＶ１が印加される。アルミ
電極３ｂはインバータ７を介して鋸波発生器６の同じ出
力端子に電気的に接続されており、Ｖ１とは極性を反転
させた電圧パターンＶ２が印加される。アルミ膜４は接
地されている。物体８は壁状部材２によって支持されて
いる。
発生器６の出力端子に電気的に接続されており、鋸波状
の波形を有する電圧パターンＶ１が印加される。アルミ
電極３ｂはインバータ７を介して鋸波発生器６の同じ出
力端子に電気的に接続されており、Ｖ１とは極性を反転
させた電圧パターンＶ２が印加される。アルミ膜４は接
地されている。物体８は壁状部材２によって支持されて
いる。
【００１７】図４に示すように、電極３ａには−Ａボル
トから＋Ａボルトまで徐々に増加した後、＋Ａボルトか
ら−Ａボルトに急に減少することを繰り返す電圧パター
ンＶ１が印加される。一方、電極３ｂには＋Ａボルトか
ら−Ａボルトまで徐々に減少した後、−Ａボルトから＋
Ａボルトに急に増加することを繰り返す電圧パターンＶ
２が印加される。実施例の場合、Ｖ１、Ｖ２の繰り返し
の周期は１／５０秒とし、Ａの値は約２０乃至約３０の
範囲から選択することができる。
トから＋Ａボルトまで徐々に増加した後、＋Ａボルトか
ら−Ａボルトに急に減少することを繰り返す電圧パター
ンＶ１が印加される。一方、電極３ｂには＋Ａボルトか
ら−Ａボルトまで徐々に減少した後、−Ａボルトから＋
Ａボルトに急に増加することを繰り返す電圧パターンＶ
２が印加される。実施例の場合、Ｖ１、Ｖ２の繰り返し
の周期は１／５０秒とし、Ａの値は約２０乃至約３０の
範囲から選択することができる。
【００１８】次に、図４と図５を参照してアクチュエー
タの駆動原理を説明する。図４に示す時刻０からｔ１ま
での間、電極対（３ａ，４）の間には下向きの電界が発
生し、電極対（３ａ，４）の間には上向きの電界が発生
し、かつ電界の大きさはどちらも徐々に大きくなる。従
って、電極対（３ａ，４）に挟まれたＰＺＴ膜１は徐々
に伸長し、反対に電極対（３ｂ，４）に挟まれたＰＺＴ
膜１は徐々に収縮する。その結果、壁状部材２は右に移
動する。壁状部材２は徐々に動くので、物体８には右向
きの静止摩擦力が加わる。その結果、物体８は壁状部材
２に追従して右向きに徐々に移動する。図５の（ａ）
は、時刻ｔ１の直前のマイクロアクチュエータの動作を
示している。
タの駆動原理を説明する。図４に示す時刻０からｔ１ま
での間、電極対（３ａ，４）の間には下向きの電界が発
生し、電極対（３ａ，４）の間には上向きの電界が発生
し、かつ電界の大きさはどちらも徐々に大きくなる。従
って、電極対（３ａ，４）に挟まれたＰＺＴ膜１は徐々
に伸長し、反対に電極対（３ｂ，４）に挟まれたＰＺＴ
膜１は徐々に収縮する。その結果、壁状部材２は右に移
動する。壁状部材２は徐々に動くので、物体８には右向
きの静止摩擦力が加わる。その結果、物体８は壁状部材
２に追従して右向きに徐々に移動する。図５の（ａ）
は、時刻ｔ１の直前のマイクロアクチュエータの動作を
示している。
【００１９】時刻ｔ１において、電極対（３ａ，４）の
間の電界と電極対（３ａ，４）の間の電界の向きは反転
する。このため、電極対（３ａ，４）の間のＰＺＴ膜１
は急激に収縮し、反対に電極対（３ｂ，４）の間のＰＺ
Ｔ膜１は急激に伸長する。その結果、壁状部材２は急激
に左に移動する。このとき、物体８は自らの慣性のた
め、壁状部材２の動きに追従できず、その場に止どま
る。物体８には左向きの動摩擦力が加わるが、その大き
さは最大静止摩擦力よりも小さいこと、および動摩擦力
の加わる時間が短いことから、物体８が左に動く距離は
無視できるほど小さい（図５の（ｂ）参照）。
間の電界と電極対（３ａ，４）の間の電界の向きは反転
する。このため、電極対（３ａ，４）の間のＰＺＴ膜１
は急激に収縮し、反対に電極対（３ｂ，４）の間のＰＺ
Ｔ膜１は急激に伸長する。その結果、壁状部材２は急激
に左に移動する。このとき、物体８は自らの慣性のた
め、壁状部材２の動きに追従できず、その場に止どま
る。物体８には左向きの動摩擦力が加わるが、その大き
さは最大静止摩擦力よりも小さいこと、および動摩擦力
の加わる時間が短いことから、物体８が左に動く距離は
無視できるほど小さい（図５の（ｂ）参照）。
【００２０】図４に示す時刻ｔ１からｔ２の間、電極対
（３ａ，４）の間の電界は最初上向きであるが、徐々に
その大きさが小さくなり、次いで下向きに転じて徐々に
その大きさが増す。他方、電極対（３ｂ，４）の間の電
界は最初下向きであったのが、徐々にその大きさが小さ
くなり、次いで上向きに転じて徐々にその大きさが増
す。このため、電極対（３ａ，４）の間のＰＺＴ膜１
は、最初収縮していたのが、徐々に歪がなくなり、一旦
歪がない状態になった後、伸長に転じて、その歪が徐々
に大きくなる。電極対（３ｂ，４）の間のＰＺＴ膜１の
変形パターンはこれとは逆であり、最初伸長していたの
が収縮に転じる。その結果、時刻ｔ１からｔ２の間、壁
