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電子顕微鏡の光学系内部の精密駆動要求を満たすために、本研究ではマクロ・マイクロ・ナノの跨るクロススケール駆動が可能な粘着摩擦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動子および定子構造設計と駆動原理を詳細に述べ、有限要素法によって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的モデルを構築し、ステップ特性をさらに解析した。動的シミュレーションの結果、本アクチュエータは微小ステップ変位能力を有することが示された。最後に、アクチュエータの原理試作機を製作し、試験システムを構築してその出力性能を評価した。試験結果より、アクチュエータの最大無負荷速度は20.3 mm/s、最大ステップ変位は15.82 μm、位置決め分解能は70 nm、最大負荷は2.2 Nであり、マクロ大行程の連続移動、マイクロレベルのステップ変位およびナノレベルの高精度位置決めといった跨るスケール駆動要求を満たすことができる。本研究は、粘着摩擦型圧電アクチュエータが走査電子顕微鏡光学系内部の絞り板駆動およびウェーハ検査プラットフォームへの応用に重要な理論的・実験的根拠を提供する。

粘着摩擦型圧電アクチュエータ;クロススケール;精密位置決め;動的モデリング