JPH0341390A

JPH0341390A - 微動機構

Info

Publication number: JPH0341390A
Application number: JP1174200A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Murayama; 健村山; Kozo Ono; 耕三小野; Kojiro Ogata; 緒方　浩二郎; Kiyoshi Nagasawa; 潔長澤; Takaki Kusaki; 草木　貴己; Ryuji Takada; 龍二高田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-02-21

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、超精密加工、半導体製造装置、電子顕微鏡等
のサブμｍオーダーの調節を必要とする装置に使用され
る微動機構に関する。

〔従来の技術〕

近年、各種技術分野においては、サブμｍのオーダの微
細な変位調節が可能である装置が要望されている。その
典型的な例がＬＳＩ（大規模集積回路）、超ＬＳＩの製
造工程において使用されるマスクアライナ、電子線描画
装置等の半導体製造装置である。これらの装置において
は、サブμｍオーダーの微細な位置決めが必要であり、
位置決めの精度が向上するにしたがってその集積度も増
大し、高性能の製品を製造することができる。このよう
な微細な位置決めは上記半導体装置に限らず、電子顕微
鏡をはじめとする各種の高倍率光学装置や超精密加工装
置等においても必要であり、その精度向上により、バイ
オテクノロジ、宇宙開発等の先端技術においてもそれら
の発展に大きく寄与するものである。以下、このような
微細な位置決めを行なう微動機構を図により説明する。

第４図は従来の微動機構の側面図である。図で、１は適
宜な手段で固定された剛体部、２は剛体部１と対向する
剛体部、３．４はそれぞれ剛体部１２をそれらの左右端
で連結する弾性を有する平板である。各平板３．４は互
いに平行な関係にある。

５は剛体部１から突出した突起、６は剛体部２から突出
した突起、７は突起５．６間に装着された圧電アクチュ
エータである。圧電アクチュエータ７は突起５，６に例
えば接着剤により固着される。

８は平板４の所定個所に貼着されたひずみゲージである
。９は剛体部１，２、平板３．４に囲まれる空間であり
、突起５．６はこの空間９内に突出することとなる。

圧電アクチュエータフに電圧を印加すると、圧電アクチ
ュエータ７が伸長して突起６を押圧する。

これにより、平板３．４は破線のように変形し、剛体部
２は剛体部１に対して図で右方に長さＵだけ並進変位す
る。この変位量Ｕは圧電アクチュエータ７に印加される
電圧により、サブ兆クロンオーダで調節することができ
る。又、変位量Ｕはひずみゲージ８のひずみ量により知
ることができる。

このような微細な位置決めを行なう微動機構およびその
動作の詳細は特開昭６１−２０９８４６号公報に提示さ
れている。

上記微動機構における圧電アクチュエータ７には、大き
な変位量を得るために積層型圧電アクチュエータが使用
される。これを第５図に示す、第５図は積層型圧電アク
チュエータの側面図である。

図で、７ａ、〜７ａ、は圧電部材であり、例えばＰＺＴ
系セラごツクス等が用いられる。７ｂ＋−１ｂｑは電極
であり、例えば銀−パラジウム合金が用いられる。各圧
電部材７ａ、〜７ａ８と各電極７ｂ、〜７ｂ、は交互に
設けられており、かつ、各電極７ｂ＋　〜７ｂ、、には
図示のような極性で電圧Ｖが印加される・ここで、１つの圧電部材の厚さをも、圧電定数をｄとし
、これに電圧Ｖを印加したとき、当該圧電部材の厚み方
向の変位量Δｔは Δｔ＝ｄ−Ｖ　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（１）で表わされる。又、積層型圧電アクチュエータ７
の積層方向寸法（電極７ｂ＋　〜７ｂ９間の長さ）をｌ
とすると、この積層型圧電アクチュエータ７に電圧Ｖを
印加したとき発生する変位量ΔβはΔｌ１＝ｎ−Δｔ＝
１１　−　　ｄ−Ｖ／ｌ−・−−−・−（２）で表わさ
れ、変位は単体のｎ倍に拡大される。

