JP2001186783A - Guiding device using ultrasonic motor as driving source of movable body - Google Patents
Guiding device using ultrasonic motor as driving source of movable bodyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、精密加工装置や精
密測定装置、あるいは半導体の製造工程に用いられる描
画装置や露光装置などの位置決めに好適な超音波モータ
を可動体の駆動源とする案内装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a guide using an ultrasonic motor suitable for positioning a precision processing device, a precision measuring device, a drawing device or an exposure device used in a semiconductor manufacturing process, as a driving source of a movable body. It concerns the device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、精密加工装置や精密測定装置、あ
るいは半導体の製造工程に用いられる描画装置や露光装
置においては、テーブル上に載せた被搬送物を搬送し、
所定位置に位置決めする案内装置が用いられており、近
年、テーブルを移動、位置決めする駆動手段として超音
波モータが用いられている。2. Description of the Related Art In recent years, in a precision processing apparatus, a precision measuring apparatus, or a drawing apparatus or an exposure apparatus used in a semiconductor manufacturing process, an object to be transported placed on a table is transported.
A guide device for positioning at a predetermined position is used, and in recent years, an ultrasonic motor has been used as a driving means for moving and positioning the table.
【０００３】図５（ａ）は超音波モ−タを可動体の駆動
源とする従来の案内装置をステージ装置に適用した一例
を示す正面図、図５（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図で
ある。FIG. 5A is a front view showing an example in which a conventional guide device using an ultrasonic motor as a driving source of a movable body is applied to a stage device, and FIG. It is E sectional drawing.
【０００４】この案内装置は、ベース盤３１上に設けた
ステージ３２を、一対のガイド部材３３によって直線的
に案内するようになっており、ステージ３２の一方の側
面には、リニアスケール３４を設置し、リニアスケール
３４と対向する位置に設けた検出ヘッド３５とで位置検
出手段を構成するとともに、ステージ３２の他方の側面
には、被駆動摩擦材３６を設け、該被駆動摩擦材３６に
は超音波モータ４０を垂直に押圧させてある。In this guide device, a stage 32 provided on a base board 31 is linearly guided by a pair of guide members 33, and a linear scale 34 is provided on one side surface of the stage 32. A position detecting means is constituted by a detection head 35 provided at a position facing the linear scale 34, and a driven friction material 36 is provided on the other side surface of the stage 32. The ultrasonic motor 40 is pressed vertically.
【０００５】また、この案内装置に用いる超音波モータ
４０は、超音波振動体４１と、該超音波振動体４１の先
端に取着されたアルミナやジルコニア等のセラミックス
からなる押圧チップ４２とから成り、超音波振動体４１
は、ジルコン酸チタン酸鉛やチタン酸バリウムを主成分
とする圧電セラミック体の一方の主面に、矩形状をした
４つの電極４３を点対称にメッキ等にて敷設し、対角に
敷設した電極４３，４３同士をそれぞれリード線４４を
介して接続するとともに、圧電セラミック体の他方の主
面全体に電極（不図示）をメッキ等にて敷設し、接地し
てある。The ultrasonic motor 40 used in the guide device comprises an ultrasonic vibrator 41 and a pressing tip 42 made of ceramics such as alumina or zirconia attached to the tip of the ultrasonic vibrator 41. , Ultrasonic vibrator 41
The four rectangular electrodes 43 were laid by plating or the like symmetrically on one main surface of a piezoelectric ceramic body mainly composed of lead zirconate titanate or barium titanate, and laid diagonally. The electrodes 43 are connected to each other via lead wires 44, and electrodes (not shown) are laid by plating or the like on the entire other main surface of the piezoelectric ceramic body, and are grounded.
【０００６】また、超音波モータ４０は、ベース盤３１
上に固定した枠体３７内に設置してあり、超音波振動体
４１の一方の側面を、枠体３７の側面から突出する一対
の支持ピン３８に当接させるとともに、他方の側面を一
対の弾性体３９で押圧するようになっていた（特開平７
−１８４３８２号参照）。[0006] The ultrasonic motor 40 includes a base board 31.
The ultrasonic vibrator 41 is installed in the frame 37 fixed above, and one side of the ultrasonic vibrator 41 is brought into contact with a pair of support pins 38 protruding from the side of the frame 37, and the other side is formed as a pair of support pins 38. Pressing was performed by the elastic body 39 (Japanese Patent Laid-Open No.
184382).
