JP2014075954A - Rotation driving device, robot device and exposure device - Google Patents

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Masaru Arai
大 荒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation driving device which can efficiently perform rotation driving.SOLUTION: A rotation driving device comprises: a rotation axis 2 which is rotatably supported; a rotor 3 which includes a hole portion 3A having a larger diameter than that of the rotation axis 2 to have the rotation axis 2 penetrated through the hole portion 3A, and which rotates the rotation axis 2 around an axis line by revolving the rotor around the rotation axis 2 in a state that enables drive power to transmit between an inner peripheral surface of the hole portion 3A and an outer peripheral surface of the rotation axis 2; and a displacement drive unit 7 which is disposed at the position surrounding the rotor 3, and which displaces and drives the rotor 3 along at least two directions X, Y crossing each other in a plane orthogonal to the rotation axis 2. The displacement drive unit 7 includes: driving elements 5a-5d which vibrate in directions parallel to the displacement directions X, Y of the rotor 3; and coupling members 6a-6d which connect the driving elements 5a-5d with the rotor 3, which are elastically deformable between the driving elements 5a-5d and the rotor 3.

Description

本発明は、回転駆動装置、ロボット装置及び露光装置に関する。   The present invention relates to a rotary drive device, a robot apparatus, and an exposure apparatus.

従来より、圧電素子(ピエゾ素子とも言う。)を用いた超音波モータなどの駆動装置が知られている。例えば、圧電素子を用いた駆動装置としては、圧電素子に駆動電圧を印加し、この圧電素子により振動体を振動させながら、被駆動体に対して振動体を摩擦接触させることによって、この被駆動体を回転駆動若しくは直線(リニア)駆動させるものがある(例えば、特許文献1,2を参照。)。   Conventionally, a driving device such as an ultrasonic motor using a piezoelectric element (also referred to as a piezoelectric element) is known. For example, in a driving device using a piezoelectric element, a driving voltage is applied to the piezoelectric element, and the vibrating body is vibrated against the driven body while the vibrating body is vibrated by the piezoelectric element. There are those that rotate or linearly drive the body (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開平7−9266号公報JP-A-7-9266 特開2005−6393号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-6393

ところで、上述した駆動装置では、図5(a)に示すようなd33モードの圧電素子や、図5(b),(c)に示すようなd15モードの圧電素子が用いられている。 By the way, in the drive device described above, a d 33 mode piezoelectric element as shown in FIG. 5A or a d 15 mode piezoelectric element as shown in FIGS. 5B and 5C is used.

このうち、d33モードの圧電素子は、図5(a)に示すように、圧電体の分極方向と平行な方向に駆動電圧(電界)を印加したときに、この圧電体に生じる厚み変形を利用したものである。このd33モードの圧電素子では、一方の極性(プラス)の駆動電圧を印加することで、圧電体を伸長方向に変形させることが可能である。一方、d33モードの圧電素子では、他方の極性(マイナス)の駆動電圧を印加するときは、分極方向と逆の方向となるため、分極特性が消滅しないようにプラスの駆動電圧よりも小さな値(ゼロ(0)も含む。)とする必要がある。 Among these, as shown in FIG. 5A, the d 33 mode piezoelectric element undergoes thickness deformation that occurs in the piezoelectric body when a drive voltage (electric field) is applied in a direction parallel to the polarization direction of the piezoelectric body. It is used. The piezoelectric element of the d 33 mode, by applying a driving voltage of one polarity (positive), it is possible to deform the piezoelectric element in the extension direction. On the other hand, in the piezoelectric element of the d 33 mode, the other when applying the driving voltage polarity (negative), since the polarization direction and the opposite direction, smaller than a positive drive voltage so that the polarization characteristic is not extinguished (Including zero (0)).

これに対して、d15モードの圧電素子は、圧電体の分極方向と垂直な方向に駆動電圧(電界)を印加したときに、この圧電体に生じる剪断変形を利用したものである。このd15モードの圧電素子では、図5(b)に示すように、一方の極性(プラス)の駆動電圧を印加することで、圧電体を剪断方向の一方側に向かって剪断変形させることが可能である。一方、このd15モードの圧電素子では、図5(c)に示すように、他方の極性(マイナス)の駆動電圧を印加することで、圧電体を剪断方向の他方側に向かって剪断変形させることが可能である。 In contrast, the piezoelectric element of d 15 mode, upon application of a polarization direction perpendicular to the driving voltage of the piezoelectric body (electric field), is obtained by utilizing the shearing deformation generated in the piezoelectric body. The piezoelectric element of the d 15 mode, as shown in FIG. 5 (b), by applying a driving voltage of one polarity (positive), be shear deformation toward the piezoelectric body on one side of the shear direction Is possible. On the other hand, in the piezoelectric element of the d 15 mode, as shown in FIG. 5 (c), by applying the other of the drive voltage polarity (negative), to shear deformation toward the piezoelectric body on the other side of the shear direction It is possible.

したがって、d33モードの圧電素子については、一方の極性(プラス)の駆動電圧を印加しながら、伸長方向の変形のみで振動させるのに対し、d15モードの圧電素子については、両方の極性(プラス/マイナス)を有する正弦波の駆動電圧(交流電圧)を印加しながら、剪断方向の両側に向かって大きく振動させることが可能である。 Therefore, the d 33 mode piezoelectric element is vibrated only by deformation in the extension direction while applying a drive voltage of one polarity (plus), whereas the d 15 mode piezoelectric element is vibrated in both polarities ( It is possible to vibrate greatly toward both sides in the shearing direction while applying a sinusoidal driving voltage (AC voltage) having plus / minus).

