JPH07274552A

JPH07274552A - リニアモータ

Info

Publication number: JPH07274552A
Application number: JP6065252A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Okazaki; 光宏岡崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-04-01
Filing date: 1994-04-01
Publication date: 1995-10-20
Also published as: US5783899A

Abstract

(57)【要約】【目的】微動させて精密位置決めが可能にする共に、
１つのモータにより粗動と微動を行うことを可能にす
る。【構成】相対運動部材１６に接触する弾性体１１と、
弾性体１１に結合される圧電素子１２〜１５と、圧電素
子１２〜１５に駆動電圧が緩やかに変化する第１の波形
部と急激に変化する第２の波形部とを有する駆動信号を
繰り返し発生する第１の波形発生器２４と、圧電素子１
２〜１５の所定位置に位相の異なる正弦波を印加するこ
とより、弾性体１１に縦振動と屈曲振動との合成振動に
より生ずる楕円運動に発生させる第２の波形発生器２２
と、各波形発生器１４，２２の出力を選択的に切り換え
る制御器２１とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、棒状弾性体に楕円運動
を発生させて駆動力を得るリニアモータに関し、特に、
縦振動モードと屈曲振動モードを２相駆動するリニアモ
ータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、リニア型超音波モータの従来例
を示す図である。従来のリニア型超音波モータは、棒状
弾性体１０１の一端側に加振用の変成器１０２が配置さ
れ、他端側に制振用の変成器１０３が配置されている。
各変成器１０２，１０３には、振動子１０２ａ，１０３
ａが接合されている。加振用の振動子１０２ａに発振器
１０２ｂから交流電圧を印加して棒状弾性体１０１を振
動させ、この振動が棒状弾性体１０１を伝播することに
より進行波となる。この進行波により、棒状弾性体１０
１に加圧接触された移動体１０４が駆動される。

【０００３】一方、棒状弾性体１０１の振動は、制振用
の変成器１０３を通じて振動子１０３ａに伝えられ、こ
の振動子１０３ａによって振動エネルギーが電気エネル
ギーに変換される。この振動子１０３ａに接続された負
荷１０３ｂにより電気エネルギーを消費することにより
振動を吸収する。この制振用の変成器１０３により、棒
状弾性体１０１の端面の反射を抑制して、棒状弾性体１
０１の固有モードの定在波の発生を防いでいる。

【０００４】図７のリニア型超音波モータは、移動体１
０４の移動範囲だけ、棒状弾性体１０１の長さが必要で
あり、その棒状弾性体１０１の全体を加振しなければな
らず、装置が大型化するとともに、固有モードの定在波
の発生を防止するために、制振用の変成器１０３などが
必要となる、という問題があった。

【０００５】このような問題を解決するために、自走式
の超音波モータが種々提案されており、例えば、「第５
回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講演論文
集」の「２２２光ピックアップ移動を目的とした圧電
リニアモータ」に記載されている「異形縮退縦Ｌ１−屈
曲Ｂ４モード・平板モータ」が知られている。

【０００６】図８は、異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード
・平板モータの従来例を示す模式図であって、図８
（Ａ）は正面図、図８（Ｂ）は側面図、図８（Ｃ）は平
面図である。弾性体１は、矩形平板状の基礎部１ａと、
その基礎部１ａの一方の面に形成された突起部１ｂ，１
ｃとから構成されている。圧電素子２，３は、弾性体１
の基礎部１ａの他方の面に貼付され、縦振動Ｌ１モード
と屈曲振動Ｂ４モードを発生させる素子である。弾性体
１の突起部１ｂ，１ｃは、基礎部１ａに発生する屈曲振
動Ｂ４モードの腹の位置に設けられており、相対運動部
材となるガイドレール等（不図示）に押し付けられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した図８
のモータは、相対運動部材との位置決め精度がミクロン
オーダであり、用途によっては、位置決め精度が不十分
である、という問題があった。この問題を解決するため
に、精密位置決め用の駆動方法を併用することも考えら
れるが、オーダの違う位置決め精度を求める場合には、
通常、全く別の構造のものを設けることとなり、装置全
体が大型化するとともに、コストアップの要因となる。
特に、自走式の場合には、重量増に伴う効率低下にもつ
ながる。

