(57)【要約】【課題】摩擦部材と駆動力伝達部材との摺動によって発生した摩耗紛の再付着を防止し長期間にわたって駆動させることのできる超音波モータ駆動装置を提供する。【解決手段】摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの駆動により上記摩擦部材が当接して可動する可動体と、該可動体の上記摩擦部材の当接面に付着する摩耗粉を除去する多数の繊維状体を備えた掻き取り部とを有し、該掻き取り部を、上記摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させるようにした超音波モータ駆動装置において、上記掻き取り部は、その先端を球状に形成していることを特徴とする。【選択図】図１
2004236389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの駆動により上記摩擦部材が当接して可動する可動体と、該可動体の上記摩擦部材の当接面に付着する摩耗粉を除去する多数の繊維状体を備えた掻き取り部とを有し、該掻き取り部を、上記摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させるようにした超音波モータ駆動装置において、
上記掻き取り部は、その先端を球状に形成したことを特徴とする超音波モータ駆動装置。
【請求項２】
上記掻き取り部の球径が繊維状体の線径の２〜４倍であることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ駆動装置。
【請求項３】
上記掻き取り部は、球状基体表面に表面抵抗が１０１２Ω／□以上の非晶質硬質炭素から成る保護膜で被覆したことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波モータ駆動装置。
【請求項４】
上記掻き取り部は、上記球状基体表面に炭化ケイ素からなる中間層を介して上記保護膜で被覆したことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ駆動装置。
【請求項５】
上記掻き取り部は、上記球状基体の表面側より順にＴｉからなる第１の中間層、Ｓｉからなる第２の中間層及び上記保護膜で被覆したことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータ駆動装置。
【請求項６】
上記掻き取り部と接するアース電極を設けるとともに、掻き取られた摩耗粉の回収手段を設け、上記掻き取り部に付着する摩耗粉を上記回収手段にて回収するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ駆動装置に関するものであり、特に精密加工機械、精密測定装置、半導体製造装置に用いられる装置として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波モータは、最小振幅がナノメートルオーダーと小さく、高分解能の位置決めが可能であり、しかも摩擦駆動であるために駆動力が大きいといった特徴を有するため、これまでカメラのレンズズーム機構や腕時計のバイブレーションアラームなど回転運動系への実用化が行われており、最近では直線運動系への適用が試みられている。
【０００３】
図６に従来の超音波モータ駆動装置の一例を示すように、この装置は、ベース盤６１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材６２を備え、これらのガイド部材６２によって可動体としてのステージ６３を直線的に案内するようになっている。
【０００４】
また、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に対して平行に駆動力伝達部材６４が、ステージ６３の他方の側面には、上記駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５がそれぞれ設置されており、該リニアスケール６５と対向する位置には測定ヘッド６６を設けて位置検出手段６７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材６４と対向する位置には２つの超音波モータ５１を設置し、各超音波モータ５１の摩擦部材５６を上記駆動力伝達部材６４の当接面に対して垂直に当接させてある。
【０００５】
なお、図中、５７は超音波モータ５１を収容するケース、５８は超音波モータ５１の駆動を阻害することなくケース５７内に保持するためのスプリング、５９は超音波モータ５１をステージ６３の駆動力伝達部材６４に押圧するためのスプリングである。また、６８は位置検出手段６７より得られた位置情報を基にステージ６３の駆動条件を制御する制御部であり、６９は制御部６８から出力された信号を基に超音波モータ５１を駆動させるための指令信号を出力するドライバーである。
【０００６】
また、図７（ａ）（ｂ）に図６の案内装置に用いる超音波モータ５１の構造を示すように、この超音波モータ５１は、圧電セラミック板５２の一方の主面に４分割された電極膜５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを有し、対角に位置する電極膜５３ａと電極膜５３ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜５３ｂと電極膜５３ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜５４を形成した振動体５５と、上記圧電セラミック板５２の端面に設けたセラミックスやガラスからなる摩擦部材５６とからなり、上記一方の主面に形成された電極膜５４をアースするとともに、他方の主面に形成された電極膜５３ａと電極膜５３ｂにそれぞれ位相を異ならせた電圧を印加することにより、圧電セラミック板５２に縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合力によって摩擦部材５６を楕円運動させるようになっていた。
