(57)【要約】【課題】超音波モータのフィンガと走行プレートとの接触部での熱を効率よく放熱できるようにして、デューティ比を抑制することなく、超音波モータの寿命延長を図る。【解決手段】超音波モータ７の振動をフィンガ８を介して走行プレート２６に伝達することにより駆動される可動体２５を備えた位置決め装置２０において、前記走行プレート２６が、プレート本体２７と、該プレート本体２７の前記フィンガ８が接触する側の表面に配置された硬質層２８とを備え、該硬質層２８の熱伝導率より前記プレート本体２７の熱伝導率を大きくする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータの振動をフィンガを介して走行プレートに伝達することにより駆動される可動体を備えた位置決め装置において、
前記走行プレートが、プレート本体と、該プレート本体の前記フィンガが接触する側の表面に配置された硬質層とを備え、該硬質層の熱伝導率より前記プレート本体の熱伝導率を大きくしたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記プレート本体に冷媒による冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記超音波モータを可動側に配置すると共に、前記走行プレートを固定側に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記硬質層がＣＶＤダイヤモンド又はセラミックであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動体を超音波モータにて直線駆動或いは回転駆動させる位置決め装置に関し、特に、半導体の製造装置（加工、検査装置）に好適に用いられる位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９及び図１０に超音波モータを可動体の駆動源とする従来の位置決め装置の一例を示す（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
この位置決め装置は、図９に示すように、ベース１上に一対のリニアガイド装置２がガイドレール３を互いに平行にして設置されており、各ガイドレール３に転動体（図示せず）を介してスライド可能に跨架されたスライダ４に可動テーブル（可動体）５が取り付けられて、該可動テーブル５がガイドレール３に沿って移動可能とされている。また、可動テーブル５の幅方向の一側には走行プレート６が取り付けられており、該走行プレート６にはベース１上に取り付けられた超音波モータ７のフィンガ８が押圧接触している。
【０００３】
超音波モータ７は、図１０に示すように、圧電セラミック板の一方の面に例えば４分割された電極膜１０ａ〜１０ｄを有すると共に、他方の面のほぼ全面に電極膜（図示せず）を有するモータ本体１２と、該モータ本体１２の先端部に設けられたフィンガ８とを備えている。電極膜１０ａ〜１０ｄは、互いに対角に位置する電極膜１０ａと電極膜１０ｄ、及び電極膜１０ｂと電極膜１０ｃが結線されている。なお、図１０において符号１１は超音波モータ７を収容する筐体であり、超音波モータ７は筐体１１内において、例えば４つのコイルばね１４により支持され、モータ本体１２の後端と筐体１１との間に設けられたコイルばね１５によってフィンガ８が走行プレート６に押し付けられるようになっている。
【０００４】
そして、モータ本体１２の一方の面に配置された電極膜１０ａ〜１０ｄの内、電極膜１０ａと電極膜１０ｂにそれぞれ位相の異なる電圧を印加すると共に、他方の面に配置された電極膜を接地することにより、モータ本体１２に縦振動と横振動を発生させてこれらの振動の合成によりフィンガ８を楕円運動させ、これにより、超音波モータ７の振動がフィンガ８を介して走行プレート６に伝達されて可動テーブル５がガイドレール３に沿って移動するようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１８４３８２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７６８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波モータ７は、フィンガ８と走行プレート６との摩耗が寿命に大きく影響することから、フィンガ８及び走行プレート６には耐摩耗性に優れるセラミック、特にアルミナ系のセラミックが多用されている。
一方、超音波モータ７では、モータ部での温度上昇が寿命や性能に大きく影響すると言われている。
【０００７】
超音波モータ７の振動により発生した熱（フィンガ８と走行プレート６との接触部で発生した摩擦熱も含む）は走行プレート６から可動テーブル５やベース１側へと放熱されるが、走行プレート６の素材であるセラミックは種類にもよるが一般的に熱伝導率が高くないため前記熱を効率よく逃がすことができない。特に、真空中においては筐体から大気中への放熱がないため、超音波モータの振動により発生した略全ての熱が走行プレート側に伝導して放熱され難くなる。
【０００８】
このような事情から、従来においては、超音波モータの温度上昇を一定以下に抑えて該超音波モータの寿命延長を図るべく、デューティ比（  稼動サイクル）  を抑制して使用している。
なお、前記熱の放熱効率を増すため、セラミック素材である走行プレートの厚みを薄くすることが考えられるが、走行プレートの薄さも３ｍｍ前後が限界で十分な放熱効率の向上を期待することは難しい。また、例えば、走行プレートに水冷ジャケット等を設けて強制冷却を試みる場合においても、セラミックは一般に加工性が悪く素材として優れているとは言えず、しかもセラミックはポーラス材であるため真空中で内部に冷媒流体を流すことは避けたい。