（２）式から判るように、変位量Δｌを大きくするには
各圧電部材の厚さｔを小さくする必要があり、実際には
厚さｔを１００μｍ程度に薄＜シて変位量Δｌを確保し
ている。

圧電アクチュエータ７として、上記のような積層型の圧
電アクチュエータを用いれば、数１０μｍのオーダの変
位を比較的低い電圧で制御することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような圧電アクチュエータは、高温雰囲
気下で使用すると破損を生じる場合が多い。その理由と
しては次の２点が考えられる。まず、理由の第１は圧電
部材の縁部に放電が生じることである。前述のように、
変位量ΔＥを大きくするには圧電部材７ａ＋〜７ａａの
１枚当りの厚さｔを小さくする必要がある。このように
厚さｔを小さくすると、当然ながらこの圧電部材７ａ＋
〜７ａｅを挟む隣接する電極間の間隙も小さくなり、こ
の間隙の積層面に水分が存在すると放電を生じることと
なる。この放電により、圧電アクチュエータ７は破損せ
しめられる。

又、理由の第２は電極がイオン化することにある。今、
電極７ｂ、〜７ｂ、として、銀−パラジウム合金が使用
されている場合、積層面に水分が存在すると正側電極に
イオン化が生じ、発生したイオンが印加電圧により負電
極に移行する。このため、電極間の絶縁抵抗が著しく劣
化し、この現象が進行すると遂には電極間が短絡して圧
電アクチュエータ７が破損してしまう。

このような問題を解決するため、圧電アクチュエータに
防湿材料を塗布することも考えられるが、防湿材料を塗
布すると発生変位が拘束されるという大きな欠点を生じ
るので、このような手段は採用することはできない。又
、圧電アクチュエータを、ダイヤプラム等を介して金属
容器に封入する手段も考えられるが、全体構造が大型化
するとともにコストが増大するという問題を生じる。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
発生変位を拘束することなく、かつ、構造を大形・複雑
化することなく圧電アクチュエータの耐湿性を向上させ
ることができる微動機構を提供するにある。

〔婢題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、対向する２つの
剛体と、これら剛体を連結するたわみ部材と、前記各剛
体および前記各たわみ部材で囲まれる空間に前記各剛体
から突出した突出部と、圧電部材と電極の交互積層より
成り前記各突出部間に装架された積層型圧電アクチュエ
ータとを備えた微動機構において、前記積層型圧電アク
チュエータを囲む空間に石油ワックスを充填したことを
特徴とする。

〔作用〕

積層型圧電アクチュエータを囲む空間に石油ワックスが
充填されるため、積層型圧電アクチュエータの積層面は
石油ワックスで被覆された状態となる。石油ワックスは
非吸湿性に優れており、周囲の雰囲気中の水分が積層型
圧電アクチュエータに付着することはなく、これによる
破損は防止される。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る微動機構の断面図
である。図で、第１図に示す部分と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。Ｗは空間９に充填された石
油ワックスである。この石油ワックスとして最も好まし
い材料はマイクロクリスタンワックスである。このマイ
クロクリスタンワックスは、炭化水素高分子材料であり
、平均分子量６００〜８００．１分子当りの炭素数３０
〜７５、溶融温度６０〜９３℃、屈折率１．４３５〜１
．４４５（ａｔ　　９８．９°Ｃ〉、粘度１０．２〜２
５ｍｍ２／ｓｅｃ　　（ａｔ　　９８．９℃）の特性を
有し、非吸湿性の粘性流動材料である。石油ワックスと
しては、上記マイクロクリスタンワックスの他に、パラ
フィンワックス、セミクリスタンワックス等を用いるこ
とも可能である。本実施例も積層型圧電アクチュエータ
７を励起することにより並進変位Ｕを発生する。

