案内装置
【課題】 圧縮気体を用いることなく簡単な構造で磨耗粉の除去が可能な案内装置を提供する。
【解決手段】 楕円運動する振動体と、該振動体の楕円運動を伝達するための摩擦部材とを有する超音波モータと、摩擦部材に当接する当接面を有し、摩擦部材と当接面との摩擦駆動により移動可能に設けられた可動体６３と、当接面に対向する対向面を超音波モータの両側に有してなり、超音波モータを覆う摩耗粉飛散防止用筐体とを含む案内装置において、対向面にそれぞれ複数の溝を形成し、当接面と対向面の間隔及び溝の形状を、可動体６３の移動に伴って溝に摩耗粉が捕獲されるように設定した。
【解決手段】 楕円運動する振動体と、該振動体の楕円運動を伝達するための摩擦部材とを有する超音波モータと、摩擦部材に当接する当接面を有し、摩擦部材と当接面との摩擦駆動により移動可能に設けられた可動体６３と、当接面に対向する対向面を超音波モータの両側に有してなり、超音波モータを覆う摩耗粉飛散防止用筐体とを含む案内装置において、対向面にそれぞれ複数の溝を形成し、当接面と対向面の間隔及び溝の形状を、可動体６３の移動に伴って溝に摩耗粉が捕獲されるように設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータの摩擦駆動により直線運動や回転運動を行う可動体を駆動させる案内装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、最小振幅がナノメートルオーダーと小さく、高分解能の位置決めが可能であり、しかも同サイズの他の電磁モータと比較して駆動力が大きいといった特徴を有している。かかる特徴を生かし、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主として回転運動系において実用化されているが、最近では直線運動系への適用もなされている。
【０００３】
図８に、特許文献１に開示された、超音波モータを可動体の駆動源とした従来の案内装置の一例を示す。この案内装置は、図８に示すように、ベース盤６１上にクロスローラガイドのような一対のガイド部材６２を介して可動体であるステージ６３が設けられ、そのステージ６３を超音波モータで直線的に案内するようになっている。
【０００４】
この従来の案内装置において、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に平行に駆動力伝達部材６４が設けられ、ステージ６３の他方の側面には、駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５が設置されている。また、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、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５００を設けて、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は超音波モータを収容する筐体、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】
図９は、この案内装置に用いる筐体５７内に収容されてなる超音波モータの断面を示している。超音波モータ５００は、筐体内に４つのスプリング５８で保持された振動体５５を有してなる。この振動体５５は、圧電セラミック板５２と、その圧電セラミック板５２の一方の主面に形成された電極膜５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄと、圧電セラミック板５２の他方の主面ほぼ全面に形成された共通電極膜（不図示）とによって構成されている。尚、圧電セラミック板５２の一方の主面に形成された、４分割された電極膜５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは、対角に位置する電極膜５３ａと電極膜５３ｄが結線され、他の対角に位置する電極膜５３ｂと電極膜５３ｃが結線される。また、この振動体５５の一方端面にはセラミックスやガラスからなる摩擦部材５６が設けられている。
【０００７】
以上のように構成された超音波モータにおいて、共通電極膜をアースするとともに、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と、圧電セラミック板５２に縦振動と横振動が生じ、これらの振動の合力によって摩擦部材５６が楕円運動する。
【０００８】
また、超音波モータ５００は、筐体５７内においてその両側面をスプリング５８により保持されているが、摩擦部材が設けられている側とは反対側の端面にはスプリング５９が設けられており、そのスプリング５９によって押圧されて振動体５５をステージ６３に設けられた駆動力伝達部材６４に押し付けて予圧を与えるようになっている。
【０００９】
特許文献１に開示された案内装置は、以上のような構成になっており、超音波モータ５００を駆動すると、その摩擦部材５６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。
【００１０】
ところが、超音波モータ５００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に付着するという問題がある。この付着量が多くなると摩擦部材５６の振動によって摩耗粉が周囲に飛散したり、ベース盤６１に堆積した摩耗粉がステージ６３の移動時の振動によって周囲に飛散したりするため、周囲の雰囲気を汚染するといった課題があった。特に半導体製造装置のようにウエハ上に粉塵の付着量が制限されている装置では大きな問題となる。
【００１１】
そこで、特許文献１には、上記問題を解決するために、摩耗粉飛散防止筐体に圧縮気体の噴射孔と排気溝を有する摩耗粉除去パッドを設けることが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５１５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された方式では、圧縮気体を使用するため真空中で使用するためには圧縮空気が真空中に漏れないように差動排気を行う必要があるために真空排気系が追加で必要となること、摩耗粉除去パッドが非常に大きくなることと、また差動排気用の配管を引き回すためにステージの位置決め精度が悪化するといった課題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、圧縮気体を用いることなく簡単な構造で磨耗粉の除去が可能な案内装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の目的を達成するために、本発明に係る案内装置は、楕円運動する振動体と、該振動体の楕円運動を伝達するための摩擦部材とを有する超音波モータと、前記摩擦部材に当接する当接面を有し、前記摩擦部材と前記当接面との摩擦駆動により移動可能に設けられた可動体と、前記当接面に対向する対向面を前記超音波モータの両側に有してなり、前記超音波モータを覆う摩耗粉飛散防止用筐体とを含む案内装置において、
前記対向面にそれぞれ複数の溝を形成し、前記当接面と前記対向面の間隔及び前記溝の形状を、前記可動体の移動に伴って前記溝に摩耗粉が捕獲されるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上の本発明に係る案内装置は、前記対向面に複数の溝を形成し、前記当接面と前記対向面の間隔及び前記溝の形状を、前記可動体の移動に伴って前記溝に摩耗粉が捕獲されるように設定しているので、圧縮気体を用いることなく簡単な構造で磨耗粉の除去が可能な案内装置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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、実施の形態の図において、従来例と同一部分については同一符号で示している。