【０００７】そして、対角に敷設された電極４３，４３
間に通電して超音波モータ４０を駆動させると、押圧チ
ップ４２が楕円運動するため、押圧チップ４２と被駆動
摩擦材３６との摩擦駆動によってステージ３２を移動さ
せることができ、通電を止めると、押圧チップ４２と被
駆動摩擦材３６との摩擦によってステージ３２を所定位
置に位置決めするようになっていた。なお、３０は超音
波モータ４０の押圧チップ４１をステージ３２の被駆動
摩擦材３６へ押し付けるための弾性体である。The electrodes 43, 43 laid diagonally
When the ultrasonic motor 40 is driven by energization during the operation, the pressing tip 42 performs an elliptical motion, so that the stage 32 can be moved by the friction drive between the pressing tip 42 and the driven friction material 36, and when the energization is stopped. The stage 32 is positioned at a predetermined position by friction between the pressing tip 42 and the driven friction material 36. Reference numeral 30 denotes an elastic body for pressing the pressing tip 41 of the ultrasonic motor 40 against the driven friction material 36 of the stage 32.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図５（ａ）
（ｂ）に示す従来の案内装置では、超音波モ−タ４０を
枠体３７内に一対の弾性体３９を介して保持する構造で
あるため、超音波モータ４０を駆動させたり、停止させ
る時、弾性体３９の変形によって超音波モータ４０が揺
動し、この超音波モータ４０の揺動によってステージ３
２も揺動することから、ステージ３２を所定位置まで移
動、位置決めするのに要する時間が長くなるといった課
題があった。FIG. 5 (a)
In the conventional guide device shown in FIG. 2B, the ultrasonic motor 40 is held in the frame 37 via a pair of elastic members 39, so that the ultrasonic motor 40 can be driven or stopped. The ultrasonic motor 40 swings due to the deformation of the elastic body 39, and the swing of the ultrasonic motor 40 causes the stage 3 to swing.
2 also oscillates, so that there is a problem that the time required to move and position the stage 32 to a predetermined position becomes long.
【０００９】しかも、ステージ３２が所定の位置に達し
た際に弾性体３９，３９が変形していると、弾性変形が
元の状態に復元されると、ステージ３２が所定の位置よ
り進んだ位置又は後退した位置に位置決めされるため、
所定位置に位置決めできないといった課題もあった。In addition, if the elastic members 39, 39 are deformed when the stage 32 reaches a predetermined position, the stage 32 is advanced from the predetermined position when the elastic deformation is restored to the original state. Or because it is positioned in the retracted position,
There was also a problem that it could not be positioned at a predetermined position.
【００１０】また、超音波モータ４０の駆動中、超音波
モータ４０は、弾性体３９の弾性変形によってステージ
３２の移動方向だけでなく、鉛直方向にも移動したり、
傾斜したりするため、押圧チップ４２の接触状態が変化
し易く、その結果、押圧チップ４２や被駆動摩擦材３６
との摩耗が激しく、超音波モータ４０や被駆動摩擦材３
６等の部品を短期間で交換しなければならないといった
課題もあった。During the operation of the ultrasonic motor 40, the ultrasonic motor 40 moves not only in the moving direction of the stage 32 but also in the vertical direction due to the elastic deformation of the elastic body 39.
Due to the inclination, the contact state of the pressing tip 42 is liable to change. As a result, the pressing tip 42 and the driven friction material 36
And the friction between the ultrasonic motor 40 and the driven friction material 3
There was also a problem that parts such as 6 had to be replaced in a short period of time.
【００１１】さらに、超音波モータ４０の駆動によっ
て、超音波振動体４１の超音波振動が、弾性体３９との
間で増幅され、弾性体３９が摩耗したり、発熱するとい
った課題もあった。Further, there is another problem that the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrating body 41 is amplified between the elastic body 39 and the elastic body 39 by driving the ultrasonic motor 40, and the elastic body 39 is worn or generates heat.
【００１２】その為、熱膨張による位置決めや真直精度
が変化することを問題視する露光装置や座標測定機等に
使用するためには、超音波モータ40の駆動速度を遅くし
なければならず、実用的ではなかった。For this reason, in order to use the exposure apparatus or the coordinate measuring machine in which positioning or straightness accuracy changes due to thermal expansion as a problem, the driving speed of the ultrasonic motor 40 must be reduced. It was not practical.
【００１３】[0013]
【発明の目的】本発明は、前述した事情に鑑みて完成さ
れものであり、その目的は、発熱が少なく、ステージ等
の可動体を所定位置に正確に位置決めでき、かつ所定位
置まで移動、位置決めするのに要する時間を短くできる
とともに、超音波モータや被駆動摩擦材等の部品の摩耗
が少ない超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置
を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been completed in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to generate a small amount of heat, accurately position a movable body such as a stage at a predetermined position, and move and position the movable body to a predetermined position. It is an object of the present invention to provide a guide device that can reduce the time required to perform the operation and that uses an ultrasonic motor having a small wear of parts such as an ultrasonic motor and a driven friction material as a driving source of a movable body.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者は種
々研究を重ねたところ、超音波モータを、硬質の転動体
にて挟持するようにすれば、超音波モータの超音波振動
を阻害することなく、保持できることを見出し、本発明
に至った。The inventors of the present invention have made various studies and found that if the ultrasonic motor is sandwiched between hard rolling elements, the ultrasonic vibration of the ultrasonic motor is inhibited. The present invention has been found to be able to be maintained without any problem.