【０００７】
そのため、この超音波モータ５１を駆動させると、超音波モータ５１の摩擦部材５６の摩擦駆動によってステージ６３をガイド部材６２に沿って移動させることができ、ステージ６３の移動に伴う位置検出手段６７からの位置情報と、予め設定してあるステージ６３の基準位置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御部６８にて例えばＰＩＤ演算処理を行ってドライバー６９に超音波モータ５１への指令信号を出力するフィードバック制御を行うことにより、ステージ６３を移動・位置決めするようになっていた。
【０００８】
ところが、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４は互いに摩耗し、その摩耗粉が駆動力伝達部材６４に付着するため、この摩耗粉が超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間に噛み込まれると当接状態が変化することから、ステージ６３の駆動特性を不安定にさせるとともに、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４の摩耗が促進され、短期間の使用で超音波モータ５１や駆動力伝達部材６４を交換しなければならないといった課題があった。
【０００９】
これらの課題を解決するため、特許文献１では、駆動力伝達部材６４に付着した摩耗粉を除去するため、ブラシやローラあるいはフェルトや剥離爪等を駆動力伝達部材６４に当接させて摩耗粉を除去する技術が開示されていた。
【００１０】
また、本件出願人らが、特許文献２に示すように、ブラシ等の掻き取り部を上記摩耗粉と異なる極性に帯電させることにより、摩耗粉を掻き取り部に静電気力により吸着させ、掻き取った摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着することを防止する提案を既に行っていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１８４４６号公報
【特許文献２】
特開２００２―１４２４７１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献１に示されているようなブラシ、ローラ、フェルト、剥離爪等を用いて摩耗粉を除去しようとしても、掻き残しが生じたり、掻き取った摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着したり、或いは掻き取り部に摩耗粉が堆積してやがては掻き取り作用を阻害するといった課題があり、確実に摩耗粉を除去することができなかった。
【００１３】
また、特許文献１には、摩耗粉の再付着を防止するためにクリーニング溶液を塗布することが開示されているが、このクリーニング溶液が駆動力伝達部材６４に付着すると、超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間にすべりが発生し、ステージ６３の駆動特性に悪影響を与えるといった課題があった。
【００１４】
また、本件出願人らが提案した特許文献２では、摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着することは防止できるものの、掻き取り部の先端付近に摩耗粉の付着が集中すると、付着した摩耗粉を充分に保持できなくなり、保持しきれなかった摩耗粉が駆動力伝達部材６４へ再付着するという課題が生じていた。更には、掻き取り部自体の摩耗が激しく、超音波モータ駆動装置を長時間運転すると、掻き取り部が摩耗して十分な掻き取り作用が得られなくなる等の課題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの駆動により上記摩擦部材が当接して可動する可動体と、該可動体の上記摩擦部材の当接面に付着する摩耗粉を除去する多数の繊維状体を備えた掻き取り部とを有し、該掻き取り部を、上記摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させるようにした超音波モータ駆動装置において、上記掻き取り部は、その先端を球状に形成したことを特徴とする超音波モータ駆動装置を提供する。
【００１６】
また、上記掻き取り部の球径が繊維状体の線径の２〜４倍であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、上記掻き取り部は、球状基体表面に表面抵抗が１０１２Ω／□以上の非晶質硬質炭素から成る保護膜で被覆したことを特徴とする。
【００１８】
一方、上記掻き取り部は、上記球状基体表面に炭化ケイ素からなる中間層を介して上記保護膜で被覆したことを特徴とする。
【００１９】
また、上記掻き取り部は、上記球状基体の表面側より順にＴｉからなる第１の中間層、Ｓｉからなる第２の中間層及び上記保護膜で被覆したことを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記掻き取り部と接するアース電極を設けるとともに、掻き取られた摩耗粉の回収手段を設け、上記掻き取り部に付着する摩耗粉を上記回収手段にて回収するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の超音波モータ駆動装置の一例を示す平面図である。なお、従来例と同一部分については同一符号で示す。