【００１７】
図１は、本発明に係る実施の形態の案内装置であって、超音波モータを可動体の駆動源としている。また、図２Ａは図１の案内装置におけるステージ６３と超音波モータ部分とを示す平面図であって、本発明の案内装置における摩耗粉除去手段の構成がわかるように、摩耗粉飛散防止カバー５の上面を取り除いて示している。また、図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ線についての断面図である。尚、図２Ａにおいて、超音波モータ部分は断面図で示している。
【００１８】
この実施の形態の案内装置は、図１等に示すように、従来例と同様、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を直線的に往復運動可能に案内するようになっている。
また、ステージ６３はその一方の側面にガイド部材６２に対して平行に取り付けた駆動力伝達部材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をそれぞれ有している。そして、そのリニアスケール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５００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。
【００１９】
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、５は超音波モータ５００より発生する摩耗粉の飛散を防止する摩耗粉飛散防止用筐体１を収容する摩耗粉飛散防止カバーである。また、３は摩耗粉を吸着する静電吸着シートを固定するベースである。
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り付け構造は、図８及び図９に示したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２０】
以下、本発明の特徴的な部分である摩耗粉飛散防止機構の詳細について図２Ａ、図２Ｂを参照しながら説明する。
まず、本実施の形態の案内装置において、図３Ａ等に示す摩耗粉飛散防止用筐体１は、超音波モータ５００を覆っており、駆動力伝達部材６４と超音波モータ５００の間にある摩耗粉を周囲に飛散させないようにしている。
【００２１】
ここで特に、本実施の形態では、摩耗粉飛散防止用筐体１は、駆動力伝達部材６４に対向する対向面における超音波モータ５００の両側に摩耗粉収集溝２ａ、２ｂを有していて、その対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との間隔及び摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの形状を、ステージ（可動体）の移動に伴って摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉が捕獲されるように設定して、摩耗粉の飛散を効果的に防止している。
【００２２】
すなわち、本発明は、
（１）摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との間隔と、
（２）超音波モータ５００の両側に設けた摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの形状を、
適切な範囲に設定すると、
ステージ（可動体）の移動による、摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との相対的な運動により、
圧縮空気や吸引機構を用いることなく、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉を効果的に捕獲できることを見出して完成させたものである。
前記摩耗粉収集溝２ａ、２ｂは、その長手方向が前記可動体の移動方向に略直交することが好ましい。
これは、可動体が移動によって描く軌跡と溝２ａ、２ｂの成す角度が９０°であれば、摩耗粉の長手方向に飛散してきた摩耗粉が摩耗粉収集溝２ａ、２ｂで乱反射を起こすため、摩耗粉収集効果が十分に発生する。
なお、ここで、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの移動方向が略直交とは、可動体が移動によって描く軌跡と溝２ａ、２ｂの成す角度が９０°±２０°の範囲を示す。さらに、上記角度は、９０°±２°とすることがより好ましい。
さらに、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂは、互いに平行であることが好ましい。これは、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが片側に１個しかないと摩耗粉の飛散速度がほとんど減衰しないため、摩耗粉が摩耗粉収集溝２ａ、２ｂから飛び出してしまうが、２個以上かつ平行であれば２回の摩耗粉の乱反射によって摩耗粉の飛散速度が減衰するため、摩耗粉収集効果が十分に発生する。
【００２３】
本発明において、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉をより効果的に捕獲するためには、駆動力伝達部材６４の表面（当接面）とそれに対向する摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面の距離Ｔは、１０〜３００μｍとすることが好ましい。この点、当該距離を０．５〜１０μｍの範囲に設定している特許文献１の構成とは顕著に異なっている。
【００２４】
これは、本発明に係る構成において、両者の距離Ｔが１０μｍ未満であると、圧縮空気や吸引機構を用いていない本発明に係る構成では摩耗粉が駆動力伝達部材６４の当接面と摩耗粉飛散防止用筐体１との隙間に噛み込み易くなるからである。すなわち、本発明は、ステージ（可動体）の移動に伴う摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との相対的な運動により、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉を捕獲するものであるから、摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面の間で磨耗粉が３次元的に運動していることが好ましく、特許文献１の構成に比較して広い間隔が必要になるからであると思われる。
【００２５】
逆に距離Ｔが３００μｍを超えると、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａから摩耗粉飛散防止用筐体１までの距離が離れすぎるため、飛散した摩耗粉をその周囲にまき散らし、使用環境を汚染し、ステージ６３のガイド部材６２等に噛み込むと、ステージ６３の移動精度に悪影響を与えるからである。さらに、距離Ｔは、１０〜１００μｍとすることがより好ましい。
【００２６】
尚、この摩耗粉飛散防止用筐体１の材質は超音波モータ５００の振動と共振しないアルミニウム合金やステンレス合金等の金属もしくはアルミナやジルコニア等のセラミックスが好ましい。
【００２７】
また、摩耗粉飛散防止用筐体１の摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの深さと幅はそれぞれ、１〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。即ち、深さ及び幅が１ｍｍ未満もしくは５ｍｍを超えると、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉を捕獲する効率が低下するからである。この範囲外になると、摩耗粉の乱反射が起きなくなり、隙間からの排出量が増加する傾向がある。また、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが片側に１個しかないと摩耗粉の捕獲効率が悪く、片側に２個以上の摩耗粉収集溝を設けることが好ましい。
