(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の長辺部と一対の短辺部とからなりロ字形状をなしている固定部と、
上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、
上記短辺部の側面の両面又は片面に直接接合するように設けられた、又は、上記短辺部の上下面の両面又は片面に直接接合するように設けられた圧電素子と、を具備し、
上記圧電素子は単板圧電素子又は積層圧電素子であり、
上記圧電素子が超音波振動することにより上記可動部が浮上するように構成されたことを特徴とする超音波浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波浮上装置に係り、特に、超音波振動発生装置を圧電素子から構成してそれを固定部又は可動部に直接接合することにより、許容負荷荷重の拡大と装置のコンパクト化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超音波浮上装置は、非接触であって摩耗や潤滑剤による環境汚染がないために、クリーンルーム環境や精密位置決め用途に好適なものとして考えられている。そのような超音波浮上装置を開示するものとして、例えば、特許文献１がある。
因みに、上記特許文献１は本件特許出願人によるものである。
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０８４３９６Ａ１
【０００４】
上記特許文献１に開示されている超音波浮上装置を図９に示す。まず、固定部２０１があり、この固定部２０１はロ字形状をなす固定側ガイド部２０３を備えている。上記固定側ガイド部２０３は、一対の短辺部２０５、２０７と、一対の長辺部２０９、２１１とから構成されている。上記一対の長辺部２０９、２１１は、夫々傾斜面２０９ａ、２１１ａを備えている。
【０００５】
上記固定側ガイド部２０３の内側には、超音波振動発生装置２１３、２１５が設置されている。上記超音波振動発生装置２１３は、ランジュバン型超音波振動子２１７を備えていて、保持部材２１９によって保持されている。同様に、上記超音波振動発生装置２１５は、ランジュバン型超音波振動子２２１を備えていて、保持部材２２３によって保持されている。
【０００６】
上記固定部２０１上には可動部２２５が移動可能な状態で設置されている。この可動部２２５には、上記固定部２０１側の傾斜面２０９ａ、２１１ａに対向するように傾斜面２２５ａ、２２５ｂが形成されている。又、ベース２２７上には、コイルベース２２９が設置されていて、このコイルベース２２９上にはコイル２３１が設置されている。又、可動部２２５側には凹部２３３が形成されていて、この凹部２３３内には永久磁石２３５が設置されている。上記コイル２３１と永久磁石２３５とによってボイスコイルモータ２３７を構成している。
【０００７】
上記構成によると、超音波振動発生装置２１３、２１５によって超音波振動を発生させることにより可動部２２５が固定部２０１に対して浮上することになる。その状態で、コイル２３１に適宜の方向の電流を流すことにより、永久磁石２３５の磁束の流れとの相互作用によって、いわゆる「フレミングの左手の法則」に基づいて、可動部２２５に対してＹ方向の何れかに移動させるための駆動力が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、許容負荷荷重を増加させるべくガイド浮上面の振動振幅をより大きくしようとすると、振動が必ずしも主振動方向（Ｘ方向）のみではなく他方向の振動、具体的にはＺ方向の振動が励起されてしまい、その他方向振動が固定部２０１側の浮上面２０９ａ、２１１ａと可動部２２５側の浮上面２２５ａ、２２５ｂとの接触を容易にしてしまい、その結果、許容負荷荷重の増加が阻害されてしまうという問題があった。
この点に関して詳しく説明すると、従来の場合には超音波振動発生装置２１３、２１５をランジュバン型超音波振動子２１７、２２１から構成し、該ランジュバン型超音波振動子２１７、２２１の節部に相当する中心部において、保持部材２１９、２２３によって全体を保持するように構成している。すなわち、保持部材２１９、２２３と固定部側ガイド部２０３の短辺部２０５、２０７との接続部までの間は片持ち梁の状態となっている。つまり、主振動方向（Ｘ方向）に直角なＺ方向の振動が励起され易い状態になっているものであり、特に、負荷荷重が大きくなるとより励起され易くなってしまう。
そして、許容負荷荷重を増大させるために主振動方向（Ｘ方向）の振動振幅を上げようとすれば、垂直方向（Ｚ方向）の振動も励起され易くなり、既に述べたように、固定部２０１側の浮上面２０９ａ、２１１ａと可動部２２５側の浮上面２２５ａ、２２５ｂとの接触を容易にしてしまい、その結果、許容負荷荷重の増加が阻害されてしまうことになるものである。
又、振動パワーを上げるべく超音波振動発生装置２１３、２１５を大型化しようとすると、口字型の固定部側ガイド２０３の内側にその大型化された超音波振動発生装置２１３、２１５をコンパクトに配置することができないという問題があった。
【０００９】