状部材２は徐々に右に動き、物体８もこれに追従して右
に徐々に動く。図５の（ｃ）は、時刻ｔ２の直前のマイ
クロアクチュエータの動作を示している。
（３ａ，４）の間の電界は最初上向きであるが、徐々に
その大きさが小さくなり、次いで下向きに転じて徐々に
その大きさが増す。他方、電極対（３ｂ，４）の間の電
界は最初下向きであったのが、徐々にその大きさが小さ
くなり、次いで上向きに転じて徐々にその大きさが増
す。このため、電極対（３ａ，４）の間のＰＺＴ膜１
は、最初収縮していたのが、徐々に歪がなくなり、一旦
歪がない状態になった後、伸長に転じて、その歪が徐々
に大きくなる。電極対（３ｂ，４）の間のＰＺＴ膜１の
変形パターンはこれとは逆であり、最初伸長していたの
が収縮に転じる。その結果、時刻ｔ１からｔ２の間、壁
状部材２は徐々に右に動き、物体８もこれに追従して右
に徐々に動く。図５の（ｃ）は、時刻ｔ２の直前のマイ
クロアクチュエータの動作を示している。
【００２１】時刻ｔ２ではマイクロアクチュエータは時
刻ｔ１のときと同じように作動し、壁状部材２は左に動
くものの、物体８はその場に止どまる。
刻ｔ１のときと同じように作動し、壁状部材２は左に動
くものの、物体８はその場に止どまる。
【００２２】以後、ＰＺＴ膜１の緩慢な変形と急激な変
形が繰り返され、物体８には右向きの速度が生じる。物
体８を厚さ０．５ｍｍの５ｍｍ角のシリコンウェハとし
て実験したとき、速度は１μ／ｓであった。なお、上記
一連のＰＺＴ膜の変形過程において、アルミ膜３ａ、３
ｂはＰＺＴ膜１の収縮に追随して収縮する。
形が繰り返され、物体８には右向きの速度が生じる。物
体８を厚さ０．５ｍｍの５ｍｍ角のシリコンウェハとし
て実験したとき、速度は１μ／ｓであった。なお、上記
一連のＰＺＴ膜の変形過程において、アルミ膜３ａ、３
ｂはＰＺＴ膜１の収縮に追随して収縮する。
【００２３】図６に示すように、電極３ａに印加する電
圧を０ボルトと＋Ａ^ボルトの間で変動させ、電極３ｂ
に印加する電圧パターンを０ボルトと−Ａ^ボルトの間
で変動させることもできる。しかしながら、電極対間に
発生する電圧の絶対値をＰＺＴ膜１の分極が反転しない
範囲に保ちつつ、物体８を速く動かすためには、図４に
示す電圧パターンが最適である。
圧を０ボルトと＋Ａ^ボルトの間で変動させ、電極３ｂ
に印加する電圧パターンを０ボルトと−Ａ^ボルトの間
で変動させることもできる。しかしながら、電極対間に
発生する電圧の絶対値をＰＺＴ膜１の分極が反転しない
範囲に保ちつつ、物体８を速く動かすためには、図４に
示す電圧パターンが最適である。
【００２４】電極３ａ、３ｂに印加する電圧パターンの
波形は、図４、図６に示したものの他に、図７に示すよ
うな鋸波類似の波形であってもよい。図７の波形は２次
曲線であり、物体８の右への移動時にこれに加える力を
最大（最大静止摩擦力）かつ一定にすることができる。
しかしながら、電圧発生器の回路構成を簡単にできる点
で、図４や図６の波形が好ましい。
波形は、図４、図６に示したものの他に、図７に示すよ
うな鋸波類似の波形であってもよい。図７の波形は２次
曲線であり、物体８の右への移動時にこれに加える力を
最大（最大静止摩擦力）かつ一定にすることができる。
しかしながら、電圧発生器の回路構成を簡単にできる点
で、図４や図６の波形が好ましい。
【００２５】壁状部材２を左に急激に動かして物体８を
壁状部材２に対してすべらせるためには、壁状部材２の
加速度ができるだけ大きく、かつ短時間でその移動が終
了することが求められる。従って、図４、図６および図
７に示すように、瞬時に電圧の極性を反転させるのが最
適である。
壁状部材２に対してすべらせるためには、壁状部材２の
加速度ができるだけ大きく、かつ短時間でその移動が終
了することが求められる。従って、図４、図６および図
７に示すように、瞬時に電圧の極性を反転させるのが最
適である。
【００２６】以上、物体８を右に動かす場合について説
明したが、左に動かす場合には、電極３ａに電圧パター
ンＶ２を印加し、電極３ｂに電圧パターンＶ１を印加す
ればよい。このように、物体の進む向きを簡単に変えら
れることは、本発明の駆動方法の利点である。
明したが、左に動かす場合には、電極３ａに電圧パター
ンＶ２を印加し、電極３ｂに電圧パターンＶ１を印加す
ればよい。このように、物体の進む向きを簡単に変えら
れることは、本発明の駆動方法の利点である。
【００２７】図８は、図１に示したマクロアクチュエー
タを１次元アレイ状にＰＺＴ膜１の上に配置したアレイ
型マイクロアクチュエータを示す。各壁状部材２の左側
のアルミ電極は図示しない電圧パターンＶ１供給源に並
列に接続されている。また、各壁状部材２の右側のアル
ミ電極は図示しない電圧パターンＶ２供給源に並列に接
続されている。
タを１次元アレイ状にＰＺＴ膜１の上に配置したアレイ
型マイクロアクチュエータを示す。各壁状部材２の左側