【００２８】
このように、本発明は、駆動力伝達部材６４の表面（当接面）とそれと対向する摩耗粉飛散防止筐体１の対向面の間隔を、摩耗粉が当接面と対向面の間で反射を繰り返しながら運動するように設定し、摩耗粉を摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの内壁で乱反射させることにより摩耗粉収集溝２ａ、２ｂ内に閉じ込めて捕獲するものである。
【００２９】
したがって、本発明では、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂ内に捕獲した磨耗粉を溝外部に放出しないように、例えば、図４に示すように、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの開口幅を、溝内部の最大幅より狭くすることが好ましい。このようにすると、溝の側壁と対向面とのなす角度が鋭角になり摩耗粉収集溝２ａ、２ｂ内に捕獲された磨耗粉が溝外部に放出されにくくできる。尚、図４に示すように、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの底面における幅を最大幅としておくと、溝の側壁で反射した磨耗粉が溝の内部に向けて反射される確率が高くなり、より効果的に、捕獲した磨耗粉が溝外部に放出されないようにできる。
【００３０】
また、本実施の形態の案内装置では、摩耗粉飛散防止カバー５を設けてより確実に磨耗粉の外部への飛散を防止している。すなわち、本実施の形態において、摩耗粉飛散防止筐体１は駆動力伝達部材６４の当接面との間にわずかな隙間があるため、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂを配置しても完全には摩耗粉の排出を止めることはできない。そこで駆動力伝達部材６４に摩耗粉飛散防止筐体１を囲う摩耗粉飛散防止カバー５を取り付けている。
【００３１】
この摩耗粉飛散防止カバー５は、駆動力伝達部材６４との間に隙間ができないように取り付けるとともに、ベース３上の静電吸着シート４ａ、４ｂに対しては１０〜５００μｍの隙間を設けて接触しないようにしている。このように取り付けた摩耗粉飛散防止カバー５は、ステージ６３と一緒に移動し、摩耗粉飛散防止筐体１より飛び出した摩耗粉を摩耗粉飛散防止カバー５の上面内側及び側面内側で受け止めてベース３に落下させ、ベース３上に設けられた後述する静電吸着シート４ａ、４ｂに吸着させ、落下した摩耗粉が直接周囲に飛散することを防止している。
尚、この摩耗粉飛散防止カバー５の材質は超音波モータ５００の振動と共振しないアルミニウム合金やステンレス合金等の金属もしくはアルミナやジルコニア等のセラミックスが好ましい。
【００３２】
さらに本実施の形態の案内装置では、図３Ａ、図３Ｂに示すような、静電吸着シート４ａ、４ｂを備えている。なお、図３Ａは上面図、図３Ｂは図３ＡのＢ−Ｂ線についての断面図である。本実施の形態の案内装置では、図３Ａに示すようにステージ６３が超音波モータに対して右側に移動させると摩耗粉飛散防止カバー５が一緒に移動するためベース３の表面が露出する。また、反対に左側に移動してもベース３ａが露出する。したがって、このベース３の表面が露出すると、静電吸着シート４ａ、４ｂが無い場合には、ステージ６３が移動する時の振動によってベース３上に付着した摩耗粉が再度浮遊して周囲を汚染する。また、露出しない場合であっても、摩耗粉飛散防止カバー５とベース３の隙間からもわずかに摩耗粉が排出される。
【００３３】
そこで、本実施の形態の案内装置では、摩耗粉の浮遊及び排出を完全に防止するために静電吸着シート４ａ、４ｂを設けている。本実施の形態において、この静電吸着シート４ａ、４ｂは、２つの櫛歯状のアルミ製電極を互い違いになるように配置し、例えば、５０μｍのポリイミド樹脂で挟み込んだ構造となっている。以上の構造で、２つの櫛歯状のアルミ製電極間に−１ｋＶから−５ｋＶの電圧を印加して表面に静電気を発生させて摩耗粉を吸着させる。例えば、アルミ製電極の一方には−１ｋＶから−５ｋＶの電圧を印加するとともに、もう一方はアースに接地する。このような静電吸着シート４ａ、４ｂを設けることによって、ステージ６３が移動しても周囲への飛散量を大幅に低減することができる。尚、本発明において、静電吸着シート４ａ、４ｂの構造は、かかる構造に限定されるものではなく、磨耗粉を吸着できるものであればよい。
【００３４】
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。
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にも適用できることはいう迄もない。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明に係る実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例では、図２の摩耗粉飛散防止筐体１及び摩耗粉飛散防止カバー５と静電吸着シート４ａ、４ｂを備えた図１に示す本発明の案内装置と、図８の摩耗粉飛散防止筐体を備えていない従来の案内装置を用意し、各案内装置のステージ６３を１０時間移動させた後のステージ６３の上面部に付着する摩耗粉の付着量について比較した。
本実施例及び従来例において、実験に使用する案内装置の仕様は以下のようにした。
案内装置を構成するガイド部材６２には、ストロークが１００ｍｍのクロスローラガイドを用い、上記ガイド部材６２によって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、ステージ６３の一方の側面にはアルミナセラミック製の駆動力伝達部材６４を配置し、超音波モータ５１との当接面６４ａの表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０５μｍとした。
【００３６】
一方、ステージ６３の駆動源である超音波モータ５１は、振動体５５を、長さ３０ｍｍ、幅７．５ｍｍ、厚み３ｍｍの直方体をしたチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミック体５２により形成し、振動体５５の端面に、長さ４．２ｍｍ、直径３ｍｍの円柱状をしたアルミナセラミック製の摩擦部材５６を接合したものを用いた。なお、摩擦部材５６の駆動
力伝達部材６４との当接面は、曲率半径が７ｍｍの球面とした。
【００３７】
また、本発明の案内装置に用いる静電吸着シート４ａ、４ｂへの印加電圧は−２ｋＶとした。尚、摩耗粉飛散防止筐体１のみ（データ１）と摩耗粉飛散防止筐体１と摩耗粉飛散防止カバー５の場合（データ２）及び、摩耗粉飛散防止筐体１と摩耗粉飛散防止カバー５と静電吸着シート４ａ、４ｂへの電圧印加を行った場合（データ３）の３種類の実験を行った。
【００３８】
実験にあたっては、制御部１８に予め設定しておくステージ６３の移動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／ｓｅｃに設定した台形制御とし、超音波モータ５１を４０ｋＨｚの駆動周波数で駆動させるようにした。
そして、ステージ６３上に摩耗粉測定用の試料（１００ｍｍ×１００ｍｍ）をセットし、上記条件にてステージ６３を１０時間駆動させ、走行試験後に摩耗粉測定用の試料面に付着した粒径１μｍ以上の摩耗粉の量をステージ上にセットした光学顕微鏡（倍率２０００倍）で検出した。その結果を図５に示す。
【００３９】
