JPH10109245A - 静電型マイクロアクチュエータ - Google Patents
静電型マイクロアクチュエータInfo
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- JPH10109245A JPH10109245A JP26401996A JP26401996A JPH10109245A JP H10109245 A JPH10109245 A JP H10109245A JP 26401996 A JP26401996 A JP 26401996A JP 26401996 A JP26401996 A JP 26401996A JP H10109245 A JPH10109245 A JP H10109245A
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- microactuator
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ワークを搭載するステージとその駆動機構と
の小型化を実現できる静電型マイクロアクチュエータを
提供すること。 【解決手段】 本アクチュエータは、複数のマイクロア
クチュエータ素子２０を基板上に互いに等間隔で配置し
て成る。マイクロアクチュエータ素子は、上面に静電電
極２３を有すると共に、前記基板に設けられた空気通路
に接続されて上方に圧縮空気を吹き出すための貫通孔２
１−１と、前記静電電極を前記基板に設けられた配線パ
ターンに接続するための導体手段とを備えている。本ア
クチュエータは、ワークを搭載するためのステージの下
方に設置されて、少なくとも下部が誘電体から成る該ス
テージを、圧縮空気により浮上させる。前記静電電極に
それぞれ、同期したパルス状の電圧を印加することで前
記静電電極とこれに対向する前記誘電体の対向領域にお
ける帯電による静電気の反発力により前記ステージを駆
動する。
の小型化を実現できる静電型マイクロアクチュエータを
提供すること。 【解決手段】 本アクチュエータは、複数のマイクロア
クチュエータ素子２０を基板上に互いに等間隔で配置し
て成る。マイクロアクチュエータ素子は、上面に静電電
極２３を有すると共に、前記基板に設けられた空気通路
に接続されて上方に圧縮空気を吹き出すための貫通孔２
１−１と、前記静電電極を前記基板に設けられた配線パ
ターンに接続するための導体手段とを備えている。本ア
クチュエータは、ワークを搭載するためのステージの下
方に設置されて、少なくとも下部が誘電体から成る該ス
テージを、圧縮空気により浮上させる。前記静電電極に
それぞれ、同期したパルス状の電圧を印加することで前
記静電電極とこれに対向する前記誘電体の対向領域にお
ける帯電による静電気の反発力により前記ステージを駆
動する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は静電気を駆動力とし
て利用する静電型アクチュエータに関し、特に、小型の
ステージを駆動してそこに搭載される微小なワークに対
して加工を行う加工装置に適した静電型マイクロアクチ
ュエータに関する。
て利用する静電型アクチュエータに関し、特に、小型の
ステージを駆動してそこに搭載される微小なワークに対
して加工を行う加工装置に適した静電型マイクロアクチ
ュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、半導体製造装置のように微小なワ
ークに対して微細、精密加工を行うために、レーザ加工
装置が用いられている。この種のレーザ加工装置は、ワ
ークを少なくともＸ軸、Ｙ軸、θ軸（回転）の３軸方向
に変位させることのできるステージを備えている。ステ
ージの駆動機構には、リニアモータ、ボールネジ等が用
いられており、軸毎に設けられている。
ークに対して微細、精密加工を行うために、レーザ加工
装置が用いられている。この種のレーザ加工装置は、ワ
ークを少なくともＸ軸、Ｙ軸、θ軸（回転）の３軸方向
に変位させることのできるステージを備えている。ステ
ージの駆動機構には、リニアモータ、ボールネジ等が用
いられており、軸毎に設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な微小なワーク、特に半導体装置を対象とするレーザ加
工装置では、ワークに対する加工をクリーンな環境下で
行うために、少なくともステージとその駆動機構を密閉
空間に収容する必要がある。しかしながら、ステージの
駆動機構として、リニアモータ、ボールネジのようなも
のを軸毎に設けると、それだけ多くのスペースを必要と
して小型にすることが難しい。このため、加工装置が大
がかりになってしまう。また、駆動機構の制御も、軸毎
の駆動回路とこれらを全体的に制御する回路とが必要と
なり、駆動制御も複雑にならざるを得ない。
な微小なワーク、特に半導体装置を対象とするレーザ加
工装置では、ワークに対する加工をクリーンな環境下で
行うために、少なくともステージとその駆動機構を密閉
空間に収容する必要がある。しかしながら、ステージの
駆動機構として、リニアモータ、ボールネジのようなも
のを軸毎に設けると、それだけ多くのスペースを必要と
して小型にすることが難しい。このため、加工装置が大
がかりになってしまう。また、駆動機構の制御も、軸毎
の駆動回路とこれらを全体的に制御する回路とが必要と
なり、駆動制御も複雑にならざるを得ない。
【０００４】上記のような問題点に鑑み、本発明の主た