のアルミ電極は図示しない電圧パターンＶ１供給源に並
列に接続されている。また、各壁状部材２の右側のアル
ミ電極は図示しない電圧パターンＶ２供給源に並列に接
続されている。
【００２８】図９乃至図１１はマイクロアクチュエータ
を２次元アレイ状に配列したアレイ型マイクロアクチュ
エータを示す。図中、一つの丸がマイクロアクチュエー
タを表し、矢印がその緩慢な動きの向きを表している。
物体８は実線で輪郭だけ示してある。多数のマイクロア
クチュエータはリソグラフィ技術によって同時に作製さ
れる。
を２次元アレイ状に配列したアレイ型マイクロアクチュ
エータを示す。図中、一つの丸がマイクロアクチュエー
タを表し、矢印がその緩慢な動きの向きを表している。
物体８は実線で輪郭だけ示してある。多数のマイクロア
クチュエータはリソグラフィ技術によって同時に作製さ
れる。
【００２９】図９に示すように、全てのマイクロアクチ
ュエータの緩慢な動きの方向を揃えれば、物体８は並進
する。図１０に示すように、アクチュエータの左半分の
緩慢な動きを右向きにし、右半分のそれを左向きにすれ
ば、物体８は中間で止まるので、簡単に位置決めでき
る。従って、このアレイ型アクチュエータは、記録ヘッ
ド（物体８）とスライダを接合するための高精度の移動
ステージとして利用することができる。図１１に示すよ
うに上半分の緩慢な動きを右向きにし、下半分の動きを
左向きにすれば、物体８は時計回りに回転する。従っ
て、このアレイ型アクチュエータと物体８を組み合わせ
たマイクロマシンは、モータとして機能する。
ュエータの緩慢な動きの方向を揃えれば、物体８は並進
する。図１０に示すように、アクチュエータの左半分の
緩慢な動きを右向きにし、右半分のそれを左向きにすれ
ば、物体８は中間で止まるので、簡単に位置決めでき
る。従って、このアレイ型アクチュエータは、記録ヘッ
ド（物体８）とスライダを接合するための高精度の移動
ステージとして利用することができる。図１１に示すよ
うに上半分の緩慢な動きを右向きにし、下半分の動きを
左向きにすれば、物体８は時計回りに回転する。従っ
て、このアレイ型アクチュエータと物体８を組み合わせ
たマイクロマシンは、モータとして機能する。
【００３０】図１２に示すように、リング状のＰＺＴ膜
１の表面に多数のマイクロアクチュエータを形成し、そ
れらの緩慢な動きを大略矢印のように制御して、それら
マイクロアクチュエータに支持されたロータ（図示せ
ず）を駆動すれば、モータとして機能するマイクロマシ
ンが実現される。
１の表面に多数のマイクロアクチュエータを形成し、そ
れらの緩慢な動きを大略矢印のように制御して、それら
マイクロアクチュエータに支持されたロータ（図示せ
ず）を駆動すれば、モータとして機能するマイクロマシ
ンが実現される。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、圧電体膜に適した新規
な原理で動作するマイクロアクチュエータが提供され
る。
な原理で動作するマイクロアクチュエータが提供され
る。
【図１】本発明のマイクロアクチュエータの構造の例を
示す図である。
示す図である。
【図２】図１のマイクロアクチュエータの製造工程を示
す図である。
す図である。
【図３】図１のマイクロアクチュエータの電気的接続関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図４】本発明の第一および第二の電圧パターンの一例
を示す図である。
を示す図である。
【図５】本発明の動作原理を示す図である。
【図６】本発明の第一および第二の電圧パターンの他の
例を示す図である。
例を示す図である。
【図７】本発明の第一および第二の電圧パターンのさら
に他の例を示す図である。
に他の例を示す図である。
【図８】本発明の１次元アレイ型マイクロアクチュエー
タの例を示す図である。
タの例を示す図である。
【図９】本発明の２次元アレイ型マイクロアクチュエー
タの動作原理を示す図である。
タの動作原理を示す図である。
【図１０】本発明の２次元アレイ型マイクロアクチュエ
ータの動作原理を示す図である。
ータの動作原理を示す図である。
【図１１】本発明の２次元アレイ型マイクロアクチュエ
ータの動作原理を示す図である。
ータの動作原理を示す図である。
【図１２】モータとして機能する本発明のマイクロマシ
ンの動作原理を示す図である。
ンの動作原理を示す図である。
１ ＰＺＴ膜 ２ 壁状部材 ３ａ アルミ電極 ３ｂ アルミ電極 ４ アルミ電極 ６ 鋸歯発生器 ８ 物体
Claims (13)
- 【請求項１】圧電体膜と、 上記圧電体膜の表面に形成された壁状部材と、 上記壁状部材の各側において上記圧電体膜を挟むように
設けられた電極対と、 上記壁状部材の一方の側の電極対間において実質的に鋸
歯状の波形を有する第一の電圧パターンを発生させ、他
方の側の電極対間において該第一の電圧パターンとは極
性を反転させた第二の電圧パターンを発生させる手段を