上記実験方法に基づいて行った実験結果では、図５に示すように摩耗粉飛散防止筐体１及び摩耗粉飛散防止カバー５を持たない従来の案内装置では、摩耗粉の付着量が１００個と多かったのに対し、図２に示す摩耗粉飛散防止筐体１のみを有する本発明の案内装置では、摩耗粉の付着量が３０個であった。また、摩耗粉飛散防止筐体１と摩耗粉飛散防止カバー５を有する場合には１０個に低減した。さらに静電吸着シート４ａ、４ｂに電圧を印加することによって摩耗粉の付着量は２個にまで軽減した。よって、本発明の案内装置は摩耗粉の飛散を大幅に減少させることができる。
【００４０】
（実施例２）
実施例１に用いた、摩耗粉飛散防止筐体１のみの案内装置を用い、摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離を５、１０、５０、１００、２００、３００、４００μｍに変えて実験を行った。尚、摩耗粉飛散防止筐体１の摩耗粉収集溝２は、前記溝幅及び深さを２ｍｍとした。また、前記溝はそれぞれ、その長手方向が前記可動体の移動方向に直角に２つ配置するとともに、２つの前記溝が互いに平行になるように配置した。
【００４１】
ここで、ステージ６３の移動プロファイル、摩耗粉の量の検出方法は、実施例１と同様にして行った。その結果を図６に示す。
図６に示すように摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離を１０〜３００μｍの間に設定すると摩耗粉の付着量は３０個以下になるが、３００μｍを超えると摩耗粉の付着量は増大してカバーの効果が低くなる。また、１０μｍ未満になると、摩耗粉が摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面に噛み込んでステージ６３が動作しなくなる。
【００４２】
（実施例３）
さらに、実施例１に用いた、摩耗粉飛散防止筐体１のみの案内装置を用い、摩耗粉飛散防止筐体１の摩耗粉収集溝２は、前記溝幅及び深さをそれぞれ０．５、１、２、３、４、５、６、７ｍｍに変えて実験を行った。また、前記溝はそれぞれ、その長手方向が前記可動体の移動方向に直角に２本配置するとともに、２つの前記溝が互いに平行になるように配置した。尚、摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離は上記実験で摩耗粉飛散の少ない２００μｍとした。
ここで、ステージ６３の移動プロファイル、摩耗粉の量の検出方法は、実施例１と同様にして行った。その結果を図７に示す。
【００４３】
図７に示すように溝幅及び溝深さを１〜５ｍｍに設定すると摩耗粉の付着量は３０個以下になるが、１ｍｍ未満もしくは５ｍｍを超えると溝の効果が低くなり、摩耗粉の付着量は増大する。尚、この溝の開講幅を、内部の最大幅より狭くすると摩耗粉の収集効果はあるが、逆に内部の最大幅より広くすると摩耗粉が乱反射せずに外部に流出し、摩耗粉の付着量が増大する。
【００４４】
（実施例４）
さらに、実施例１に用いた、摩耗粉飛散防止筐体１のみの案内装置を用い、摩耗粉飛散防止筐体１の摩耗粉収集溝２は、前記溝本数を１，２，３本に変えて実験を行った。また、前記溝本数を２本で前記溝の長手方向が前記可動体の移動方向に対して０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０度になるように角度を変えて実験を行った。尚、前記溝は互いに平行になるように配置するとともに、摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離は上記実験で摩耗粉飛散の少ない２００μｍとした。
ここで、ステージ６３の移動プロファイル、摩耗粉の量の検出方法は、実施例１と同様にして行った。その結果を表１に示す。
【００４５】
表１
【００４６】
表１に示すように、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが、２本以上あると摩耗粉の飛散速度が減衰するため摩耗粉の付着量は３０個以下となるが、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが片側に１本しかないと摩耗粉の飛散速度がほとんど減衰しないため、摩耗粉が摩耗粉収集溝２ａ、２ｂから飛び出して摩耗粉の付着量が増大する。
さらに、前記溝の長手方向が前記可動体の移動方向に対する角度が９０°±２０°の範囲内であれば摩耗粉の付着量は３０個以下となるが、逆に９０°±２０°の範囲内を超えると摩耗粉の乱反射が起きにくくなり、摩耗粉の付着量が増大する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る案内装置は、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大気中及び真空中で用いられる案内装置として好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る実施の形態に対する案内装置の構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１の案内装置におけるステージ部分と超音波モータ部の構成を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ線についての断面図である。
【図３Ａ】図２Ａにおいて、ステージを移動させたときの様子を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＢ−Ｂ線についての断面図である。
【図４】本実施の形態における摩耗粉収集溝のより好ましい形態を示す部分断面図である。
【図５】本発明に係る実施例１の案内装置における摩耗粉収集効果を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施例２の案内装置における摩耗粉収集効果を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施例３の案内装置における摩耗粉収集効果を示すグラフである。
【図８】従来例に係る案内装置の構成を示す斜視図である。
【図９】超音波モータの構成を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：摩耗粉飛散防止用筐体、
２ａ、２ｂ：摩耗粉収集溝、
３：ベース、
４ａ、４ｂ：静電吸着シート、
５：摩耗粉飛散防止カバー、
５６：摩擦部材、
６１：ベース盤、
６２：ガイド部材、
６３：ステージ、
６４：駆動力伝達部材、
６４ａ：当接面、
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、
５００：超音波モータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータの摩擦駆動により直線運動や回転運動を行う可動体を駆動させる案内装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、最小振幅がナノメートルオーダーと小さく、高分解能の位置決めが可能であり、しかも同サイズの他の電磁モータと比較して駆動力が大きいといった特徴を有している。かかる特徴を生かし、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主として回転運動系において実用化されているが、最近では直線運動系への適用もなされている。
【０００３】
図８に、特許文献１に開示された、超音波モータを可動体の駆動源とした従来の案内装置の一例を示す。この案内装置は、図８に示すように、ベース盤６１上にクロスローラガイドのような一対のガイド部材６２を介して可動体であるステージ６３が設けられ、そのステージ６３を超音波モータで直線的に案内するようになっている。
【０００４】
