ピエゾアクチュエーター、音声コイルアクチュエーター、線形モーターステージ。

線形動作について話すとき、通常、移動距離が少なくとも数百ミリメートルであり、必要な位置が数十分の1ミリメートルの範囲であるアプリケーションについて説明します。そして、これらの要件については、ベアリングを再循環するガイドとドライブは適しています。適切なケース：一般的なクラス5ボールスクリューの鉛偏差は、300 mmの移動あたり26ミクロンです。しかし、アプリケーションがナノメートルの範囲（100分の1メートルのメートル）への位置決めを必要とする場合、必要な解像度を達成するために、機械的な転がりおよび再循環要素を超えて見る必要があります。

ナノ堆積のための3つの最も一般的な線形運動ソリューションは、ピエゾアクチュエーター、音声コイルアクチュエーター、および線形モーターステージです。これらの各ソリューションのドライブメカニズムには、機械的なローリングまたはスライド要素が完全に含まれておらず、高い位置にある精度と解像度のためにエアベアリングとペアリングできます。

ピエゾアクチュエーター

ピエゾアクチュエーター（ピエゾモーターとも呼ばれる）は、逆の圧電効果を利用して動きと力を生み出します。ピエゾアクチュエータには多くのスタイルがありますが、ナノポジションの2つの一般的なものは、線形ステッパーと線形超音波です。線形ステッパーピエゾモーターは、「脚」のペアとして機能するいくつかのピエゾ要素を連続して使用しています。電荷が適用されると、1組の脚が摩擦を介して縦棒をつかみ、脚が伸びて曲がると前方に移動します。この脚がリリースされると、次のペアが引き継ぎます。非常に高い周波数で走ることにより、線形ステッパーピエゾモーターは、最大150 mmのストロークとピコメーターレベルの解像度で連続線形運動を生成します。

線形超音波ピエゾモーターは、圧電プレートに基づいています。電荷がプレートに適用されると、その共振周波数で励起され、振動します。これらの振動は、プレートに超音波波を生成します。カップリング（またはプッシャー）がプレートに取り付けられ、縦ロッド（ランナーとも呼ばれます）にプリロードされます。超音波波により、プレートは楕円形で拡張して収縮し、結合がロッドを前進させて線形運動を生成することができます。線形超音波ピエゾモーターは、50〜80 nmの分解能を達成でき、最大移動は100〜150 mmの線形ステッパーモーターに似ています。

音声コイルアクチュエーター

ナノ堆積アプリケーションのもう1つのソリューションは、音声コイルアクチュエーターです。線形モーターと同様に、音声コイルアクチュエーターは永久磁石フィールドとコイル巻線を使用します。コイルに電流が適用されると、力が生成されます（ローレンツ力として知られています）。力の大きさは、電流と磁束の積によって決定されます。

この力により、移動部（磁石またはコイルのいずれか）が移動し、エアベアリングまたは交差ローラースライドのいずれかによってガイダンスが提供されます。音声コイルアクチュエーターは、通常、最大30 mmまでのストロークで最大10 nmまでの解像度を達成できますが、一部は最大100 mmのストロークで利用できます。

線形モーターステージ

より長いストロークでナノメートルの解像度が必要な場合、通常、空気軸受の線形モーターステージが最良の選択です。ピエゾと音声コイルアクチュエーターの移動能力は限られていますが、線形モーターは最大数メートルの移動用に設計できます。ガイドシステムとしてエアベアリングを使用すると、線形モーターステージが完全に非接触し、モーションと位置決めの精度に影響を与える機械的透過要素や摩擦はありません。実際、エアベアリングを備えた線形モーターステージは、単一ナノメートルの解像度を達成できます。

ナノ堆積用途向けの線形モーターステージの欠点は、フットプリントであり、ピエゾまたは音声コイルアクチュエーターの欠点よりもはるかに大きいです。それらは小さなデバイスに統合するのに挑戦する可能性がありますが、それらは、医療イメージングなどの比較的長いストロークと高解像度を必要とするアプリケーションに適しています。