る課題は、ワークを搭載するステージとその駆動機構と
の小型化を実現できる静電型マイクロアクチュエータを
提供することにある。
る課題は、ワークを搭載するステージとその駆動機構と
の小型化を実現できる静電型マイクロアクチュエータを
提供することにある。
【０００５】本発明の他の課題は、ステージの変位量を
高精度で制御できる静電型マイクロアクチュエータを提
供することにある。
高精度で制御できる静電型マイクロアクチュエータを提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ワークを搭載
するためのステージの下方に設置されて、少なくとも下
部が誘電体から成る該ステージを、圧縮空気により浮上
させると共に、静電気の反発力によりＸ軸方向及びＹ軸
方向への移動に加えて、水平面上を回転させる駆動手段
を備えた静電型アクチュエータであり、該駆動手段は、
複数のマイクロアクチュエータ素子を基板上に互いに等
間隔で配置して成り、前記マイクロアクチュエータ素子
は、上面に静電電極を有すると共に、前記基板に設けら
れた空気通路に接続されて上方に圧縮空気を吹き出すた
めの空気吹き出し手段と、前記静電電極を前記基板に設
けられた配線パターンに接続するための導体手段とを備
えており、前記複数のマイクロアクチュエータ素子の前
記静電電極にそれぞれ、同期したパルス状の電圧を印加
することで前記静電電極とこれに対向する前記誘電体の
対向領域における帯電による静電気の反発力により前記
ステージを駆動することを特徴とする。
するためのステージの下方に設置されて、少なくとも下
部が誘電体から成る該ステージを、圧縮空気により浮上
させると共に、静電気の反発力によりＸ軸方向及びＹ軸
方向への移動に加えて、水平面上を回転させる駆動手段
を備えた静電型アクチュエータであり、該駆動手段は、
複数のマイクロアクチュエータ素子を基板上に互いに等
間隔で配置して成り、前記マイクロアクチュエータ素子
は、上面に静電電極を有すると共に、前記基板に設けら
れた空気通路に接続されて上方に圧縮空気を吹き出すた
めの空気吹き出し手段と、前記静電電極を前記基板に設
けられた配線パターンに接続するための導体手段とを備
えており、前記複数のマイクロアクチュエータ素子の前
記静電電極にそれぞれ、同期したパルス状の電圧を印加
することで前記静電電極とこれに対向する前記誘電体の
対向領域における帯電による静電気の反発力により前記
ステージを駆動することを特徴とする。
【０００７】なお、前記マイクロアクチュエータ素子
は、上面に複数の前記静電電極が互いに等間隔で設けら
れており、前記導体手段は、前記複数の静電電極からそ
れぞれ該マイクロアクチュエータ素子を貫通して下方に
至る複数のスル−ホールと、該マイクロアクチュエータ
素子の下面に設けられて前記複数のスル−ホールに接続
される導体パターンと、該導体パターンに接続されて該
マイクロアクチュエータ素子の下面に設けられたＸ軸方
向用端子、Ｙ軸方向用端子、及び回転（以下、θと呼
ぶ）方向用端子とから成る。
は、上面に複数の前記静電電極が互いに等間隔で設けら
れており、前記導体手段は、前記複数の静電電極からそ
れぞれ該マイクロアクチュエータ素子を貫通して下方に
至る複数のスル−ホールと、該マイクロアクチュエータ
素子の下面に設けられて前記複数のスル−ホールに接続
される導体パターンと、該導体パターンに接続されて該
マイクロアクチュエータ素子の下面に設けられたＸ軸方
向用端子、Ｙ軸方向用端子、及び回転（以下、θと呼
ぶ）方向用端子とから成る。
【０００８】また、前記Ｘ軸方向用端子、前記Ｙ軸方向
用端子、及び前記θ方向用端子はそれぞれピン端子であ
り、前記基板には、前記配線パターンの所定箇所におい
て前記Ｘ軸方向用端子、前記Ｙ軸方向用端子、及び前記
θ方向用端子を挿入して電気的に接続するためのピンホ
ールが設けられている。
用端子、及び前記θ方向用端子はそれぞれピン端子であ
り、前記基板には、前記配線パターンの所定箇所におい
て前記Ｘ軸方向用端子、前記Ｙ軸方向用端子、及び前記
θ方向用端子を挿入して電気的に接続するためのピンホ
ールが設けられている。
【０００９】また、前記配線パターンは、前記Ｘ軸方向
用、前記Ｙ軸方向用、及び前記θ方向用の配線パターン
がそれぞれ前記基板の深さの異なる位置に埋設されてい
ることが好ましい。
用、前記Ｙ軸方向用、及び前記θ方向用の配線パターン
がそれぞれ前記基板の深さの異なる位置に埋設されてい
ることが好ましい。
【００１０】前記空気吹き出し手段は、該マイクロアク
チュエータ素子の中央部においてその下面から上面に至
る貫通孔により構成される。
チュエータ素子の中央部においてその下面から上面に至
る貫通孔により構成される。
【００１１】前記マイクロアクチュエータ素子の上面に
は更に、風圧を検出するための圧力センサが設けられて
おり、該圧力センサからの検出信号を増幅して前記静電
電極に加えるアンプを備えている。
は更に、風圧を検出するための圧力センサが設けられて
おり、該圧力センサからの検出信号を増幅して前記静電
電極に加えるアンプを備えている。
【００１２】前記マイクロアクチュエータ素子の上面に
は更に、前記貫通孔からの圧縮空気を側方に逃がすため
の少なくとも１つの溝が前記側方に向けて形成されてい
ることが好ましい。
は更に、前記貫通孔からの圧縮空気を側方に逃がすため
の少なくとも１つの溝が前記側方に向けて形成されてい
ることが好ましい。
【００１３】更に、前記複数の静電電極として４個の静
