(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータを備えた微動機構であって、
固定台と、
前記固定台に対して移動軸方向に移動可能に支持された移動体と、
直方体形状であって、複数の突起部が設けられた一平面を有し、高周波信号により複数の振動モードを励起する振動体と、
前記振動体を前記固定台に対して保持する振動体保持機構と、
を備え、
前記振動体保持機構は、
前記移動体の移動軸方向に前記振動体を保持する第１の弾性体と、
前記振動体を前記移動体の方向に押圧する第２の弾性体と、
前記第２の弾性体を変形させ押圧力を生じさせる押圧ねじと、
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の両方に接するように配置された第１の減衰材と、
を含み、
前記第２の弾性体は、コイルばねであり、
単体としての前記第１の減衰材の外径は、前記コイルばねの内径より大きく、
前記第１の減衰材は、前記コイルばねの内部に挿入される、
ことを特徴とする微動機構。
【請求項２】
前記第１の弾性体は、前記移動体の移動軸方向に対して平行に設けられた板ばねであり、
前記板ばねは、中央部にばねとして作用しない厚肉部を有し、
前記コイルばねは、前記押圧ねじにより前記移動体の移動軸方向に対して垂直な方向から前記厚肉部を介して前記振動体を前記移動体の方向に押圧し、
単体としての前記第１の減衰材における、前記押圧ねじによる押圧力の方向の長さは、前記厚肉部における前記コイルばねに接触する面と前記押圧ねじ先端部との間の長さ以上である、
ことを特徴とする請求項１記載の微動機構。
【請求項３】
前記振動体保持機構は、当該振動体保持機構における固定部と前記厚肉部の両方に接するように設けられた第２の減衰材を更に含む、
ことを特徴とする請求項２記載の微動機構。
【請求項４】
固定台と、前記固定台に対して移動軸方向に移動可能に支持された移動体と、超音波モータとを備えた微動機構に使用される、前記超音波モータに含まれる振動体を前記固定台に対して保持する振動体保持機構であって、
前記移動体の移動軸方向に前記振動体を保持する第１の弾性体と、
前記振動体を前記移動体の方向に押圧する第２の弾性体と、
前記第２の弾性体を変形させ押圧力を生じさせる押圧ねじと、
前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の両方に接するように配置された第１の減衰材と、
を備え、
前記第２の弾性体は、コイルばねであり、
単体としての前記第１の減衰材の外径は、前記コイルばねの内径より大きく、
前記第１の減衰材は、前記コイルばねの内部に挿入される、
ことを特徴とする振動体保持機構。
【請求項５】
当該振動体保持機構における固定部と前記厚肉部の両方に接するように設けられた第２の減衰材、
を更に備えることを特徴とする請求項４記載の振動体保持機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータを備えた微動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や生体試料など微細構造の観察に顕微鏡がよく利用されている。観察対象の任意位置を顕微鏡観察下に位置づけるためにＸＹステージを利用するが、このとき、観察対象となる微細構造と同等以上の送り分解能や静止時の安定性が求められている。また、観察位置も高いスループットで複数箇所を観察する必要がある場合も多く、高速動作も求められている。
【０００３】
以上のニーズに対応するアクチュエータの一つとして超音波モータが注目されている。例えば特許文献１には、超音波モータを備えた微動機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８７７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の微動機構の場合、稀に、振動体に励起された屈曲振動が、移動体移動軸方向に振動体を保持する薄板ばねや押圧力を与えるプランジャ内部のコイルばねを共振させてしまい、自身の振動音及び薄板ばねやコイルばねの接触音等、不快な音を発することがあった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑み、共振に起因する異音の発生を抑制して高い静粛性を得ることが可能な、超音波モータを備えた微動機構及び振動体保持機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る装置は、超音波モータを備えた微動機構であって、固定台と、前記固定台に対して移動軸方向に移動可能に支持された移動体と、直方体形状であって、複数の突起部が設けられた一平面を有し、高周波信号により複数の振動モードを励起する振動体と、前記振動体を前記固定台に対して保持する振動体保持機構と、を備え、前記振動体保持機構は、前記移動体の移動軸方向に前記振動体を保持する第１の弾性体と、前記振動体を前記移動体の方向に押圧する第２の弾性体と、前記第２の弾性体を変形させ押圧力を生じさせる押圧ねじと、前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の両方に接するように配置された第１の減衰材と、を含み、前記第２の弾性体は、コイルばねであり、単体としての前記第１の減衰材の外径は、前記コイルばねの内径より大きく、前記第１の減衰材は、前記コイルばねの内部に挿入される、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る装置は、上記第１の態様において、前記第１の弾性体は、前記移動体の移動軸方向に対して平行に設けられた板ばねであり、前記板ばねは、中央部にばねとして作用しない厚肉部を有し、前記コイルばねは、前記押圧ねじにより前記移動体の移動軸方向に対して垂直な方向から前記厚肉部を介して前記振動体を前記移動体の方向に押圧し、単体としての前記第１の減衰材における、前記押圧ねじによる押圧力の方向の長さは、前記厚肉部における前記コイルばねに接触する面と前記押圧ねじ先端部との間の長さ以上である、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の態様に係る装置は、上記第２の態様において、前記振動体保持機構は、当該振動体保持機構における固定部と前記厚肉部の両方に接するように設けられた第２の減衰材を更に含む、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第４の態様に係る装置は、固定台と、前記固定台に対して移動軸方向に移動可能に支持された移動体と、超音波モータとを備えた微動機構に使用される、前記超音波モータに含まれる振動体を前記固定台に対して保持する振動体保持機構であって、前記移動体の移動軸方向に前記振動体を保持する第１の弾性体と、前記振動体を前記移動体の方向に押圧する第２の弾性体と、前記第２の弾性体を変形させ押圧力を生じさせる押圧ねじと、前記第１の弾性体と前記第２の弾性体の両方に接するように配置された第１の減衰材と、を備え、前記第２の弾性体は、コイルばねであり、単体としての前記第１の減衰材の外径は、前記コイルばねの内径より大きく、前記第１の減衰材は、前記コイルばねの内部に挿入される、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の態様に係る装置は、上記第４の態様において、当該振動体保持機構における固定部と前記厚肉部の両方に接するように設けられた第２の減衰材、を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、共振に起因する異音の発生を抑制することができるので、高い静粛性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る、超音波モータを備えた微動機構の斜視図である。
【図２】(a) は実施例１に係る微動機構の一部上面図であり、(b) は(a) に示したＡ−Ａ´断面図である。
【図３】(a) は実施例２に係る微動機構の一部上面図であり、(b) は(a) に示したＢ−Ｂ´断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る、超音波モータを備えた微動機構の斜視図である。図２(a) は、本実施例に係る微動機構の一部上面図であり、同図(b) は、同図(a) に示したＡ−Ａ´断面図である。
【００１７】
本実施例に係る微動機構は、例えば、移動対象物の正確な微小移動が要求される顕微鏡システムや電子機器等に適用可能な装置である。
