JP2000125576A - 振動アクチュエータを用いた搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 案内部材により一次元に案内される搬送部材
を、リニア駆動型の振動アクチュエータを用いて、高速
かつ高精度で搬送することができなかった。 【解決手段】 縦振動および曲げ振動を取り出す駆動力
取出部３４ａ、３４ａ’、３４ｂ、３４ｂ’を有するリ
ニア駆動型の振動子３１を備える振動アクチュエータ３
０と、案内部材５０と、係合部６３ａを介して案内部材
５０に係合するとともに駆動力取出部３４ａ、３４
ａ’、３４ｂ、３４ｂ’に加圧接触する搬送部材６０と
を備える搬送装置２０である。搬送部材６０は、駆動力
取出部３４ａ、３４ａ’、３４ｂ、３４ｂ’に加圧接触
する移動子６１と、移動子６１に接続された接続部材６
２と、接続部材６２に接続されるとともに係合部６３ａ
を有するステージ６３とを有し、接続部材６２に、リニ
ア駆動方向と平行な方向以外の方向へ弾性変形すること
により、係合部６３ａと案内部材５０との間の接触圧の
上昇を防止する弾性変形部７０を、有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動アクチュエー
タを用いた搬送装置に関し、より具体的には、リニア駆
動型の振動アクチュエータを用いた搬送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リニア駆動型の振動アクチュエータとし
て、弾性体に圧電素子を装着した振動子を備える超音波
アクチュエータが知られている。図１２は、この超音波
アクチュエータ１の構成例を示す斜視図である。

【０００３】この超音波アクチュエータ１は、振動子２
と移動子６とを備える。振動子２は、弾性体３と、圧電
体４ａ、４ｂと、駆動力取出部５ａ、５ｂとを有する。
弾性体３は、例えば金属材料等の弾性材料からなり、発
生する縦振動および曲げ振動それぞれの共振周波数がほ
ぼ一致するように各部の寸法が設定され、矩形平板状に
形成される。圧電体４ａ、４ｂは、弾性体３の一方の平
面に装着される。圧電体４ａにはＡ相の駆動信号（交流
電圧）が入力され、圧電体４ｂにはＡ相の駆動信号とは
位相が（π／２）異なるＢ相の駆動信号（交流電圧）が
入力される。これにより、弾性体３には、長手方向へ振
動する１次の縦振動Ｌ１と、厚さ方向へ振動する４次の
曲げ振動Ｂ４とが同時に発生する。

【０００４】弾性体３の他方の平面には、弾性体３に発
生する曲げ振動Ｂ４の腹位置に、駆動力取出部５ａ、５
ｂが突出して設けられる。このため、駆動力取出部５
ａ、５ｂには、それぞれ、縦振動Ｌ１および曲げ振動Ｂ
４が合成された楕円運動が、互いの位相がπずれて、周
期的に発生する。これにより、駆動力取出部５ａ、５ｂ
を介して振動子２に加圧接触する移動子６は、振動子２
の長手方向へリニア駆動される。

【０００５】このように、この超音波アクチュエータ１
は、簡単な構成でリニア駆動を実現できるとともにその
制御性が優れる。このため、この超音波アクチュエータ
１を、高速かつ高精度の搬送装置の駆動源として用いる
ことが、従来より検討されてきた。

【０００６】本出願人も、例えば特開平９−２１９０７
２号公報や同９−２１９０７３号公報等により、超音波
アクチュエータ１を用いた光ヘッド搬送装置を提案し
た。図１３は、特開平９−２１９０７２号公報により提
案した光ヘッド搬送装置７の説明図であり、図１３
（Ａ）は上面図、図１３（Ｂ）は正面図である。図１３
（Ａ）および図１３（Ｂ）に示すように、この光ヘッド
搬送装置７では、超音波アクチュエータ１の縦振動Ｌ１
の振動方向と平行な方向へ向けて案内部材８が配置され
る。そして、駆動力取出部５ａ、５ｂを、擦り板９を介
して、案内部材８により案内される搬送部材である光ヘ
ッド保持部材１０に、所定の加圧力Ｐで加圧接触させ
る。この光ヘッド搬送装置７では、光ヘッド保持部材１
０は、超音波アクチュエータ１により、図１３（Ａ）の
両矢印方向へ直接的にリニア駆動される。

【０００７】また、「新版超音波モータ」（上羽貞行
氏、富川義朗氏共著、株式会社トリケップス刊）の第１
６９頁には、図１４に示すように、凸形の断面形状を有
する案内部材１１と、凹形の断面形状を有する搬送部材
である移動台１２とを有する一軸リニアステージ１３の
駆動源として、いわゆるπ型超音波リニアモータ１４を
用いることが、開示されている。π型超音波リニアモー
タ１４の駆動力取出部１５ａ、１５ｂは、移動台１２の
側面に所定の加圧力Ｐで加圧接触される。移動台１２
は、π型超音波リニアモータ１４により、図１４の両矢
印方向へ直接的にリニア駆動される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の搬送装置７、１３では、駆動時に、搬送部材１０と案
内部材８との間、または搬送部材１２と案内部材１１と
の間における摺動抵抗が増加し、超音波アクチュエータ
１、１４による搬送部材１０、１２の搬送速度および搬
送精度が、ともに低下してしまうという課題があった。

【０００９】すなわち、図１３に示す搬送装置７では、
駆動力取出部５ａ、５ｂを常に所定の加圧力Ｐで搬送部
材１０の一平面に加圧接触させ続けることにより、駆動
力取出部５ａ、５ｂに発生した微少な楕円運動を、駆動
力として取り出す。このため、この微少な振動は、不可
避的に、駆動力取出部５ａ、５ｂを介して搬送部材１０
へ伝達される。つまり、搬送部材１０には、超音波アク
チュエータ１の駆動力取出部５ａ、５ｂから伝達される
微少な振動と、超音波アクチュエータ１および搬送部材
１０間の加圧力Ｐとが、ともに作用する。ところで、搬
送部材１０と案内部材８との間には、搬送部材１０の円
滑な移動を可能にするため、隙間が不可避的に存在す
る。