【０００８】本発明の第１の目的は、前述の課題を解決
し、微動させることにより、精密位置決めが可能なリニ
アモータを提供することである。本発明の第２の目的
は、１つのモータにより粗動と微動を行うことができる
リニアモータを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明によるリニアモータの第１の解決手段は、相
対運動部材（１６）に接触する弾性体（１１）と、前記
弾性体に結合される電気機械変換素子（１２〜１５）
と、前記電気機械変換素子に駆動電圧が緩やかに変化す
る第１の波形部と急激に変化する第２の波形部とを有す
る駆動信号を繰り返し発生する第１の駆動信号発生手段
（２４）とを備えたことを特徴とする。

【００１０】第２の解決手段は、相対運動部材（１６）
に接触する弾性体（１１）と、前記弾性体に結合される
電気機械変換素子（１２〜１５）と、前記電気機械変換
素子に印加する所定の波形を有する第１の電圧信号を発
生する第１の駆動信号発生手段（２４）と、前記電気機
械変換素子に印加する前記第１の電圧信号と波形の異な
る波形を有する第２の電圧信号を発生する第２の駆動信
号発生手段（２２）と、前記第１の駆動信号発生手段の
出力と前記第２の駆動信号発生手段の出力とを選択的に
切り換える駆動信号切換手段（２１）とを備えたことを
特徴とする。

【００１１】第３の解決手段は、相対運動部材に接触す
る弾性体（１１）と、前記弾性体に結合される電気機械
変換素子（１２〜１５）と、前記電気機械変換素子に駆
動電圧が緩やかに変化する第１の波形部と急激に変化す
る第２の波形部とを有する駆動信号を繰り返し発生する
第１の駆動信号発生手段（２４）と、前記電気機械変換
素子の所定位置に位相の異なる正弦波を印加することよ
り、前記弾性体に縦振動と屈曲振動との合成振動により
生ずる楕円運動に発生させる第２の駆動信号発生手段
（２２）と、前記第１の駆動信号発生手段の出力と前記
第２の駆動信号発生手段の出力とを選択的に切り換える
駆動信号切換手段（２１）とを備えたことを特徴とす
る。

【００１２】第４の解決手段は、第１〜第３の解決手段
のリニアモータにおいて、前記第１の駆動信号発生手段
は、前記第１の波形部と前記第２の波形部の間に、電圧
の変化しない第３の波形部をもつことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の第１の解決手段によれば、第１の駆動
信号発生手段は、電気機械変換素子に駆動電圧が緩やか
に変化する第１の波形部と急激に変化する第２の波形部
とを繰り返し発生するので、電気機械変換素子を第１の
波形部を印加するときには、弾性体と相対運動部材とが
共に運動を行い、第２の波形部を印加するときには、弾
性体が相対運動部材に対して相対運動を行う。この駆動
信号は、第１の波形部と第２の波形部の振幅、周期、勾
配等によって決定される。この駆動信号を用いた駆動で
は、弾性体の共振を用いていないために、弾性体の変形
量が小さく、ピッチの細かい駆動（微動）ができ、精密
位置決めが可能となる。また、信号の振幅、発生回数、
波形等を変えることによって、駆動量を変化させること
ができる。

【００１４】第２又は第３の解決手段によれば、駆動速
度の速いピッチの荒い駆動方法と、駆動速度が遅く駆動
ピッチが細かい駆動方法とを、１つのモータによって実
現できるので、１つのモータによって、粗動と微動を行
うことができる。このために、簡単な構造のモータによ
って、目標位置へ高速かつ高精度で駆動することができ
る。

