(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波駆動子と、前記超音波駆動子の振動により駆動する被駆動部材と、前記超音波駆動子を前記被駆動部材に押圧する押圧手段からなる超音波モータにおいて、前記被駆動部材に接する前記超音波駆動子の合成部材の先端部材を純度９９．９％以上の炭化ホウ素により形成したことを特徴とする超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば精密測定機器、精密加工機器、半導体製造装置等のＥＢなど磁性を嫌う分野に主に使用され、特に位置決め装置等の精密電子機器に使用される超音波モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、一般的に圧電体を取り付けた超音波振動子を備える超音波駆動子が被駆動体を圧接する構成となっている。超音波駆動子が被駆動体を圧接し、被駆動体を移動させるためには超音波駆動子に一定の押圧力を加える必要がある。その為、超音波駆動子に一定の押圧力を加え、超音波駆動子にて被駆動体を押圧させる為の押圧手段を備えている。
【０００３】
超音波モータによる駆動方法としては、圧電体に所定周波数の駆動電圧を印加することで、超音波振動子に振動が発生し、その振動による進行波により超音波駆動子が回転運動する。回転運動している超音波駆動子を被駆動体に圧接することで、被駆動体が超音波駆動子の回転方向と逆方向に移動することになる。このように超音波モータによる駆動方法は、摩擦駆動であり、その結果、超音波駆動子と被駆動体による磨耗で、パーティクル（磨耗粉）が発生してしまう。パーティクルが被駆動体の表面に付着することで表面状態が変化し、駆動電圧が徐々に上昇してしまうといった問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６４９８４号公報
【特許文献２】特開２０００−２７８９６８号公報
【特許文献３】特開平１０−３０９０８５号公報
【特許文献４】特開２００２−２７７６８号公報
【特許文献５】特開２００３−１８８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パーティクルの発生を抑制する為、超音波駆動子及び被駆動体の磨耗を減らし、且つ寿命を延ばす方法として、特開2003-264984には圧電素子等の電気機械変換素子によって励振される弾性体（ステータ）及びその弾性体に圧接された移動体（ロータ）の接触部であるどちらかの面をフィラー材を含有する樹脂である複合材料にて構成し、耐摩耗性を向上させている。
又、特開2000-278968には超音波モータのステータ摺動面の面粗度（Ｒｚ）を0.2〜0.8に規定することで、最低起動電圧で超音波モータを駆動可能にしている。
又、特開平10-309085には超音波振動子と被駆動体との互いの接触面の一方に砥石材（複合材料）を、他方に溶射セラミックスを設け、超音波モータを連続的に長時間動作させた場合でも、移着現象がなく、超音波振動子と被駆動体間の摩擦係数の変化がなくなく、特性が劣化しない。
又、特開2002-27768には超音波の押圧部材をアルミナセラミックスあるいは単結晶アルミナにより形成し、可動体側と接触する当接面をＲａ 0.2μｍ以下にすることで、脱粒や磨耗を低減している。
又、特開2003-18870には超音波モータの押圧部材を、アルミナを主成分とし、副成分として炭化チタンを含有するアルミナ質焼結体で形成することで、脱粒や磨耗を低減している。
【０００６】
しかしながら、上記の公報の何れの方法でも超音波駆動子及び被駆動体の当接面での磨耗を幾分か低減できるものの、長時間の連続使用で超音波駆動子及び被駆動体の当接面が磨耗してしまい、パーティクルが発生してしまう為、精密機器である半導体製造装置に用いるには不十分である。
【０００７】
本発明は上記した課題を解決するために鋭意検討して完成したものであり、超音波振動子及び被駆動体の当接面が長時間の連続使用を行っても磨耗しにくくすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、超音波駆動子と、前記超音波駆動子の振動により駆動する被駆動部材と、前記超音波駆動子を前記被駆動部材に押圧する押圧手段からなる超音波モータにおいて、前記被駆動部材に接する前記超音波駆動子の合成部材の先端部材を炭化ホウ素により形成した超音波モータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
超音波駆動子と被駆動体の接触摩擦による磨耗が減り、パーティクル（磨耗粉）の発生量がアルミナ等の従来の部材を用いた場合と比較して半分以下に減少するという効果がある。その結果、超音波駆動子を駆動する際の駆動電圧が被駆動体の表面に付着したパーティクルの影響で高くなるという状況を改善し、一定の駆動電圧で安定駆動可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施する為の最良の形態について説明する。
【００１１】
図１は本発明の係る超音波モータの一例を示す図である。被駆動体１０５はスライダ
１０６に沿って動作する。ここで、被駆動体１０５を摺動駆動させる為に超音波駆動子１０９が押圧手段１１０によって被駆動体１０５に押圧される。超音波駆動子１０９は圧電セラミックスで構成され、一方の面で4分割された電極膜１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄから成り、電極膜１０７ａと電極膜１０７ｄが結線され、且つ電極膜１０７ｂと電極膜１０７ｃが結線されている。4分割された電極膜の面の対向面にも電極膜がある（図示せず）。そして、電極膜１０７ａと１０７ｂに互いの位相が異なる電圧信号を印加し、且つ4分割された電極膜の面の対向面にある電極膜を接地することで、超音波駆動子１０９の先端部が楕円運動する。ここで、超音波駆動子１０９の先端部である合成部材１０８に炭化ホウ素を貼り付けた。この炭化ホウ素の部材は超音波駆動子１０９の先端部材１１２として被駆動体１０５に当接する。従って、超音波駆動子１０９の合成部材１０８に当接している被駆動体１０５は、超音波駆動子１０９の合成部材１０８の回転方向と逆方向に駆動することになる。
