JPS62179783A - 圧電式アクチユエ−タ - Google Patents
圧電式アクチユエ−タInfo
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- JPS62179783A JPS62179783A JP61022501A JP2250186A JPS62179783A JP S62179783 A JPS62179783 A JP S62179783A JP 61022501 A JP61022501 A JP 61022501A JP 2250186 A JP2250186 A JP 2250186A JP S62179783 A JPS62179783 A JP S62179783A
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Classifications
-
- 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
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は例えば半導体製造装置等における超精密位置決
め機構等に適用される圧電式アクチュエータに関する。
め機構等に適用される圧電式アクチュエータに関する。
近年、例えば半導体製造装置の位置決めや光学装置の光
路制御等を行なう場合において、極めて高精度な超精密
位置決め機構が必要とされるに至っている。このような
超精密位置決め機構における位置決め用アクチュエータ
としては種々のものがあるが、たとえば半導体製造装置
に用いられるＸＹステージ・ステッパー等には直流モー
タなどの電磁型アクチュエータが主として用いられてき
た。
路制御等を行なう場合において、極めて高精度な超精密
位置決め機構が必要とされるに至っている。このような
超精密位置決め機構における位置決め用アクチュエータ
としては種々のものがあるが、たとえば半導体製造装置
に用いられるＸＹステージ・ステッパー等には直流モー
タなどの電磁型アクチュエータが主として用いられてき
た。
上記直流モータ等の電磁型アクチュエータにおいては、
精度がよくない、発熱量が大きい、ノイズを発生し易い
、磁界を発生し易い、効率が悪い、温度特性がよくない
、バックラッシュや残留振動が起り易い、といった欠点
がある。
精度がよくない、発熱量が大きい、ノイズを発生し易い
、磁界を発生し易い、効率が悪い、温度特性がよくない
、バックラッシュや残留振動が起り易い、といった欠点
がある。
これに対し最近は、高精度な印加電圧−変位特性が期待
できる新しいアクチュエータとして、圧電素子を利用し
た圧電式アクチュエータが盛んに研究されている。圧電
式アクチュエータは、大別すると積層型と、バイモルフ
型と、圧電モータ型とに分けられるが、ＸＹステージ駆
動用アクチュエータのように、大きな荷重の移動を要す
る場合には、発生力の大きな積層型が適している。
できる新しいアクチュエータとして、圧電素子を利用し
た圧電式アクチュエータが盛んに研究されている。圧電
式アクチュエータは、大別すると積層型と、バイモルフ
型と、圧電モータ型とに分けられるが、ＸＹステージ駆
動用アクチュエータのように、大きな荷重の移動を要す
る場合には、発生力の大きな積層型が適している。
第２図（ａ）（ｂ）は従来の積層型圧電式アクチュエー
タの概要を示す図である。同図に示すように、この積層
型圧電式アクチュエータは、円板または角板からなる厚
みが０．１〜１．０層程度の圧電セラミックス１を、分
極の向きが１枚毎に逆になるように多数枚配置し、かつ
各圧電セラミックス１の相互間に銅板などの内部電極２
を挿入して積層したものである。なお上記各銅板２の面
積は、圧電セラミックス１の面積より若干小さく、かつ
各一端部が圧電アクチュエータの両側面から交互に外方
へ突出している。この突出端は１層おきに外部電極３ａ
、３ｂによりそれぞれ接続されており、全体が並列接続
されている。
タの概要を示す図である。同図に示すように、この積層
型圧電式アクチュエータは、円板または角板からなる厚
みが０．１〜１．０層程度の圧電セラミックス１を、分
極の向きが１枚毎に逆になるように多数枚配置し、かつ
各圧電セラミックス１の相互間に銅板などの内部電極２
を挿入して積層したものである。なお上記各銅板２の面
積は、圧電セラミックス１の面積より若干小さく、かつ
各一端部が圧電アクチュエータの両側面から交互に外方
へ突出している。この突出端は１層おきに外部電極３ａ
、３ｂによりそれぞれ接続されており、全体が並列接続
されている。
第２図（ａ）（ｂ）のような構造を有する圧電式アクチ
ュエータにおいては、同図（ｂ）に拡大して示すように
、圧電セラミックス板１の相互間に内部電極２のとぎれ