【００２２】
この装置は、ベース盤６１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材６２を備え、これらガイド部材６２によって可動体としてのステージ６３を直線的に案内するようになっている。
【００２３】
また、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に対して平行に駆動力伝達部材６４を、ステ―ジ６３の他方の側面には、上記駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５をそれぞれ設置してあり、該リニアスケール６５と対向する位置には測定ヘッド６６を設けて位置検出手段６７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材６４と対向する位置には２つの超音波モータ５１を配置し、各超音波モータ５１の摩擦部材５６を上記駆動力伝達部材６４の当接面に対して垂直に当接させてある。
【００２４】
なお、図中、５７は超音波モータ５１を収容するケース、５８は超音波モータ５１の駆動を阻害することなくケース５７内に保持するためのスプリング、５９は超音波モータ５１をステージ６３の駆動力伝達部材６４に押圧するためのスプリングである。また、図１に示す超音波モータ５１の構造は、図７に示した超音波モータと同一の構造であるため、ここでは説明を省略する。
【００２５】
また、摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との摩擦駆動により発生した摩耗粉の帯電状態とは異なる極性に帯電させることができるとともに、図４に示すように、多数の繊維状体１ｂ、２ｂと、その先端に少なくとも１個の球状体１ａ、２ａとからなるブラシ１、２を保持した掻き取り部３、４が、２つの超音波モータ５１を挟んだ両側にそれぞれ配置してあり、この掻き取り部３、４は電磁アクチュエータやエアーシリンダー、圧電アクチュエータ等の直動手段５、６にてブラシ１、２をそれぞれ駆動力伝達部材６４に当接または離間することができるようにしてある。
【００２６】
上記ブラシ１は、図１、図４（ａ）に示すように線径１０〜２００μｍ、長さ０．３ｍｍ〜３ｍｍの繊維状体１ａ、２ａの一端を一束あたり３０〜２００本として、それぞれ掻き取り部３、４の基体３ａ、４ａに植設し、多端である先端は球径２０〜８００μｍの球状体１ｂ、２ｂを備えたものである。
【００２７】
なお、６８は位置検出手段６７より得られた位置情報を基にステージ６３の駆動条件を制御する制御部、６９は上記制御部６８から出力された信号を基に超音波モータ５１を駆動させるための指令信号を出力するドライバー、７は上記制御部６８から出力された信号を基に直動手段５、６を駆動させるための指令信号を出力するドライバーである。
【００２８】
そして、ステージ６３を移動させるには、まず、ドライバー６９より超音波モータ５１に指令信号を出力して摩擦部材５６を駆動力伝達部材６４に対して摩擦駆動となる楕円運動をさせればよく、この摩擦駆動によってステージ６３をガイド部材６２に沿って移動させることができる。その後、ステージ６３の移動に伴う位置検出手段６７からの位置情報と、予め設定してあるステージ６３の基準位置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御部６８でＰＩＤ演算処理を行って、ドライバー６９に超音波モータ５１への指令信号を出力することにより、ステージ６３を所定の条件で継続して移動させればよい。
【００２９】
また、ステージ６３の移動中、例えば、ステージ６３をＬの方向に移動させる場合、制御部６８から出力される信号を基にドライバー７によって直動手段５を駆動させてブラシ１を駆動力伝達部材６４より離間させるとともに、直動手段６を駆動させてブラシ２を駆動力伝達部材６４に当接させることにより、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との摩擦駆動によって発生し、駆動力伝達部材６４の右端に付着していた摩耗粉１０Ｒを機械的に掻き取るとともに、摩耗粉１０Ｒを静電気力によってブラシ２に吸着、保持させることができるため摩耗粉１０Ｒを効率良く除去することができる。
【００３０】
一方、ステージ６３をＲの方向に移動させる場合、制御部６８から出力される信号を基にドライバー７によって直動手段６を駆動させてブラシ２を駆動力伝達部材６４より離間させるとともに、直動手段５を駆動させてブラシ１を駆動力伝達部材６４に当接させることにより、駆動力伝達部材６４の左端に付着していた摩耗粉１０Ｌを機械的に掻き取るとともに、摩耗粉１０Ｌを静電気力によってブラシ１に吸着、保持させることができるため、摩耗粉１０Ｌを効率良く除去することができる。
【００３１】
そのため、本発明の装置を用いれば、摩耗粉１０Ｒ，１０Ｌが超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間に噛み込まれることがなく、ステージ６３の安定した駆動特性が得られ、１μｍ程度の移動精度や１μｍ以下の位置決め精度が要求されるような場合でも精度良く移動、位置決めすることができる。
【００３２】
本発明の構成によれば、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との摺動によって発生した摩耗粉は帯電しており、この摩耗粉の帯電と異なる極性にブラシ１、２を帯電させており、機械的な掻き取りだけでなく、静電気力によってブラシ１、２に摩耗紛を吸着させることができるため、摩耗粉の除去効率を大幅に高めるだけでなく、球状体１ａ、２ａを繊維状体１ｂ、２ｂの先端に備えたブラシ１、２とすることにより、図５に示すような繊維状体のみからなるブラシと比較して、吸着させた摩耗粉を保持する吸着表面積が増大するために、摩耗粉のブラシへの保持能力を更に上昇でき、掻き取られた摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着することを容易に防止できるのである。