【００１５】即ち、本発明は、超音波振動体と、該超音
波振動体の振動に伴って楕円運動する押圧チップを備え
た超音波モ−タと、該超音波モ−タの押圧チップが圧接
され、かつ前記押圧チップとの摩擦駆動により直線運動
又は回転運動する可動体を有する案内装置において、前
記超音波モ−タの超音波振動体を、硬質の転動体を介し
て枠体内に保持したことを特徴とする。That is, the present invention provides an ultrasonic motor having an ultrasonic vibrator, a pressing tip which makes an elliptical motion with the vibration of the ultrasonic vibrating body, and a pressing tip of the ultrasonic motor. In a guide device having a movable body which is pressed and moved linearly or rotationally by friction drive with the pressing tip, the ultrasonic vibrator of the ultrasonic motor is held in a frame via a hard rolling element. It is characterized by having done.
【００１６】[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。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１７】図１（ａ）は本発明に係る超音波モータを
可動体の駆動源とする案内装置をステージ装置に適用し
た一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面
図、（ｃ）は（ａ）のＢ―Ｂ線断面図である。FIG. 1A is a plan view showing an example in which a guide device using an ultrasonic motor according to the present invention as a driving source of a movable body is applied to a stage device, and FIG. 1B is a line AA of FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.
【００１８】このステージ装置は、ベース盤１上に配置
した可動体としてのステージ２を、一対のガイド部材
３，３にて直線的に案内するようになっており、ステー
ジ２の一方の側面には、リニアスケール４を設置し、リ
ニアスケール４と対向する位置に設けた検出ヘッド５と
で位置検出手段を構成するとともに、ステージ２の他方
の側面には、被駆動摩擦材６を設け、該被駆動摩擦材６
に超音波モータ１０を垂直に押圧させてある。In this stage device, a stage 2 as a movable body disposed on a base board 1 is linearly guided by a pair of guide members 3 and 3. Comprises a linear scale 4, a position detecting means constituted by a detection head 5 provided at a position facing the linear scale 4, and a driven friction material 6 provided on the other side surface of the stage 2. Driven friction material 6
The ultrasonic motor 10 is pressed vertically.
【００１９】また、このステージ装置に用いる超音波モ
ータ１０は、超音波振動体１１と、該超音波振動体１１
の先端に取着されたアルミナやジルコニア等のセラミッ
クスからなる押圧チップ１２とから構成してあり、超音
波振動体１１は、ジルコン酸チタン酸鉛やチタン酸バリ
ウムを主成分とする圧電セラミック体の一方の主面に、
矩形状をした４つの電極１３を点対称にメッキ等にて敷
設し、対角に敷設した電極１３，１３同士をそれぞれリ
ード線１４を介して接続するとともに、圧電セラミック
体の他方の主面全体には電極（不図示）をメッキ等にて
敷設し、接地してある。The ultrasonic motor 10 used in the stage device includes an ultrasonic vibrator 11 and the ultrasonic vibrator 11.
And a pressing tip 12 made of ceramics such as alumina or zirconia attached to the tip of the piezoelectric vibrator. The ultrasonic vibrator 11 is made of a piezoelectric ceramic body mainly composed of lead zirconate titanate or barium titanate. On one main surface,
Four rectangular electrodes 13 are laid by plating or the like symmetrically with respect to points, and the diagonally laid electrodes 13 and 13 are connected to each other via a lead wire 14, and the other main surface of the piezoelectric ceramic body is entirely formed. The electrodes (not shown) are laid by plating or the like, and are grounded.
【００２０】また、超音波モータ１０は、ベース盤１上
に固定した枠体１７内に設置してあり、枠体１７内にお
いて、超音波振動体１１の両側面を、球状をした硬質の
転動体８で挟持するように保持するとともに、超音波振
動体１１の後端と枠体１７との間に介在させたバネ等の
弾性体９の押圧力によって超音波モータ１０の押圧チッ
プ１２をステージ２の被駆動摩擦材６に当接させてあ
る。The ultrasonic motor 10 is installed in a frame 17 fixed on the base board 1, and inside the frame 17, both sides of the ultrasonic vibrating body 11 are hardened by spherical hard rollers. The pressing tip 12 of the ultrasonic motor 10 is held by the moving body 8 by the pressing force of an elastic body 9 such as a spring interposed between the rear end of the ultrasonic vibrating body 11 and the frame body 17. The second driven friction material 6 is in contact with the second driven friction material 6.
【００２１】具体的には、超音波振動体１１の側面に、
長手方向に沿ってＶ溝１１ａを刻設するとともに、枠体
１７の側面にも長手方向に沿ってＶ溝１７ａを刻設し、
互いのＶ溝１１ａ，１７ａ間に球状の転動体８を介在さ
せることで超音波モータ１０を挟持してある。なお、１
５は２つの転動体８を超音波振動体１１が駆動する時の
節になる箇所に配置するためのリテーナである。Specifically, on the side of the ultrasonic vibrating body 11,
V-grooves 11a are engraved along the longitudinal direction, and V-grooves 17a are engraved on the side surfaces of the frame 17 along the longitudinal direction.
The ultrasonic motor 10 is held between the V-grooves 11a and 17a by interposing the spherical rolling elements 8 therebetween. In addition, 1
Numeral 5 is a retainer for arranging the two rolling elements 8 at a location where the ultrasonic vibrating body 11 is driven.
