(57)【要約】【課題】  圧電材料製の振動板を大型化させることなく、浮上ガイド面の面積を拡大させ、それによって、高耐荷重化に対して効果的に対応することが可能な超音波浮上装置を提供すること。【解決手段】  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、を具備し、上記固定部又は可動部が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、上記可動部は複数個の浮上スライダから構成されているものである。  【選択図】  図１
2005231746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、を具備し、
上記固定部又は可動部が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、
上記可動部は複数個の浮上スライダから構成されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波浮上装置において、
上記複数個の浮上スライダが連結されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項３】
請求項２記載の超音波浮上装置において、
上記連結構造は柔構造であることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項４】
請求項３記載の超音波浮上装置において、
上記複数個の浮上スライダはテーブルを介して柔構造にて連結されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記複数個の浮上スライダの間に駆動機構が設置されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項６】
請求項５記載の超音波浮上装置において、
上記駆動機構はボイスコイルモータである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、圧電材料製の振動板の大型化を来すことなく浮上ガイド面の面積を拡大させることを可能にし、それによって、高耐荷重化に対して有効に対応す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】
超音波振動を利用し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、特許文献２がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１９６１２７号公報
【特許文献２】特開平１１−３０１８３２号公報
【０００４】
ところが、上記特許文献１、特許文献２に開示されている超音波浮上装置の場合には、浮揚体が大きい、高い平面度を必要とする、浮上量のフィードバック制御が必要になる、等の問題があり、そこで、それらの問題点を解決する新たな超音波浮上装置が提案されている。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３がある。
【０００５】
【特許文献３】ＷＯ  ０３／０７６３１３  Ａ１
【０００６】
尚、上記特許文献３は本件特許出願人によるものである。
【０００７】
上記特許文献３に開示されている超音波浮上装置において、浮上安定性、浮上剛性をさらに向上させるためには、浮上ガイド面の面積を増大させればよく、その為には、振動源である可動部（圧電素子）を厚くすれば良い。しかしながら、積層圧電素子を用いた振動源を除くと、圧電素子の上下方向に電圧が印加されるため、厚くなることにより単位厚さ当たりの印加電圧が低下し振動変位が小さくなってしまうという問題がある。又、厚みに比例した高電圧を印加することも考えられるが、電源の大型化を来してしまう共に、放電対策の関係で装置のコンパクト化が阻害されてしまい、又、コスト的にも問題があった。
【０００８】
そこで、本件特許出願人は、浮上面積を増大させても印加電圧を高くすることなく振動・振幅を確保できるコンパクトな超音波浮上装置を提案している。それが特願２０００２−１８９１８７号に係る明細書等に記載されている超音波浮上装置である。
尚、特願２００２−１８９１８７号は未公開である。
【０００９】
上記超音波浮上装置は図６乃至図８に示すような構成になっている。図６は超音波浮上装置の構成を示す図であり、図６（ａ）は超音波浮上装置の一部平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
まず、固定部１０１があり、この固定部１０１は、図６（ｂ）に示すように、その横断面形状が略Ｕ字状をなしていて、Ｕ字溝１０２を備えた形状になっている。上記Ｕ字溝１０２は左右に左側ガイド部１０３と右側ガイド部１０５を備えていると共に、これら左側ガイド部１０３と右側ガイド部１０５と底板部１０７が一体に形成されている。
【００１０】
