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 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=18491131
Family Applications (1)
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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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
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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