(57)【要約】【課題】出力部の静止安定性を高く維持しながらも、装置のコンパクト化を図ることができる、送り装置を提供することを課題とする。【解決手段】送り装置４１は、相互に交差するように配置され且つ出力端部を共有する少なくとも一対の超音波振動子５１を有する出力部４５と、出力部に対して被駆動部４２への当接方向の予圧を付与する予圧付与機構４７と、出力部が離隔可能に当接されると共に出力端部５５が被駆動部に対して当接又は離隔するように出力部を案内する支持面４８ｂ、を有する支持面提供部４８と、出力部に対して支持面への当接方向の押し付け力を付与する押付力付与機構５０とを備える。【選択図】図１
2008035642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に交差するように配置され且つ出力端部を共有する少なくとも一対の超音波振動子を有する出力部と、
前記出力部に対して被駆動部への当接方向の予圧を付与する予圧付与機構と、
前記出力部が摺動可能に当接される支持面を有する支持面提供部と、
前記出力部に対して前記支持面への当接方向の押し付け力を付与する押付力付与機構とを備え、
記出力部は前記押し付け力の除去により離隔可能に前記支持面に当接されており、
前記支持面は、前記出力端部が前記被駆動部に対して当接又は離隔するように、前記出力部を案内する
送り装置。
【請求項２】
前記出力部、前記予圧付与機構、前記支持面提供部及び前記押付力付与機構は、ベース上に設けられており、
前記出力端部は、前記出力部の前部に位置して前記被駆動部との当接に供されており、
前記予圧付与機構は、前記出力部の後方に配置されており、
前記出力部は、前記支持面に当接する支持面当接部を有しており、
前記支持面提供部は、前記支持面当接部の一方の側方に配置されており、
前記押付力付与機構は、前記支持面当接部の他方の側方に配置されている
請求項１に記載の送り装置。
【請求項３】
前記予圧付与機構及び前記押付力付与機構は、コイルばねによって構成されている請求項１又は２に記載の送り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子を用いた送り装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波振動子を用いた送り装置としては、特開２０００−１５２６７１号公報に例示されるように、交差態様で配置された一対の超音波振動子を一つの出力端部で接続するタイプや、特公平３−８１１１９号公報に例示されるように、複数の超音波振動子を行列状に配置するタイプが存在している。図５に前者のタイプの送り装置を、図６に後者のタイプの送り装置を模式的に示す。
【０００３】
まず、図５において、送り装置１は、出力部３と、スライドガイド機構５と、予圧付与機構７とを備えている。出力部３は、交差するように配置された一対の超音波振動子９を有する。一対の超音波振動子９は、一つの出力端部１１によって接続されている。スライドガイド機構５は、出力部３をベース１３に対してスライド自在に支持しており、通常、特定方向の直線移動だけを許容するローラーガイドなどによって構成されている。予圧付与機構７は、コイルばねなどによって構成されており、出力部３を被駆動部１５に向けて付勢して出力端部１１が適当な押し付け力で被駆動部１５に当接するようにしている。
【０００４】
図６に示される送り装置２１は、出力部２３と、板ばね２５と、予圧付与機構７とを備えている。出力部２３は、各出力端部３１が被駆動部１５に向けて行列状に整列された複数の超音波振動子１９を有している。板ばね２５は、出力部２３をベース１３に対して可動自在に支持している。
【特許文献１】特開２０００−１５２６７１号公報
【特許文献２】特公平３−８１１１９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、まず、上述した図５に示したタイプの従来の送り装置では、出力部３とベース１３との間に占有スペースが大きいスライドガイド機構５が介在しており、送り装置１全体が大型化する問題があった。
【０００６】
一方、図６に示したタイプの従来の送り装置では、板ばね２５を採用することによってスライドガイド機構５を使用せずに構成することが可能である。そして、複数の出力端部３１が被駆動部１５に当接していたため、スライドガイド機構５に依拠することなく出力部２３の姿勢を保持することが可能であった。しかしながら、このような板ばね２５を用いることによってスライドガイド機構５を使用せずに構成する態様は、図５に示した送り装置では適用することが困難である。図７に、図５の送り装置に板ばね２５を適用した構成を示す。図７に示す送り装置では、被駆動部１５に当接する出力端部１１が一つだけであったため、板ばね２５だけでは出力部３が傾きやすく適正な姿勢を保持しきれず、出力部の静止安定性が悪化するという新たな問題を発生させる。特に、送り装置は、半導体製造プロセスなどにおいてナノオーダーの微動送りを要求されることが多いため、出力部３の傾きに関する剛性が厳格に要求されるところである。
