【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ駆動装置に関するものであり、特に精密加工機械、精密測定装置、半導体製造装置に用いられる装置として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波モータは、最小振幅がナノメートルオーダーと小さく、高分解能の位置決めが可能であり、しかも摩擦駆動であるために駆動力が大きいといった特徴を有するため、これまでカメラのレンズズーム機構や腕時計のバイブレーションアラームなど回転運動系への実用化が行われており、最近では直線運動系への適用が試みられている。
【０００３】
図６に従来の超音波モータ駆動装置の一例を示すように、この装置は、ベース盤６１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材６２を備え、これらのガイド部材６２によって可動体としてのステージ６３を直線的に案内するようになっている。
【０００４】
また、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に対して平行に駆動力伝達部材６４が、ステージ６３の他方の側面には、上記駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５がそれぞれ設置されており、該リニアスケール６５と対向する位置には測定ヘッド６６を設けて位置検出手段６７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材６４と対向する位置には２つの超音波モータ５１を設置し、各超音波モータ５１の摩擦部材５６を上記駆動力伝達部材６４の当接面に対して垂直に当接させてある。
【０００５】
なお、図中、５７は超音波モータ５１を収容するケース、５８は超音波モータ５１の駆動を阻害することなくケース５７内に保持するためのスプリング、５９は超音波モータ５１をステージ６３の駆動力伝達部材６４に押圧するためのスプリングである。また、６８は位置検出手段６７より得られた位置情報を基にステージ６３の駆動条件を制御する制御部であり、６９は制御部６８から出力された信号を基に超音波モータ５１を駆動させるための指令信号を出力するドライバーである。
【０００６】
また、図７（ａ）（ｂ）に図６の案内装置に用いる超音波モータ５１の構造を示すように、この超音波モータ５１は、圧電セラミック板５２の一方の主面に４分割された電極膜５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを有し、対角に位置する電極膜５３ａと電極膜５３ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜５３ｂと電極膜５３ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜５４を形成した振動体５５と、上記圧電セラミック板５２の端面に設けたセラミックスやガラスからなる摩擦部材５６とからなり、上記一方の主面に形成された電極膜５４をアースするとともに、他方の主面に形成された電極膜５３ａと電極膜５３ｂにそれぞれ位相を異ならせた電圧を印加することにより、圧電セラミック板５２に縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合力によって摩擦部材５６を楕円運動させるようになっていた。
【０００７】
そのため、この超音波モータ５１を駆動させると、超音波モータ５１の摩擦部材５６の摩擦駆動によってステージ６３をガイド部材６２に沿って移動させることができ、ステージ６３の移動に伴う位置検出手段６７からの位置情報と、予め設定してあるステージ６３の基準位置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御部６８にて例えばＰＩＤ演算処理を行ってドライバー６９に超音波モータ５１への指令信号を出力するフィードバック制御を行うことにより、ステージ６３を移動・位置決めするようになっていた。
【０００８】
ところが、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４は互いに摩耗し、その摩耗粉が駆動力伝達部材６４に付着するため、この摩耗粉が超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間に噛み込まれると当接状態が変化することから、ステージ６３の駆動特性を不安定にさせるとともに、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４の摩耗が促進され、短期間の使用で超音波モータ５１や駆動力伝達部材６４を交換しなければならないといった課題があった。
【０００９】
これらの課題を解決するため、特許文献１では、駆動力伝達部材６４に付着した摩耗粉を除去するため、ブラシやローラあるいはフェルトや剥離爪等を駆動力伝達部材６４に当接させて摩耗粉を除去する技術が開示されていた。
【００１０】
また、本件出願人らが、特許文献２に示すように、ブラシ等の掻き取り部を上記摩耗粉と異なる極性に帯電させることにより、摩耗粉を掻き取り部に静電気力により吸着させ、掻き取った摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着することを防止する提案を既に行っていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１８４４６号公報
【特許文献２】
特開２００２―１４２４７１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献１に示されているようなブラシ、ローラ、フェルト、剥離爪等を用いて摩耗粉を除去しようとしても、掻き残しが生じたり、掻き取った摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着したり、或いは掻き取り部に摩耗粉が堆積してやがては掻き取り作用を阻害するといった課題があり、確実に摩耗粉を除去することができなかった。
【００１３】
また、特許文献１には、摩耗粉の再付着を防止するためにクリーニング溶液を塗布することが開示されているが、このクリーニング溶液が駆動力伝達部材６４に付着すると、超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間にすべりが発生し、ステージ６３の駆動特性に悪影響を与えるといった課題があった。
【００１４】
また、本件出願人らが提案した特許文献２では、摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着することは防止できるものの、掻き取り部の先端付近に摩耗粉の付着が集中すると、付着した摩耗粉を充分に保持できなくなり、保持しきれなかった摩耗粉が駆動力伝達部材６４へ再付着するという課題が生じていた。更には、掻き取り部自体の摩耗が激しく、超音波モータ駆動装置を長時間運転すると、掻き取り部が摩耗して十分な掻き取り作用が得られなくなる等の課題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの駆動により上記摩擦部材が当接して可動する可動体と、該可動体の上記摩擦部材の当接面に付着する摩耗粉を除去する多数の繊維状体を備えた掻き取り部とを有し、該掻き取り部を、上記摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させるようにした超音波モータ駆動装置において、上記掻き取り部は、その先端を球状に形成したことを特徴とする超音波モータ駆動装置を提供する。
【００１６】
また、上記掻き取り部の球径が繊維状体の線径の２〜４倍であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、上記掻き取り部は、球状基体表面に表面抵抗が１０１２Ω／□以上の非晶質硬質炭素から成る保護膜で被覆したことを特徴とする。
【００１８】
一方、上記掻き取り部は、上記球状基体表面に炭化ケイ素からなる中間層を介して上記保護膜で被覆したことを特徴とする。
【００１９】
また、上記掻き取り部は、上記球状基体の表面側より順にＴｉからなる第１の中間層、Ｓｉからなる第２の中間層及び上記保護膜で被覆したことを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記掻き取り部と接するアース電極を設けるとともに、掻き取られた摩耗粉の回収手段を設け、上記掻き取り部に付着する摩耗粉を上記回収手段にて回収するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
【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。
図１は本発明の超音波モータ駆動装置の一例を示す平面図である。なお、従来例と同一部分については同一符号で示す。
【００２２】
この装置は、ベース盤６１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材６２を備え、これらガイド部材６２によって可動体としてのステージ６３を直線的に案内するようになっている。
【００２３】
また、ステージ６３の一方の側面には、ガイド部材６２に対して平行に駆動力伝達部材６４を、ステ―ジ６３の他方の側面には、上記駆動力伝達部材６４と平行にリニアスケール６５をそれぞれ設置してあり、該リニアスケール６５と対向する位置には測定ヘッド６６を設けて位置検出手段６７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材６４と対向する位置には２つの超音波モータ５１を配置し、各超音波モータ５１の摩擦部材５６を上記駆動力伝達部材６４の当接面に対して垂直に当接させてある。
【００２４】
なお、図中、５７は超音波モータ５１を収容するケース、５８は超音波モータ５１の駆動を阻害することなくケース５７内に保持するためのスプリング、５９は超音波モータ５１をステージ６３の駆動力伝達部材６４に押圧するためのスプリングである。また、図１に示す超音波モータ５１の構造は、図７に示した超音波モータと同一の構造であるため、ここでは説明を省略する。
【００２５】
また、摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との摩擦駆動により発生した摩耗粉の帯電状態とは異なる極性に帯電させることができるとともに、図４に示すように、多数の繊維状体１ｂ、２ｂと、その先端に少なくとも１個の球状体１ａ、２ａとからなるブラシ１、２を保持した掻き取り部３、４が、２つの超音波モータ５１を挟んだ両側にそれぞれ配置してあり、この掻き取り部３、４は電磁アクチュエータやエアーシリンダー、圧電アクチュエータ等の直動手段５、６にてブラシ１、２をそれぞれ駆動力伝達部材６４に当接または離間することができるようにしてある。
【００２６】
上記ブラシ１は、図１、図４（ａ）に示すように線径１０〜２００μｍ、長さ０．３ｍｍ〜３ｍｍの繊維状体１ａ、２ａの一端を一束あたり３０〜２００本として、それぞれ掻き取り部３、４の基体３ａ、４ａに植設し、多端である先端は球径２０〜８００μｍの球状体１ｂ、２ｂを備えたものである。
【００２７】
