(57)【要約】【課題】  コンパクト化、低コスト化、エネルギー消費量の低減を図ることが可能な超音波リニアモータと駆動・案内装置を提供すること。【解決手段】  振動梁に進行波を励起し、その振動によりスライダーを駆動する超音波リニアモータにおいて、  上記振動梁の一部にはより大きな質量を持つ振動体が構成されている超音波リニアモータ。  又、１本の進行波振動梁の周りに摩擦板や摺動部材により構成されるスライダーを移動可能に設置した駆動・案内装置。【選択図】  図１
2011160527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動梁に進行波を励起し、その振動によりスライダーを駆動する超音波リニアモータにおいて、
上記振動梁の一部にはより大きな質量を持つ振動体が構成されていることを特徴とする超音波リニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波リニアモータにおいて、
上記振動体には駆動素子が付加されていて略共振する駆動源が構成されていることを特徴とする超音波リニアモータ。
【請求項３】
請求項１記載の超音波リニアモータにおいて、
上記振動体と上記振動梁が段付構造になっていることを特徴とする超音波リニアモータ。
【請求項４】
１本の進行波振動梁の周りに摩擦板や摺動部材により構成されるスライダーを移動可能に設置したことを特徴とする駆動・案内装置。
【請求項５】
請求項４記載の駆動・案内装置において、
上記スライダーは弾性部材によって与圧を付加可能な状態で構成されていことを特徴とする駆動・案内装置。
【請求項６】
請求項４記載の駆動・案内装置において、
上記摺動部材は潤滑剤含有のポリアセタール樹脂製であることを特徴とする駆動・案内装置。
【請求項７】
請求項１記載の超音波リニアモータと、
上記超音波リニアモータの振動梁の周りに請求項４記載のスライダーを移動可能に設置したことを特徴とする駆動・案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いる超音波リニアモータモーとその超音波リニアモータを用いた駆動・案内装置に係り、特に、構成の簡略化と組立精度の向上を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波駆動を用いた位置決め装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２に示すようなものがある。しかしながら、これら特許文献１、特許文献２に記載されている位置決め装置の場合には次のような問題があった。
【０００３】
まず、特許文献１に記載された位置決め装置及び特許文献２に記載された位置決め装置の何れの場合も、その構成が複雑であるという問題があった。すなわち、ステージの駆動・案内のために超音波振動発生装置と、それとは別に２本の案内レールを使用する構成であり、その為部品点数が多くて構成が複雑化してしまうという問題があった。
又、特許文献１に記載された位置決め装置及び特許文献２に記載された位置決め装置の何れの場合も、広い設置スペースを必要としていてそのコンパクト化が阻害されてしまうとともに、部品点数の関係から組み立てに多くの工数を要してしまい、組立精度も低下してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の主要な発明者は、２本の振動梁を用いて駆動と案内の両方を行うコンパクトな駆動・案内装置を提案している。その構成は特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９８９７３号公報
【特許文献２】特開２００３−３３９１７５号公報
【特許文献３】特開２００７−６８３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、上記特許文献３に記載されている駆動・案内装置の場合には、上記特許文献１、特許文献２に記載されている位置決め装置に比べて装置のコンパクト化を図ることができるが、未だ不十分であり、さらなるコンパクト化が要求されていた。又、低コスト化とエネルギー消費量の低減についても同時に求められているものである。
【０００７】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、コンパクト化、低コスト化、エネルギー消費量の低減を図ることが可能な超音波リニアモータと駆動・案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による超音波リニアモータは、振動梁に進行波を励起し、その振動によりスライダーを駆動する超音波リニアモータにおいて、  上記振動梁の一部にはより大きな質量を持つ振動体が構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項２による超音波リニアモータは、請求項１記載の超音波リニアモータにおいて、上記振動体には駆動素子が付加されていて略共振する駆動源が構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項３による超音波リニアモータは、請求項１記載の超音波リニアモータにおいて、上記振動体と上記振動梁が段付構造になっていることを特徴とするものである。
又、請求項４による駆動・案内装置は、１本の進行波振動梁の周りに摩擦板や摺動部材により構成されるスライダーを移動可能に設置したことを特徴とするものである。
又、請求項５による駆動・案内装置は、請求項４記載の駆動・案内装置において、  上記スライダーは弾性部材によって与圧を付加可能な状態で構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項６による駆動・案内装置は、請求項４記載の駆動・案内装置において、  上記摺動部材は潤滑剤含有のポリアセタール樹脂製であることを特徴とするものである。