【００１５】第４の解決手段によれば、電圧波形の緩や
かに変化する第１の波形部と、急激に変化する第２の波
形部の間に、電圧の変化しない第３の波形部を設けたの
で、繰り返し動作をするときに、相対運動部材との慣性
の影響を少なくすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面等を参照して、実施例につき、さ
らに詳細に説明する。図１は、本発明によるリニアモー
タの実施例を示した模式図である。この実施例では、弾
性体１１は、基礎部１１ａと、２つの突起部１１ｂ，１
１ｃとを有し、その基礎部１１ａには、突起部１１ｂ，
１１ｃと反対側に、２つの圧電素子１２，１３が設けら
れ、突起部１１ｂ，１１ｃの間に、２つの圧電素子１
４，１５が設けられている。この実施例では、圧電素子
１２〜１５は、図２（Ｃ）のように、分極されている。
相対運動部材１６は、突起部１１ｂ，１１ｃ上に不図示
の加圧手段によって、加圧接触させられている。

【００１７】このリニアモータの駆動回路は、制御器２
１と、第２の波形発生器２２と、位相器２３と、第１の
波形発生器２４と極性反転器２５と、変位検出器２６等
から構成されている。制御器２１は、使用状況に応じ
て、第２の波形発生器２２と第１の波形発生器２４の何
れで駆動して、粗動を行うか、微動を行うかを切り換え
るためのものである。また、制御器２１は、変位検出器
２６によって検出された相対移動部材１６の変位等に基
づいて、印加電圧のサイクル数を制御して、高い位置決
め精度を実現することができる。

【００１８】制御器２１は、例えば、相対移動部材をあ
る位置（目標値）に移動する場合に当てはめると、以下
のような制御が可能である。（制御例１）制御例１では、目標値からのずれ量のレベ
ルを数段階（例えば、４段階）に分けておく。例えば、
閾値として、ｄ１，ｄ２，ｄ３（ｄ１＜ｄ２＜ｄ３）を
決めて、目標値からのずれ量を（ａ）ｄ３以上、（ｂ）
ｄ２以上ｄ３未満、（ｃ）ｄ１以上ｄ２未満、（ｄ）ｄ
１未満の４段階に分ける。制御器２１は、変位検出器２
６の出力に基づいて、以下のような制御を行う。なお、
移動方向は目標値の方向である。

【００１９】（ａ）の場合には、第１の波形発生器２４
をオフ、第２の波形発生器２２をオンにする。（ｂ）の
場合には、第１の波形発生器２４をオフ、第２の波形発
生器２２をオンにする。このときに、第２の波形の振幅
を小さくして、駆動速度を小さくする。（ｃ）の場合に
は、第１の波形発生器２４をオン、第２の波形発生器２
２をオフにする。（ｄ）の場合には、第１の波形発生器
２４をオン、第２の波形発生器２２をオフにする。この
ときに、第１の波形の振幅を小さくして、駆動速度を小
さくする。以上のように駆動することによって、目標値
まで速くかつ正確に駆動することができる。

【００２０】（制御例２）制御例２では、相対移動部材
上の観察試料の駆動を顕微鏡など（透過型電子顕微鏡、
走査型電子顕微鏡、ＳＴＭ、ＡＦＭ等）を観察しながら
制御する。低倍率（広い視野）で視野の中心付近にくる
までは、第２の波形発生器２４をオンにして駆動し、高
倍率（狭い視野）では、第２の波形発生器２４をオフに
し、第１の波形発生器２２をオンにして駆動する。この
ようにして、試料を観察したい位置に速くかつ正確に駆
動することができる。

【００２１】次に、第２の波形発生器２２で駆動する場
合と、第１の波形発生器２４で駆動する場合に分けて、
その動作を詳細に説明する。図２，図３は、本実施例に
よるリニアモータの第２の波形発生器による駆動動作を
説明するための図である。圧電素子１２，１３は、弾性
体１１に縦振動Ｌ１モードと屈曲振動Ｂ４モードとを発
生させ、それぞれのモードの振動による共振点が一致す
るように、弾性体１１の形状などが設計されており、後
述する図３（Ａ）のような２相の入力電圧Ａ，Ｂが印加
される。各要素の機能は、前述した図８に示したもの
と、ほぼ同様である。

