(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円運動を発生させる振動体と、該振動体の楕円運動を伝達する摩擦部材とからなる超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材と当接し、摩擦駆動により可動する可動体とから成る超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置において、上記超音波モータと上記可動体との当接面に付着する摩耗粉を、上記可動体の当接面における上記超音波モータの摩擦部材との接触領域近傍で、上記可動体の当接面と隙間を設けて、絶縁材料からなる基板上に、それぞれ正負に帯電させる一対の櫛歯状の吸着用電極を形成するとともに、該吸着用電極上に絶縁保護膜を被着してなる少なくとも一つの吸着部材と、該吸着部材の吸着用電極に電圧を印加する高圧電源とからなる吸着手段により、静電気力により集塵することを特徴とする超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
【請求項２】
上記絶縁保護膜は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛あるいはこれらの混合物を主成分とするセラミック膜からなることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
【請求項３】
楕円運動を発生させる振動体と、該振動体の楕円運動を伝達する摩擦部材とからなる超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材と当接し、摩擦駆動により可動する可動体とから成る超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置において、
上記超音波モータと上記可動体との当接面に付着する摩耗粉を、上記可動体の当接面に設けられた上記超音波モータの摩擦部材よりも小さな幅を有する溝と、該溝底面に設けた吸着用電極と、該吸着用電極に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源とからなる吸着手段により、静電気力により集塵することを特徴とする超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
【請求項４】
上記溝は、上記ステージの移動方向に対して４５度の角度をもつ斜め方向に形成したことを特徴とする請求項３に記載の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線運動や回転運動する可動体を超音波モータにて駆動させる案内装置に関するものであり、特に精密加工機械、精密測定装置、半導体製造装置に用いられる案内装置として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
超音波モータは、最小振幅がナノオーダーと小さく、高分解能の位置決めが可能であり、しかも摩擦駆動であるために駆動力が大きいといった特徴を有するため、これまでカメラのレンズズーム機構や腕時計のバイブレーションアラームなど回転運動系への実用化が行われており、最近では直線運動系への適用が試みられている。
【０００３】
図８に超音波モータを可動体の駆動源とする従来の案内装置の一例を示すように、この案内装置は、ベース盤６１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材６２を備え、これらのガイド部材６２によって可動体としてのステージ６３を直線的に案内するようになっている。
【０００４】
また、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に対して平行に駆動力伝達部材６４が、ステージ６３の他方の側面には、上記駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５がそれぞれ設置されており、該リニアスケール６５と対向する位置には測定ヘッド６６を設けて位置検出手段６７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材６４と対向する位置には一つの超音波モータ（不図示）を設置し、超音波モータの摩擦部材５６を上記駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに対して垂直に当接させてある。
【０００５】
なお、図中、５７は超音波モータ５１を収容するケース、６８は位置検出手段６７より得られた位置情報を基にステージ６３の駆動条件を制御する制御部、６９は制御部６８から出力された信号を基に超音波モータを駆動させるための指令信号を出力するドライバーである。
【０００６】