【００３３】
具体的には、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４がセラミックス、サファイヤ、ガラスのいずれか、またはこれらの複合部材で形成されている場合、これらの材料の摩耗粉は正に帯電することから、ブラシ１、２は負に帯電する材質により形成すれば良い。ここで、自発的に負に帯電させることができるとともに、駆動力伝達部材６４を傷付けることなく、かつ駆動力伝達部材６４に付着する摩耗粉を十分に掻き取る力が得られるものとしては、ナイロン等のポリアミド系樹脂、アクリル等のポリアクリロニトリル系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル（テビロン）、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリエステル、塩素化ポリプロピレン等の塩素含有樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、あるいはセルロース等の樹脂を用いることができ、これらの樹脂にてブラシ１、２を形成すれば良く、ブラシ１、２の材質が異なっていてもよい。
【００３４】
一方、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４がテフロン（Ｒ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂や金属またはこれらの複合部材で形成されている場合、これらの材料の摩耗粉は負に帯電することから、ブラシ１、２は正に帯電する材質により形成すれば良く、例えば、アクリル、ポリアミド、ナイロン、ウール、レーヨン等によって形成すれば良い。
【００３５】
また、球状体１ａ、２ａの球径は、繊維状体１ｂ、２ｂのそれぞれの線径の２〜４倍であることが好ましい。
【００３６】
球状体１ａ、２ａの球径を繊維状体１ｂ、２ｂのそれぞれの線径の２倍以上としたのは、２倍未満では帯電に寄与する球状体の表面積が小さいために、摩耗紛に十分な帯電量を付与することができず、繊維状体１ａ、２ａの曲がり具合や可動体の速度によっては、摩耗紛を保持することができないからである。一方、球状体１ｂ、２ｂの球径を繊維状体１ａ、２ａのそれぞれの線径の４倍以下としたのは、４倍を超えると、用いる樹脂によっては製造歩留まりが極端に悪くなるからである。
【００３７】
更には、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４がセラミックス、サファイヤ、ガラスのいずれか、またはこれらの複合部材で形成されている場合、球状体１ａ、２ａは球状基体８ａの表面に図４（ｂ）に示すように非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆してなり、駆動力伝達部材に対して対摩耗性が向上し、先に課題で述べたブラシ１、２の著しい摩耗を防止することができ、より好適である。
【００３８】
保護膜８ｃで用いられる非晶質硬質炭素は、元々自発的に負に帯電しており、非晶質硬質炭素を保護膜として被覆するだけでブラシ１、２が正負いずれに帯電していても摩耗紛の吸着には関与しなくなるので、ブラシ１、２の材質の選択が容易になる。
【００３９】
さらに、図４（ｃ）の上記球状体１ｂ、２ｂのＺ−Ｚ断面図に示すように、球状基体８ａの表面に炭化ケイ素からなる中間層８ｂを介して、絶縁性を有する非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆しても好適である。
【００４０】
炭化ケイ素からなる中間層８ｂを介することで、ブラシ１、２に対する保護膜の密着力が向上し、長期信頼性の高いものになるからである。
【００４１】
あるいは、図４（ｄ）に示すようにブラシ側より順にＴｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅを介して、非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで上記ブラシ１、２を被覆しても好適である。
【００４２】
即ち、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄは物質への拡散係数が大きいことから、ブラシ１、２とＳｉからなる第２の中間層８ｅと強固に密着させることができるとともに、Ｓｉからなる第２の中間層８ｅはその熱膨張係数が非晶質硬質炭素膜８ｃと近似しているために密着性をより強固なものとすることが可能となる。
【００４３】
ところで、本発明の超音波モータ駆動装置に用いるブラシ１、２の球状体１ａ、２ａや繊維状体１ｂ、２ｂは、従来公知の溶融紡糸法や成形法を用いて成形することができ、成形中、繊維状体１ｂ、２ｂ、球状体１ａ、２ａの少なくともいずれか一方が軟化状態にあるときに他方を押圧して冷却することでブラシ１、２が得られる。
【００４４】
また、ブラシ１、２の先端に形成した球状基体８ａに非晶質硬質炭素膜８ｃを被覆するには、ＣＶＤ法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法による薄膜形成手段を用いればよい。特に、非晶質硬質炭素膜８ｃのみを被覆する場合、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）ガスをフィラメントでイオン化した炭素イオンをイオン加速器によりブラシ１、２の表面に蒸着させるイオンプレーティング法を用いることが好ましく、その厚みは０．６〜１．５μｍであればよい。
