(57)【要約】【課題】  減速時において被駆動体の移動方向の逆転が生じない超音波モータを提供する。【解決手段】  超音波モータ１は、所定角度で交差するＡ１，Ａ２方向に配置された２つの超音波振動子３と、２つの超音波振動子３を連結する略Ｖ字型のヘッド部材４を有する。ヘッド部材４は、２つの超音波振動子３のそれぞれの出力を受ける２つの出力受け部４ｃと、２つの出力受け部４ｃからの出力を合成する１つの合成部４ａと、２つの出力受け部４ｃと合成部４ａとの間にそれぞれ設けられたネック部４ｂと、を有する。出力受け部４ｃの軸心横断面積Ｓ１とネック部４ｂの最小軸心横断面積Ｓ２との比Ｒ（＝Ｓ２／Ｓ１）の値を、０．３≦Ｒ≦０．７５とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定角度で交差する方向に配置された２つの超音波振動子と、
前記２つの超音波振動子のそれぞれの出力を受ける２つの出力受け部と、
前記２つの出力受け部からの出力を合成する１つの合成部と、
前記２つの出力受け部と前記合成部との間にそれぞれ設けられたネック部と、
を具備する超音波モータであって、
前記出力受け部の軸心横断面積Ｓ１と前記ネック部の最小軸心横断面積Ｓ２との比Ｒ（＝Ｓ２／Ｓ１）の値は、０．３≦Ｒ≦０．７５であることを特徴とする超音波モータ。
【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し、より詳しくは、減速時における被駆動体の移動方向の逆転の発生を防止し、低速域での速度制御性を向上させた超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
２個の超音波振動子と、これら超音波振動子を所定の角度（例えば、９０度）で保持する保持部材と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体に接し、その開放端部（Ｖ字型の開いている方）が超音波振動子と接続されたヘッドと、を備えた共振型の超音波モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような構造を有する超音波モータは互いに直交する方向に振動する２つの固有振動モードを有しており、この２つの固有振動モードを一致させる共振周波数で２つの超音波振動子を駆動することにより、ヘッドの先端部に楕円運動を生じさせることができる。例えば、各超音波振動子を位相が９０度ずれた共振周波数の電圧で駆動することにより、ヘッドの先端部に楕円運動を生じさせることができる。
【０００４】
そこで、例えば、リニアガイドに取り付けられたスライダにヘッドを一定の力で押し付けると、ヘッドとスライダとの間に生ずる摩擦力によってスライダにリニアガイドの延長方向の推力が与えられ、これによってスライダをリニアガイドに沿って移動させることができる。
【０００５】
しかしながら、この超音波モータは、高速側から低速側へ速度を落とした際に、スライダの移動方向が逆転するという現象が起こり、これがスライダの精密位置決めを困難にしているという問題がある。また、このような速度の逆転が怒らない速度でスライダを停止させようとすると、スライダの慣性によってスライダがすれてしまうので、位置決め精度を高めることは困難である。
【特許文献１】特開２０００−１５２６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、減速時において被駆動体の移動方向の逆転が生じない超音波モータ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】
すなわち本発明は、所定角度で交差する方向に配置された２つの超音波振動子と、
前記２つの超音波振動子のそれぞれの出力を受ける２つの出力受け部と、
前記２つの出力受け部からの出力を合成する１つの合成部と、
前記２つの出力受け部と前記合成部との間にそれぞれ設けられたネック部と、
を具備する超音波モータであって、
前記出力受け部の軸心横断面積Ｓ１と前記ネック部の最小軸心横断面積Ｓ２との比Ｒ（＝Ｓ２／Ｓ１）の値は、０．３≦Ｒ≦０．７５であることを特徴とする超音波モータ、を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、超音波モータの構造に起因して、従来の駆動方法を用いながら被駆動体の減速時の速度逆転の発生を防止することができる。これにより、被駆動体の位置決め精度を高めることができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に超音波モータ１の概略構造を表す断面図を示す。超音波モータ１は、所定角度（図１では９０度としている）で交差する軸心Ａ１，Ａ２方向に配置された２つのランジュバン型の超音波振動子３と、超音波振動子３を連結する略Ｖ字型のヘッド部材４と、２つの超音波振動子３を保持する保持部材５と、を有している。
【００１０】
２つの超音波振動子３はそれぞれ、所定の電圧を印加することによって各超音波振動子３の軸方向に伸縮する圧電素子６を備えている。各圧電素子６は円環状の形状を有し、その中央の穴にボルト部材７が挿通されている。ボルト部材７の両端にはそれぞれ、ねじ部７ａ・７ｂが形成されており、ねじ部７ａには、外面が円柱状に形成され、内側にねじ部７ａに対応するねじ部が形成されたナット状のハウジング８が螺合されている。保持部材５の両端部にもそれぞれボルト部材７を挿通させるための穴が形成されている。
【００１１】
