(57)【要約】【課題】温度上昇が生じにくく長寿命な超音波モータを提供する。【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、振動体２を収納するケース４と、を備えている。このケース４はアルミ合金等の金属材料で構成されており、バネ等の弾性支持体３４を介して振動体２を支持している。ケース４の内面には、金属材料よりも放射熱の吸収率が高いセラミックで構成された薄膜状又はシート状の吸熱部材Ｈが被覆されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波領域の振動を発生させる振動体と、該振動体を収納するケースと、を備える超音波モータにおいて、前記振動体から発せられる放射熱を吸収して前記ケースに伝導させる吸熱部材を、前記ケースの内部に設けたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記吸熱部材は薄膜状又はシート状であり、前記ケースの内面の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記吸熱部材がセラミックで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記ケースの内面から突出する吸熱部材を、前記振動体に近接させて配したことを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記吸熱部材の少なくとも表面がセラミックで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波モータに関する。
【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）。なお、上記のような装置においては、超音波モータが真空中で使用される場合も多い。
【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、圧電素子を収納するケースと、圧電素子をケースに支持する弾性支持体と、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）に押圧することにより駆動力を発生させる。また、ケースは、加工性が良好なアルミ合金等の金属材料で構成されている場合が多い。
【０００４】
圧電素子の振動により超音波モータは発熱するが、この熱は、駆動チップを介して熱伝導により相手部材へ移動したり、弾性支持体や空気を介して熱伝導によりケースへ移動したり、放射によりケースへ移動するため、超音波モータの温度はそれほど高温とはならない場合もある。
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【特許文献２】特開平１１−１８７６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電素子からの熱放出が十分ではなく超音波モータの温度上昇が大きい場合は、超音波モータが破損するおそれがある。また、超音波モータは、ステッピングモータと比較すると駆動力が小さいので、駆動力の向上とそれに伴うサイズアップの抑制のために、複数の圧電素子をケース内に組み込んだタイプがあるが、圧電素子が複数用いられていると、その分だけ超音波モータの温度上昇の度合いも大きくなる。つまり、ケース内面に放射熱が吸収されるが、圧電素子が複数の場合は圧電素子１個当たりのケース内面の面積が小さくなるので、温度上昇の度合いが大きくなることとなる。特に、３個以上の圧電素子を並列に並べた場合は温度上昇の度合いが大きいので、超音波モータの破損を防止するために、モータ速度や駆動率等を落として使用する必要性が生じるという問題があった。
【０００６】
さらに、圧電素子を構成する圧電セラミックは、温度によって特性が変化するという性質を有しているので、複数の圧電素子の間で温度差が大きい場合には、各圧電素子に接続する駆動チップの振動や移動速度等にバラツキが生じるおそれがある。その結果、駆動チップや案内レールの摩耗が促進され、超音波モータの寿命が低下するという問題があった。そして、これらの問題は、空気中への熱の伝導が生じない真空環境下で超音波モータが使用される場合に、特に顕著である。
【０００７】
ケース内に高熱伝導性グリースを充填し、このグリースを介して熱をケース等へ伝導することにより温度上昇を抑える超音波モータが提案されているが（特許文献２を参照）、このような超音波モータを真空環境下で使用すると、グリースから揮発成分が発生するという問題があった。
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、温度上昇が生じにくく長寿命な超音波モータ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】
【０００８】
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の超音波モータは、超音波領域の振動を発生させる振動体と、該振動体を収納するケースと、を備える超音波モータにおいて、前記振動体から発せられる放射熱を吸収して前記ケースに伝導させる吸熱部材を、前記ケースの内部に設けたことを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２の超音波モータは、請求項１に記載の超音波モータにおいて、前記吸熱部材は薄膜状又はシート状であり、前記ケースの内面の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項３の超音波モータは、請求項２に記載の超音波モータにおいて、前記吸熱部材がセラミックで構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の超音波モータは、請求項１に記載の超音波モータにおいて、前記ケースの内面から突出する吸熱部材を、前記振動体に近接させて配したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５の超音波モータは、請求項４に記載の超音波モータにおいて、前記吸熱部材の少なくとも表面がセラミックで構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超音波モータは、温度上昇が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
〔第一実施形態〕
本発明に係る超音波モータの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であ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）は該主要部分の正面図、（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）は超音波モータの正面図、（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。
【００１２】
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。このケース４はアルミ合金等の金属材料で構成されており、バネ等の弾性支持体３４を介して振動体２を支持している。なお、図２の例では、振動体２は４個の弾性支持体３４によってケース４に取り付けられている。