また、図９に図８の案内装置に用いる超音波モータをケース５７内に収容した状態を示すように、超音波モータ５１は、圧電セラミック板５２の一方の主面に４分割された電極膜５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを有し、対角に位置する電極膜５３ａと電極膜５３ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜５３ｂと電極膜５３ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜（不図示）を形成した振動体５５と、上記圧電セラミック板５２の端面に設けたセラミックスやガラスからなる摩擦部材５６とからなり、上記他方の主面に形成された電極膜をアースするとともに、一方の主面に形成された電極膜５３ｂと電極膜５３ｄにそれぞれ位相を異ならせた電圧を印加することにより、圧電セラミック板５２に縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合力によって摩擦部材５６を楕円運動させるようになっていた。
【０００７】
また、超音波モータ５１は、ケース５７内において両側面をスプリング５８を介して保持してあり、スプリング５９の押圧力によって超音波モータ５１をステージ６３の駆動力伝達部材６４に押圧するようになっていた。
【０００８】
その為、この超音波モータ５１を駆動させると、超音波モータ５１の摩擦部材５６との摩擦駆動によってステージ６３をガイド部材６２に沿って移動させることができ、ステージ６３の移動に伴う位置検出手段６７からの位置情報と、予め設定してあるステージ６３の基準位置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御部６８にて例えばＰＩＤ演算処理を行ってドライバー６９に超音波モータ５１への指令信号を出力するフィードバック制御を行うことにより、ステージ６３を移動・位置決めするようになっていた。
【０００９】
ところが、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４は互いに摩耗し、その摩耗粉が駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに付着するため、この摩耗粉が超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間に噛み込むと接触状態が変化することから、ステージ６３の駆動特性を不安定にさせるとともに、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４の摩耗が促進され、短期間の使用で超音波モータ５１や駆動力伝達部材６４を交換しなければならないといった課題があった。
【００１０】
その為、これらの課題に対し、特開平１１−１８４４６号公報には、駆動力伝達部材６４に付着した摩耗粉を除去するため、ブラシやローラあるいはフェルトや剥離爪等を駆動力伝達部材６４に当接させて摩耗粉を除去する技術が開示されている。
【００１１】
しかしながら、ブラシ、ローラ、フェルト、剥離爪等を用いて摩耗粉を除去しようとしても、掻き残しが生じたり、掻き取った摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着するといった課題があり、確実に摩耗粉を除去することができなかった。
【００１２】
また、特開平１１−１８４４６号公報には、摩耗粉の再付着を防止するためにクリーニング溶液を塗布することが開示されているが、このクリーニング溶液が駆動力伝達部材６４に付着すると、超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間にすべりが発生し、ステージ６３の駆動特性に悪影響を与えるといった課題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、楕円運動を発生させる振動体と、該振動体の楕円運動を伝達する摩擦部材とからなる超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材と当接し、摩擦駆動により可動する可動体とから成る超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置において、上記超音波モータと上記可動体との当接面に付着する摩耗粉を、上記可動体の当接面における上記超音波モータの摩擦部材との接触領域近傍で、上記可動体の当接面と隙間を設けて、絶縁材料からなる基板上に、それぞれ正負に帯電させる一対の櫛歯状の吸着用電極を形成するとともに、該吸着用電極上に絶縁保護膜を被着してなる少なくとも一つの吸着部材と、該吸着部材の吸着用電極に電圧を印加する高圧電源とからなる吸着手段により、静電気力により集塵することを特徴とする。
【００１４】
また、上記絶縁保護膜は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛あるいはこれらの混合物を主成分とするセラミック膜からなることを特徴とする。
【００１５】
さらには、上記可動体の当接面に上記超音波モータの摩擦部材よりも小さな幅を有する溝を形成し、吸着手段として上記溝底面に設けた吸着用電極と、この吸着用電極に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源とからなるものを用いることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の案内装置の参考例を示す斜視図である。なお、従来例と同一部分については同一符号で示す。