図１に示したように、固定台１上には、例えばリニアボールガイド等のガイド２（同図では２ａ，２ｂ，２ｃ）によって固定台１に対して移動軸方向に移動可能に支持された移動体３が保持されている。移動体３の側面には、例えばセラミック等の硬い材料で作られた摺動部材４が設けられている。
【００１８】
また、固定台１上には、直方体形状の振動体８を固定台１に対して保持する振動体保持機構１４も設けられている。振動体保持機構１４は、詳しくは図２(a),(b) に示したように、保持部材５、押圧ねじ１１、コイルばね１２、及び減衰材１３を含んで構成されている。
【００１９】
保持部材５は、例えばアルミニウム等の金属材料で構成されており、詳しくは図２(a) に示したように、ワイヤ放電加工等により切り欠き穴部６を設けることによって形成された薄板ばね部７（同図(a) では斜線で示した部分）を有する。なお、薄板ばね部７は、移動体３の移動軸方向に振動体８を高い剛性で保持する第１の弾性体の一例であり、移動体３の移動軸方向に対して平行に設けられた板ばねと言うこともできる。この薄板ばね部７の中央には、ばねとして作用しない厚肉部７ａが形成されており、厚肉部７ａと振動体８とが例えばセラミック接着材等の硬度の高い接着剤で接着されている。ここで、薄板ばね部７と振動体８は平行に近接して設けられ、振動体８の接着位置は、振動体８の接着面中央付近である。
【００２０】
このように、本実施例では、ばねとして作用しない厚肉部７ａに振動体８を接着することによって、薄板ばね部７がたわんだときに振動体８との接着が剥がれないようにしている。また、薄板ばね部７と振動体８とを近接して設けるように構成することによって、薄板ばね部７の引っ張り圧縮方向の剛性をより高めるようにしている。
【００２１】
なお、薄板ばね部７の中央に形成される厚肉部７ａの形状は、図示した形状に限らず、振動体８との接着が剥がれない程度の厚みを持ちながら薄板ばね部７と振動体８とを平行に近接して設けることができるような形状であって、さらに後述の押圧ねじ１１及びコイルばね１２等により適切に押圧力を与えることができるような形状であるならば、他の形状であってもよい。
【００２２】
振動体８における厚肉部７ａが接着された面と反対の面には、例えば強化繊維を含むポリアセタールやセラミック等の、摩擦係数の比較的小さな樹脂を母材とした材料で形成された突起部９（９ａ，９ｂ）が２個設けられている。保持部材５は、この突起部９が２個とも摺動部材４に接する状態で、固定用ビス穴１０（１０ａ，１０ｂ）を通してビスにより固定台１に固定される。このとき、薄板ばね部７のたわみは殆ど無い状態で、移動体３側への押圧力はゼロ近傍であることが望ましい。なお、図１においては保持部材５を固定台１に固定するための固定用ビス穴１０及びビスを省略して示している。
【００２３】
保持部材５にはメネジが形成されており、詳しくは図２(b) に示したように、外周の一部にオネジが形成された押圧ねじ１１をねじ込むことによって、押圧ねじ１１と厚肉部７ａとの間に設けられたコイルばね１２を変形させ、厚肉部７ａを押圧できるようになっている。このため、押圧ねじ１１におけるコイルばね１２に接触する位置の移動量に応じた押圧力が厚肉部７ａに負荷される。このとき、振動体８も突起部９と共に摺動部材４に押圧される。なお、コイルばね１２は、振動体８を移動体３の方向に押圧する第２の弾性体の一例であり、押圧ねじ１１により移動体３の移動軸方向に対して垂直な方向から厚肉部７ａを介して振動体８を移動体３の方向に押圧する。
【００２４】
押圧ねじ１１の先端部外径は、コイルばね１２の内径より僅かに小さくなっている。また、厚肉部７ａには、コイルばね１２の外径より僅かに大きな内径のザグリが設けられている。このため、コイルばね１２は、押圧ねじ１１の先端部と厚肉部７ａに設けられたザグリにより位置を規制され、保持部材５の内部で動くことは無い。
【００２５】