このように、d15モードの圧電素子は、駆動電圧に対する変位量を大きくできるといった特性を有している。さらに、剪断方向に振動させるd15モードの圧電素子の方が伸長方向に振動させるd33モードの圧電素子よりも小型化(特に薄型化)に有利である。 Thus, the d 15 mode piezoelectric element has a characteristic that the displacement amount with respect to the drive voltage can be increased. Furthermore, the d 15 mode piezoelectric element that vibrates in the shearing direction is more advantageous for downsizing (particularly thinning) than the d 33 mode piezoelectric element that vibrates in the extending direction.

しかしながら、従来の駆動装置では、d33モードの圧電素子を用いたものが多く、d15モードの圧電素子については、d33モードの圧電素子と組み合わせて使用するものがあるものの、上述したd15モードの特性を有効に利用して被駆動体を効率良く駆動するものはなかった。 However, in the conventional driving apparatus are often those using a piezoelectric element d 33 mode, the piezoelectric element of the d 15 mode, but there is used in combination with a piezoelectric element of d 33 mode, d 15 as described above There is no one that efficiently drives the driven body by effectively utilizing the characteristics of the mode.

以上のような事情に鑑み、本発明は、回転駆動を効率良く行うことを可能した回転駆動装置、並びにそのような回転駆動装置を用いたロボット装置及び露光装置を提供することを目的とする。   In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a rotary drive device capable of efficiently performing a rotary drive, and a robot apparatus and an exposure apparatus using such a rotary drive device.

本発明の第1の態様に従えば、回転自在に支持された回転軸と、回転軸よりも大きい径を有する孔部を有して、この孔部に回転軸を貫通させると共に、孔部の内周面と回転軸の外周面との間で駆動力が伝達可能な状態で、回転軸を中心に公転させることによって、回転軸を軸線回りに回転させるロータと、ロータの周囲を囲む位置に配置されて、回転軸と直交する面内の少なくとも交差する2方向においてロータを変位駆動させる変位駆動部とを備え、変位駆動部は、ロータが変位する方向と平行な方向に振動する駆動素子と、駆動素子とロータとの間を連結すると共に、前記駆動素子と前記ロータとの間で弾性変形可能な連結部材とを有することを特徴とする回転駆動装置が提供される。   According to the first aspect of the present invention, the rotating shaft that is rotatably supported and the hole portion having a diameter larger than the rotating shaft are passed through the rotating shaft. In a state where the driving force can be transmitted between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the rotating shaft, by rotating around the rotating shaft, the rotor that rotates the rotating shaft around the axis and the position surrounding the rotor A displacement drive unit that is disposed and that drives the rotor to be displaced in at least two intersecting directions within a plane orthogonal to the rotation axis, and the displacement drive unit includes a drive element that vibrates in a direction parallel to the direction in which the rotor is displaced. There is provided a rotary drive device characterized in that the drive element and the rotor are connected to each other, and a connecting member elastically deformable between the drive element and the rotor is provided.

また、本発明の第2の態様に従えば、上記本発明の第1の態様に従う回転駆動装置を用いたアクチュエータと、アクチュエータにより駆動制御されるアーム機構とを備えたロボット装置が提供される。   Further, according to the second aspect of the present invention, there is provided a robot apparatus including an actuator using the rotation driving device according to the first aspect of the present invention and an arm mechanism that is driven and controlled by the actuator.

また、本発明の第3の態様に従えば、上記本発明の第1の態様に従う回転駆動装置を用いたアクチュエータと、アクチュエータにより駆動制御されるステージ機構とを備えた露光装置が提供される。   According to the third aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus including an actuator using the rotary drive device according to the first aspect of the present invention and a stage mechanism that is driven and controlled by the actuator.

本発明によれば、回転駆動を効率良く行うことを可能とした回転駆動装置、並びにそのような駆動装置を用いたロボット装置及び露光装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a rotation driving apparatus that can efficiently perform rotation driving, and a robot apparatus and an exposure apparatus using such a driving apparatus.

第1の実施形態に係る回転駆動装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the rotational drive apparatus which concerns on 1st Embodiment. 上記第1の実施形態に係る回転駆動装置の動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating operation | movement of the rotational drive apparatus which concerns on the said 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す側面図である。It is a side view which shows schematic structure of the robot apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す側面図である。It is a side view which shows schematic structure of the exposure apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 33モードとd15モードの圧電素子を説明するための模式図である。It is a schematic view for explaining a piezoelectric element d 33 mode and the d 15 mode.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を模式的に示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases in which the portions that become the features are schematically shown for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態として図1に示す回転駆動装置1について説明する。
なお、図1は、この回転駆動装置1の概略構成を示す模式図である。
(First embodiment)
First, a rotary drive device 1 shown in FIG. 1 will be described as a first embodiment.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the rotary drive device 1.

この回転駆動装置1は、図1に示すように、回転軸2と、回転軸2を貫通させる孔部3Aを有するロータ3と、ロータ3の周囲を囲むフレーム4と、フレーム4のロータ3と対向する面に取り付けられた複数の駆動素子5a〜5dと、複数の駆動素子5a〜5dとロータ3とを連結する複数の連結部材6a〜6dとを概略備えている。   As shown in FIG. 1, the rotary drive device 1 includes a rotary shaft 2, a rotor 3 having a hole 3 </ b> A that penetrates the rotary shaft 2, a frame 4 surrounding the rotor 3, and a rotor 3 of the frame 4. A plurality of drive elements 5a to 5d attached to opposing surfaces and a plurality of connection members 6a to 6d for connecting the plurality of drive elements 5a to 5d and the rotor 3 are roughly provided.

