JP2024055339A

JP2024055339A - 駆動ステージ

Info

Publication number: JP2024055339A
Application number: JP2022162178A
Authority: JP
Inventors: 友寿岩▲崎▼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2022-10-07
Filing date: 2022-10-07
Publication date: 2024-04-18
Also published as: CN117856655A; US20240120855A1

Abstract

【課題】振動子への負荷バランスが良く、故障が発生し難い駆動ステージを提供する。【解決手段】駆動ステージ１０は、駆動面１６を有するベース部１１と、押圧されて駆動面１６に駆動力を伝達する２つの振動子２０ａ，２０ｂを有し、ベース部１１に対して相対移動するテーブル部１２と、テーブル部１２の移動方向を案内する第１案内部１３と第２案内部１４と、を備え、第１案内部１３と第２案内部１４との間に２つの振動子２０ａ，２０ｂが配置され、２つの振動子２０ａ，２０ｂが押圧される方向が、第１案内部１３と第２案内部１４とが並ぶ方向で互いに逆である。【選択図】図２

Description

本発明は、駆動ステージに関する。

例えば、特許文献１に固定部に設けられた圧電素子により振動する第１の振動子及び第２の振動子を摩擦部材が設けられた可動部に押圧し、案内部材に沿った方向に可動部を動かす振動型モーターが開示されている。

特開２０１９－９７３４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の振動型モーターは、案内部材を挟み第１の振動子と第２の振動子とが配置され、摩擦部材を押圧する方向が同じ方向であるため、第１の振動子と第２の振動子との負荷バランスが悪くなった場合、故障する虞があった。

駆動ステージは、駆動面を有するベース部と、押圧されて前記駆動面に駆動力を伝達する２つの振動子を有し、前記ベース部に対して相対移動するテーブル部と、前記テーブル部の移動方向を案内する第１案内部と第２案内部と、を備え、前記第１案内部と前記第２案内部との間に前記２つの振動子が配置され、前記２つの振動子が押圧される方向が、前記第１案内部と前記第２案内部とが並ぶ方向で互いに逆である。

第１実施形態に係る駆動ステージの全体構成を示す斜視図。第１実施形態に係る駆動ステージの構成を示す平面図。図２中のＡ１－Ａ１線断面図。圧電モーターの構成を示す斜視図。振動子の構成を示す平面図。第２実施形態に係る駆動ステージの構成を示す平面図。図６中のＡ２－Ａ２線断面図。第３実施形態に係る駆動ステージの構成を示す平面図。図８中のＡ３－Ａ３線断面図。

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る駆動ステージ１０について、図１～図３を参照して説明する。
尚、説明の便宜上、以降の図４及び図５を除く各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。

本実施形態の駆動ステージ１０は、図１～図３に示すように、駆動面１６を有するベース部１１と、押圧されて駆動面１６に駆動力を伝達する２つの振動子２０ａ，２０ｂを有し、ベース部１１に対して相対移動するテーブル部１２と、を備えている。

ベース部１１は、テーブル部１２側である上面に、テーブル部１２をテーブル部１２の移動方向である矢印Ｌ方向に案内する第１案内部１３及び第２案内部１４と、テーブル部１２に設けられた第１圧電モーター１８及び第２圧電モーター１９の突起部３０が接触する駆動面１６を有する受圧部１７と、を備えている。

第１案内部１３及び第２案内部１４は、矢印Ｌ方向であるＸ方向に延在し、Ｙ方向に並んで配置されている。第１案内部１３及び第２案内部１４の側面には、テーブル部１２を正確に移動方向に移動させるためのガイドレール１５が設けられている。

受圧部１７は、２つあり、それぞれＸ方向に延在しＹ方向に並び、第１案内部１３と第２案内部１４との間に配置されている。受圧部１７は、硬質部１７ａと固定部１７ｂで構成され、案内部１３，１４と反対側に、圧電モーター１８，１９の突起部３０と接触する駆動面１６を有する硬質部１７ａが配置されている。尚、硬質部１７ａには、突起部３０と接触して変形や削れないように固定部１７ｂよりも固い材料が用いられる。

テーブル部１２は、ベース部１１側に開口する凹部１１ｃが設けられており、第１案内部１３と第２案内部１４との間で、凹部１１ｃ内のＸ方向中央部に第１圧電モーター１８及び第２圧電モーター１９が固定されている。尚、より具体的には、第１圧電モーター１８及び第２圧電モーター１９は、凹部１１ｃの内底面に設けられた保持部２８にネジ等で固定されている。

