(57)【要約】【課題】  位置決めをフィードバック制御にて行う場合において、位置センサの分解能に左右されない停止保持機能を持つリニアステージを提供する。【解決手段】  図１に示すように超音波モータ１の回転軸にローラー２が固定されていて、ローラー２の回転力を直線運動に変換すべく摩擦力を有するように設置されたシャフト３と、シャフトの突き出し量Aを読み取る目的で設けられたスケール４ａと読み取りヘッド４ｂから成るセンサユニット４で構成される。この構成をステージに組み込んで全体構成となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転型の超音波モータの回転軸に固定されたローラーと、ローラーの回転力を直線運動に変換するために側圧手段を介して摩擦接触されたシャフトと、シャフトまたはそれに連結される移動体に直接取り付けられたリニアエンコーダを有するステージであり、位置決め後の停止状態を超音波モータの停止保持トルクが大きいことを利用し、エンコーダの分解能を超えて静止させることを特徴とするリニアステージ。
【請求項２】
請求項１において、ローラーとシャフトの接触部形状を図２のように溝部と突部からなるように形成されている機構を持つことを特徴とするリニアステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータと回転−直線運動変換機構と位置センサであるリニアエンコーダで構成され、エンコーダによるフィードバック位置決めと、超音波モータの特性を利用した停止保持機能を併せ持つリニアアクチュエータを内蔵したステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な位置決め用リニアアクチュエータは回転力を直線運動に変換する方式であり、電磁モータとその背後に設置されたエンコーダと、ねじ送り機構を用いて構成されている。停止保持機能が必要な場合にはブレーキの付加が必要である。
【０００３】
また、リニアモータなどを用いて直接に直線運動を作り出すリニアアクチュエータも存在している。位置決めはリニアエンコーダを用いることが多い。この場合停止保持機能はブレーキを付加するか、フィードバック制御にて位置補正を行って既定の範囲外への動きを規制して停止しているとみなしている。  
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１１１９９０号公報
【特許文献１】特開平７−５９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
1ミクロン以下の位置決め精度を要求されるリニアステージにおいて停止保持機能を持たせる場合にブレーキ機構を付加すると、ブレーキをかけたことで位置決め完了の位置がずれてしまうという現象が起こる。顕微鏡のステージなどでは、視野の上での被検位置が大きく外れるなどの問題となる。
【０００６】
ブレーキを付加しないで停止機能を持たせるときに一般的にはフィードバック制御を用いる。エンコーダの分解能を十分に大きく取って、既定の範囲、例えば現在位置からプラスマイナス１信号の範囲を逸脱した際にこれを戻すように制御を行う。このときに２つの問題が発生してくる。
【０００７】
最初の問題はエンコーダの分解能を大きく取ることで発生する。本来の位置決め分解能では必要のない性能を停止保持（本当に止まっている訳ではないが）させるために持たせることになるが、同じ速度で制御するためにはエンコーダの信号が密になるため制御側の応答仕様も上げなければならなくなるのでコスト上の問題となる。
【０００８】
もう1つの問題は最大でもエンコーダのプラスマイナス1信号の範囲内では制御されないということである。この中では制御そのものが行われないので、ふらついても抑えられない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的を実現する構成は特許請求の範囲に記載した通りであり、具体的には超音波モータの特徴である駆動停止時に大きな保持力を持つという点に鑑み、それを精密位置決め装置のステージに組み込むことにより位置決めと静止安定を得ようとしたものである。この構成では、位置制御の分解能を必要最低限に抑えながら目的の位置で保持力を有した状態で静止させることができる。超音波モータそのものが駆動源であり、ブレーキでもある。
【００１０】
また、ローラーとシャフトの接触部形状を図２のようにして確実な駆動を狙っているが、これは位置決め移動中の安定度を狙ったものではなく、停止時の保持力の向上が目的である。図１に示したようにシャフト側にエンコーダユニットをつけたことで、移動中の滑りやローラーの磨耗量で補正をかける必要がない構成とした。ローラーの材質は停止後の負荷変動が小さければゴムや樹脂のような軟質な物でよく、大きければ金属などの硬質のものにしておくとよい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、位置フィードバック制御で位置決めが完了すると、その瞬間に超音波モータが停止し大きな保持力を発生させるため、ブレーキなどによる位置ずれがなく、位置決め後の静止安定性がよいステージとなる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ローラーとシャフトの接触部形状をＶ溝状にすることにより静止保持力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
位置決め用途のリニアステージにエンコーダの分解能に頼らない良好な静止特性をたせるという目的を、ブレーキなどのデバイスを付加することなく実現した。
ハウジング外または可能な限りハウジング側端部に近い位置からイメージを入力するという目的を、最小の部品点数で、光学系構成部品の厚みを損なわずに実現した。
【実施例１】
【００１４】
図３は本発明によるリニアステージの一実施例を示す概略図である。
１は超音波モータで、これの回転軸にローラー２が固定されており、モータはスイングアーム６に固定され、ベアリング１１を中心に揺動するが、スプリング５によりシャフト３に押し付けられている。ベアリング１１はピン７で内輪をベース８に固定されている。ステージのスライド機構は直動ベアリング９がテーブル１０とベース８に固定されて構成される。テーブル１０とシャフト３は固定され、これが移動体である。テーブル１０にはエンコーダのスケール４ａが固定されており、これとベース８に固定されたエンコーダヘッド４ｂにより位置センサを構成している。
【００１５】
超音波モータ１の構造は円板状振動子を持つ回転型の超音波モータである。モータの回転力がローラー４を介してシャフト５に伝わり、直線運動に変換されてベアリング６に支持されたテーブル９が左右に移動する。ローラー４とシャフト５の側圧はスプリング７によって安定して保持され、モータ１はスイングアーム２とベアリング３によりフローティング構造をなしている。
【００１６】
次に本実施例による位置決め−停止の動作を図４に示すタイミングチャートで説明する。
【００１７】
ａがフィードバック制御による位置決めの波形である。位置決めが完了した後はエンコーダ最小分解能のプラスマイナス１信号の幅Ａの中で動くが、これは制御できない。ｂは本発明のステージの波形である。位置決めが完了すればモータ停止により大きな保持力により静止し安定する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のアクチュエータ部分の構造
【図２】本発明の回転−直線運動変換部の形状
【図３】本発明の実施例
【図４】タイミングチャート
【符号の説明】
【００１９】
１    超音波モータ
２    ローラー
３    シャフト
４ａ  エンコーダスケール
４ｂ  エンコーダヘッド
５    スプリング
６    スイングアーム
７    ピン
８    ベース
９    直動ベアリング
１０  テーブル
１１  ベアリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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