電電極が格子状に設けられ、前記複数のマイクロアクチ
ュエータ素子は前記基板上に格子状に配置され、前記基
板に設けられた配線パターンは、前記静電電極に対応す
る箇所が交点となるように格子状に形成された前記Ｘ軸
方向用、前記Ｙ軸方向用の配線パターンと、これらＸ軸
方向用及びＹ軸方向用の配線パターンに対して４５°の
角度をなすように形成されたθ方向用の配線パターンと
から成る。
電電極が格子状に設けられ、前記複数のマイクロアクチ
ュエータ素子は前記基板上に格子状に配置され、前記基
板に設けられた配線パターンは、前記静電電極に対応す
る箇所が交点となるように格子状に形成された前記Ｘ軸
方向用、前記Ｙ軸方向用の配線パターンと、これらＸ軸
方向用及びＹ軸方向用の配線パターンに対して４５°の
角度をなすように形成されたθ方向用の配線パターンと
から成る。
【００１４】
【作用】上記のように、複数のマイクロアクチュエータ
素子を組み合わせて、各マイクロアクチュエータ素子を
パルス状の外部信号により同期駆動、すなわちＸ軸方向
に駆動する場合にはＸ軸方向用の配線パターン及びＸ軸
方向用端子を通して各静電電極に電圧を印加し、Ｙ軸方
向に駆動する場合にはＹ軸方向用の配線パターン及びＹ
軸方向用端子を通して各静電電極に電圧を印加し、θ方
向に駆動する場合にはθ方向用の配線パターン及びθ方
向用端子を通して各静電電極に電圧を印加することによ
り、Ｘ軸方向並進動作、Ｙ軸方向並進動作、回転動作を
容易に実現できる。
素子を組み合わせて、各マイクロアクチュエータ素子を
パルス状の外部信号により同期駆動、すなわちＸ軸方向
に駆動する場合にはＸ軸方向用の配線パターン及びＸ軸
方向用端子を通して各静電電極に電圧を印加し、Ｙ軸方
向に駆動する場合にはＹ軸方向用の配線パターン及びＹ
軸方向用端子を通して各静電電極に電圧を印加し、θ方
向に駆動する場合にはθ方向用の配線パターン及びθ方
向用端子を通して各静電電極に電圧を印加することによ
り、Ｘ軸方向並進動作、Ｙ軸方向並進動作、回転動作を
容易に実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の好ましい実施の形態について説明する。はじめに、図
７を参照して、本発明による静電型マイクロアクチュエ
ータの動作原理について説明する。ここでは、４個の静
電電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが等間隔で直線的に配置
され、その上方に誘電体による移動子２が水平移動可能
に保持されているものと仮定する。
の好ましい実施の形態について説明する。はじめに、図
７を参照して、本発明による静電型マイクロアクチュエ
ータの動作原理について説明する。ここでは、４個の静
電電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが等間隔で直線的に配置
され、その上方に誘電体による移動子２が水平移動可能
に保持されているものと仮定する。
【００１６】図７ａでは、静電電極１ａ、１ｂ、１ｃ、
１ｄに、その下方に図示されているようなパルス状の電
圧が印加される。すると、移動子２の下側には静電電極
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対向する領域にそれぞれ、静
電電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとは逆極性の帯電作用が
生じる。次に、図７ｂに示すように、静電電極１ａ、１
ｂ、１ｃ、１ｄにそれぞれ、その下方に図示されている
ようなパルス状の電圧、すなわち図７ａとは逆極性の電
圧が印加される。移動子２の下側に帯電している電荷は
すぐには消えないので、静電電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄとそれぞれに対向する移動子２の領域とが反発し合う
ことにより、移動子２は図７ｂ中、矢印で示す方向に移
動する。この移動量は、静電電極の大きさで決めること
ができる。図７ｃでは、再び静電電極１ａ、１ｂ、１
ｃ、１ｄに、図７ａと同様なパルス状の電圧が印加され
る。すると、図７ａとは異なる移動子２の対向領域に逆
極性の帯電作用が生じる。以後、同様の動作を繰り返す
ことにより、移動子２を所望の距離だけ図７ｂの矢印方
向に移動させることができる。
１ｄに、その下方に図示されているようなパルス状の電
圧が印加される。すると、移動子２の下側には静電電極
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対向する領域にそれぞれ、静
電電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとは逆極性の帯電作用が
生じる。次に、図７ｂに示すように、静電電極１ａ、１
ｂ、１ｃ、１ｄにそれぞれ、その下方に図示されている
ようなパルス状の電圧、すなわち図７ａとは逆極性の電
圧が印加される。移動子２の下側に帯電している電荷は
すぐには消えないので、静電電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄとそれぞれに対向する移動子２の領域とが反発し合う
ことにより、移動子２は図７ｂ中、矢印で示す方向に移
動する。この移動量は、静電電極の大きさで決めること
ができる。図７ｃでは、再び静電電極１ａ、１ｂ、１
ｃ、１ｄに、図７ａと同様なパルス状の電圧が印加され