【００２２】図２に示すように、このリニアモータは、
２つの圧電素子１２，１３に高周波電圧Ａ，Ｂを印加す
ることによって、屈曲振動と縦振動との複合振動を起こ
し、これにより突起部１１ｂ，１１ｃとの先端に楕円運
動を発生させ、駆動力を発生させる構成になっている。
なお、Ｇはグランドである。また、２つの圧電素子１
２，１３は、互いに極性が同一方向になるように分極さ
れ、高周波電圧Ｂは、位相器２３によって、高周波電圧
Ａとπ／２の時間的位相差を有するようにしてある。な
お、２つの圧電素子１２，１３の分極は互いに逆方向で
あってもよい。なお、第２の波形で駆動する場合には、
圧電素子１４，１５は使用していない。

【００２３】図３（Ａ）は、リニアモータに入力される
２相の高周波電圧Ａ，Ｂの時間的変化をｔ１〜ｔ９で示
している。図３（Ａ）の横軸は、高周波電圧の電圧値を
示している。図３（Ｂ）は、リニアモータの断面の変形
の様子を示し、リニアモータに発生する屈曲振動の時間
的変化（ｔ１〜ｔ９）を示している。図３（Ｃ）は、リ
ニアモータの断面の変形の様子を示し、リニアモータに
発生する縦振動の時間的変化（ｔ１〜ｔ９）を示してい
る。図３（Ｄ）は、リニアモータの突起部１１ｂ，１１
ｃとに発生する楕円運動の時間的変化（ｔ１〜ｔ９）を
示している。

【００２４】次に、この実施例のリニアモータの第１の
駆動信号による動作を、時間的変化（ｔ１〜ｔ９）ごと
に説明する。時間ｔ１において、図３（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは正の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の正の電圧を発生する。図３（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ，Ｂによる屈曲運動は互いに打ち消
し合い、点Ｙ１とＺ１とが振幅零となる。また、図３
（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振動は
伸張する方向に発生する。点Ｙ２とＺ２とは矢印で示さ
れるように、節Ｘを中心にして最大の伸長を示す。その
結果、図３（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合さ
れ、点Ｙ１とＹ２との運動の合成が点Ｙの運動となり、
また、点Ｚ１とＺ２との運動の合成が点Ｚの運動とな
る。

【００２５】時間ｔ２において、図３（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ｂは零となり、高周波電圧Ａは正の電圧
を発生する。図３（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ａに
よる屈曲運動が発生し、点Ｙ１が正方向に振幅し、点Ｚ
１が負方向に振幅する。また、図３（Ｃ）に示すよう
に、高周波電圧Ａによる縦振動が発生し、点Ｙ２と点Ｚ
２とが時間ｔ１のときよりも弾性体が縮む方向に移動す
る。その結果、図３（Ｄ）に示すように、上記両振動が
複合され、点ＹとＺとが時間ｔ１のときよりも右回りに
移動する。

【００２６】時間ｔ３において、図３（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは正の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の負の電圧を発生する。図３（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ及びＢによる屈曲運動が合成されて
増幅され、点Ｙ１が時間ｔ２のときよりも正方向に増幅
され、最大の正の振幅値を示す。点Ｚ１が時間ｔ２のと
きよりも負方向に増幅され、最大の負の振幅値を示す。
また、図３（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ及びＢに
よる縦振動が互いに打ち消しあい、点Ｙ２とＺ２とが元
の位置に戻る。その結果、図３（Ｄ）に示すように、上
記両振動が複合され、点ＹとＺとが時間ｔ２のときより
も右回りに移動する。

【００２７】時間ｔ４において、図３（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは零となり、高周波電圧Ｂは負の電圧
を発生する。図３（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ｂに
よる屈曲運動が発生し、点Ｙ１は時間ｔ３のときよりも
振幅が低下し、点Ｚ１時間ｔ３のときよりも振幅が低下
する。また、図３（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ｂに
よる縦振動が発生し、点Ｙ２とＺ２が弾性体が収縮する
方向に移動する。その結果、図３（Ｄ）に示すように、
上記両振動が複合され、点ＹとＺとが時間ｔ３のときよ
りも右回りに移動する。

