(57)【要約】【目的】本発明は、所定の超音波電圧を印加して一定方向にロータを移動させるための圧電素子を有するステータと、摩擦力で前記ステータに固定する前記ロータとを有する超音波モータおよび超音波モータの製造方法に関し、超音波モータを構成するステータ、ロータの少なくとも一方の接触部分にイオン照射して耐摩耗性を向上や硬さを異ならせるなどし発塵の低減を図ることを目的とする。【構成】ステータとロータの接触部分のいずれか一方あるいは両方にイオン照射して当該接触部分の耐磨耗性を向上させたことを特徴とする超音波モータである。【選択図】        図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の超音波電圧を印加して一定方向にロータを移動させるための圧電素子を有するステータと、摩擦力で前記ステータに固定する前記ロータとを有する超音波モータにおいて、
前記ステータと前記ロータの接触部分のいずれか一方あるいは両方にイオン照射して当該接触部分の耐磨耗性を向上させたことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記ステータと前記ロータの接触部分にイオン照射して当該接触部分の硬度を異ならせて耐磨耗性を向上させたことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記イオン照射として、窒素、炭素、ホウ素、チタン、アルゴン、クロム、ニッケル、銅、インジウム、銀、モリブデンあるいはその化合物のいずれか１つ以上をイオン照射したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記ロータおよびステータは、アルミナあるいはアルチック（Ａｌ2Ｏ3 −ＴｉＣ）からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項５】
所定の超音波電圧を印加して一定方向にロータを移動させるための圧電素子を有するステータと、摩擦力で前記ステータに固定する前記ロータとを有する超音波モータの製造方法において、
前記ステータと前記ロータの接触部分のいずれか一方あるいは両方にイオン照射し、当該接触部分の耐磨耗性を向上させる超音波モータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の超音波電圧を印加して一定方向にロータを移動させるための圧電素子を有するステータと、摩擦力でステータに固定するロータとを有する超音波モータおよび超音波モータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体分野では、ステージの駆動に、超音波モータの利用が多くなってきた。これは、超音波モータがその性質上、１ｎｍという微細な駆動を実現できること、および停止時の位置保持能力が高いという２つの大きな特徴を持っているからであると考えられている。ボールスクリューネジのステージ駆動機構のような、バックラッシュがない。【０００３】
超音波モータは、所定の位相の振動を生成するステータと、その振動により移動するロータとから構成されている。ステータとロータとは摩擦力によって所定位置に精度良好に保持される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波モータの原理機構から、ステータに所定位相の振動を与えてロータを移動させたときに摩擦粉が発生し、当該摩擦粉がロータとステータとの間に入り込み、移動精度劣化を生じさせてしまうという問題があった。【０００５】
また、発生した摩擦粉は、超音波モータで構成するステージに搭載したＬＳＩマスクなどに付着して汚染物となり、当該ＬＳＩマスクの重大障害につながるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、これらの問題を解決するため、超音波モータを構成するステータ、ロータの少なくとも一方の接触部分にイオン照射して当該接触部分の耐摩耗性を向上や硬さを異ならせるなどし発塵の低減を図ることを目的としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、超音波モータを構成するステータ、ロータの少なくとも一方の接触部分にイオン照射したことにより、超音波モータを駆動させた際のステータ、ロータの接触部分の耐摩耗性を向上させ、また、両者の硬度を異ならせることにより、発塵の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、超音波モータを構成するステータ、ロータの少なくとも一方の接触部分にイオン照射したことにより、耐摩耗性を向上や硬さを異ならせることにより、発塵の低減を図ることが可能となる。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の説明図を示す。
図１の（ａ）はロータ１のイオン照射の例を模式的に示す。【００１０】
図１の（ａ）において、ロータ１は、超音波モータを構成するロータ１を取り出したものであって、ここでは、後述する図４の（ａ）のステージ機構４を駆動する超音波モータのロータ１である。ロータ１は、アルミナ等のセラミックスから形成され、ロータ１のうちステータ２に接触する部分（イオン照射する部分）は、極めて平坦に加工されている。【００１１】