る。すると、図７ａとは異なる移動子２の対向領域に逆
極性の帯電作用が生じる。以後、同様の動作を繰り返す
ことにより、移動子２を所望の距離だけ図７ｂの矢印方
向に移動させることができる。
【００１７】図１を参照して、本発明による静電型マイ
クロアクチュエータ１０は、ワーク（図示せず）を搭載
するためのステージ５０の下方に設置される。このステ
ージ５０は、少なくともその下部が誘電体で構成されて
いる。静電型マイクロアクチュエータ１０は、ステージ
５０を圧縮空気により浮上させる浮上機能を有すると共
に、静電気の反発力によりＸ軸方向及びＹ軸方向への移
動に加えて、θ方向、すなわち水平面上を回転させる駆
動機能を有している。これらの機能を実現するために、
ここでは１６個の四角形状のマイクロアクチュエータ素
子２０が基板３０上に互いに等間隔で格子状に配置され
ている。マイクロアクチュエータ素子２０の大きさは、
ステージ５０の駆動精度を決める要因であり、レーザ加
工装置の場合には、数ｍｍ角の大きさにされる。
クロアクチュエータ１０は、ワーク（図示せず）を搭載
するためのステージ５０の下方に設置される。このステ
ージ５０は、少なくともその下部が誘電体で構成されて
いる。静電型マイクロアクチュエータ１０は、ステージ
５０を圧縮空気により浮上させる浮上機能を有すると共
に、静電気の反発力によりＸ軸方向及びＹ軸方向への移
動に加えて、θ方向、すなわち水平面上を回転させる駆
動機能を有している。これらの機能を実現するために、
ここでは１６個の四角形状のマイクロアクチュエータ素
子２０が基板３０上に互いに等間隔で格子状に配置され
ている。マイクロアクチュエータ素子２０の大きさは、
ステージ５０の駆動精度を決める要因であり、レーザ加
工装置の場合には、数ｍｍ角の大きさにされる。
【００１８】図２〜図４を参照して、マイクロアクチュ
エータ素子２０は、正方形の絶縁体によるブロック２１
を用いて構成される。ブロック２１の中心にはその上面
から下面に抜ける貫通孔２１−１が設けられており、下
側からこの貫通孔２１−１を通して圧縮空気を上方に吹
き出すことにより、ステージ５０を浮上させる浮上機能
が実現される。ブロック２１の上面には貫通孔２１−１
の出口の周囲に凹部２１−２が形成され、そこから四つ
の側方に向けてそれぞれ溝２１−３が形成されている。
この溝２１−３は圧縮空気の一部を側方に逃がすための
ものである。凹部２１−２内には、ステージ５０の下面
に作用する風圧を検出するための圧力センサ２２が設け
られている。この圧力センサ２２には例えば、ダイアフ
ラム式の半導体圧力センサが用いられる。
エータ素子２０は、正方形の絶縁体によるブロック２１
を用いて構成される。ブロック２１の中心にはその上面
から下面に抜ける貫通孔２１−１が設けられており、下
側からこの貫通孔２１−１を通して圧縮空気を上方に吹
き出すことにより、ステージ５０を浮上させる浮上機能
が実現される。ブロック２１の上面には貫通孔２１−１
の出口の周囲に凹部２１−２が形成され、そこから四つ
の側方に向けてそれぞれ溝２１−３が形成されている。
この溝２１−３は圧縮空気の一部を側方に逃がすための
ものである。凹部２１−２内には、ステージ５０の下面
に作用する風圧を検出するための圧力センサ２２が設け
られている。この圧力センサ２２には例えば、ダイアフ
ラム式の半導体圧力センサが用いられる。
【００１９】ブロック２１の上面には更に、正方形の４
つのコーナに対応する箇所に４個の静電電極２３が設け
られている。静電電極２３の大きさは、ステージ５０の
最小駆動精度に応じて決定される。ブロック２１におけ
る静電電極２３の直下領域にはそれぞれ、上面から下面
に抜ける貫通孔が設けられ、そこに導電性材料が充填さ
れて電気接続用のスルーホール２４が形成されている。
ブロック２１の下面には、４つのスルーホール２４を共
通に接続するために正方形の帯状の導電パターン２５が
形成されている。静電電極２３の直下に対応する導電パ
ターン２５には４本のθ方向用端子２６が設けられてい
る。図２における横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とする
と、導電パターン２５には更に、Ｙ軸に関して対称な２
箇所にＸ軸方向用端子２７Ｘが設けられ、Ｘ軸に関して
対称な２箇所にＹ軸方向用端子２７Ｙが設けられてい
る。なお、θ方向用端子２６、Ｘ軸方向用端子２７Ｘ、
及びＹ軸方向用端子２７Ｙはいずれも、その一部が導電
パターン２５を貫通してブロック２１内に埋め込まれる
ようにして設けられるが、便宜上、図面では図示を省略
している。また、後述する理由で、Ｙ軸方向用端子２７
Ｙは他の端子よりも短く、次にＸ軸方向用端子２７Ｘが
短く、θ方向用端子２６が最も長くなっている。
つのコーナに対応する箇所に４個の静電電極２３が設け
られている。静電電極２３の大きさは、ステージ５０の
最小駆動精度に応じて決定される。ブロック２１におけ
る静電電極２３の直下領域にはそれぞれ、上面から下面
に抜ける貫通孔が設けられ、そこに導電性材料が充填さ
れて電気接続用のスルーホール２４が形成されている。
ブロック２１の下面には、４つのスルーホール２４を共
通に接続するために正方形の帯状の導電パターン２５が
形成されている。静電電極２３の直下に対応する導電パ
ターン２５には４本のθ方向用端子２６が設けられてい
る。図２における横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とする