【００１０】したがって、搬送部材１０が、駆動力取出
部５ａ、５ｂから伝達される微小な振動や加圧力Ｐによ
り変位し、搬送部材１０が案内部材８に強く接触してし
まう。これにより、搬送部材１０と案内部材８との間の
摺動抵抗が増加し、超音波アクチュエータ１による搬送
部材１０の搬送速度および搬送精度が、ともに低下して
しまう。

【００１１】また、図１４に示す搬送装置１３も、図１
３に示す搬送装置７と同様に、駆動時に、搬送部材１２
が、駆動力取出部１５ａ、１５ｂから伝達される微小な
振動や加圧力Ｐにより変位し、搬送部材１２が案内部材
１１に強く接触してしまう。このため、超音波アクチュ
エータ１４による搬送部材１２の搬送速度および搬送精
度が、ともに低下してしまう。

【００１２】搬送部材１０、１２を円滑に移動させるた
めに、搬送部材１０と案内部材８との間、または搬送部
材１２と案内部材１１との間における隙間は、不可欠で
ある。このため、図１３の例において、搬送時に、超音
波アクチュエータ１の駆動力取出部５ａ、５ｂから伝達
される微少な振動と、超音波アクチュエータ１および搬
送部材１０間の加圧力Ｐとに起因した搬送部材１０の変
位を解消することは、困難である。また、図１４の例に
おいても、超音波アクチュエータ１４の駆動力取出部１
５ａ、１５ｂから伝達される微少な振動と、超音波アク
チュエータ１４および搬送部材１２間の加圧力Ｐとに起
因した搬送部材１２の変位を解消することは、困難であ
る。このため、超音波アクチュエータを用いた従来の搬
送装置７、１３では、搬送部材１０、１２の搬送速度お
よび搬送精度の低下はいずれも免れなかった。

【００１３】本発明の目的は、案内部材により一次元に
案内される搬送部材を、駆動時における摺動抵抗の増加
を伴うことなく、高速かつ高精度で搬送することができ
る、リニア駆動型の振動アクチュエータを用いた搬送装
置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、振動子の駆動
力取出部との接触部と、案内部材との係合部との間の搬
送部材に、搬送部材をリニア駆動方向と平行な方向以外
の方向へ変位させる外力を吸収し得る変位部を設けるこ
とにより上記課題を解決できるという、新規な知見に基
づくものである。

【００１５】上記課題を解決するために、請求項１の発
明では、発生する振動を駆動力として取り出すための駆
動力取出部を有するリニア駆動型の振動子を備える振動
アクチュエータと、振動子のリニア駆動方向と平行な方
向へ向けて設けられた第１の案内部材と、係合部を介し
て第１の案内部材に係合するとともに駆動力取出部に加
圧接触することにより、第１の案内部材に案内されなが
ら振動子によって駆動される搬送部材とを備え、搬送部
材が、駆動力取出部との接触部と係合部との間に、リニ
ア駆動方向と平行な方向以外の方向へ変位することによ
り係合部の第１の案内部材への接触圧の上昇を防止また
は低減する変位部を、有することを特徴とする振動アク
チュエータを用いた搬送装置を提供する。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１に記載された
振動アクチュエータを用いた搬送装置において、変位部
が、リニア駆動方向と平行な方向以外の方向へ弾性変形
する弾性変形部であることを特徴とする。

【００１７】請求項３の発明は、請求項２に記載された
振動アクチュエータを用いた搬送装置において、弾性変
形部は、リニア駆動方向と平行な方向の剛性が、リニア
駆動方向と平行な方向以外の方向の剛性よりも高いこと
を特徴とする。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータを
用いた搬送装置において、搬送部材が、駆動力取出部に
加圧接触する移動子と、移動子に接続された接続部材
と、接続部材に接続されるとともに係合部を設けられた
搬送対象部材とを有し、変位部が、接続部材に設けられ
ることを特徴とする。

【００１９】請求項５の発明は、請求項４に記載された
振動アクチュエータを用いた搬送装置において、搬送部
材が、さらに、リニア駆動方向と平行な方向へ向けて設
けられて、移動子をリニア駆動方向へ案内する第２の案
内部材を有することを特徴とする。

【００２０】請求項６の発明は、請求項１から請求項５
までのいずれか１項に記載された振動アクチュエータを
用いた搬送装置において、振動子が、電気エネルギを入
力されることにより第１の方向へ振動する第１の振動
と、第１の方向と交差する第２の方向へ振動する第２の
振動とを励振し、振動子に発生する駆動力が、第１の振
動および第２の振動の合成として得られるとともに、第
１の方向が、リニア駆動方向であることを特徴とする。

【００２１】さらに、請求項７の発明は、請求項６に記
載された振動アクチュエータを用いた搬送装置におい
て、振動子が矩形平板状の外形を有し、第１の振動が振
動子の長さ方向へ振動する縦振動であり、第２の振動が
振動子の厚さ方向へ振動する曲げ振動であることを特徴
とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明に
かかる振動アクチュエータを用いた搬送装置の実施形態
を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以
降の各実施形態は、振動アクチュエータが、超音波の振
動域を利用した超音波アクチュエータである場合を例に
とって、行う。また、各実施形態の説明では、本発明に
かかる搬送装置を、一軸リニアステージに適用した場合
を例にとる。