【０００７】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、出力部の静止安定性を高く維持しながらも、装置のコンパクト化を図ることができる、送り装置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】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る送り装置は、相互に交差するように配置され且つ出力端部を共有する少なくとも一対の超音波振動子を有する出力部と、前記出力部に対して被駆動部への当接方向の予圧を付与する予圧付与機構と、前記出力部が離隔可能に当接されると共に前記出力端部が前記被駆動部に対して当接又は離隔するように前記出力部を案内する支持面、を有する支持面提供部と、前記出力部に対して前記支持面への当接方向の押し付け力を付与する押付力付与機構とを備える。
【０００９】
また、好適には、前記出力部、前記予圧付与機構、前記支持面提供部及び前記押付力付与機構は、ベース上に設けられており、前記出力端部は、前記出力部の前部に位置して前記被駆動部との当接に供されており、前記予圧付与機構は、前記出力部の後方に配置されており、前記出力部は、前記支持面に当接する支持面当接部を有しており、前記支持面提供部は、前記支持面当接部の一方の側方に配置されており、前記押付力付与機構は、前記支持面当接部の他方の側方に配置されている。
【００１０】
さらに、前記予圧付与機構及び前記押付力付与機構は、コイルばねによって構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、出力部の静止安定性を高く維持しながらも、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１２】
なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る送り装置を、被駆動部を直線的に駆動するリニアタイプ送り装置として実施した場合の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１４】
図１、図２及び図３にそれぞれ、本実施の形態に係る送り装置の平面、背面及び側面を示す。なお、図の明瞭性を優先すべく、図１、図２及び図３においては、トップカバー、予圧付与機構及び超音波振動子近傍の図示をそれぞれ省略している。送り装置４１は、ベース４３と、出力部４５と、予圧付与機構４７と、支持面提供部４８と、押付力付与機構５０とを備えている。出力部４５は、ベース４３の上に配置されており、それぞれ圧電素子を含む一対のランジュバン型超音波振動子５１と、交差保持ブラケット５３と、支持面当接ブラケット（支持面当接部）５４とを備えている。一対の超音波振動子５１は、交差保持ブラケット５３によって平面的にみて各軸が相互に交差するような態様で支持されている。また、一対の超音波振動子５１は円柱状の出力端部５５を共有しており、すなわち、一対の超音波振動子５１の先端には単一の出力端部５５が設けられている。本実施の形態では、例示構成として、超音波振動子５１、交差保持ブラケット５３、支持面当接ブラケット５４及び出力端部５５の組立体は、平面視、左右対称的な構成を有しており、ほぼ左右対称軸ＣＬ上に出力端部５５の被駆動部４２に対する当接点５５ａが位置している。
【００１５】
支持面当接ブラケット５４は、交差保持ブラケット５３の後部に接続されており、側面視、前方に開口するコの字状の板部材からなる。すなわち、その前面が交差保持ブラケット５３の左右中央後面に接続する後板部５４ａと、その後板部５４ａの上端及び下端からそれぞれ前方に延長する上板部５４ｂ及び下板部５４ｃとを有する。前述した超音波振動子５１、交差保持ブラケット５３及び出力端部５５は、上板部５４ｂ及び下板部５４ｃの間に挟まれるように配置されている。
【００１６】
さらに支持面当接ブラケット５４の後方、すなわち、超音波振動子５１や交差保持ブラケット５３を挟んだ出力端部５５との反対側には、予圧付与機構４７が設けられている。予圧付与機構４７は、コイルばね５７と、ばね受け板５９とを備えている。
【００１７】
ばね受け板５９は、ベース４３上に立設されている。そして、ばね受け板５９にはコイルばね５７の後端が接続されている。コイルばね５７の前端は、支持面当接ブラケット５４における後板部５４ａの後面に接続されている。予圧付与機構４７は、コイルばね５７の弾性力によって出力部４５に対して被駆動部４２への当接方向の予圧を付与している。
【００１８】
支持面提供部４８は、支持面当接ブラケット５４の一方の側方（本実施の形態では、左側方）に配置されており、押付力付与機構５０は、支持面当接ブラケット５４の他方の側方（本実施の形態では、右側方）に配置されている。
【００１９】
支持面提供部４８は、本実施の形態では、上下複数対の直方体状のブロック体４８ａを有しており、下方のブロック体４８ａは、ベース４３上に取り付けられており、上方のブロック体４８ａは、トップカバー７１の下面に取り付けられている。また、上下一対のブロック体４８ａにおけるそれぞれ支持面当接ブラケット５４と対向する面（右側面）が、支持面４８ｂとして機能する。本実施の形態では、支持面４８ｂは、ベース４３と直交する上下方向に延長すると共に前後方向にも延長している一つの平滑面として構成されている。そして、かかる支持面４８ｂと面接触する、支持面当接ブラケット５４の左側面もまた、同様に、ベース４３と直交する上下方向に延長すると共に、前後方向に延長する一つの平滑面として構成されている。
