(57)【要約】【課題】帯電に起因する摩耗が生じにくく長寿命な超音波駆動装置及び駆動ステージを提供する。【解決手段】超音波モータ１は、超音波領域の振動を発生させる振動体２と、この振動体２に接合され振動体２の振動に伴って振動する駆動チップ３と、を備えている。基台１１上に一対の案内レール１２，１２が平行に設置されており、この案内レール１２，１２の上には可動体であるステージ１３が取り付けられている。基台１１の上面には、案内レール１２と平行に柱状部材１４が固定され、この柱状部材１４の案内レール１２と平行な側面は、導電性又は半導電性のセラミックで構成された平板状の駆動力発生部材１５で覆われている。そして、ステージ１３の下面には、駆動チップ３が駆動力発生部材１５に接触するように、超音波モータ１が固定されている。【選択図】  図２
2006271168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材に移動可能に支持された可動体を超音波領域の振動を用いて駆動する超音波駆動装置であって、
前記可動体及び前記支持部材の一方の部材に備えられ、前記振動を発生させる超音波モータと、前記超音波モータに接触するように他方の部材に備えられ、前記振動を受けて前記可動体の駆動力を発生させる駆動力発生部材と、を有し、
前記駆動力発生部材が導電性又は半導電性のセラミックで構成されていることを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項２】
前記セラミックの表面抵抗率が１×１０9 Ω以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波駆動装置。
【請求項３】
可動体と、前記可動体を移動可能に支持する支持部材と、超音波領域の振動を用いて前記可動体を駆動する超音波駆動装置と、を備える駆動ステージであって、
前記超音波駆動装置は、前記可動体及び前記支持部材の一方の部材に備えられ、前記振動を発生させる超音波モータと、前記超音波モータに接触するように他方の部材に備えられ、前記振動を受けて前記可動体の駆動力を発生させる駆動力発生部材と、を有し、
前記駆動力発生部材が導電性又は半導電性のセラミックで構成されていることを特徴とする駆動ステージ。
【請求項４】
前記セラミックの表面抵抗率が１×１０9 Ω以下であることを特徴とする請求項３に記載の駆動ステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波駆動装置及び駆動ステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、精密直動装置の駆動源としては、ステッピングモータ等のような磁場を利用したモータが用いられてきた。ところが、半導体製造装置，液晶製造装置，Ｘ線や電子線を用いた計測装置等のように、磁場を利用した装置や、磁場によって測定精度が低下する装置においては、精密直動装置の駆動源として用いられるステッピングモータが発する磁場が問題となる場合があった。そのため、磁場を発しない圧電効果を利用した超音波モータが、精密直動装置の駆動源として用いられるようになってきた（特許文献１を参照）。
【０００３】
超音波モータは、超音波領域の振動を発生させる圧電素子と、前記振動に伴って振動する駆動チップと、を備えており、振動する駆動チップを相手部材（精密直動装置の場合であれば、案内レールに固定された駆動力発生部材）に押圧することにより駆動力を発生させる。この駆動力発生部材の材質としては、接触部（摺動部）の摩耗を抑制して長寿命化する観点から、アルミナ，ジルコニア，窒化ケイ素等のセラミックが用いられる場合が多かった。
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【特許文献２】特開２００２−２３３１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述のようなセラミックは電気絶縁性が高いため（表面抵抗率は１×１０14Ω程度）、駆動チップとの摩擦摺動によって摺動部に帯電が生じやすい。そうすると、摺動によって発生した駆動チップ及び駆動力発生部材の摩耗粉が、帯電している摺動部に吸着され、駆動チップと駆動力発生部材との間に噛み込まれて、両者の摩耗を促進させるという問題があった。
【０００５】