上記左側ガイド部１０３は、上側傾斜浮上面１０３ａと下側傾斜浮上面１０３ｂを備えていて、左側ガイド部１０３はこれら上側傾斜浮上面１０３ａと下側傾斜浮上面１０３ｂとによって凸状に突出・配置された構成になっている。同様に、上記右側ガイド部１０５は、上側傾斜浮上面１０５ａと下側傾斜浮上面１０５ｂを備えていて、右側ガイド部１０５は、これら上側傾斜浮上面１０５ａと下側傾斜浮上面１０５ｂとによって凸状に突出・配置された構成になっている。
【００１１】
上記Ｕ字溝１０２内には可動部１０９が、図６（ｂ）中Ｚ方向に浮上可能であって、図６（ａ）中Ｙ方向に移動可能な状態で収容・配置されている。上記可動部１０９は主として可動部本体１１１と振動装置１１３と運動量発生装置１１５とストップ装置１４１から構成されている。上記振動装置１１３は、振動板１１７と該振動板１１７の上下面に設けられた電極部１１９、１２１と該振動板１１７の左右に設けられたガイド部１２３、１２５とから構成されている。上記振動板１１７は圧電材料から構成されている。
【００１２】
又、上記振動装置１１３の作用両側は、既に説明した固定部１側の左側ガイド部１０３と右側ガイド部１０５の形状に対応するように凹状に形成されている。すなわち、振動装置１１３の左側には、左側ガイド部１２３が設けられていて、この左側ガイド部１２３は、上側傾斜面１２３ａと下側傾斜面１２３ｂとによって凹状に形成されている。同様に、振動装置１１３の右側にも、右側ガイド部１２５が設けられていて、この右側ガイド部１２５は、上側傾斜面１２５ａと下側傾斜面１２５ｂとによって凹状に形成されている。
【００１３】
そして、上記構成をなす振動装置１１３が超音波振動することにより、図６（ｂ）に示すように、可動部１０９がＺ軸方向に浮上した状態になるものである。
【００１４】
上記可動部１０９には、上記したように、運動量発生装置１１５が設けられている。すなわち、振動装置１１３の振動板１１７の上側には、図７（ａ）に示すように、一対の柱部材１３１、１３３を介して既に述べた可動部本体１１１が設けられていて、この可動部本体１１１の下面側に上記運動量発生装置１１５が設けられている。上記運動量発生装置１１５は、図７（ａ）に示すように、上記可動部本体１１１の下面に固定された固定部材１３５と、この固定部材１３５に取り付けられたアクチュエータ１３７と、このアクチュエータ１３７の先端に取り付けられた錘１３９とから構成されている。上記アクチュエータ１３７及び錘１３９は、アクチュエータ１３５の伸長・収縮によって他の部材と接触しないように空間を設けた状態で配置されている。
【００１５】
上記アクチュエータ１３７は、圧電素子を積層させた圧電積層型アクチュエータである。又、上記錘１３９であるが、例えば、鉄、アルミニウム、銅等の材質が想定される。
【００１６】
又、上記可動部１０９にはストップ装置１４１が取り付けられている。上記ストップ装置１４１は、上記可動部本体１１１に取り付けられたアクチュエータ１４３と、このアクチュエータ１４３の両側に取り付けられたストッパ部材１４５、１４７とから構成されている。
【００１７】
上記構成において、振動装置１１３を超音波振動させることにより可動部１０９をＺ方向に浮上させ、その状態で、運動量発生装置１１５とストップ装置１４１を適宜駆動させながら、可動部１０９をＹ方向にそった何れかの方向に移動させるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記従来の構成によると、印加電圧を上げることなく所望の振動・振幅を確保でき、且つ、コンパクトな超音波浮上装置を得ることができる。しかしながら、そのような構成の超音波浮上装置において、高耐荷重化をさらに図ろうとすると、振動装置１１３の振動板１１７の長さを長くして浮上ガイド面の面積を増大させる必要がある。その際、振動板１１７は圧電材料製であり、したがって、振動板１１７を長くするためには圧電材料そのものを長くする必要があった。
ところが、圧電材料の長さには製造装置等との関係から限界があった。又、仮に、製造可能であったとしても、非常に高価なものになってしまい、コスト的な問題が発生してしまうことになる。又、必要な寸法精度を得るための加工も困難であった。
【００１９】
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、圧電材料製の振動板を大型化させることなく浮上ガイド面の面積を拡大させることを可能にし、それによって、高耐荷重化に対して有効に対応す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】
【００２０】
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、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、を具備し、上記固定部又は可動部が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、上記可動部は複数個の浮上スライダから構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項２による超音波浮上装置は、請求項１記載の超音波浮上装置において、上記複数個の浮上スライダが連結されていることを特徴とするものである。