【０００９】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、超音波モータの振動により発生した熱を効率良く放熱してフィンガと走行プレートとの接触部での温度上昇を抑制し、これにより、デューティ比を抑制することなく、超音波モータの寿命延長を図ることができる位置決め装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、超音波モータの振動をフィンガを介して走行プレートに伝達することにより駆動される可動体を備えた位置決め装置において、
前記走行プレートが、プレート本体と、該プレート本体の前記フィンガが接触する側の表面に配置された硬質層とを備え、該硬質層の熱伝導率より前記プレート本体の熱伝導率を大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記プレート本体に冷媒による冷却手段を設けたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記超音波モータを可動側に配置すると共に、前記走行プレートを固定側に配置したことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記硬質層がＣＶＤダイヤモンド又はセラミックであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である位置決め装置を説明するための説明的平面図、図２は図１の正面図、図３は図１の右側面図、図４は走行プレートの硬質層を説明するための説明図、図５〜図７は本発明の第２の実施の形態である位置決め装置を説明するための図、図８は本発明の第３の実施の形態である位置決め装置を説明するための図である。なお、各実施の形態共に、超音波モータについては図１０で説明したものと同様であるため、各図に同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態である位置決め装置から説明すると、この位置決め装置２０は全体が真空チャンバ内に配置されて使用されるもので、図１〜図３に示すように、ベース２１上に一対のリニアガイド装置２２がガイドレール２３を互いに平行にして設置されている。
各ガイドレール２３には転動体（図示せず）を介して複数のスライダ２４が軸方向に移動可能に跨架されており、各スライダ２４には可動テーブル（可動体）２５が取り付けられて、該可動テーブル２５がガイドレール２３に沿って移動可能とされている。
【００１４】
また、固定側であるベース２１の幅方向の一側面には走行プレート２６が取り付けられており、可動側である可動テーブル２５の幅方向の一側面には超音波モータ７がそのフィンガ８を下方に向けて配置されて該フィンガ８が走行プレート２６の上面に押圧接触している。そして、超音波モータ７の振動がフィンガ８を介して走行プレート２６に伝達されることで、可動テーブル２５がガイドレール２３に沿って移動するようになっている。
【００１５】
ここで、この実施の形態では、走行プレート２６が、プレート本体２７と、該プレート本体２７の上面（前記フィンガ８が接触する側の表面）にコーティングされたセラミックやＣＶＤダイヤモンド等の硬質層２８（図４参照）とを備えており、プレート本体２７は熱伝導率の高い金属等で形成されて該プレート本体２７の熱伝導率が硬質層２８の熱伝導率より大きくなっている。
プレート本体２７に用いる熱伝導率の高い素材としては、アルミナ系セラミックの約１０倍の熱伝導性を有するアルミニウム合金や、アルミナ系セラミックの約２０倍の熱伝導性を有する銅合金が例示できる。
【００１６】
一方、硬質層２８は、フィンガ８との摩耗の観点から表面硬度が高いほど好ましく、ビッカース硬度で１０ＧＰａ以上、より好ましくは１５ＧＰａ以上のセラミックやＣＶＤダイヤモンド等を例示できる。このような硬さの硬質層であれば、膜厚は最低１μｍ以上あれば使用に耐え得る。また、硬質層２８は、脱粒等がないように純度が高いほどよい（９９％以上が好ましい）。この点で、硬質層２８の表面粗さは、算術平均粗さでＲａ０．２μｍ以下、好ましくはＲａ０．０５μｍ以下であることが望ましい。さらに、超音波モータ７のフィンガ８から大きな駆動力が得られるように硬質層２８の摩擦係数は大きいほど好ましい。
表１に硬質層２８に適用可能な具体的素材を示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１から、摩擦係数が０．３以上で高硬度のＣＶＤダイヤモンドやＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ等のセラミック等の他、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、天然ダイヤ、タングステンカーバイト等も好適に用いることができる。なお、表１中のプラズマ溶射法は、膜厚を厚くできるが、ビッカース硬度が１０ＧＰａ程度と低く、イオンプレーティング法は、ビッカース硬度が２０ＧＰａ以上と高いが、膜厚が数μｍと比較的薄い。
【００１９】
上記の説明から明らかなように、この実施の形態では、熱伝導性に優れた金属製のプレート本体２７の表面にセラミックやＣＶＤダイヤモンド等の硬質層２８をコーティングした走行プレート２６を用いているため、超音波モータ７の振動により発生した熱がプレート本体２７から効率良く放熱されてフィンガ８と走行プレート２６との接触部での温度上昇を抑制することができ、この結果、デューティ比を抑制することなく、超音波モータ７の寿命延長を図ることができる。
【００２０】
また、走行プレート２６を固定側に配置しているため、プレート本体２７を大きくして熱容量を大きくすることが容易となり、この結果、放熱効率をより高めることができる。
次に、図５〜図７を参照して、本発明の第２の実施の形態である位置決め装置を説明する。なお、上記第１の実施の形態と重複する部分については、各図に同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