なお、６８は位置検出手段６７より得られた位置情報を基にステージ６３の駆動条件を制御する制御部、６９は上記制御部６８から出力された信号を基に超音波モータ５１を駆動させるための指令信号を出力するドライバー、７は上記制御部６８から出力された信号を基に直動手段５、６を駆動させるための指令信号を出力するドライバーである。
【００２８】
そして、ステージ６３を移動させるには、まず、ドライバー６９より超音波モータ５１に指令信号を出力して摩擦部材５６を駆動力伝達部材６４に対して摩擦駆動となる楕円運動をさせればよく、この摩擦駆動によってステージ６３をガイド部材６２に沿って移動させることができる。その後、ステージ６３の移動に伴う位置検出手段６７からの位置情報と、予め設定してあるステージ６３の基準位置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御部６８でＰＩＤ演算処理を行って、ドライバー６９に超音波モータ５１への指令信号を出力することにより、ステージ６３を所定の条件で継続して移動させればよい。
【００２９】
また、ステージ６３の移動中、例えば、ステージ６３をＬの方向に移動させる場合、制御部６８から出力される信号を基にドライバー７によって直動手段５を駆動させてブラシ１を駆動力伝達部材６４より離間させるとともに、直動手段６を駆動させてブラシ２を駆動力伝達部材６４に当接させることにより、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との摩擦駆動によって発生し、駆動力伝達部材６４の右端に付着していた摩耗粉１０Ｒを機械的に掻き取るとともに、摩耗粉１０Ｒを静電気力によってブラシ２に吸着、保持させることができるため摩耗粉１０Ｒを効率良く除去することができる。
【００３０】
一方、ステージ６３をＲの方向に移動させる場合、制御部６８から出力される信号を基にドライバー７によって直動手段６を駆動させてブラシ２を駆動力伝達部材６４より離間させるとともに、直動手段５を駆動させてブラシ１を駆動力伝達部材６４に当接させることにより、駆動力伝達部材６４の左端に付着していた摩耗粉１０Ｌを機械的に掻き取るとともに、摩耗粉１０Ｌを静電気力によってブラシ１に吸着、保持させることができるため、摩耗粉１０Ｌを効率良く除去することができる。
【００３１】
そのため、本発明の装置を用いれば、摩耗粉１０Ｒ，１０Ｌが超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４との間に噛み込まれることがなく、ステージ６３の安定した駆動特性が得られ、１μｍ程度の移動精度や１μｍ以下の位置決め精度が要求されるような場合でも精度良く移動、位置決めすることができる。
【００３２】
本発明の構成によれば、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との摺動によって発生した摩耗粉は帯電しており、この摩耗粉の帯電と異なる極性にブラシ１、２を帯電させており、機械的な掻き取りだけでなく、静電気力によってブラシ１、２に摩耗紛を吸着させることができるため、摩耗粉の除去効率を大幅に高めるだけでなく、球状体１ａ、２ａを繊維状体１ｂ、２ｂの先端に備えたブラシ１、２とすることにより、図５に示すような繊維状体のみからなるブラシと比較して、吸着させた摩耗粉を保持する吸着表面積が増大するために、摩耗粉のブラシへの保持能力を更に上昇でき、掻き取られた摩耗粉が駆動力伝達部材６４に再付着することを容易に防止できるのである。
【００３３】
具体的には、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４がセラミックス、サファイヤ、ガラスのいずれか、またはこれらの複合部材で形成されている場合、これらの材料の摩耗粉は正に帯電することから、ブラシ１、２は負に帯電する材質により形成すれば良い。ここで、自発的に負に帯電させることができるとともに、駆動力伝達部材６４を傷付けることなく、かつ駆動力伝達部材６４に付着する摩耗粉を十分に掻き取る力が得られるものとしては、ナイロン等のポリアミド系樹脂、アクリル等のポリアクリロニトリル系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル（テビロン）、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリエステル、塩素化ポリプロピレン等の塩素含有樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、あるいはセルロース等の樹脂を用いることができ、これらの樹脂にてブラシ１、２を形成すれば良く、ブラシ１、２の材質が異なっていてもよい。
【００３４】
一方、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４がテフロン（Ｒ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂や金属またはこれらの複合部材で形成されている場合、これらの材料の摩耗粉は負に帯電することから、ブラシ１、２は正に帯電する材質により形成すれば良く、例えば、アクリル、ポリアミド、ナイロン、ウール、レーヨン等によって形成すれば良い。
【００３５】
また、球状体１ａ、２ａの球径は、繊維状体１ｂ、２ｂのそれぞれの線径の２〜４倍であることが好ましい。
【００３６】
球状体１ａ、２ａの球径を繊維状体１ｂ、２ｂのそれぞれの線径の２倍以上としたのは、２倍未満では帯電に寄与する球状体の表面積が小さいために、摩耗紛に十分な帯電量を付与することができず、繊維状体１ａ、２ａの曲がり具合や可動体の速度によっては、摩耗紛を保持することができないからである。一方、球状体１ｂ、２ｂの球径を繊維状体１ａ、２ａのそれぞれの線径の４倍以下としたのは、４倍を超えると、用いる樹脂によっては製造歩留まりが極端に悪くなるからである。
【００３７】
更には、摩擦部材５６や駆動力伝達部材６４がセラミックス、サファイヤ、ガラスのいずれか、またはこれらの複合部材で形成されている場合、球状体１ａ、２ａは球状基体８ａの表面に図４（ｂ）に示すように非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆してなり、駆動力伝達部材に対して対摩耗性が向上し、先に課題で述べたブラシ１、２の著しい摩耗を防止することができ、より好適である。
【００３８】
保護膜８ｃで用いられる非晶質硬質炭素は、元々自発的に負に帯電しており、非晶質硬質炭素を保護膜として被覆するだけでブラシ１、２が正負いずれに帯電していても摩耗紛の吸着には関与しなくなるので、ブラシ１、２の材質の選択が容易になる。
【００３９】
さらに、図４（ｃ）の上記球状体１ｂ、２ｂのＺ−Ｚ断面図に示すように、球状基体８ａの表面に炭化ケイ素からなる中間層８ｂを介して、絶縁性を有する非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆しても好適である。
【００４０】
炭化ケイ素からなる中間層８ｂを介することで、ブラシ１、２に対する保護膜の密着力が向上し、長期信頼性の高いものになるからである。
【００４１】
あるいは、図４（ｄ）に示すようにブラシ側より順にＴｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅを介して、非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで上記ブラシ１、２を被覆しても好適である。
【００４２】
即ち、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄは物質への拡散係数が大きいことから、ブラシ１、２とＳｉからなる第２の中間層８ｅと強固に密着させることができるとともに、Ｓｉからなる第２の中間層８ｅはその熱膨張係数が非晶質硬質炭素膜８ｃと近似しているために密着性をより強固なものとすることが可能となる。
【００４３】
ところで、本発明の超音波モータ駆動装置に用いるブラシ１、２の球状体１ａ、２ａや繊維状体１ｂ、２ｂは、従来公知の溶融紡糸法や成形法を用いて成形することができ、成形中、繊維状体１ｂ、２ｂ、球状体１ａ、２ａの少なくともいずれか一方が軟化状態にあるときに他方を押圧して冷却することでブラシ１、２が得られる。
【００４４】
また、ブラシ１、２の先端に形成した球状基体８ａに非晶質硬質炭素膜８ｃを被覆するには、ＣＶＤ法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法による薄膜形成手段を用いればよい。特に、非晶質硬質炭素膜８ｃのみを被覆する場合、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）ガスをフィラメントでイオン化した炭素イオンをイオン加速器によりブラシ１、２の表面に蒸着させるイオンプレーティング法を用いることが好ましく、その厚みは０．６〜１．５μｍであればよい。
【００４５】
また、炭化ケイ素からなる中間層８ｂを介して、前記非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆する場合、プラズマＣＶＤ法を用いればよく、中間層及び保護膜の厚みは、いずれも０．６〜１．５μｍであることが好適である。
【００４６】
また、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅを介して、非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃでブラシ１、２を被覆する場合も、プラズマＣＶＤ法を用いればよい。より具体的には、先ず、チャンバー室内に各被膜を被覆するためのソースガスとキャリアガスを供給し、アノード（陽極）電極とブラシ１、２を配置したカソード（陽極）電極との間に電圧を印加することで、カソード（陽極）電極から引き出された電子をソースガスおよびキャリアガスと衝突させてプラズマを発生させ、該プラズマ中のソースガス成分をブラシ１，２の表面に堆積させれば良い。そして、チャンバー室に供給するソースガス及びキャリアガスを以下に示す表１のように順次置き換えてブラシ１、２側より順にＴｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅを介して非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで被覆すればよい。
【００４７】
【表１】
【００４８】
あるいは、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄ及びＳｉからなる第２の中間層８ｅをいずれもスパッタリング法で形成した後、プラズマＣＶＤ法により非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで被覆してもよい。
【００４９】
なお、Ｔｉからなる第１の中間層８ｄ、Ｓｉからなる第２の中間層８ｅの厚みは、いずれも０．１５〜０．４μｍ、非晶質硬質炭素膜８ｃの厚みは０．６〜３．０μｍであることが好適である。