ヘッド部材４は、開放端側を構成している出力受け部４ｃと、図示しない被駆動体に当接し、２つの出力受け部４ｃからの出力を合成する１つの合成部４ａと、２つの出力受け部４ｃと合成部４ａとの間にそれぞれ設けられたネック部４ｂと、を有している。
【００１２】
２つの出力受け部４ｃにはそれぞれ、ボルト部材７のねじ部７ｂに対応するねじ部が形成されており、ボルト部材７と螺合されている。このように、ボルト部材７にヘッド部材４の出力受け部４ｃとハウジング８とを螺合することにより、保持部材５を固定し、かつ、圧電素子６を所定の力で締め付けることができ、これにより超音波振動子３が構成される。
【００１３】
出力受け部４ｃは圧電素子６の出力（振動）を受け、この振動がネック部４ｂを介して合成部４ａに伝えられる。ネック部４ｂは、出力受け部４ｃが受けた圧電素子６の振動の変位を拡大する機構としての役割を担っている。こうして、２つの超音波振動子３に発生する振動は、ネック部４ｂにより拡大された後に、合成部４ａにおいて合成される。
【００１４】
先に述べたように、超音波モータ１は互いに直交する方向に振動する２つの固有振動モード（図１に示す上下方向の振動モードと、左右方向の振動モード）を有しており、この２つの固有振動モードを一致させる共振周波数の位相が９０度ずれた電圧で２つの超音波振動子３をそれぞれ駆動することにより、合成部４ａに楕円運動を生じさせることができるので、合成部４ａに図示しないスライダやロータを当接させれば、このようなスライダ等は合成部４ａとの摩擦力を介して合成部４ａから推力を受けて、その推力の向きに移動，回転等する。なお、２つの超音波振動子３を駆動する駆動電圧の位相を逆転させれば、被駆動体が移動，回転等する向きを逆転させることができる。
【００１５】
図２にヘッド部材４の拡大斜視図を示す。この図２では、出力受け部４ｃとして、各圧電素子６の変位方向（すなわち軸心Ａ１，Ａ２の延長方向）と直交する断面の形状（横断面形状）が四角形のものを示している。但し、出力受け部４ｃの横断面形状はこれに限定されるものではなく、円形や四角形以外の多角形等であってもよい。
【００１６】
図２には、ネック部４ｂとして、その横断面形状が四角形のものを示している。これは、出力受け部４ｃの形状に合わせたものであるが、出力受け部４ｃの形状が四角柱状であっても、ネック部４ｂを円錐状のくびれ形状としてもよい。また、例えば、出力受け部が円柱状の形状を有する場合には、ネック部を、その横断面形状としては円形とすることが好適である。
【００１７】
出力受け部４ｃの軸心横断面積は通常は一定とされ、ここでその横断面積を“Ｓ１”で表し、また、ネック部４ｂの最小軸心横断面積を“Ｓ２”で表すこととすると、超音波モータ１においてこれらの比Ｒ（＝Ｓ２／Ｓ１）は、０．３≦Ｒ≦０．７５に設定されている。
【００１８】
図３に、この比Ｒを変化させた場合の被駆動体の速度制御特性の一例を表すグラフを示す。ここで、被駆動体としては、１．３ｋｇのスライダを用い、駆動周波数が約３１ｋＨｚ（Ｒの値により共振周波数にずれが生ずるために、駆動周波数はこの共振周波数に合わせる）で位相差が９０度のｓｉｎ波とｃｏｓ波の電圧値を変化させて超音波モータ１を駆動し、スライダの移動速度を測定した。
【００１９】
その結果、図３に示されるように、Ｒ＝０．１５の場合には、スライダの高速移動が可能であるが、減速時にスライダの移動方向が逆転する現象が生じることが確認された。試験の結果、Ｒ値が０．３未満ではスライダの減速時に移動方向が逆転する現象が現れたが、この現象はＲ値が大きくなるにしたがって現れ難くなった。そしてＲ値が０．３以上では、スライダの減速時の移動方向の逆転は生じなくなり、低速駆動時の速度制御性が向上することが確認された。図３には、Ｒ＝０．４，０．６の場合を示した。
【００２０】
Ｒ値が大きくなることは、超音波振動子３の変位拡大性能が低下することであるから、図３に示されるように、Ｒ値が大きくなるにしたがって、スライダの速度は小さくなることが確認された。そして、Ｒ値が０．７５を超えると、２つの超音波振動子３はそれぞれ相手の超音波振動子から受ける振動に起因する撓み変形量が多くなってしまい、圧電素子６の外周部に欠け（破損）が生じ、製品寿命が短くなることが確認された。また、Ｒ値が大きくなると、超音波振動子３の撓みが大きくなることによって振動モードが変わり、スライダの速度制御が難しくなるという問題も生じた。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の超音波モータは、被駆動体に精密な速度制御および位置決め精度が要求される半導体製造装置等に装着されるＸ−Ｙステージの送り機構等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】超音波モータの概略構成を示す断面図。
【図２】超音波モータのヘッド部材を拡大して示す斜視図。
【図３】超音波モータの速度制御特性の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２３】
１；超音波モータ
３；超音波振動子
４；ヘッド部材
４ａ；合成部
４ｂ；ネック部
４ｃ；出力受け部
５；保持部材
６；圧電素子
７；ボルト部材
７ａ・７ｂ；ねじ部
８；ハウジング
【図１】
2006262626.tif 000003
【図２】
2006262626.tif 000004
【図３】
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