この位置決め装置３０は、走行プレート２６の内部に冷媒（冷却水や窒素ガス等）の流路３１が軸方向に沿って形成されており、該流路３１の両端部には配管３２が接続されている。配管３２は、冷却ユニットや循環ポンプ等からなる循環部（図示せず）に接続されており、循環部から配管３２を介して流路３１に冷媒が供給されることで、プレート本体２７が強制冷却されるようになっている。ここで、この実施の形態では、流路３１、配管３２、冷媒及び循環部によって本発明の冷却手段を構成している。
【００２２】
このように、この実施の形態では、冷却手段によって走行プレート２６のプレート本体２７を強制冷却するようにしているので、超音波モータ７の振動により発生した熱のプレート本体２７からの放熱効率をより高めることができる。
また、冷却手段の流路３１は金属製のプレート本体２７に形成しているので、該流路３１の加工が容易となり、しかも、環境が真空中であっても、セラミックの場合のように、冷媒（水、窒素ガス）が壁部の気孔を通って外部に放出することはない。
【００２３】
更に、走行プレート２６を固定側に設置しているので、配管３２を引き回さずに済む。その他の作用効果については、上記第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
なお、本発明の位置決め装置の超音波モータ、走行プレート、プレート本体、硬質層、可動体、冷却手段等の構成は上記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００２４】
例えば、上記各実施の形態では、固定側であるベース２１に走行プレート２６を取り付け、可動側である可動テーブル２５に超音波モータ７を取り付けて、該超音波モータ７のフィンガ８を走行プレート２６に押圧接触させた場合を例に採ったが、これに代えて、固定側であるベース２１に超音波モータ７を取り付け、可動側である可動テーブル２５に走行プレート２６を取り付けて、該超音波モータ７のフィンガ８を走行プレート２６に押圧接触させるようにしてもよい。
【００２５】
また、上記各実施の形態では、可動テーブル２５を超音波モータ７にて直線駆動させる位置決め装置に本発明を適用した場合を例に採ったが、これに限定されず、例えば図８に示すように、ベース４１に転がり軸受４２を介して回転可能に支持された回転テーブル（可動体）４５をベース４１に固定された超音波モータ７にて回転駆動させる位置決め装置４０に本発明を適用してもよい。
【００２６】
この場合、回転テーブル４５が走行プレートを兼ねており、該回転テーブル４５を、短円柱状のプレート本体４７と、該プレート本体４７の外周面（前記フィンガ８が接触する側の表面）にコーティングされたセラミックやＣＶＤダイヤモンド等の硬質層４８とで構成し、プレート本体４７を熱伝導率の高い金属等で形成して該プレート本体４７の熱伝導率を硬質層４８の熱伝導率より大きくすることで、上記各実施の形態と略同様の作用効果を得ることができる。なお、超音波モータ７は図８では一個しか図示していないが、該超音波モータ７を周方向に複数配置してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、超音波モータの振動により発生した熱が走行プレートのプレート本体から効率良く放熱されてフィンガと走行プレートとの接触部での温度上昇を抑制することができるので、デューティ比を抑制することなく、超音波モータの寿命延長を図ることができるという効果が得られる。
請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、冷却手段の冷媒によって走行プレートのプレート本体を強制冷却するようにしているので、超音波モータの振動により発生した熱のプレート本体からの放熱効率をより高めることができるという効果が得られる。
【００２８】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に加えて、前記超音波モータを可動側に配置すると共に、前記走行プレートを固定側に配置しているので、前記プレート本体を大きくして熱容量を大きくすることが容易となり、この結果、放熱効率をより高めることができるという効果が得られる。
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか一項の発明に加えて、硬質層の硬度及び摩擦係数を大きくしてより大きな駆動力の伝達を可能にすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である位置決め装置を説明するための説明的平面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１の右側面図である。
【図４】走行プレートの硬質層を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態である位置決め装置を説明するための説明的平面図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】図５の右側面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である位置決め装置を説明するための説明的断面図である。
【図９】従来の位置決め装置の一例を説明するための説明的平面図である。
【図１０】超音波モータの一例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
７…超音波モータ
８…フィンガ
２０，３０…位置決め装置
２５…可動テーブル（可動体）
２６…走行プレート
２７…プレート本体
２８…硬質層
３１…流路（冷却手段）
３２…配管（冷却手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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