回転軸2は、丸軸からなる。この回転軸2は、図示を省略する軸受を介して軸線回りに回転自在に支持されている。   The rotating shaft 2 consists of a round shaft. The rotary shaft 2 is supported so as to be rotatable about an axis via a bearing (not shown).

ロータ3は、軸線方向から見て正方形を為す直方体状の部材からなる。孔部3Aは、回転軸2よりも大きい径を有する丸孔であり、ロータ3の中心部を軸線方向に貫通して設けられている。そして、この孔部3Aの内側に回転軸2が配置されている。   The rotor 3 is formed of a rectangular parallelepiped member that forms a square when viewed from the axial direction. The hole 3 </ b> A is a round hole having a diameter larger than that of the rotating shaft 2, and is provided so as to penetrate the central part of the rotor 3 in the axial direction. And the rotating shaft 2 is arrange | positioned inside this hole 3A.

フレーム4は、軸線方向から見て正方形を為す枠状の部材からなる。そして、このフレーム4の内側にロータ3が配置されている。   The frame 4 is made of a frame-shaped member that forms a square when viewed from the axial direction. The rotor 3 is disposed inside the frame 4.

複数の駆動素子5a〜5d及び連結部材6a〜6dは、固定部であるフレーム4と可動部であるロータ3との間に配置されている。そして、これら複数の駆動素子5a〜5d及び連結部材6a〜6dは、フレーム4に対してロータ3を回転軸2と直交する面内の互いに直交する2方向、すなわち図1中に示すX方向(一の方向)とY方向(他の方向)に変位駆動させる変位駆動部7を構成している。   The plurality of drive elements 5a to 5d and the connecting members 6a to 6d are arranged between the frame 4 that is a fixed portion and the rotor 3 that is a movable portion. The plurality of drive elements 5a to 5d and the connecting members 6a to 6d have two directions orthogonal to each other in a plane orthogonal to the rotation axis 2 of the rotor 3 with respect to the frame 4, that is, the X direction shown in FIG. The displacement driving unit 7 is configured to drive the displacement in one direction) and the Y direction (the other direction).

具体的に、この変位駆動部7は、フレーム4のロータ3と対向する4面のうち、Y方向の一方側の面4aに沿って配置された第1の駆動素子5aと、Y方向の他方側の面4bに沿って配置された第2の駆動素子5bと、X方向の一方側の面4cに沿って配置された第3の駆動素子5cと、X方向の他方側の面4dに沿って配置された第4の駆動素子5dとを有している。   Specifically, the displacement drive unit 7 includes a first drive element 5a arranged along a surface 4a on one side in the Y direction among the four surfaces facing the rotor 3 of the frame 4, and the other in the Y direction. The second drive element 5b disposed along the surface 4b on the side, the third drive element 5c disposed along the surface 4c on the one side in the X direction, and the surface 4d on the other side in the X direction. And a fourth driving element 5d.

これら第1乃至第4の駆動素子5a〜5dには、d15モードの圧電素子が用いられている。このd15モードの圧電素子については、両方の極性(プラス/マイナス)を有する正弦波の駆動電圧(交流電圧)を印加することによって、剪断方向の両側に向かって振動させることが可能である。 These first to fourth driving elements 5a to 5d, a piezoelectric element of d 15 mode is used. The piezoelectric element of the d 15 mode, by applying a sine-wave driving voltage (AC voltage) having both polar (plus / minus), it is possible to vibrate toward both sides of the shear direction.

第1及び第2の駆動素子5a,5bは、ロータ3を挟んで相対向する位置において、互いに同期しながらX方向に振動する一方側の駆動素子を構成している。すなわち、第1の駆動素子5aと第2の駆動素子5bとは、それぞれの剪断方向がX方向と平行となるように、フレーム4のY方向の両側の面4a,4bに沿って配置されている。   The first and second drive elements 5a and 5b constitute one drive element that vibrates in the X direction in synchronization with each other at positions facing each other across the rotor 3. That is, the first drive element 5a and the second drive element 5b are arranged along the surfaces 4a and 4b on both sides in the Y direction of the frame 4 so that the respective shear directions are parallel to the X direction. Yes.

一方、第3及び第4の駆動素子5c,5dは、ロータ3を挟んで相対向する位置において、互いに同期しながらY方向に振動する他方側の駆動素子を構成している。すなわち、第3の駆動素子5cと第4の駆動素子5dとは、それぞれの剪断方向がY方向と平行となるように、フレーム4のX方向の両側の面4a,4bに沿って配置されている。   On the other hand, the third and fourth drive elements 5c and 5d constitute the other drive element that vibrates in the Y direction while being synchronized with each other at positions facing each other with the rotor 3 interposed therebetween. That is, the third drive element 5c and the fourth drive element 5d are arranged along the surfaces 4a and 4b on both sides in the X direction of the frame 4 so that the respective shear directions are parallel to the Y direction. Yes.