【００５０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図２（ａ）（ｂ）に示す実施形態は、摩擦部材５６と駆動力伝達部材６４との摺動によって発生する摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電する先端に球状体を有しその表面に非晶質硬質炭素膜の保護膜８ｃを有したブラシ１、２を多数束ねて掻き取り部３、４の一部である円筒状体３ｂ、４ｂに植設したものである。ここで、円筒状体３ｂ、４ｂの軸芯はステージ６３の移動方向に対して垂直に位置するように直動手段５、６に設置し、上記軸芯を中心にステッピングモータ等の回転機構１２、１３によって回転させることができるようにしてある。
【００５１】
この実施形態によれば、ブラシ１、２は円柱状に植設されているため、摩耗紛を機械的に除去するブラシ１、２の本数は、表１に示す案内装置で用いたブラシの本数より多くすることができる。そのため、駆動力伝達部材６４と摺動している特定のブラシ領域Ｓ１、Ｓ２が摩耗粉を保持しきれなくなったとしても、回転手段１２、１３によってブラシ１、２をそれぞれ回転させ、新しいブラシ領域を駆動力伝達部材６４と当接させることにより先に説明した実施形態よりもさらに長期間にわたって継続的に摩耗粉の除去を行うことができる。
【００５２】
なお、ブラシ１、２を回転させる条件としては、特定のブラシ領域Ｓ１、Ｓ２における摩耗粉の保持しきれなくなるまでの時間を予め実験によって測定しておき、その時間を超えない範囲で一定駆動時間毎に回転させればよい。
【００５３】
あるいは、位置検出手段６７からの位置情報と基準位置情報との偏差を常時または定期的に検出するようにし、ステージ６３が加速して摩耗粉の発生が増大したとき、即ち、上記偏差が増大したときにブラシ１、２を回転させ、新しいブラシ領域を駆動力伝達部材６４に当接させるようにしても良く、さらにはブラシ１、２の帯電量を測定し、摩耗粉が保持できなくなった場合、帯電量が０に近づくことを利用し、この帯電量が０に近い、特定の値になったときにブラシ１、２を回転させ、新しいブラシ領域を駆動力伝達部材６４に当接させるようにしてもよい。
【００５４】
図３（ａ）（ｂ）に示す実施形態は、図２（ａ）（ｂ）に示す実施形態において、ブラシ１、２の下方に、直動手段５、６の駆動によってブラシ１、２ととともに移動する回収トレー１４、１５を設けたもので、この回収トレー１４、１５は、摩耗紛を回収するためのものである。
【００５５】
また、回収トレー１４、１５の一端より延びる支持体１６、１７にはアース電極２０、２１を設けてあり、各アース電極２０、２１は、円筒状体３ｂ、４ｂの軸芯を挟んで、駆動力伝達部材６４と接触するブラシ領域Ｓ１、Ｓ２に対し、反対側のブラシ領域Ｓ３、Ｓ４と接触するようにしてある。
【００５６】
この実施形態によれば、アース電極２０、２１と触れるブラシ領域Ｓ３、Ｓ４を除電することにより静電気力を弱め、吸着・保持していた摩耗粉を落下させて回収トレー１４、１５にて回収することができるため、周囲の雰囲気を汚染することなく、アース電極２０、２１と触れたブラシ領域Ｓ、Ｓ４における摩耗粉の保持能力を回復させ、一度使用したブラシ領域Ｓ３、Ｓ４を再利用することが可能となる。
【００５７】
そのため、ブラシ１、２を回転機構１２、１３によって定期的に回転させることにより、駆動力伝達部材６４と接触するブラシ領域Ｓ１、Ｓ２では摩耗粉の除去を行い、アース電極２０、２１と接するブラシ領域Ｓ３、Ｓ４では、吸着・保持した摩耗粉を回収トレー１４、１５に回収させ、摩耗粉の保持能力を回復させることで、長期間にわたり、ブラシ１，２を交換することなく摩耗粉の除去を行うことができる。
また、本実施形態では装置として、可動体が直線運動する超音波モータ駆動装置を例にとって説明したが、可動体が回転運動する装置にも適用できることは言うまでもなく、さらに、可動体を駆動させる超音波モータ５１についても、多重モード型のものに限らず、単一振動モードの定在波型や進行波、複数振動モードのモード変換型、複合振動型の超音波モータであっても構わない。
【００５８】
このように、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々改良したり変更したりしたものでも構わない。
【００５９】
【実施例】
（実施例１）
ここで、図４の繊維状体１ｂ（２ｂ）と、その先端に球状体１ａ（２ａ）とからなるブラシ１、２を多数備えた図１に示す超音波モータ駆動装置と、図５の繊維状体のみからなるブラシ１、２を多数備えた図１に示す超音波モータ駆動装置とを用意し、各装置のステージ６３を駆動させ、ステージ６３の駆動特性が不安定になる、即ち位置検出手段６７からの位置情報と基準位置情報との偏差が１μｍを超えるまでの距離と、ステージ６３を５００ｋｍ移動させた後の摩耗部材５６と駆動力伝達部材６４の合計摩耗量について比較する実験を行った。
【００６０】
なお、本実験で用いる装置を構成するガイド部材６２には、ストロークが１００ｍｍのクロスローラガイドを用い、上記ガイド部材６２によって５ｋｇの重さを有するステージ６３を移動させるようにした。また、ステージ６３の一方の側面にはアルミナセラミック製の駆動力伝達部材６４を配置し、超音波モータ５１との当接面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０４〜０．０６μｍ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１準拠）とした。
【００６１】
一方、ステージ６３の駆動源である超音波モータ５１は、振動体５５を、長さ３０ｍｍ、幅７．５ｍｍ、厚み３ｍｍの直方体からなるチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミック体により形成し、振動体５５の端面に、長さ４．２ｍｍ、直径３ｍｍの円柱状をしたアルミナセラミック製の摩擦部材５６を接合したものとした。なお、摩擦部材５６の駆動力伝達部材６４との当接面は、曲率半径が７ｍｍの球面とした。
【００６２】
また、基体３ａ、４ａは敷布より構成し、この敷布に、長さ３ｍｍ、線径３０μｍの繊維状体１ａ、２ａと、その先端に球状体１ｂ、２ｂとからなるブラシ１、２をそれぞれ１００本束にしたものを織り込んだ。
【００６３】
また、比較例として上記敷布からなる基体３ａ、４ａに長さ３ｍｍ、線径３０μｍの繊維状体１ｂ、２ｂのみで構成されたブラシ１、２をそれぞれ１００本束にしたものを織り込んだ。
【００６４】
なお、ブラシ１、２を形成する材質は、アセテート、ナイロン、アクリル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、テビレンとし、その他の仕様については表１に示す通りとした。
【００６５】
次に、基体３ａ、４ａを超音波モータ５１の両側に設置した電磁アクチュエータからなる直動手段５、６に取り付け、ドライバー７により、制御部６８から出力される信号に基づいてステージ６３の移動方向と同じ側（Ｌ）にあるブラシ１を駆動力伝達部材６４より離間させ、ステージ６３の移動方向と反対側（Ｒ）にあるブラシ２を駆動力伝達部材６４と当接するようにした。
【００６６】
そして、制御部６８にはステージ６３の移動プロファイルとして予め移動距離１００ｍｍ、加減速度０．０３Ｇ、最高速度１００ｍｍ／ｓとなる台形制御を設定し、この台形制御が連続的に継続されるように、超音波モータ５１を周波数４０ｋＨｚで駆動した。そして、この条件にてステージ６３を移動させたときに位置検出手段６７からの位置情報と予め設定してある基準位置情報との偏差を測定し、この偏差が１μｍを超えたときをステージ６３の駆動特性が不安定であるとみなし、そのときの距離を測定するとともに、ステージ６３を１０００ｋｍ移動させた後、超音波モータ５１の摩擦部材５６とステージ６３の駆動力伝達部材６４とに付着していた摩耗紛の量（ａ）及びブラシ１、２によって吸着された摩耗紛の量（ｂ）を測定した。
【００６７】
また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率を（ｂ）／（（ａ）＋（ｂ））×１００（％）として、吸着効率も算出した。
【００６８】
結果は表２に示す通りである。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表２より、アセテート製のブラシ１、２を基体３ａ、４ａに保持した装置Ｎｏ．１、３では、４００ｋｍ以下の移動で偏差が１μｍを超え、ステージ６３の駆動特性が不安定になった。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も６％以下と低かった。
【００７１】
また、繊維状体１ｂ、２ｂのみからなるブラシ１、２を保持した装置Ｎｏ．２も５５０ｋｍの移動で偏差が１μｍを超え、ステージ６３の駆動特性が不安定になった。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も５３％と低かった。
【００７２】
これに対し、球状体１ａ、２ａを備えたブラシ１、２を保持した本発明に係る装置Ｎｏ．４〜１７は、いずれもステージ６３を５５０ｋｍ移動直後にも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も６０％以上と向上させることができ、球状体１ａ、２ａの効果を確認することができた。
【００７３】
特に、球状体１ａ、２ａの球径が繊維状体１ｂ、２ｂの線径の２〜４倍であるブラシ１、２を保持した案内装置Ｎｏ．１１〜１３は、６００ｋｍ台の移動でも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。
【００７４】
また、絶縁性を有する非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃで被覆したブラシ１、２を保持した装置Ｎｏ．１４〜１８は、７００ｋｍ台の移動でも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。併せて、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率を６４％以上と高くすることができると同時に、摩耗紛の合計（（ａ）＋（ｂ））そのものも０．０１１ｍ３以下に低減させることができた。
【００７５】
特に、非晶質硬質炭素からなる保護膜８ｃの表面抵抗が１０１２Ω／□以上であるブラシ１、２を保持した案内装置Ｎｏ．１５〜１７は、８００ｋｍの移動でも偏差は１μｍを超えず、ステージ６３を安定して駆動させることができた。また、ブラシ１、２の摩耗紛の吸着効率も８０％以上と高くすることができた。
【００７６】
そこで、ブラシ１、２の帯電状態を帯電量測定器によって測定したところ、アセテートは正に帯電しているのに対し、ナイロン、アクリル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、テビレンはいずれも負に帯電しており、摩耗粉の帯電状態を測定したところ、正に帯電していた。
【００７７】
この結果、摩耗粉と異なる極性に帯電させることができる材質により球状体１ａ、２ａを備えたブラシ１、２を形成すれば、摩耗粉の吸着効率、即ち除去効率を高めることができ、超音波モータ５１の摩擦部材５６やステージ６３の駆動力伝達部材６４がセラミックスからなる場合、それらの摩耗粉を除去するブラシ１、２は、ナイロン、アクリル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、テビレンで形成して先端を球状体とし、更にその表面に非晶質硬質炭素保護膜８ｃを形成すればより好適な超音波モータ駆動装置を構成することができることが分かった。