【００１８】
この案内装置は、ベース盤６１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材６２を備え、これらガイド部材６２によって可動体としてのステージ６３を直線的に案内するようになっている。
【００１９】
また、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に対して平行に駆動力伝達部材６４を、ステ―ジ６３の他方の側面には、上記駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５をそれぞれ設置してあり、このリニアスケール６５と対向する位置には測定ヘッド６６を設けて位置検出手段６７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材６４と対向する位置には一つの超音波モータ（不図示）を配置し、超音波モータの摩擦部材５６を上記駆動力伝達部材６４の当接面に対して垂直に当接させてある。
【００２０】
なお、図中、６８は位置検出手段６７より得られた位置情報を基にステージ６３の駆動条件を制御する制御部、６９は上記制御部６８から出力された信号を基に超音波モータを駆動させるための指令信号を出力するドライバーであり、５７は超音波モータを収容するケースである。また、図１に示す超音波モータの構造及び超音波モータの取付構造は、図９に示した超音波モータ５１の構造及び超音波モータ５１の取付構造と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００２１】
また、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａには、点線で示す超音波モータの摩擦部材５６との接触領域Ｓの近傍上下に吸着用電極１をそれぞれ設けてあり、各吸着用電極１は高圧電源２と接続することにより、上記超音波モータの摩擦部材５６と上記ステージ６３に備える駆動力伝達部材６４との摩擦駆動によって発生し、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓに付着する摩耗粉を静電気力により集塵する吸着手段を構成してある。
【００２２】
即ち、本件発明者らは、摩耗粉に着目し研究を行っていたところ、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との摺動によって発生した摩耗粉は帯電しており、この摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させたものを駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓの近傍に配置すれば、摩耗粉を静電気力によって接触領域Ｓ外へ移動させることができるため、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との間に摩耗粉が噛み込むことを防止できることを見出し、本発明に至った。
【００２３】
具体的には、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４がセラミックスやサファイヤあるいはガラスによって形成されている場合、これらの材料の摩耗粉は正に帯電することから、このような時には吸着用電極１を負に帯電させるようにすれば良く、また、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４が金属や樹脂によって形成されている場合、これらの材料の摩耗粉は負に帯電することから、このような時には吸着用電極１を正に帯電させるようにすれば良い。
【００２４】
その為、ドライバー６９より指令信号を出力して超音波モータの摩擦部材５６を楕円運動させると、駆動力伝達部材６４との摩擦駆動によってステージ６３をガイド部材６２に沿って移動させることができ、ステージ６３の移動に伴う位置検出手段６７からの位置情報と、予め設定してあるステージ６３の基準位置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御部６８にて例えばＰＩＤ演算処理を行ってドライバー６９に超音波モータへの指令信号を出力するフィードバック制御を行うことにより、ステージ６３を所定の条件で移動させることができる。
【００２５】
そして、本発明の案内装置によれば、超音波モータの摩擦部材５６とステージ６３に備える駆動力伝達部材６４との摩擦駆動によって発生した摩耗粉を静電気力によって吸着用電極１に吸着させ、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓに摩耗粉が殆ど残らないようにすることができるため、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との間に摩耗粉が噛み込むことがなく、常に安定した接触状態を得ることができるため、超音波モータの駆動によってステージ６３を安定して駆動させることができ、１μｍ程度の移動精度や１μｍ以下の位置決め精度が要求されるような場合でも精度良く移動・位置決めすることができる。