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、許容負荷荷重の増大と装置のコンパクト化も図ることが可能な超音波浮上装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による超音波浮上装置は、一対の長辺部と一対の短辺部とからなりロ字形状をなしている固定部と、上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、上記短辺部の側面の両面又は片面に直接接合するように設けられた、又は、上記短辺部の上下面の両面又は片面に直接接合するように設けられた圧電素子と、を具備し、上記圧電素子は単板圧電素子又は積層圧電素子であり、上記圧電素子が超音波振動することにより上記可動部が浮上するように構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように本発明による超音波浮上装置は、固定部と、上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、上記固定部又は可動部に設けられた超音波振動発生装置と、を具備し、上記超音波振動発生装置が超音波振動することにより上記可動部が浮上するように構成された超音波浮上装置において、上記超音波振動発生装置を圧電素子から構成し、該圧電素子を上記固定部又は可動部に直接接合するように構成している。この種の圧電素子の場合には主振動方向に直交する方向の振動は殆ど励起されることはなく、よって、その他の方向の振動によって固定部側の浮上面と可動部側の浮上面とが接触してしまうという懸念もなく、許容負荷荷重の増加を効果的に図ることができる。
又、超音波振動発生装置を薄板状の圧電素子によって構成しているので、超音波振動発生装置自体はもとより超音波浮上装置全体の構成の簡略化とコンパクト化を図ることができる。
又、圧電素子を固定部又は可動部に直接接合することによってエネルギー伝達効率ロスを低減させることができる。又、固定部側の有効スペースが拡大されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１乃至図５を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。まず、固定部１があり、この固定部１はロ字形状をなす固定側ガイド部３を備えている。上記固定側ガイド部３は、一対の短辺部５、７と、一対の長辺部９、１１とから構成されている。上記一対の長辺部９、１１は夫々傾斜面９ａ、１１ａを備えている。
【００１３】
上記固定側ガイド部３の上記一対の短辺部５、７の両側面には超音波振動発生装置としての圧電素子１３、１５が直接接合・配置されている。上記圧電素子１３、１５は、板状の圧電材料の両面に電極を付与し、交流電圧を印加できるようにしたものであって、一枚の板で構成された単板タイプのものである。又、上記固定部１の長手方向両端には支持部材１７、１９が設置されていて、固定部１はこれら支持部材１７、１９を介してベース２１上に支持されている。
【００１４】
上記固定部１上には可動部２５が移動可能な状態で設置されている。この可動部２５には、上記固定部１側の傾斜面９ａ、１１ａに対向するように傾斜面２５ａ、２５ｂが形成されている。
【００１５】
又、上記ベース２１上には、コイルベース２９が設置されていて、このコイルベース２９上にはコイル３１が設置されている。又、可動部２５側には凹部３３が形成されていて、この凹部３３内には永久磁石３５が設置されている。上記コイル３１と永久磁石３５とによってボイスコイルモータ３７を構成しているものである。
【００１６】
上記構成によると、圧電素子１３、１５によって超音波振動を発生させることにより可動部２５が固定部１に対して浮上することになる。その状態で、コイル３１に適宜の方向の電流を流すことにより、永久磁石３５の磁束の流れとの相互作用によって、いわゆる「フレミングの左手の法則」に基づいて、可動部２５に対してＹ方向の何れかに移動させるための駆動力が発生する。
【００１７】
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、超音波振動発生装置として圧電素子１３、１５を使用した構成になっており、この種の圧電素子１３、１５は薄板状であるので、交流電圧を印加することにより主振動方向（Ｘ方向）に伸長圧縮することによって短辺部５、７をＸ方向に伸長圧縮させることができ、その際従来のように主振動方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｚ方向）の振動は殆ど励起されることはない。よって、その他の方向の振動によって固定部１側の浮上面９ａ、１１ａと可動部２５側の浮上面２５ａ、２５ｂとが接触してしまうという懸念もないので、許容負荷荷重の増加を効果的に図ることができる。
又、超音波振動発生装置を薄板状の圧電素子１３、１５によって構成しているので、超音波振動発生装置自体はもとより超音波浮上装置全体の構成の簡略化とコンパクト化を図ることができる。
又、この実施の形態の場合には、支持部材１７、１９を短辺部５、７の中心部に取り付けており、それによって、安定した支持構造を提供することができる。すなわち、短辺部５、７の中心部は振動の節近傍であり振動減衰の生じにくい点であるからである。
又、圧電素子１３、１５を短辺部５、７に直接接合する構成になっているので、エネルギーの伝達損失を低減させることができる。
又、固定側ガイド部３の内側の有効スペースが拡大されることになるので、駆動装置、すなわち、コイル３１や永久磁石３５等を固定側ガイド部３の内側に容易に設置することができる。
又、本実施の形態の場合には、短辺部５、７の両側面に圧電素子１３、１５を接合・配置しているので、より高い振動振幅を得ることができ、それによって、許容負荷荷重の増大をより効果的に図ることができる。