と、導電パターン２５には更に、Ｙ軸に関して対称な２
箇所にＸ軸方向用端子２７Ｘが設けられ、Ｘ軸に関して
対称な２箇所にＹ軸方向用端子２７Ｙが設けられてい
る。なお、θ方向用端子２６、Ｘ軸方向用端子２７Ｘ、
及びＹ軸方向用端子２７Ｙはいずれも、その一部が導電
パターン２５を貫通してブロック２１内に埋め込まれる
ようにして設けられるが、便宜上、図面では図示を省略
している。また、後述する理由で、Ｙ軸方向用端子２７
Ｙは他の端子よりも短く、次にＸ軸方向用端子２７Ｘが
短く、θ方向用端子２６が最も長くなっている。
【００２０】ブロック２１の下面には更に、圧力センサ
２２の検出信号を増幅して静電電極２３に加えるための
アンプ２８が実装される。静電電極２３には、外部制御
回路から上記の各端子、導電パターン２５、及びスルー
ホール２４を介してパルス状の電圧が同期制御信号とし
て供給される。圧力センサ２２の検出信号は、静電電極
２３に加えられる電圧を調整するように作用する。これ
は、ステージ５０は、圧縮空気による浮上手段だけでは
ステージ５０とアクチュエータとの間の隙間を精密に維
持することができないため、静電電極２３に加える電圧
を調整することで反発力を調整してステージ５０とアク
チュエータとの間の隙間を精密に維持するためである。
２２の検出信号を増幅して静電電極２３に加えるための
アンプ２８が実装される。静電電極２３には、外部制御
回路から上記の各端子、導電パターン２５、及びスルー
ホール２４を介してパルス状の電圧が同期制御信号とし
て供給される。圧力センサ２２の検出信号は、静電電極
２３に加えられる電圧を調整するように作用する。これ
は、ステージ５０は、圧縮空気による浮上手段だけでは
ステージ５０とアクチュエータとの間の隙間を精密に維
持することができないため、静電電極２３に加える電圧
を調整することで反発力を調整してステージ５０とアク
チュエータとの間の隙間を精密に維持するためである。
【００２１】このようにして、複数のマイクロアクチュ
エータ素子２０における静電電極２３にパルス状の電圧
を加えて同期動作させることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方
向、θ方向の駆動動作を行うことができる。
エータ素子２０における静電電極２３にパルス状の電圧
を加えて同期動作させることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方
向、θ方向の駆動動作を行うことができる。
【００２２】図５、図６を参照して、マイクロアクチュ
エータ素子２０が実装される基板３０について説明す
る。ここでは、４個のマイクロアクチュエータ素子に対
応する領域について説明する。基板３０には、ブロック
２１の貫通孔２１−１に圧縮空気を供給するための空気
通路３０−１が設けられ、この空気通路３０−１は基板
３０にマイクロアクチュエータ素子２０を実装すると自
動的に貫通孔２１−１につながる。基板３０にはまた、
Ｘ軸方向用配線パターン３１Ｘ、Ｙ軸方向用配線パター
ン３１Ｙ、及びθ方向用配線パターン３２ａ，３２ｂが
それぞれ基板３０の深さの異なる位置に埋設されてい
る。基板３０には更に、各配線パターンに届く深さであ
って、その所定箇所においてＸ軸方向用端子２７Ｘ、Ｙ
軸方向用端子２７Ｙ、及びθ方向用端子２６を挿入して
電気的に接続を行うためのピンホール３０−２Ｘ，３０
−２Ｙ，及び３０−３が設けられている。Ｙ軸方向用端
子２７Ｙの長さが他の端子よりも短いのは、Ｙ軸方向用
配線パターン３１Ｙの埋設深さが浅いからである。次に
短いのはＸ軸方向用端子２７Ｘで、Ｘ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｘの深さに合わせてある。θ方向用端子２６は
最も長く、θ方向用配線パターン３２ａ，３２ｂの深さ
に合わせてある。
エータ素子２０が実装される基板３０について説明す
る。ここでは、４個のマイクロアクチュエータ素子に対
応する領域について説明する。基板３０には、ブロック
２１の貫通孔２１−１に圧縮空気を供給するための空気
通路３０−１が設けられ、この空気通路３０−１は基板
３０にマイクロアクチュエータ素子２０を実装すると自
動的に貫通孔２１−１につながる。基板３０にはまた、
Ｘ軸方向用配線パターン３１Ｘ、Ｙ軸方向用配線パター
ン３１Ｙ、及びθ方向用配線パターン３２ａ，３２ｂが
それぞれ基板３０の深さの異なる位置に埋設されてい
る。基板３０には更に、各配線パターンに届く深さであ
って、その所定箇所においてＸ軸方向用端子２７Ｘ、Ｙ
軸方向用端子２７Ｙ、及びθ方向用端子２６を挿入して
電気的に接続を行うためのピンホール３０−２Ｘ，３０
−２Ｙ，及び３０−３が設けられている。Ｙ軸方向用端
子２７Ｙの長さが他の端子よりも短いのは、Ｙ軸方向用
配線パターン３１Ｙの埋設深さが浅いからである。次に
短いのはＸ軸方向用端子２７Ｘで、Ｘ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｘの深さに合わせてある。θ方向用端子２６は
最も長く、θ方向用配線パターン３２ａ，３２ｂの深さ
に合わせてある。
【００２３】Ｘ軸方向用配線パターン３１ＸはＹ軸方向
に、Ｙ軸方向用配線パターン３１ＹはＸ軸方向にそれぞ
れ延び、しかもＸ軸方向用配線パターン３１ＸとＹ軸方
向用配線パターン３１Ｙとは、静電電極２３に対応する
箇所が交点となるように格子状に形成される。これによ
り、Ｙ軸方向に並ぶすべての静電電極２３が１本のＸ軸