【００２８】時間ｔ５において、図３（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは負の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の負の電圧を発生する。図３（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ，Ｂによる屈曲運動は互いに打ち消
し合い、点Ｙ１とＺ１とが振幅零となる。また、図３
（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振動は
収縮する方向に発生する。点Ｙ２とＺ２とは矢印で示さ
れるように、節Ｘを中心にして弾性体が最大の収縮を示
す方向に移動する。その結果、図３（Ｄ）に示すよう
に、上記両振動が複合され、点ＹとＺとが時間ｔ４のと
きよりも右回りに移動する。

【００２９】時間ｔ６〜ｔ９に変化するにしたがって、
上述の原理と同様に屈曲振動及び縦振動が発生し、その
結果、図３（Ｄ）に示すように、点Ｙ及び点Ｚが右回り
に移動し、楕円運動をする。以上の原理により、このリ
ニアモータは、突起部１１ａ，１１ｂとの先端に楕円運
動を発生させ、駆動力を発生させる構成となっている。
従って、突起部１１ｂ，１１ｃの先端を相対運動部材１
６に加圧すると、弾性体１１は、相対運動部材１６をピ
ッチが荒い移動（粗動）であるが、高速に駆動すること
ができる。

【００３０】図４，図５は、本実施例によるリニアモー
タの第１の波形発生器による駆動動作を説明するための
図である。第１の波形発生器２４の出力は、圧電素子１
２，１４には直接接続され、圧電素子１３，１５には、
極性反転器２５を介して、反転した極性を持つ電圧が接
続され、弾性体１１を長さ方向に伸縮させる。したがっ
て、圧電素子１２，１４が縮んでいるときには圧電素子
１３，１５は伸び、圧電素子１２，１４が伸びていると
きには圧電素子１３，１５は縮むように動作する。この
第１の波形発生器２４の駆動信号は、電圧が緩やかに変
化する第１の波形部〔図４（Ｂ）のｔ１０〜ｔ１１〕
と、電圧が急激に変化する第２の波形部〔図４（Ａ）の
ｔ１２〜ｔ１３〕とを有している。

【００３１】次に、この実施例のリニアモータの第１の
駆動信号による動作を、時間的変化（ｔ１０〜ｔ１４）
ごとに説明する。ｔ１０〜ｔ１１の間は、図４（Ａ）に
示すように、圧電素子１２，１４に印加する電圧波形は
０からＶ０に緩やかに変化する。また、圧電素子１３，
１５に印加される電圧は、極性反転器２５によって極性
が反転されるので、０から−Ｖ０に緩やかに変化する。
この電圧波形によって、圧電素子１２，１４は、縮むよ
うに変位して弾性体１１の左側は縮み、圧電素子１３，
１５は、伸びるように変位して弾性体１１の右側は伸び
る〔図５（Ｂ）〕。このとき、弾性体１１は、中心点Ｃ
において、固定されているので、弾性体の突起部１１
ｂ，１１ｃは、共に右側に変位する〔図４（Ｂ）〕。ま
た、電圧波形は、０からＶ０まで十分に緩やか（なだら
か）に変化するので、突起部１１ｂ，１１ｃの加速度を
小さい。このため、突起部１１ｂ，１１ｃと相対運動部
材１６との間の静摩擦力によって、相対運動部材１６
は、右側にＸ０だけ変位する〔（図５（Ａ）〕。したが
って、相対運動部材１６は、図５（Ａ）の状態から、図
５（Ｂ）の状態に移動する。