【００２３】図１は、本発明にかかる搬送装置を適用し
た一軸リニアステージ２０を示す斜視図であり、図２
は、図１におけるＡ−Ａ線の縦断面図である。図１およ
び図２にそれぞれ示すように、本実施形態の一軸リニア
ステージ２０は、超音波アクチュエータ３０と、案内部
材５０と、搬送部材６０とを有する。以下、これらの構
成要素について順次説明する。

【００２４】〔超音波アクチュエータ３０〕図１および
図２にそれぞれ示す超音波アクチュエータ３０は、振動
子３１と、加圧支持ブロック４０とにより、構成され
る。図３は、本実施形態で用いる振動子３１を示す斜視
図である。

【００２５】図３に示すように、この振動子３１は、弾
性体３２と、弾性体３２の一方の平面に装着された圧電
体３３と、弾性体３２の他方の平面に装着された駆動力
取出部３４ａ、３４ａ’、３４ｂ、３４ｂ’とを備え
る。

【００２６】弾性体３２は、例えば鉄鋼、ステンレス
鋼、リン青銅またはエリンバー材等といった共振先鋭度
Ｑが大きな金属材料により構成されることが望ましく、
矩形平板状に形成される。また、弾性体３２の各部の寸
法は、発生する１次の縦振動Ｌ１（第１の振動）および
４次の曲げ振動Ｂ４（第２の振動）それぞれの固有振動
数がほぼ一致するように、設定される。

【００２７】弾性体３２の一方の平面には、圧電体３３
が例えば接着される。圧電体３３は、本実施形態ではＰ
ＺＴ（チタンジルコン酸鉛）からなる薄板状の圧電素子
により構成される。この圧電体３３には、Ａ相の駆動信
号が入力される入力領域３３ａ、３３ｃと、Ａ相の駆動
信号とは位相が例えば（π／２）だけずれたＢ相の駆動
信号が入力される入力領域３３ｂ、３３ｄとが形成され
る。各入力領域３３ａ〜３３ｄは、弾性体３２に発生す
る曲げ振動Ｂ４の５つの節位置により区画された４つの
領域に連続して形成される。すなわち、駆動信号の入力
により変形する各入力領域３３ａ〜３３ｄが、いずれ
も、曲げ振動Ｂ４の不動点である５つの節位置を跨がな
い。そのため、入力領域３３ａ〜３３ｄの変形が曲げ振
動Ｂ４の５つの各節位置によって抑制されることがな
い。これにより、各入力領域３３ａ〜３３ｄに入力され
た電気エネルギを最大の効率で弾性体３２の変形、すな
わち機械エネルギに変換することができる。

【００２８】また、曲げ振動Ｂ４の５つの節位置のう
ち、外側から２番目の左右２つの節位置には、振動子３
１が発生する縦振動Ｌ１により電気エネルギを出力する
検出領域３３ｐ、３３ｐ’が、ほぼ半円形に設けられ
る。これにより、振動子３１が発生する縦振動Ｌ１の振
動状態がモニタされる。

【００２９】各入力領域３３ａ〜３３ｄと各検出領域３
３ｐ、３３ｐ’とは、それぞれの表面に、銀電極３５ａ
〜３５ｄ、３５ｐ、３５ｐ’を接着される。これによ
り、各入力領域３３ａ〜３３ｄへ独立して駆動信号を入
力したり、各検出領域３３ｐ、３３ｐ’から独立して検
出信号を出力することができる。図示しないが、各銀電
極３５ａ〜３５ｄ、３５ｐ、３５ｐ’には、電気エネル
ギの授受を行うためのリード線が、それぞれ半田付けさ
れて接続される。

【００３０】また、弾性体３２の他方の平面には、弾性
体３２の幅方向に２本の溝部が相対運動方向（図３にお
ける両矢印方向）に関して所定距離だけ離れて設けられ
る。これらの溝部それぞれの両端側に、横断面形状が矩
形である角棒型の、高分子材等を主成分とした摺動部材
が互いに離れて嵌め込まれて接着される。高分子材とし
ては、ＰＴＦＥ、ポリイミド樹脂、ＰＥＮ、ＰＰＳ、Ｐ
ＥＥＫ等が例示される。

【００３１】そして、これらの摺動部材が駆動力取出部
３４ａ、３４ａ’、３４ｂ、３４ｂ’として機能する。
したがって、弾性体３２は、これら摺動部材からなる駆
動力取出部３４ａ、３４ａ’、３４ｂ、３４ｂ’を介し
て、後述する移動子６１に接触する。

【００３２】駆動力取出部３４ａ、３４ａ’は、弾性体
３２に発生する４次の曲げ振動Ｂ４の４つの腹位置のう
ちの一方の外側に位置する腹位置に一致する位置に設け
られる。また、駆動力取出部３４ｂ、３４ｂ’は、他方
の外側に位置する腹位置に一致する位置に設けられる。
なお、各駆動力取出部３４ａ、３４ａ’、３４ｂ、３４
ｂ’は、曲げ振動Ｂ４の腹位置に正確に一致する位置に
設けられる必要はなく、この腹位置の近傍に設けられて
いてもよい。

【００３３】なお、本実施形態では、図３に示すよう
に、振動子３１は、その平面の中央部を中心として点対
称となるように、形成される。これにより、駆動力取出
部３４ａ、３４ａ’と駆動力取出部３４ｂ、３４ｂ’と
にそれぞれ発生する楕円運動をほぼ同じ形状とすること
ができ、相対運動方向の反転に伴う駆動差が殆ど解消さ
れる。