【００７８】
（実施例２）
次に、ブラシ１，２を被覆した非晶質硬質炭素からなる保護膜の密着力を評価するために非晶質硬質膜の剥離試験を行った。図８に示すように、ポリエチレン製の基板７０上に直接非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルと、中間層７１を介して非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルとを準備し、スクラッチ試験機を用いて非晶質硬質炭素膜７２が剥離する荷重を測定した。中間層７１、非晶質硬質炭素膜７２のその他の仕様は、表３に示す通りである。
【００７９】
【表３】
【００８０】
スクラッチ試験機はカートリッジ本体７４とその先端から伸びるレバー７３に設けられた圧子７３ａとからなり、図中のＺ方向に５゜傾けた基板７０上の非晶質硬質炭素膜７２に圧子７３ａを押圧し、カートリッジ本体７２をＸ方向に励振振幅させながらＹ方向に移動させて非晶質硬質炭素膜７２に荷重を加えていったときに非晶質硬質炭素膜７２が剥離する荷重（以下、剥離荷重という。）を測定した。ただし、圧子７３ａの先端部の曲率半径は２５μｍで、基板７０のＹ方向への送り速度を１０μｍ／ｓ、Ｘ方向への励振振幅を８０μｍとした。結果は表３に示す通りである。
【００８１】
表３から、炭化ケイ素からなる中間層７１を介して非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルＮｏ．２２、また基板７０側より順にＴｉからなる第１の中間層７１及びＳｉからなる第２の中間層７１（図８では第１の中間層、第２の中間層併せて、７１と表示）を介して非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルＮｏ．２３は、基板７０上に直接非晶質硬質炭素膜７２を被覆したサンプルＮｏ．２１より剥離加重が高く、この結果より、ブラシ１、２にも上述のような中間層を介して非晶質硬質炭素からなる保護膜で被覆することで、信頼性の高い超音波モータ駆動装置が得られることがわかる。
【００８２】
更に、ポリエチレン製の球状体表面に上記Ｎｏ．２２、２３と同様の仕様で炭化ケイ素及びＴｉからなる第１の中間層、Ｓｉからなる第２の中間層を介して非晶質硬質炭素膜を形成した直径２０ｍｍのテストピースを作製し、ボールオンディスク試験装置にて、アルミナセラミックスで形成したディスク上で上記テストピースを摺動させる試験を実施した。
【００８３】
試験は上記アルミナセラミックスで形成したディスクを５ｍ／ｓｅｃの速度で回転させた状態で、該ディスクに１ｋｇの荷重で上記球状体のテストピースを押圧し、１５分間摺動させた際の試験片の摩耗状態を金属顕微鏡を用いて表面状態を観察した。なお、比較としてポリエチレン製の球状体のみのテストピースも準備して試験を実施している。
【００８４】
その結果、ポリエチレン製の球状体のみのテストピースは半分以上摩耗により消失してしまったのに対し、本発明のテストピースについては、金属顕微鏡による表面観察で、表面に傷が生じた程度であり、優れた耐摩耗性を有していることが確認できた。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの駆動により上記摩擦部材が当接して可動する可動体と、該可動体の上記摩擦部材の当接面に付着する摩耗粉を除去する多数の繊維状体を備えた掻き取り部とを有し、該掻き取り部を、上記摩耗粉の帯電状態と異なる極性に帯電させるようにした超音波モータ駆動装置において、上記掻き取り部は、その先端を球状に形成したために、掻き取り部を可動体に対して球面で接触させるため、接触面積が増加できて帯電領域が大きく安定する。その結果、掻き取った摩耗粉や可動体の当接面に付着する摩耗粉を静電気力によって吸着させて安定して保持することができるとともに、摩擦駆動によって発生した摩耗粉を可動体の当接面より機械的に効率よく掻き取ることができる。
【００８６】
また、上述の効果により、掻き取った摩耗粉を再付着させたり、周囲に飛散させたりすることがないため、超音波モータと可動体との接触面間への摩耗粉の噛み込みを防止することができる。従って、可動体を安定して駆動させることができ、可動中における精度が１μｍ、位置決め精度が０．１μｍといった高精度が要求される場合でも精度良く可動体を可動、位置決めすることができるとともに、周囲の雰囲気を汚染することがないため、真空雰囲気等で使用する場合でも好適である。
【００８７】
特に、上記掻き取り部の球径を繊維状体の線径の２〜４倍とすることで摩耗紛を安定して保持することができるとともに、樹脂の種類によらず高い製造歩留まりを維持することができる。
【００８８】
また、表面抵抗を１０１２Ω／□以上の非晶質硬質炭素からなる保護膜で上記ブラシを被覆することで、対摩耗性に優れ、帯電効率を一層安定化させることができたブラシとすることができる。
【００８９】
さらに、炭化ケイ素からなる中間層あるいはＴｉからなる第１の中間層及びＳｉからなる第２の中間層を介し、前記非晶質硬質炭素からなる保護膜で上記ブラシを被覆したことで、対摩耗性に優れるとともに、保護層が容易に剥離しない、信頼性の高いブラシとすることができる。
【００９０】
さらに、上記掻き取り部と接するアース電極を設けるとともに、掻き取り部の下方に摩耗粉の回収手段を設け、掻き取り部に付着する摩耗粉を上記回収手段にて回収することで、アース電極と接する領域における摩耗粉の保持能力を回復させて再利用することができるため、極めて長期間にわたって摩耗粉の除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の案内装置の一例を示す平面図である。
【図２】本発明の案内装置の他の例を示す図で、（ａ）はその主要部を示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の案内装置の他の例を示す図で、（ａ）はその主要部を示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】本発明に用いるブラシを示す図で、（ａ）はその先端を示す模式図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はブラシ先端のＺ−Ｚ線断面模式図である。
【図５】比較例となるブラシの先端を示す模式図である。
【図６】超音波モータを可動体の駆動源とする従来の案内装置の一例を示す平面図である。
【図７】一般的な超音波モータを示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は背面図である。
【図８】スクラッチ試験機を用いて非晶質硬質炭素膜の剥離加重を測定する状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２：ブラシ
１ａ、２ａ：繊維状体
１ｂ、２ｂ：球状体
３、４：掻き取り部
３ａ、４ａ：掻き取り部の基体
５、６：直動手段
７：ドライバー
８ａ：球状基体
８ｂ：炭化ケイ素中間層
８ｃ：非晶質硬質炭素膜
８ｄ：Ｔｉからなる第１中間層
８ｅ：Ｓｉからなる第２中間層
１０Ｒ、１０Ｌ：摩耗紛
１２、１３：回転機構
１４、１５：回収トレー
１６、１７：支持体
２０、２１：アース電極
５１：超音波モータ
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ：電極膜
５４：電極膜
５５：振動体
５６：摩擦部材
５７：ケース
５８：スプリング
５９：スプリング
６１：ベース盤
６２：ガイド部材
６３：ステージ
６４：駆動力伝達部材
６５：リニアスケール
６６：測定ヘッド
６７：位置検出手段
６８：制御部
６９：ドライバー
７０：基板
７１：非晶質硬質炭素膜
７２：中間層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic motor driving device, and is particularly suitable as a device used for a precision processing machine, a precision measuring device, and a semiconductor manufacturing device.
[0002]
[Prior art]
Ultrasonic motors have the feature that the minimum amplitude is as small as the order of nanometers, high-resolution positioning is possible, and the driving force is large due to friction drive. Practical application to a rotary motion system such as a vibration alarm has been performed, and recently application to a linear motion system has been attempted.
[0003]
As shown in FIG. 6 which shows an example of a conventional ultrasonic motor driving apparatus, this apparatus includes a pair of guide members 62 such as a cross roller guide on a base board 61, and a stage as a movable body is provided by these guide members 62. 63 is guided linearly.
[0004]
A driving force transmitting member 64 is provided on one side of the stage 63 in parallel with the guide member 62, and a linear scale 65 is provided on the other side of the stage 63 in parallel with the driving force transmitting member 64. A measuring head 66 is provided at a position facing the linear scale 65 to constitute a position detecting means 67, and two ultrasonic motors 51 are provided at a position facing the driving force transmitting member 64. The friction member 56 of each ultrasonic motor 51 is vertically contacted with the contact surface of the driving force transmission member 64.