この従来の案内装置において、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に平行に駆動力伝達部材６４が設けられ、ステージ６３の他方の側面には、駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５が設置されている。また、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、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５００を設けて、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は超音波モータを収容する筐体、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】
図９は、この案内装置に用いる筐体５７内に収容されてなる超音波モータの断面を示している。超音波モータ５００は、筐体内に４つのスプリング５８で保持された振動体５５を有してなる。この振動体５５は、圧電セラミック板５２と、その圧電セラミック板５２の一方の主面に形成された電極膜５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄと、圧電セラミック板５２の他方の主面ほぼ全面に形成された共通電極膜（不図示）とによって構成されている。尚、圧電セラミック板５２の一方の主面に形成された、４分割された電極膜５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは、対角に位置する電極膜５３ａと電極膜５３ｄが結線され、他の対角に位置する電極膜５３ｂと電極膜５３ｃが結線される。また、この振動体５５の一方端面にはセラミックスやガラスからなる摩擦部材５６が設けられている。
【０００７】
以上のように構成された超音波モータにおいて、共通電極膜をアースするとともに、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と、圧電セラミック板５２に縦振動と横振動が生じ、これらの振動の合力によって摩擦部材５６が楕円運動する。
【０００８】
また、超音波モータ５００は、筐体５７内においてその両側面をスプリング５８により保持されているが、摩擦部材が設けられている側とは反対側の端面にはスプリング５９が設けられており、そのスプリング５９によって押圧されて振動体５５をステージ６３に設けられた駆動力伝達部材６４に押し付けて予圧を与えるようになっている。
【０００９】
特許文献１に開示された案内装置は、以上のような構成になっており、超音波モータ５００を駆動すると、その摩擦部材５６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。
【００１０】
ところが、超音波モータ５００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に付着するという問題がある。この付着量が多くなると摩擦部材５６の振動によって摩耗粉が周囲に飛散したり、ベース盤６１に堆積した摩耗粉がステージ６３の移動時の振動によって周囲に飛散したりするため、周囲の雰囲気を汚染するといった課題があった。特に半導体製造装置のようにウエハ上に粉塵の付着量が制限されている装置では大きな問題となる。
【００１１】
そこで、特許文献１には、上記問題を解決するために、摩耗粉飛散防止筐体に圧縮気体の噴射孔と排気溝を有する摩耗粉除去パッドを設けることが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５１５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された方式では、圧縮気体を使用するため真空中で使用するためには圧縮空気が真空中に漏れないように差動排気を行う必要があるために真空排気系が追加で必要となること、摩耗粉除去パッドが非常に大きくなることと、また差動排気用の配管を引き回すためにステージの位置決め精度が悪化するといった課題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、圧縮気体を用いることなく簡単な構造で磨耗粉の除去が可能な案内装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の目的を達成するために、本発明に係る案内装置は、楕円運動する振動体と、該振動体の楕円運動を伝達するための摩擦部材とを有する超音波モータと、前記摩擦部材に当接する当接面を有し、前記摩擦部材と前記当接面との摩擦駆動により移動可能に設けられた可動体と、前記当接面に対向する対向面を前記超音波モータの両側に有してなり、前記超音波モータを覆う摩耗粉飛散防止用筐体とを含む案内装置において、
前記対向面にそれぞれ複数の溝を形成し、前記当接面と前記対向面の間隔及び前記溝の形状を、前記可動体の移動に伴って前記溝に摩耗粉が捕獲されるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上の本発明に係る案内装置は、前記対向面に複数の溝を形成し、前記当接面と前記対向面の間隔及び前記溝の形状を、前記可動体の移動に伴って前記溝に摩耗粉が捕獲されるように設定しているので、圧縮気体を用いることなく簡単な構造で磨耗粉の除去が可能な案内装置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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、実施の形態の図において、従来例と同一部分については同一符号で示している。
【００１７】
図１は、本発明に係る実施の形態の案内装置であって、超音波モータを可動体の駆動源としている。また、図２Ａは図１の案内装置におけるステージ６３と超音波モータ部分とを示す平面図であって、本発明の案内装置における摩耗粉除去手段の構成がわかるように、摩耗粉飛散防止カバー５の上面を取り除いて示している。また、図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ線についての断面図である。尚、図２Ａにおいて、超音波モータ部分は断面図で示している。
【００１８】
この実施の形態の案内装置は、図１等に示すように、従来例と同様、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を直線的に往復運動可能に案内するようになっている。
また、ステージ６３はその一方の側面にガイド部材６２に対して平行に取り付けた駆動力伝達部材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をそれぞれ有している。そして、そのリニアスケール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５００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。
【００１９】
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、５は超音波モータ５００より発生する摩耗粉の飛散を防止する摩耗粉飛散防止用筐体１を収容する摩耗粉飛散防止カバーである。また、３は摩耗粉を吸着する静電吸着シートを固定するベースである。
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り付け構造は、図８及び図９に示したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００２０】
以下、本発明の特徴的な部分である摩耗粉飛散防止機構の詳細について図２Ａ、図２Ｂを参照しながら説明する。
まず、本実施の形態の案内装置において、図３Ａ等に示す摩耗粉飛散防止用筐体１は、超音波モータ５００を覆っており、駆動力伝達部材６４と超音波モータ５００の間にある摩耗粉を周囲に飛散させないようにしている。
【００２１】