方向用配線パターン３１Ｘで共通接続され、Ｘ軸方向に
並ぶすべての静電電極２３が１本のＹ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｙで共通接続される。
に、Ｙ軸方向用配線パターン３１ＹはＸ軸方向にそれぞ
れ延び、しかもＸ軸方向用配線パターン３１ＸとＹ軸方
向用配線パターン３１Ｙとは、静電電極２３に対応する
箇所が交点となるように格子状に形成される。これによ
り、Ｙ軸方向に並ぶすべての静電電極２３が１本のＸ軸
方向用配線パターン３１Ｘで共通接続され、Ｘ軸方向に
並ぶすべての静電電極２３が１本のＹ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｙで共通接続される。
【００２４】一方、θ方向用配線パターン３２ａ，３２
ｂは、これらＸ軸方向用配線パターン３１Ｘ及びＹ軸方
向用配線パターン３１Ｙに対して４５°の角度をなすよ
うに形成される。詳しく言えば、１つのマイクロアクチ
ュエータ素子における４つの静電電極に対応する４つの
領域のうち、２つの領域はθ方向用配線パターン３２ａ
で共通に接続され、残る２つの領域についてはそれぞ
れ、隣りのマイクロアクチュエータ素子用の４つの領域
の最も近い領域にＬ形のθ方向用配線パターン３２ｂで
共通に接続されている。結果として、４つのマイクロア
クチュエータ素子における１６個の静電電極に対応する
１６の領域が、９０°の角度間隔で延在する４本のθ方
向用配線パターン３２ａと、これら４本のθ方向用配線
パターン３２ｂに対して直角をなす４本のＬ形のθ方向
用配線パターン３２ｂとで接続される。
ｂは、これらＸ軸方向用配線パターン３１Ｘ及びＹ軸方
向用配線パターン３１Ｙに対して４５°の角度をなすよ
うに形成される。詳しく言えば、１つのマイクロアクチ
ュエータ素子における４つの静電電極に対応する４つの
領域のうち、２つの領域はθ方向用配線パターン３２ａ
で共通に接続され、残る２つの領域についてはそれぞ
れ、隣りのマイクロアクチュエータ素子用の４つの領域
の最も近い領域にＬ形のθ方向用配線パターン３２ｂで
共通に接続されている。結果として、４つのマイクロア
クチュエータ素子における１６個の静電電極に対応する
１６の領域が、９０°の角度間隔で延在する４本のθ方
向用配線パターン３２ａと、これら４本のθ方向用配線
パターン３２ｂに対して直角をなす４本のＬ形のθ方向
用配線パターン３２ｂとで接続される。
【００２５】上記のような構成において、例えばステー
ジ５０をＸ軸方向に駆動するには、Ｘ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｘに図７で説明したようなパルス状電圧を印加
する。１パルス時間当たりの移動量は、静電電極２３の
大きさで設定することができる。なお、図５において、
Ｘ軸方向への駆動を、例えば図中右方向にしたい場合、
図示されている４本のＸ軸方向用配線パターン３１Ｘに
加えるパルス状電圧を、図中右側のＸ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｘから左側になるにつれてパルス状電圧の立ち
上がりが少しずつずれるようにすれば良い。
ジ５０をＸ軸方向に駆動するには、Ｘ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｘに図７で説明したようなパルス状電圧を印加
する。１パルス時間当たりの移動量は、静電電極２３の
大きさで設定することができる。なお、図５において、
Ｘ軸方向への駆動を、例えば図中右方向にしたい場合、
図示されている４本のＸ軸方向用配線パターン３１Ｘに
加えるパルス状電圧を、図中右側のＸ軸方向用配線パタ
ーン３１Ｘから左側になるにつれてパルス状電圧の立ち
上がりが少しずつずれるようにすれば良い。
【００２６】また、Ｙ軸方向に駆動するには、Ｙ軸方向
用配線パターン３１Ｙに図７で説明したようなパルス状
電圧を印加する。同様に、θ方向に回転駆動するには、
１６個のマイクロアクチュエータ素子のうちの中央部の
４個を使用し、θ方向用配線パターン３２ａ、３２ｂに
図７で説明したようなパルス状電圧を印加すれば良い。
用配線パターン３１Ｙに図７で説明したようなパルス状
電圧を印加する。同様に、θ方向に回転駆動するには、
１６個のマイクロアクチュエータ素子のうちの中央部の
４個を使用し、θ方向用配線パターン３２ａ、３２ｂに
図７で説明したようなパルス状電圧を印加すれば良い。
【００２７】このような駆動の間、ステージ５０は圧縮
空気によりマイクロアクチュエータから浮上しているの
で、いずれの方向にも自由に摩擦無く移動する。そし
て、圧力センサ２２の検出信号を静電電極２３にフィー
ドバックしてパルス状電圧値を制御することで、ステー
ジ５０とマイクロアクチュエータとの間の隙間をどの領
域でも一定に維持することができる。
空気によりマイクロアクチュエータから浮上しているの
で、いずれの方向にも自由に摩擦無く移動する。そし
て、圧力センサ２２の検出信号を静電電極２３にフィー
ドバックしてパルス状電圧値を制御することで、ステー
ジ５０とマイクロアクチュエータとの間の隙間をどの領
域でも一定に維持することができる。
【００２８】なお、上記の実施例では、静電電極２３に
対して外部回路から直接にパルス状の電圧を印加するよ
うにしているが、マイクロアクチュエータ素子に更に駆
動用のトランジスタを実装し、外部回路からのパルス状
電圧でこのトランジスタをオン、オフするようにして静