[0005]
In the drawing, reference numeral 57 denotes a case for accommodating the ultrasonic motor 51; 58, a spring for holding the ultrasonic motor 51 in the case 57 without obstructing the driving of the ultrasonic motor 51; This is a spring for pressing the force transmitting member 64. Reference numeral 68 denotes a control unit for controlling the driving conditions of the stage 63 based on the position information obtained by the position detection means 67, and 69 drives the ultrasonic motor 51 based on the signal output from the control unit 68. Driver that outputs a command signal for
[0006]
Also, as shown in FIGS. 7A and 7B, the structure of the ultrasonic motor 51 used in the guide device of FIG. 6 is such that the ultrasonic motor 51 is divided into four main surfaces of a piezoelectric ceramic plate 52. It has electrode films 53a, 53b, 53c, and 53d, connects the diagonally located electrode films 53a and 53d, connects the diagonally located electrode films 53b and 53c, and connects the other main film. The surface includes a vibrator 55 having an electrode film 54 formed on almost the entire surface thereof, and a friction member 56 made of ceramics or glass provided on an end surface of the piezoelectric ceramic plate 52, and the electrode formed on the one main surface. By grounding the film 54 and applying voltages having different phases to the electrode films 53a and 53b formed on the other main surface, longitudinal vibration and lateral vibration are generated in the piezoelectric ceramic plate 52, The friction member 56 has been adapted to elliptical motion by the resultant force of these vibrations.
[0007]
Therefore, when the ultrasonic motor 51 is driven, the stage 63 can be moved along the guide member 62 by the friction drive of the friction member 56 of the ultrasonic motor 51, and the position of The control unit 68 performs, for example, a PID calculation process on the basis of a parameter that changes according to the deviation between the position information of the stage 63 and the preset reference position information of the stage 63, and instructs the driver 69 to the ultrasonic motor 51. The stage 63 is moved and positioned by performing feedback control for outputting a signal.
[0008]
However, the frictional member 56 of the ultrasonic motor 51 and the driving force transmitting member 64 of the stage 63 wear each other, and the abrasion powder adheres to the driving force transmitting member 64. Since the contact state changes when it is engaged between the driving force transmitting member 64 of the stage 63 and the driving force transmitting member 64 of the stage 63, the driving characteristics of the stage 63 are destabilized, and the friction member 56 of the ultrasonic motor 51 and the There is a problem that the wear of the driving force transmission member 64 is promoted, and the ultrasonic motor 51 and the driving force transmission member 64 must be replaced after a short period of use.
[0009]
In order to solve these problems, in Patent Document 1, in order to remove the abrasion powder attached to the driving force transmission member 64, a brush, a roller, a felt, a peeling claw, or the like is brought into contact with the driving force transmission member 64 to remove the abrasion powder. A technique for removing the carbon dioxide has been disclosed.
[0010]
Further, as shown in Patent Document 2, the present applicant charges a scraping portion such as a brush to a polarity different from that of the above-mentioned abrasion powder, thereby causing the abrasion powder to be attracted to the scraping portion by electrostatic force and scraping. A proposal has already been made to prevent the abraded powder from adhering to the driving force transmitting member 64 again.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-11-18446
[Patent Document 2]
JP 2002-142471 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if an attempt is made to remove abrasion powder using a brush, a roller, a felt, a peeling claw, or the like as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, an unscraped residue is generated, or the abraded powder is removed by the driving force transmitting member 64. There is a problem that the particles are re-adhered to the surface or abrasion powder accumulates on the scraping portion, and eventually the scraping action is hindered, so that the abrasion powder cannot be reliably removed.
[0013]
Patent Document 1 discloses that a cleaning solution is applied to prevent re-adhesion of wear powder. However, when the cleaning solution adheres to the driving force transmission member 64, friction of the ultrasonic motor 51 is reduced. There is a problem that a slip occurs between the member 56 and the driving force transmitting member 64 of the stage 63, which adversely affects the driving characteristics of the stage 63.
[0014]
Further, in Patent Document 2 proposed by the present applicants, although it is possible to prevent the abrasion powder from re-adhering to the driving force transmitting member 64, when the abrasion powder adheres to the vicinity of the tip of the scraping portion, the attached abrasion powder is removed. There has been a problem that the powder cannot be sufficiently retained, and the abrasion powder that cannot be retained adheres to the driving force transmitting member 64 again. Further, the scraping portion itself is severely worn, and when the ultrasonic motor driving device is operated for a long time, the scraping portion is worn and a sufficient scraping action cannot be obtained.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problem, the present invention provides an ultrasonic motor having a friction member, a movable body that is moved by the friction member abutting upon driving of the ultrasonic motor, and a contact surface of the movable member with the friction member. An ultrasonic motor driving device having a scraping section provided with a large number of fibrous bodies for removing wear powder adhering to the surface, wherein the scraping section is charged to a polarity different from the charged state of the wear powder. In the ultrasonic motor driving device, the scraping portion has a tip formed in a spherical shape.
[0016]
Further, the ball diameter of the scraping portion is 2 to 4 times the wire diameter of the fibrous body.
[0017]
Further, the scraped portion has a surface resistance of 10 on the spherical substrate surface. 12 It is characterized by being coated with a protective film made of amorphous hard carbon of Ω / □ or more.
[0018]
On the other hand, the scraping portion is characterized in that the spherical substrate surface is covered with the protective film via an intermediate layer made of silicon carbide.
[0019]
Further, the scraping portion is covered with a first intermediate layer made of Ti, a second intermediate layer made of Si, and the protective film in order from the surface side of the spherical base.
[0020]
Further, a ground electrode in contact with the scraping portion is provided, and a collecting means for scraped wear powder is provided, and the wear powder attached to the scraping portion is collected by the collecting means. I do.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view showing an example of the ultrasonic motor driving device of the present invention. The same parts as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals.
[0022]
This device includes a pair of guide members 62 such as a cross roller guide on a base board 61, and the guide members 62 linearly guide a stage 63 as a movable body.
[0023]
A driving force transmitting member 64 is provided on one side surface of the stage 63 in parallel with the guide member 62, and a linear scale 65 is provided on the other side surface of the stage 63 in parallel with the driving force transmitting member 64. A measuring head 66 is provided at a position opposed to the linear scale 65 to constitute a position detecting means 67, and two ultrasonic motors 51 are provided at a position opposed to the driving force transmitting member 64. The friction members 56 of the ultrasonic motors 51 are vertically contacted with the contact surface of the driving force transmitting member 64.
[0024]
In the figure, reference numeral 57 denotes a case for accommodating the ultrasonic motor 51; 58, a spring for holding the ultrasonic motor 51 in the case 57 without obstructing the driving of the ultrasonic motor 51; This is a spring for pressing the force transmitting member 64. The structure of the ultrasonic motor 51 shown in FIG. 1 is the same as that of the ultrasonic motor shown in FIG.
[0025]
In addition, the frictional member 56 can be charged to a polarity different from the charged state of the abrasion powder generated by the frictional driving between the driving force transmitting member 64 of the stage 63 and, as shown in FIG. The scrapers 3 and 4 holding brushes 1 and 2 composed of 1b and 2b and at least one spherical body 1a and 2a at the tip thereof are disposed on both sides of the two ultrasonic motors 51 respectively. The scrapers 3 and 4 are provided so that the brushes 1 and 2 can be brought into contact with or separated from the driving force transmitting member 64 by linear motion means 5 and 6 such as an electromagnetic actuator, an air cylinder, and a piezoelectric actuator. It is.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 4 (a), the brush 1 has fibrous bodies 1a, 2a having a wire diameter of 10 to 200 μm and a length of 0.3 mm to 3 mm, each having one end of 30 to 200 per bundle. The scraping portions 3, 4 are planted on the bases 3a, 4a, and the multi-tips are provided with spherical bodies 1b, 2b having a spherical diameter of 20 to 800 μm.
[0027]
Reference numeral 68 denotes a control unit for controlling the driving conditions of the stage 63 based on the position information obtained by the position detection means 67. Reference numeral 69 denotes a unit for driving the ultrasonic motor 51 based on the signal output from the control unit 68. Is a driver that outputs a command signal for driving the linear motion units 5 and 6 based on the signal output from the control unit 68.
[0028]
Then, in order to move the stage 63, first, a command signal is output from the driver 69 to the ultrasonic motor 51 to cause the friction member 56 to perform an elliptical motion for friction driving with respect to the driving force transmission member 64, The stage 63 can be moved along the guide member 62 by this friction drive. After that, the control unit 68 performs PID calculation processing based on the position information from the position detection unit 67 accompanying the movement of the stage 63 and a parameter that changes according to the deviation between the preset reference position information of the stage 63. Then, by outputting a command signal to the ultrasonic motor 51 to the driver 69, the stage 63 may be continuously moved under predetermined conditions.