特許文献２には、静電気力によって摩耗粉を集塵する吸着手段を直動装置に設けて摩耗粉を除去する技術が開示されているが、高電圧電界を印加する必要があるために、装置が大規模且つ高価になるという問題点を有していた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、帯電に起因する摩耗が生じにくく長寿命な超音波駆動装置及び駆動ステージを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の超音波駆動装置は、支持部材に移動可能に支持された可動体を超音波領域の振動を用いて駆動する超音波駆動装置であって、前記可動体及び前記支持部材の一方の部材に備えられ、前記振動を発生させる超音波モータと、前記超音波モータに接触するように他方の部材に備えられ、前記振動を受けて前記可動体の駆動力を発生させる駆動力発生部材と、を有し、前記駆動力発生部材が導電性又は半導電性のセラミックで構成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２の超音波駆動装置は、請求項１に記載の超音波駆動装置において、前記セラミックの表面抵抗率が１×１０9 Ω以下であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の駆動ステージは、可動体と、前記可動体を移動可能に支持する支持部材と、超音波領域の振動を用いて前記可動体を駆動する超音波駆動装置と、を備える駆動ステージであって、前記超音波駆動装置は、前記可動体及び前記支持部材の一方の部材に備えられ、前記振動を発生させる超音波モータと、前記超音波モータに接触するように他方の部材に備えられ、前記振動を受けて前記可動体の駆動力を発生させる駆動力発生部材と、を有し、前記駆動力発生部材が導電性又は半導電性のセラミックで構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る請求項４の駆動ステージは、請求項３に記載の駆動ステージにおいて、前記セラミックの表面抵抗率が１×１０9 Ω以下であることを特徴とする。
駆動力発生部材が導電性又は半導電性のセラミックで構成されていれば、超音波モータと駆動力発生部材との接触部（摺動部）に帯電が生じにくいので、摺動によって発生した駆動力発生部材等の摩耗粉が摺動部に吸着されにくい。よって、超音波モータと駆動力発生部材との間に摩耗粉が噛み込まれることによる両者の摩耗の促進が生じにくい。なお、半導電性のセラミックの表面抵抗率は、１×１０9 〜１×１０10Ωである。
超音波モータと駆動力発生部材との摩擦により生じた静電気が、帯電せずに速やかに拡散するためには、セラミックの表面抵抗率が１×１０9 Ω以下であることが好ましい。なお、アルミナ，ジルコニア，窒化ケイ素の表面抵抗率は１×１０13Ω以上であり、絶縁性のセラミックに分類される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超音波駆動装置及び駆動ステージは長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る超音波駆動装置及び駆動ステージの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、超音波モータについて説明する。図１は超音波駆動装置に使用される超音波モータの主要部分の構造を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は裏面図である。また、図２は、超音波モータ全体の構造を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。ただし、図２においては、前記主要部分を収納するケースを破断して示してある。
【００１１】
この超音波モータ１は多重モード型の超音波モータであり、超音波領域の振動を発生させる振動体２と、この振動体２に接合され振動体２の振動に伴って振動する駆動チップ３と、振動体２を収納するケース４と、を備えている。そして、振動体２は支持部材８を介してケース４に支持されており、ケース４に設けられた開口部４ａから駆動チップ３の先端部が外部に突出している。
【００１２】
振動体２は、チタン酸ジルコン酸鉛，チタン酸バリウム，ニオブ酸リチウム等からなる圧電セラミック板５と、その両板面に取り付けられた電極膜と、で構成されている。一方の板面に取り付けられた電極膜は、図１の（ａ）から分かるように４分割されており、対角線上に位置する電極膜６Ａと電極膜６Ｃ、及び、電極膜６Ｂと電極膜６Ｄがそれぞれ結線されている。他方の板面に取り付けられた電極膜７は、図１の（ｂ）から分かるようにほぼ全面を覆っている。また、駆動チップ３は、圧電セラミック板５の端面に取り付けられている。
【００１３】