具備するマイクロアクチュエータ。 - 【請求項２】上記第一の電圧パターンは負の所定値から
これと絶対値の等しい正の所定値まで徐々に電圧が増加
した後、上記正の所定値から上記負の所定値に急に電圧
が減少することを繰り返し、上記第二の電圧パターンは
上記正の所定値から上記負の所定値まで徐々に電圧が減
少した後、上記負の所定値から上記正の所定値に急に電
圧が増加することを繰り返すことを特徴とする請求項１
記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項３】上記圧電体はＰＺＴであることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項４】上記壁状部材はポリイミドからなることを
特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のマイクロア
クチュエータ。 - 【請求項５】上記壁状部材はレジストからなることを特
徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のマイクロアク
チュエータ。 - 【請求項６】上記第一及び第二の電極対は金属膜からな
り、それぞれの上記壁状部材より遠い側の金属膜は連続
していてかつ接地されていることを特徴とする請求項１
乃至５の何れかに記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項７】圧電体膜と、 上記圧電体膜の第一の面にアレイ状に形成された複数の
壁状部材と、 上記壁状部材の夫々の一方の側において、上記第一の表
面とこれとは反対側の第二の面との間に実質的に鋸歯状
の波形を有する第一の電圧パターンを発生させ、他方の
側において上記第一及び第二の面の間に該第一の電圧パ
ターンとは極性を反転させた第二の電圧パターンを発生
させる手段を具備するアレイ型マイクロアクチュエー
タ。 - 【請求項８】圧電体膜と、 上記圧電体膜の表面にアレイ状に形成された壁状部材
と、 上記壁状部材に支持された物体とを備え、 上記圧電体膜の、その膜表面に平行な方向に関する伸縮
パターンを時間的及び場所的に制御することにより、上
記壁状部材をして第一の向きには緩慢に動くが第二の向
きには急激に動く往復動をせしめ、上記物体を上記第一
の向きに移動させるようにしたことを特徴とするマイク
ロマシン。 - 【請求項９】上記壁状部材の各々についてその一方の側
の圧電体膜を徐々に収縮させ、同時に他方の側の圧電体
膜を徐々に伸長させて、上記壁状部材を上記第一の向き
に緩慢に動かすことと、該一方の側の圧電体膜を急に伸
長させ、同時に該他方の側の圧電体膜を急に収縮させ
て、上記壁状部材を上記第二の向きに急激に動かすこと
を反復するように、時間的及び場所的に制御された電界
パターンを上記圧電体膜の厚さ方向に発生させる手段を
具備する請求項８記載のマイクロマシン。 - 【請求項１０】上記アレイ状の壁状部材の一部の緩慢な
動きの向きを他の壁状部材とは異ならせることにより、
上記物体の位置決めを行うことを特徴とする請求項９記
載のマイクロマシン。 - 【請求項１１】上記アレイ状の壁状部材の一部の緩慢な
動きの向きを他の壁状部材とは異ならせることにより、
上記物体を回転させることを特徴とする請求項９記載の
マイクロマシン。 - 【請求項１２】上記壁状部材はリソグラフィ技術によっ
て形成されることを特徴とする請求項８乃至１１の何れ
かに記載のマイクロマシン。 - 【請求項１３】圧電体膜と、該圧電体膜の第一の面に形
成されアレイ状に配置された壁状部材とからなるアレイ
型マイクロアクチュエータにおいて、該壁状部材に支持
された物体を所定の向きに移動させる駆動方法であっ
て、以下のステップを反復することを特徴とする方法。 （ａ）上記壁状部材の夫々の各側において上記圧電体膜
の第一の面とこれとは反対側の第二の面との間に徐々に
変化する電圧を発生させることにより、当該壁状部材の
一方の側の圧電体膜を徐々に収縮させ、同時に他の側の
圧電体膜を徐々に伸長させて、上記壁状部材を上記所定
の向きに緩慢に動かすステップ。 （ｂ）上記壁状部材の夫々の各側において上記圧電体膜
の第一及び第二の面の間に急に変化する電圧を発生させ
ることにより、当該壁状部材の一方の側の圧電体膜を急
に伸長させ、同時に他の側の圧電体を急に収縮させて、
上記壁状部材を上記所定の向きとは逆の向きに急激に動
かすステップ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5028750A JPH0741207B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | マイクロアクチュエータ |