[0029]
When the stage 63 is moved in the direction of L during the movement of the stage 63, for example, the linear motion means 5 is driven by the driver 7 based on the signal output from the control unit 68 to drive the brush 1 to the driving force transmitting member. When the brush 2 is brought into contact with the driving force transmitting member 64 by driving the linear motion means 6 away from the driving force transmitting member 64, the driving force transmitting member 64 is generated by the friction driving between the friction member 56 and the driving force transmitting member 64. The abrasion powder 10R attached to the right end of 64 can be mechanically scraped off, and the abrasion powder 10R can be adsorbed and held on the brush 2 by electrostatic force, so that the abrasion powder 10R can be efficiently removed.
[0030]
On the other hand, when the stage 63 is moved in the direction of R, the linear motion means 6 is driven by the driver 7 based on the signal output from the control unit 68 to separate the brush 2 from the driving force transmitting member 64, and By driving the means 5 to bring the brush 1 into contact with the driving force transmitting member 64, the wear powder 10L adhered to the left end of the driving force transmitting member 64 is mechanically scraped off and the wear powder 10L is electrostatically dissipated. Thus, the abrasion powder 10L can be efficiently removed because the brush 1 can be adsorbed and held on the brush 1.
[0031]
Therefore, when the apparatus of the present invention is used, the abrasion powders 10R and 10L are not caught between the friction member 56 of the ultrasonic motor 51 and the driving force transmission member 64 of the stage 63, and the stage 63 is driven stably. Characteristics can be obtained, and even when movement accuracy of about 1 μm or positioning accuracy of 1 μm or less is required, it is possible to move and position with high accuracy.
[0032]
According to the configuration of the present invention, the wear powder generated by the sliding between the friction member 56 and the driving force transmission member 64 is charged, and the brushes 1 and 2 are charged to a polarity different from the charge of the wear powder. In addition to the mechanical scraping, the abrasion powder can be attracted to the brushes 1 and 2 by the electrostatic force, so that the efficiency of removing the abrasion powder can be greatly improved and the spherical bodies 1a and 2a can be formed into fibrous bodies. By using the brushes 1 and 2 provided at the tips of 1b and 2b, the adsorption surface area for holding the adsorbed abrasion powder is increased as compared with a brush composed of only a fibrous body as shown in FIG. Thus, the ability to hold the abrasion powder on the brush can be further increased, and the scraped-off abrasion powder can be easily prevented from re-adhering to the driving force transmitting member 64.
[0033]
Specifically, when the friction member 56 and the driving force transmission member 64 are formed of any of ceramics, sapphire, and glass, or a composite member thereof, the wear powder of these materials is positively charged. The brushes 1 and 2 may be formed of a negatively charged material. Here, a material which can be spontaneously charged negatively, and which can obtain a force capable of sufficiently scraping abrasion powder adhering to the driving force transmitting member 64 without damaging the driving force transmitting member 64 is a nylon. Polyamide resins such as polyamide, polyacrylonitrile resins such as acrylic, polyolefin resins such as polypropylene and polyethylene, chlorine-containing resins such as polyvinyl chloride (teviron), chlorinated polyethylene, chlorinated polyester, chlorinated polypropylene, and polytetrafluorocarbon Fluororesins such as ethylene (PTFE) and tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), styrene resins such as polystyrene, and resins such as cellulose can be used. Brushes 1 and 2 The material may be different.
[0034]
On the other hand, when the friction member 56 and the driving force transmission member 64 are formed of a resin such as Teflon (R), polyethylene, polypropylene, or a metal, or a composite member thereof, the wear powder of these materials is negatively charged. The brushes 1 and 2 may be formed of a positively charged material, for example, acrylic, polyamide, nylon, wool, rayon, or the like.
[0035]
Further, the spherical diameter of the spherical bodies 1a, 2a is preferably 2 to 4 times the wire diameter of each of the fibrous bodies 1b, 2b.
[0036]
The sphere diameter of the spherical bodies 1a, 2a is set to be at least twice the wire diameter of each of the fibrous bodies 1b, 2b. If the sphere diameter is less than twice, the surface area of the spheres contributing to charging is small. This is because a large amount of charge cannot be imparted, and depending on the degree of bending of the fibrous bodies 1a and 2a and the speed of the movable body, it is not possible to hold wear powder. On the other hand, the reason why the sphere diameter of the spheres 1b, 2b is set to four times or less of the wire diameter of each of the fibrous bodies 1a, 2a is that if the sphere diameter exceeds 4 times, the production yield becomes extremely poor depending on the resin used. is there.
[0037]
Further, when the friction member 56 and the driving force transmitting member 64 are formed of any one of ceramics, sapphire, and glass, or a composite member thereof, the spherical bodies 1a and 2a are formed on the surface of the spherical base 8a as shown in FIG. ), The brushes 1 and 2 are covered with a protective film 8c made of amorphous hard carbon, thereby improving the abrasion resistance of the driving force transmitting member. It is possible to prevent remarkable abrasion, which is more preferable.
[0038]
The amorphous hard carbon used in the protective film 8c is originally spontaneously negatively charged. Even if the brushes 1 and 2 are positively or negatively charged only by coating the amorphous hard carbon as a protective film. Since it is not involved in the absorption of the abrasion powder, selection of the material of the brushes 1 and 2 becomes easy.
[0039]
Further, as shown in the ZZ sectional view of the spherical bodies 1b and 2b in FIG. 4C, an amorphous hard material having insulating properties is provided on the surface of the spherical base 8a via an intermediate layer 8b made of silicon carbide. It is also preferable to cover the brushes 1 and 2 with a protective film 8c made of carbon.
[0040]
This is because the adhesion of the protective film to the brushes 1 and 2 is improved through the intermediate layer 8b made of silicon carbide, and the long-term reliability is improved.
[0041]
Alternatively, as shown in FIG. 4D, the protective film 8c made of amorphous hard carbon is interposed via a first intermediate layer 8d made of Ti and a second intermediate layer 8e made of Si in order from the brush side. It is also preferable to cover the brushes 1 and 2.
[0042]
That is, since the first intermediate layer 8d made of Ti has a large diffusion coefficient into a substance, the brushes 1 and 2 can be firmly adhered to the second intermediate layer 8e made of Si, and the first intermediate layer 8d made of Si Since the second intermediate layer 8e has a coefficient of thermal expansion close to that of the amorphous hard carbon film 8c, it is possible to further enhance the adhesion.
[0043]
By the way, the spherical bodies 1a, 2a and the fibrous bodies 1b, 2b of the brushes 1, 2 used in the ultrasonic motor driving device of the present invention can be formed by using a conventionally known melt spinning method or forming method. When at least one of the fibrous bodies 1b, 2b and the spherical bodies 1a, 2a is in a softened state, the brushes 1 and 2 are obtained by pressing and cooling the other.
[0044]
In order to coat the amorphous hard carbon film 8c on the spherical substrate 8a formed at the tips of the brushes 1 and 2, a thin film forming means by a PVD method such as a CVD method, a sputtering method, or an ion plating method may be used. . In particular, when coating only the amorphous hard carbon film 8c, benzene (C 6 H 6 It is preferable to use an ion plating method in which carbon ions obtained by ionizing gas with a filament are deposited on the surfaces of the brushes 1 and 2 by an ion accelerator, and the thickness may be 0.6 to 1.5 μm.
[0045]
When the brushes 1 and 2 are covered with the protective film 8c made of the amorphous hard carbon via the intermediate layer 8b made of silicon carbide, a plasma CVD method may be used. , Is preferably 0.6 to 1.5 μm.
[0046]
Also, when the brushes 1 and 2 are covered with the protective film 8c made of amorphous hard carbon via the first intermediate layer 8d made of Ti and the second intermediate layer 8e made of Si, the plasma CVD method is used. It may be used. More specifically, first, a source gas and a carrier gas for coating each film are supplied into the chamber, and a voltage is applied between the anode (anode) electrode and the cathode (anode) electrode on which the brushes 1 and 2 are arranged. Is applied, electrons extracted from the cathode (anode) electrode collide with a source gas and a carrier gas to generate plasma, and a source gas component in the plasma is deposited on the surfaces of the brushes 1 and 2. good. Then, the source gas and the carrier gas supplied to the chamber chamber are sequentially replaced as shown in Table 1 below, and the first intermediate layer 8d made of Ti and the second intermediate layer 8e made of Si are sequentially arranged from the brushes 1 and 2 side. May be covered with a protective film 8c made of amorphous hard carbon via the above.
[0047]
[Table 1]
[0048]
Alternatively, both the first intermediate layer 8d made of Ti and the second intermediate layer 8e made of Si may be formed by a sputtering method and then covered with a protective film 8c made of amorphous hard carbon by a plasma CVD method. Good.
[0049]
The thickness of each of the first intermediate layer 8d made of Ti and the second intermediate layer 8e made of Si is 0.15 to 0.4 μm, and the thickness of the amorphous hard carbon film 8c is 0.6 to 3 μm. It is preferably 0.0 μm.
[0050]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
The embodiment shown in FIGS. 2A and 2B has a spherical body at a tip charged to a polarity different from the charged state of wear powder generated by sliding between the friction member 56 and the driving force transmitting member 64, and has a surface thereof. A large number of brushes 1 and 2 having a protective film 8c of an amorphous hard carbon film are bundled and implanted in cylindrical bodies 3b and 4b which are parts of the scraping portions 3 and 4. Here, the axes of the cylindrical bodies 3b and 4b are installed on the linear motion means 5 and 6 so as to be located perpendicular to the moving direction of the stage 63, and the rotation mechanism 12 such as a stepping motor is arranged around the axis. , 13 for rotation.