【００４５】
また、炭化ケイ素からなる中間層８ｂを介して、前記非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆する場合、プラズマＣＶＤ法を用いればよく、中間層及び保護膜の厚みは、いずれも０．６〜１．５μｍであることが好適である。
【００４６】
また、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅを介して、非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆する場合も、プラズマＣＶＤ法を用いればよい。より具体的には、先ず、チャンバー室内に各被膜を被覆するためのソースガスとキャリアガスを供給し、アノード（陽極）電極とブラシ１、２を配置したカソード（陽極）電極との間に電圧を印加することで、カソード（陽極）電極から引き出された電子をソースガスおよびキャリアガスと衝突させてプラズマを発生させ、該プラズマ中のソースガス成分をブラシ１，２の表面に堆積させれば良い。そして、チャンバー室に供給するソースガス及びキャリアガスを以下に示す表１のように順次置き換えてブラシ１、２側より順にＴｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅを介して非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで被覆すればよい。
【００４７】
【表１】
2004236389.tif 000003
【００４８】
あるいは、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅをいずれもスパッタリング法で形成した後、プラズマＣＶＤ法により非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで被覆してもよい。
【００４９】
なお、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄ、Ｓｉからなる第２の中間層８ｅの厚みは、いずれも０．１５〜０．４μｍ、非晶質硬質炭素膜８ｃの厚みは０．６〜３．０μｍであることが好適である。
【００５０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図２（ａ）（ｂ）に示す実施形態は、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との摺動によって発生する摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電する先端に球状体を有しその表面に非晶質硬質炭素膜の保護膜８ｃを有したブラシ１、２を多数束ねて掻き取り部３、４の一部である円筒状体３ｂ、４ｂに植設したものである。ここで、円筒状体３ｂ、４ｂの軸芯はステージ６３の移動方向に対して垂直に位置するように直動手段５、６に設置し、上記軸芯を中心にステッピングモータ等の回転機構１２、１３によって回転させることができるようにしてある。
【００５１】
この実施形態によれば、ブラシ１、２は円柱状に植設されているため、摩耗紛を機械的に除去するブラシ１、２の本数は、表１に示す案内装置で用いたブラシの本数より多くすることができる。そのため、駆動力伝達部材６４と摺動している特定のブラシ領域Ｓ１、Ｓ２が摩耗粉を保持しきれなくなったとしても、回転手段１２、１３によってブラシ１、２をそれぞれ回転させ、新しいブラシ領域を駆動力伝達部材６４と当接させることにより先に説明した実施形態よりもさらに長期間にわたって継続的に摩耗粉の除去を行うことができる。
【００５２】
なお、ブラシ１、２を回転させる条件としては、特定のブラシ領域Ｓ１、Ｓ２における摩耗粉の保持しきれなくなるまでの時間を予め実験によって測定しておき、その時間を超えない範囲で一定駆動時間毎に回転させればよい。
【００５３】
あるいは、位置検出手段６７からの位置情報と基準位置情報との偏差を常時または定期的に検出するようにし、ステージ６３が加速して摩耗粉の発生が増大したとき、即ち、上記偏差が増大したときにブラシ１、２を回転させ、新しいブラシ領域を駆動力伝達部材６４に当接させるようにしても良く、さらにはブラシ１、２の帯電量を測定し、摩耗粉が保持できなくなった場合、帯電量が０に近づくことを利用し、この帯電量が０に近い、特定の値になったときにブラシ１、２を回転させ、新しいブラシ領域を駆動力伝達部材６４に当接させるようにしてもよい。
【００５４】
図３（ａ）（ｂ）に示す実施形態は、図２（ａ）（ｂ）に示す実施形態において、ブラシ１、２の下方に、直動手段５、６の駆動によってブラシ１、２ととともに移動する回収トレー１４、１５を設けたもので、この回収トレー１４、１５は、摩耗紛を回収するためのものである。
【００５５】
また、回収トレー１４、１５の一端より延びる支持体１６、１７にはアース電極２０、２１を設けてあり、各アース電極２０、２１は、円筒状体３ｂ、４ｂの軸芯を挟んで、駆動力伝達部材６４と接触するブラシ領域Ｓ１、Ｓ２に対し、反対側のブラシ領域Ｓ３、Ｓ４と接触するようにしてある。
【００５６】
この実施形態によれば、アース電極２０、２１と触れるブラシ領域Ｓ３、Ｓ４を除電することにより静電気力を弱め、吸着・保持していた摩耗粉を落下させて回収トレー１４、１５にて回収することができるため、周囲の雰囲気を汚染することなく、アース電極２０、２１と触れたブラシ領域Ｓ、Ｓ４における摩耗粉の保持能力を回復させ、一度使用したブラシ領域Ｓ３、Ｓ４を再利用することが可能となる。