電極膜６Ａと電極膜６Ｂとにそれぞれ位相が９０°異なる電圧を印加するとともに電極膜７を接地すると、圧電セラミック板５に縦振動と横振動とが発生し、これら２種類の振動が合成されて楕円振動となる。そして、この楕円振動により、駆動チップ３がある方向の楕円運動をすることとなる。電極膜６Ａと電極膜６Ｂとに印加した電圧の位相を反転させると、駆動チップ３は前記と逆方向の楕円運動をすることとなる。
【００１４】
次に、上記のような超音波モータ１を可動体の駆動手段として使用した駆動ステージについて、図３を参照しながら詳細に説明する。図３の（ａ）は駆動ステージの平面図であり、（ｂ）は駆動ステージを軸方向から見た図である。
平板状の基台１１上に、クロスローラガイドのような一対の案内レール１２，１２が平行に設置されている。この案内レール１２，１２の上には可動体であるステージ１３が取り付けられており、ステージ１３は案内レール１２，１２により案内されて直線的に移動することができるようになっている。なお、この案内レール１２が本発明に係る駆動ステージの構成要件である支持部材に相当し、ステージ１３が可動体に相当する。
【００１５】
基台１１の上面には、案内レール１２と平行に柱状部材１４が固定され、この柱状部材１４の案内レール１２と平行な側面は、導電性又は半導電性のセラミックで構成された平板状の駆動力発生部材１５で覆われている。そして、ステージ１３の下面には、駆動チップ３が駆動力発生部材１５に接触するように、超音波モータ１が固定されている。
超音波モータ１を始動すると振動により駆動チップ３が楕円運動するので、駆動チップ３が押圧された駆動力発生部材１５には、摩擦によって軸方向（柱状部材１４の長手方向に沿う方向）の駆動力が発生する。そうすると、超音波モータ１と一体とされているステージ１３が、案内レール１２に沿って直線的に移動することとなる。
【００１６】
このとき、超音波モータ１の駆動チップ３と駆動力発生部材１５との摩擦によって静電気が発生するが、駆動力発生部材１５が導電性又は半導電性のセラミックで構成されているため、静電気が駆動力発生部材１５に帯電せずに速やかに拡散する。その結果、摺動によって発生した駆動チップ３や駆動力発生部材１５の摩耗粉が両者の摺動部に吸着されにくく、下方に落下するので、駆動チップ３と駆動力発生部材１５との間に摩耗粉が噛み込まれにくい。よって、両者の摩耗が促進されにくいため、超音波駆動装置や駆動ステージが長寿命となる。また、このような超音波駆動装置や駆動ステージは、安価に製造することができる。
【００１７】
このようなセラミックとしては、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 ＋ＴｉＣ等の導電性セラミックや、Ａｌ2 Ｏ3 のような絶縁性セラミックに導電性セラミックを均質に分散させて導電性を保持させた半導電性セラミックがあげられる。静電気が帯電せずに速やかに拡散するためには、セラミックの表面抵抗率が１×１０9 Ω以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、基台１１側に駆動力発生部材１５が取り付けられ、ステージ１３側に超音波モータ１が取り付けられていたが、これとは逆に基台１１側に超音波モータ１が取り付けられ、ステージ１３側に駆動力発生部材１５が取り付けられていてもよい。
【００１８】
また、ステージ１３は、図３のように上面が平坦なテーブル状である必要はなく、その形状は特に限定されない。さらに、本実施形態においては可動体であるステージ１３が直線状に移動する駆動ステージを例示して説明したが、ステージ１３が曲線状に移動する駆動ステージにも本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、半導体製造装置，液晶製造装置，Ｘ線や電子線を用いた計測装置等で使用される機械装置のように、非磁性が要求される環境下で使用される機械装置に好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】超音波モータの主要部分の構造を説明する図である。
【図２】超音波モータの全体の構造を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態である駆動ステージの構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      超音波モータ
２      振動体
３      駆動チップ
１１      基台
１２      案内レール
１３      ステージ
１５      駆動力発生部材
【図１】
2006271168.tif 000003
【図２】
2006271168.tif 000004
【図３】
2006271168.tif 000005