【００２６】
なお、吸着用電極１の形態としては特に限定するものではなく、例えば、金属箔、金属薄板、導線、導体膜を用いることができ、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａへの取り付けにあたっては、駆動力伝達部材６４の材質との相性を考慮して接着やメタライズ等を用いれば良い。また、図１では接触領域Ｓを挟むように２つの吸着用電極１を設けた例を示したが、少なくとも何れか一方にのみ形成してあれば良い。
【００２７】
ところで、摩耗粉の帯電状態は、j.Henniker:Nature,196(1962)474等によって確認された素材の帯電特性結果を用いたり、実際に摩擦させてその帯電量を測定すれば良い。また、吸着用電極１を帯電させる電荷量は、摩耗粉の大きさや接触領域Ｓとの距離に依存するが、予め摩耗粉の吸着できる電荷量を確認して決定すれば良い。
【００２８】
また、摩耗粉の帯電状態が判断し難い場合、一方の吸着用電極１を正に帯電させ、他方の吸着用電極１を負に帯電させることにより、摩耗粉の帯電状態に関係なく、いずれか一方の吸着用電極１に摩耗粉を吸着させることができる。
【００２９】
次に、本発明の他の様々な実施形態について説明する。
【００３０】
図２に示す実施形態は、吸着手段を、吸着用電極を具備した吸着部材１０と、吸着部材１０の吸着用電極に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源２とから構成する以外は図１に示す案内装置と同様の構造をしたもので、上記吸着部材１０は、点線で示す駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓの近傍で、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａと約０．５ｍｍ以下の隙間を設け、吸着用電極が当接面６４ａと対向するように設置してあり、上記吸着部材１０は、超音波モータを挟んで両側にそれぞれ一つずつ設けてある。
【００３１】
この実施形態によれば、吸着部材１０の吸着用電極を、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との摩擦駆動によって発生した摩擦粉の帯電状態と異なる極性に帯電させておくことにより、ステージ６３の移動によって駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに付着する摩耗粉が吸着部材１０と対向する位置に来たときに、上記摩耗粉を静電気力によって吸着部材１０に吸着させることができるため、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓに付着する摩耗粉を除去し、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との間に摩耗粉が噛み込むことを防止することができるため、常に安定した接触状態を得ることができ、超音波モータの駆動によって１μｍ程度の移動精度や１μｍ以下の位置決め精度が要求されるような場合でもステージ６３を精度良く移動・位置決めすることができる。
【００３２】
ところで、上記吸着部材１０としては、図３（ａ）に示すように、セラミックス等の絶縁材料からなる基板１２上に、金属箔、金属薄板、導体膜等からなる吸着用電極１１を形成し、さらにこの吸着用電極１１上に、絶縁保護膜１３としてポリイミドテープ等の樹脂膜、又はチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛あるいはこれらの混合物を主成分とするセラミック膜を被着したものを用いることができる。特に、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛あるいはこれらの混合物を主成分とするセラミック膜は、上記樹脂膜と比較して誘電率が高いため、大きな静電気力を得ることができるため、摩耗粉の吸着力を大幅に向上させることができる。なお、このようなセラミック膜を有する吸着部材１０を製作するには、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛あるいはこれらの混合物に溶媒やバインダーを添加混合してスラリーを形成し、テープ成形にて製作した厚み数百μｍ〜数ｍｍのシートを複数枚用意し、数枚のシートを重ねた後、吸着用電極１１を設け、さらにセラミック膜となる残りのシートを積み重ね、加熱しながら加圧することにより吸着用電極１１が埋設された積層体を形成し、しかる後、焼成することにより得ることができる。
【００３３】
また、摩耗粉の帯電状態が判断し難い場合、図３（ｂ）に示すように、吸着用電極１のパターン形状を一対の櫛歯状とし、一方の櫛歯状をした吸着用電極１１を正に帯電させ、他方の櫛歯状をした吸着用電極１１を負に帯電させることにより、摩耗粉の帯電状態に関係なく、摩耗粉を吸着部材１０に吸着させることができる。
【００３４】