コイルばね１２の内部には、例えばゴムやゲル等の減衰材（第１の減衰材の一例）１３が挿入されている。単体としての減衰材１３の外径は、コイルばね１２の内径より大きく構成されている。従って、コイルばね１２の内部に挿入されている減衰材１３は、コイルばね１２と確実に接触するようになっている。また、単体としての減衰材１３における押圧方向長さ（押圧ねじ１１による押圧方向の長さ）は、厚肉部７ａに設けられたザグリ底面（厚肉部７ａにおけるコイルばね１２に接触する面）と押圧ねじ１２の先端部（押圧ねじ１２における移動体３側の先端部）との間の長さ以上に構成されている。従って、コイルばね１２の内部に挿入されている減衰材１３は、厚肉部７ａ（薄板ばね部７）とも確実に接触するようになっている。このように、コイルばね１２の内部に挿入されている減衰材１３が、コイルばね１２と厚肉部７ａの両方に確実に接触するようになっていることから、振動体８に振動が励起されたときに、薄板ばね部７及び又はコイルばね１２が共振したとしても、その両方に確実に接触している減衰材１３により速やかに共振が減衰され、共振に起因する異音の発生を抑制することが可能となる。
【００２６】
なお、本実施形例に係る微動機構において、移動体３の移動軸方向と、振動体８における突起部９が設けられた平面と、振動体８における厚肉部７ａが接着された平面と、薄板ばね部７の引っ張り圧縮方向とは平行である。
【００２７】
また、振動体８は、不図示の駆動回路により所定の高周波電圧信号が印加されることにより、複数の振動モードを励起することが可能になっている。そして、振動体８に複数の振動モードを励起させることによって、振動体８に設けられている突起部９に接触している摺動部材４と共に移動体３を移動させることが可能になっている。
【００２８】
また、本実施例に係る微動機構において、超音波モータは、少なくとも振動体８及び突起部９を含んで構成されている。
以上、本実施例に係る微動機構によれば、振動体８に振動が励起されたときに、薄板ばね部７及び又はコイルばね１２が共振したとしても、その共振に起因する異音の発生を減衰材１３により抑制することができるので、高い静粛性を得ることができる。
【００２９】
なお、本実施例に係る微動機構では、振動体８における厚肉部７ａが接着された面と反対の面に形成された突起部９を２つとしたが、２つ以外の複数の突起部を形成するように構成することも可能である。
【実施例２】
【００３０】
図３(a) は、本発明の実施例２に係る微動機構の一部上面図であり、同図(b) は、同図(a) に示したＢ−Ｂ´断面図である。なお、同図(a),(b) は、図２(a),(b) に対応する図である。
【００３１】
図３(a),(b) に示したように、本実施例の係る微動機構は、保持部材５の上面において、厚肉部７ａと薄板ばね部７以外の保持部材５の部分である固定部２１とに跨るように、例えばポリイミドテープやテフロン（登録商標）テープ等の粘着テープ（第２の減衰材の一例）２２が貼付される点のみが実施例１に係る微動機構と異なり、その他の構成は同じである。このように、本実施例に係る微動機構では、振動体保持機構１４が、厚肉部７ａと固定部２１とに跨るように粘着テープ２２が貼付される構成を更に有することから、振動体８に振動が励起されたときに、薄板ばね部７が共振したとしても、その共振が粘着テープ２２によっても速やかに減衰され、その共振に起因する異音の発生を、より抑制することが可能となる。
【００３２】
以上、本実施例に係る微動機構によれば、実施例１に係る微動機構により得られる効果に加え、更に、薄板ばね部７の共振に起因する異音の発生を粘着テープ２２によっても抑制することができるので、より高い静粛性を得ることができる。
【００３３】
なお、本実施例に係る微動機構において、保持部材５の上面において、薄板ばね部７の一部又は全部（但し、少なくとも厚肉部７ａを含む）と固定部２１の一部又は全部とに跨るように粘着テープ２２は貼付するように構成することも可能である。
【００３４】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３５】
１      固定台
２      ガイド
３      移動体
４      摺動部材
５      保持部材
６      切り欠き穴部
７      薄板ばね部
８      振動体
９      突起部
１０    固定用ビス穴
１１    押圧ねじ
１２    コイルばね
１３    減衰材
１４    振動体保持機構
２１    固定部
２２    粘着テープ
【図１】
0005439056.tif 000002
【図２】
0005439056.tif 000003
【図３】
0005439056.tif 000004