【００１２】
又、図２で示すように超音波駆動子の種類を変更し、超音波駆動子１００の合成部材１０３の先端部分に炭化ホウ素を貼り付けた。ここで、２つの超音波振動子１０１ａ及び１０１ｂを結合部材１０２で結合した超音波駆動子１００が押圧手段１１１によって被駆動体１に押圧される。よって、合成部材１０３の先端部分の炭化ホウ素の部材は超音波駆動子１００の先端部材１１３として被駆動体１０５に当接する。２つの超音波振動子１０１ａ及び１０１ｂはそれぞれ圧電体１０４ａ及び１０４ｂが取り付けられ、互いの圧電体に位相の異なる信号を印加することで、超音波駆動子１００の合成部材１０３の先端は楕円運動する。従って、超音波駆動子１００の合成部材１０３の先端に当接している被駆動体１０５は、超音波駆動子１００の合成部材１０３の先端の回転方向と逆方向に駆動することになる。
【００１３】
以下、図１及び図２のそれぞれの超音波駆動子を用いて被駆動体１０５を駆動させた。被駆動体１０５は重量１０ｋｇ、ストロークは２５０ｍｍで、速度１００ｍｍ／ｓｅｃ、加速度１ｍ／ｓｅｃ2で１時間連続駆動させた。その際、発生するパーティクル（磨耗粉）の数をパーティクルカウンタＭｅｔＯｎｅ社製ＡＳ２１００にて測定した。
このパーティクルカウンタは、吸引量が毎分２８．３リットルで、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．５μｍ、０．７μｍ、１μｍ以上の６段階の粒径区分があり、同時測定が可能である。
今回は連続測定を行い、１分ごとに各粒径のパーティクル１分間積算量を計測した。
【００１４】
以下に上記のパーティクルカウンタを用いた実施例及び比較例を記載する。
（１）実施例１
図１の構成で被駆動体１０５を３μｍ以上の細孔（ポア）が１０００個／ｍｍ2以下の純度９９．９％のアルミナ部材で構成し、中心線平均粗さ０．２μｍ以下に加工した。そして、超音波駆動子１０９の合成部材１０８を純度９９．９％の炭化ホウ素で構成し、超音波駆動子１０９を駆動して被駆動体１０５を移動させる連続駆動を１時間行った。その結果、連続駆動で発生したパーティクルの量は表１のようになった。ここで、表１の測定値はバラツキが大きい為、全て有効数字を１桁とし、以降の桁を四捨五入している。
【００１５】
【表１】
0004632922.tif 000002
【００１６】
（２）比較例１
実施例１と同様に図１の構成で、被駆動体１０５を３μｍ以上の細孔（ポア）が１０００個／ｍｍ2以下の純度９９．９％のアルミナ部材で構成し、中心線平均粗さ０．２μｍ以下に加工した。そして、超音波駆動子１０９の合成部材１０８を純度９９．９％のアルミナ部材で構成し、超音波駆動子１０９を駆動して被駆動体１０５を移動させる連続駆動を１時間行った。その結果、連続駆動で発生したパーティクルの量は表１のようになった。
【００１７】
表１にて示されているように、超音波駆動子１０９の合成部材１０８を純度９９．９％の炭化ホウ素で構成した方が、超音波駆動子１０９の合成部材１０８を純度９９．９％のアルミナ部材で構成したよりも磨耗粉の発生量が半分程度になった。
【００１８】
（３）実施例２
図２の構成で被駆動体１０５を３μｍ以上の細孔（ポア）が１０００個／ｍｍ2以下の純度９９．９％のアルミナ部材で構成し、中心線平均粗さ０．２μｍ以下に加工した。
そして、超音波駆動子１００の合成部材１０３を純度９９．９％の炭化ホウ素で構成し、超音波駆動子１００を駆動して被駆動体１０５を移動させる連続駆動を１時間行った。その結果、連続駆動で発生したパーティクルの量は表２のようになった。ここで、表２の測定値はバラツキが大きい為、全て有効数字1桁目に有効数字を１桁とし、以降の桁を四捨五入している。
【００１９】
【表２】
0004632922.tif 000003
【００２０】
（４）比較例２
実施例２と同様に図２の構成で、被駆動体１０５を３μｍ以上の細孔（ポア）が１０００個／ｍｍ2以下の純度９９．９％のアルミナ部材で構成し、中心線平均粗さ０．２μｍ以下に加工した。そして、超音波駆動子１００の合成部材１０３を純度９９．９％の炭化ホウ素で構成し、超音波駆動子１００を駆動して被駆動体１０５を移動させる連続駆動を１時間行った。その結果、連続駆動で発生したパーティクルの量は表２のようになった。
【００２１】
表２にて示されているように、超音波駆動子１００の合成部材１０３を純度９９．９％の炭化ホウ素で構成した方が、超音波駆動子１００の合成部材１０３を純度９９．９％のアルミナ部材で構成したよりも磨耗粉の発生量が半分程度になった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、位置決め装置等の精密電子機器に使用されるＸ−Ｙステージ装置の駆動に用いられる超音波モータの使用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】超音波駆動子と被駆動体の模式的な斜視図である。
【図２】別の超音波駆動子と被駆動体の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００：超音波駆動子
１００：超音波駆動子
１０１ａ、１０１ｂ：超音波振動子
１０２：結合部材
１０３：合成部材
１０４ａ、１０４ｂ：圧電体
１０５：被駆動体
１０６：スライダ
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ：電極膜
１０８：合成部材
１０９：超音波駆動子
１１０、１１１：押圧手段
１１２、１１３：先端部材
【図１】
0004632922.tif 000004
【図２】
0004632922.tif 000005