図４に示す実施形態は、吸着手段を、シート状の吸着用電極２１を２つのローラ２２で張架したコンベア機構によって駆動させることができる吸着部材２０と、吸着部材２０の吸着用電極２１に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源２とから構成する以外は図１に示す案内装置と同様の構造をしたもので、上記吸着部材２０は、点線で示す駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓの近傍で、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａと約０．５ｍｍ以下の隙間を設け、吸着用電極２１が当接面６４ａと対向するように設置してあり、上記吸着部材２０は、超音波モータを挟んで両側にそれぞれ一つずつ設けてある。
【００３５】
この実施形態によれば、吸着部材２０の吸着用電極２１を、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との摩擦駆動によって発生した摩擦粉の帯電状態と異なる極性に帯電させておくことにより、ステージ６３の移動によって駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに付着する摩耗粉が吸着部材２０と対向する位置に来たときに、上記摩耗粉を静電気力によって吸着部材２０に吸着させることができるため、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓに付着する摩耗粉を除去し、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との間に摩耗粉が噛み込むことを防止することができるため、常に安定した接触状態を得ることができ、超音波モータの駆動によって１μｍ程度の移動精度や１μｍ以下の位置決め精度が要求されるような場合でもステージ６３を精度良く移動・位置決めすることができる。
【００３６】
また、この吸着部材２０は、シート状の吸着用電極２１を２つのローラ２２で張架したコンベア機構によって回転させることができるため、シート状をした吸着用電極２１の駆動力伝達部材６４の当接面６４ａと対向する領域に摩耗粉が付着し、摩耗粉の吸着能力が低下した場合、コンベア機構によってシート状をした吸着用電極２１を移動させ、摩耗粉が吸着されていない新しい面を駆動力伝達部材６４の当接面６４ａと順次対向させることができるため、図１や図２に示す実施形態と比較して長期間にわたって案内装置を駆動させることができる。
【００３７】
ところで、上記吸着部材２０を形成する吸着用電極２１としては、例えば、金属箔をポリイミドシートで挟み込んだものを用いれば良い。なお、吸着用電極２１への通電は、入電端子からスリップリングを用いて行えば良い。また、駆動力伝達部材６４と反対側の吸着用電極２１には分離つめを当接させておくことにより、吸着用電極２１に吸着させた摩耗粉を分離つめで掻き落とし、吸着用電極２１の再生を行うようにしても構わない。ただし、分離つめで摩耗粉を掻き落とす場合、その近傍に摩耗粉の回収機構を設けることが好ましく、このような回収機構を設けることで摩耗粉を周囲にまき散らすことがなく、半永久的に使用することができる。
【００３８】
図５に示す実施形態は、ステージ６３に備える駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに超音波モータの摩擦部材５６よりも小さな幅を有する溝３２を複数個刻設するとともに、吸着手段として図６（ａ）に示すように各溝底部３２ａに設けた吸着用電極３１と、これらの吸着用電極３１に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源２とから構成する以外は図１に示す案内装置と同様の構造をしたものである。
【００３９】
ここで、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに形成する溝３２のパターン形状としては特に限定するものではなく、例えば、図７（ａ）に示すように、ステージ６３の移動方向に沿って延びる溝３２をステージ６３の移動方向に対して垂直な方向に複数個平行に並設したものや、図７（ｂ）に示すように、ステージ６３の移動方向に対して斜め方向に延びる溝３２をステージ６３の移動方向に複数個平行に並設したもの、あるいは図７（ｃ）に示すように、ステージ６３の移動方向に対して斜めに延びる溝３２をクロス状に配置したものなど、様々なパターン形状を採用することができる。
【００４０】
この実施例によれば、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに溝３２を形成したことから、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との摩擦駆動によって発生し、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａや摩擦部材５６に付着する摩擦粉を溝３２内に欠き落とすことができるため、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との間に摩耗粉が噛み込むことを効果的に防止することができる。