【００３２】その後に、ｔ１１〜ｔ１２の間は、所定の
電圧Ｖ０に保持されている（第３の波形部）。この保持
時間は、突起部１１ｂ，１１ｃに対する相対運動部材１
６の相対速度を０にするために設けている。この保持時
間は、駆動力などに影響が少なければ設けなくともよ
い。ｔ１１では、突起部１１ｂ，１１ｃの速度（電圧変
化のグラフの傾きに相当する）が急激に変化するため
に、ｔ１１以降で突起部１１ｂ，１１ｃが停止しても、
相対運動部材１６はすぐには停止しない。このｔ１１以
降の相対運動は、駆動しようとしている方向の運動であ
るので、この運動が停止するまで、次のアクション（電
圧変化）を待って駆動量を稼ぐことができる。条件によ
っては、停止するまでの時間が変わるので、第３の波形
部の最適な長さは変わる。駆動量等に影響がなければ、
設けなくともよい。

【００３３】ｔ１３〜ｔ１４の間は、印加される電圧波
形は、Ｖ０から０まで急激に変化するので、弾性体１１
は急激に変形して、突起部１１ｂ，１１ｃが移動する。
このときに、相対運動部材１６は、慣性によりその位置
に留まろうとするので、突起部１１ｂ，１１ｃと相対運
動部材１６との間に滑りが生じ、突起部１１ｂ，１１ｃ
の移動量に対して、相対運動部材１６の移動量は十分小
さくなる。つまり、図５（Ｃ）に示すように、相対運動
部材１６はその位置に残したまま、突起部１１ｂ，１１
ｃが元の位置に戻ったことになる。

【００３４】以上のように印加する電圧波形を変化させ
ることによって、相対運動部材１６を駆動することがで
きる。なお、印加電圧のサイクルを逆にすることによっ
て、反対方向に駆動することも可能である。また、１サ
イクルの操作によって、相対運動部材１６を変位させる
ことができるので、これを繰り返すことによって、所望
の変位量を得ることができる。さらに、１サイクルで生
じる変位量は、ナノメートルオーダであり、極めて小さ
い微動を行うことができる。楕円運動による第２の駆動
方法は、共振を使用しているので、突起部１１ｂ，１１
ｃの変位が数ミクロン前後である。そのために、ナノメ
ートルオーダの移動はできない。第１の駆動信号によっ
て駆動するには、弾性体１１の剛性（形状と材質などで
きまる）と圧電体１２〜１５の発生力（形状と印加電
圧、圧電材料の種類などできまる）によって、変形量が
決まる。このために、弾性体１１を厚くする等して、適
当な形状を選ぶことにより、ナノメートルオーダの移動
が可能となる。

【００３５】この実施例では、図１に示すように、変位
検出器２６を用いて、相対運動部材１６の変位を測定し
ながら、印加電圧のサイクル数及び振幅などの波形を制
御することにより、高い位置決め精度を実現することが
できる。

【００３６】以上のように、本実施例では、弾性体１１
に設けた圧電素子１２〜１５を共用して、１つのリニア
モータによって、粗動と微動を行うことができるので、
簡単な構成によって、目標位置に高速かつ高精度で駆動
することができる。

【００３７】図６は、本実施例によるリニアモータの弾
性体を詳細に示した斜視図である。この実施例のリニア
モータは、弾性体１１の振動を拘束しないように、略中
央部を支持することが望ましい。この弾性体１１は、駆
動方向に対して固定するためには、図６（Ａ）に示すよ
うに、弾性体１１の略中央部に切欠部１１ｄを設ける
か、図６（Ｂ）に示すように、弾性体１１の略中央部に
突起部１１ｅを設ける等して、固定部材に取り付ければ
よい。なお、切欠部１１ｄの代わりに、円孔などを設け
るようにしてもよい。

【００３８】また、相対運動部材１６は、弾性体１１に
よって駆動するためには、その弾性体１１に加圧接触す
る必要がある。加圧方法としては、相対運動部材１６の
自重であってもよいし、加圧力が不足する場合には、ば
ね等の付勢部材や弾性部材などによって加圧するように
してもよい。