また、第1乃至第4の駆動素子5a〜5dは、それぞれの面4a〜4dにおいて、フレーム4の周方向に複数(本実施形態では2つ)並んで配置されている。さらに、第1乃至第4の駆動素子5a〜5dの面上には、それぞれ第1乃至第4のプレート8a〜8dが取り付けられている。これら第1乃至第4のプレート8a〜8dは、それぞれの面4a〜4d上に配置された複数の駆動素子5a〜5dにより支持されている。なお、それぞれの面4a〜4d上に配置される各駆動素子5a〜5dの数については、特に限定されるものではなく、上述した複数の場合に限らず、1つとすることも可能である。   The first to fourth drive elements 5a to 5d are arranged in a plurality (two in the present embodiment) in the circumferential direction of the frame 4 on the respective surfaces 4a to 4d. Further, first to fourth plates 8a to 8d are attached to the surfaces of the first to fourth drive elements 5a to 5d, respectively. These first to fourth plates 8a to 8d are supported by a plurality of drive elements 5a to 5d disposed on the respective surfaces 4a to 4d. Note that the number of the drive elements 5a to 5d disposed on the respective surfaces 4a to 4d is not particularly limited, and is not limited to the above-described plural cases, and may be one.

変位駆動部7は、ロータ3のフレーム4と対向する4面のうち、Y方向の一方側の面3aとプレート8aとの間を連結する第1の連結部材6aと、Y方向の他方側の面3bとプレート8bとの間を連結する第2の連結部材6bと、X方向の一方側の面3cとプレート8cとの間を連結する第3の連結部材6cと、Y方向の他方側の面3dとプレート8dとの間を連結する第4の連結部材6dとを有している。   Of the four surfaces facing the frame 4 of the rotor 3, the displacement drive unit 7 includes a first connecting member 6a for connecting the surface 3a on one side in the Y direction and the plate 8a, and the other side in the Y direction. A second connecting member 6b that connects the surface 3b and the plate 8b, a third connecting member 6c that connects the surface 3c on one side in the X direction and the plate 8c, and a second connecting member 6c on the other side in the Y direction. A fourth connecting member 6d that connects the surface 3d and the plate 8d is provided.

これら第1乃至第4の連結部材6a〜6dは、バネ部材(弾性部材)からなり、各プレート8a〜8dとロータ3との間で伸縮(弾性変形)可能な状態で配置されている。   These first to fourth connecting members 6 a to 6 d are made of spring members (elastic members), and are arranged in a state where they can be expanded and contracted (elastically deformed) between the plates 8 a to 8 d and the rotor 3.

次に、上記回転駆動装置1の動作について図2(a)〜(d)を参照しながら説明する。
なお、図2(a)〜(d)は、上記回転駆動装置1の動作を説明するための模式図である。
Next, the operation of the rotary drive device 1 will be described with reference to FIGS.
2A to 2D are schematic diagrams for explaining the operation of the rotary drive device 1.

上記回転駆動装置1では、駆動電圧(交流電圧)を印加しないときには、上記図1に示すように、回転軸2の外周面に対してロータ3の孔部3Aの内周面が非接触な状態となっている。   In the rotary drive device 1, when no drive voltage (AC voltage) is applied, the inner peripheral surface of the hole 3 </ b> A of the rotor 3 is not in contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 as shown in FIG. 1. It has become.

上記回転駆動装置1では、駆動電圧(交流電圧)を印加するときに、上記第1の駆動素子5aと上記第2の駆動素子5bとの間で、逆位相の駆動電圧(交流電圧)を印加すると共に、上記第3の駆動素子5cと上記第2の駆動素子5dとの間で、逆位相の駆動電圧(交流電圧)を印加する。   In the rotary driving device 1, when a driving voltage (AC voltage) is applied, a driving voltage (AC voltage) having an opposite phase is applied between the first driving element 5a and the second driving element 5b. At the same time, a driving voltage (AC voltage) having an opposite phase is applied between the third driving element 5c and the second driving element 5d.

これにより、上記回転駆動装置1では、ロータ3を挟んで相対向する位置において、上記第1の駆動素子5aと上記第2の駆動素子5bとを互いに同期させながらX方向に振動させると共に、上記第3の駆動素子5cと上記第4の駆動素子5dとを互いに同期させながらY方向に振動させることができる。   Thereby, in the rotational drive device 1, the first drive element 5a and the second drive element 5b are vibrated in the X direction while being synchronized with each other at positions facing each other across the rotor 3. The third driving element 5c and the fourth driving element 5d can be vibrated in the Y direction while being synchronized with each other.

また、上記回転駆動装置1では、上記第1の駆動素子5aと上記第3の駆動素子5cとの間で、駆動電圧(交流電圧)の位相を90°ずらして印加する。同様に、上記第2の駆動素子5bと第4の駆動素子5dとの間で、駆動電圧(交流電圧)の位相を90°ずらして印加する。   In the rotary drive device 1, the phase of the drive voltage (AC voltage) is shifted by 90 ° between the first drive element 5 a and the third drive element 5 c. Similarly, the phase of the drive voltage (AC voltage) is shifted by 90 ° between the second drive element 5b and the fourth drive element 5d.

この場合、図2(a)〜(d)の順で示すように、各駆動素子5a〜5dの間で変化する剪断方向の変位量の差に応じて、回転軸2の外周面と孔部3Aの内周面とを摩擦接触させた状態で、回転軸2を中心にロータ3を旋回(公転)させることができる。そして、この回転駆動装置1では、ロータ3から回転軸2へと駆動力を伝達しながら、この回転軸2をロータ3とは逆回りに回転駆動させることが可能である。   In this case, as shown in the order of FIGS. 2A to 2D, the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the hole portion according to the difference in the displacement amount in the shear direction that changes between the drive elements 5 a to 5 d. The rotor 3 can be turned (revolved) about the rotating shaft 2 in a state in which the inner peripheral surface of 3A is in frictional contact. In the rotary drive device 1, the rotary shaft 2 can be driven to rotate in the direction opposite to the rotor 3 while transmitting a driving force from the rotor 3 to the rotary shaft 2.