電電極２３に加えるようにしても良い。この場合には、
導体パターン２５とＸ軸方向用端子２７Ｘ、Ｙ軸方向用
端子２７Ｙ、及びθ方向用端子２６とを直接接続せず
に、これらの間に駆動用トランジスタのエミッタ、コレ
クタが介在するようにし、ベースに外部回路からのパル
ス状電圧を加えれば良い。このためには、駆動用トラン
ジスタのベースにパルス状電圧を加えるための端子を新
たに１本設ければ良い。また、アンプ２８の出力は駆動
用トランジスタのコレクタに接続される。
対して外部回路から直接にパルス状の電圧を印加するよ
うにしているが、マイクロアクチュエータ素子に更に駆
動用のトランジスタを実装し、外部回路からのパルス状
電圧でこのトランジスタをオン、オフするようにして静
電電極２３に加えるようにしても良い。この場合には、
導体パターン２５とＸ軸方向用端子２７Ｘ、Ｙ軸方向用
端子２７Ｙ、及びθ方向用端子２６とを直接接続せず
に、これらの間に駆動用トランジスタのエミッタ、コレ
クタが介在するようにし、ベースに外部回路からのパル
ス状電圧を加えれば良い。このためには、駆動用トラン
ジスタのベースにパルス状電圧を加えるための端子を新
たに１本設ければ良い。また、アンプ２８の出力は駆動
用トランジスタのコレクタに接続される。
【００２９】また、ステージ５０が金属材料の場合、そ
の下部に誘電体を貼り付けるようにすれば良い。また、
本発明は、半導体装置を対象とするレーザ加工装置のよ
うに小形化が要求される精密加工分野に適しているが、
マイクロアクチュエータ素子の数を増やすことで、比較
的大型のステージにも適用することができる。
の下部に誘電体を貼り付けるようにすれば良い。また、
本発明は、半導体装置を対象とするレーザ加工装置のよ
うに小形化が要求される精密加工分野に適しているが、
マイクロアクチュエータ素子の数を増やすことで、比較
的大型のステージにも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、複数の静電型マイクロアクチュエータ素子を組み合
わせて外部からの同期制御信号によって同期駆動するこ
とにより、Ｘ軸方向駆動、Ｙ軸方向駆動、回転駆動を容
易に実現することができる。これによって、駆動精度の
高いコンパクトな加工ステージを提供できる。
ば、複数の静電型マイクロアクチュエータ素子を組み合
わせて外部からの同期制御信号によって同期駆動するこ
とにより、Ｘ軸方向駆動、Ｙ軸方向駆動、回転駆動を容
易に実現することができる。これによって、駆動精度の
高いコンパクトな加工ステージを提供できる。
【図１】本発明による静電型マイクロアクチュエータを
ステージと組み合わせて示した斜視図である。
ステージと組み合わせて示した斜視図である。
【図２】図１に示された静電型マイクロアクチュエータ
を構成するマイクロアクチュエータ素子の平面図であ
る。
を構成するマイクロアクチュエータ素子の平面図であ
る。
【図３】図２のＡ−Ａ´線による断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ´線による断面図である。
【図５】複数のマイクロアクチュエータ素子を実装して
静電型マイクロアクチュエータを構成するための基板の
部分平面図である。
静電型マイクロアクチュエータを構成するための基板の
部分平面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ´線による断面図である。
【図７】静電型マイクロアクチュエータの駆動原理を説
明するための図である。
明するための図である。
１０ 静電型マイクロアクチュエータ ２０ マイクロアクチュエータ素子 ２１ ブロック ２２ 圧力センサ ２３ 静電電極 ２４ スルーホール ２５ 導体パターン ２６ θ方向用端子 ２７Ｘ Ｘ軸方向用端子 ２７Ｙ Ｙ軸方向用端子 ２８ アンプ ３０ 基板 ５０ ステージ
Claims (8)
- 【請求項１】 ワークを搭載するためのステージの下方
に設置されて、少なくとも下部が誘電体から成る該ステ
ージを、圧縮空気により浮上させると共に、静電気の反
発力によりＸ軸方向及びＹ軸方向への移動に加えて、水
平面上を回転させる駆動手段を備えたアクチュエータで
あって、 該駆動手段は、複数のマイクロアクチュエータ素子を基
板上に互いに等間隔で配置して成り、 前記マイクロアクチュエータ素子は、上面に静電電極を
有すると共に、前記基板に設けられた空気通路に接続さ
れて上方に圧縮空気を吹き出すための空気吹き出し手段
と、前記静電電極を前記基板に設けられた配線パターン
に接続するための導体手段とを備えており、 前記複数のマイクロアクチュエータ素子の前記静電電極
にそれぞれ、同期したパルス状の電圧を印加することで
前記静電電極とこれに対向する前記誘電体の対向領域に
おける帯電による静電気の反発力により前記ステージを
駆動することを特徴とする静電型マイクロアクチュエー
タ。 - 【請求項２】 請求項１記載の静電型マイクロアクチュ
エータにおいて、前記マイクロアクチュエータ素子は、
上面に複数の前記静電電極が互いに等間隔で設けられて
おり、 前記導体手段は、前記複数の静電電極からそれぞれ該マ
イクロアクチュエータ素子を貫通して下方に至る複数の
スル−ホールと、該マイクロアクチュエータ素子の下面
に設けられて前記複数のスル−ホールに接続される導体
パターンと、該導体パターンに接続されて該マイクロア
クチュエータ素子の下面に設けられたＸ軸方向用端子、
Ｙ軸方向用端子、及び回転（以下、θと呼ぶ）方向用端