[0051]
According to this embodiment, since the brushes 1 and 2 are implanted in a cylindrical shape, the number of the brushes 1 and 2 for mechanically removing abrasion powder is the number of brushes used in the guide device shown in Table 1. You can do more. Therefore, the specific brush area S sliding on the driving force transmitting member 64 1 , S 2 Even if it is no longer possible to hold the abrasion powder, the brushes 1 and 2 are rotated by the rotating means 12 and 13, respectively, and the new brush area is brought into contact with the driving force transmitting member 64. Furthermore, the wear powder can be continuously removed over a long period of time.
[0052]
Note that the conditions for rotating the brushes 1 and 2 include a specific brush area S 1 , S 2 In this case, the time until the abrasion powder can no longer be retained may be measured in advance by an experiment, and the rotation may be performed at a constant driving time within a range not exceeding the time.
[0053]
Alternatively, the deviation between the position information from the position detecting means 67 and the reference position information is always or periodically detected, and when the stage 63 accelerates and the generation of wear powder increases, that is, the deviation increases. Sometimes, the brushes 1 and 2 may be rotated to bring a new brush area into contact with the driving force transmitting member 64. Further, the amount of charge of the brushes 1 and 2 is measured, and when the abrasion powder cannot be retained. By utilizing the fact that the charge amount approaches 0, when the charge amount reaches a specific value close to 0, the brushes 1 and 2 are rotated to bring the new brush area into contact with the driving force transmitting member 64. It may be.
[0054]
The embodiment shown in FIGS. 3A and 3B is different from the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B in that the linear motion means 5 and 6 drive the brushes 1 and 2 below the brushes 1 and 2. The collecting trays 14 and 15 are provided to move together with the collecting trays. The collecting trays 14 and 15 collect the wear powder.
[0055]
In addition, ground electrodes 20 and 21 are provided on supports 16 and 17 extending from one ends of the collection trays 14 and 15, and the ground electrodes 20 and 21 are driven by sandwiching the axis of the cylindrical bodies 3 b and 4 b. Brush area S in contact with force transmitting member 64 1 , S 2 , The brush area S on the opposite side 3 , S 4 It comes in contact with.
[0056]
According to this embodiment, the brush area S that contacts the ground electrodes 20 and 21 3 , S 4 By removing static electricity, the electrostatic force is weakened, and the abrasion powder adsorbed and held can be dropped and collected by the collection trays 14 and 15, so that the surrounding electrodes are not polluted and the ground electrodes 20 and 21 are not polluted. Brush area S, S touched 4 Brush area S that has been used once 3, S 4 Can be reused.
[0057]
Therefore, by periodically rotating the brushes 1 and 2 by the rotation mechanisms 12 and 13, the brush area S that comes into contact with the driving force transmission member 64 is 1 , S 2 Then, the abrasion powder is removed, and the brush area S in contact with the ground electrodes 20 and 21 is removed. 3 , S 4 Then, by collecting the absorbed and retained wear powder in the collection trays 14 and 15 and restoring the ability to retain the wear powder, it is possible to remove the wear powder without replacing the brushes 1 and 2 for a long period of time. it can.
Further, in the present embodiment, as an apparatus, an ultrasonic motor driving apparatus in which a movable body linearly moves has been described as an example, but it is needless to say that the present invention can also be applied to an apparatus in which a movable body rotates. The sound wave motor 51 is not limited to the multi-mode type, but may be a standing wave type or traveling wave of a single vibration mode, a mode conversion type of a plurality of vibration modes, or a composite vibration type ultrasonic motor.
[0058]
As described above, various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
[0059]
【Example】
(Example 1)
Here, the ultrasonic motor driving device shown in FIG. 1 including a plurality of brushes 1 and 2 each having a fibrous body 1b (2b) shown in FIG. 4 and a spherical body 1a (2a) at the tip thereof, and a fiber shown in FIG. The ultrasonic motor driving device shown in FIG. 1 provided with a large number of brushes 1 and 2 consisting only of a body is prepared, and the stage 63 of each device is driven, so that the driving characteristics of the stage 63 become unstable. An experiment was performed to compare the distance until the deviation between the position information from the means 67 and the reference position information exceeds 1 μm, and the total wear amount of the wear member 56 and the driving force transmission member 64 after moving the stage 63 by 500 km. Was.
[0060]
A cross roller guide having a stroke of 100 mm was used as the guide member 62 constituting the apparatus used in this experiment, and the stage 63 having a weight of 5 kg was moved by the guide member 62. A driving force transmitting member 64 made of alumina ceramic is arranged on one side surface of the stage 63, and the surface roughness of the contact surface with the ultrasonic motor 51 is calculated as an arithmetic average roughness (Ra) of 0.04 to 0. 0.06 μm (based on JIS B 0601: 2001).
[0061]
On the other hand, the ultrasonic motor 51, which is the driving source of the stage 63, forms the vibrating body 55 by a lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic body having a length of 30 mm, a width of 7.5 mm, and a thickness of 3 mm. A cylindrical alumina friction member 56 having a length of 4.2 mm and a diameter of 3 mm was joined to the end surface of the body 55. The contact surface of the friction member 56 with the driving force transmission member 64 was a spherical surface having a radius of curvature of 7 mm.
[0062]
The bases 3a and 4a are made of a mat, and brushes 1 and 2 made of fibrous bodies 1a and 2a each having a length of 3 mm and a wire diameter of 30 μm and spherical bodies 1b and 2b at the ends thereof are respectively provided on the mat. We bundled into a bundle.
[0063]
As a comparative example, the bases 3a and 4a made of the above-mentioned cloth were woven with 100 brushes 1 and 2 each consisting of only fibrous bodies 1b and 2b having a length of 3 mm and a wire diameter of 30 μm.
[0064]
The materials for forming the brushes 1 and 2 were acetate, nylon, acrylic, polystyrene, polypropylene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, and terylene, and other specifications were as shown in Table 1.
[0065]
Next, the bases 3a, 4a are attached to the linear motion means 5, 6 comprising electromagnetic actuators installed on both sides of the ultrasonic motor 51, and the driver 7 drives the stage 63 in the moving direction of the stage 63 based on a signal output from the control unit 68. The brush 1 on the same side (L) as that of the stage 63 is separated from the driving force transmitting member 64, and the brush 2 on the side (R) opposite to the moving direction of the stage 63 is brought into contact with the driving force transmitting member 64.
[0066]
Then, trapezoidal control in which the moving distance is 100 mm, the acceleration / deceleration is 0.03 G, and the maximum speed is 100 mm / s is set in advance in the control section 68 as the movement profile of the stage 63, and the trapezoidal control is continuously performed. The ultrasonic motor 51 was driven at a frequency of 40 kHz. Then, when the stage 63 is moved under this condition, a deviation between the position information from the position detecting means 67 and the preset reference position information is measured. When the deviation exceeds 1 μm, the stage 63 Assuming that the driving characteristics are unstable, the distance at that time was measured, and the stage 63 was moved 1000 km, and then adhered to the friction member 56 of the ultrasonic motor 51 and the driving force transmitting member 64 of the stage 63. The amount of worn powder (a) and the amount of worn powder adsorbed by the brushes 1 and 2 (b) were measured.
[0067]
Further, the adsorption efficiency of the abrasion powder of the brushes 1 and 2 was calculated as (b) / ((a) + (b)) × 100 (%), and the adsorption efficiency was also calculated.
[0068]
The results are as shown in Table 2.
[0069]
[Table 2]
[0070]
From Table 2, it can be seen that the device No. in which the acetate brushes 1 and 2 were held on the bases 3a and 4a, respectively. In cases 1 and 3, the deviation exceeded 1 μm with a movement of 400 km or less, and the driving characteristics of the stage 63 became unstable. In addition, the abrasion efficiency of the brushes 1 and 2 was as low as 6% or less.
[0071]
In addition, the device No. holding the brushes 1 and 2 consisting of only the fibrous bodies 1b and 2b. In the case of No. 2 as well, the deviation exceeded 1 μm with a movement of 550 km, and the driving characteristics of the stage 63 became unstable. Further, the absorption efficiency of the abrasion powder of the brushes 1 and 2 was as low as 53%.
[0072]
On the other hand, the device No. 1 according to the present invention, which holds the brushes 1 and 2 having the spherical bodies 1a and 2a, respectively. In each of Nos. 4 to 17, the deviation did not exceed 1 μm immediately after the stage 63 was moved 550 km, and the stage 63 could be driven stably. Further, the absorption efficiency of the abrasion powder of the brushes 1 and 2 could be improved to 60% or more, and the effects of the spherical bodies 1a and 2a could be confirmed.
[0073]
In particular, the guide device No. 1 holding the brushes 1 and 2 in which the spherical diameter of the spherical bodies 1a and 2a is 2 to 4 times the wire diameter of the fibrous bodies 1b and 2b. In Nos. 11 to 13, the deviation did not exceed 1 [mu] m even when moving on the order of 600 km, and the stage 63 could be driven stably.