【００３９】図９は、第２の実施例によるリニアモータ
の駆動回路を示すブロック図、図１０、図１１は、第２
の実施例のリニアモータの切り替えスイッチの状態（粗
動時，微動時）を示す図である。この実施例の駆動回路
は、切り替えスイッチ３１、粗動信号発生装置３２、位
相変換装置３３、微動信号発生装置３４、極性反転装置
３５などから構成されている。

【００４０】粗動を行うときには、切り替えスイッチ３
１は、図１０に示すように、端子ｂ−ｇ，ｃ−ｉ間が接
続され、圧電素子１２には、粗動信号発生装置３２の出
力が接続され、圧電素子１３には、粗動信号発生装置３
２の出力を位相変換装置３３によってπ／２だけ位相を
ずらした信号が接続され、図２で説明したのと同様な駆
動がなされる。

【００４１】微動を行うときには、切り替えスイッチ３
１は、図１１に示すように、端子ａ−ｆ，ｂ−ｈ，ｃ−
ｊ，ｄ−ｍ間が接続され、圧電素子１３，１５には、微
動信号発生装置３４の出力が接続され、圧電素子１２，
１４には、微動信号発生装置３４の出力を極性反転装置
３５によって極性を反転させて信号が接続され、図５で
説明したのと同様な駆動がなされる。

【００４２】図１２は、本発明によるリニアモータの第
３の実施例を示す図である。第１の実施例では、相対運
動部材１６は、自重によって弾性体１１に加圧するよう
にしていたが、第３の実施例のリニアモータでは、ばね
等の付勢手段４１，４２によって、相対運動部材１６を
弾性体１１に加圧することにより、安定した加圧ができ
るようにしたものである。付勢手段４１，４２には、ロ
ーラ等の回転部材又は摩擦の少ない摺動部材が取り付け
られており、相対運動部材１６の移動を妨げないように
している。また、弾性体１１及び相対運動部材１６の材
質又は駆動速度などで決まる駆動条件に応じて、最適な
加圧条件を選択するために、付勢手段４１，４２の固定
位置を変えて、加圧力を変化することができる。

【００４３】図１３は、本発明によるリニアモータの第
４の実施例を示す図である。相対運動部材１６を弾性体
１１に加圧する場合には、粗動と微動によって加圧条件
に変化させることが望ましい。そこで、第４の実施例で
は、弾性体１１の突起部１１ｂ，１１ｃにコイルを巻い
て電磁石４３，４４とし、磁界の強度を変化させること
によって、加圧力を変化させるようにしたものである。
なお、弾性体１１の下面に電磁石を設けてもよい。ま
た、第３の実施例においても、付勢手段４１の付勢力を
可変させるようにしてもよい。

【００４４】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。例えば、相対運動部材１６を、床面や壁面などに置
き換えることによって、このリニアモータを自走させる
ようにしてもよい。また、微動させるために、縦変形を
利用したが、屈曲変形を利用してもよい。さらに、縦Ｌ
１−屈曲Ｂ４モードを例に説明したが、Ｌ１−Ｂ２，Ｌ
１−Ｂ６，Ｌ２−Ｂ４等の他のモードであっても使用で
きる。

【００４５】また、第１の波形発生器２４、極性反転器
２５による第１の駆動信号による駆動方法のみを用い
た、単独のリニアモータとして使用することもできる。

【００４６】さらに、このリニアモータは、運行方向以
外には動かないようにするために、ガイド部材を設ける
ことが望ましい。ガイド部材は、弾性体１１又は相対運
動部材１６の側面に設け、摩擦が小さく精度のよいもの
が好ましく、例えば、ローラ装置や二硫化モリブデン、
二硫化タングステン、窒化ホウ素、ＰＴＦＥ、ポリアセ
タール等の固体潤滑剤などを使用することができる。