【００５７】
そのため、ブラシ１、２を回転機構１２、１３によって定期的に回転させることにより、駆動力伝達部材６４と接触するブラシ領域Ｓ１、Ｓ２では摩耗粉の除去を行い、アース電極２０、２１と接するブラシ領域Ｓ３、Ｓ４では、吸着・保持した摩耗粉を回収トレー１４、１５に回収させ、摩耗粉の保持能力を回復させることで、長期間にわたり、ブラシ１，２を交換することなく摩耗粉の除去を行うことができる。
また、本実施形態では装置として、可動体が直線運動する超音波モータ駆動装置を例にとって説明したが、可動体が回転運動する装置にも適用できることは言うまでもなく、さらに、可動体を駆動させる超音波モータ５１についても、多重モード型のものに限らず、単一振動モードの定在波型や進行波、複数振動モードのモード変換型、複合振動型の超音波モータであっても構わない。
【００５８】
このように、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々改良したり変更したりしたものでも構わない。
【００５９】
【実施例】
（実施例１）
ここで、図４の繊維状体１ｂ（２ｂ）と、その先端に球状体１ａ（２ａ）とからなるブラシ１、２を多数備えた図１に示す超音波モータ駆動装置と、図５の繊維状体のみからなるブラシ１、２を多数備えた図１に示す超音波モータ駆動装置とを用意し、各装置のステージ６３を駆動させ、ステージ６３の駆動特性が不安定になる、即ち位置検出手段６７からの位置情報と基準位置情報との偏差が１μｍを超えるまでの距離と、ステージ６３を５００ｋｍ移動させた後の摩耗部材５６と駆動力伝達部材６４の合計摩耗量について比較する実験を行った。
【００６０】
なお、本実験で用いる装置を構成するガイド部材６２には、ストロークが１００ｍｍのクロスローラガイドを用い、上記ガイド部材６２によって５ｋｇの重さを有するステージ６３を移動させるようにした。また、ステージ６３の一方の側面にはアルミナセラミック製の駆動力伝達部材６４を配置し、超音波モータ５１との当接面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０４〜０．０６μｍ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１準拠）とした。
【００６１】
一方、ステージ６３の駆動源である超音波モータ５１は、振動体５５を、長さ３０ｍｍ、幅７．５ｍｍ、厚み３ｍｍの直方体からなるチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミック体により形成し、振動体５５の端面に、長さ４．２ｍｍ、直径３ｍｍの円柱状をしたアルミナセラミック製の摩擦部材５６を接合したものとした。なお、摩擦部材５６の駆動力伝達部材６４との当接面は、曲率半径が７ｍｍの球面とした。
【００６２】
また、基体３ａ、４ａは敷布より構成し、この敷布に、長さ３ｍｍ、線径３０μｍの繊維状体１ａ、２ａと、その先端に球状体１ｂ、２ｂとからなるブラシ１、２をそれぞれ１００本束にしたものを織り込んだ。
【００６３】
また、比較例として上記敷布からなる基体３ａ、４ａに長さ３ｍｍ、線径３０μｍの繊維状体１ｂ、２ｂのみで構成されたブラシ１、２をそれぞれ１００本束にしたものを織り込んだ。
【００６４】
なお、ブラシ１、２を形成する材質は、アセテート、ナイロン、アクリル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、テビレンとし、その他の仕様については表１に示す通りとした。
【００６５】
次に、基体３ａ、４ａを超音波モータ５１の両側に設置した電磁アクチュエータからなる直動手段５、６に取り付け、ドライバー７により、制御部６８から出力される信号に基づいてステージ６３の移動方向と同じ側（Ｌ）にあるブラシ１を駆動力伝達部材６４より離間させ、ステージ６３の移動方向と反対側（Ｒ）にあるブラシ２を駆動力伝達部材６４と当接するようにした。
【００６６】
そして、制御部６８にはステージ６３の移動プロファイルとして予め移動距離１００ｍｍ、加減速度０．０３Ｇ、最高速度１００ｍｍ／ｓとなる台形制御を設定し、この台形制御が連続的に継続されるように、超音波モータ５１を周波数４０ｋＨｚで駆動した。そして、この条件にてステージ６３を移動させたときに位置検出手段６７からの位置情報と予め設定してある基準位置情報との偏差を測定し、この偏差が１μｍを超えたときをステージ６３の駆動特性が不安定であるとみなし、そのときの距離を測定するとともに、ステージ６３を１０００ｋｍ移動させた後、超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４とに付着していた摩耗紛の量（ａ）及びブラシ１、２によって吸着された摩耗紛の量（ｂ）を測定した。
【００６７】
また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率を（ｂ）／（（ａ）＋（ｂ））×１００（％）として、吸着効率も算出した。
【００６８】
結果は表２に示す通りである。
【００６９】
【表２】
2004236389.tif 000004
【００７０】
表２より、アセテート製のブラシ１、２を基体３ａ、４ａに保持した装置Ｎｏ．１、３では、４００ｋｍ以下の移動で偏差が１μｍを超え、ステージ６３の駆動特性が不安定になった。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も６％以下と低かった。
【００７１】
また、繊維状体１ｂ、２ｂのみからなるブラシ１、２を保持した装置Ｎｏ．２も５５０ｋｍの移動で偏差が１μｍを超え、ステージ６３の駆動特性が不安定になった。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も５３％と低かった。