また、上記回転駆動装置1では、上記第1乃至第4の接触子5a〜5dを共振点で振動させることが好ましい。これにより、回転軸2を更に効率良く回転駆動させることが可能である。   Moreover, in the said rotational drive apparatus 1, it is preferable to vibrate the said 1st thru | or 4th contacts 5a-5d at the resonance point. Thereby, it is possible to drive the rotating shaft 2 more efficiently.

なお、上記回転駆動装置1では、各駆動素子5a〜5dに印加される駆動電圧(交流電圧)の位相を逆向きとすることで、上記回転軸2を逆方向に回転駆動させることも可能である。   In the rotation drive device 1, the rotation shaft 2 can be driven to rotate in the opposite direction by setting the phase of the drive voltage (AC voltage) applied to each of the drive elements 5a to 5d in the opposite direction. is there.

また、上記回転駆動装置1では、上記回転軸2が回転している途中で、各駆動素子5a〜5dに印加される駆動電圧(交流電圧)を無印加とすることで、回転軸2の外周面に対してロータ3の孔部3Aの内周面を非接触な状態とし、回転軸2を惰性で回転させることができる。   Moreover, in the said rotational drive apparatus 1, while the said rotating shaft 2 is rotating, the outer periphery of the rotating shaft 2 is made by making the drive voltage (alternating current voltage) applied to each drive element 5a-5d non-apply. The inner peripheral surface of the hole 3A of the rotor 3 can be brought into a non-contact state with respect to the surface, and the rotary shaft 2 can be rotated with inertia.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態として図3に示すロボット装置100について説明する。
なお、図3は、このロボット装置100の概略構成を示す側面図である。
(Second Embodiment)
Next, a robot apparatus 100 shown in FIG. 3 will be described as a second embodiment.
FIG. 3 is a side view showing a schematic configuration of the robot apparatus 100.

このロボット装置100は、図3に示すように、アーム機構として、末節部101、中節部102及び関節部103を有しており、末節部101と中節部102とが関節部103を介して接続された構成になっている。関節部103には、軸支持部103a及び軸部103bが設けられている。軸支持部103aは、中節部102に固定されている。軸部103bは、軸支持部103aによって固定された状態で支持されている。   As shown in FIG. 3, the robot device 100 includes a terminal node portion 101, a middle node portion 102, and a joint portion 103 as arm mechanisms, and the terminal node portion 101 and the middle node portion 102 are interposed via the joint portion 103. Connected to each other. The joint portion 103 is provided with a shaft support portion 103a and a shaft portion 103b. The shaft support portion 103 a is fixed to the middle joint portion 102. The shaft portion 103b is supported in a state of being fixed by the shaft support portion 103a.

末節部101は、接続部101a及び歯車101bを有している。接続部101aには、関節部103の軸部103bが貫通した状態になっており、当該軸部103bを回転軸として末節部101が回転可能になっている。この歯車101bは、接続部101aに固定されたベベルギアである。接続部101aは、歯車101bと一体的に回転するようになっている。   The end node portion 101 includes a connecting portion 101a and a gear 101b. The shaft portion 103b of the joint portion 103 is penetrated through the connecting portion 101a, and the end node portion 101 is rotatable with the shaft portion 103b as a rotation axis. The gear 101b is a bevel gear fixed to the connecting portion 101a. The connecting portion 101a rotates integrally with the gear 101b.

中節部102は、筐体102a及びアクチュエータACTを有している。アクチュエータACTには、上記回転駆動装置1を用いることができる。このアクチュエータACTは、筐体102a内に設けられている。アクチュエータACTには、回転軸部材104aが取り付けられている。回転軸部材104aの先端には、歯車104bが設けられている。この歯車104bは、回転軸部材104aに固定されたベベルギアである。歯車104bは、上記の歯車101bとの間で噛み合った状態になっている。   The middle joint portion 102 includes a housing 102a and an actuator ACT. The rotary drive device 1 can be used for the actuator ACT. The actuator ACT is provided in the housing 102a. A rotary shaft member 104a is attached to the actuator ACT. A gear 104b is provided at the tip of the rotating shaft member 104a. The gear 104b is a bevel gear fixed to the rotating shaft member 104a. The gear 104b is in mesh with the gear 101b.

以上のような構成を有するロボット装置100では、アクチュエータACTの駆動によって回転軸部材104aが回転し、当該回転軸部材104aと一体的に歯車104bが回転する。   In the robot apparatus 100 having the above-described configuration, the rotation shaft member 104a rotates by driving the actuator ACT, and the gear 104b rotates integrally with the rotation shaft member 104a.

歯車104bの回転は、当該歯車104bと噛み合った歯車101bに伝達され、歯車101bが回転する。当該歯車101bが回転することで接続部101aも回転し、これにより末節部101が軸部103bを中心に回転する。   The rotation of the gear 104b is transmitted to the gear 101b meshed with the gear 104b, and the gear 101b rotates. As the gear 101b rotates, the connecting portion 101a also rotates, whereby the end node portion 101 rotates about the shaft portion 103b.