子とから成ることを特徴とする静電型マイクロアクチュ
エータ。 - 【請求項３】 請求項２記載の静電型マイクロアクチュ
エータにおいて、前記Ｘ軸方向用端子、前記Ｙ軸方向用
端子、及び前記θ方向用端子はそれぞれピン端子であ
り、前記基板には、前記配線パターンの所定箇所におい
て前記Ｘ軸方向用端子、前記Ｙ軸方向用端子、及び前記
θ方向用端子を挿入して電気的に接続するためのピンホ
ールが設けられていることを特徴とする静電型マイクロ
アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項３記載の静電型マイクロアクチュ
エータにおいて、前記配線パターンは、前記Ｘ軸方向
用、前記Ｙ軸方向用、及び前記θ方向用の配線パターン
がそれぞれ前記基板の深さの異なる位置に埋設されてい
ることを特徴とする静電型マイクロアクチュエータ。 - 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載の静電型
マイクロアクチュエータにおいて、前記空気吹き出し手
段は、該マイクロアクチュエータ素子の中央部において
その下面から上面に至る貫通孔により構成されることを
特徴とする静電型マイクロアクチュエータ。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の静電型
マイクロアクチュエータにおいて、前記マイクロアクチ
ュエータ素子の上面には更に、風圧を検出するための圧
力センサが設けられており、該圧力センサからの検出信
号を増幅して前記静電電極に加えるアンプを備えたこと
を特徴とする静電型マイクロアクチュエータ。 - 【請求項７】 請求項５あるいは６記載の静電型マイク
ロアクチュエータにおいて、該マイクロアクチュエータ
素子の上面には更に、前記貫通孔からの圧縮空気を側方
に逃がすための少なくとも１つの溝が前記側方に向けて
形成されていることを特徴とする静電型マイクロアクチ
ュエータ。 - 【請求項８】 請求項２〜７のいずれかに記載の静電型
マイクロアクチュエータにおいて、前記複数の静電電極
として４個の静電電極が格子状に設けられ、前記複数の
マイクロアクチュエータ素子は前記基板上に格子状に配
置され、前記基板に設けられた配線パターンは、前記静
電電極に対応する箇所が交点となるように格子状に形成
された前記Ｘ軸方向用、前記Ｙ軸方向用の配線パターン
と、これらＸ軸方向用及びＹ軸方向用の配線パターンに
対して４５°の角度をなすように形成されたθ方向用の
配線パターンとから成ることを特徴とする静電型マイク
ロアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26401996A JPH10109245A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | 静電型マイクロアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26401996A JPH10109245A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | 静電型マイクロアクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10109245A true JPH10109245A (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=17397431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26401996A Pending JPH10109245A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | 静電型マイクロアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10109245A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6265806B1 (en) * | 1998-05-25 | 2001-07-24 | Nec Corporation | Semiconductor microactuator with an improved platform structure and method of forming the same |
-
1996
- 1996-10-04 JP JP26401996A patent/JPH10109245A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6265806B1 (en) * | 1998-05-25 | 2001-07-24 | Nec Corporation | Semiconductor microactuator with an improved platform structure and method of forming the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20051124 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060419 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |