WO2019009035A1 - 変位拡大機構、研磨装置、アクチュエータ、ディスペンサ、及びエアバルブ - Google Patents

変位拡大機構、研磨装置、アクチュエータ、ディスペンサ、及びエアバルブ Download PDF

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piezoelectric element
displacement
base
electronic component
actuator
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世傑 徐
矢野　健
昭雄 矢野
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有限会社メカノトランスフォーマ
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Definitions

  • the present invention relates to a displacement enlarging mechanism, a polishing apparatus, an actuator, a dispenser, and an air valve.
  • a piezoelectric element exists as an element that generates a required displacement at a relatively low voltage.
  • the piezoelectric element is an element having a structure in which a material having a piezoelectric effect and thin electrodes are alternately stacked, and has a function of converting a force into a voltage or converting a voltage into a force.
  • the piezoelectric element can be finely expanded and contracted by control of voltage, it is used in various fields such as an ink ejection mechanism of an ink jet printer and a control mechanism such as an actuator.
  • the piezoelectric element expands and contracts when a voltage is applied, but the generated displacement is small. Therefore, a displacement enlarging mechanism is used to expand the displacement of the expanding and contracting piezoelectric element to act on the object.
  • Patent Document 1 discloses a displacement enlarging mechanism capable of enlarging a generated displacement of a piezoelectric element to freely move an action part, and a polishing apparatus using the displacement enlarging mechanism.
  • this invention aims at providing the displacement expansion mechanism and polishing device which can cancel the tensile force with respect to a piezoelectric element efficiently in the displacement expansion mechanism which applies a voltage and generate
  • Another object of the present invention is to provide an actuator capable of enlarging and outputting a displacement of a piezoelectric element and efficiently releasing a tensile force on the piezoelectric element, a dispenser using the same, and an air valve.
  • a displacement magnifying mechanism includes a base serving as a base, a first attaching portion and a second attaching portion provided on a surface on one side of the base, the first attaching portion and the second attaching portion.
  • the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, one end of which is attached to the mounting portion, and the other end of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are displaced by the expansion and contraction of the piezoelectric element
  • the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are disposed at the center between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element and connect the action part and the base.
  • a connecting portion made of a material having a higher Young's modulus.
  • the action portion may be arranged such that the distance from the base is longer than the distance between the first attachment portion and the second attachment portion.
  • the first piezoelectric element and the second piezoelectric element may be arranged to have a predetermined angle with respect to the vertical direction of the installation surface of the base.
  • the predetermined angle is such that an extension of the axis of the expansion and contraction direction of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element intersects a line on which a load is applied to the displacement expanding mechanism. May be provided.
  • the material of the connecting portion may be metal, and may be integrally processed with at least one of the base or the acting portion.
  • the mounting portion may be formed such that a width in contact with the base is narrower than a width in contact with the piezoelectric element.
  • a polishing apparatus includes a base serving as a base, a first mounting portion and a second mounting portion provided on a surface on one side of the base, the first mounting portion and the second mounting.
  • the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to which one end is attached respectively, and the other end of the first piezoelectric element and the other end of the second piezoelectric element are displaced by the expansion and contraction of the piezoelectric element It is disposed at the center between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are disposed at the center between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element to connect the action part and the base.
  • a connecting portion made of a material having a high Young's modulus, and a polishing portion provided on the surface of the action portion opposite to the surface in contact with the first piezoelectric element and the second piezoelectric element; Equipped with
  • the actuator according to the present invention includes a base serving as a base, a first attachment portion and a second attachment portion attached to a surface on one side of the base, and the first attachment portion and the second attachment portion.
  • the first piezoelectric element and the second piezoelectric element each having one end connected to the tip end portion, and expansion and contraction of the piezoelectric element connected to the other end of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element.
  • the action part causing displacement, and the center between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, which connects the action part and the base, and the first piezoelectric element and the second piezoelectric element
  • a connecting portion made of a material having a Young's modulus higher than that of the element, and a voltage or a current supplied to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, thereby the first piezoelectric element and the second piezoelectric element
  • a driving unit for driving the A voltage or current is supplied to the first pie
  • the drive unit is configured to displace the first piezoelectric element and the second piezoelectric element such that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element displace in opposite directions by a predetermined amount.
  • the device may be supplied with voltage or current.
  • the actuator of the present invention may drive an actuator used for processing electronic components in an electronic component processing apparatus for processing chip-like electronic components.
  • the electronic component processing apparatus may be a measuring device for measuring the characteristic of the electronic component, and the operator may be a measuring probe for measuring the characteristic by being in contact with the electronic component.
  • the electronic component processing apparatus is a measuring apparatus for measuring the characteristics of the electronic component, the operator is an adsorption nozzle for adsorbing the electronic component, and the electronic component adsorbed by the adsorption nozzle is It may be in contact with a measurement probe for measuring the characteristic.
  • a dispenser according to the present invention has a liquid discharge member into which a liquid is introduced and which discharges the introduced liquid, a valve which discharges and shuts off the liquid from the liquid discharge member, and has the above-described configuration which drives the valve.
  • An actuator is provided, and the valve is displaced by the displacement outputted from the actuator, and the liquid is discharged and blocked from the liquid discharge member.
  • An air valve according to the present invention comprises a valve body having an air pressure chamber into which pressure air is introduced, an air outlet communicating with the air pressure chamber from the air pressure chamber, and closing and opening the air outlet in the air pressure chamber.
  • the valve body is displaced by the actuator having the above-described configuration, which is provided in the air pressure chamber and drives the valve body, and the displacement output from the actuator, from the air discharge port. Discharge and shut off the air.
  • the displacement magnifying mechanism and the polishing apparatus according to the present invention can efficiently release the tensile force by providing the connecting portion having high rigidity to apply pressure to the tensile force applied to the piezoelectric element.
  • FIG. 1 It is a perspective view showing an example of composition of a 1st embodiment of displacement magnification mechanism 100.
  • FIG. It is a front view showing an example of composition of a 1st embodiment of displacement magnification mechanism 100.
  • FIG. 1 is a front view showing an example of composition of a 1st embodiment of displacement magnification mechanism 100.
  • FIG. It is a front view which shows an example of a structure of 2nd Embodiment of the displacement expansion mechanism 100.
  • FIG. 2 is a explanatory view schematically showing an example of a configuration of an embodiment of a displacement enlarging mechanism 100.
  • 16 is a front view showing an example of the configuration of an embodiment of a polishing apparatus 900. It is a front view which shows an example of the actuator using the displacement expansion mechanism which concerns on the modification of 2nd Embodiment. It is a front view which shows an example used for the drive of the measurement probe which is an effect
  • FIG. 1 It is a figure which shows the example of the measuring apparatus for measuring the electronic component using the actuator with which the adsorption nozzle was mounted
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining an example of the configuration of a displacement enlarging mechanism 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the displacement magnifying mechanism 100 is a mechanism of a piezoelectric element that magnifies the displacement of a piezoelectric element that expands and contracts according to an applied voltage to act on an object.
  • the displacement amplification mechanism 100 includes a base 200 as a base of the displacement amplification mechanism 100 and a first attachment portion 300 a and a second attachment portion 300 attached to one surface (upper surface) of the base 200.
  • the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b one end of which is connected to the tip (upper end) of the attachment portion 300b, and the first attachment portion 300a and the second attachment portion 300b, respectively
  • the first piezoelectric element 400a and the action part 500 which is connected to the other end of the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b and causes displacement by expansion and contraction of the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b
  • the first attachment portion 300 a and the second attachment portion 300 b may be integral with the base 200, or may be provided as a port on one surface of the base 200.
  • the first attachment portion 300a and the second attachment portion 300b are collectively referred to as the attachment portion 300 unless there is a need to distinguish them.
  • the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b may also be collectively referred to as the piezoelectric element 400 unless it is necessary to distinguish them.
  • the base 200 is a member that is a base of the displacement enlarging mechanism 100.
  • the base 200 may be any shape or material as long as the piezoelectric element 400 can be attached and fixed to the mounting portion 300. Specifically, as shown in FIG. 1, the base 200 can be rectangular. Moreover, it is possible to use a metal etc. as a material.
  • the base 200 may be integrally processed with at least one of the attachment portion 300, the action portion 500, and the connection portion 600. With such a configuration, processing is easy and there is no need to provide a joint portion, and therefore, it is possible to cope with the vulnerability that the component is detached and broken from the joint portion.
  • the attachment portion 300 is a member attached to the upper portion of the base 200.
  • the mounting portion 300 is used to connect the piezoelectric element 400 to the base 200.
  • the attachment portion 300 may be formed in a rectangular shape as shown in FIG. 1 and may be connected so as to fix the piezoelectric element 400, or as shown in FIG. 2 with respect to the piezoelectric element of the attachment portion 300.
  • the hinge mechanism is formed such that the width in contact with the base is narrower than the width in contact (for example, L-shaped, T-shaped, etc.
  • FIG. 2 shows an example formed in a T-shape). It may be provided and connected in a state of freedom.
  • the mounting portion 300 may be integrally formed with the base 200, the base 200 and the connecting portion 600, or the base 200, the connecting portion 600 and the acting portion 500.
  • the piezoelectric element 400 is a member that expands and contracts in accordance with an applied voltage.
  • the piezoelectric element 400 is disposed on the top of the mounting portion 300 as shown in FIG.
  • the piezoelectric element 400 can be formed, for example, in a rectangular shape as shown in FIG.
  • a piezoelectric material which is a substance having a piezoelectric effect, for example, PZT (lead zirconate titanate) can be used.
  • the piezoelectric element 400 may have a laminated structure in which thin electrodes and thin piezoelectric bodies are alternately stacked. With such a laminated structure, a large displacement can be realized even at a low voltage.
  • the piezoelectric element 400 is formed in a rectangular shape, but is not particularly limited to the rectangular shape, as long as the piezoelectric element 400 can efficiently cause displacement of the action portion 500. It may have any shape.
  • the piezoelectric element 400 may be formed in an elongated rectangular shape, and in the same direction as the vertical direction with respect to the upper portion of the rectangular shaped base 200. It may be arranged upright so that it comes. With such a configuration, the displacement can be expanded more efficiently.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing an example of the configuration of an embodiment of the displacement enlarging mechanism 100. As shown in FIG.
  • the length from the first attachment portion 300 a and the second attachment portion 300 b to the action portion 500 is r, and the first attachment portion 300 a and the second attachment The distance between the units 300b is d.
  • the displacement magnifying mechanism 100 inclines by an angle ⁇ , and a displacement of ⁇ x occurs in the acting portion 500.
  • ⁇ x and ⁇ r are expressed by the following equations (1) and (2).
  • an elongation displacement is generated for the first piezoelectric element 400a
  • the second A contraction displacement may be generated for the piezoelectric element 400b.
  • Piezoelectric elements are generally used as "elongation" displacements, and it is not common to directly generate “shrinkage” displacements, but with respect to the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b.
  • An intermediate voltage of about 1 ⁇ 2 of the maximum applied voltage is always applied, a voltage higher than the intermediate voltage is applied to the piezoelectric element 400a, and a voltage lower than the intermediate voltage is applied to the piezoelectric element 400b. It is possible to substantially generate such relative displacement.
  • the displacement amount at the action portion 500 needs to be larger than the displacement amount of the piezoelectric element 400, and specifically, it is necessary to satisfy ⁇ x> ⁇ r. That is, according to the above equation (3), it is necessary to satisfy r / d> 1.
  • the piezoelectric element 400 is formed in a long and thin rectangular shape to increase the length of r, or the attachment portion By arranging so as to narrow the distance between the two 300, it is possible to provide the displacement enlarging mechanism 100 that enlarges the displacement more efficiently.
  • the action part 500 is a member that is disposed above the piezoelectric element 400 and causes displacement due to expansion and contraction of the piezoelectric element.
  • the action part 500 is a member for making it act on an object, and the shape and the material may be selected and used according to the object.
  • the action portion 500 may be arranged such that the distance from the upper portion of the rectangular base portion 200 is longer than the distance between the two attachment portions 300a and 300b.
  • the value of r / d can be increased, and the displacement enlarging mechanism 100 can be provided to efficiently expand the displacement.
  • the connection part 600 is a member which is disposed substantially at the center between the two piezoelectric elements 400 a and 400 b, connects the action part 500 and the base 200, and is made of a material having a higher Young's modulus than the piezoelectric element 400.
  • the principle of releasing the tensile force is as follows.
  • the tension is applied to either the piezoelectric element 400 a or the piezoelectric element 400 b.
  • a compressive force stronger than the tensile force to be applied beforehand is applied to the piezoelectric element 400a and the piezoelectric element 400b, the resultant force on the piezoelectric element 400a and the piezoelectric element 400b remains within the range of the compressive force. become.
  • This compressive force is referred to herein as applied pressure.
  • the piezoelectric element when a pressure is applied, the piezoelectric element is increased by the pressure as the value of the compressive force, but in general, the material constituting the piezoelectric element is weak against the tensile force, but the compressive force is Since there is a sufficient margin, the application of pressure does not promote the destruction of the piezoelectric element.
  • connection portion 600 contributes to the application of the applied pressure by adopting such a configuration, the influence on the displacement enlarging operation may be small.
  • the change in length of the connecting part 600 is offset. Therefore, only the force related to the bending deformation of the connection portion 600 serves as a load for the displacement expanding operation, and the influence on the displacement expanding operation may be less.
  • the connecting part 600 of FIG. 2 may be integrally processed 500 with at least one of the base 200 or the acting part.
  • the connecting portion 600 may be integrally processed with the mounting portion 300 via the base portion 200 or the action portion.
  • connection portion 600 may be joined by brazing or welding at the time of joining with at least one of the base portion 200 or the action portion 500.
  • the connecting portion 600 needs to be made of a material that can withstand a tensile force corresponding to the pressure.
  • the material should not be a brittle material, but should be a member made of a material having a Young's modulus higher than that of the piezoelectric element.
  • the connecting portion 600 does not expand and contract as a whole. Therefore, energy can not be taken, and pressure can be efficiently applied to the first and second piezoelectric elements 400a and 400b.
  • the material of the connecting portion 600 may be metal.
  • FIG. 2 is a front view showing an example of the configuration of the first embodiment of the displacement magnification mechanism 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the displacement magnifying mechanism 100 supplies a voltage or current to the piezoelectric element 400 a connected to the base 200 via the mounting portion 300 and causes the piezoelectric element 400 a to expand or contract
  • the entire device is inclined according to the expansion or contraction
  • displacement in the Y direction occurs in the action part 500.
  • the displacement magnifying mechanism 100 can also cause the acting portion 500 to make a displacement in the Z direction by expanding and contracting both of the piezoelectric elements 400a and 400b in the same phase.
  • FIG. 3 is a front view for explaining a state in which a pressure is applied to the displacement enlarging mechanism 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the distance between the gaps for inserting and attaching the piezoelectric element 400 is narrower than the dimension in the expansion / contraction direction of the piezoelectric element 400 May be provided.
  • the dimension of the coupling portion 600 in the coupling direction may be shorter than the sum of the dimension of the piezoelectric element 400 in the expansion / contraction direction and the dimension of the mounting portion 300 in the mounting direction.
  • the piezoelectric element 400 is attached so as to contract to a certain extent at the completion of the assembly.
  • the displacement magnifying mechanism 100 applies a tensile force between the upper and lower attachment parts 300 and the action part 500 to extend the connecting part 600, thereby generating piezoelectricity.
  • the tensile force is released.
  • the applied pressure can be simply applied to the piezoelectric element 400.
  • FIG. 4 is a front view showing an example of the configuration of a displacement enlarging mechanism 100 according to a second embodiment of the present invention.
  • the first piezoelectric element 400 a and the second piezoelectric element 400 b are different from the first embodiment in the configuration. It is a point that is arranged (at an angle to each other) so as to have a predetermined angle with respect to the vertical direction of the upper portion (upper surface) of the base 200. Even when configured to have an angle with each other in this manner, the operation of the displacement expansion does not have an essential effect. What is different is the value of the generated force. It is assumed that different displacements are generated in the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b, and an enlarged displacement is generated in the action portion 500.
  • the generated force F is a value such that the position of the acting portion 500 becomes the original position.
  • the generated displacement of the acting portion 500 is ⁇ and the rigidity seen from the acting portion is K
  • the relationship between the generated displacement and the relationship between the generated force and the rigidity is expressed by the following equation (4).
  • the value of K becomes large.
  • the cross-sectional dimension of the piezoelectric element 400 is 5 mm ⁇ 5 mm 10 mm long and the displacement of the piezoelectric element 400 is 10 ⁇ m
  • the relative angle of the piezoelectric element 400 As shown in Table 1, the difference in generated force between the case of 0 ° and the angle of 10 ° is better when the generated displacement and the generated force at the action part 500 are both 10 °. .
  • the external force can be applied to the piezoelectric element as an on-axis force of the piezoelectric element when the external force is applied. It is considered that the bending deformation to the piezoelectric element can be extremely reduced because of the addition.
  • FIG. 5 is a front view which shows an example of a structure of the displacement expansion mechanism 100 which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention.
  • the action part 500 includes a first action part 500 a to which the piezoelectric element 400 is connected and a first action part And a second action unit 500b connected to 500a.
  • the second action part is a member that outputs an enlarged displacement and transmits a force to the object, and has a shape in which the width decreases toward the tip.
  • the second action portion 500b may be made of any material as long as the second action portion 500b is rigid enough to cause the second action portion 500b to act on the object. For example, aluminum can be used for the purpose of weight reduction.
  • the first action part 500a and the second action part 500b may be integrally provided.
  • the extension line of the axis in the expansion and contraction direction is on the extension of the vector of the load It is disposed at a predetermined angle so as to intersect.
  • the piezoelectric element 400 is disposed to provide such an angle, the force applied to the piezoelectric element 400 is mainly due to the compressive force and the tensile force of the piezoelectric element 400, and the bending force becomes extremely small.
  • the force in the pulling direction as in the first embodiment, if a compressive force that overcomes the tensile force is applied in advance to the piezoelectric element 400 as a pressure, the tensile force is applied to the piezoelectric element 400 as a whole. Because it does not happen, the tensile force can be released more efficiently.
  • FIG. 7 is a front view showing an example of the configuration of a polishing apparatus 900 using the displacement enlarging mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • the polishing apparatus 900 includes a displacement magnifying mechanism 100 and a polishing unit 800 provided on the surface of the action unit 500 opposite to the surface in contact with the piezoelectric element 400.
  • the polishing apparatus 900 is attached to the action part 500 of the displacement magnifying mechanism 100, and the polishing part 800 as a polishing tool has its tip abutted against the object to be polished 901 or with the free abrasive 902 interposed. It is in contact with the object 901.
  • the polishing method illustrated here is provided with free abrasive grains 902 mixed with liquid at the polishing position, and by expanding and contracting the piezoelectric element 400, the polishing portion 800 slides on the surface of the object to be polished 901, and the object to be polished 901
  • the polishing method is also conceivable, in which a product in which diamond abrasive grains or the like are directly fixed to the polishing portion 800 is polished.
  • the polishing apparatus 900 has a configuration in which an object to be polished 901 is attached to the action portion 500 and the polishing portion 800 is fixed, but the relative relationship between the polishing portion 800 and the object to be polished 901 is Since the movement is unchanged, similar polishing can be performed.
  • the tensile force applied to the piezoelectric element 400 can be efficiently released, and breakage due to the force in the Y direction with respect to the piezoelectric element 400, peeling of the connection location, etc. can be efficiently performed. It is possible to provide a polishing apparatus that can be prevented.
  • the displacement magnifying mechanism of the present invention constitutes one displacement magnifying mechanism as a whole using all the piezoelectric elements, so that the structure of the polishing apparatus can be made simple and compact. Is possible.
  • FIG. 8 is a front view showing an example of an actuator using a displacement enlarging mechanism according to a modification of the second embodiment.
  • the basic configuration of the actuator 1000 is the same as that of the displacement amplification mechanism 100 according to the modification of the second embodiment.
  • the actuator 1000 includes a base portion 200 serving as a base, a first mounting portion 300 a and a second mounting portion 300 b provided on one surface of the base portion, and a first mounting portion 300 a and a second mounting portion 300 b.
  • a base portion 200 serving as a base
  • a first mounting portion 300 a and a second mounting portion 300 b provided on one surface of the base portion
  • a first mounting portion 300 a and a second mounting portion 300 b Displacement due to expansion and contraction of the piezoelectric element connected to the other end of the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b, and the other end of the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b
  • the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element are disposed at the center between the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b and connect the operating section 500 and the base 200.
  • a voltage or current is supplied to the connecting portion 600 made of a material having a Young's modulus higher than 400b, and the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b, And a driver 700 for the piezoelectric element 400a and the second piezoelectric elements 400b telescopic driven.
  • the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b are disposed obliquely as in the displacement enlarging mechanism of FIG. Then, a voltage or current is supplied to the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b by the drive unit 700, and the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b are extended and contracted, thereby causing the action part.
  • An enlarged displacement from 500 is output.
  • the action part 500 has a first action part 500a to which the piezoelectric element 400 is connected and a second action part 500b connected to the first action part 500a.
  • the second action portion 500b is a member that outputs an enlarged displacement and transmits a force to an object, and has a shape in which the width decreases toward the tip.
  • the second action portion 500b may be made of any material as long as the second action portion 500b is rigid enough to cause the second action portion 500b to act on the object. For example, aluminum can be used for the purpose of weight reduction.
  • the first action part 500a and the second action part 500b may be integrally provided.
  • the object 1100 when a voltage is applied only to the first piezoelectric element 400a, the object 1100 can be displaced to the right, and when a voltage is applied only to the second piezoelectric element 400b, the target The object 1100 can be displaced to the left.
  • connection portion 600 contributes to the application of the applied pressure by adopting such a configuration, the influence on the displacement enlarging operation may be small.
  • the driving unit 700 drives the first piezoelectric element 400 a so as to generate an extension displacement and causes the second piezoelectric element 400 b to generate a contraction displacement (or in the opposite case)
  • the change in length of part 600 is offset. Therefore, only the force related to the bending deformation of the connection portion 600 serves as a load for the displacement expanding operation, and the influence on the displacement expanding operation may be less.
  • the degenerating operation of the expansion and contraction displacement includes returning to the original length after the piezoelectric element is expanded.
  • thermal expansion may occur if there is a change in ambient temperature or if the temperature of the piezoelectric element is increased by driving the piezoelectric element at a high frequency and self-heating from the piezoelectric element itself Since the length of the piezoelectric element changes, in the actuator having the conventional piezoelectric element, the initial position of the acting portion changes due to the change of the length of the piezoelectric element. On the other hand, as described above, when one of the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b is caused to extend and generate displacement while the other generates contraction and displacement, such change in the initial position Can be eliminated.
  • a phenomenon called creep occurs in which the amount of expansion does not stabilize and changes with time.
  • the creep rate decreases logarithmically with time.
  • the creep phenomenon can be corrected in closed loop control, but can not be corrected in open loop control.
  • the change in length due to creep can be offset, and the positional deviation due to the creep phenomenon can be reduced. For this reason, it is not necessary to perform closed loop control in which control is complicated.
  • the main body includes only the base portion 200, the first and second attachment portions 300a and 300b, the first and second piezoelectric elements 400a and 400b, the action portion 500, and the connection member 600.
  • the simple configuration is suitable for high-speed driving.
  • the actuator is not limited to the example shown in FIG. 8 and may have the same basic configuration as the displacement magnifying mechanism of the first embodiment or the displacement magnifying mechanism of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a front view showing an example in which the actuator shown in FIG. 8 is used to drive an actuator used for processing an electronic component.
  • a measurement probe 1101 as an object is attached as an object.
  • the driving unit 700 applies a voltage or a current to the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b such that the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b displace each other in the opposite direction by a predetermined amount. Supply repeatedly at high speed. As a result, the enlarged displacement can be transmitted to the measurement probe 1101 to move the measurement probe 1101 up and down at high speed.
  • FIG. 10 is a view showing a state in which the electrical characteristics of the electronic component are measured by the measurement probe 1101.
  • the turntable 1090 of the measurement apparatus is rotatably provided, and has a plurality of storage grooves 1091 for storing the electronic components 1080 along the circumferential direction. Then, while rotating the turntable 1090, the drive probe 1 repeatedly displaces (moves up and down) the measurement probe 1101 at a high speed by the driving device 1 so that the electrical characteristics and the like of the electronic component 80 stored in the plurality of storage grooves 1091. Measure in order.
  • the measurement probe 1101 is displaced upward to make the tip of the measurement probe 1101 electronic
  • the electrode 1081 provided on the lower surface of the component 1080 is brought into contact, the electrical characteristics of the electronic component 1080 are measured, and after measurement, the measurement probe 1101 is displaced downward and retracted. Then, when the next electronic component 1080 reaches the measurement position, the same operation is performed again, and these operations are repeated at high speed.
  • the actuator 1000 for measuring an electronic component, it is possible to drive the measurement probe, which is an operator, at a high speed with a practical stroke. In addition, damage due to tension of the piezoelectric element and the effects of thermal expansion and creep can be reduced.
  • an agent is not limited to a measurement probe.
  • FIG. 11 is a view showing a state where an actuator using a suction nozzle 1102 as an operator is used in an electronic component processing apparatus, and shows a case where the driven operator is a suction nozzle for suctioning an electronic component.
  • the suction nozzle 1102 is attached to the action portion 500 (second action portion 500 b) so as to extend in the vertical direction.
  • a suction mechanism (not shown) is provided at an upper end portion of the suction nozzle 1102. Then, the electronic component is adsorbed to the suction end 1103 at the lower end of the suction nozzle 1102 by suction by a suction mechanism such as a vacuum pump provided in the suction mechanism.
  • the actuator 1000 can be used in a measurement device for measuring an electronic component.
  • An example of the measuring device at that time is shown in FIG.
  • the measurement apparatus includes the actuator 1000, the suction nozzle 1102, the suction mechanism (not shown), a turntable 1110, a base 1120, and a measurement jig 1130.
  • the turntable 1110 is rotatably provided and has a plurality of storage grooves 1111 for storing the electronic components 1080 along the circumferential direction.
  • the storage groove 1111 is provided to penetrate the turntable 1110.
  • the electronic component 1080 is stored in the storage groove 1111 such that the electrode 1081 is on the lower surface side.
  • the base 1120 rotatably supports the turn table 1110, and the surface thereof is a transfer surface of the electronic component 1080.
  • a through hole 1121 is formed in the base 1120, an adsorption nozzle 1102 as an operator is provided at a position above the through hole 1121, and a measurement jig 1130 is provided at a position below the through hole 1121.
  • the measuring jig 1130 is attached to the gantry 1140, and on the top surface of the measuring jig 1130, a measuring terminal 1131 is provided at a position corresponding to the electrode 1081 of the electronic component 1080.
  • the suction nozzle 1102 is displaced downward to bring the electrode 1081 of the electronic component 1080 into contact with the electrode 1131 of the measuring jig 1130, and the electrical characteristics of the electronic component 1080 are measured. After the measurement, the suction nozzle 1102 is displaced upward to return the electric component 1080 held by the suction nozzle 1102 to the conveyance surface, thereby releasing the suction. Then, when the next electronic component 1080 reaches a position corresponding to the through hole 1121, the same operation is performed again, and these operations are repeated at high speed.
  • the actuator 1000 mounted with the suction nozzle 1102 can also be used in an insertion device for inserting an electronic component into a carrier tape.
  • An example of the insertion device at that time is shown in FIG.
  • the insertion device includes the actuator 1000, the suction nozzle 1102, the suction mechanism (not shown), a turntable 1150, a base 1160, and a magnet 1180.
  • the turntable 1150 is rotatably provided, and has a plurality of storage grooves 1151 for storing the electronic component 1090 along the circumferential direction.
  • the storage groove 1151 is provided to penetrate the turntable 1150.
  • the base 1160 rotatably supports the turn table 1150, and the surface thereof is a transport surface of the electronic component 1080.
  • a carrier tape 1170 is movably disposed below the base 1160.
  • the carrier tape 1170 is provided with a plurality of cavities 1171 in which electronic components 1080 are stored at equal intervals.
  • a through hole 1161 is formed in the base 1160, a suction nozzle 1102 as an operator is provided above the through hole 1161, and a magnet 1180 is provided at a position corresponding to the through hole 1161 below the carrier tape 1170. .
  • the electronic components 1080 stored in the plurality of storage grooves 1151 are sequentially inserted into the cavities 1171 of the carrier tape 1170 by repeatedly displacing (moving up and down). That is, when the turntable 1150 is rotated and the electronic component 1080 stored in the storage groove 1151 is transported along the transport surface of the base 1160 and reaches the position corresponding to the through hole 1161, the electronic component 1080 is adsorbed.
  • the suction nozzle 1102 While making the nozzle 1102 suction and positioning the cavity 1171 at a position corresponding to the through hole 1161, the suction nozzle 1102 is displaced downward in that state, suction of the suction nozzle 1102 is released, and the electronic component 1080 is in the cavity 171. insert. After the insertion, the suction nozzle 1102 is displaced upward and returned to the position of FIG. 13 through the through hole 1161 and the storage groove 1151. Then, when the next electronic component 80 reaches the position corresponding to the through hole 161, the same operation is performed again, and these operations are repeated at high speed.
  • the magnet 1180 is for attracting the electronic component 1080 in the cavity 1171 to stabilize the posture of the electronic component 1080.
  • FIG. 14 is a partial sectional front view showing a dispenser according to an embodiment
  • FIGS. 15 and 16 are sectional views showing a liquid discharge member. It is.
  • the dispenser 2000 drives a liquid discharge member 2100 into which liquid is introduced and discharges the introduced liquid, a valve 2200 which discharges and shuts off the liquid from the liquid discharge member 2100, and the valve 2200. And an actuator 2300.
  • the liquid discharge member 2100 includes a main body portion 2101, a liquid chamber 2102 in which a valve 2200 formed in the main body portion 2101 is inserted, and a liquid introduction portion 2103 for introducing liquid into the liquid chamber 2102.
  • a liquid discharge port 2104 in communication with the bottom of the liquid chamber 2102, and a valve seat 2105 provided at the bottom of the liquid chamber 2102 and on which the tip of the valve 2200 is seated.
  • the valve 2200 is shaped like a rod having a spherical tip and extends in the vertical direction Y in the figure, and the liquid chamber 2102 has a cylindrical shape corresponding to the shape of the valve 2200. Normally, as shown in FIG. 15, the tip of the valve 2200 is seated on the valve seat 2105, and the liquid discharge port 2104 is closed. In this state, the liquid is not discharged.
  • the valve 2200 is driven to move up and down in the Y direction by the actuator 2300.
  • the actuator 2300 By driving the actuator 2300 from the state of FIG. 15 to raise the valve 2200, the liquid discharge port 2104 is opened as shown in FIG. 16, and the liquid is discharged from the liquid discharge port 2104.
  • the actuator 2400 includes a base portion 200 serving as a base, and first and second attachment portions 300 a and 300 b provided on the surface on one side of the base portion, and the first attachment portion 300 a.
  • the first and second piezoelectric elements 400a and 400b are connected to the other end of the first and second piezoelectric elements 400a and 400b, respectively.
  • first piezoelectric A connecting portion 600 made of a material having a Young's modulus higher than that of the element 400a and the second piezoelectric element 400b, and the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 4
  • the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b are disposed obliquely as in the actuator of FIG.
  • first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b are supplied to the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b by the drive unit 700, and the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b are extended and contracted, thereby causing the action part.
  • An enlarged displacement from 500 is output.
  • the first attachment portion 300 a and the second attachment portion 300 b are provided on the surface of the base 200.
  • the action part 500 has a first action part 500a to which the piezoelectric element 400 is connected and a second action part 500b connected to the first action part 500a.
  • a valve mounting portion 1200 for mounting the valve 2200 is provided at the tip of the second acting portion 500b.
  • the second action portion 500b may be made of a high-tensile-strength aluminum material for weight reduction, and may be processed so that the central portion becomes a thin portion 501 as illustrated.
  • the action unit 500 is driven upward, and the valve 2200 can be raised accordingly.
  • the valve 2200 can be lowered by applying a voltage to the second piezoelectric element 400 b and extending the voltage.
  • the expansion displacement may be generated in one of the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b, and the contraction displacement may be generated in the other to move the valve 2200 up and down.
  • the base portion 200 of the actuator 2300 is supported by a support member 2400.
  • the support member 2400 also supports the liquid discharge member 2100.
  • the valve 2200 by applying a voltage only to the second piezoelectric element 400b, as shown in FIG. 15, the valve 2200 is moved downward to close the liquid discharge port 2104 and the liquid It can be made the state which is not discharged. Further, by applying a voltage only to the first piezoelectric element 400a, as shown in FIG. 16, the valve 2200 is moved upward to open the liquid discharge port 2104 and the liquid is discharged from the liquid discharge port 2104. can do.
  • the liquid discharge port 2104 is blocked by the valve 2200, and the first piezoelectric element 400a And causes the second piezoelectric element 400b to contract and thereby cause the valve 2200 to ascend to open the liquid discharge port 2104 and discharge the liquid from the liquid discharge port 2104 as shown in FIG. It may be normal close like this.
  • valve 2200 when no voltage was applied, the valve 2200 was in a state where the liquid discharge port 2104 was opened, and the application of the voltage caused the first piezoelectric element 400a to undergo a contraction displacement and the second piezoelectric element 400b to cause an elongation displacement. In this case, the valve 2200 may be lowered and the liquid discharge port 2104 may be closed.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing an air valve according to an embodiment
  • FIG. 18 is a perspective view thereof.
  • the air valve 3000 has a housing 3102 defining an air pressure chamber 3101 into which pressure air is introduced, and a valve body 3100 having an air outlet (nozzle) 3103 communicating with the air pressure chamber 3101 to the outside. And a valve 3200 that operates to close and open the air outlet 3103 and an actuator 3300 that drives the valve 3200.
  • a gas supply port 3104 is formed in the air pressure chamber 3101, and pressure air is introduced from an air pressure supply source (not shown) via the air supply port 3104.
  • the air discharge port 3103 is provided at one portion of the wall of the valve body 3100 so as to come out of the pressure air chamber 3101 to the outside of the valve body 3100.
  • a valve seat 3105 is provided on the side of the pressure air chamber 3101 at a portion where the air discharge port 3103 of the valve body 3100 is provided.
  • Reference numeral 3106 denotes a lid of the housing 3102.
  • the valve body 3200 can be formed of, for example, a rubber sheet.
  • the valve body 3200 is in contact with and separated from the valve seat 3105. When the valve body 3200 abuts on the valve seat 3105, the space between the two is sealed.
  • the housing 3102 may have the function of a valve seat without providing the valve seat.
  • the actuator 3300 has a base 200 as a base, and first and second attachment parts 300a and 300b provided on the surface on one side of the base, and the first attachment part 300a.
  • the first and second piezoelectric elements 400a and 400b are connected to the other end of the first and second piezoelectric elements 400a and 400b, respectively.
  • the first piezoelectric A connecting portion 600 made of a material having a Young's modulus higher than that of the element 400a and the second piezoelectric element 400b, and the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 40.
  • the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b are supplied and contracted, thereby causing the action part.
  • An enlarged displacement from 500 is output.
  • the first attachment portion 300 a and the second attachment portion 300 b are provided on the surface of the base 200.
  • the action part 500 is not divided into the 1st action part 500a and the 2nd action part 500b, but is formed integrally.
  • the air supply port 3104 is provided at a position corresponding to the piezoelectric elements 400a and 400b.
  • the effect of cooling the piezoelectric elements 400a and 400b can be expected by the flow of air supplied from the air supply port 3104.
  • the air supply port 3104 is disposed in line with the air discharge port 3103, the pressure loss from the air supply port 3104 to the air discharge port 3103 can be minimized.
  • a resin material such as aluminum die casting or PPS can be applied.
  • the housing 3102 and the lid 3105 can be joined by air tight fitting with a sealing material appropriately.
  • ultrasonic welding or laser welding can be applied.
  • the valve body 3200 moves upward, and the valve body 3200 is in contact with the valve seat 3105. There is no discharge of air from the air outlet 3103.
  • the valve 3200 moves downward, and a gap is generated between the valve 3200 and the valve seat 3105.
  • the compressed air supplied from the air supply port 3104 passes through the space on both sides of the actuator 3300 and spouts from the air discharge port 3103 through the formed gap.
  • the air discharge port 3103 is closed by the valve body 3200, and the first piezoelectric element 400a is contracted.
  • the valve element 220 may move downward to open the air discharge port 3103 and cause the compressed air to be ejected from the air discharge port 3103 by extending the piezoelectric element 400b to generate displacement.
  • the air outlet 3103 is opened, and the voltage is applied to extend the first piezoelectric element 400a and cause the second piezoelectric element 400b to contract.
  • the valve body 3200 may be moved upward and the air outlet 3103 may be closed normally.
  • An effect similar to that of a dispenser can be obtained by causing one of the first piezoelectric element 400a and the second piezoelectric element 400b to extend and generate displacement and causing the other to generate contraction displacement, thereby preventing air leakage and the like. it can.
  • the displacement enlarging mechanism 100 may be used in combination. At that time, it is also possible to connect a plurality of displacement amplification mechanisms in series, that is, to connect the base 200 of the displacement amplification mechanism 100 and the action part 500 of another displacement amplification mechanism 100.
  • the displacement can also be made larger. Such usage is particularly effective where space constraints are severe.
  • variations of the connection method may be considered such as connecting the two displacement magnifying mechanisms 100 so that the connection angle is 90 °.
  • a piezoelectric element is used as the expansion and contraction element
  • Reference Signs List 100 displacement magnifying mechanism 200 base portion 300 mounting portion 400 piezoelectric element 500 operating portion 600 connecting portion 700 driving portion 800 polishing portion 900 polishing portion 901 polishing object 901 polishing object 902 free abrasive 1000 actuator 2000 dispenser 3000 air valve

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Abstract

変位拡大機構は、基盤となる基部と、基部の一方側の面に設けられた第１の取付部および第２の取付部と、第１の取付部および第２の取付部に、それぞれその一端が取り付けられる第１の圧電素子および第２の圧電素子と、第１の圧電素子および第２の圧電素子の他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部と、第１の圧電素子と第２の圧電素子の間の中央に配置され、作用部と基部を連結し、第１の圧電素子および第２の圧電素子よりも高いヤング率を有する材質からなる連結部と、を備える。

Description

変位拡大機構、研磨装置、アクチュエータ、ディスペンサ、及びエアバルブ
　本発明は、変位拡大機構、研磨装置、アクチュエータ、ディスペンサ、及びエアバルブに関する。
　従来から、比較的低い電圧で所要の変位を発生させる素子として、圧電素子（ピエゾ素子）が存在する。圧電素子は、圧電効果を備えた物質と薄い電極とを交互に積み重ねた構造を持ち、力を電圧に変換する、または、電圧を力に変換する機能を持った素子である。
　圧電素子は、電圧の制御によって微妙に伸縮変化させることが可能であるため、インクジェットプリンタのインク射出機構やアクチュエータなどの制御機構等、種々の分野に用いられている。
　圧電素子は、電圧が印加されると伸縮するが、発生する変位が小さいため、当該伸縮する圧電素子の変位を拡大して対象物に作用させる変位拡大機構が用いられる。
　特許文献１には、圧電素子の発生した変位を拡大して作用部を自在に動かすことができる変位拡大機構、および、当該変位拡大機構を用いた研磨装置が開示されている。
特開２０１１－０３３０３３号公報
　特許文献１記載の変位拡大機構では、圧電素子が伸縮した際に、当該伸縮方向に対して垂直方向に拡大した変位が現れるが、基部を固定した状態で、作用部に当該垂直方向の力が加わる、あるいは当該拡大した変位を妨げる様な負荷が存在すると、圧電素子（伸縮部材）には引張力が加わる。圧電素子は、一般的に引張力に対しては破壊し易いため、このような垂直方向の力または拡大した変位を妨げるような負荷によって破壊に至る場合がある。
　引用文献１に記載されたような、変位拡大機構は、研磨装置のみならず、アクチュエータとして、種々の用途への適用が期待されるが、圧電素子の引張力に弱いという性質のために適用が制限されている。
　そこで、本発明は、電圧を印加して所要の変位を発生させる変位拡大機構において、圧電素子に対する引張力を効率よく解除することができる変位拡大機構及び研磨装置を提供することを目的とする。
　また、本発明は、圧電素子の変位を拡大して出力し、圧電素子に対する引張力を効率よく解除することができるアクチュエータ、並びにそれを用いたディスペンサ、及びエアバルブを提供することを目的とする。
　本発明に係る変位拡大機構は、基盤となる基部と、前記基部の一方側の面に設けられた第１の取付部および第２の取付部と、前記第１の取付部および前記第２の取付部に、それぞれその一端が取り付けられる第１の圧電素子および第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部と、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子の間の中央に配置され、前記作用部と前記基部を連結し、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子よりも高いヤング率を有する材質からなる連結部と、を備える。
　本発明に係る変位拡大機構において、前記作用部は、前記基部からの距離が、前記第１の取り付け部および前記第２の取付部の間の距離より長くなるように配置されてもよい。
　本発明に係る変位拡大機構において、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子は、前記基部の設置面の垂直方向に対して所定の角度を持つように配置されていてもよい。
　本発明に係る変位拡大機構において、所定の角度は、変位拡大機構に負荷が印加される線上に、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の伸縮方向の軸線の延長線が交わるように設けられていてもよい。
　本発明に係る変位拡大機構において、前記連結部の材質は、金属であり、前記基部又は前記作用部の少なくともいずれか一つと一体加工されていてもよい。
　本発明に係る変位拡大機構において、前記取付部は、前記圧電素子に対して接する幅よりも、前記基部に対して接する幅の方が狭くなるように形成されていてもよい。
　本発明に係る研磨装置は、基盤となる基部と、前記基部の一方側の面に設けられた第１の取付部および第２の取付部と、前記第１の取付部および前記第２の取付部に、それぞれその一端が取り付けられる第１の圧電素子および第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部と、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子の間の中央に配置され、前記作用部と前記基部を連結し、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子よりも高いヤング率を有する材質からなる連結部と、前記作用部の、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に接している面とは逆側の面に設けられた研磨部と、を備える。
　本発明に係るアクチュエータは、基盤となる基部と、前記基部の一方側の面に取り付けられる第１の取付部および第２の取付部と、前記第１の取付部および前記第２の取付部の先端部に、それぞれその一端が接続される第１の圧電素子および第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部と、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子の間の中央に配置され、前記作用部と前記基部を連結し、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子よりも高いヤング率を有する材質からなる連結部と、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧または電流を供給して、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子を伸縮駆動させる駆動部と、を備え、前記駆動部により、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧または電流が供給されて前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が伸縮変位することにより、前記作用部から拡大された変位が出力される。
　本発明のアクチュエータにおいて、前記駆動部は、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が互いに反対方向に所定の量で変位するように、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧または電流を供給してよい。
　本発明のアクチュエータには、チップ状の電子部品を処理する電子部品処理装置において電子部品の処理に用いる作用子を駆動するものであってよい。また、前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品に接触されて特性を測定するための測定プローブであってよい。前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品を吸着するための吸着ノズルであり、前記吸着ノズルに吸着された電子部品が特性を測定するための測定プローブに接触されるものであってよい。
　本発明に係るディスペンサは、液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材と、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行う弁と、前記弁を駆動する、上記構成を有するアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータから出力された変位により、前記弁が変位し、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行う。
　本発明に係るエアバルブは、圧力空気が導入される空気圧力室と、該空気圧力室から外部へ通じる空気排出口とを有するバルブ本体と、前記空気圧力室内部で前記空気排出口を閉鎖および開放するように動作する弁体と、前記空気圧力室に設けられ、前記弁体を駆動する、上記構成のアクチュエータと、前記アクチュエータから出力された変位により前記弁体が変位し、前記空気排出口からの空気の吐出および遮断を行う。
　本発明に係る変位拡大機構及び研磨装置は、圧電素子に加わる引張力に対して与圧力を与える高い剛性を有する連結部を備えることで、当該引張力を効率よく解除することができる。
変位拡大機構１００の第１の実施形態の構成の一例を示す斜視図である。 変位拡大機構１００の第１の実施形態の構成の一例を示す正面図である。 変位拡大機構１００の第１の実施形態の構成の一例を示す正面図である。 変位拡大機構１００の第２の実施形態の構成の一例を示す正面図である。 変位拡大機構１００の第２の実施形態の構成の一例を示す正面図である。 変位拡大機構１００の一実施形態の構成の一例を模式的に示す説明図である。 研磨装置９００の実施形態の構成の一例を示す正面図である。 第２の実施形態の変形例に係る変位拡大機構を用いたアクチュエータの一例を示す正面図である。 図８のアクチュエータを電子部品の処理に用いる作用子である測定プローブの駆動に用いた一例を示す正面図である。 測定プローブにより電子部品の電気特性を測定している状態を示す図である。 図８のアクチュエータを電子部品の処理に用いる作用子である吸着ノズルの駆動に用いた他の例を示す正面図である。 吸着ノズルを装着したアクチュエータを用いた電子部品の測定を行うための測定装置の例を示す図である。 吸着ノズルを装着したアクチュエータを用いた電子部品をキャリアテープに装入する挿入装置の例を示す図である。 一実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図である。 図１４のディスペンサの液吐出部材を示す断面図である。 図１４のディスペンサの液吐出部材を示す断面図である。 一実施形態に係るエアバルブを示す断面図である。 一実施形態に係るエアバルブを示す斜視図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜変位拡大機構＞
　［第１の実施形態］
　まず、第１の実施形態に係る変位拡大機構について説明する。
　　（第１の実施形態に係る変位拡大機構の構成）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る変位拡大機構１００の構成の一例を説明するための斜視図である。
　変位拡大機構１００は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子の変位を拡大して対象物に作用させる圧電素子の機構である。図１に示すように、変位拡大機構１００は、変位拡大機構１００の基盤となる基部２００と、基部２００の一方側の面（上面）に取り付けられている第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂと、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂの先端部（上端部）に、それぞれその一端が接続される第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂと、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの他端に接続され、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの伸縮により変位を生じる作用部５００と、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの間の略中央に配置され、作用部５００と基部２００を連結し、圧電素子４００ａ、４００ｂよりも高いヤング率を有する材質からなる連結部６００と、を備える。なお、第１の取付部３００ａと第２の取付部３００ｂは基部２００と一体であってもよく、また、単に基部２００の一方側の面にポートとして設けられていてもよい。
　第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂは、特に区別の必要がなければ総称して取付部３００とする。また、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂも、特に区別の必要がなければ総称して圧電素子４００とすることがある。
　基部２００は、変位拡大機構１００の基盤となる部材である。基部２００は、圧電素子４００を、取付部３００に取り付けて固定できればよく、どの様な形状又は材質でもよい。基部２００は、具体的には、図１に示すように、矩形状とすることができる。また、材質としては、金属等を用いることが考えられる。
　また、基部２００は、取付部３００、作用部５００及び連結部６００の少なくともいずれか一つと一体加工してもよい。このような構成とすることで、加工がしやすく、また、接合部分を設ける必要がないため、当該接合部分から部品が外れて壊れてしまう等といった脆弱性に対処することができる。
　取付部３００は、基部２００の上部に取り付けられている部材である。取付部３００は、圧電素子４００を基部２００に連結させるために用いられる。取付部３００は、図１に示すように、矩形状に形成し、圧電素子４００を固定させるように連結してもよいし、図２に示すように、取付部３００の前記圧電素子に対して接する幅よりも、前記基部に対して接する幅の方が狭くなるように形成（例えば、Ｌ字型、Ｔ字型など。図２ではＴ字型に形成した例を示す）してヒンジ機構を設けて、自由度がある状態で連結してもよい。前者の方が、圧電効果による力が作用部５００に確実に伝達されやすい点で好ましく、一方、後者の方が、作用部５００の図２に示すＹ方向のストロークが出やすい点で好ましい。また、取付部３００は、基部２００、基部２００及び連結部６００、又は、基部２００、連結部６００及び作用部５００と一体成形してもよい。
　圧電素子４００は、印加電圧に応じて伸縮する部材である。圧電素子４００は、図１に示すように、取付部３００の上部に配置されている。圧電素子４００は、例えば、図１に示すように矩形状に形成することができる。圧電素子４００を構成する主要な材料としては、圧電効果を有する物質である圧電体、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いることができる。圧電素子４００は、薄い電極と、薄い圧電体を交互に積み重ねた積層構造であってよい。このような積層構造とすることで、低い電圧でも大きな変位を実現することが可能になる。なお、圧電素子４００は、本例では矩形状に形成された例を示したが、特に矩形状に限定されず、圧電効果によって作用部５００に効率よく変位を作用させることができる形状であれば、どのような形状でもよい。
　圧電素子４００は、具体的には、図１に示すように、細長い矩形状に形成してもよく、また、矩形状に形成された基部２００の上部に対して垂直方向と同方向に長手方向がくるように直立に配置されてもよい。このような構成とすることで、より効率よく変位を拡大させることができる。
　ここで図６を用いて、本発明の一実施形態に係る変位拡大機構１００の構成について説明する。図６は、変位拡大機構１００の一実施形態の構成の一例を示す説明図である。
　本発明の一実施形態に係る変位拡大機構１００において、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂから作用部５００までの長さをｒとし、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂの間の間隔をｄとする。第１の圧電素子４００ａが第２の圧電素子４００ｂに対し、相対的にΔｒだけ伸びたときに、変位拡大機構１００が角度θ傾斜して、作用部５００にΔｘの変位が生じたとする。
　このとき、図６に示すようにΔｘ及びΔｒは、次の（１）及び（２）の式で表せられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記（１）及び（２）の式より、次の（３）の式を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このように圧電素子４００ａが圧電素子４００ｂに対し、相対的にΔｒだけ伸びることを効果的に実現する手段として、例えば、第１の圧電素子４００ａに対しては伸び変位を発生させ、第２の圧電素子４００ｂに対しては縮み変位を発生させてよい。圧電素子は一般に、“伸び”変位として用いられることが多く、直接的に“縮み”変位を発生させることは一般的ではないが、第１の圧電素子４００ａ及び第２の圧電素子４００ｂに対して最大印加電圧の約１／２の中間電圧を常時印加しておき、圧電素子４００ａに対しては中間電圧よりも高い電圧を印加し、圧電素子４００ｂに対しては中間電圧よりも低い電圧を印加することで実質的にこのような相対変位を発生させることが可能である。
　ここで、変位拡大機構１００を構成するためには、圧電素子４００の変位量よりも作用部５００での変位量のほうが大きくなる必要があり、具体的には、Δｘ＞Δｒでなければならない。つまり、上記（３）の式より、ｒ／ｄ＞１である必要がある。また、ｒ／ｄの値が大きければ大きいほど、変位拡大機構１００としての拡大率が大きくなることから、圧電素子４００を細長い矩形状に形成して、ｒの長さを長くしたり、取付部３００同士の間隔を狭くするよう配置したりすることで、より効率の良く変位を拡大させる変位拡大機構１００を提供することができる。
　作用部５００は、圧電素子４００の上部に配置されている、圧電素子の伸縮により変位を生じる部材である。作用部５００は、対象物に作用させるための部材であり、対象物に応じて形状及び材質を選択して用いればよい。
　また、作用部５００は、一例として、矩形状に形成された基部２００の上部からの距離が、２つの取付部３００ａ、３００ｂの間の距離より長くなるように配置されていてもよい。この様に構成することで、上記のｒ／ｄの値を大きくすることができ、効率よく変位を拡大させる変位拡大機構１００を提供することができる。