【００４１】
また、溝底面３２ａには吸着用電極３１を設けてあり、この吸着用電極３１を摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させておくことにより、溝３２内に欠き落とされた摩耗粉を静電気力によって吸着用電極３１に吸着させて集塵することができるため、溝３２内に付着した摩耗粉が再度摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに付着することを防止することができる。
【００４２】
その為、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける接触領域Ｓに付着する摩耗粉を効率良く除去し、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との間に摩耗粉が噛み込むことを効果的に防止することができるため、常に安定した接触状態を得ることができ、超音波モータの駆動によって１μｍ程度の移動精度や１μｍ以下の位置決め精度が要求されるような場合でもステージ６３を精度良く移動・位置決めすることができる。
【００４３】
ところで、このような効果を得るには、溝３２の幅を超音波モータの摩擦部材５６よりも小さくする必要であり、好ましくは０．０３ｍｍ〜１ｍｍの幅とすることが好ましい。即ち、溝３２の幅Ｗが超音波モータの摩擦部材５６と同等又は大きくなると、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との接触状態が変化し、ステージ６３の駆動特性に悪影響を及ぼしたり、摩擦部材５６の摩耗を促進させ、さらには摩擦部材５６によって溝３２のエッジ部を破損させるといった不都合があり、特に溝３２の幅Ｗが１ｍｍを超えると、上述した問題が顕著に現れ始めるからであり、逆に、溝３２の幅Ｗが０．０３ｍｍ未満となると、溝底面３２ａに吸着用電極３１を設けることが難しいからである。
【００４４】
また、溝３２の深さＬが１ｍｍを超えると、溝３２の開口部付近に付着する摩耗粉と溝底面３２ａの吸着用電極３１との距離は離れすぎ、摩耗粉に作用する静電吸着力が小さくなりすぎるため、摩耗粉を溝３２内に保持することが難しくなる。一方、溝３２の深さＬが、０．０５ｍｍ未満となると、溝３２内に欠き落とされた摩耗粉の集塵量が著しく低下する。その為、溝３２の深さＬは０．０５〜１ｍｍとすることが好ましい。
【００４５】
なお、溝３２は駆動力伝達部材６４の当接面６４ａのうち、少なくとも超音波モータの摩擦部材５６との接触領域Ｓに形成してあれば良い。
【００４６】
以上、本実施形態では、可動体が直線運動する案内装置を例にとって説明したが、可動体が回転運動する案内装置にも適用できることは言う迄もなく、さらに、可動体を駆動させる超音波モータについても、多重モード型のものに限らず、単一振動モードの定在波型や進行波、複数振動モードのモード変換型、複合振動型の超音波モータであっても構わない。
【００４７】
このように、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々改良や変更したものでも構わない。
【００４８】
【実施例】
（実施例１）ここで、図１に示す案内装置（参考例）と、図８に示す従来の案内装置（従来例１）、及び図８に示す従来の案内装置に、摩耗粉を掻き取るためのブラシを備えたもの（従来例２）をそれぞれ用意し、各案内装置を駆動させ、超音波モータ５１の摩擦部材５６の摩耗量と、案内装置の寿命について調べる実験を行った。
【００４９】
本実験にあたっては、超音波モータ５１の振動体５５の寸法を長さ３０ｍｍ、幅７．５ｍｍ、厚み３ｍｍとし、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスにより形成したものを用いるとともに、振動体５５に接合する摩擦部材５６にアルミナセラミックスを用い、その寸法を長さ４．２ｍｍ、直径３ｍｍの円柱とし、かつ当接面を曲率半径が７ｍｍの球面とした。
【００５０】
また、案内装置を構成するガイド部材６２には、ストロークが１００ｍｍのクロスローラーガイドを用い、上記ガイド部材６２を介して５ｋｇの重さを有するステージ６３を移動させるようにした。また、超音波モータの摩擦部材５６と当接する駆動力伝達部材６４にはアルミナセラミックスを用い、かつ摩擦部材５６との当接面６４ａを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０５μｍとした。
【００５１】
そして、本発明の案内装置においては、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａにおける摩擦部材５６との接触領域Ｓの軸線より１ｍｍ離れた位置に、吸着用電極１として、直径が１ｍｍの銅線を２本接着剤にて当接面６４ａに固定した。
また、高圧電源２により吸着用電極１に通電することにより、吸着用電極１に１ｋＶの負の電荷が帯電するようにした。
【００５２】
また、摩耗粉を掻き取るためのブラシを備えた従来の案内装置は、超音波モータを挟んで両側に、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａと当接するようブラシを配置した。