ここで特に、本実施の形態では、摩耗粉飛散防止用筐体１は、駆動力伝達部材６４に対向する対向面における超音波モータ５００の両側に摩耗粉収集溝２ａ、２ｂを有していて、その対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との間隔及び摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの形状を、ステージ（可動体）の移動に伴って摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉が捕獲されるように設定して、摩耗粉の飛散を効果的に防止している。
【００２２】
すなわち、本発明は、
（１）摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との間隔と、
（２）超音波モータ５００の両側に設けた摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの形状を、
適切な範囲に設定すると、
ステージ（可動体）の移動による、摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との相対的な運動により、
圧縮空気や吸引機構を用いることなく、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉を効果的に捕獲できることを見出して完成させたものである。
前記摩耗粉収集溝２ａ、２ｂは、その長手方向が前記可動体の移動方向に略直交することが好ましい。
これは、可動体が移動によって描く軌跡と溝２ａ、２ｂの成す角度が９０°であれば、摩耗粉の長手方向に飛散してきた摩耗粉が摩耗粉収集溝２ａ、２ｂで乱反射を起こすため、摩耗粉収集効果が十分に発生する。
なお、ここで、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの移動方向が略直交とは、可動体が移動によって描く軌跡と溝２ａ、２ｂの成す角度が９０°±２０°の範囲を示す。さらに、上記角度は、９０°±２°とすることがより好ましい。
さらに、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂは、互いに平行であることが好ましい。これは、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが片側に１個しかないと摩耗粉の飛散速度がほとんど減衰しないため、摩耗粉が摩耗粉収集溝２ａ、２ｂから飛び出してしまうが、２個以上かつ平行であれば２回の摩耗粉の乱反射によって摩耗粉の飛散速度が減衰するため、摩耗粉収集効果が十分に発生する。
【００２３】
本発明において、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉をより効果的に捕獲するためには、駆動力伝達部材６４の表面（当接面）とそれに対向する摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面の距離Ｔは、１０〜３００μｍとすることが好ましい。この点、当該距離を０．５〜１０μｍの範囲に設定している特許文献１の構成とは顕著に異なっている。
【００２４】
これは、本発明に係る構成において、両者の距離Ｔが１０μｍ未満であると、圧縮空気や吸引機構を用いていない本発明に係る構成では摩耗粉が駆動力伝達部材６４の当接面と摩耗粉飛散防止用筐体１との隙間に噛み込み易くなるからである。すなわち、本発明は、ステージ（可動体）の移動に伴う摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面との相対的な運動により、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉を捕獲するものであるから、摩耗粉飛散防止用筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４の当接面の間で磨耗粉が３次元的に運動していることが好ましく、特許文献１の構成に比較して広い間隔が必要になるからであると思われる。
【００２５】
逆に距離Ｔが３００μｍを超えると、駆動力伝達部材６４の当接面６４ａから摩耗粉飛散防止用筐体１までの距離が離れすぎるため、飛散した摩耗粉をその周囲にまき散らし、使用環境を汚染し、ステージ６３のガイド部材６２等に噛み込むと、ステージ６３の移動精度に悪影響を与えるからである。さらに、距離Ｔは、１０〜１００μｍとすることがより好ましい。
【００２６】
尚、この摩耗粉飛散防止用筐体１の材質は超音波モータ５００の振動と共振しないアルミニウム合金やステンレス合金等の金属もしくはアルミナやジルコニア等のセラミックスが好ましい。
【００２７】
また、摩耗粉飛散防止用筐体１の摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの深さと幅はそれぞれ、１〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。即ち、深さ及び幅が１ｍｍ未満もしくは５ｍｍを超えると、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂに摩耗粉を捕獲する効率が低下するからである。この範囲外になると、摩耗粉の乱反射が起きなくなり、隙間からの排出量が増加する傾向がある。また、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが片側に１個しかないと摩耗粉の捕獲効率が悪く、片側に２個以上の摩耗粉収集溝を設けることが好ましい。
【００２８】
このように、本発明は、駆動力伝達部材６４の表面（当接面）とそれと対向する摩耗粉飛散防止筐体１の対向面の間隔を、摩耗粉が当接面と対向面の間で反射を繰り返しながら運動するように設定し、摩耗粉を摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの内壁で乱反射させることにより摩耗粉収集溝２ａ、２ｂ内に閉じ込めて捕獲するものである。
【００２９】
したがって、本発明では、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂ内に捕獲した磨耗粉を溝外部に放出しないように、例えば、図４に示すように、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの開口幅を、溝内部の最大幅より狭くすることが好ましい。このようにすると、溝の側壁と対向面とのなす角度が鋭角になり摩耗粉収集溝２ａ、２ｂ内に捕獲された磨耗粉が溝外部に放出されにくくできる。尚、図４に示すように、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂの底面における幅を最大幅としておくと、溝の側壁で反射した磨耗粉が溝の内部に向けて反射される確率が高くなり、より効果的に、捕獲した磨耗粉が溝外部に放出されないようにできる。
【００３０】
また、本実施の形態の案内装置では、摩耗粉飛散防止カバー５を設けてより確実に磨耗粉の外部への飛散を防止している。すなわち、本実施の形態において、摩耗粉飛散防止筐体１は駆動力伝達部材６４の当接面との間にわずかな隙間があるため、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂを配置しても完全には摩耗粉の排出を止めることはできない。そこで駆動力伝達部材６４に摩耗粉飛散防止筐体１を囲う摩耗粉飛散防止カバー５を取り付けている。
【００３１】
この摩耗粉飛散防止カバー５は、駆動力伝達部材６４との間に隙間ができないように取り付けるとともに、ベース３上の静電吸着シート４ａ、４ｂに対しては１０〜５００μｍの隙間を設けて接触しないようにしている。このように取り付けた摩耗粉飛散防止カバー５は、ステージ６３と一緒に移動し、摩耗粉飛散防止筐体１より飛び出した摩耗粉を摩耗粉飛散防止カバー５の上面内側及び側面内側で受け止めてベース３に落下させ、ベース３上に設けられた後述する静電吸着シート４ａ、４ｂに吸着させ、落下した摩耗粉が直接周囲に飛散することを防止している。