　連結部６００は、２つの圧電素子４００ａ、４００ｂの間の略中央に配置され、作用部５００と基部２００を連結し、圧電素子４００よりも高いヤング率を有する材質からなる部材である。作用部５００と基部２００を連結する連結部６００を備えることで、連結部６００によって圧電素子４００に与圧力を印加して、図２に示すようなＹ方向に拡大した変位が現れた際に圧電素子４００に加わる引張力を解除することができる。
　ここで、当該引張力を解除する原理は次の通りである。図１に示した基本構造においては、作用部５００に印加された力、あるいは当該拡大した変位を妨げるような負荷が存在する場合には、圧電素子４００ａあるいは圧電素子４００ｂの何れかに対して引っ張り力が加わることは基本的には避けることができない。しかし、予め加わるであろう引張力よりも強い圧縮力を圧電素子４００ａおよび圧電素子４００ｂに印加しておけば、結果的に圧電素子４００ａおよび圧電素子４００ｂに加わる力は圧縮力の範囲に留まることになる。この圧縮力のことを本願では与圧力と呼んでいる。勿論、与圧力を与えた場合には、圧電素子には圧縮力の値としてはこの与圧力分だけ高くなるが、一般に圧電素子を構成する材料は引っ張り力には弱いが、圧縮力に対しては十分な余裕が存在するので、与圧力を加えることにより圧電素子の破壊を促進することはない。
　また、連結部６００は、このような構成とすることで、与圧力の印加には寄与するが、変位拡大動作に対する影響は少なくて済む。特に、一方の圧電素子４００に伸び変位を与え、もう一方の圧電素子に縮み変位を与えた場合には、連結部６００の長さ変化が相殺される。そのため、連結部６００の曲げ変形に関連する力のみが変位拡大動作に対する負荷となり、変位拡大動作に対する影響がより少なくて済む。このような構成により、圧電素子４００に加わる引張力を効率よく解除することができ、圧電素子４００に対する当該Ｙ方向の力による破壊や接続箇所の剥離等を効率よく防止することができる。
　また、図２の連結部６００は、基部２００又は作用部の少なくともいずれか一つと５００一体加工してもよい。連結部６００は、基部２００又は作用部を介して取付部３００と一体加工してもよい。このような構成とすることで、接合部分を設ける必要がないため、当該接合部分から部品が外れて壊れてしまう等といった脆弱性に対処することができる。
　また、連結部６００は、別の例として、基部２００又は作用部５００の少なくともいずれか一つとの接合において、ろう付け又は溶接により接合されてもよい。
　また、連結部６００については、圧電素子４００に対して所要の与圧力を与えるために、その与圧力に相当する引張力に耐える材質である必要がある。その意味で脆性材料であってはならず、圧電素子よりも高いヤング率を有する材質からなる部材とする必要がある。上述したように、第１の圧電素子４００ａに対しては伸び変位を発生させ、第２の圧電素子４００ｂに対しては縮み変位を発生させる場合には連結部６００は総合して伸縮しなくて済むためエネルギーを取られずに済み、第１および第２の圧電素子４００ａ、４００ｂに効率よく与圧力を与えることができる。なお、連結部６００の材質は、具体的には、金属であってよい。
　　（第１の実施形態に係る変位拡大機構の動作）
　本発明の第１の実施形態に係る変位拡大機構１００の動作の一例について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る変位拡大機構１００の第１の実施形態の構成の一例を示す正面図である。
　図２に示すように、変位拡大機構１００は、基部２００に取付部３００を介して接続された圧電素子４００ａに電圧や電流を供給して、伸縮させると、当該伸縮に応じて全体的に傾斜して作用部５００にＹ方向の変位が生じさせる。また、変位拡大機構１００は、圧電素子４００ａ、４００ｂの両方を同位相で伸縮させれば、作用部５００にＺ方向の変位を生じさせることも可能である。
　（第１の変位拡大機構の与圧力の印加方法）
　本発明の第１の実施形態に係る変位拡大機構１００における圧電素子４００への与圧力の印加方法の一例について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る変位拡大機構１００へ与圧力を印加する状態を説明するための正面図である。
　変位拡大機構１００において、圧電素子４００を挿入して取り付けるためのギャップ間（取付部３００の上部と作用部５００の下部との間）の距離は、圧電素子４００の伸縮方向の寸法より狭くなるように設けられていてもよい。別の観点でいえば、連結部６００の連結方向の寸法は、圧電素子４００の伸縮方向の寸法と取付部３００の取付方向の寸法の和より短くなるように設けられてもよい。この場合、圧電素子４００を取り付ける場合には、組み立て完了時点においてある程度収縮させた状態になる様に取り付ける。この様に各々の寸法を設定することで、各部を組み立てた状態で圧電素子４００に与圧力を簡易的に印加させることができる。
　つまり、変位拡大機構１００は、図３に示すように、圧電素子４００を取り付ける際において、上下の取付部３００と作用部５００との間に引張力を加えて連結部６００を伸ばすことで、圧電素子４００を挿入して取り付けるためのギャップ間の距離を圧電素子４００の伸縮方向の寸法よりも広くして圧電素子４００を挿入した後に当該引張力を解除する。この様にして、圧電素子４００に与圧力を簡易的に印加することができる。
　［第２の実施形態］
　次に、第２の実施形態に係る変位拡大機構について説明する。
　　（第２の実施形態に係る変位拡大機構の構成）
　図４は、本発明の第２の実施形態に係る変位拡大機構１００の構成の一例を示す正面図である。
　図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る変位拡大機構１００において、第１の実施形態との構成の差異点は、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂが基部２００の上部（上面）の垂直方向に対して所定の角度を持つように（互いに角度を持つように）配置されている点である。このように互いに角度を持つように構成した場合でも、変位拡大の動作には本質的な影響を与えない。異なるのは発生する力の値である。第１の圧電素子４００ａ及び第２の圧電素子４００ｂに異なる変位を発生させ、作用部５００に拡大された変位が発生しているものとする。この場合に、作用部５００に発生する変位を打ち消す方向に力を加えると想定した時に、作用部５００の位置が元の位置になる様な力の値を発生力Ｆとする。作用部５００の発生変位をξとし、作用部から見た剛性をＫとすると、発生変位、発生力と剛性の関係の関係は、次の（４）の式で表せられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　圧電素子４００が互いに角度を持つように構成した場合、Ｋの値が大きくなる。例えば、図５の構成で圧電素子４００の断面寸法5mm×5mm長さ10mm、圧電素子４００の発生変位10μｍの時、圧電素子４００の相対角度（圧電素子４００が基部２００の上部の垂直方向に対する所定の角度）が０°の場合と１０°の場合との発生力の違いは表１の通り、作用部５００における発生変位、発生力共に圧電素子相対角が１０°の場合の方が優れている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　このような構成とすることで何故発生力の改善がなされるかは、圧電素子４００を互いに斜めに配置することにより、外力が加わった場合に外力は圧電素子の軸上の力として圧電素子に加わるため圧電素子への曲げ変形を極めて少さくすることができるためと考えられる。
　なお、本発明の第２の実施形態に係る変位拡大機構１００の動作及び与圧力の印加方法については、第１の実施形態と同様である。
　　（第２の実施形態の変形例）
　図５を用いて、本発明の第２の実施形態に係る変位拡大機構１００の構成の変形例を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る変位拡大機構１００の構成の一例を示す正面図である。
　図５に示すように、本発明の第２の実施形態の変形例に係る変位拡大機構１００は、作用部５００は、圧電素子４００が接続される第１の作用部５００ａと第１の作用部５００ａに接続される第２の作用部５００ｂとを有する。第２の作用部は、拡大された変位を出力し、対象物に力を伝達する部材であり、先端に行くに従って幅が狭くなる形状を有している。第２の作用部５００ｂは、対象物に作用させられる程度に剛性があれば、どのような材質でもよく、例えば、軽量化を目的としてアルミニウムを用いることができる。第１の作用部５００ａと第２の作用部５００ｂとは一体に設けられていてもよい。
　第２の作用部５００ｂの上部において、矢印の方向（基部の設置面の垂直方向（Ｙ方向））に負荷が加わる場合に、当該負荷のベクトルの延長線上に、伸縮方向の軸線の延長線が交わるように所定の角度を設けて配置されている。このような角度を設けるように圧電素子４００が配置されている場合、圧電素子４００に印加される力は圧電素子４００の圧縮力と引張力が主体となり、曲げ力は極めて小さくなる。引っ張り方向の力については、第１の実施形態と同様に、当該引張力に打ち勝つような圧縮力を与圧力として予め圧電素子４００に与えておけば、総合的に引張力が圧電素子４００に加わることがないため、より効率よく引張力を解除することができる。
＜研磨装置＞
　次に、第１の実施形態に係る変位拡大機構を用いた研磨装置について説明する。
　［研磨装置の構成］
　図７は、本発明の第１の実施形態に係る変位拡大機構を用いた研磨装置９００の構成の一例を示す正面図である。研磨装置９００は、変位拡大機構１００と、作用部５００の、圧電素子４００に接している面とは逆側の面に設けられた研磨部８００と、を備える。
　研磨装置９００は、変位拡大機構１００の作用部５００に取り付けられ、ポリッシングツールとしての研磨部８００は、その先端を被研磨物９０１に当接し、もしくは遊離砥粒９０２を介した状態で、被研磨物９０１に接している。ここで例示する研磨方法は、研磨位置に液体に混ぜた遊離砥粒９０２を備え、圧電素子４００を伸縮させることで研磨部８００が被研磨物９０１の面上を摺動し、被研磨物９０１を研磨するものとしているが、研磨部８００に直接ダイヤモンド砥粒等を固定したものを研磨する研磨方法も考えられる。
　研磨装置９００は、図７に示す例とは異なり、作用部５００に被研磨物９０１を取り付け、研磨部８００を固定するという構成にしても、研磨部８００と被研磨物９０１との相対的な動きには変わりはないので、同様な研磨を行うことができる。
　研磨装置９００において、このような構成にすることで、圧電素子４００に加わる引張力を効率よく解除することができ、圧電素子４００に対する当該Ｙ方向の力による破壊や接続箇所の剥離等を効率よく防止することができる研磨装置を提供することができる。
　また、研磨装置９００において、従来の変位拡大機構は、圧電素子ごとに設けられていたため、研磨装置等に変位拡大機構を備えると、互いの変位拡大機構が衝突したり、研磨装置全体が大きくなったりするという問題があった。しかし、実施例に示したように、本発明の変位拡大機構は、すべての圧電素子を使って全体として一つの変位拡大機構を構成しているため、研磨装置の構造をシンプルかつコンパクトにすることが可能である。
＜アクチュエータ＞
　次に、本発明の変位拡大機構をアクチュエータとして用いた例について説明する。
　図８は、第２の実施形態の変形例に係る変位拡大機構を用いたアクチュエータの一例を示す正面図である。アクチュエータ１０００の基本構成は第２の実施形態の変形例に係る変位拡大機構１００と同じである。
　アクチュエータ１０００は、基盤となる基部２００と、基部の一方側の面に設けられた第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂと、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂに、それぞれその一端が接続される第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂと、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部５００と、第１の圧電素子４００ａと第２の圧電素子４００ｂの間の中央に配置され、作用部５００と基部２００を連結し、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂよりも高いヤング率を有する材質からなる連結部６００と、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流を供給して、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂを伸縮駆動させる駆動部７００とを備えている。第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂは、図５の変位拡大機構と同様、斜めに配置されている。そして、駆動部７００により、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流が供給されて第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂが伸縮変位することにより、作用部５００から拡大された変位が出力される。
　作用部５００は、圧電素子４００が接続される第１の作用部５００ａと第１の作用部５００ａに接続される第２の作用部５００ｂとを有する。第２の作用部５００ｂは、拡大された変位を出力し、対象物に力を伝達する部材であり、先端に行くに従って幅が狭くなる形状を有している。第２の作用部５００ｂは、対象物に作用させられる程度に剛性があれば、どのような材質でもよく、例えば、軽量化を目的としてアルミニウムを用いることができる。第１の作用部５００ａと第２の作用部５００ｂとは一体に設けられていてもよい。第２の作用部５００ｂに対象物１１００を取り付けることにより、対象物１１００に拡大されたＹ方向の変位を生じさせることができる。具体的には、第１の圧電素子４００ａのみに電圧を印加した場合には、対象物１１００を右側に変位させることができ、第２の圧電素子４００ｂのみに電圧を印加した場合には、対象物１１００を左側に変位させることができる。
　このようなアクチュエータ１０００においては、連結部６００により第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに与圧力を印加することができるので、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに加わる引張り力を有効に解除することができる。
　また、連結部６００は、このような構成とすることで、与圧力の印加には寄与するが、変位拡大動作に対する影響は少なくて済む。特に、駆動部７００により第１の圧電素子４００ａに対しては延び変位を発生させ、第２の圧電素子４００ｂには縮み変位を発生させるように駆動する場合（またはその反対の場合）には連結部６００の長さ変化が相殺される。そのため、連結部６００の曲げ変形に関連する力のみが変位拡大動作に対する負荷となり、変位拡大動作に対する影響がより少なくて済む。なお、伸縮変位の縮退動作は、圧電素子が伸びた後に、本来の長さに戻ることを含む。
　ところで、圧電素子を有するアクチュエータを動作させる際に、周囲の温度変化があった場合や、圧電素子を高い頻度で駆動して圧電素子自身からの自己発熱によって温度が上昇する場合に、熱膨張により圧電素子の長さが変化するため、従来の圧電素子を有するアクチュエータでは、圧電素子の長さの変化により、作用部の初期位置は変化する。これに対し、上述したように、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの一方に延び変位を発生させ、他方には縮変位を発生させる場合には、そのような初期位置の変化をなくすことができる。