尚、短辺部５、７の両側面の何れかのみに圧電素子を取り付ける構成も考えられる。
又、短辺部５、７の圧電素子に位相差を持たせて駆動させることにより、固定側ガイド部３に進行波を生じさせることができ、その進行波によって可動部２５を駆動させることもできる。その場合には、コイル３１や永久磁石３５等からなる駆動装置が不要となるので、構成の簡略化を図ることができる。
【００１８】
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、図６（ａ）に示すように、短辺部５の底面に圧電素子１３を接合・配置したものである。
又、図示は省略しているが、反対側の短辺部７の底面にも同様の圧電素子１３が接合・配置されているものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成でも略同様の効果を奏することができる。
尚、この場合、短辺部５、７の上面にも圧電素子を接合する構成が考えられる。又、短辺部５、７の上面にのみ圧電素子を接合する構成も考えられる。
【００１９】
次に、図７を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態の場合には、短辺部５の下側に同じ形状の短辺部５を設置し、それら短辺部５、５
の間に圧電素子１３を挟み込んだ構成になっている。
又、図示は省略しているが、反対側の短辺部７の下側にも同様の短辺部７を設置し、それら両短辺部７、７の間に圧電素子１３が挟み込まれているものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成でも略同様の効果を奏することができる。又、下側においても浮上ガイド面を提供することができる。  
【００２０】
次に、図８を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態の場合には、短辺部５の形状が上下対称になっており、短辺部５の上下端に圧電素子１３、１３を取り付けた構成になっている。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このような構成でも略同様の効果を奏することができる。又、下側においても浮上ガイド面を提供することができる。  
【００２１】
尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記第１〜第３の実施の形態においては、圧電素子を板状の圧電材料の両面に電極を付与し交流電圧を印加できるようにしたものであって、一枚の板で構成されている単板タイプとしたが、それに限定されるものではない。例えば、大きな振動振幅を得るときには高電圧の印加が必要となるが、低電圧化のためには薄い圧電素子を多数枚積層した積層圧電素子を用いることが考えられる。
又、前記第１〜第３の実施の形態においては、固定部に振動発生装置を取り付けた例を示したが、可動部側に取り付けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は超音波浮上装置に係り、特に、超音波振動発生装置の構成を改良することにより、許容負荷荷重の拡大と装置のコンパクト化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、一軸アクチュエータに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、超音波浮上装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、超音波浮上装置の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、超音波浮上装置の構成を示す側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図５（ａ）は超音波浮上装置の固定部の側面図、図５（ｂ）は超音波浮上装置の固定部の一部平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図６（ａ）は超音波浮上装置の固定部の側面図、図６（ｂ）は超音波浮上装置の固定部の一部平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図７（ａ）は超音波浮上装置の固定部の側面図、図７（ｂ）は超音波浮上装置の固定部の一部平面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図８（ａ）は超音波浮上装置の固定部の側面図、図８（ｂ）は超音波浮上装置の固定部の一部平面図である。
【図９】従来例を示す図で、図９（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図９（ｃ）は図９（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  固定部
３  固定部側ガイド部
５  短辺部
７  短辺部
９  長辺部
１１  長辺部
１３  圧電素子
１５  圧電素子
２５  可動部
【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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