又、請求項７による駆動・案内装置は、請求項１記載の超音波リニアモータと、上記超音波リニアモータの振動梁の周りに請求項４記載のスライダーを移動可能に設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、振動梁を小型コンパクトにすると超音波振動周波数も上がり、質量も小さくなり、大きな進行波振幅を得ることが困難であったが、本願発明の請求項１による超音波リニアモータによると、振動梁に進行波を励起し、その振動によりスライダーを駆動する超音波リニアモータにおいて、  上記振動梁の一部にはより大きな質量を持つ振動体が構成されているので、より大きな進行波振幅を得ることができるものである。
又、請求項２による超音波リニアモータは、請求項１記載の超音波リニアモータにおいて、上記振動体には駆動素子が付加されていて略共振する駆動源が構成されているので、質量の大きな振動体を共振させてより大きな振動エネルギーを得ることができ、それによって、振動梁においてもより大きな進行波振幅を得ることができる。
又、請求項３による超音波リニアモータは、請求項１記載の超音波リニアモータにおいて、上記振動体と上記振動梁が段付構造になっているので、その構成も簡単であり部品点数が増加することもない。
又、請求項４による駆動・案内装置は、１本の進行波振動梁の周りに摩擦板や摺動部材により構成されるスライダーを移動可能に設置したので、１本の振動梁によって駆動と案内の両方の機能を発揮させる構成になっているので、別途案内の為の機構を設ける必要はなく、構成の簡略化を図ることができる。
又、請求項５による駆動・案内装置は、請求項４記載の駆動・案内装置において、  上記スライダーは弾性部材によって与圧を付加可能な状態で構成されているので、より大きな推力を得ることができる。
又、請求項６による駆動・案内装置は、請求項４記載の駆動・案内装置において、  上記摺動部材は潤滑剤含有のポリアセタール樹脂製であるので、摩擦係数が小さくて摩耗も少なく、より円滑な動作を提供することができる。
又、請求項７による駆動・案内装置は、請求項１記載の超音波リニアモータと、上記超音波リニアモータの振動梁の周りに請求項４記載のスライダーを移動可能に設置したので、振動梁によって駆動と案内の両方の機能を発揮させる構成になっているので、別途案内の為の機構を設ける必要はなく、構成の簡略化を図ることができる。又、振動梁の一部に大きな質量をもつ振動体を設けているので、より大きな進行波振幅を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、図１（ａ）は本実施の形態による駆動・案内装置の構成を示す平面図、図１（ｂ）は本実施の形態による駆動・案内装置の構成を示す正面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のｃ−ｃ断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図で、本実施の形態による駆動・案内装置を制御する制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】比較例を示す図で、振動梁の長手方向に沿った振動振幅の変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態を示す図で、振動梁の長手方向に沿った振動振幅の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１乃至図４を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による駆動・案内装置の構成を示す図であり、まず、一対の支柱１、１が離間・配置されていて、これら一対の支柱１、１の間には振動梁３が設置されている。上記振動梁３の両端には振動体５、５が設けられている。すなわち、上記振動梁３の両端部が段付部７、７を挟んでその高さ方向｛図１（ｂ）中上下方向｝の幅が大きくなっていて、その部分が上記振動体５、５となっているものである。この振動体５、５の部分は振動梁３の他の部分に比べて大質量となっている。
【００１２】
上記振動梁３は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属、アルミナ等のセラミックスから製造されている。
因みに、本実施の形態における振動梁３はアルミニウム製である。
【００１３】
上記振動体５の図１（ｂ）中上下面には圧電素子｛この実施の形態の場合にはピエゾ型圧電素子（ＰＴＺ）｝９、９が貼り付けられている。それによって、振動体５の部分が駆動源となっているものである。
【００１４】
上記振動梁３にはスライダー１１が、図１（ａ）中左右方向に移動可能に取り付けられている。上記スライダー１１は次のような構成になっている。まず、上記振動梁３を図１（ｂ）中上下方向から挟むように上側摩擦板１３、下側摩擦板１５が設置されている。又、上記振動梁３を図１（ｃ）中左右方向から挟むように一対の摺動部材１７、１９が設置されている。そして、上記上側摩擦板１３、下側摩擦板１５と一対の摺動部材１７、１９は、４組の締結具２１によって締結・固定されている。上記締結具２１は両端に雄ねじ部を備えたボルト状の弾性部材２３と、この弾性部材２３の両端の雄ねじ部に螺合されたナット２５、２７とから構成されている。図１（ｃ）において、上側摩擦板１３、下側摩擦板１５が、上下方向の案内装置、摺動部材１７、１９が左右方向の案内装置を振動梁３と構成している。
【００１５】
上記摺動部材１７、１９の材質としては、摩擦係数が小さくて摩耗が少ない材料であって、且つ、低コストの材料が好ましく、本実施の形態の場合には、潤滑剤入りのポリアセタール樹脂を使用している。
【００１６】
そして、上記駆動源からは、図１（ｂ）において振動梁３に上下方向に振動する進行波を発生させる。この振動梁３における進行波と上記スライダー１１の上側摩擦板１３、下側摩擦板１５とが摩擦接触することになり、それによって、スライダー１１に、図１（ａ）中左右方向の推力が発生することになる。又、上記振動梁３と上側摩擦板１３及び下側摩擦板１５の摩擦接触を安定したものとして大きい推力を得るために、各締結具２１の弾性部材２３によって、上記上側摩擦板１３及び下側摩擦板１５を、上記振動梁３に押付けて与圧を付与するようにしている。