【００７２】
これに対し、球状体１ａ、２ａを備えたブラシ１、２を保持した本発明に係る装置Ｎｏ．４〜１７は、いずれもステージ６３を５５０ｋｍ移動直後にも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も６０％以上と向上させることができ、球状体１ａ、２ａの効果を確認することができた。
【００７３】
特に、球状体１ａ、２ａの球径が繊維状体１ｂ、２ｂの線径の２〜４倍であるブラシ１、２を保持した案内装置Ｎｏ．１１〜１３は、６００ｋｍ台の移動でも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。
【００７４】
また、絶縁性を有する非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで被覆したブラシ１、２を保持した装置Ｎｏ．１４〜１８は、７００ｋｍ台の移動でも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。併せて、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率を６４％以上と高くすることができると同時に、摩耗紛の合計（（ａ）＋（ｂ））そのものも０．０１１ｍ３以下に低減させることができた。
【００７５】
特に、非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃの表面抵抗が１０１２Ω／□以上であるブラシ１、２を保持した案内装置Ｎｏ．１５〜１７は、８００ｋｍの移動でも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も８０％以上と高くすることができた。
【００７６】
そこで、ブラシ１、２の帯電状態を帯電量測定器によって測定したところ、アセテートは正に帯電しているのに対し、ナイロン、アクリル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、テビレンはいずれも負に帯電しており、摩耗粉の帯電状態を測定したところ、正に帯電していた。
【００７７】
この結果、摩耗粉と異なる極性に帯電させることができる材質により球状体１ａ、２ａを備えたブラシ１、２を形成すれば、摩耗粉の吸着効率、即ち除去効率を高めることができ、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４がセラミックスからなる場合、それらの摩耗粉を除去するブラシ１、２は、ナイロン、アクリル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、テビレンで形成して先端を球状体とし、更にその表面に非晶質硬質炭素保護膜８ｃを形成すればより好適な超音波モータ駆動装置を構成することができることが分かった。
【００７８】
（実施例２）
次に、ブラシ１，２を被覆した非晶質硬質炭素からなる保護膜の密着力を評価するために非晶質硬質膜の剥離試験を行った。図８に示すように、ポリエチレン製の基板７０上に直接非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルと、中間層７１を介して非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルとを準備し、スクラッチ試験機を用いて非晶質硬質炭素膜７２が剥離する荷重を測定した。中間層７１、非晶質硬質炭素膜７２のその他の仕様は、表３に示す通りである。
【００７９】
【表３】
2004236389.tif 000005
【００８０】
スクラッチ試験機はカートリッジ本体７４とその先端から伸びるレバー７３に設けられた圧子７３ａとからなり、図中のＺ方向に５゜傾けた基板７０上の非晶質硬質炭素膜７２に圧子７３ａを押圧し、カートリッジ本体７２をＸ方向に励振振幅させながらＹ方向に移動させて非晶質硬質炭素膜７２に荷重を加えていったときに非晶質硬質炭素膜７２が剥離する荷重（以下、剥離荷重という。）を測定した。ただし、圧子７３ａの先端部の曲率半径は２５μｍで、基板７０のＹ方向への送り速度を１０μｍ／ｓ、Ｘ方向への励振振幅を８０μｍとした。結果は表３に示す通りである。
【００８１】
表３から、炭化ケイ素からなる中間層７１を介して非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルＮｏ．２２、また基板７０側より順にＴｉからなる第１の中間層７１及びＳｉからなる第２の中間層７１（図８では第１の中間層、第２の中間層併せて、７１と表示）を介して非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルＮｏ．２３は、基板７０上に直接非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルＮｏ．２１より剥離加重が高く、この結果より、ブラシ１、２にも上述のような中間層を介して非晶質硬質炭素からなる保護膜で被覆することで、信頼性の高い超音波モータ駆動装置が得られることがわかる。
【００８２】
更に、ポリエチレン製の球状体表面に上記Ｎｏ．２２、２３と同様の仕様で炭化ケイ素及びＴｉからなる第１の中間層、Ｓｉからなる第２の中間層を介して非晶質硬質炭素膜を形成した直径２０ｍｍのテストピースを作製し、ボールオンディスク試験装置にて、アルミナセラミックスで形成したディスク上で上記テストピースを摺動させる試験を実施した。
【００８３】