【００３４】ここで、２相の駆動信号を、振動子３１の
圧電素子３３へ入力する。すなわち、Ａ相の駆動信号を
入力領域３３ａ、３３ｃへ入力し、Ａ相の駆動信号とは
例えば（π／２）の位相差を有するＢ相の駆動信号を入
力領域３３ｂ、３３ｄへ入力する。これにより、振動子
３１には、第１の方向である振動子長手方向へ振動する
１次の縦振動Ｌ１（第１の振動）と、第２の方向である
振動子厚さ方向へ振動する４次の曲げ振動Ｂ４（第２の
振動）とが励振される。発生したこれらの振動は合成さ
れて、駆動力取出部３４ａ、３４ａ’と駆動力取出部３
４ｂ、３４ｂ’とには、周期性を有する楕円運動が互い
に１８０度の位相差で発生する。

【００３５】振動子３１の長手方向の中央部には、半円
型の切欠部３１ａ、３１ｂが設けられる。振動子３１
は、後述する加圧支持ブロック４０に設けられた２本の
拘束ピン４８ａ、４８ｂが切欠部３１ａ、３１ｂに接合
されることにより、加圧支持ブロック４０に支持され
る。

【００３６】本実施形態で用いる振動子３１は、以上の
ように構成されており、１次の縦振動Ｌ１（第１の振
動）の振動方向、すなわち振動子３１の長手方向へ一次
元に、後述する搬送部材６０を駆動するリニア駆動型の
振動子である。

【００３７】次に、本実施形態で用いる加圧支持ブロッ
ク４０を説明する。図１および図２に示すように、加圧
支持ブロック４０は、基盤２１に搭載されて配置され
る。図４は、超音波アクチュエータ３０の説明図であ
り、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）にお
けるＢ−Ｂ断面図である。なお、図４（Ａ）および図４
（Ｂ）においては、説明の便宜上銀電極３５ａ〜３５
ｄ、３５ｐ、３５ｐ’はいずれも省略してある。

【００３８】図２、図４（Ａ）および図４（Ｂ）にそれ
ぞれ示すように、加圧支持ブロック４０は、内部にコイ
ルスプリング収容孔４０ａを有する箱体である。加圧支
持ブロック４０は、コイルスプリング収容孔４０ａが搬
送部材６０側を指向するようにして、基盤２１の上面に
適宜手段により固定される。

【００３９】コイルスプリング収容孔４０ａには、搬送
部材６０側から順に、加圧用端子４１、加圧用コイルス
プリング４２および加圧板４３が、収容される。加圧用
端子４１は、小径部４１ａおよび大径部４１ｂを有する
部材である。加圧用コイルスプリング４２の一端は、加
圧用端子４１の小径部４１ａおよび大径部４１ｂにより
形成される段差部に装着される。加圧用コイルスプリン
グ４２の他端には、加圧板４３が当接される。

【００４０】加圧支持ブロック４０の蓋体４０ｂには、
その一端側を加圧支持ブロック４０の外部に露出させ
て、加圧力調整ねじ４４がねじ止めされる。この加圧力
調整ねじ４４の他端が、加圧板４３に当接する。加圧力
調整ねじ４４のねじ込み位置を調整することにより、加
圧用コイルスプリング４２のばね長さが調整される。こ
れにより、加圧用端子４１を振動子３１側に押し付ける
力が調整される。

【００４１】加圧用端子４１の振動子３１側に形成され
る小径部４１ａは、後述する支持用板ばね４６および加
圧支持板４７を貫通して、振動子３１の中央部に当接す
る。これにより、振動子３１は、加圧用コイルスプリン
グ４２が発生するばね力により、移動子６１側に向けて
加圧される。

【００４２】図４（Ａ）に示すように、加圧支持ブロッ
ク４０の角部には、Ｌ字型の固定ブロック４５がねじ止
めされる。この固定ブロック４５に支持用板ばね４６が
ねじ止めされる。この支持用板ばね４６には、加圧用端
子４１の小径部４１ａが貫通する貫通孔が設けられる。

【００４３】図２、図４（Ａ）および図４（Ｂ）にそれ
ぞれ示すように、支持用板ばね４６の先端側には、加圧
用端子４１が貫通する貫通孔を有する加圧支持板４７
が、自身の貫通孔と、支持用板ばね４６の貫通孔とが一
致した状態で、ねじ止めされる。このように、加圧支持
板４７は、一端を固定ブロック４５に固定された支持用
板ばね４６の自由端側にねじ止めされる。したがって、
加圧支持板４７は、加圧用端子４１による加圧力の伝達
方向へ、ほぼ直線状に微小に変位自在に配置される。な
お、支持用板ばね４６および加圧支持板４７それぞれの
貫通孔の径は、支持用板ばね４６が屈曲することによっ
て互いに固定された支持用板ばね４６および加圧支持板
４７がほぼ直線状に微小に変位した場合にも、支持用板
ばね４６および加圧支持板４７がいずれも加圧用端子４
１の小径部４１ａに接触しないように、設定される。

【００４４】加圧支持板４７には、拘束ピン４８ａ、４
８ｂが、例えば圧入または接着されて固定される。拘束
ピン４８ａ、４８ｂは、振動子３１に設けられた切欠部
３１ａ、３１ｂに、接着または溶接等の適宜手段によ
り、それぞれ固定される。

【００４５】このようにして、振動子３１は、加圧支持
ブロック４０、支持用板ばね４６、加圧支持板４７およ
び拘束ピン４８ａ、４８ｂにより、加圧方向へ変位自在
にがた無しで支持されるとともに、加圧支持ブロック４
０、加圧用端子４１、加圧用コイルスプリング４２、加
圧板４３および加圧力調整ねじ４４により、加圧方向へ
確実に押し付けられる。

【００４６】このように、本実施形態では、基盤２１に
搭載される加圧支持ブロック４０と、この加圧支持ブロ
ック４０により移動子６１側に向けて押し付けられなが
ら支持される振動子３１とにより、超音波アクチュエー
タ３０が構成される。

