マイクロナノエレクトロニクス製造分野におけるウェーハ検査システムおよび走査型電子顕微鏡の光学システム内部における高精度駆動の要求を満たすため、本研究ではマクロ・ミクロ・ナノの跨るスケールで駆動可能な粘滑型圧電アクチュエータを提案した。まず、本アクチュエータの可動子および固定子構造設計とその駆動原理について詳細に説明し、有限要素解析によって固定子構造の寸法パラメータを最適化した。次に、アクチュエータの動力学モデルを構築し、その歩進特性をさらに解析した。動力学シミュレーション結果は、本アクチュエータが微小な歩進変位能力を有することを示した。最後に、試作機を製作し、出力性能評価のための試験システムを構築した。試験結果は、アクチュエータの最大無負荷速度が20.3 mm/s、最大歩進変位が15.82 μm、位置決め分解能が70 nmに達し、最大負荷が2.2 Nであることを示し、マクロの大行程連続移動、ミクロのステップ移動およびナノの高精度位置決めを可能にする跨スケール駆動の要求を満たしている。本研究は、粘滑型圧電アクチュエータが走査型電子顕微鏡の光学系内部の絞り板駆動やウェーハ検査プラットフォームでの応用に重要な理論的および実験的根拠を提供する。

粘滑型圧電アクチュエータ;跨スケール;精密位置決め;動力学モデリング