試験は上記アルミナセラミックスで形成したディスクを５ｍ／ｓｅｃの速度で回転させた状態で、該ディスクに１ｋｇの荷重で上記球状体のテストピースを押圧し、１５分間摺動させた際の試験片の摩耗状態を金属顕微鏡を用いて表面状態を観察した。なお、比較としてポリエチレン製の球状体のみのテストピースも準備して試験を実施している。
【００８４】
その結果、ポリエチレン製の球状体のみのテストピースは半分以上摩耗により消失してしまったのに対し、本発明のテストピースについては、金属顕微鏡による表面観察で、表面に傷が生じた程度であり、優れた耐摩耗性を有していることが確認できた。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの駆動により上記摩擦部材が当接して可動する可動体と、該可動体の上記摩擦部材の当接面に付着する摩耗粉を除去する多数の繊維状体を備えた掻き取り部とを有し、該掻き取り部を、上記摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させるようにした超音波モータ駆動装置において、上記掻き取り部は、その先端を球状に形成したために、掻き取り部を可動体に対して球面で接触させるため、接触面積が増加できて帯電領域が大きく安定する。その結果、掻き取った摩耗粉や可動体の当接面に付着する摩耗粉を静電気力によって吸着させて安定して保持することができるとともに、摩擦駆動によって発生した摩耗粉を可動体の当接面より機械的に効率よく掻き取ることができる。
【００８６】
また、上述の効果により、掻き取った摩耗粉を再付着させたり、周囲に飛散させたりすることがないため、超音波モータと可動体との接触面間への摩耗粉の噛み込みを防止することができる。従って、可動体を安定して駆動させることができ、可動中における精度が１μｍ、位置決め精度が０．１μｍといった高精度が要求される場合でも精度良く可動体を可動、位置決めすることができるとともに、周囲の雰囲気を汚染することがないため、真空雰囲気等で使用する場合でも好適である。
【００８７】
特に、上記掻き取り部の球径を繊維状体の線径の２〜４倍とすることで摩耗紛を安定して保持することができるとともに、樹脂の種類によらず高い製造歩留まりを維持することができる。
【００８８】
また、表面抵抗を１０１２Ω／□以上の非晶質硬質炭素からなる保護膜で上記ブラシを被覆することで、対摩耗性に優れ、帯電効率を一層安定化させることができたブラシとすることができる。
【００８９】
さらに、炭化ケイ素からなる中間層あるいはＴｉからなる第１の中間層及びＳｉからなる第２の中間層を介し、前記非晶質硬質炭素からなる保護膜で上記ブラシを被覆したことで、対摩耗性に優れるとともに、保護層が容易に剥離しない、信頼性の高いブラシとすることができる。
【００９０】
さらに、上記掻き取り部と接するアース電極を設けるとともに、掻き取り部の下方に摩耗粉の回収手段を設け、掻き取り部に付着する摩耗粉を上記回収手段にて回収することで、アース電極と接する領域における摩耗粉の保持能力を回復させて再利用することができるため、極めて長期間にわたって摩耗粉の除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の案内装置の一例を示す平面図である。
【図２】本発明の案内装置の他の例を示す図で、（ａ）はその主要部を示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の案内装置の他の例を示す図で、（ａ）はその主要部を示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】本発明に用いるブラシを示す図で、（ａ）はその先端を示す模式図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はブラシ先端のＺ−Ｚ線断面模式図である。
【図５】比較例となるブラシの先端を示す模式図である。
【図６】超音波モータを可動体の駆動源とする従来の案内装置の一例を示す平面図である。
【図７】一般的な超音波モータを示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は背面図である。
【図８】スクラッチ試験機を用いて非晶質硬質炭素膜の剥離加重を測定する状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２：ブラシ
１ａ、２ａ：繊維状体
１ｂ、２ｂ：球状体
３、４：掻き取り部
３ａ、４ａ：掻き取り部の基体
５、６：直動手段
７：ドライバー
８ａ：球状基体
８ｂ：炭化ケイ素中間層
８ｃ：非晶質硬質炭素膜
８ｄ：Ｔｉからなる第１中間層
８ｅ：Ｓｉからなる第２中間層
１０Ｒ、１０Ｌ：摩耗紛
１２、１３：回転機構
１４、１５：回収トレー
１６、１７：支持体
２０、２１：アース電極
５１：超音波モータ
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ：電極膜
５４：電極膜
５５：振動体
５６：摩擦部材
５７：ケース
５８：スプリング
５９：スプリング
６１：ベース盤
６２：ガイド部材
６３：ステージ
６４：駆動力伝達部材
６５：リニアスケール
６６：測定ヘッド
６７：位置検出手段
６８：制御部
６９：ドライバー
７０：基板
７１：非晶質硬質炭素膜
７２：中間層
【図１】
2004236389.tif 000006
【図２】
2004236389.tif 000007
【図３】
2004236389.tif 000008
【図４】
2004236389.tif 000009
【図５】
2004236389.tif 000010
【図６】
2004236389.tif 000011
【図７】
2004236389.tif 000012
【図８】
2004236389.tif 000013