【００４７】〔第１の案内部材５０〕図１および図２に
示すように、基盤２１には、超音波アクチュエータ３０
と所定の距離だけ離れて、第１の案内部材５０が搭載さ
れる。本実施形態の第１の案内部材５０は、凸形平板状
の板材であり、適宜手段により基盤２１に固定される。

【００４８】第１の案内部材５０には、板幅方向の中央
部に突起部５０ａが、振動子３１に発生する１次の縦振
動Ｌ１（第１の振動）の振動方向、すなわちリニア駆動
方向と平行な方向へ向けて、形成される。この突起部５
０ａの板幅方向の左右には、ベアリング５１の内輪５１
ａが装着される。内輪５１ａは、後述する搬送部材６０
の凹部６３ａに嵌合された外輪５１ｂとともにベアリン
グ５１を構成し、搬送部材６０をリニア駆動方向へ案内
する。

【００４９】〔搬送部材６０〕図１および図２に示すよ
うに、本実施形態の搬送部材６０は、移動子６１と、接
続部材６２と、搬送対象部材であるステージ６３とを有
する。以下、これらを順次説明する。

【００５０】移動子６１は、本実施形態では例えばステ
ンレス鋼からなる長板材であり、板幅方向の中央部に矩
形の断面形状の突起部６１ａを有する。移動子６１の突
起部６１ａは、基盤２１に垂直に設置された第２の案内
部材であるリニアガイド６４に、ベアリング６４ａを介
して、支持される。これにより、移動子６１は、長手方
向へ移動自在に支持される。また、移動子６１の振動子
３１側の平面には、振動子３１の駆動力取出部３４ａ、
３４ａ’、３４ｂ、３４ｂ’が加圧接触する。これによ
り、移動子６１は、超音波アクチュエータ３０を起動す
ることにより、振動子３１に発生する１次の縦振動Ｌ１
（第１の振動）の振動方向と平行な方向へ、一次元にリ
ニア駆動される。

【００５１】搬送対象部材であるステージ６３は、凹型
の断面形状を有する板材であり、凹部６３ａにベアリン
グ５１の外輪５１ｂが嵌め合わされる。そして、内輪５
１ａと外輪５１ｂとが所定の隙間を有して組み合わされ
ることにより、ステージ６３は案内部材５０の上に載置
される。このように、ステージ６３に形成された凹部６
３ａは、案内部材５０との係合部として、機能する。こ
れにより、ステージ６３は、案内部材５０に対して一次
元に移動可能に配置される。

【００５２】図１および図２に示すように、移動子６１
の上面と、ステージ６３の側面とには、接続部材６２が
接続される。すなわち、本実施形態では、振動子３１の
駆動力取出部３４ａ、３４ａ’、３４ｂ、３４ｂ’との
接触部と、係合部である凹部６３ａとの間に、接続部材
６２が配置される。

【００５３】図５は、本実施形態における接続部材６２
を示す斜視図である。同図に示すように、本実施形態に
おける接続部材６２は、移動子６１の上面にねじ止めさ
れる薄板状の第１固定部６５と、ステージ６３の側面に
ねじ止めされる第２固定部６６と、第１固定部６５およ
び第２固定部６６を連結する架橋部６７ａ、６７ｂ、６
７ｃ、６７ｄ、６７ｅとを備える。

【００５４】本実施形態では、架橋部６７ａ〜６７ｅ
は、凸型の断面形状をなすように形成した。本実施形態
の接続部材６２は、以下の手順で成形される。まず、矩
形の金属薄板の所定の位置に孔開け加工を行って架橋部
６７ａ〜６７ｅとなる部分を形成する。この後、この部
分にプレス加工を行うことにより、凸型の断面形状に成
形して架橋部６７ａ〜６７ｅを形成し、さらに直線Ｃ−
Ｃに沿って曲げ加工を行うことにより、第１固定部６５
および第２固定部６６を形成する。このため、第１固定
部６５、第２固定部６６および架橋部６７ａ〜６７ｅ
は、いずれも、薄い金属板により一体に形成される。

【００５５】なお、第１固定部６５には、移動子６１の
上面にねじ止めされる取付けねじが貫通するための貫通
孔６８が５つ形成される。また、第２固定部６６には、
ステージ６３の側面にねじ止めされる取付けねじが貫通
するための貫通孔６９が５つ形成される。

【００５６】本実施形態の接続部材６２では、溝型の断
面形状を有する架橋部６７ａ〜６７ｅが、弾性変形部７
０として機能する。すなわち、架橋部６７ａ〜６７ｅ
は、超音波アクチュエータ３０の駆動方向（図５におけ
るＤ方向）には非常に高い剛性を有し、超音波アクチュ
エータ３０を駆動しても駆動方向には殆ど変形しない。
しかし、超音波アクチュエータ３０の駆動方向（図５に
おけるＤ方向）以外の方向の力に対しては、薄い金属板
からなる架橋部６７ａ〜６７ｅが弱いばね性を奏するた
め、容易に弾性変形する。このように、弾性変形部７０
は、振動子３１のリニア駆動方向と平行な方向の剛性
が、リニア駆動方向と平行な方向以外の方向の剛性より
も高い。

【００５７】本実施形態では、この弾性変形部７０を有
する接続部材６２を用いて、搬送部材６０を構成する。
このため、駆動時の振動子３１から伝達される微少な振
動や振動子３１および搬送部材６０間の加圧力Ｐ等に起
因して、駆動時の搬送部材６０に、リニア駆動方向と平
行な方向以外の方向へ変位させようとする外力が作用し
ても、架橋部６７ａ〜６７ｅが、超音波アクチュエータ
３０の駆動方向（図５におけるＤ方向）以外の方向に容
易に弾性変形することによって変位し、この外力を吸収
する。これにより、ステージ６３の係合部６３ａに嵌め
合わされた外輪５１ｂと、案内部材５０の突起部５０ａ
に装着された内輪５１ａとの接触圧は、殆ど上昇しな
い。