| US08/191,679 US5418418A (en) | 1993-02-18 | 1994-02-04 | Micro-actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5028750A JPH0741207B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | マイクロアクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06246231A JPH06246231A (ja) | 1994-09-06 |
| JPH0741207B2 true JPH0741207B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=12257090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5028750A Expired - Lifetime JPH0741207B2 (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | マイクロアクチュエータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5418418A (ja) |
| JP (1) | JPH0741207B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2905643B2 (ja) * | 1992-05-29 | 1999-06-14 | 住友重機械工業株式会社 | 圧電リニアアクチュエータ |
| JPH06233557A (ja) * | 1993-02-05 | 1994-08-19 | Nikon Corp | 超音波モータ |
| JPH07274552A (ja) * | 1994-04-01 | 1995-10-20 | Nikon Corp | リニアモータ |
| EP0691692B1 (en) * | 1994-07-05 | 1999-02-17 | Nikon Corporation | Vibration driven motor |
| US5598050A (en) * | 1995-02-17 | 1997-01-28 | Materials Systems Inc. | Acoustic actuator and flextensional cover plate there for |
| DE19605214A1 (de) * | 1995-02-23 | 1996-08-29 | Bosch Gmbh Robert | Ultraschallantriebselement |
| US5668432A (en) * | 1995-03-24 | 1997-09-16 | Nippondenso Co., Ltd. | Articulation device |
| JPH08280185A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-10-22 | Nikon Corp | 超音波アクチュエータ |
| US5889541A (en) * | 1996-10-09 | 1999-03-30 | Xerox Corporation | Two-dimensional print cell array apparatus and method for delivery of toner for printing images |
| US6327120B1 (en) | 1997-04-17 | 2001-12-04 | Fujitsu Limited | Actuator using piezoelectric element and head-positioning mechanism using the actuator |
| JPH1144899A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-16 | Minolta Co Ltd | 電気機械変換素子を使用した駆動装置 |
| US6249064B1 (en) | 1998-06-05 | 2001-06-19 | Seagate Technology Llc | Magneto-striction microactuator |
| US6760195B2 (en) | 2000-04-17 | 2004-07-06 | Seagate Technology Llc | Intrinsically excitable actuator assembly |
| US6531947B1 (en) | 2000-09-12 | 2003-03-11 | 3M Innovative Properties Company | Direct acting vertical thermal actuator with controlled bending |