又、請求項３による超音波浮上装置は、請求項２記載の超音波浮上装置において、上記連結構造は柔構造であることを特徴とするものである。
又、請求項４による超音波浮上装置は、請求項３記載の超音波浮上装置において、上記複数個の浮上スライダはテーブルを介して柔構造にて連結されていることを特徴とするものである。
又、請求項５による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記複数個の浮上スライダの間に駆動機構が設置されていることを特徴とするものである。
又、請求項６による超音波浮上装置は、請求項５記載の超音波浮上装置において、上記駆動機構はボイスコイルモータであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたように本願発明による超音波浮上装置によると、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、を具備し、上記固定部又は可動部が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、上記可動部は複数個の浮上スライダから構成されているので、大きな圧電材料製の振動板を要することなく、浮上ガイド面の面積を拡大させることが可能となり、それによって、高耐荷重化に対して有効に対応することができるようになった。
又、複数個の浮上スライダの連結構造を柔構造とした場合は、高度な寸法精度、組立精度等を要することなく安定した浮上が可能な可動部を提供することができる。
又、複数個の浮上スライダの間に駆動機構を配置した場合には、駆動機構の駆動作用点を可動部の略重心位置に位置させることができ、それによって、ピッチングやヨーイングが少ない安定した移動動作を提供することができる。
又、駆動機構をボイスコイルモータとした場合には、駆動機構の駆動力の作用点を上下方向の重心位置近くに位置させ易くなり、それによっても、ピッチングやヨーイングが少ない安定した移動動作を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図１乃至図５を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１及び図２に示すように、まず、固定部１があり、この固定部１上には可動部３が、図１中左右方向（Ｙ方向）に移動可能な状態で配置されている。上記固定部１は、図２に示すように、その横断面形状が略Ｕ字状をなしていて、Ｕ字溝５を備えた形状になっている。上記Ｕ字溝５は左右に左側ガイド部７と右側ガイド部９を備えていると共に、これら左側ガイド部７と右側ガイド部９とは底板部１１を介して一体物として形成されている。
【００２３】
上記左側ガイド部７は、上側傾斜浮上面７ａと下側傾斜浮上面７ｂを備えていて、左側ガイド部７はこれら上側傾斜浮上面７ａと下側傾斜浮上面７ｂとによって凹状に形成された構成になっている。同様に、上記右側ガイド部９は、上側傾斜浮上面９ａと下側傾斜浮上面９ｂを備えていて、右側ガイド部９は、これら上側傾斜浮上面９ａと下側傾斜浮上面９ｂとによって凹状に形成された構成になっている。
【００２４】
一方、上記可動部３は次のような構成になっている。可動部３は、図１（ｂ）に示すように、図中左右方向に離間・配置された一対の浮上スライダ１１、１１と、これら一対の浮上スライダ１１、１１を連結するテーブル１３と、上記一対の浮上スライダ１１、１１の間に配置された駆動機構１５とから構成されている。
【００２５】
上記浮上スライダ１１であるが、図１、図２（ｂ）に示すように、浮上スライダ本体１７と振動装置１９とから構成されている。上記振動装置１９は、振動板２１と、この振動板２１の上下両面に設けられた電極部２３、２５と、上記振動板２１の左右両側部に設けられた左側ガイド部２７、右側ガイド部２９とから構成されている。又、上記振動板２１は圧電材料から構成されている。
【００２６】
上記左側ガイド部２７と右側ガイド部２９は、既に説明した固定部１側の左側ガイド部７、右側ガイド部９に夫々対向するように配置されている。上記左側ガイド部２７は、上側傾斜面２７ａと下側傾斜面２７ｂとを備えていて凸状に形成されている。同様に、上記右側ガイド部９は、上側傾斜面２９ａと下側傾斜面２９ｂとを備えていて凸状に形成されている。そして、上記凸状の左側ガイド部２７が固定部１側の凹状の左側ガイド部７に対向・配置され、同様に、上記凸状の右側ガイド部２９が固定部１側の凸状の右側ガイド部９に対向・配置されることになる。
【００２７】
又、上記振動装置１９の図中下側には板体１８が配置されていて、上記振動装置１９は、上記スライダ本体１７と上記板体１８との間に、複数個のゴム製円筒部材２０を介して挟持されている。又、上記スライダ本体１７と板体１８は、図１（ｂ）に示すように、一対の柱部材３１、３３を介して連結されている。
【００２８】
尚、一対の浮上スライダ１１、１１は共に同様の構成になっており、よって、図中同一部分には同一符号を付して示してある。
【００２９】