【００５８】このように、本実施形態では、弾性変形部
７０は、搬送部材６０をリニア駆動方向と平行な方向以
外の方向へ変位させる外力が作用した場合に、リニア駆
動方向と平行な方向以外の方向へ変位する変位部とし
て、機能する。

【００５９】このため、この接続部材６２によれば、搬
送部材６０を超音波アクチュエータ３０の駆動方向（図
５におけるＤ方向）に駆動しながら、搬送部材６０がリ
ニア駆動方向と平行な方向以外の方向へ変位して案内部
材５０と強く接触することを、確実に防止できる。

【００６０】また、本実施形態では、移動子６１とリニ
アガイド６４との間に装着されたベアリング６４ａに
も、隙間が不可避的に存在する。しかし、接続部材６２
が超音波アクチュエータ３０の駆動方向以外の方向に容
易に弾性変形することにより変位するため、移動子６１
がリニア駆動方向と平行な方向以外の方向へ変位してリ
ニアガイド６４と強く接触することも、確実に防止され
る。

【００６１】これにより、超音波アクチュエータ３０の
起動時において、搬送部材６０と案内部材５０との間の
摺動抵抗の増加を、効果的に抑制することが可能とな
る。したがって、案内部材５０により一次元に案内され
る搬送部材６０を、高速かつ高精度で搬送することがで
きる。

【００６２】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。な
お、以降の各実施形態の説明は、第１実施形態と相違す
る部分について行うこととし、共通する部分は、同一の
図中符号を付すことにより重複する説明を省略する。

【００６３】図６は、本実施形態で用いる接続部材６２
−１を示す斜視図である。本実施形態で用いる接続部材
６２−１が、第１実施形態の接続部材６２と相違するの
は、主に、第１固定部６５を５つの分割部６５ａ〜６５
ｅに分割して設けた点である。また、本実施形態では、
第２固定部６６−１の移動子６１との接触面の一部にま
で、分割部６５ａ〜６５ｅを形成するための切欠部７１
ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄが設けられている。これに
より、第２固定部６６−１の形状が変更されている。

【００６４】この接続部材６２−１は、リニア駆動方向
に関する剛性が接続部材６２よりは若干低下するもの
の、リニア駆動方向に関して充分な剛性を有する。ま
た、第１固定部を５つの分割部６５ａ〜６５ｅに分割す
ることにより、接続部材６２−１の成形性が向上する。
すなわち、溝型の断面形状の架橋部６７ａ〜６７ｅをプ
レス成形により形成する際、分割部６５ａ〜６５ｅがそ
れぞれ独立しているため、絞り加工度等の成形の自由度
が増加する。

【００６５】このため、弾性変形部７０における、振動
子３１のリニア駆動方向と平行な方向の剛性と、リニア
駆動方向と平行な方向以外の方向の剛性との比を、第１
実施形態よりも大きく設定することができる。これによ
り、搬送部材６０を、リニア駆動方向と平行な方向以外
の方向へ変位させる外力が微小である場合にも、リニア
駆動方向と平行な方向以外の方向へ、充分に変位するこ
とができる。

【００６６】（第３実施形態）図７は、本実施形態で用
いる接続部材６２−２を示す斜視図である。本実施形態
で用いる接続部材６２−２が、第２実施形態の接続部材
６２−１と相違するのは、第２固定部６６−２の形状で
ある。

【００６７】すなわち、図７に示すように、本実施形態
の接続部材６２−２における第２固定部６６−２は、ほ
ぼ矩形である。そして、分割部６５ａ〜６５ｅをそれぞ
れ独立して形成するための切欠部７１ａ’〜７１ｄ’そ
れぞれの一部を円弧状に形成してある。

【００６８】このため、本実施形態の接続部材６２−２
は、振動子３１のリニア駆動方向と平行な方向の第２固
定部６６−２の剛性が、第２実施形態の接続部材６２−
１よりも増加する。

【００６９】このため、弾性変形部７０における、振動
子３１のリニア駆動方向と平行な方向の剛性と、リニア
駆動方向と平行な方向以外な方向の剛性との比を、第１
実施形態よりも大きく設定することができる。

【００７０】（第４実施形態）図８（Ａ）および図８
（Ｂ）は、いずれも、本実施形態における架橋部６７の
断面形状例を示す断面図である。上述した第１実施形態
〜第３実施形態では、凸型の断面形状を有する架橋部６
７ａ〜６７ｅにより弾性変形部７０を構成したが、本実
施形態はこの変形である。

【００７１】架橋部６７ａ〜６７ｅの断面形状は、図８
（Ａ）に示すようなほぼ半円型であってもよく、また図
８（Ｂ）に示すような屈曲型であってもよい。図８
（Ａ）および図８（Ｂ）に示す断面形状を有する架橋部
６７ａ〜６７ｅにより弾性変形部７０を構成しても、第
１実施形態〜第３実施形態と同様の効果を得ることがで
きる。

【００７２】（第５実施形態）図９は、本実施形態にお
ける搬送部材６０−３を抽出して示す上面図である。ま
た、図１０は、本実施形態で用いる接続部材６２−３を
示す正面図である。