また、ケース４の内面には、金属材料よりも放射熱の吸収率が高いセラミック（例えばシリカやアルミナを含有するセラミック）で構成された薄膜状又はシート状の吸熱部材Ｈが被覆されている。そして、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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の平面図を参照しながら詳細に説明する。
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。
【００１６】
ステージ１３の一方の側面にはリニアスケール２１が取り付けられており、さらにリニアスケール２１に対向する位置にはリニアスケール２１に記録された情報を読み取る検出ヘッド２２が配されている。これらリニアスケール２１と検出ヘッド２２とで位置検出手段２３が構成され、ステージ１３の現在位置が測定可能となっている。
さらに、ステージ１３の他方の側面にはステージ１３の長手方向両端にわたる駆動力発生部材１５が固定されていて、この駆動力発生部材１５に、基台１１上に固定された前述の超音波モータ１の駆動チップ３が押圧されている。駆動チップ３は、ケース４と振動体２との間に介在されたバネ３２の付勢力によって駆動力発生部材１５に押圧されており、この押圧力はロードセル３３によって測定できるようになっている。
【００１７】
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、摩擦により駆動力が発生し駆動される。そうすると、駆動力発生部材１５と一体とされているステージ１３が、案内レール１２に沿って移動することとなる。
このとき、位置検出手段２３によってステージ１３の現在位置が検出されるから、得られた現在位置情報を基にしてステージ１３の移動を制御することができる。すなわち、予め設定してあるステージ１３の移動プロファイルに基づく基準位置情報と前記現在位置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基にして、制御装置２５で演算処理を行い、その演算結果に応じて変化させた電流をドライバ２６から超音波モータ１へ入力する。
【００１８】
このような駆動ステージを駆動させると、振動により振動体２が発熱するが、この熱は、駆動チップ３を介して熱伝導により駆動力発生部材１５へ移動したり、弾性支持体３４やケース４内の空気を介して熱伝導によりケース４へ移動する。さらに、放射により熱がケース４へ移動するが、金属材料よりも放射熱の吸収率が高いセラミックで構成された吸熱部材Ｈがケース４の内面に被覆されているので、放射熱が高効率で吸熱部材Ｈに吸収されケース４へ伝導される。よって、吸熱部材Ｈが被覆されていない場合と比べて、振動体２からケース４への伝熱量が高まるので、超音波モータ１の温度上昇が生じにくい。その結果、超音波モータ１が破損しにくく長寿命となるとともに、速度や駆動率を高くして超音波モータ１を使用することができる。
【００１９】
また、本実施形態の超音波モータ１は、真空環境下で使用されても温度上昇が生じにくい。すなわち、真空環境下では空気を介した熱伝導がほとんど生じないので、超音波モータの温度上昇が比較的生じやすいが、本実施形態の超音波モータ１は、放射熱が高効率で吸熱されるので、空気がほとんど存在しない真空環境下で使用されても温度上昇が生じにくい。
吸熱部材Ｈは、酸化膜、セラミック溶射等の化学的処理による膜、塗料の塗布等の物理的処理による膜などで構成することができる。具体例としては、株式会社信州セラミックス製の完全黒体セラミック皮膜や、セラミッション株式会社製のセラミック塗料「セラックα」から製造した膜があげられる。
【００２０】
〔第二実施形態〕
第二実施形態の超音波モータを、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第二実施形態の超音波モータの構成，動作，作用効果等は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
図４は、超音波モータ全体の構造を説明する図であり、（ａ）は超音波モータの正面図、（ｂ）は側面図である。ただし、図４においては、超音波モータのケースを破断して示してある。また、図４においては、図２と同一又は相当する部分には、図２と同一の符号を付してある。
【００２１】
第二実施形態の超音波モータ１においては、ケース４内に複数の振動体２（図４では４個である）が並列に並べられている。そして、各振動体２の間には、ケース４の内面から内部に向かって突出する板状の吸熱部材Ｈ２が配されている。この吸熱部材Ｈ２は、その板面が振動体２の板面とほぼ並行になるように、且つ、両板面が近接するように配されている。
【００２２】
吸熱部材Ｈ２の材質は特に限定されるものではないが、振動体２から発せられる放射熱を吸収し、その熱をケース４に効率良く伝導させる性質（高熱伝導率）を有していることが好ましい。例えば、鉄，銅，アルミニウム等の金属材料やセラミック材料があげられる。また、吸熱部材Ｈ２は、金属材料製の芯部の表面に第一実施形態で示した膜を被覆したものでもよい。
【００２３】
複数の振動体を有する超音波モータは大きな温度上昇が生じやすいが、上記のような構成の超音波モータであれば、吸熱部材Ｈ２がない場合と比べて振動体２からケース４への伝熱量が高いので、超音波モータ１の温度上昇が生じにくい。また、各振動体２の間で温度差が生じにくいので、駆動チップ３の振動や移動速度等にバラツキが生じにくい。よって、速度や駆動率を高くして超音波モータ１を使用することができるとともに、駆動チップ３や案内レールの摩耗が抑制され、超音波モータ１が長寿命となる。
【００２４】
なお、吸熱部材Ｈ２の形状は板状に限定されるものではなく、振動体２から発せられる放射熱を効率良く吸収することが可能であれば、他の形状でも差し支えない。例えば、棒状，格子状があげられる。また、本実施形態においては、超音波モータ１は複数の振動体２を有していたが、振動体２が１個である場合にも本実施形態に示したような吸熱部材Ｈ２を適用可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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】
【００２６】
【図１】第一実施形態の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】第一実施形態の超音波モータの全体の構造を説明する図である。
【図３】超音波モータを可動体の駆動手段として使用した駆動ステージの構造を説明する平面図である。
【図４】第二実施形態の超音波モータの全体の構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      超音波モータ
２      振動体
３      駆動チップ
４      ケース
３４      弾性支持体
Ｈ，Ｈ２  吸熱部材
【図１】
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【図２】
2006271169.tif 000004
【図３】
2006271169.tif 000005
【図４】
2006271169.tif 000006