　また、圧電素子には、ステップ状の電圧や一定の電圧等を印加した後、時間経過とともに、伸び量が安定せず変化してしまうクリープと称する現象が生じる。クリープ速度は時間対数的に減少する。クリープ現象は、クローズドループ制御の場合は補正することができるが、オープンループ制御では補正することができない。しかし、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂを互いに反対方向に所定の量で変位させることにより、クリープによる長さ変化が相殺され、クリープ現象による位置ずれを軽減することができる。このため、制御が複雑なクローズドループ制御を行う必要がない。
　また、このようなアクチュエータ１０００は、本体部が、基部２００、第１および第２の取付部３００ａ，３００ｂ、第１および第２の圧電素子４００ａ，４００ｂ、作用部５００、ならびに連結部材６００のみのシンプルな構成なので、高速駆動に適している。
　なお、アクチュエータは図８の例に限らず、第１の実施形態の変位拡大機構、または第２の実施形態の変位拡大機構と同じ基本構成を有していてもよい。
　［アクチュエータを電子部品の処理に用いる作用子の駆動に用いた例］
　図９は、図８のアクチュエータを電子部品の処理に用いる作用子の駆動に用いた例を示す正面図である。アクチュエータ１０００の作用部５００（第２の作用部５００ｂ）の先端部には、対象物として作用子である測定プローブ１１０１が取り付けられている。
　駆動部７００は、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂが互いに反対方向に所定の量で変位するように、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流を繰り返し高速で供給する。これにより、拡大した変位を測定プローブ１１０１に伝達して、測定プローブ１１０１を高速で上下動させることができる。
　図１０は、上記測定プローブ１１０１により電子部品の電気特性を測定している状態を示す図である。
　図１０に示すように、測定装置のターンテーブル１０９０は、回転可能に設けられ、周方向に沿って電子部品１０８０を収納する複数の収納溝１０９１を有している。そして、ターンテーブル１０９０を回転させつつ、駆動装置１により作用子としての測定プローブ１１０１を高速で繰り返し変位（上下動）させることにより、複数の収納溝１０９１に収納された電子部品８０の電気特性等を順次測定する。すなわち、ターンテーブル１０９０を回転させて収納溝１０９１に収納された電子部品１０８０が測定プローブ１１０１の直上の測定位置に達した際に、測定プローブ１１０１を上方に変位させて測定プローブ１１０１の先端を電子部品１０８０の下面に設けられた電極１０８１に接触させ、電子部品１０８０の電気特性を測定し、測定後、測定プローブ１１０１を下方に変位させて退避させる。そして、次の電子部品１０８０が測定位置に到達した時点で再び同様の動作を行い、これら動作を高速で繰り返す。
　このように、アクチュエータ１０００を電子部品の測定に用いることにより、作用子である測定プローブを実用的なストロークで高速に駆動させることができる。また、圧電素子の引張りによる破損や、熱膨張およびクリープの影響を低減することができる。
　以上は、作用子として測定装置の測定プローブ１１０１を用いた例について示したが、作用子は測定プローブに限るものではない。
　図１１は、作用子として吸着ノズル１１０２を用いたアクチュエータを電子部品処理装置に用いた状態を示す図であり、駆動される作用子が電子部品を吸着する吸着ノズルである場合を示す。本例では、アクチュエータ１０００の作用部５００に取り付けられている作用子が吸着ノズル１１０２に代わっている以外は図９の例と同じである。
　吸着ノズル１１０２は、上下方向に延びるように作用部５００（第２の作用部５００ｂ）に装着されている。吸着ノズル１１０２の上端部には、吸着機構（図示せず）が設けられている。そして、吸着機構に設けられた真空ポンプ等の吸引機構により吸引することにより、吸着ノズル１１０２の下端の吸着端１１０３に電子部品を吸着する。
　本例においてもアクチュエータ１０００は、電子部品の測定を行うための測定装置に用いることができる。その際の測定装置の例を図１２に示す。この測定装置は、上記アクチュエータ１０００と、上記吸着ノズル１１０２と、上記吸着機構（図示せず）と、ターンテーブル１１１０と、基盤１１２０と、測定治具１１３０とを有する。
　ターンテーブル１１１０は、回転可能に設けられ、周方向に沿って電子部品１０８０を収納する複数の収納溝１１１１を有している。収納溝１１１１はターンテーブル１１１０を貫通するように設けられている。電子部品１０８０は、電極１０８１が下面側になるように収納溝１１１１に収納される。基盤１１２０は、ターンテーブル１１１０を回転可能に支持し、その表面が電子部品１０８０の搬送面となっている。また、基盤１１２０には貫通孔１１２１が形成され、貫通孔１１２１の上方位置に作用子としての吸着ノズル１１０２が設けられ、貫通孔１１２１の下方位置に測定治具１１３０が設けられている。測定治具１１３０は架台１１４０に取り付けられており、測定治具１１３０の上面には、電子部品１０８０の電極１０８１に対応する位置に測定端子１１３１が設けられている。
　そして、ターンテーブル１１１０を回転させつつ、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに所定の電圧または電流を供給して、作用部５００を介して作用子としての吸着ノズル１００を高速で繰り返し変位（上下動）させることにより、複数の収納溝１１１１に収納された電子部品１０８０を順次吸着してその電気特性等を測定する。すなわち、ターンテーブル１１１０を回転させ、収納溝１１１１に収納された電子部品１０８０を基盤１１２０の搬送面に沿って搬送させて、貫通孔１１２１に対応する位置に達した際に、電子部品１０８０を吸着ノズル１１０２に吸着させ、この状態で吸着ノズル１１０２を下方に変位させて電子部品１０８０の電極１０８１を測定治具１１３０の電極１１３１に接触させ、電子部品１０８０の電気特性を測定する。測定後、吸着ノズル１１０２を上方に変位させて吸着ノズル１１０２に吸着された電気部品１０８０を搬送面に戻し、吸着を解除する。そして、次の電子部品１０８０が貫通孔１１２１に対応する位置に到達した時点で再び同様の動作を行い、これら動作を高速で繰り返す。
　このとき、作用子が測定プローブ１１０１から吸着ノズル１１０２に代わっただけであるので、測定プローブ１１０１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
　また、吸着ノズル１１０２を装着したアクチュエータ１０００は、電子部品をキャリアテープに装入する挿入装置に用いることもできる。その際の挿入装置の例を図１３に示す。この挿入装置は、上記アクチュエータ１０００と、上記吸着ノズル１１０２と、上記吸着機構（図示せず）と、ターンテーブル１１５０と、基盤１１６０と、磁石１１８０とを有する。
　ターンテーブル１１５０は、回転可能に設けられ、周方向に沿って電子部品１０９０を収納する複数の収納溝１１５１を有している。収納溝１１５１はターンテーブル１１５０を貫通するように設けられている。基盤１１６０は、ターンテーブル１１５０を回転可能に支持し、その表面が電子部品１０８０の搬送面となっている。また、基盤１１６０の下方には、キャリアテープ１１７０が移動可能に配置されている。キャリアテープ１１７０には、電子部品１０８０が収納される複数のキャビティ１１７１が等間隔で設けられている。基盤１１６０には貫通孔１１６１が形成され、貫通孔１１６１の上方位置に作用子としての吸着ノズル１１０２が設けられ、キャリアテープ１１７０下方の貫通孔１１６１に対応する位置には磁石１１８０が設けられている。
　そして、ターンテーブル１１５０を回転させ、かつキャリアテープ１１７０を移動させつつ、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流を供給して、作用子としての吸着ノズル１１０２を高速で繰り返し変位（上下動）させることにより、複数の収納溝１１５１に収納された電子部品１０８０をキャリアテープ１１７０のキャビティ１１７１内に順次挿入させる。すなわち、ターンテーブル１１５０を回転させ、収納溝１１５１に収納された電子部品１０８０を基盤１１６０の搬送面に沿って搬送させて、貫通孔１１６１に対応する位置に達した際に、電子部品１０８０を吸着ノズル１１０２に吸着させるとともに、貫通孔１１６１に対応する位置にキャビティ１１７１を位置させ、その状態で吸着ノズル１１０２を下方に変位させ、吸着ノズル１１０２の吸着を解除して電子部品１０８０をキャビティ１７１内に挿入する。挿入後、吸着ノズル１１０２を上方に変位させて貫通孔１１６１および収納溝１１５１を経て図１３の位置まで戻す。そして、次の電子部品８０が貫通孔１６１に対応する位置に到達した時点で再び同様の動作を行い、これら動作を高速で繰り返す。なお、磁石１１８０は、キャビティ１１７１内の電子部品１０８０を吸引して電子部品１０８０の姿勢を安定させるためのものである。
　以上のように吸着ノズル１１０２を挿入装置に用いた場合にも、測定プローブ１１０１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
＜ディスペンサ＞
　次に、上記実施形態のアクチュエータを用いたディスペンサについて説明する。
　図１４は一実施形態に係るディスペンサを示す部分断面正面図、図１５、図１６は液吐出部材を示す断面図である。
である。
　図１４に示すように、ディスペンサ２０００は、液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材２１００と、液体吐出部材２１００からの液体の吐出および遮断を行う弁２２００と、弁２２００を駆動するアクチュエータ２３００とを有する。
　液体吐出部材２１００は、図１５に示すように、本体部２１０１と、本体部２１０１内に形成された弁２２００が挿通される液室２１０２と、液室２１０２に液体を導入する液体導入部２１０３と、液室２１０２の底部に連通する液体吐出口２１０４と、液室２１０２の底部に設けられ、弁２２００の先端が着座する弁座２１０５とを有する。
　弁２２００は先端が球面のロッド状をなし、鉛直方向である図中Ｙ方向に延びており、液室２１０２は弁体２２００の形状に対応した円柱状をなしている。弁２２００は、通常、図１５に示すように、その先端が弁座２１０５に着座しており、液体吐出口２１０４は塞がれている。この状態では、液体は吐出されない。
　弁２２００は、アクチュエータ２３００によりＹ方向に昇降駆動されるようになっている。図１５の状態から、アクチュエータ２３００を駆動させて弁２２００を上昇させることにより、図１６に示すように液体吐出口２１０４が開かれて、液体吐出口２１０４から液体が吐出される。
　アクチュエータ２４００は、図８のアクチュエータ１０００と同様、基盤となる基部２００と、基部の一方側の面に設けられた第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂと、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂに、それぞれその一端が接続される第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂと、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部５００と、第１の圧電素子４００ａと第２の圧電素子４００ｂの間の中央に配置され、作用部５００と基部２００を連結し、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂよりも高いヤング率を有する材質からなる連結部６００と、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流を供給して、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂを伸縮駆動させる駆動部７００とを備えている。第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂは、図８のアクチュエータと同様、斜めに配置されている。そして、駆動部７００により、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流が供給されて第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂが伸縮変位することにより、作用部５００から拡大された変位が出力される。なお、本例では、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂは、基部２００の面に設けられている。
　作用部５００は、圧電素子４００が接続される第１の作用部５００ａと第１の作用部５００ａに接続される第２の作用部５００ｂとを有する。第２の作用部５００ｂの先端には、弁２２００を取り付ける弁取付部１２００が設けられている。第２の作用部５００ｂは、軽量化のため、高張力アルミニウム材で構成され、図示するように中央部が肉薄部５０１になるように加工されていてもよい。
　このとき、駆動部７００により第１の圧電素子４００ａに電圧を印加して伸長させることにより作用部５００が上方に駆動され、それにともなって弁２２００を上昇させることができる。また、第２の圧電素子４００ｂに電圧を印加して伸長させることにより弁２２００を下降させることができる。また、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの一方に伸び変位を発生させ、他方に縮み変位を発生させて弁２２００を上下動させてもよい。
　なお、アクチュエータ２３００の基部２００は、支持部材２４００で支持されている。また、支持部材２４００は、液体吐出部材２１００も支持している。
　このように構成されるディスペンサ２０００においては、第２の圧電素子４００ｂのみに電圧を印加することにより、図１５に示すように、弁２２００を下方に移動させて液体吐出口２１０４を塞ぎ、液体が吐出されない状態とすることができる。また、第１の圧電素子４００ａのみに電圧を印加することにより、図１６に示すように、弁２２００を上方に移動させて液体吐出口２１０４を開き、液体吐出口２１０４から液体が吐出する状態とすることができる。
　また、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧が印加されていない状態で、図１５に示すように、弁２２００により液体吐出口２１０４が塞がれ、第１の圧電素子４００ａに延び変位、第２の圧電素子４００ｂに縮み変位を発生させることにより、図１６に示すように、弁２２００が上昇して液体吐出口２１０４が開かれ、液体吐出口２１０４から液体が吐出されるようなノーマルクローズにしてもよい。
　また、電圧を印加していないときに弁２２００が液体吐出口２１０４が開いた状態となり、電圧の印加により第１の圧電素子４００ａに縮み変位、第２の圧電素子４００ｂに伸び変位を発生させた際に、弁２２００が下降され、液体吐出口２１０４が塞がれるノーマルオープンであってもよい。