【００７３】図９に示すように、本実施形態の搬送部材
６０−３は、移動子６１と、ステージ６３と、これら両
者を接続する接続部材６２−３とにより、構成される。
図１０に示すように、この接続部材６２−３は、第２固
定部７３および第１固定部７２がこの順に平面部として
多数形成され、第２固定部７３および第１固定部７２が
斜面部７５により順次接続される。また、隣接する第２
固定部７３同士は、平面状の連結部７６により接続され
る。さらに、第１固定部７２および第２固定部７３に
は、それぞれ、取付けねじ７７、７８が貫通するための
貫通孔７２ａ、７３ａがそれぞれ設けてある。

【００７４】そして、第１固定部７２を、取付けねじ７
７により移動子６１のステージ６３との対向面に固定す
る。また、第２固定部７３を、取付けねじ７８によりス
テージ６３の振動子６１との対向面に固定する。

【００７５】本実施形態の接続部材６２−３を有する搬
送部材６０−３は、振動子３１から伝達される微少な振
動や振動子３１および搬送部材６０−３間の加圧力等に
起因して、駆動時の搬送部材６０−３に、リニア駆動方
向と平行な方向（図９における左右方向）以外の方向へ
変位させようとする外力が作用すると、斜面部７５が板
ばねとして作用し、リニア駆動方向と平行な方向以外の
方向に容易に弾性変形することによって、この外力を吸
収する。これにより、ステージ６３の係合部６３ａに嵌
め合わされた外輪５１ｂと、案内部材５０の突起部５０
ａに装着された内輪５１ａとの接触圧は、殆ど上昇しな
い。

【００７６】このため、この接続部材６２−３によれ
ば、搬送部材６０−３を超音波アクチュエータ３０の駆
動方向へ確実に駆動しながら、搬送部材６０−３がリニ
ア駆動方向と平行な方向以外の方向へ変位して案内部材
５０と強く接触することを、確実に防止できる。これに
より、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。

【００７７】（第６実施形態）図１１は、本実施形態に
おける搬送部材６０−４を抽出して示す上面図である。
本実施形態で用いる接続部材６２−４は、５つの矩形の
延設部８０を有する薄板である。

【００７８】この接続部材６２−４は、移動子６１の上
面に取付けねじ８１により固定される。また、接続部材
６２−４の５つの延設部８０は、ステージ６３の上面ま
で延設される。各延設部８０の、リニア駆動方向と平行
な方向の両側には、取付けねじ８２と、取付けねじ８２
に対して偏心する偏心ピン８３とが、装着される。

【００７９】偏心位置を適宜変更して偏心ピン８３を取
付けねじ８２により固定することにより、延設部８０を
挟んで隣接する二つの偏心ピン８３同士の間の距離を自
在に変更することができる。これにより、延設部８０を
挟んで隣接する二つの偏心ピン８３同士により、延設部
８０を、リニア駆動方向と平行な方向についてだけ拘束
することができる。

【００８０】このため、本実施形態の接続部材６２−４
を有する搬送部材６０−４は、振動子３１から伝達され
る微少な振動や振動子３１および搬送部材６０−４間の
加圧力に起因して、駆動時の搬送部材６０−４に、リニ
ア駆動方向と平行な方向（図９における左右方向）以外
の方向へ変位させようとする外力が作用すると、延設部
８０が二つの偏心ピン８３に対して、リニア駆動方向と
直交する方向へ容易に変位することによって、この外力
を吸収する。これにより、ステージ６３の係合部６３ａ
に嵌め合わされた外輪５１ｂと、案内部材５０の突起部
５０ａに装着された内輪５１ａとの接触圧は殆ど上昇し
ない。このように、本実施形態では、延設部８０が、搬
送部材６０−４をリニア駆動方向と平行な方向以外の方
向へ変位するための変位部として機能する。

【００８１】このため、この接続部材６２−４によれ
ば、搬送部材６０−４を超音波アクチュエータ３０の駆
動方向へ駆動しながら、搬送部材６０−４がリニア駆動
方向と平行な方向以外の方向へ変位して案内部材５０と
強く接触することを、確実に防止できる。これにより、
第１実施形態と同等の効果を得ることができる。

【００８２】（変形形態）各実施形態の説明では、超音
波アクチュエータを用いた場合を例にとった。しかし、
本発明はこの形態には限定されず、超音波以外の他の振
動域を利用した振動アクチュエータについても、等しく
適用される。

【００８３】また、各実施形態の説明では、縦振動と曲
げ振動とを発生する矩形平板状の振動子を用いる場合を
例にとった。しかし、本発明はこの形態には限定され
ず、駆動力取出部を有するリニア駆動型の振動子に等し
く適用される。例えば、図１４に示す、いわゆるπ型振
動子を例示できる。

【００８４】また、各実施形態の説明では、１次の縦振
動と４次の曲げ振動とを発生する振動子を用いる場合を
例にとった。しかし、本発明はこの形態には限定され
ず、１次以外の次数の縦振動と、４次以外の次数の曲げ
振動とを発生する振動子にも、等しく適用される。

【００８５】また、各実施形態の説明では、案内部材と
係合部との間にベアリングを介在させた場合を例にとっ
たが、本発明はこの形態には限定されない。振動子のリ
ニア駆動方向と平行な方向へ向けて設けられた案内部材
と、この案内部材に係合する係合部であればよく、案内
部材および係合部それぞれの具体的形態やベアリングの
有無等には、何ら限定されない。

【００８６】また、各実施形態の説明では、搬送部材
が、駆動力取出部に加圧接触する移動子と、移動子に接
続された接続部材と、接続部材に接続されるとともに係
合部を有する搬送対象部材とからなる場合を例にとっ
た。しかし、本発明はこの形態には限定されない。本発
明は、係合部を介して案内部材に係合するとともに駆動
力取出部に加圧接触することにより、案内部材に案内さ
れながら振動子によって駆動される搬送部材であれば、
等しく適用される。