このロボット装置100では、アクチュエータACTに上記回転駆動装置1を用いることによって、例えば減速器を用いることなく直接末節部101を回転させることができる。さらに、このロボット装置100では、効率的に駆動力を伝達することが可能な構成となっているため、安定した動作を行うことができる。   In the robot apparatus 100, by using the rotary drive device 1 for the actuator ACT, the end node portion 101 can be directly rotated without using, for example, a speed reducer. Furthermore, since the robot apparatus 100 has a configuration capable of efficiently transmitting a driving force, stable operation can be performed.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態として図4に示す露光装置200について説明する。
なお、図4は、この露光装置200の概略構成を示す側面図である。
(Third embodiment)
Next, an exposure apparatus 200 shown in FIG. 4 will be described as a third embodiment.
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of the exposure apparatus 200.

この露光装置200は、露光対象であるウェハ(図示せず。)が載置される移動ステージ(ステージ機構)201と、この移動ステージ201の上に載置されたウェハに対して露光を行う露光光学系202とを概略備えている。   The exposure apparatus 200 performs exposure on a moving stage (stage mechanism) 201 on which a wafer (not shown) to be exposed is placed, and on the wafer placed on the moving stage 201. The optical system 202 is roughly provided.

移動ステージ201は、ウェハを少なくとも面内の直交する2方向に移動操作することが可能であり、この移動ステージ201を駆動するアクチュエータACTには、上記回転駆動装置1を用いることができる。   The moving stage 201 can move and operate the wafer in at least two directions orthogonal to each other in the plane, and the rotary driving device 1 can be used for the actuator ACT that drives the moving stage 201.

この露光装置200では、アクチュエータACTに上記回転駆動装置1を用いることによって、移動ステージ201上に載置されたウェハを移動操作することができる。さらに、この露光装置200では、効率的に駆動力を伝達することが可能な構成となっているため、安定した移動操作を行うことができる。   In the exposure apparatus 200, the rotary drive device 1 is used as the actuator ACT, so that the wafer placed on the moving stage 201 can be moved. Further, since the exposure apparatus 200 is configured to be able to efficiently transmit driving force, a stable moving operation can be performed.

なお、本発明は、上記第1乃至第3の実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The present invention is not necessarily limited to the first to third embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記駆動装置1では、上記第1の駆動素子5aと上記第3の駆動素子5cとの間、及び、上記第2の駆動素子5bと上記第4の駆動素子5dとの間で、上記駆動電圧(交流電圧)の位相を90°ずつずらして印加しているが、この場合に必ずしも限定されるものではない。すなわち、上記ロータ3に旋回(公転)させることが可能な範囲で、上記駆動電圧(交流電圧)の位相をずらすことも可能である。   For example, in the driving device 1, the first driving element 5a and the third driving element 5c, and the second driving element 5b and the fourth driving element 5d, Although the phase of the drive voltage (AC voltage) is shifted by 90 °, the present invention is not necessarily limited to this case. That is, the phase of the drive voltage (alternating voltage) can be shifted within a range in which the rotor 3 can be swung (revolved).

また、上記変位駆動部7は、上記ロータ3を上記回転軸2と直交する面内の互いに直交する2方向に変位駆動させる構成となっているが、このような構成に必ずしも限定されるものではなく、上記回転軸2と直交する面内の少なくとも交差する2方向においてロータ3を変位駆動させる構成であればよい。   The displacement driving unit 7 is configured to drive the rotor 3 in two directions orthogonal to each other in a plane orthogonal to the rotation shaft 2, but is not necessarily limited to such a configuration. Instead, any configuration may be used as long as the rotor 3 is driven to be displaced in at least two intersecting directions within a plane orthogonal to the rotation shaft 2.

また、上記駆動装置1では、軸線方向から見て正方形(正四角形)を為すロータ3とフレーム4との間に上記変位駆動部7が配置された構成となっているが、このような構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば正三角形や正五角形、正六角形、正八角形などの正多角形を為すロータ3とフレーム4との間に上記変位駆動部7を配置した構成とすることが可能である。   Further, the drive device 1 has a configuration in which the displacement drive unit 7 is disposed between the rotor 3 and the frame 4 that form a square (regular tetragon) when viewed from the axial direction. Although not necessarily limited, for example, the displacement driving unit 7 may be arranged between the frame 3 and the rotor 3 that forms a regular polygon such as a regular triangle, a regular pentagon, a regular hexagon, or a regular octagon. It is.

すなわち、上記変位駆動部7では、駆動素子の数を増やし、これら駆動素子の間で駆動電圧(交流電圧)の位相をずらして印加することも可能である。一般的に、駆動素子の数を増した場合、駆動素子を駆動するためのドライバ(アンプ)の数も増やす必要があるが、本発明を適用した上記回転駆動装置1では、上記第1及び第3の駆動素子5a,5cと上記第2及び第4の駆動素子5b,5dとの間で、逆位相の駆動電圧(交流電圧)を印加しながら、互いの振動を同期させている。したがって、この場合は、ドライバ(アンプ)の数を増やすことなく効率良く各駆動素子5a〜5dを駆動できるため、非常に低コストである。   That is, in the displacement drive unit 7, it is possible to increase the number of drive elements and apply the drive voltage (AC voltage) with a phase difference between the drive elements. Generally, when the number of drive elements is increased, it is necessary to increase the number of drivers (amplifiers) for driving the drive elements. However, in the rotary drive device 1 to which the present invention is applied, the first and second The vibrations of the three driving elements 5a and 5c and the second and fourth driving elements 5b and 5d are synchronized with each other while a driving voltage (AC voltage) having an opposite phase is applied. Therefore, in this case, each of the drive elements 5a to 5d can be driven efficiently without increasing the number of drivers (amplifiers), so that the cost is very low.