【００２０】
押付力付与機構５０は、本実施の形態では、上下複数対のばね受け体８１と、それらに対応して設けられた複数のコイルばね８３とを備えている。下方のばね受け体８１は、ベース４３上に取り付けられており、上方のばね受け体８１は、トップカバー７１の下面に取り付けられている。ばね受け体８１には、コイルばね８３の一端（右端）が接続されており、コイルばね８３の他端（左端）は、支持面当接ブラケット５４におけるばね受け体８１と対向する側面（右側面）に接続されている。押付力付与機構５０は、コイルばね８３の弾性力によって出力部４５に対して支持面４８ｂへの当接方向の押し付け力を付与する。
【００２１】
このような構成により、出力部４５は、支持面４８ｂに、離隔可能且つ支持面に沿ってスライド可能に当接され、出力端部５５が被駆動部４２に当接したり離隔したりできるように支持面４８ｂにより案内される。
【００２２】
さらに、本実施の形態では、支持面当接ブラケット５４の上下に複数のコイルばね９１が設けられており、駆動時における出力部４５の上下方向の振動が抑えられている。上方のコイルばね９１の上端は、トップカバー７１の下面に接続され、下端は支持面当接ブラケット５４の上板部５４ｂに接続されている。また、下方のコイルばね９１の下端は、ベース４３上に接続され、上端は支持面当接ブラケット５４の下板部５４ｃに接続されている。
【００２３】
次に、以上のように構成された送り装置４１の動作について説明する。図１に示されるように出力部４５のほぼ左右対称軸上にある当接点５５ａが被駆動部４２に当接している状態から、予圧付与機構４７を機能させ、出力部４５に予圧を付与する。このとき、出力部４５は、コイルばね８３の弾性力によって支持面提供部４８の支持面４８ｂに押し付けられているため、左右方向（被駆動部の送り方向）に拘束されておりながら前後方向（予圧方向）や上下方向には拘束されてなく、支持面４８ｂに沿って前方に付勢され、所望の予圧力が付与される。所望の予圧が付与されたならば、超音波振動子５１に電流を印加することで各超音波振動子５１から変位を出力させ、出力端部５５において出力変位を合成して摩擦力として取り出し、被駆動部４２を図示の駆動方向へと動作させる。
【００２４】
このような本実施の形態の送り装置４１によれば、出力端部５５が被駆動部４２に対して当接又は離隔するように出力部４５を案内できる支持面４８ｂを設けておき、そして、出力部４５を、当該支持面４８ｂに離隔可能に当接させておくというシンプルな構成を採用するため、出力部４５とベース４３との間に従来のローラーガイドのような大掛かりなガイド機構を設けることを強いられない。従って、送り装置４１全体をコンパクト化することができる。特に、出力部とベースとの間に大掛かりなガイド機構が不要となるため、高さを低背化できる。
【００２５】
加えて、本実施の形態では、出力部を単一の板ばねで支持した態様とは異なり、出力部４５が、ベース４３と交差する向きに延長する支持面４８ｂに押し付けられる態様で支持されている。このため、出力部４５の動作として、ベース４３と交差する軸回りの回転動作が防止される。よって、被駆動部４２への当接点５５ａが実質的に平面視一箇所だけ当接する態様、換言するならば、被駆動部４２と出力端部５５との当接を広範に亙って確保していない当接態様であっても、出力部４５の姿勢を保持し送り装置４１の停止時における出力部４５の静止安定性を高く確保することができる。これは、特に、ナノオーダーの微動送りを要求される使用においては非常に有益である。
【００２６】
その一方で、支持面４８ｂへの押し付けによる出力部４５の支持態様は、出力部４５の上下方向の移動は拘束していない。このため、出力部４５における円柱状の出力端部５５は、予圧力を受けて、その上端５５ｂから下端５５ｃに亙って連続する線接触態様で、被駆動部４２と当接されるように企図されている（図３参照）。すなわち、従来のローラーガイドに代表されるようなベースと平行な動作のみを許容するような出力部の支持態様であったならば、精度の問題や、使用に伴う磨耗、振動などによって、出力端部が被駆動部に対して上下一方に片当たりするような場合でも、本実施の形態の支持態様であれば、出力端部５５の偏りを吸収し、常時、出力端部５５の被駆動部４２への線接触状態を確保することが可能となっている。
【００２７】
また、押し付け力及び予圧力に関する好適な設定について説明すると、コイルばね８３による押し付け力は、被駆動対象質量や駆動加速度等によって決定できる駆動推力よりも大きく設定し、且つ、コイルばね５７による予圧力は、本来必要な予圧力よりも支持面４８ｂと支持面当接ブラケット５４との接触摩擦損失分を加味した大きさ設定することが望ましい。このような設定によれば、駆動時に左右方向のガタツキを防止し、且つ、これまでの送り装置と何ら変わらない推力を獲得することができる。
【００２８】
さらに、本発明者は、本実施の形態に係る送り装置と、比較例として、図７に示したように共通の出力端部を有する一対の超音波振動子を板ばねで支持する送り装置とに関して、静止安定性すなわち駆動方向の剛性について測定を行った。
【００２９】
測定方法について説明すると、送り装置につき、可動部重量１０ｋｇのステージを取り付け、静止状態で駆動方向にハンマリングを行い、ステージ位置の変化を測定する。次に、この位置変化をＦＦＴ解析して共振周波数を求め、可動部重量から送り方向の剛性を算出した。測定の結果、本実施の形態に係る送り装置では、剛性は２Ｎ／μｍであった。