【００２２】そして、対角に敷設された電極１３，１３
間に通電して超音波モータ１０を駆動させると、押圧チ
ップ１２が楕円運動するため、押圧チップ１２と被駆動
摩擦材６との摩擦駆動によってステージ２をガイド部材
３に沿って移動させることができ、通電を止めると、押
圧チップ１２と被駆動摩擦材６との静摩擦力によってス
テージ２を所定位置に位置決めするようになっている。The electrodes 13, 13 laid diagonally
When the ultrasonic motor 10 is driven by energization during the operation, the pressing tip 12 performs an elliptical motion, so that the stage 2 can be moved along the guide member 3 by friction driving between the pressing tip 12 and the driven friction material 6. When the power supply is stopped, the stage 2 is positioned at a predetermined position by the static friction force between the pressing tip 12 and the driven friction material 6.
【００２３】そして、本発明によれば、超音波モータ１
０を硬質の転動体８にて挟持するようにしたことから、
超音波モータ１０の駆動初期や停止時に揺動することが
ない。また、超音波モータ１０は、超音波振動体１１が
駆動する時の節になる箇所で転動体８と点接触にて支持
するようにしたことから、超音波振動体１１の超音波振
動を阻害することがない。しかも、超音波振動体１１の
振動はＶ溝１１ａ，１７ａにて規制することができるた
め、超音波モータ１０が鉛直方向に移動又は傾くことも
防止することができる。According to the present invention, the ultrasonic motor 1
0 is sandwiched between the hard rolling elements 8,
The ultrasonic motor 10 does not swing at the beginning of driving or at the time of stopping. Further, since the ultrasonic motor 10 is supported by the point of contact with the rolling element 8 at a point which becomes a node when the ultrasonic vibration body 11 is driven, the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibration body 11 is inhibited. Never do. Moreover, since the vibration of the ultrasonic vibrator 11 can be regulated by the V-grooves 11a and 17a, it is possible to prevent the ultrasonic motor 10 from moving or tilting in the vertical direction.
【００２４】即ち、従来、超音波モータ１０を保持する
手段としては、超音波振動体１１の超音波振動を阻害し
ないようにするため、弾性体を介して支持することが一
般的であったが、本件発明者が種々研究を重ねたとこ
ろ、超音波振動体１１の節を点又は線で支持するように
すれば、硬質材でも超音波振動を阻害することなく保持
できることを知見したものであり、超音波振動体１１の
節を点又は線で支持する手段として、例えば硬質の転動
体８を用いれば良いことを見出し、本発明に至ったので
ある。That is, conventionally, the means for holding the ultrasonic motor 10 is generally supported via an elastic body so as not to hinder the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator 11. The present inventor has conducted various studies and found that if the nodes of the ultrasonic vibrating body 11 are supported by dots or lines, even a hard material can be held without disturbing the ultrasonic vibration. As a means for supporting the nodes of the ultrasonic vibrating body 11 with points or lines, for example, it has been found that a hard rolling element 8 may be used, and the present invention has been achieved.
【００２５】かくして、本発明によれば、超音波振動体
１１の超音波振動を阻害することなく支持剛性を高める
ことができるため、ステージ２の停止時における位置決
め精度を高めることができるとともに、不要な振動や揺
動を抑えることができるため、ステージ２を所定の位置
に位置決めするまでの時間を大幅に短縮することができ
る。しかも、転動体８を剛体とすることで、予圧をかけ
た時に発生する支持部への残留応力が極めて少なくな
り、ヒステリシスがなくなるため、位置決め精度等の経
時変化を少なくできる。Thus, according to the present invention, the support rigidity can be increased without obstructing the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator 11, so that the positioning accuracy when the stage 2 is stopped can be improved and unnecessary. Since it is possible to suppress the undesired vibration and swing, the time required for positioning the stage 2 at a predetermined position can be greatly reduced. In addition, since the rolling element 8 is made of a rigid body, residual stress on the support portion generated when a preload is applied becomes extremely small, and hysteresis is eliminated, so that a change over time in positioning accuracy and the like can be reduced.
【００２６】さらに、加減速時には支持部に作用する力
が極めて大きく、従来のように弾性体で支持すると、そ
の弾性変形によって加速度が上がらなかったのに対し、
本発明では超音波振動体１１の支持剛性が高いため、支
持部である転動体８の変形が少なく、加速度性能を高め
ることができる。Further, the force acting on the support portion during acceleration / deceleration is extremely large, and when the support is supported by an elastic body as in the prior art, the acceleration does not increase due to the elastic deformation.
In the present invention, since the support rigidity of the ultrasonic vibrator 11 is high, the deformation of the rolling element 8 as the support portion is small, and the acceleration performance can be improved.
【００２７】また、不要な振動や揺動が抑えられるた
め、押圧チップ１２や被駆動摩擦材６の異常摩耗を防
ぎ、寿命を向上させることができるとともに、超音波モ
ータ１０における異常発熱をも抑えることができる。Further, since unnecessary vibration and swinging are suppressed, abnormal wear of the pressing tip 12 and the driven friction material 6 can be prevented, the life can be improved, and abnormal heat generation in the ultrasonic motor 10 can be suppressed. be able to.