そして、この実施の形態の場合には、図１に示すように、これら一対の浮上スライダ１１、１１をテーブル１３によって連結しているものである。そして、その連結構造は次のようなものである。
まず、テーブル１３の裏面をみてみると、図３に示すように、図中右側の一箇所に円錐状凹部４１が形成されている。又、図中左側には、円筒状凹部４３が形成されていると共に、Ｖ字溝４５が斜め方向に延長・形成されている。
【００３０】
一方、右側に配置されている浮上スライダ１１の浮上スライダ本体１７をみてみると、図４に示すように、その上面側の一箇所（この実施の形態の場合には中心位置）に円錐状凹部４７が形成されている。又、左側に配置されている浮上スライダ１１の浮上スライダ本体１７をみてみると、図５に示すように、その上面側の二箇所に円錐状凹部４９、５１が夫々形成されている。
【００３１】
上記テーブル１３側の円錐状凹部４１と右側に配置されている浮上スライダ１１の浮上スライダ本体１７の円錐状凹部４７とが対向・配置されることになり、その間には、図１（ｂ）に示すように、ボール５３が介挿されている。又、上記テーブル１３側の円筒状凹部４３、Ｖ字溝４５と左側に配置されている浮上スライダ１１の浮上スライダ本体１７の円錐状凹部５１、４９とが夫々対向・配置されることになり、それらの間には、図２（ｂ）に示すように、ボール５３、５３が介挿されている。上記円筒状凹部４３の内径は上記ボール５３の外形に対して僅かに大きく設定されている。
【００３２】
そして、上記一対の浮上スライダ１１、１１のテーブル１３を介しての連結構造は「柔構造」になっている。すなわち、一対の浮上スライダ１１、１１の浮上スライダ本体１７、１７とテーブル１３との関係をみてみると、円錐状凹部４１、円錐状凹部４７、そこに介挿されるボール５３によって連結される個所においては、その位置が固定されることになる。一方、Ｖ字溝４５、円錐状凹部４９、そこに介挿されるボール５３によって連結される個所においては、Ｖ字溝４５の長手方向に沿って、ある程度の相対的な移動が許容されるものである。又、円筒状凹部４３、円錐状凹部５１、そこに介挿されるボール５３によって連結される個所においては、円筒状凹部４３の内径がボール５３の外径に比べて僅かに大きく設定されているので、Ｖ字溝４５の長手方向と直交する方向にもある程度の相対的な移動が許容される。したがって、この「柔構造」により、各スライダはＺ方向の荷重は受けるものの、Ｘ・Ｙ方向の拘束は殆ど受けない。よって、一対の浮上スライダ１１、１１自体の組立精度、一対の浮上スライダ１１、１１とテーブル１３との組立精度等についてもそれ程高度なものは要求されないものであり、それでも、所望の浮上安定性を確保できるものである。
【００３３】
次に、駆動機構１５の構成を説明する。この駆動機構１５は、いわゆる「ボイスコイルモータ」であり、図１（ｂ）に示すように、まず、平板部６１があり、この平板部６１は図２（ａ）に示すように、テーブル１３に対して、固定ねじ部材６２によって固定されている。上記平板部６１の図中下側には、厚み方向に磁化されると共に極性が逆である永久磁石６３、６５が接着・固定されている。又、これら平板部６１の下側に接着された永久磁石６３、６５の下側には空間を存して上側と同極性の永久磁石６３、６５が対向・配置されている。そして、この空間にコイル６７が配置されている。上記上側の永久磁石６３、６５と下側の永久磁石６３、６５は、柱部材６６、６８を介して連結されている。又、上記コイル６７は支持部材７０を介して固定部１側に固定されている。
【００３４】
そして、上記コイル６７に対して適宜の方向に電流を流すことにより、「フレミングの左手の法則」に基づいて、図中Ｙ方向に沿った何れかの方向に向う駆動力が発生するものである。
【００３５】
以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、一対の浮上スライダ１１、１１における各振動装置１９、１９の超音波振動によって浮上スライダ１１、１１にＺ方向への浮上力が発生する。その結果、一対の浮上スライダ１１、１１をテーブル１３によって「柔構造」にて連結してなる可動部３全体がＺ方向に浮上することになる。又、その際、上記したように、一対の浮上スライダ１１、１１をテーブル１３によって「柔構造」にて連結しているので、各浮上スライダ１１、１１の寸法誤差、組立誤差等があっても、それによって、他方の浮上スライダ１１にＸ・Ｙ方向の影響を与えることは殆どなく、可動部３全体として安定した浮上動作を行うものである。
【００３６】
次に、駆動機構１５のコイル６７に対して適宜の方向に電流を流す。それによって、「フレミングの左手の法則」に基づいて、図中Ｙ方向に沿った何れかの方向に向う駆動力が発生し、該駆動力によって可動部３がＹ方向の何れかの方向に移動することになる。
【００３７】