【００３０】
さらに、フィードバックコントロールシステムを接続して位置決めを行い、静止時の目的位置との差を位置誤差として０．１ｍｓｅｃおきに測定した。位置センサには分解能１ｎｍのリニアスケールを用いた。その結果、２０秒間の位置誤差の標準偏差をσとすると、３σ＜０．５ｎｍであった。
【００３１】
これに対して、比較例の送り装置では、まず、板ばねの厚みが０．２ｍｍ以下の場合、すでに出力部の先端が傾いてしまい駆動自体が不可能となった。よって、厚みが０．３ｍｍの板ばねを用いたところ、出力部の保持は可能となり、本実施の形態の送り装置の場合と同様にして、共振周波数を求め剛性を算出すると、剛性は０．３Ｎ／μｍであった。さらに、同様に位置誤差を測定したところ、３σ≒１０ｎｍという結果を得た。なお、比較例では、板ばねが厚いため、予圧を発生させるコイルばねの弾性力を板ばねが受けてしまい、取り付け位置の微妙な差で予圧力の大きな変化をもたらし、均一なセッティングが困難になる不利益も生じていた。
【００３２】
以上から分るように、本実施の形態の送り装置では、比較例に対して、剛性において約６倍強の増加、位置誤差において約２０分の１の減少という、著しい性能向上が得られている。また、厚い板ばねを用いなくても出力部の傾きを抑制できるため、厚い板ばねを用いたことによりセッティングが困難になるといった問題も回避できる。
【００３３】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【００３４】
上述した実施の形態では、支持面は、ベースと直交する凹凸のない単一の平滑面として実施されていたが、本発明の支持面としては、これに限定されるものではない。よって、例えば、図４に示すように、支持面当接ブラケット５４側に対して窪んだ縦断面がＶ字状の溝を有する支持面１４８ｂを設け、さらにかかる支持面１４８ｂのＶ字状の溝と係合するような突起１５４ｄを具備した支持面当接ブラケット５４を用いて実施することも可能である。勿論、支持面当接ブラケットに溝などの凹部を形成し、支持面にそれと対応する突起などの凸部を形成することも可能である。いずれにしても、出力部の一部又はそれと一体的に移動する例えば支持面当接ブラケットなどの部分を少なくとも部分的に面接触態様で離隔可能に受けることが面であれば、支持面として広く実施することが可能である。
【００３５】
また、支持面の延長方向は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、少なくとも、ベースと交差する方向に延長し、且つ、出力端部が被駆動部に当接したり離隔したりできるように出力部を案内する方向に延長していれば、適宜、改変して実施することも可能である。
【００３６】
本発明の送り装置は、被送り体を直線的に移動させる態様に限定されるものではなく、例えば、ロータ（被駆動部）を回転駆動させる態様として実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る送り装置の平面図である。
【図２】図１の矢印ＩＩからみた送り装置の背面図である。
【図３】図１の矢印ＩＩＩからみた送り装置の側面図である。
【図４】本発明の改変した実施の形態に係る送り装置に関し、図２と同態様の図である。
【図５】従来の送り装置の平面及び側面を示す図である。
【図６】従来の別の送り装置の平面及び側面を示す図である。
【図７】図５の送り装置に関し、図６の板ばねを組み入れた構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
４１                                            送り装置
４２                                            被駆動部
４３                                            ベース
４５                                            出力部
４７                                            予圧付与機構
４８                                            支持面提供部
４８ｂ、１４８ｂ                                支持面
５０                                            押付力付与機構
５１                                            超音波振動子
５５                                            出力端部
【図１】
2008035642.tif 000003
【図２】
2008035642.tif 000004
【図３】
2008035642.tif 000005
【図４】
2008035642.tif 000006
【図５】
2008035642.tif 000007
【図６】
2008035642.tif 000008
【図７】
2008035642.tif 000009