尚、この摩耗粉飛散防止カバー５の材質は超音波モータ５００の振動と共振しないアルミニウム合金やステンレス合金等の金属もしくはアルミナやジルコニア等のセラミックスが好ましい。
【００３２】
さらに本実施の形態の案内装置では、図３Ａ、図３Ｂに示すような、静電吸着シート４ａ、４ｂを備えている。なお、図３Ａは上面図、図３Ｂは図３ＡのＢ−Ｂ線についての断面図である。本実施の形態の案内装置では、図３Ａに示すようにステージ６３が超音波モータに対して右側に移動させると摩耗粉飛散防止カバー５が一緒に移動するためベース３の表面が露出する。また、反対に左側に移動してもベース３ａが露出する。したがって、このベース３の表面が露出すると、静電吸着シート４ａ、４ｂが無い場合には、ステージ６３が移動する時の振動によってベース３上に付着した摩耗粉が再度浮遊して周囲を汚染する。また、露出しない場合であっても、摩耗粉飛散防止カバー５とベース３の隙間からもわずかに摩耗粉が排出される。
【００３３】
そこで、本実施の形態の案内装置では、摩耗粉の浮遊及び排出を完全に防止するために静電吸着シート４ａ、４ｂを設けている。本実施の形態において、この静電吸着シート４ａ、４ｂは、２つの櫛歯状のアルミ製電極を互い違いになるように配置し、例えば、５０μｍのポリイミド樹脂で挟み込んだ構造となっている。以上の構造で、２つの櫛歯状のアルミ製電極間に−１ｋＶから−５ｋＶの電圧を印加して表面に静電気を発生させて摩耗粉を吸着させる。例えば、アルミ製電極の一方には−１ｋＶから−５ｋＶの電圧を印加するとともに、もう一方はアースに接地する。このような静電吸着シート４ａ、４ｂを設けることによって、ステージ６３が移動しても周囲への飛散量を大幅に低減することができる。尚、本発明において、静電吸着シート４ａ、４ｂの構造は、かかる構造に限定されるものではなく、磨耗粉を吸着できるものであればよい。
【００３４】
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。
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にも適用できることはいう迄もない。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明に係る実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例では、図２の摩耗粉飛散防止筐体１及び摩耗粉飛散防止カバー５と静電吸着シート４ａ、４ｂを備えた図１に示す本発明の案内装置と、図８の摩耗粉飛散防止筐体を備えていない従来の案内装置を用意し、各案内装置のステージ６３を１０時間移動させた後のステージ６３の上面部に付着する摩耗粉の付着量について比較した。
本実施例及び従来例において、実験に使用する案内装置の仕様は以下のようにした。
案内装置を構成するガイド部材６２には、ストロークが１００ｍｍのクロスローラガイドを用い、上記ガイド部材６２によって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、ステージ６３の一方の側面にはアルミナセラミック製の駆動力伝達部材６４を配置し、超音波モータ５１との当接面６４ａの表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０５μｍとした。
【００３６】
一方、ステージ６３の駆動源である超音波モータ５１は、振動体５５を、長さ３０ｍｍ、幅７．５ｍｍ、厚み３ｍｍの直方体をしたチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミック体５２により形成し、振動体５５の端面に、長さ４．２ｍｍ、直径３ｍｍの円柱状をしたアルミナセラミック製の摩擦部材５６を接合したものを用いた。なお、摩擦部材５６の駆動
力伝達部材６４との当接面は、曲率半径が７ｍｍの球面とした。
【００３７】
また、本発明の案内装置に用いる静電吸着シート４ａ、４ｂへの印加電圧は−２ｋＶとした。尚、摩耗粉飛散防止筐体１のみ（データ１）と摩耗粉飛散防止筐体１と摩耗粉飛散防止カバー５の場合（データ２）及び、摩耗粉飛散防止筐体１と摩耗粉飛散防止カバー５と静電吸着シート４ａ、４ｂへの電圧印加を行った場合（データ３）の３種類の実験を行った。
【００３８】
実験にあたっては、制御部１８に予め設定しておくステージ６３の移動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／ｓｅｃに設定した台形制御とし、超音波モータ５１を４０ｋＨｚの駆動周波数で駆動させるようにした。
そして、ステージ６３上に摩耗粉測定用の試料（１００ｍｍ×１００ｍｍ）をセットし、上記条件にてステージ６３を１０時間駆動させ、走行試験後に摩耗粉測定用の試料面に付着した粒径１μｍ以上の摩耗粉の量をステージ上にセットした光学顕微鏡（倍率２０００倍）で検出した。その結果を図５に示す。
【００３９】
上記実験方法に基づいて行った実験結果では、図５に示すように摩耗粉飛散防止筐体１及び摩耗粉飛散防止カバー５を持たない従来の案内装置では、摩耗粉の付着量が１００個と多かったのに対し、図２に示す摩耗粉飛散防止筐体１のみを有する本発明の案内装置では、摩耗粉の付着量が３０個であった。また、摩耗粉飛散防止筐体１と摩耗粉飛散防止カバー５を有する場合には１０個に低減した。さらに静電吸着シート４ａ、４ｂに電圧を印加することによって摩耗粉の付着量は２個にまで軽減した。よって、本発明の案内装置は摩耗粉の飛散を大幅に減少させることができる。
【００４０】
（実施例２）
実施例１に用いた、摩耗粉飛散防止筐体１のみの案内装置を用い、摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離を５、１０、５０、１００、２００、３００、４００μｍに変えて実験を行った。尚、摩耗粉飛散防止筐体１の摩耗粉収集溝２は、前記溝幅及び深さを２ｍｍとした。また、前記溝はそれぞれ、その長手方向が前記可動体の移動方向に直角に２つ配置するとともに、２つの前記溝が互いに平行になるように配置した。
【００４１】
ここで、ステージ６３の移動プロファイル、摩耗粉の量の検出方法は、実施例１と同様にして行った。その結果を図６に示す。
図６に示すように摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離を１０〜３００μｍの間に設定すると摩耗粉の付着量は３０個以下になるが、３００μｍを超えると摩耗粉の付着量は増大してカバーの効果が低くなる。また、１０μｍ未満になると、摩耗粉が摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面に噛み込んでステージ６３が動作しなくなる。
【００４２】
（実施例３）
さらに、実施例１に用いた、摩耗粉飛散防止筐体１のみの案内装置を用い、摩耗粉飛散防止筐体１の摩耗粉収集溝２は、前記溝幅及び深さをそれぞれ０．５、１、２、３、４、５、６、７ｍｍに変えて実験を行った。また、前記溝はそれぞれ、その長手方向が前記可動体の移動方向に直角に２本配置するとともに、２つの前記溝が互いに平行になるように配置した。尚、摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離は上記実験で摩耗粉飛散の少ない２００μｍとした。
ここで、ステージ６３の移動プロファイル、摩耗粉の量の検出方法は、実施例１と同様にして行った。その結果を図７に示す。
【００４３】
図７に示すように溝幅及び溝深さを１〜５ｍｍに設定すると摩耗粉の付着量は３０個以下になるが、１ｍｍ未満もしくは５ｍｍを超えると溝の効果が低くなり、摩耗粉の付着量は増大する。尚、この溝の開講幅を、内部の最大幅より狭くすると摩耗粉の収集効果はあるが、逆に内部の最大幅より広くすると摩耗粉が乱反射せずに外部に流出し、摩耗粉の付着量が増大する。