| US6483419B1 (en) | 2000-09-12 | 2002-11-19 | 3M Innovative Properties Company | Combination horizontal and vertical thermal actuator |
| US6708491B1 (en) | 2000-09-12 | 2004-03-23 | 3M Innovative Properties Company | Direct acting vertical thermal actuator |
| US6438954B1 (en) | 2001-04-27 | 2002-08-27 | 3M Innovative Properties Company | Multi-directional thermal actuator |
| US7253709B1 (en) | 2004-10-07 | 2007-08-07 | Hrl Laboratories, Llc | RF MEMS switch with spring-loaded latching mechanism |
| KR101138397B1 (ko) * | 2005-09-27 | 2012-04-26 | 삼성전자주식회사 | 압전 액츄에이터, 이의 구동 장치 및 방법 |
| US8059346B2 (en) | 2007-03-19 | 2011-11-15 | New Scale Technologies | Linear drive systems and methods thereof |
| CN108147362B (zh) * | 2017-11-28 | 2020-01-14 | 郑州大学 | 一种调控金属互连线各向异性收缩率的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4195243A (en) * | 1978-11-06 | 1980-03-25 | Sperry Corporation | Piezoelectric wafer mover |
| DE3610540A1 (de) * | 1986-03-27 | 1987-10-01 | Kernforschungsanlage Juelich | Bewegungseinrichtung zur mikrobewegung von objekten |
| JPH06106028B2 (ja) * | 1987-02-02 | 1994-12-21 | リオン株式会社 | 圧電共振モ−タ |
| JPS63220773A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タ |
| JP2743996B2 (ja) * | 1987-07-22 | 1998-04-28 | 株式会社東芝 | レーダ送受信装置 |
| JPH026282A (ja) * | 1988-06-24 | 1990-01-10 | Furukawa Co Ltd | ホイール走行車両の転倒防止装置 |
| JPH0255585A (ja) * | 1988-08-18 | 1990-02-23 | Rion Co Ltd | 超音波モータ |
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| US5262696A (en) * | 1991-07-05 | 1993-11-16 | Rockwell International Corporation | Biaxial transducer |
| US5283497A (en) * | 1992-02-10 | 1994-02-01 | Rockwell International Corporation | Electrotiltable material (tilter) |
| US5268611A (en) * | 1992-03-16 | 1993-12-07 | Rockwell International Corporation | Anisotropic transducer |
-
1993
- 1993-02-18 JP JP5028750A patent/JPH0741207B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-02-04 US US08/191,679 patent/US5418418A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5418418A (en) | 1995-05-23 |
| JPH06246231A (ja) | 1994-09-06 |
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