ロータ１およびステータ２は、セラミックス等から形成されるが、特に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やアルチック（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）からなるセラミックスで形成することでより耐摩耗性を高くすることができる。ここで、アルチックとは、Ａｌ2Ｏ3は２０重量％以上、８０重量％以下およびＴｉＣを２０重量％以上、８０重量％以下の範囲で有するセラミックスを言う。【００１２】
図示のロータ１がステータ２に接触する部分に、イオン打ち込み領域（深さ方向）として約数百ｎｍから数十μｍ程度の領域とし、当該領域内にイオンを打ち込む。打ち込むイオンとしては、耐摩耗性が向上するものあればいいが、窒素、炭素、ホウ素、チタン、アルゴン、クロム、ニッケル、銅、インジウム、銀、モリブデンあるいはその化合物のいずれか１つ以上であって、例えば窒素またはアルゴンを用いることにより、ロータ１、ステータ２の接触部分の耐摩耗性を向上させることができた。【００１３】
なお、ロータ１、ステータ２の接触部分は、ロータ１、ステータ２の表面をオージェ電子分光分析（ＡＥＳ）により、表面から深さ方向へのイオン照射の有無を確認することができる。【００１４】
図１の（ｂ）はステータ２のイオン照射の例を模式的に示す。
図１の（ｂ）において、ステータ２は、超音波モータを構成するステータ２を取り出したものであって、ここでは、後述する図４の（ａ）のステージ機構４を駆動する超音波モータのステータ２である。ステータ２は、通常、アルミナで作成され、ロータ１に接触する部分（イオン照射する部分）は極めて滑らかに加工されている。図示のステータ２がロータ１に接触する部分に、イオン打ち込み領域（深さ方向）として約数百ｎｍから数十μｍ程度の領域とし、当該領域内にイオンを打ち込む。打ち込むイオンとしては、例えば窒素、炭素、ホウ素、チタン、アルゴン、クロム、ニッケル、銅、インジウム、銀、モリブデンあるいはその化合物のいずれか１つ以上であって、これ以外でも、耐摩耗性が向上するものあればこれに限られることはない。【００１５】
図１の（ｃ）はイオン照射装置の例を示す。
図１の（ｃ）において、イオン照射装置２１は、イオンを図１の（ａ）のロータ１、あるいは図１の（ｂ）のステータ２の接触部分に打ち込む装置であって、予備排気室２２および照射室などから構成されるものである。【００１６】
予備排気室２２は、大気中（クリーンルーム中）にあるロータ１、ステータ２を入れて予備真空排気する部屋であって、オイルフリーポンプで大気中から所定圧力まで予備真空排気する。予備真空排気した後、ロータ１あるいはステータ２は、図示外のロボット機構により、イオン照射装置２１の本体の試料室内に搬送し、ステージ２５に固定する。【００１７】
イオン源２３は、イオンを発生するものである。
イオンポンプ２４は、イオン照射装置２１の内部をクリーンな高真空に排気するポンプである。【００１８】
ステージ２５は、イオン照射するロータ１、ステータ２などを固定し、走査などして任意の場所にイオン照射するための移動台である。【００１９】
オイルフリーポンプ２６は、オイルフリーのポンプであって、大気圧から所定圧力まで真空引きするポンプであり、モレキュラーポンプなどである。【００２０】
以上の構成のもとで、図１の（ａ）のロータ１あるいは図１の（ｂ）のステータ２を予備排気室２２に入れて予備排気した後、イオン照射装置２１の試料室内のステージ２５上に搬送して固定する。そして、イオンポンプ２４で十分な真空排気した後、ステージ２５上に固定した図１の（ａ）のロータ１あるいは図１の（ｂ）のステータ２の接触部分について、イオン源２３から放出されたイオンを所定高圧で加速してロータ１あるいはステータ２の接触部分に所定時間、イオン打ち込みを行う（図２のフローチャートで詳述する）。イオン打ち込みを終了した後、ステージ２５上に固定したロータ１あるいはステータ２を予備排気室２２に搬送し、大気中（クリーンルーム中）に取り出し、一連のイオン照射を完了する。【００２１】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の（ｃ）のイオン照射装置を用いたときの図１の（ａ）のロータ１あるいは図１の（ｂ）のステータ２のイオン照射するときの手順を詳細に説明する。【００２２】
図２は、本発明のイオン照射説明フローチャートを示す。
図２において、Ｓ１は、ロータ加工する。これは、超音波モータを構成するロータ１として、例えば図１の（ａ）のロータ１を加工する。
Ｓ２は、ロータを照射室にセットする。これは、Ｓ１で加工した図１の（ａ）のロータ１について、図１の（ｃ）のイオン照射装置２１を構成する予備排気室２２に入れて予備排気した後、本体側の照射室内のステージ２５上に移動して固定しセットする。【００２３】
Ｓ３は、排気する。Ｓ２で照射室内のステージ２５にセットした後、イオンポンプ２４で十分に排気する。【００２４】
Ｓ４は、照射条件をセットする。これは、イオン照射する照射条件として、例えば
・照射イオン加速電圧    ：１ＫｅＶ〜数百ＫｅＶの所定電圧
・イオン照射密度        ：１０〜１０20ｉｏｎｓ／ｃｍ2
・イオン種              ：窒素、炭素、ホウ素、チタン、アルゴン、クロム、ニッケル、銅、インジウム、銀、モリブデンあるいはその化合物のイオン
・照射方法              ：全面照射あるいは走査照射
・打ち込みの深さ（計算値）：数百ｎｍ〜数十μｍ程度
Ｓ５は、イオン照射する。これは、Ｓ４でセットした条件をもとに、コンピュータが自動制御し、ステージ２５上に固定したロータ１あるいはステータ２の接触部分にイオン照射する。【００２５】
Ｓ６は、ロータ１を取り出す。これは、Ｓ５でイオン照射を終了したロータ１を取り出す（図１の（ｃ）のステージ２５上から予備排気室に一旦、ロータ１を入れた後、当該予備排気室のみ大気圧に等しく空気を入れ、外部（クリーンルーム）中に取り出す）。【００２６】
Ｓ７は、完成する。
以上の手順によって、図１の（ａ）のロータ１（あるいは図１の（ｂ）のステータ２）を照射室にセットしてイオン照射し、取り出すことにより、超音波モータを構成するロータ１あるいはステータ２の接触部分についてイオン照射することが可能となる。【００２７】
ここで、本発明のロータ１およびステータ２のイオン照射の有無による耐磨耗性の評価試験を行った。アルミナから形成したロータ１およびステータ２を準備し、ステータ表面に以下の照射条件にてイオン照射した。【００２８】
・照射イオン加速電圧    ：８０ＫｅＶ
・イオン照射密度        ：５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2
・イオン種              ：窒素
・照射方法              ：走査照射
・打ち込みの深さ（計算値）：６３．４μｍ
そして、回転速度５０ｍｍ／ｓ、ロータ１に対するステータ２の押圧力３Ｎとして１０Ｋｍの走行距離で駆動試験を行った。その後、ロータ１およびステータ２の各試料の表面における２μｍ2の領域、１０ヶ所の算術平均高さＲａをＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に準拠して測定し、その平均値を算出した。その結果、ステータ２の接触部分にイオン照射した場合、ロータ１およびステータ２にイオン照射しない場合に比べ、磨耗量を約４５％以下まで低減することができた。【００２９】
図３は、本発明の説明図を示す。
図３の（ａ）は、イオン打ち込み量に対する相対的磨耗量の定性的な関係曲線の一例を示す。横軸はイオン打ち込み量を表し、縦軸は相対的磨耗量を表す。実験では、イオン打ち込み量が小、中、大としたとき、相対的磨耗量について図示のように徐々に小さくなる場合と、徐々に小さくなった後に大きくなってしまう場合とがあった。したがって、相対的磨耗量が可及的に小さい、最適なイオン打ち込み量を実験で求めて決定すればよい。なお、各相対的磨耗量とは図３（ａ）においてイオン打ち込み量が０の場合の相対的磨耗量を１としたときの値である。【００３０】
図３の（ｂ）は、相対的磨耗量に対する相対的硬さの定性的な関係曲線の一例を示す。横軸は相対的硬さを表し、縦軸は相対的磨耗量を表す。これは、ロータ１について、図３の（ａ）で、相対的磨耗量と、そのときの相対的硬さとの関係を測定して定性的に表したものである。【００３１】
従って、相対的硬さが硬くなるに従い、ここでは、相対的磨耗量が小さくなるという結果が得られた。【００３２】
また、前記ステータ２と前記ロータ１の少なくとも接触部分にイオン照射したことにより両者の硬度を異ならせることで、ステータ２、ロータ１の磨耗量を低減することができる。なお、ここでいう硬度とは、ビッカース硬度（Ｈｖ）であり、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１−１９９９に準拠して測定することができ、また、磨耗量は、上述の実験例に示す算術平均高さ（Ｒａ）をＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に準拠して測定することで求めることができる。【００３３】
図４は、本発明のステージ例を示す。
図４の（ａ）は、ステージ機構４に超音波モータを取り付けた様子を模式的に示す。圧電セラミックに図示のＳＩＮωｔ，ＣＯＳωｔの高周波電圧を印加すると、当該圧電セラミックが伸張してステータ２を固定すると、平坦に摩擦力で接しているロータ１を右方向あるいは左方向に移動させることが可能となる（公知の移動方法）。【００３４】
図４の（ｂ）は、ロータ１とステータ２の一部を取り出した断面図を示す。ここで、本
願発明では、ロータ１がステータ２と接触する部分に、イオン１１を打ち込んであり、当該部分の耐摩耗性が向上しているので、当該接触する部分からの発塵を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、超音波モータを構成するステータ、ロータの少なくとも一方の接触部分にイオン照射して耐摩耗性を向上や硬さを異ならせるなどにより、発塵の低減を図る超音波モータおよび超音波モータの製造方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の説明図である。
【図２】本発明のイオン照射説明フローチャートである。
【図３】本発明の説明図である。
【図４】本発明のステージ例である。
【符号の説明】
【００３７】
１：ロータ
２：ステータ
３：圧電セラミック
４：ステージ機構
１１：イオン
２１：イオン照射装置
２２：予備排気室
２３：イオン源
２４：イオンポンプ
２５：ステージ
２６：オイルフリーポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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