【００１７】
上記二箇所の振動源には、図２に示すように、夫々ドライバー３１、３３が接続されている。これらドライバー３１、３３によって、上記二つの駆動源に必要な交流電力を印加するものである。上記ドライバー３１、３３は、位相差制御器３５、振幅増幅器３７、位置決めコントローラ３９により制御されるように構成されている。上記位相差制御器は３５は上記振動梁３に必要な推力をえるために適当な大きさの進行波を励起させたり、スライダー１１の移動方向を切り替えるために進行波の向きを変えたりするために、上記ドライバー３１、３３との位相差を制御している。
【００１８】
又、上記振幅制御器３７は進行波の振幅Ａを制御することにより推力の大きさや速度を制御している。又、上記位置決めコントローラ３９は、駆動・案内装置のスライダー１１の位置を検出するリニアエンコーダ４１からの位置情報に基づき、上記位相差制御器３５及び振幅制御器３７を用いて各ドライバー３１、３３を制御するものであり、それによって、上記スライダー１１を任意に駆動させることができるように構成されている。   
【００１９】
以上の構成を基にその作用を説明する。まず、左右一対の駆動源が超音波振動することにより振動梁３に進行波が発生する。この進行波に対しては上記スライダー１１の上側摩擦板１３及び下側摩擦板１５が摩擦接触しており、それによって、スライダー１１に、図１（ａ）中左右方向の推力が発生する。その結果、上記スライダー１１が図１（ａ）中左右方向に適宜移動することになる。
【００２０】
その際、又、上記位置決めコントローラ３９は、駆動・案内装置のスライダー１１の位置を検出するリニアエンコーダ４１からの位置情報に基づき、上記位相差制御器３５及び振幅制御器３７を介して上記各ドライバー３１、３３を制御する。それによって、スライダー１１が適宜の方向に移動して所望の場所に停止するものである。
【００２１】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、本実施の形態の場合には、１本の振動梁３によって駆動と案内の両方の機能を発揮させる構成になっているので、別途案内の為の機構を設ける必要はなく、構成の簡略化を図ることができる。
本実施の形態の場合には、振動梁３の両端に大きな質量をもつ振動体５、５を設けているので、より大きな進行波振幅を得ることができるものである。       
又、本実施の形態では、大きな質量の振動体５、５と振動梁３が一体の段付構造となっているので、その構成も簡単であり部品点数が増加することもない。
又、振動梁３と振動体５、５の間に接続部もなく安定した振動を得ることができる。
又、大きな質量を持つ振動体５、５に圧電素子（ＰＺＴ）９を付加するようにしているので、質量の大きな振動体５、５を共振させてより大きな振動エネルギーを得ることができ、それによって、振動梁３においてもより大きな進行波振幅を得ることができる。
因みに、質量が小さい場合には共振させても大きな振動エネルギーを得ることはできないものである。
又、上記スライダー１１は弾性部材２５によって与圧を付加される構成になっているので、振動梁３の進行波に対してスライダー１１の上側摩擦板１３及び下側摩擦板１５をより安定した状態で摩擦接触させることができ、それによって、より大きな推力を得ることができる。
又、上記摺動部材１７、１９は潤滑剤含有のポリアセタール樹脂製であるので、摩擦係数が小さくて摩耗も少なく、より円滑な動作を提供することができる。
【００２２】
上記効果に関して測定結果データを参照して説明する。図３、図４は振動梁における進行波の振幅Ａを示すものであり、図３は圧電素子が貼り付けられている駆動源近傍も振動梁と同じ厚みの場合の結果を示していて（比較例）、図４は本実施の形態の場合（振動源は段付形状にて厚く大きな質量を持つ）の結果を示している。又、この実験ではＬＤＶ（レーザードップラー振動計）にて振動梁３の振動振幅と位相の測定を行い図にプロットしているものである。
【００２３】
比較例の場合には、駆動源近傍の振幅も小さく、振動梁での進行波の振幅Ａ１も小さくなっている。これに対して、本実施の形態の場合には、振動源で大きな共振振動があると共に振動梁３の進行波の振幅Ａ２も十分大きなものとなっている。このように、振動体５、５の質量を大きくすることにより、大きな振動振幅を有する進行波を得ることができ、その結果、駆動・案内装置を小型コンパクト化しても必要な駆動推力を十分に得ることができるものである。                    
【００２４】
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記一実施の形態の場合には、振動梁と振動体を一体化させたものを例に挙げて説明したが、それに限定されるものではない。大きな質量を持つ振動体が構成できれば良く、例えば、厚みの薄い振動梁を延長し、その上下に厚板を貼付けることにより、大質量の振動体を得るようにしても良い。
又、振動梁の両端の材質を変えて大質量とすることも考えられる。
又、前記一実施の形態の場合には、１本の振動梁の例を挙げて説明しているが、例えば、２本の振動梁を用いる構成においても適用可能である。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、駆動・案内装置に係り、特に、構成の簡略化と組立精度の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに好適である。
【符号の説明】
【００２６】
１  支柱
３  振動梁
５  振動体
７  段付部
９  圧電素子
１１  スライダー
１３  上側摩擦板
１５  下側摩擦板
１７  摺動部材
１９  摺動部材
２１  締結具
２３  弾性部材
２５  ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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