【００５３】
そして、制御部６８に予め設定しておくステージ１３のプロファイルとして移動距離１００ｍｍ、加減速度０．０３Ｇ、最高速度１００ｍｍ／ｓに設定した台形制御とし、超音波モータ５１は４０ｋＨｚの駆動周波数で駆動させるようにした。そして、この条件でステージ６３を５００ｋｍ駆動させた後の摩耗粉の除去状態と、摩擦部材５６の摩耗量をそれぞれ測定するとともに、案内装置の寿命を測定した。なお、案内装置の寿命については、位置検出手段６７から得られる実際の位置信号と基準位置信号との偏差が１μｍを超えると、ステージ６３を安定して駆動させることができなくなるため、偏差が１μｍを超えたステージ６３の移動距離を寿命とした。
【００５４】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００５５】
【表１】
0003827554.tif 000002
【００５６】
この結果、摩耗粉の除去手段を備えていない従来例１の案内装置は、摩耗粉の噛み込みにより、摩擦部材５６の摩耗量が多く、また、ステージ６３の移動距離が２００ｋｍで偏差が１μｍを超え、寿命が短かった。
【００５７】
また、摩耗粉の除去手段としてブラシを備えた従来例２の案内装置は、摩擦部材５６の摩耗量は少なかったものの、ステージ６３の移動距離が３００ｋｍをすぎたところから、ところどころで偏差が１μｍを超えた。この理由について調べて見ると、ブラシにより取り除いた摩耗粉が駆動力伝達部材６４の当接面６４ａに再付着し、再付着した摩耗粉の噛み込みによるものであった。
【００５８】
これに対し、本発明の案内装置は、摩耗粉を吸着用電極１に付着させることができ、駆動力伝達部材６４の当接面６４における摩擦部材５６との接触領域Ｓには殆ど摩耗粉が残っていないため、摩擦部材５６の摩耗量が極めて少なく、また、ステージ６３を５００ｋｍ駆動させても偏差が１μｍを超えることがないため、長時間安定して駆動させることができ、優れていた。
（実施例２）
次に、図２に示す本発明の案内装置を用い、実施例１と同様の実験を行った。
【００５９】
なお、吸着手段を構成する吸着部材１０には、吸着用電極１１として縦２３ｍｍ、横２８ｍｍの銅箔を、縦２５ｍｍ、横３０ｍｍのセラミック板１２に張り付け、その上に絶縁保護膜１３としてポリイミドテープを張り付けたものを用い、超音波モータ５１の両端に２箇所配置した。ただし、吸着部材１０と駆動力伝達部材６４との隙間は０．５ｍｍに設定した。そして、高圧電源２により吸着用電極１１に通電し、吸着用電極１１に１ｋＶの負の電荷が帯電するようにした。
【００６０】
結果は表２に示す通りである。
【００６１】
【表２】
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【００６２】
この結果、図２に示す本発明の案内装置は、駆動力伝達部材６４に付着する摩耗粉を吸着部材１０に付着させることができるため、駆動力伝達部材６４の当接面６４における摩擦部材５６との接触領域Ｓには殆ど摩耗粉が残っておらず、摩擦部材５６の摩耗量が極めて少なく、また、ステージ６３を５００ｋｍ駆動させても偏差が１μｍを超えることがないため、長時間安定して駆動させることができた。
（実施例３）
次に、図４に示す本発明の案内装置を用い、実施例１と同様の実験を５０００ｋｍにわたって行った。
【００６３】
なお、吸着手段を構成する吸着部材２０は、銅箔をポリイミドシートで挟み込んだ、幅３０ｍｍのシート状の吸着用電極２１を、一対のローラ２２によって張架したコンベア構造とし、この吸着部材２０を超音波モータ５１の両端に２箇所配置した。ただし、吸着部材２０と駆動力伝達部材６４との隙間は０．５ｍｍに設定した。そして、高圧電源２により吸着用電極２１に通電し、吸着用電極２１に１ｋＶの負の電荷が帯電するようにした。
【００６４】
また、吸着用電極２１を挟んで駆動力伝達部材６４と反対側には、樹脂製の分離つめを５０ｇの力で押しつけ、分離つめで掻き落とした摩耗粉を回収トレーにて集塵するようにした。
【００６５】
ただし、吸着部材２０の吸着用電極２１は、ステージ６３が５００ｋｍ移動する毎に一回転するようにし、１０段階にわけてステップ送りさせた。
【００６６】
この結果、超音波モータ５１の摩擦部材５６の摩耗量は、ステージ６３の移動距離に比例した定常的な摩耗であり、偏摩耗はみられず、駆動中ステージ６３を安定して駆動させることができ、また、摩耗粉の回収機能を有することから、クリーンな環境を要求される半導体製造装置にも適用可能であった。
（実施例４）
次に、図５に示す本発明の案内装置を用い、実施例１と同様の実験を５０００ｋｍにわたって行った。
【００６７】
なお、駆動力伝達部材６４の摩擦部材５６との当接面６４ａに形成する溝３２は、ステージ６３の移動方向に対して４５度の角度をもつ斜めの溝３２とし、１ｍｍピッチで形成するとともに、溝３２の幅Ｗを５０μｍ、溝３２の深さＬを１００μｍとした。また、各溝底面３２ａには厚さ３μｍの銀膜を被着して吸着用電極２１を形成した。
【００６８】
そして、高圧電源２により吸着用電極２１に通電し、吸着用電極２１に１ｋＶの負の電荷が帯電するようにした。
【００６９】