さらに、上記回転駆動装置1では、上記ロータ3及び上記変位駆動部7が、上記回転軸2の軸線方向に複数並んで配置された構成とすることも可能である。この場合、上記ロータ3及び上記変位駆動部7の数を増やすことによって、上記回転軸2に対する駆動力を更に高めることが可能である。   Further, in the rotary drive device 1, a plurality of the rotor 3 and the displacement drive unit 7 may be arranged side by side in the axial direction of the rotary shaft 2. In this case, it is possible to further increase the driving force for the rotating shaft 2 by increasing the number of the rotors 3 and the displacement driving units 7.

また、上記回転駆動装置1では、回転軸2の外周面と孔部3Aの内周面とを摩擦接触させることによって、ロータ3から回転軸2へと駆動力を伝達する構成となっているが、このような構成に必ずしも限定されるものではない。すなわち、回転軸2の外周面と孔部3Aの内周面との間で駆動力が伝達可能な状態であれば、例えば、回転軸2の外周面に設けられた外歯と、孔部3Aの内周面に設けられた内歯とを噛合させた状態で、ロータ3から回転軸2へと駆動力を伝達する構成とすることも可能である。   Further, the rotary drive device 1 is configured to transmit the driving force from the rotor 3 to the rotary shaft 2 by frictional contact between the outer peripheral surface of the rotary shaft 2 and the inner peripheral surface of the hole 3A. However, it is not necessarily limited to such a configuration. That is, if the driving force can be transmitted between the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the inner peripheral surface of the hole 3A, for example, the external teeth provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the hole 3A It is also possible to adopt a configuration in which a driving force is transmitted from the rotor 3 to the rotary shaft 2 in a state where the inner teeth provided on the inner peripheral surface of the rotor 3 are engaged.

また、上記回転駆動装置1では、上記回転軸2が回転している途中で、各駆動素子5a〜5dに印加される駆動電圧(交流電圧)の位相を逆向きとすることで、回転軸2の外周面と孔部3Aの内周面とを摩擦接触させた状態で、回転軸2の回転を減速又は停止させることが可能であるが、それ以外にも、回転軸2の回転を減速又は停止させるためのブレーキ機構を別途設けた構成とすることも可能である。   Further, in the rotary drive device 1, the phase of the drive voltage (AC voltage) applied to the drive elements 5 a to 5 d is reversed while the rotary shaft 2 is rotating, so that the rotary shaft 2 is reversed. It is possible to decelerate or stop the rotation of the rotating shaft 2 in a state in which the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the hole 3A are in frictional contact. It is also possible to adopt a configuration in which a brake mechanism for stopping is separately provided.

また、上記回転駆動装置1では、上記孔部3Aの内側に回転軸2が互いの中心軸を一致させた状態で配置されることによって、駆動電圧(交流電圧)を印加しないときには、回転軸2の外周面に対してロータ3の孔部3Aの内周面が非接触な状態となっているが、このような構成に必ずしも限定されるものではない。   Further, in the rotary drive device 1, the rotary shaft 2 is arranged inside the hole 3 </ b> A in a state in which the central axes thereof coincide with each other, so that when the drive voltage (alternating voltage) is not applied, the rotary shaft 2. Although the inner peripheral surface of the hole 3A of the rotor 3 is in a non-contact state with respect to the outer peripheral surface, the configuration is not necessarily limited to such a configuration.

例えば、互いの中心軸をずらした状態で上記孔部3Aの内側に回転軸2を配置することによって、駆動電圧(交流電圧)を印加しないときにおいても、回転軸2の外周面に対してロータ3の孔部3Aの内周面を接触させた状態とすることが可能である。この場合、駆動電圧(交流電圧)の無印加時に、回転軸2の停止状態を保持することができる。   For example, by disposing the rotating shaft 2 inside the hole 3A with the mutual center axes being shifted, the rotor with respect to the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 even when no driving voltage (AC voltage) is applied. It is possible to make it the state which the inner peripheral surface of 3 hole part 3A contacted. In this case, when the drive voltage (AC voltage) is not applied, the stopped state of the rotating shaft 2 can be maintained.

また、上記駆動素子5a〜5dについては、d15モードの圧電素子が好適に用いられるものの、上記ロータ3が変位する方向と平行な方向に振動するものであればよく、上述した圧電素子以外にも、例えば電歪素子や磁歪素子などを用いることも可能である。 As for the driving elements 5a to 5d, although the piezoelectric element d 15 mode is preferably used, as long as it vibrates in the direction parallel to the direction in which the rotor 3 is displaced, in addition piezoelectric element described above However, for example, an electrostrictive element or a magnetostrictive element can also be used.

さらに、上記回転駆動装置1は、上記ロボット装置100や上記露光装置200が備えるアクチュエータACT以外にも、様々な用途の駆動源として幅広く利用することが可能である。   Furthermore, the rotation drive device 1 can be widely used as a drive source for various purposes other than the actuator ACT provided in the robot device 100 and the exposure device 200.