本実施例では、微動機構の空間に石油ワックスを充填す
ることにより積層型圧電アクチュエータを石油ワックス
で被覆するようにしたので、発生変位を拘束することな
（、しかも構造を大形、複雑化することなく当該積層型
圧電アクチュエータへの水分の付着を防止することがで
き、ひいてはその寿命を延ばし、かつ、微動機構の信頼
性を向−ヒさせることができる。又、従来の微動機構は
ほぼ完全なばね一質量系を構威し、駆動時の振動の減衰
に時間を要するが、本実施例のように空間に石油ワック
スを充填したことにより、短時間で振動を減衰せしめる
ことができる。

第２図は本発明の第２の実施例に係る微動機構の断面図
である。本実施例の微動機構は第１図に示す微動機構を
２つ、線○−○′を通る紙面に垂直な面で連結した構造
であり、第１図に示す部分に相当する部分には同一符号
に添字Ａ、Ｂが付しである。２は両者共通の剛体部であ
る。本実施例においても、空間９Ａ、９Ｂに石油ワック
スＷが充填されている。積層型圧電アクチュエータ７Ａ
。

７Ｂを励起することにより、剛体部２が図で上方へ並進
変位する。本実施例も第１の実施例と同し効果を奏する
とともに、干渉変位を発生しない理想的な並進変位を実
現することができる。

第３図は本発明の第３の実施例に係る微動機構の断面図
である。図で、１１．１２は剛体部、１３゜１４は剛体
部１１．１２を連結する弾性の平板である。各平板１３
．１４は剛体部１２の所定点○に関して互いに角度θだ
け開いた放射状態の関係にある。１５．１６は突起、１
７は積層型圧電アクチュエータ、１８はひずみゲージ、
１９は空間である。Ｗは空間１９に充填された石油ワッ
クスである。積層型圧電アクチュエータ１７を励起する
と、剛体部２は点Ｏを通る紙面に垂直な軸を中心として
、図で反時計方向に回転変位する。本実施例も第１の実
施例と同じ効果を奏する。

なお、第３の実施例の微動機構を２つ連結すると第２の
実施例のような対称形の回転変位する徹０動機構を構成することができる。又、さらに他の種々の
態様の微動機構も考えられる。そして、これら微動機構
においても積層型圧電アクチュエータの周囲空間に石油
ワックスを充填することにより、積層型圧電アクチュエ
ータに対して防湿効果を発揮させることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、積層型圧電アクチュエ
ータを囲む空間に石油ワックスを充填するようにしたの
で、発生変位を拘束することなく、しかも構造を大形、
複雑化することなく積層型圧電アクチュエータへの水分
の付着を防止することができ、ひいては、その寿命を延
長し、かつ、微動機構の信頼性を向上させることができ
る。又、駆動時の振動を短時間で減衰させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の第１、第２、第
３の実施例に係る微動機構の断面図、第４図は従来の微
動機構の側面図、第５図は第４図に示す積層型圧電アク
チュエータの詳細（Ｉｔ１１面図で１ある。１、ＬＡ、ＩＢ、２．１１．１２・・・・・・・・・剛
体部、３．３Ａ、３Ｂ、４．４Ａ、４Ｂ、１３．１４・
・・・・・・・・平板、５．５Ｂ、６．６Ｂ、１５．１
６・・・・・・・・・突起、７．７Ａ、７Ｂ、１７・・
・・・・・・・積層型圧電アクチュエータ、９．９Ａ、
９Ｂ、１９・・・・・・・・・空間、Ｗ・・・・・・・
・・石油ワックス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対向する２つの剛体と、これら剛体を連結するた
わみ部材と、前記各剛体および前記各たわみ部材で囲ま
れる空間に前記各剛体から突出した突出部と、圧電部材
と電極の交互積層より成り前記各突出部間に装架された
積層型圧電アクチュエータとを備えた微動機構において
、前記積層型圧電アクチュエータを囲む空間に非吸質性
の石油ワックスを充填したことを特徴とする微動機構。
（２）請求項（１）において、前記石油ワックスは、マ
イクロクリスタンワックスであることを特徴とする微動
機構。