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、圧電材料製の振動板２１の大型化を来すことなく高耐荷重化に有効に対応することができる。これは、単一の浮上スライダを大型化させるのではなく、複数個（この実施の形態の場合には一対）の浮上スライダ１１、１１を使用するようにしたからである。つまり、この実施の形態の場合においては、一対の浮上スライダ１１、１１を使用したことにより、浮上ガイド面の面積は２倍になったものであるが、個々の浮上スライダ１１に使用されている振動装置１９の振動板２１は特に大型化されたものではない。つまり、各振動装置１９において使用されている圧電材料製の振動板２１を大型化させることなく浮上ガイド面の面積を拡大し、それによって、高耐荷重化に有効に対応することができるものである。
又、この実施の形態の場合には、一対の浮上スライダ１１、１１をテーブル１３を介して「柔構造」にて連結するようにしており、よって、高度な寸法精度、組立精度を要することもなく安定した浮上動作を確実に得ることができるものである。具体的に説明すると、個々の浮上スライダ１１、１１の上面が一致していなくても、それによって、テーブル１３を介して他方の浮上スライダ１１に影響を与えることはなく、結果として、浮上安定性が得られるものである。
又、本実施の形態の場合には、駆動機構１５の駆動力の作用点を、可動部３の重心位置に近付けるような構成になっているので、いわゆる「ピッチング」、「ヨーイング」等の発生を減少させて、安定した移動動作を実現することができる。具体的に説明すると、駆動機構１５を一対の浮上スライダ１１、１１の間に配置しているので、Ｘ方向・Ｙ方向に関しては略中心位置に駆動機構１５の駆動力の作用点を位置させることができる。又、Ｚ方向に関しては、駆動機構の駆動力の作用点、つまり、コイル６７が上下の永久磁石６３、６５の間に配置されていて略中間位置にある。よって、駆動機構１５の駆動力の作用点を、可動部３の重心位置に近付けることができるものである。
【００３８】
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
まず、浮上スライダの個数については、これを特に限定するものではない。
又、複数個の浮上スライダを「柔構造」に連結するための構成としては、図示したものに限定されず、様々なものが想定される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、圧電材料製の振動板の大型化を来すことなく浮上面の面積を拡大させることを可能にし、それによって、高耐荷重化に効果的に対応することができるように工夫したものであり、各種の超音波浮上装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、図１（ａ）は超音波浮上装置の一部平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図で、図２（ａ）は図１（ａ）のａ−ａ断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す図で、図３（ａ）はテーブルの平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ矢視図である。
【図４】本発明の一実施の形態を示す図で、図４（ａ）はスライダのプレートの平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図４（ｃ）は図４（ａ）のｃ−ｃ矢視図である。
【図５】本発明の一実施の形態を示す図で、図５（ａ）はスライダのプレートの平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図５（ｃ）は図５（ａ）のｃ−ｃ矢視図である。
【図６】従来例を示す図で、図６（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図７】従来例を示す図で、図７（ａ）は超音波浮上装置の可動部の側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ−ｂ断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のｃ−ｃ矢視図である。
【図８】従来例を示す図で、図８（ａ）は可動部において可動部本体を除く部分の構成を示す側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のｂ−ｂ矢視図、図８（ｃ）は図８（ａ）のｃ−ｃ矢視図、図８（ｄ）は図８（ａ）のｄ−ｄ断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  固定部
３  可動部
１１  浮上スライダ
１３  テーブル
１５  駆動機構
１９  振動装置
２１  振動板（圧電材料製）
４１  円錐状の凹部
４３  円筒状の凹部
４５  Ｖ字溝
４７  円錐状の凹部
４９  円錐状の凹部
５１  円錐状の凹部
５３  ボール  
【図１】
2005231746.tif 000003
【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】
2005231746.tif 000009
【図８】
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