この結果、駆動力伝達部材６４の当接面６４における摩擦部材５６との接触領域Ｓには殆ど摩耗粉が残っておらず、溝３２内に保持されていた。その為、摩擦部材５６の摩耗量が極めて少なく、ステージ６３を５０００ｋｍ駆動させても偏差が１μｍを超えることなく、長時間安定して駆動させることができた。しかも、この実施形態においては、駆動力伝達部材６４の当接面６４に付着する摩耗粉だけでなく、超音波モータ５１の摩擦部材５６に付着する摩耗粉も溝３２内に欠き落とすことができるため、図１乃至図４に示す本発明の他の実施形態と比較して摩擦部材５６に付着する摩耗量を極めて少なくすることができ、駆動力伝達部材６４と摩擦部材５６との接触状態の変化を小さくできるため、ステージ６３の移動中における挙動も安定させることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、楕円運動を発生させる振動体と、該振動体の楕円運動を伝達する摩擦部材とからなる超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材と当接し、摩擦駆動により可動する可動体とから成る超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置において、上記超音波モータと上記可動体との摩擦駆動により上記可動体の当接面に付着する摩耗粉を静電気力により集塵する吸着手段を設け、この吸着手段として、可動体の当接面における超音波モータの摩擦部材との接触領域近傍に備える少なくとも一つの吸着用電極と、この吸着用電極に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源とからなるものを用いるか、あるいは可動体の当接面における超音波モータの摩擦部材との接触領域近傍で、且つ可動体の当接面と隙間を設けて設置した吸着用電極を備える少なくとも一つの吸着部材と、この吸着部材の吸着用電極に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源とからなるものか、さらには可動体の当接面における超音波モータの摩擦部材との接触領域に、摩擦部材よりも小さな幅を有する複数個の溝を形成するとともに、この溝底面に配置した吸着電極と、この吸着用電極に電荷を帯電させるために電圧を印加する高圧電源とからなるものを用いることによって、摩擦駆動によって発生した摩耗粉を、可動体の当接面における摩擦部材との接触領域より除去することができるため、超音波モータと可動体との接触面間に摩耗粉が噛み込むことを防止することができ、可動体を安定して駆動させることができ、可動中における精度が１μｍ、位置決め精度が０．１μｍといった高精度が要求される場合でも精度良く可動体を可動、位置決めすることができるとともに、さらには周囲の雰囲気を汚染することがないため、真空雰囲気等で使用する場合でも好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の案内装置の一例を示す斜視図である。
【図２】超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の案内装置の他の例を示す斜視図である。
【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ図３の案内装置に備える吸着部材の構造を示す一部を破断した斜視図である。
【図４】超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の案内装置のさらに他の例を示す斜視図である。
【図５】超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の案内装置のさらに他の例を示す斜視図である。
【図６】図５の案内装置に備える要部の一部を拡大した断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図５の案内装置に備える溝のパターン形状を示す平面図である。
【図８】超音波モータを可動体の駆動源とする従来の案内装置の一例を示す斜視図である。
【図９】ケース内における超音波モータの取付構造を示す一部を破断した断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１：吸着用電極  ２：高圧電源  １０，２０：吸着部材
１２：基板  １３：絶縁保護膜  ２２：ローラ  ３２：溝  ３２ａ：溝底面
５１：超音波モータ  ５２：圧電セラミック体
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ：電極膜
５５：振動体  ５６：摩擦部材  ５７：ケース  ５８：スプリング
５９：スプリング  ６１：ベース盤  ６２：ガイド部材  ６３：ステージ
６４：駆動力伝達部材  ６５：リニアスケール  ６６：測定ヘッド
６７：位置検出手段  ６８：制御部  ６９：ドライバー
【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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