た領域４が生じる。したがって電圧を印加すると、上記
領域４において大きな張力や圧縮力が働くことがあり、
圧電セラミックス板１が破壊するという問題があった。
ュエータにおいては、同図（ｂ）に拡大して示すように
、圧電セラミックス板１の相互間に内部電極２のとぎれ
た領域４が生じる。したがって電圧を印加すると、上記
領域４において大きな張力や圧縮力が働くことがあり、
圧電セラミックス板１が破壊するという問題があった。
この原因は、端部において電気力線の方向と間隔に乱れ
が生じ、電場ベクトルの向きと大きさが不均一となり、
場所によって張り力や圧縮力による内部応力が集中し、
圧電セラミックスの破壊強度を越えてしまうためである
。
が生じ、電場ベクトルの向きと大きさが不均一となり、
場所によって張り力や圧縮力による内部応力が集中し、
圧電セラミックスの破壊強度を越えてしまうためである
。
そこで本発明は、たとえ大きな電圧が印加された場合で
も、内部応力の集中を回避でき、セラミックス破損等の
おそれのない圧電式アクチュエータを提供することを目
的とする。
も、内部応力の集中を回避でき、セラミックス破損等の
おそれのない圧電式アクチュエータを提供することを目
的とする。
本発明は上記問題点を解決し、目的を達成するために次
のような手段を講じた。すなわち、内部電極のとぎれた
領域に非圧電性でかつ圧電セラミックスより弾性コンプ
ライアンスの大きな絶縁材料を埋設するようにした。
のような手段を講じた。すなわち、内部電極のとぎれた
領域に非圧電性でかつ圧電セラミックスより弾性コンプ
ライアンスの大きな絶縁材料を埋設するようにした。
このような手段を講じたことにより、電気力線の端部に
おける乱れがあっても、弾性コンプライアンスの大きな
埋設部材の作用により、内部応力が集中しないものとな
る。
おける乱れがあっても、弾性コンプライアンスの大きな
埋設部材の作用により、内部応力が集中しないものとな
る。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図である。
なお第２図と同一部分には同一符号を付して詳細な説明
は省略する。第１図に示すように、圧電セラミックス１
の両端部位における内部電極２の端部のとぎれている領
域には、非圧電性でかつ圧電セラミックス板１に対して
弾性コンプライアンスの十分大きな絶縁材料、例えばエ
ポキシ樹脂が注入固化または嵌合接着等の手段により、
埋設されている。
は省略する。第１図に示すように、圧電セラミックス１
の両端部位における内部電極２の端部のとぎれている領
域には、非圧電性でかつ圧電セラミックス板１に対して
弾性コンプライアンスの十分大きな絶縁材料、例えばエ
ポキシ樹脂が注入固化または嵌合接着等の手段により、
埋設されている。
次に上記圧電式アクチュエータの具体的作製方法を説明
する。焼結したＰＺＴチタン酸バリウムなどのセラミッ
クスを切断し、かつ研磨して０．１〜１．０層程度の薄
板状に加工する。その両面にＡＱなどの電極を付けて分
極処理を行なう。
する。焼結したＰＺＴチタン酸バリウムなどのセラミッ
クスを切断し、かつ研磨して０．１〜１．０層程度の薄
板状に加工する。その両面にＡＱなどの電極を付けて分
極処理を行なう。
一方、１〜１００ＩＥｎの厚みを有するＣｕの薄板を、
セラミックスと同様の形状に切断して内部電極用部材を
得る。
セラミックスと同様の形状に切断して内部電極用部材を
得る。
これらを交互に接着しながら積層していく。ただしセラ
ミックスの分極の向きは１枚毎に逆向きとする。また内
部電極用部材は一つおきに一方へ若干突出させる。
ミックスの分極の向きは１枚毎に逆向きとする。また内
部電極用部材は一つおきに一方へ若干突出させる。
次に内部電極用部材の端部がとぎれた状態を呈する領域
に対して、幅す、深さＣの切込みを設ける。この切込み
に、非圧電性を有しかつ圧電セラミックスよりも弾性コ
ンプライアンスの十分大きな絶縁材料を注入固化または
同材質の絶縁材料を嵌合接着することにより埋設する。
に対して、幅す、深さＣの切込みを設ける。この切込み
に、非圧電性を有しかつ圧電セラミックスよりも弾性コ
ンプライアンスの十分大きな絶縁材料を注入固化または
同材質の絶縁材料を嵌合接着することにより埋設する。
しかるのち両側面を研磨し、そこへＡＧなどを蒸着ある
いはスパッタリングさらには塗布等の手法により付着さ
せ、外部電極３ａ、３ｂとする。
いはスパッタリングさらには塗布等の手法により付着さ
せ、外部電極３ａ、３ｂとする。
このように構成された本実施例においては、外部電極２
を介して電圧を印加すると、圧電式アクチュエータの前
記絶縁材料５の埋設領域において電気力線の乱れは生じ
る。しかし圧電セラミックス１が電圧印加により伸縮す
るとき、前記領域の近傍に応力が働くが、埋設部材の弾
性コンプライアンスが十分大きいため、内部応力は小さ
いものとなる。したがって圧電セラミックス１の破壊は
防止される。
を介して電圧を印加すると、圧電式アクチュエータの前
記絶縁材料５の埋設領域において電気力線の乱れは生じ
る。しかし圧電セラミックス１が電圧印加により伸縮す
るとき、前記領域の近傍に応力が働くが、埋設部材の弾
性コンプライアンスが十分大きいため、内部応力は小さ
いものとなる。したがって圧電セラミックス１の破壊は
防止される。
埋設部材は材料にもよるが、圧電セラミックス１の相互
間隔をａとすると、切込みの幅すを２ａに近付けるか、
切込みの深さＣに対する幅すの比率ｂ／Ｃをできるだけ
大きくすると、前記内部応力を小さくする上で効果的で
ある。ただしＣの値は電気的な絶縁を保つ関係で、その
絶縁距離以下にはできない。
間隔をａとすると、切込みの幅すを２ａに近付けるか、
切込みの深さＣに対する幅すの比率ｂ／Ｃをできるだけ
大きくすると、前記内部応力を小さくする上で効果的で
ある。ただしＣの値は電気的な絶縁を保つ関係で、その
絶縁距離以下にはできない。
本発明者らは、圧電材料として厚み３０ｏ譚、弾性コン
プライアンス１ 、６Ｘ １０”ｌ［ｍ２ ／Ｎ］なる
ＰＺＴを用い、電極材料としてＣｕを用い、切込み量を
ｂ＝１５０譚、ｃ＝５００譚とし、埋設部材として弾性
コンプライアンス ３．２ｘ１０”［ｍ” ／Ｎ］なるエポキシ樹脂を用い
、前記実施例のような圧電式アクチュエータを作製し、
実験してみた。その結果、セラミックス破壊等の問題は
全く発生せず、良好に差動した。
プライアンス１ 、６Ｘ １０”ｌ［ｍ２ ／Ｎ］なる
ＰＺＴを用い、電極材料としてＣｕを用い、切込み量を
ｂ＝１５０譚、ｃ＝５００譚とし、埋設部材として弾性
コンプライアンス ３．２ｘ１０”［ｍ” ／Ｎ］なるエポキシ樹脂を用い
、前記実施例のような圧電式アクチュエータを作製し、
実験してみた。その結果、セラミックス破壊等の問題は
全く発生せず、良好に差動した。
なお本発明は前記各実施例に限定されるものではない。
例えば前記実施例では埋設部材としてエポキシ樹脂を例
示したが、シリコーン樹脂やゴム。
示したが、シリコーン樹脂やゴム。
ガラスセラミックスなど、前記条件を満す材料であれば
、どのようなものでもよい。このほか本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である
。
、どのようなものでもよい。このほか本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である
。
本発明によれば、内部電極のとぎれた領域に非圧電性で
かつ弾性コンプライアンスの大きな絶縁材料を埋設する
ようにしたので、大きな電圧が印加された場合でも、内
部応力の集中を回避でき、セラミックス破損等のおそれ
のない圧電式アクチュエータを提供できる。
かつ弾性コンプライアンスの大きな絶縁材料を埋設する
ようにしたので、大きな電圧が印加された場合でも、内
部応力の集中を回避でき、セラミックス破損等のおそれ
のない圧電式アクチュエータを提供できる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第２図
（ａ）（ｂ）は従来例を示す図で、（ａ）は断面図、（
ｂ）は部分拡大断面図である。 １・・・圧電セラミックス、２・・・内部電極、３ａ。 ３ｂ・・・外部電極、４・・・内部電極の研きれ領域、
５・・・埋設部材。 出願人代理人 弁理士 坪井 淳 第１ 口 （ａ） （ｂ） 特許庁長官 宇賀 道ｍ 殿 １、事件の表示 特願昭６１−０２２５０１号 ２、発明の名称 圧電式アクチュエータ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 東京都港区虎ノ門１丁目２６番５号第１７森ビル〒１０
５ 電話 （）３（５（）２）３１８１ （大代
表）６、補正の対象 明細書全文 ７、補正の内容
（ａ）（ｂ）は従来例を示す図で、（ａ）は断面図、（
ｂ）は部分拡大断面図である。 １・・・圧電セラミックス、２・・・内部電極、３ａ。 ３ｂ・・・外部電極、４・・・内部電極の研きれ領域、
５・・・埋設部材。 出願人代理人 弁理士 坪井 淳 第１ 口 （ａ） （ｂ） 特許庁長官 宇賀 道ｍ 殿 １、事件の表示 特願昭６１−０２２５０１号 ２、発明の名称 圧電式アクチュエータ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 東京都港区虎ノ門１丁目２６番５号第１７森ビル〒１０
５ 電話 （）３（５（）２）３１８１ （大代
表）６、補正の対象 明細書全文 ７、補正の内容
Claims (1)
- 分極方向が交互に異なるように配置された複数の圧電
セラミックス板と内部電極とを交互に積層した圧電式ア
クチュエータにおいて、内部電極のとぎれた領域に圧電
セラミックスより弾性コンプライアンスの大きな非圧電
性の絶縁材料を埋設したことを特徴とする圧電式アクチ
ュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022501A JPS62179783A (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | 圧電式アクチユエ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022501A JPS62179783A (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | 圧電式アクチユエ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62179783A true JPS62179783A (ja) | 1987-08-06 |
Family
ID=12084490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61022501A Pending JPS62179783A (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | 圧電式アクチユエ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62179783A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6433762U (ja) * | 1987-08-21 | 1989-03-02 | ||
| EP0612622A2 (en) * | 1993-02-22 | 1994-08-31 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink jet apparatus |
| EP0697257A3 (en) * | 1994-08-18 | 1997-07-23 | Hewlett Packard Co | Arrangement of composite piezoelectric transducers having improved acoustic and electrical impedance |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58140173A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-19 | Seiko Epson Corp | 固体変位装置 |
| JPS5943582A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-10 | Toshiba Corp | 圧電変位装置 |
-
1986
- 1986-02-04 JP JP61022501A patent/JPS62179783A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58140173A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-19 | Seiko Epson Corp | 固体変位装置 |
| JPS5943582A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-10 | Toshiba Corp | 圧電変位装置 |
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| EP0612622A3 (en) * | 1993-02-22 | 1995-04-12 | Brother Ind Ltd | Ink jet device. |
| US5657063A (en) * | 1993-02-22 | 1997-08-12 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink jet apparatus |
| EP0697257A3 (en) * | 1994-08-18 | 1997-07-23 | Hewlett Packard Co | Arrangement of composite piezoelectric transducers having improved acoustic and electrical impedance |
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