【００４４】
（実施例４）
さらに、実施例１に用いた、摩耗粉飛散防止筐体１のみの案内装置を用い、摩耗粉飛散防止筐体１の摩耗粉収集溝２は、前記溝本数を１，２，３本に変えて実験を行った。また、前記溝本数を２本で前記溝の長手方向が前記可動体の移動方向に対して０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０度になるように角度を変えて実験を行った。尚、前記溝は互いに平行になるように配置するとともに、摩耗粉飛散防止筐体１の対向面と駆動力伝達部材６４との当接面との距離は上記実験で摩耗粉飛散の少ない２００μｍとした。
ここで、ステージ６３の移動プロファイル、摩耗粉の量の検出方法は、実施例１と同様にして行った。その結果を表１に示す。
【００４５】
表１
【００４６】
表１に示すように、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが、２本以上あると摩耗粉の飛散速度が減衰するため摩耗粉の付着量は３０個以下となるが、摩耗粉収集溝２ａ、２ｂが片側に１本しかないと摩耗粉の飛散速度がほとんど減衰しないため、摩耗粉が摩耗粉収集溝２ａ、２ｂから飛び出して摩耗粉の付着量が増大する。
さらに、前記溝の長手方向が前記可動体の移動方向に対する角度が９０°±２０°の範囲内であれば摩耗粉の付着量は３０個以下となるが、逆に９０°±２０°の範囲内を超えると摩耗粉の乱反射が起きにくくなり、摩耗粉の付着量が増大する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る案内装置は、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大気中及び真空中で用いられる案内装置として好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る実施の形態に対する案内装置の構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１の案内装置におけるステージ部分と超音波モータ部の構成を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ線についての断面図である。
【図３Ａ】図２Ａにおいて、ステージを移動させたときの様子を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＢ−Ｂ線についての断面図である。
【図４】本実施の形態における摩耗粉収集溝のより好ましい形態を示す部分断面図である。
【図５】本発明に係る実施例１の案内装置における摩耗粉収集効果を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施例２の案内装置における摩耗粉収集効果を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施例３の案内装置における摩耗粉収集効果を示すグラフである。
【図８】従来例に係る案内装置の構成を示す斜視図である。
【図９】超音波モータの構成を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：摩耗粉飛散防止用筐体、
２ａ、２ｂ：摩耗粉収集溝、
３：ベース、
４ａ、４ｂ：静電吸着シート、
５：摩耗粉飛散防止カバー、
５６：摩擦部材、
６１：ベース盤、
６２：ガイド部材、
６３：ステージ、
６４：駆動力伝達部材、
６４ａ：当接面、
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、
５００：超音波モータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円運動する振動体と、該振動体の楕円運動を伝達するための摩擦部材とを有する超音波モータと、
前記摩擦部材に当接する当接面を有し、前記摩擦部材と前記当接面との摩擦駆動により移動可能に設けられた可動体と、
前記当接面に対向する対向面を前記超音波モータの両側に有してなり、前記超音波モータを覆う摩耗粉飛散防止用筐体とを含む案内装置において、
前記対向面にそれぞれ複数の溝を形成し、前記当接面と前記対向面の間隔及び前記溝の形状を、前記可動体の移動に伴って前記溝に摩耗粉が捕獲されるように設定した案内装置。
【請求項２】
前記溝はそれぞれ、その長手方向が前記可動体の移動方向に略直交する請求項１記載の案内装置。
【請求項３】
前記各対向面において２以上形成された溝は、互いに平行である請求項１または２に記載の案内装置。
【請求項４】
前記摩耗粉飛散防止用筐体を覆う摩耗粉飛散防止カバーをさらに設けた請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の案内装置。
【請求項５】
前記摩耗粉飛散防止用筐体の下に、磨耗粉を吸着する吸着シートを設けた請求項４に記載の案内装置。
【請求項６】
前記当接面と前記対向面の間隔を１０μｍ〜３００μｍの範囲に設定し、前記溝幅及び深さを１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定した請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の案内装置。
【請求項７】
前記溝の開口幅は、内部の最大幅より狭い請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の案内装置。
【請求項８】
前記溝の底面の幅が前記最大幅である請求項７に記載の案内装置。
【請求項１】
楕円運動する振動体と、該振動体の楕円運動を伝達するための摩擦部材とを有する超音波モータと、
前記摩擦部材に当接する当接面を有し、前記摩擦部材と前記当接面との摩擦駆動により移動可能に設けられた可動体と、
前記当接面に対向する対向面を前記超音波モータの両側に有してなり、前記超音波モータを覆う摩耗粉飛散防止用筐体とを含む案内装置において、
前記対向面にそれぞれ複数の溝を形成し、前記当接面と前記対向面の間隔及び前記溝の形状を、前記可動体の移動に伴って前記溝に摩耗粉が捕獲されるように設定した案内装置。
【請求項２】
前記溝はそれぞれ、その長手方向が前記可動体の移動方向に略直交する請求項１記載の案内装置。
【請求項３】
前記各対向面において２以上形成された溝は、互いに平行である請求項１または２に記載の案内装置。
【請求項４】
前記摩耗粉飛散防止用筐体を覆う摩耗粉飛散防止カバーをさらに設けた請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の案内装置。
【請求項５】
前記摩耗粉飛散防止用筐体の下に、磨耗粉を吸着する吸着シートを設けた請求項４に記載の案内装置。
【請求項６】
前記当接面と前記対向面の間隔を１０μｍ〜３００μｍの範囲に設定し、前記溝幅及び深さを１ｍｍ〜５ｍｍの範囲に設定した請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の案内装置。
【請求項７】
前記溝の開口幅は、内部の最大幅より狭い請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の案内装置。
【請求項８】
前記溝の底面の幅が前記最大幅である請求項７に記載の案内装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２７２５３１（Ｐ２００６−２７２５３１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９８２１２（Ｐ２００５−９８２１２）
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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