【００８７】また、各実施形態の説明では、本発明にか
かる搬送装置を、一軸リニアステージに適用した場合を
例にとったが、本発明はこの形態には限定されない。本
発明は、例えば光ヘッド搬送装置のような、一軸リニア
ステージ以外の他の搬送装置についても、等しく適用さ
れる。

【００８８】さらに、各実施形態の説明では、電気機械
変換素子として圧電体を用いたが、本発明はこの形態に
は限定されず、電歪素子や磁歪素子等の圧電体以外の他
の電気機械変換素子についても、等しく適用される。

【００８９】

【発明の効果】請求項１〜請求項７の発明により、リニ
ア駆動型の振動アクチュエータを用いて、案内部材によ
り一次元に案内される搬送部材を、駆動時の摺動抵抗を
増加することなく、高速かつ高精度で搬送することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の一軸リニアステージを示す斜視
図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線の縦断面図である。

【図３】第１実施形態で用いる超音波アクチュエータを
構成する振動子を示す斜視図である。

【図４】第１実施形態で用いる超音波アクチュエータの
説明図であり、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は図４
（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図５】第１実施形態における接続部材を示す斜視図で
ある。

【図６】第２実施形態で用いる接続部材を示す斜視図で
ある。

【図７】第３実施形態で用いる接続部材を示す斜視図で
ある。

【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、いずれも、第
４実施形態における架橋部の断面形状例を示す断面図で
ある。

【図９】第５実施形態における搬送部材を抽出して示す
上面図である。

【図１０】第５実施形態で用いる接続部材を示す正面図
である。

【図１１】第６実施形態における搬送部材を抽出して示
す上面図である。

【図１２】リニア駆動型の超音波アクチュエータの構成
例を示す斜視図である。

【図１３】特開平９−２１９０７２号公報により提案さ
れた光ヘッド搬送装置の説明図であり、図１３（Ａ）は
上面図、図１３（Ｂ）は正面図である。

【図１４】「新版超音波モータ」に記載された、いわゆ
るπ型超音波リニアモータを駆動源として用いる一軸リ
ニアステージの斜視図である。

【符号の説明】

２０ 搬送装置 ３１ リニア駆動型の振動子 ３４ａ、３４ｂ 駆動力取出部 ３０ 超音波アクチュエータ ５０ 第１の案内部材 ５０ａ 突起部 ５１ ベアリング ５１ａ 内輪 ５１ｂ 外輪 ６０ 搬送部材 ６１ 移動子 ６２ 接続部材 ６３ ステージ ６３ａ 係合部 ６４ リニアガイド（第２の案内部材） ６５ 第１固定部 ６６ 第２固定部 ６７ａ〜６７ｅ 架橋部 ７０ 弾性変形部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H680 AA00 AA04 AA06 AA09 BB13 BC00 BC10 CC02 DD01 DD02 DD03 DD15 DD23 DD30 DD53 DD59 DD74 DD82 DD92 EE03 EE10 EE11 FF04 FF08 FF13 FF33 GG02 GG11 GG27

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発生する振動を駆動力として取り出すた
   めの駆動力取出部を有するリニア駆動型の振動子を備え
   る振動アクチュエータと、 前記振動子のリニア駆動方向と平行な方向へ向けて設け
   られた第１の案内部材と、 係合部を介して前記第１の案内部材に係合するとともに
   前記駆動力取出部に加圧接触することにより、前記第１
   の案内部材に案内されながら前記振動子によって駆動さ
   れる搬送部材とを備え、 該搬送部材は、前記駆動力取出部との接触部と前記係合
   部との間に、前記リニア駆動方向と平行な方向以外の方
   向へ変位することにより前記係合部の前記第１の案内部
   材への接触圧の上昇を防止または低減する変位部を、有
   することを特徴とする振動アクチュエータを用いた搬送
   装置。
2. 【請求項２】 前記変位部は、前記リニア駆動方向と平
   行な方向以外の方向へ弾性変形する弾性変形部であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載された振動アクチュエー
   タを用いた搬送装置。
3. 【請求項３】 前記弾性変形部は、前記リニア駆動方向
   と平行な方向の剛性が、前記リニア駆動方向と平行な方
   向以外の方向の剛性よりも高いことを特徴とする請求項
   ２に記載された振動アクチュエータを用いた搬送装置。
4. 【請求項４】 前記搬送部材は、前記駆動力取出部に加
   圧接触する移動子と、該移動子に接続された接続部材
   と、該接続部材に接続されるとともに前記係合部を設け
   られた搬送対象部材とを有し、 前記変位部は、前記接続部材に設けられることを特徴と
   する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載さ
   れた振動アクチュエータを用いた搬送装置。
5. 【請求項５】 前記搬送部材は、さらに、前記リニア駆
   動方向と平行な方向へ向けて設けられて、前記移動子を
   前記リニア駆動方向へ案内する第２の案内部材を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載された振動アクチュエ
   ータを用いた搬送装置。
6. 【請求項６】 前記振動子は、電気エネルギを入力され
   ることにより第１の方向へ振動する第１の振動と、前記
   第１の方向と交差する第２の方向へ振動する第２の振動
   とを励振し、 前記駆動力は、前記第１の振動および前記第２の振動の
   合成として得られるとともに、 前記第１の方向は、前記リニア駆動方向であることを特
   徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記
   載された振動アクチュエータを用いた搬送装置。
7. 【請求項７】 前記振動子は矩形平板状の外形を有し、
   前記第１の振動は前記振動子の長さ方向へ振動する縦振
   動であり、前記第２の振動は前記振動子の厚さ方向へ振
   動する曲げ振動であることを特徴とする請求項６に記載
   された振動アクチュエータを用いた搬送装置。