【００２８】その為、熱膨張による位置決めや真直精度
が変化することを問題視する露光装置や座標測定機等に
おけるステージ装置としても好適に用いることができ
る。For this reason, it can be suitably used as a stage device in an exposure device, a coordinate measuring machine, or the like, in which a change in positioning or straightness accuracy due to thermal expansion is problematic.
【００２９】ところで、本発明の案内装置に用いる硬質
の転動体８としては、ビッカース硬度（Ｈｖ）が３０以
上を有する材質にて形成することが好ましく、具体的に
はアルミナやジルコニアなどのセラミックス、あるいは
超硬合金やステンレス等の金属を用いることができる。Incidentally, the hard rolling element 8 used in the guide device of the present invention is preferably formed of a material having a Vickers hardness (Hv) of 30 or more, specifically, ceramics such as alumina and zirconia, and the like. Alternatively, a metal such as a cemented carbide or stainless steel can be used.
【００３０】また、転動体８の外径は、超音波振動体１
１の超音波振動を阻害しないようにするため、Ｖ溝１１
ａ，１７ａの幅より０．００２〜０．０３ｍｍ程度大き
くすることが好ましい。The outer diameter of the rolling elements 8 is
V-groove 11 so as not to obstruct the ultrasonic vibration of
It is preferable that the width is larger than the width of a, 17a by about 0.002 to 0.03 mm.
【００３１】次に、超音波モータ１０の他の設置構造を
有するステージ装置を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。Next, a stage device having another installation structure of the ultrasonic motor 10 is shown in FIGS.
【００３２】このステージ装置では、球状をした転動体
８の代りに円柱状をした硬質の転動体１６を用い、転動
体１６の外周面で超音波モータ１０の超音波振動体１１
を挟持するように保持したもので、前述した構造と同様
に、円柱状をした転動体１６を、超音波振動体１１が駆
動する時の節になる箇所に位置するよう、リテーナ１５
を介して配置してある。In this stage device, a cylindrical hard rolling element 16 is used in place of the spherical rolling element 8, and the ultrasonic vibrator 11 of the ultrasonic motor 10 is provided on the outer peripheral surface of the rolling element 16.
In the same manner as in the above-described structure, the cylindrical rolling element 16 is positioned so as to be located at a node where the ultrasonic vibrating body 11 is driven.
It is arranged through.
【００３３】この構造によれば、超音波振動体１１の節
となる位置に円柱状の転動体１６の外周面を当接させ、
線接触にて支持するようにしてあることから、超音波振
動体１１の超音波振動を阻害することなく、振動や揺動
を抑えることができる。According to this structure, the outer peripheral surface of the cylindrical rolling element 16 is brought into contact with a position serving as a node of the ultrasonic vibrating body 11,
Since the ultrasonic vibration body 11 is supported by line contact, vibration and oscillation can be suppressed without obstructing ultrasonic vibration of the ultrasonic vibration body 11.
【００３４】かくして、この設置構造を有するステージ
装置においても、ステージ２の停止時における位置決め
精度を高め、ステージ２を所定の位置に位置決めするま
での時間を大幅に短縮することができるとともに、位置
決め精度等の経時変化を少なくすることができ、さらに
は加速度性能を高めることができる。Thus, also in the stage device having this installation structure, the positioning accuracy when the stage 2 is stopped can be improved, the time required for positioning the stage 2 at a predetermined position can be greatly reduced, and the positioning accuracy can be reduced. , Etc., and the acceleration performance can be improved.
【００３５】また、不要な振動や揺動が抑えられるた
め、押圧チップ１２や被駆動摩擦材６の異常摩耗を防
ぎ、寿命を向上させることができるとともに、超音波モ
ータ１０における異常発熱をも抑えることができる。Further, since unnecessary vibration and swinging are suppressed, abnormal wear of the pressing tip 12 and the driven friction material 6 can be prevented, the life can be improved, and abnormal heat generation in the ultrasonic motor 10 can be suppressed. be able to.
【００３６】なお、本実施形態では、可動体が直線運動
する案内装置について説明したが、可動体が回転運動す
る案内装置についても適用できることは言うまでもな
い。In this embodiment, the guide device in which the movable body moves linearly has been described, but it is needless to say that the present invention can be applied to a guide device in which the movable body rotates.
【００３７】また、本発明はこれらの実施形態だけに限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で改良や変更できることは言うまでもない。The present invention is not limited to only these embodiments, and it goes without saying that improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
【００３８】[0038]
【実施例】ここで、図１（ａ）（ｂ）に示す本発明のス
テージ装置と、図３（ａ）（ｂ）に示す従来のステージ
装置をそれぞれ用意し、各ステージ２，３２を一定距離
駆動させた時の位置決め精度及び位置決め時の揺動時間
について比較する実験を行った。Here, a stage device of the present invention shown in FIGS. 1A and 1B and a conventional stage device shown in FIGS. 3A and 3B are prepared, and the stages 2 and 32 are fixed. An experiment was conducted to compare the positioning accuracy and the swing time during positioning when driven by a distance.