　第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの一方に延び変位を発生させ、他方に縮み変位を発生させる場合は、上述したように連結部６００の長さ変化が相殺される。そのため、連結部６００の曲げ変形に関連する力のみが変位拡大動作に対する負荷となり、変位拡大動作に対する影響がより少なくて済む。また、周囲の温度変化があった場合や、圧電素子を高い頻度で駆動して圧電素子自身からの自己発熱によって温度が上昇する場合に、熱膨張により圧電素子の長さが変化しても、その変動がキャンセルされ、液漏れを防止することができる。また、上述のように圧電素子のクリープの影響もキャンセルできるので、複雑な制御を必要とするクローズドループ制御を行わなくても液漏れをほぼ完全に抑制することができる。
＜エアバルブ＞
　次に、上記実施形態のアクチュエータを用いたエアバルブについて説明する。
　図１７は一実施形態に係るエアバルブを示す断面図、図１８はその斜視図である。
　これらの図に示すように、エアバルブ３０００は、圧力空気が導入される空気圧力室３１０１を画成するハウジング３１０２、および空気圧力室３１０１から外部へ通じる空気排出口（ノズル）３１０３を有するバルブ本体３１００と、空気排出口３１０３を閉鎖および開放するように動作する弁体３２００と、弁体３２００を駆動するアクチュエータ３３００とを有する。
　空気圧力室３１０１には、ガス供給口３１０４が形成されており、図示しない空気圧供給源から空気供給口３１０４を介して圧力空気が導入される。空気排出口３１０３は、圧力空気室３１０１からバルブ本体３１００の外側に抜けるように、バルブ本体３１００の壁部の一箇所に設けられている。バルブ本体３１００の空気排出口３１０３が設けられている部分には、圧力空気室３１０１側に弁座３１０５が設けられている。なお、３１０６は、ハウジング３１０２の蓋である。
　弁体３２００は、例えばゴムシートで形成することができる。弁座３１０５には弁体３２００が接離するようになっており、弁体３２００が弁座３１０５に当接した際には、両者の間が密閉されるようになっている。なお、弁座を設けずに、ハウジング３１０２に弁座の機能を持たせてもよい。
　アクチュエータ３３００は、図８のアクチュエータ１００と同様、基盤となる基部２００と、基部の一方側の面に設けられた第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂと、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂに、それぞれその一端が接続される第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂと、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部５００と、第１の圧電素子４００ａと第２の圧電素子４００ｂの間の中央に配置され、作用部５００と基部２００を連結し、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂよりも高いヤング率を有する材質からなる連結部６００と、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流を供給して、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂを伸縮駆動させる駆動部７００とを備えている。そして、駆動部７００により、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧または電流が供給されて第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂが伸縮変位することにより、作用部５００から拡大された変位が出力される。なお、本例では、第１の取付部３００ａおよび第２の取付部３００ｂは、基部２００の面に設けられている。また、作用部５００は、第１の作用部５００ａと第２の作用部５００ｂに分かれておらず、一体に形成されている。
　図１７，１８の例では、空気供給口３１０４は圧電素子４００ａ，４００ｂに対応する位置に設けられている。これにより、空気供給口３１０４から供給される空気の流れにより、圧電素子４００ａ，４００ｂを冷却する効果が期待できる。また、空気供給口３１０４を空気排出口３１０３と一直線になるように配置した場合には、空気供給口３１０４から空気排出口３１０３に至る圧力損失を最小化できる。
　ハウジング３１０２および蓋３１０５は、アルミダイキャストあるいはＰＰＳ等の樹脂材料を適用することができる。ハウジング３１０２と蓋３１０５の接合は、アルミダイキャストの場合には、適宜シール材を挟んでエアタイトにネジ止めにより行うことができる。樹脂材料の場合には、超音波溶着あるいはレーザ溶着等を適用することができる。
　このように構成されるエアバルブ３０００においては、下側の第１の圧電素子４００ａのみに電圧を印加することにより、弁体３２００は上方に移動し、弁体３２００は弁座３１０５に接した状態となり、空気排出口３１０３からの空気の放出は生じない。上側の第２の圧電素子４００ｂのみに電圧を印加することにより、弁体３２００は下方に移動し、弁体３２００と弁座３１０５との間にギャップが生じる。これにより、空気供給口３１０４から供給された圧縮空気は、アクチュエータ３３００の両脇の空間を通り、形成されたギャップを通して空気排出口３１０３から噴出する。
　また、第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂに電圧が印加されていない状態で、弁体３２００により空気排出口３１０３が塞がれ、第１の圧電素子４００ａに縮み変位、第２の圧電素子４００ｂに延び変位を発生させることにより、弁体２２０が下方に移動して空気排出口３１０３が開かれて圧縮空気が空気排出口３１０３から噴出されるようなノーマルクローズにしてもよい。
　また、電圧を印加していないときに空気排出口３１０３が開いた状態となり、電圧の印加により第１の圧電素子４００ａに延び変位、第２の圧電素子４００ｂに縮み変位を発生させた際に、弁体３２００が上方に移動され、空気排出口３１０３が塞がれるノーマルオープンであってもよい。
　第１の圧電素子４００ａおよび第２の圧電素子４００ｂの一方に延び変位を発生させ、他方に縮み変位を発生させることにより、ディスペンサと同様の効果を得ることができ、エア漏れ等を防ぐことができる。
＜他の適用＞
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、本発明の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　例えば、上記実施形態では、変位拡大機構、研磨装置、およびアクチュエータとして、２つの圧電素子を用いた例を示したが、圧電素子を３つ以上用いてもよい。これにより作用部の変位方向の自由度を高くすることができる。
　また、本発明の一実施形態に係る変位拡大機構１００は、複合的に使用しても良い。その際に、複数の変位拡大機構を直列に接続するような使い方、つまり、変位拡大機構１００の基部２００と別の変位拡大機構１００の作用部５００とを接続することも可能であり、それによって、変位をより大きくすることもできる。特に、スペースの制約が厳しい箇所では、このような使い方は、有効である。また、２台の変位拡大機構１００を、その接続角度が９０゜になるように結合する等の接続方法のバリエーションも考えられる。
　さらに、また、上記実施の形態では伸縮素子として圧電素子を用いた場合について説明したが、伸縮する素子であれば特に限定されず、磁歪素子あるいは形状記憶合金等の伸縮機能を有する他の素子を用いることも可能である。
１００　変位拡大機構
２００　基部
３００　取付部
４００　圧電素子
５００　作用部
６００　連結部
７００　駆動部
８００　研磨部
９００　研磨装置
９０１　被研磨物
９０２　遊離砥粒
１０００　アクチュエータ
２０００　ディスペンサ
３０００　エアバルブ

Claims (18)

  1. 　基盤となる基部と、
    　前記基部の一方側の面に設けられた第１の取付部および第２の取付部と、
    　前記第１の取付部および前記第２の取付部に、それぞれその一端が取り付けられる第１の圧電素子および第２の圧電素子と、
    　前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部と、
    　前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子の間の中央に配置され、前記作用部と前記基部を連結する連結部と、
    を備える変位拡大機構。
  2. 　前記作用部は、前記基部の上部からの距離が、前記第１の取り付け部および前記第２の取付部の間の距離より長くなるように配置されている、請求項１に記載の変位拡大機構。
  3. 　前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子は、前記基部の設置面の垂直方向に対して所定の角度を持つように配置されている、請求項１又は２に記載の変位拡大機構。
  4. 　前記所定の角度は、前記変位拡大機構に負荷が印加される線上に、前記２つの圧電素子の伸縮方向の軸線の延長線が交わるように設けられている、請求項３に記載の変位拡大機構。
  5. 　前記連結部の材質は、金属であり、前記基部又は前記作用部の少なくともいずれか一つと一体加工されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  6. 　前記取付部は、前記圧電素子に対して接する幅よりも、前記基部に対して接する幅の方が狭くなるように形成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の変位拡大機構。
  7. 　基盤となる基部と、
    　前記基部の一方側の面に設けられた第１の取付部および第２の取付部と、
    　前記第１の取付部および前記第２の取付部に、それぞれその一端が接続される第１の圧電素子および第２の圧電素子と、
    　前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部と、
    　前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子の間の中央に配置され、前記作用部と前記基部を連結する連結部と、
    　前記作用部の、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に接している面とは逆側の面に設けられた研磨部と、
    を備える研磨装置。
  8. 　基盤となる基部と、
    　前記基部の一方側の面に取り付けられる第１の取付部および第２の取付部と、
    　前記第１の取付部および前記第２の取付部の先端部に、それぞれその一端が接続される第１の圧電素子および第２の圧電素子と、
    　前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の他端に接続される、圧電素子の伸縮により変位を生じる作用部と、
    　前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子の間の中央に配置され、前記作用部と前記基部を連結する連結部と、
    　前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧または電流を供給して、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子を伸縮駆動させる駆動部と、
    を備え、
    　前記駆動部により、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧または電流が供給されて前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が伸縮変位することにより、前記作用部から拡大された変位が出力される、アクチュエータ。
  9. 　前記駆動部は、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子が互いに反対方向に所定の量で変位するように、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に電圧または電流を供給する、請求項８に記載のアクチュエータ。
  10. 　前記作用部は、前記基部からの距離が、前記第１の取り付け部および前記第２の取付部の間の距離より長くなるように配置されている、請求項９に記載のアクチュエータ。
  11. 　前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子は、前記基部の設置面の垂直方向に対して所定の角度を持つように配置されている、請求項９又は請求項１０に記載のアクチュエータ。
  12. 　前記所定の角度は、前記変位拡大機構に負荷が印加される線上に、前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子の伸縮方向の軸線の延長線が交わるように設けられている、請求項１１に記載のアクチュエータ。
  13. 　チップ状の電子部品を処理する電子部品処理装置において電子部品の処理に用いる作用子を駆動する、請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
  14. 　前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品に接触されて特性を測定するための測定プローブである、請求項１３に記載のアクチュエータ。
  15. 　前記電子部品処理装置は、電子部品の特性の測定を行うための測定装置であり、前記作用子は、前記電子部品を吸着するための吸着ノズルであり、前記吸着ノズルに吸着された電子部品が特性を測定するための測定プローブに接触される、請求項１３に記載のアクチュエータ。
  16. 　前記電子部品処理装置は、電子部品をテーピングする際に電子部品をキャリアテープに挿入する挿入装置であり、前記作用子は、前記電子部品を吸着するための吸着ノズルであり、前記吸着ノズルに吸着された電子部品が前記テープに挿入される、請求項１３に記載のアクチュエータ。
  17. 　液体が導入され、導入された液体を吐出する液体吐出部材と、
    　前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行う弁と、
    　前記弁体を駆動する、請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載のアクチュエータと、
    を備え、
    　前記アクチュエータから出力された変位により、前記弁が変位し、前記液体吐出部材からの液体の吐出および遮断を行う、ディスペンサ。
  18. 　圧力空気が導入される空気圧力室と、該空気圧力室から外部へ通じる空気排出口とを有するバルブ本体と、
    　前記空気圧力室内部で前記空気排出口を閉鎖および開放するように動作する弁体と、
    　前記空気圧力室に設けられ、前記弁体を駆動する、請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載のアクチュエータと、
    を備え、
    　前記アクチュエータから出力された変位により前記弁体が変位し、前記空気排出口からの空気の吐出および遮断を行う、エアバルブ。
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