1…回転駆動装置 2…回転軸 3…ロータ 3A…孔部 4…フレーム 5a…第1の駆動素子 5b…第2の駆動素子 5c…第3の駆動素子 5d…第4の駆動素子 6a…第1の連結部材 6b…第2の連結部材 6c…第3の連結部材 6d…第4の連結部材 7…変位駆動部 8a〜8d…プレート 100…ロボット装置 ACT…アクチュエータ 200…露光装置 201…移動ステージ(ステージ機構)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary drive device 2 ... Rotating shaft 3 ... Rotor 3A ... Hole 4 ... Frame 5a ... 1st drive element 5b ... 2nd drive element 5c ... 3rd drive element 5d ... 4th drive element 6a ... 1st DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Connection member 6b ... 2nd connection member 6c ... 3rd connection member 6d ... 4th connection member 7 ... Displacement drive part 8a-8d ... Plate 100 ... Robot apparatus ACT ... Actuator 200 ... Exposure apparatus 201 ... Moving stage (Stage mechanism)

Claims (12)

回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸よりも大きい径を有する孔部を有して、この孔部に前記回転軸を貫通させると共に、前記孔部の内周面と前記回転軸の外周面との間で駆動力が伝達可能な状態で、前記回転軸を中心に公転させることによって、前記回転軸を軸線回りに回転させるロータと、
前記ロータの周囲を囲む位置に配置されて、前記回転軸と直交する面内の少なくとも交差する2方向において前記ロータを変位駆動させる変位駆動部とを備え、
前記変位駆動部は、前記ロータが変位する方向と平行な方向に振動する駆動素子と、前記駆動素子と前記ロータとの間を連結する連結部材とを有することを特徴とする回転駆動装置。
A rotating shaft supported rotatably,
A hole having a diameter larger than that of the rotation shaft is provided, and the rotation shaft passes through the hole, and a driving force is transmitted between the inner peripheral surface of the hole and the outer peripheral surface of the rotation shaft. In a possible state, a rotor that revolves around the axis of rotation by revolving around the axis of rotation;
A displacement drive unit that is disposed at a position surrounding the periphery of the rotor and that drives the rotor to be displaced in at least two intersecting directions within a plane orthogonal to the rotation axis;
The displacement drive unit includes a drive element that vibrates in a direction parallel to a direction in which the rotor is displaced, and a connecting member that connects the drive element and the rotor.
前記変位駆動部は、前記ロータが変位する一の方向と平行な方向に振動する一方側の駆動素子と、前記ロータが変位する他の方向と平行な方向に振動する他方側の駆動素子との間で振動の位相をずらすことによって、前記ロータを前記回転軸を中心に公転させることを特徴とする請求項1に記載の回転駆動装置。   The displacement drive unit includes a drive element on one side that vibrates in a direction parallel to one direction in which the rotor is displaced, and a drive element on the other side that vibrates in a direction parallel to the other direction in which the rotor is displaced. The rotation drive device according to claim 1, wherein the rotor is revolved around the rotation axis by shifting a phase of vibration between the rotation shafts. 前記一方側の駆動素子と前記他方側の駆動素子と間における振動の位相差が90°であることを特徴とする請求項2に記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to claim 2, wherein a phase difference of vibration between the one side drive element and the other side drive element is 90 °. 前記変位駆動部は、前記回転軸と直交する面内の互いに直交する2方向において前記ロータを変位駆動させることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の回転駆動装置。   The rotation driving device according to claim 1, wherein the displacement driving unit drives the rotor to be displaced in two directions orthogonal to each other within a plane orthogonal to the rotation axis. 前記一方側の駆動素子及び/又は前記他方側の駆動素子は、前記ロータを挟んで相対向する位置に、対となる駆動素子が配置された構成を有し、
前記対となる駆動素子は、互いに同期しながら前記ロータが変位する一の方向又は他の方向と平行な方向に振動することを特徴とする請求項2〜4の何れか一項に記載の回転駆動装置。
The driving element on one side and / or the driving element on the other side has a configuration in which a pair of driving elements are arranged at positions facing each other across the rotor,
5. The rotation according to claim 2, wherein the pair of driving elements vibrate in one direction in which the rotor is displaced or in a direction parallel to the other direction while being synchronized with each other. Drive device.
前記一方側の駆動素子及び/又は前記他方側の駆動素子は、前記ロータが変位する一の方向及び/又は他の方向と平行な方向に複数の駆動素子が並んで配置された構成を有することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の回転駆動装置。   The drive element on the one side and / or the drive element on the other side has a configuration in which a plurality of drive elements are arranged side by side in one direction in which the rotor is displaced and / or in a direction parallel to the other direction. The rotation drive device according to any one of claims 1 to 5. 前記駆動素子には、d15モードで振動する圧電素子を用いることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の回転駆動装置。 Wherein the driving element, the rotary drive device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a piezoelectric element which vibrates at a d 15 mode. 前記駆動素子は、共振点で駆動されることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の回転駆動装置。   The rotational driving apparatus according to claim 1, wherein the driving element is driven at a resonance point. 前記ロータ及び変位駆動部が、前記回転軸の軸線方向に複数並んで配置されていることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to any one of claims 1 to 8, wherein a plurality of the rotor and the displacement drive unit are arranged side by side in the axial direction of the rotary shaft. 前記ロータの周囲を囲むフレームを備え、
前記駆動素子は、前記フレームの前記ロータと対向する面側に取り付けられていることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の回転駆動装置。
A frame surrounding the rotor,
The rotary drive device according to claim 1, wherein the drive element is attached to a surface side of the frame facing the rotor.
請求項1〜10の何れか一項に記載の回転駆動装置を用いたアクチュエータと、
前記アクチュエータにより駆動制御されるアーム機構とを備えたロボット装置。
An actuator using the rotational drive device according to any one of claims 1 to 10,
A robot apparatus comprising: an arm mechanism that is driven and controlled by the actuator.
請求項1〜10の何れか一項に記載の回転駆動装置を用いたアクチュエータと、
前記アクチュエータにより駆動制御されるステージ機構とを備えた露光装置。
An actuator using the rotational drive device according to any one of claims 1 to 10,
An exposure apparatus comprising a stage mechanism that is driven and controlled by the actuator.
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