[0074]
The device No. holding the brushes 1 and 2 covered with the protective film 8c made of amorphous hard carbon having an insulating property. In Nos. 14 to 18, the deviation did not exceed 1 μm even with a movement of the order of 700 km, and the stage 63 could be driven stably. At the same time, the absorption efficiency of the abrasion powder of the brushes 1 and 2 can be increased to 64% or more, and the total ((a) + (b)) of the abrasion powder itself is 0.011 m. 3 It could be reduced below.
[0075]
In particular, the protective film 8c made of amorphous hard carbon has a surface resistance of 10 12 The guide device No. holding the brushes 1 and 2 of Ω / □ or more. In Nos. 15 to 17, the deviation did not exceed 1 μm even after moving 800 km, and the stage 63 could be driven stably. Further, the absorption efficiency of the abrasion powder of the brushes 1 and 2 could be increased to 80% or more.
[0076]
Therefore, when the charged state of the brushes 1 and 2 was measured by a charge amount measuring device, acetate was positively charged, whereas nylon, acrylic, polystyrene, polypropylene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, and tevilen were all charged. It was negatively charged, and when the charged state of the abrasion powder was measured, it was positively charged.
[0077]
As a result, if the brushes 1 and 2 having the spherical bodies 1a and 2a are formed of a material that can be charged to a polarity different from that of the wear powder, the adsorption efficiency of the wear powder, that is, the removal efficiency can be increased, and the ultrasonic wave can be improved. When the friction member 56 of the motor 51 and the driving force transmission member 64 of the stage 63 are made of ceramics, the brushes 1 and 2 for removing the abrasion powder are made of nylon, acrylic, polystyrene, polypropylene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, terylene. It has been found that a more suitable ultrasonic motor driving device can be formed by forming the tip into a spherical body and forming an amorphous hard carbon protective film 8c on the surface thereof.
[0078]
(Example 2)
Next, a peeling test of the amorphous hard film was performed to evaluate the adhesion of the protective film made of amorphous hard carbon covering the brushes 1 and 2. As shown in FIG. 8, a sample in which an amorphous hard carbon film 72 is directly coated on a polyethylene substrate 70 and a sample in which an amorphous hard carbon film 72 is coated via an intermediate layer 71 are prepared. The load at which the amorphous hard carbon film 72 peeled was measured using a scratch tester. Other specifications of the intermediate layer 71 and the amorphous hard carbon film 72 are as shown in Table 3.
[0079]
[Table 3]
[0080]
The scratch tester includes a cartridge body 74 and an indenter 73a provided on a lever 73 extending from the tip of the cartridge body 74. The indenter 73a is pressed against the amorphous hard carbon film 72 on the substrate 70 inclined at 5 ° in the Z direction in the drawing. Then, when the load is applied to the amorphous hard carbon film 72 by moving the cartridge body 72 in the Y direction while exciting the amplitude in the X direction, the load at which the amorphous hard carbon film 72 peels (hereinafter referred to as peeling) Load). However, the radius of curvature of the tip of the indenter 73a was 25 μm, the feed speed of the substrate 70 in the Y direction was 10 μm / s, and the excitation amplitude in the X direction was 80 μm. The results are as shown in Table 3.
[0081]
From Table 3, it can be seen that Sample No. 1 in which the amorphous hard carbon film 72 was covered via the intermediate layer 71 made of silicon carbide. 22, and a first intermediate layer 71 made of Ti and a second intermediate layer 71 made of Si (in FIG. 8, the first intermediate layer and the second intermediate layer are collectively shown as 71) from the substrate 70 side. No. 7 coated with the amorphous hard carbon film 72 through the Sample No. 23 in which the amorphous hard carbon film 72 was directly coated on the substrate 70. Since the peeling load is higher than that of No. 21, the brushes 1 and 2 are also covered with the protective film made of amorphous hard carbon via the above-mentioned intermediate layer, so that the ultrasonic motor driving device having high reliability can be obtained. Is obtained.
[0082]
Furthermore, the above No. was applied to the surface of a spherical body made of polyethylene. A test piece having a diameter of 20 mm in which an amorphous hard carbon film was formed through a first intermediate layer made of silicon carbide and Ti and a second intermediate layer made of Si with the same specifications as in Examples 22 and 23 was prepared. A test of sliding the test piece on a disk formed of alumina ceramics was performed by an on-disk test apparatus.
[0083]
The test was performed by pressing the spherical test piece with a load of 1 kg against the disk while rotating the disk formed of the alumina ceramic at a speed of 5 m / sec and sliding the disk for 15 minutes. The surface state of the worn state was observed using a metallographic microscope. As a comparison, a test piece having only a polyethylene spherical body was also prepared and tested.
[0084]
As a result, the test piece consisting of only a polyethylene sphere had disappeared by more than half due to abrasion, whereas the test piece of the present invention showed only scratches on the surface when observed with a metallographic microscope. It was confirmed that it had excellent wear resistance.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an ultrasonic motor having a friction member, a movable body that is moved by the friction member abutting upon driving of the ultrasonic motor, and an abutment of the friction member of the movable body A scraping section provided with a number of fibrous bodies for removing abrasion powder adhering to the surface, and an ultrasonic motor driven to charge the scraping section to a polarity different from the charged state of the abrasion powder. In the apparatus, since the scraping portion has a spherical tip, the scraping portion is brought into contact with the movable body with a spherical surface, so that the contact area can be increased and the charged area is largely stabilized. As a result, the scraped-off wear powder and the wear powder adhering to the contact surface of the movable body can be stably held by being attracted by electrostatic force, and the wear powder generated by friction drive can be brought into contact with the movable body. It can be scraped off mechanically and efficiently from the surface.
[0086]
In addition, the above-described effect prevents the scraped wear powder from being reattached or scattered around, thereby preventing the wear powder from being caught between the contact surfaces between the ultrasonic motor and the movable body. be able to. Therefore, the movable body can be driven stably, and the movable body can be moved and positioned with high accuracy even when high accuracy such as 1 μm during movement and positioning accuracy of 0.1 μm is required. Since it does not contaminate the surrounding atmosphere, it is suitable for use in a vacuum atmosphere or the like.
[0087]
In particular, by setting the ball diameter of the scraping portion to 2 to 4 times the wire diameter of the fibrous body, the wear powder can be stably held, and a high production yield is maintained regardless of the type of resin. be able to.
[0088]
In addition, the surface resistance is set to 10 12 By coating the brush with a protective film made of amorphous hard carbon of Ω / □ or more, a brush having excellent abrasion resistance and further stabilizing charging efficiency can be obtained.
[0089]
Further, by covering the brush with the protective film made of the amorphous hard carbon through an intermediate layer made of silicon carbide or a first intermediate layer made of Ti and a second intermediate layer made of Si, wear resistance is reduced. It is possible to obtain a highly reliable brush which has excellent properties and does not easily peel off the protective layer.
[0090]
Furthermore, while providing an earth electrode in contact with the scraping section, a collecting means of wear powder is provided below the scraping section, and the wear powder adhered to the scraping section is collected by the collecting means, so that the ground electrode and Since the ability to retain the wear powder in the contact area can be recovered and reused, the wear powder can be removed for an extremely long time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an example of a guide device of the present invention using an ultrasonic motor as a drive source of a movable body.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing another example of the guide device of the present invention, wherein FIG. 2A is an enlarged plan view showing a main part thereof, and FIG. 2B is a sectional view taken along line XX of FIG.
3A and 3B are diagrams showing another example of the guide device of the present invention, wherein FIG. 3A is an enlarged plan view showing a main part thereof, and FIG. 3B is a sectional view taken along line YY of FIG.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a brush used in the present invention, in which FIG. 4A is a schematic diagram showing the tip, and FIGS. 4B, 4C, and 4D are schematic sectional views of the brush tip taken along the line ZZ. is there.
FIG. 5 is a schematic view showing a tip of a brush as a comparative example.
FIG. 6 is a plan view showing an example of a conventional guide device using an ultrasonic motor as a driving source of a movable body.
FIGS. 7A and 7B are views showing a general ultrasonic motor, in which FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a rear view.
FIG. 8 is a perspective view showing a state in which the peeling load of the amorphous hard carbon film is measured using a scratch tester.
[Explanation of symbols]
1, 2: brush
1a, 2a: fibrous body
1b, 2b: spherical body
3, 4: scraping part
3a, 4a: Substrate of scraping portion
5, 6: linear motion means
7: Driver
8a: spherical base
8b: silicon carbide intermediate layer
8c: amorphous hard carbon film
8d: first intermediate layer made of Ti
8e: second intermediate layer made of Si
10R, 10L: wear powder
12, 13: rotating mechanism
14, 15: Collection tray
16, 17: Support
20, 21: earth electrode
51: Ultrasonic motor
53a, 53b, 53c, 53d: electrode film
54: Electrode film
55: vibrating body
56: friction member
57: Case
58: Spring
59: Spring
61: Base board
62: guide member
63: Stage
64: driving force transmission member
65: Linear scale
66: Measuring head
67: Position detecting means
68: control unit
69: Driver
70: Substrate
71: Amorphous hard carbon film
72: Middle layer