【００３９】本実験においては、超音波モータ１０，４
０として、超音波振動体１１，４１の外形寸法が、３０
ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍの板状体であって、その先端面
に直径３ｍｍ、高さ４ｍｍの円柱状をしたアルミナ純度
が９９．５％のアルミナセラミックスからなる押圧チッ
プ１２，４２を接着剤にて取着したものを用いた。In this experiment, the ultrasonic motors 10, 4
0, the outer dimensions of the ultrasonic vibrators 11 and 41 are 30
Pressing chips 12 and 42 made of alumina ceramics having a diameter of 3 mm and a height of 4 mm and having a purity of 99.5% and having a cylindrical shape having a diameter of 10 mm x 3 mm and a tip end surface of which are formed with an adhesive. The attached one was used.
【００４０】また、ステージ２，３２及び被駆動摩擦材
６，３６は、いずれもアルミナ純度が９９．５％のアル
ミナセラミックスにより形成し、ステージ２，３２の外
形寸法として、３００ｍｍ×１５０ｍｍ×５０ｍｍの板
状体とするとともに、被駆動摩擦材６，３６の外形寸法
として、２００ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍの直方体からな
るものを用いた。なお、ステージ２，３２及び被駆動摩
擦材６，３６の総重量を測定したところ、１５Ｋｇであ
った。Each of the stages 2 and 32 and the driven friction materials 6 and 36 is made of alumina ceramics having an alumina purity of 99.5%, and the external dimensions of the stages 2 and 32 are 300 mm × 150 mm × 50 mm. In addition to the plate-like body, the driven friction materials 6 and 36 were used as external dimensions of a rectangular parallelepiped of 200 mm × 30 mm × 5 mm. When the total weight of the stages 2 and 32 and the driven friction materials 6 and 36 was measured, it was 15 kg.
【００４１】また、本発明においては、超音波モータ１
０を保持する転動体８は、アルミナ純度が９９．５％の
アルミナセラミックスにより形成し、外径が３ｍｍの球
体とした。In the present invention, the ultrasonic motor 1
The rolling element 8 holding 0 is formed of alumina ceramic having an alumina purity of 99.5%, and has a spherical shape with an outer diameter of 3 mm.
【００４２】そして、これらのステージ装置を駆動さ
せ、各ステージ２，３２を連続駆動させたときの超音波
振動体１１，４１の温度変化と、１ｍｍのステップ駆動
させた時の停止時における位置決め精度と揺動時間、最
大駆動電圧を印加したときの最大加速度、各ステージ
２，３２を連続駆動させたときの位置決め精度が１μｍ
を越えるまでの寿命をそれぞれ測定した。Then, when these stage devices are driven and the respective stages 2 and 32 are continuously driven, the temperature change of the ultrasonic vibrators 11 and 41 and the positioning accuracy at the time of stop when the 1 mm step drive is performed. And the swinging time, the maximum acceleration when the maximum driving voltage is applied, and the positioning accuracy when the stages 2 and 32 are continuously driven is 1 μm.
The lifespan up to the limit was measured.
【００４３】なお、超音波振動体１１，４１の温度変化
は、各ステージ２，３２を５０ｍｍ／ｓｅｃの速度で２
００ｍｍストロークさせ、１０時間連続駆動させたとき
の超音波振動体１１，４１の温度上昇をサーミスタで測
定した。The temperature change of the ultrasonic vibrators 11 and 41 is obtained by moving each stage 2 and 32 at a speed of 50 mm / sec.
The temperature rise of the ultrasonic vibrators 11 and 41 during a 00 mm stroke and continuous driving for 10 hours was measured with a thermistor.
【００４４】また、ステップ駆動時の位置決め精度は、
各ステージ２，３２を、速度５ｍｍ／ｓｅｃ、加速度
０．０１Ｇ、駆動距離１ｍｍでクローズド制御にてステ
ップ駆動させた後、停止させた時の位置決め精度をリニ
アスケール４，３４にて測定し、また、ステップ駆動時
の揺動時間は、１ｍｍステップ駆動における停止時にお
いてステージ２，３２の揺動をレーザードップラー計に
て測定し、揺動が２０μｍ／ｓｅｃに収束するまでの時
間を測定した。The positioning accuracy at the time of step driving is as follows.
After each stage 2, 32 was step-driven by closed control at a speed of 5 mm / sec, an acceleration of 0.01 G, and a driving distance of 1 mm, the positioning accuracy when stopped was measured by the linear scales 4, 34, and The swing time during the step drive was measured by measuring the swing of the stages 2 and 32 with a laser Doppler meter at the stop in the 1 mm step drive, and measuring the time until the swing converges to 20 μm / sec.
【００４５】さらに、最大加速度は、超音波振動体１
１，４２に最大駆動電圧を印加した時の最大加速度をリ
ニアスケール４，３４の位置情報を２回微分して求め
た。Further, the maximum acceleration is determined by the ultrasonic vibrator 1
The maximum acceleration when the maximum drive voltage was applied to the linear scales 1, 42 was obtained by differentiating the position information of the linear scales 4, 34 twice.
【００４６】また、寿命については、各ステージ２，３
２を、速度５ｍｍ／ｓｅｃ、加速度０．０１Ｇ、駆動距
離１ｍｍでクローズド制御し、連続的に１ｍｍのステッ
プ駆動させ、位置決め精度が１μｍを越えた時点を寿命
とした。Regarding the life, each stage 2, 3
2 was subjected to closed control at a speed of 5 mm / sec, an acceleration of 0.01 G, and a driving distance of 1 mm, and was continuously driven in steps of 1 mm. The point in time when the positioning accuracy exceeded 1 μm was defined as the life.
【００４７】それぞれの結果を表１に示すとともに、本
発明のステージ装置における位置決め精度と揺動時間の
関係を図３に、従来のステージ装置における位置決め精
度と揺動時間の関係を図４に示す。Table 1 shows the results, and FIG. 3 shows the relationship between the positioning accuracy and the swing time in the stage device of the present invention, and FIG. 4 shows the relationship between the positioning accuracy and the swing time in the conventional stage device. .
【００４８】[0048]
【表１】 [Table 1]
【００４９】この結果、図４に見られるように、従来の
ステージ装置では、１ｍｍのステップ駆動させた時の停
止時において、ステージ３２が大きく揺動することが判
る。そして、表１に見られるように、ステージ３２の位
置決め精度が０．５μｍ、揺動時間が１００ｍｓｅｃと
時間がかかっていた。As a result, as can be seen from FIG. 4, in the conventional stage apparatus, the stage 32 largely swings when stopped by the step drive of 1 mm. As shown in Table 1, the positioning accuracy of the stage 32 was 0.5 μm, and the swing time was 100 msec.
【００５０】これに対し、図３に見られるように、本発
明のステージ装置では、１ｍｍのステップ駆動させた時
の停止時において、ステージ２の揺動が殆ど見られず、
表１に見られるように、ステージ３２の位置決め精度が
０．１μｍ、揺動時間が１０ｍｓｅｃと、従来のステー
ジ装置と比較して位置決め精度を高めることができると
ともに、位置決め時間を大幅に短縮できることが判る。On the other hand, as can be seen from FIG. 3, in the stage apparatus of the present invention, when the stage 2 is stopped at the time of the step drive of 1 mm, the stage 2 hardly swings.
As can be seen from Table 1, the positioning accuracy of the stage 32 is 0.1 μm, and the swing time is 10 msec. Thus, the positioning accuracy can be increased as compared with the conventional stage device, and the positioning time can be significantly reduced. I understand.
【００５１】この他、本発明のステージ装置を用いれ
ば、超音波モータ１０の摩耗が少なく、寿命を高めるこ
とができるとともに、発熱も抑えることができた。その
上、ステージ２の最大加速度を高めることができ、さら
には寿命も従来のステージ装置に対して５倍も高めるこ
とができ、全ての項目において従来のステージ装置に比
べて優れていた。In addition, when the stage device of the present invention was used, the wear of the ultrasonic motor 10 was small, the life was prolonged, and the heat generation was suppressed. In addition, the maximum acceleration of the stage 2 can be increased, and the life can be increased five times as compared with the conventional stage device. In all items, the stage device is superior to the conventional stage device.
【００５２】[0052]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、超音波
振動体と、該超音波振動体の振動に伴って楕円運動する
押圧チップを備えた超音波モ−タと、該超音波モ−タの
押圧チップが圧接され、かつ前記押圧チップとの摩擦駆
動により直線運動又は回転運動する可動体を有する案内
装置において、前記超音波モ−タの超音波振動体を、硬
質の転動体を介して枠体内に保持するようにしたことか
ら、可動体を高精度に位置決めできるとともに、可動体
の停止時における揺動時間を短くすることができ、結果
として可動体を所定の位置に位置決めするまでの時間を
大幅に短縮することができる。As described above, according to the present invention, an ultrasonic motor having an ultrasonic vibrator, a pressing tip that makes an elliptical motion with the vibration of the ultrasonic vibrator, and the ultrasonic motor In a guide device having a movable body that is pressed against a pressing tip of a motor and that linearly or rotationally moves by friction driving with the pressing tip, the ultrasonic vibrating body of the ultrasonic motor may be a hard rolling element. The movable body can be positioned with high precision because it is held in the frame via the, and the swing time when the movable body is stopped can be shortened. As a result, the movable body is positioned at a predetermined position. The time required to perform can be greatly reduced.
【００５３】また、超音波モータが揺動しないため、超
音波モータの押圧チップ等の異常摩耗がなく、メンテナ
ンス回数を少なくでき、寿命を延ばすことができるとと
もに、超音波モータの異常発熱を抑えることもできる。Further, since the ultrasonic motor does not swing, there is no abnormal wear of the pressing tip or the like of the ultrasonic motor, the number of maintenance operations can be reduced, the service life can be extended, and abnormal heat generation of the ultrasonic motor can be suppressed. Can also.
【００５４】その為、本発明の案内装置を用いれば、熱
膨張による位置決めや真直精度が変化することを問題視
する露光装置や座標測定機等におけるステージ装置にも
好適に用いることができる。Therefore, if the guide device of the present invention is used, it can be suitably used for a stage device in an exposure device, a coordinate measuring machine, or the like, in which positioning or straightness accuracy changes due to thermal expansion are problematic.
【図１】（ａ）は本発明に係る超音波モータを可動体の
駆動源とする案内装置をステージ装置に適用した一例を
示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）
は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。FIG. 1A is a front view showing an example in which a guide device using an ultrasonic motor according to the present invention as a driving source of a movable body is applied to a stage device, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. Figure, (c)
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図２】（ａ）は超音波モータの他の固定構造を示す正
面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は
（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。2A is a front view showing another fixing structure of the ultrasonic motor, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. It is.
【図３】本発明のステージ装置にて１ｍｍのステップ駆
動させた時の位置決め精度と揺動時間の関係を示すグラ
フである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between positioning accuracy and swing time when a stage device of the present invention is driven by a step of 1 mm.
【図４】従来のステージ装置にて１ｍｍのステップ駆動
させた時の位置決め精度と揺動時間の関係を示すグラフ
である。FIG. 4 is a graph showing a relationship between positioning accuracy and swing time when a conventional stage device is driven by a step of 1 mm.
【図５】（ａ）は超音波モータを可動体の駆動源とする
従来の案内装置をステージ装置に適用した一例を示す正
面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。5A is a front view showing an example in which a conventional guide device using an ultrasonic motor as a driving source of a movable body is applied to a stage device, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. is there.
１，３１：ベース盤 ２，３２：ステージ ３，３３ガ
イド部材 ４，３４：リニアスケール ５，３５：検出ヘッド ６，３６：被駆動摩擦材 ７，３７：枠体 ８：球状の
転動体 ９：弾性体 １０，４０：超音波モータ １１，４１：超音波振動体 １２，４２：押圧チップ １３，４３：電極 １４，４
４：リード線 １５：リテーナ １６：円柱状の転動体1, 31: base board 2, 32: stage 3, 33 guide member 4, 34: linear scale 5, 35: detection head 6, 36: driven friction material 7, 37: frame body 8: spherical rolling element 9: Elastic body 10, 40: Ultrasonic motor 11, 41: Ultrasonic vibrator 12, 42: Pressing tip 13, 43: Electrode 14, 4
4: Lead wire 15: Retainer 16: Cylindrical rolling element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB05 CB12 CC04 CC14 5F031 HA56 KA06 LA07 MA27 5F046 CC03 CC18 5H680 AA00 AA12 BB01 BB13 BC10 CC02 DD01 DD02 DD23 DD39 DD53 DD55 DD59 DD67 DD73 DD82 DD88 DD92 EE03 EE07 EE10 EE22 FF08 FF17 FF24 GG02 GG27 GG42 GG43 GG44 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 2F078 CA02 CA08 CB05 CB12 CC04 CC14 5F031 HA56 KA06 LA07 MA27 5F046 CC03 CC18 5H680 AA00 AA12 BB01 BB13 BC10 CC02 DD01 DD02 DD23 DD39 DD53 DD55 DD59 DD67 DD73 DD82 DD88 DD92EE03 FF08 FF17 FF24 GG02 GG27 GG42 GG43 GG44
Claims (1)
伴って楕円運動する押圧チップを備えた超音波モ−タ
と、該超音波モ−タの押圧チップが圧接され、かつ前記
押圧チップとの摩擦駆動により直線運動又は回転運動す
る可動体を有する案内装置において、前記超音波モ−タ
の超音波振動体を、硬質の転動体を介して枠体内に保持
するようにしたことを特徴とする超音波モ−タを可動体
の駆動源とする案内装置。1. An ultrasonic motor having an ultrasonic vibrator, an ultrasonic motor having a pressing tip that makes an elliptical motion with the vibration of the ultrasonic vibrating body, and a pressing tip of the ultrasonic motor being pressed against the ultrasonic motor. In a guide device having a movable body that moves linearly or rotationally by friction drive with the pressing tip, the ultrasonic vibrator of the ultrasonic motor is held in a frame via a hard rolling element. A guide device using an ultrasonic motor as a drive source for a movable body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36816999A JP2001186783A (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Guiding device using ultrasonic motor as driving source of movable body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36816999A JP2001186783A (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Guiding device using ultrasonic motor as driving source of movable body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001186783A true JP2001186783A (en) | 2001-07-06 |
Family
ID=18491131
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36816999A Pending JP2001186783A (en) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | Guiding device using ultrasonic motor as driving source of movable body |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001186783A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008187756A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Taiheiyo Cement Corp | Actuator case and ultrasonic motor |
| JP2008187757A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Taiheiyo Cement Corp | Actuator case and ultrasonic motor |
| JP2010123973A (en) * | 2004-07-29 | 2010-06-03 | Kyocera Corp | Pin elevator and plate-chucking equipment using the pin elevator |
| JP2017195713A (en) * | 2016-04-21 | 2017-10-26 | キヤノン株式会社 | Vibration wave motor and optical equipment equipped with the same |
-
1999
- 1999-12-24 JP JP36816999A patent/JP2001186783A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008187756A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Taiheiyo Cement Corp | Actuator case and ultrasonic motor |
| JP2008187757A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Taiheiyo Cement Corp | Actuator case and ultrasonic motor |
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