【００４７】本発明のリニアモータは、２段重ねにし
て、Ｘ−Ｙ方向に駆動できる２次元ステージ、例えば、
顕微鏡（光学式、ＳＥＭ、ＳＰＭ（スキャニングプロー
ブマイクロスコープ）等に使用できる。ＳＰＭの場合に
は、スキャニング装置と観察試料の両方をステージに載
せ、観察位置の位置決めを行うことに使用でき、コンパ
クトでしかも真空中でも使用できる利点がある。また、
ＳＰＭのプローブを接近させる手段として、駆動対象物
にプローブを付けて試料に接近させる。まず、粗動で接
近させ、ある程度接近したら、微動に切り替えて、さら
に接近させるようにできる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、緩やかな波形部を印加したときに、弾性体と相対
運動部材とが共に運動を行い、急激な波形部で印加した
ときに、弾性体が相対運動部材に対して相対運動を行う
ので、この周期を小さくとることができるので、ピッチ
の細かい移動（微動）が可能となる。

【００４９】また、駆動速度の速い駆動ピッチの荒い駆
動方法と、駆動速度が遅く駆動ピッチが細かい駆動方法
とを、１つのモータによって実現できるので、１つのモ
ータによって、粗動と微動を行うことができ、簡単な構
造のモータによって、目標位置へ高速かつ高精度で駆動
することができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるリニアモータの第１の実施例を示
した模式図である。

【図２】第１の実施例によるリニアモータの第２の波形
発生器による駆動動作を説明するための図である。

【図３】第１の実施例によるリニアモータの第２の波形
発生器による駆動動作を説明するための図である。

【図４】第１の実施例によるリニアモータの第１の波形
発生器による駆動動作を説明するための波形図である。

【図５】第１の実施例によるリニアモータの第１の波形
発生器による駆動動作を説明するための図である。

【図６】第１の実施例によるリニアモータの弾性体を詳
細に示した斜視図である。

【図７】リニア型超音波モータの従来例を示す図であ
る。

【図８】異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板モータ
の一例を示す模式図である。

【図９】第２の実施例によるリニアモータの駆動回路を
示すブロック図である。

【図１０】第２の実施例のリニアモータの切り替えスイ
ッチの状態（粗動時）を示す図である。

【図１１】第２の実施例のリニアモータの切り替えスイ
ッチの状態（微動時）を示す図である。

【図１２】本発明によるリニアモータの第３の実施例を
示す図である。

【図１３】本発明によるリニアモータの第４の実施例を
示す図である。

【符号の説明】

１１弾性体１２、１３、１４、１５圧電素子１６相対運動部材２１制御器２２第２の波形発生器２３位相器２４第１の波形発生器２５極性反転器２６変位検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対運動部材に接触する弾性体と、前記弾性体に結合される電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に駆動電圧が緩やかに変化する第
１の波形部と急激に変化する第２の波形部とを有する駆
動信号を繰り返し発生する第１の駆動信号発生手段とを
備えたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】相対運動部材に接触する弾性体と、前記弾性体に結合される電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に印加する所定の波形を有する第
１の電圧信号を発生する第１の駆動信号発生手段と、前記電気機械変換素子に印加する前記第１の電圧信号と
波形の異なる波形を有する第２の電圧信号を発生する第
２の駆動信号発生手段と、前記第１の駆動信号発生手段の出力と前記第２の駆動信
号発生手段の出力とを選択的に切り換える駆動信号切換
手段とを備えたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】相対運動部材に接触する弾性体と、前記弾性体に結合される電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に駆動電圧が緩やかに変化する第
１の波形部と急激に変化する第２の波形部とを有する駆
動信号を繰り返し発生する第１の駆動信号発生手段と、前記電気機械変換素子の所定位置に位相の異なる正弦波
を印加することより、前記弾性体に縦振動と屈曲振動と
の合成振動により生ずる楕円運動に発生させる第２の駆
動信号発生手段と、前記第１の駆動信号発生手段の出力と前記第２の駆動信
号発生手段の出力とを選択的に切り換える駆動信号切換
手段とを備えたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】請求項１又は請求項３に記載のリニアモ
ータにおいて、前記第１の駆動信号発生手段は、前記第１の波形部と前
記第２の波形部の間に、電圧の変化しない第３の波形部
をもつことを特徴とするリニアモータ。