第１圧電モーター１８は、第１案内部１３側の受圧部１７の駆動面１６に第１圧電モーター１８の突起部３０を押圧した状態で固定されており、第１圧電モーター１８の振動子２０ａは、Ｙ方向マイナス側に押圧されている。また、第２圧電モーター１９は、第２案内部１４側の受圧部１７の駆動面１６に第２圧電モーター１９の突起部３０を押圧した状態で固定されており、第２圧電モーター１９の振動子２０ｂは、Ｙ方向プラス側に押圧されている。つまり、２つの振動子２０ａ，２０ｂが押圧される方向は、第１案内部１３と第２案内部１４とが並ぶ方向で互いに逆である。そのため、２つの振動子２０ａ，２０ｂに加わる負荷のバランスが悪くなっても、負荷を相殺することができ、故障の発生を低減することができる。尚、本実施形態では、２つの振動子２０ａ，２０ｂが押圧される方向は、互いに向かい合う方向である。

また、２つの案内部１３，１４の間に２つの圧電モーター１８，１９を配置することで、２つの案内部１３，１４の間隔を大きくすることができ、相対移動するベース部１１とテーブル部１２とのガタが小さくなり、２つの振動子２０ａ，２０ｂへの負荷集中も低減できるので、更に故障の発生を低減することができる。

テーブル部１２に設けられた凹部１１ｃのＹ方向両端には、案内部１３，１４に設けられたガイドレール１５と対向する位置に、テーブル部１２を正確に移動方向に移動させるためのガイドレール１５ａが設けられている。ベース部１１のガイドレール１５とテーブル部１２のガイドレール１５ａとの間には、テーブル部１２を移動方向に滑らかに移動させるためのベアリング２９が配置されている。

尚、本実施形態の駆動ステージ１０は、１対の圧電モーター１８，１９による構成であるが、これに限定されることはなく、Ｘ方向に並ぶ複数対の圧電モーター１８，１９による構成であっても構わない。

第１圧電モーター１８と第２圧電モーター１９の構造及び第１圧電モーター１８が備える振動子２０ａと第２圧電モーター１９が備える振動子２０ｂとは、全く同じなので、第１圧電モーター１８と振動子２０ａについて、図４及び図５を参照して説明する。

第１圧電モーター１８は、図４に示すように、振動子２０ａ、付勢部４５、固定部５０などから構成される。
振動子２０ａは、振動源となる圧電体を有する振動体２２や、振動体２２を保持する保持部２１などから構成される。振動体２２は、長方形状をなしている。尚、振動子２０ａの詳細は後述する。

付勢部４５は、振動子２０ａの上下に配置された、一対の平行バネ４４ａ，４４ｂから構成される。
平行バネ４４ａの一端は、固定部５０として一体となっており、平行バネ４４ａの他端は、振動子２０ａの保持部２１と接続している。
平行バネ４４ａには、振動体２２の短辺方向に延在する板バネ４１，４２が設けられており、ベース部１１の受圧部１７に対して突起部３０を押し付ける方向に振動子２０ａを付勢する。板バネ４１は、振動体２２の後端側に設けられた複数本の板バネであり、板バネ４２は、振動体２２の先端側に設けられた複数本の板バネである。振動子２０ａの背面に設けられる平行バネ４４ｂも同じ構成である。

平行バネ４４ａ，４４ｂは、振動子２０ａを上下から挟み込むように設けられており、振動子２０ａを振動体２２の長辺方向に付勢する構成となっている。換言すれば、付勢部４５は、振動体２２を含む保持部２１を、突起部３０の方向に付勢した状態で固定部５０に連結する。

固定部５０は、基材４８、及び平行バネ４４ａ，４４ｂなどから構成される。固定部５０は、ベースとなる基材４８の上下に、平行バネ４４ａと、平行バネ４４ｂとを重ね合わせて一体化されている。そして、２ヶ所のネジ穴３８で、テーブル部１２の保持部２８にネジ止め固定される。また、振動子２０ａにおける固定部５０とは反対側の端部は、保持部２１の上下に、平行バネ４４ａと、平行バネ４４ｂとが重ね合わせて一体化されている。

振動子２０ａは、図５に示すように、保持部２１と、振動体２２と、突起部３０と、を有している。保持部２１は、矩形をなしており、好適例として、シリコン基板を用いている。なお、好適例では、付勢部４５、固定部５０もシリコン基板を用いるが、これに限定するものではなく、同等の物性を有する材質であれば良く、例えば、金属を用いても良い。

振動体２２は、保持部２１内において長方形状に区画された部位であり、裏面側には、駆動用の圧電素子３１～３５が配置されている。詳しくは、振動体２２は、略矩形をなした保持部２１に設けられた３つの切欠き部２４，２５，２６により、略長方形に区画されている。そして、長方形の長辺の略中央に残された一対の支持腕２３ａ，２３ｂにより、保持部２１と接続している。また、支持腕２３ａ，２３ｂを通り、短辺方向に延在する線分を中心線２７とする。

振動体２２の一方の長辺に沿って、長方形の圧電素子３１，３２が配置されている。圧電素子３１と圧電素子３２とは、中心線２７に対して線対称の配置となっている。
同様に、振動体２２の他方の長辺に沿って、長方形の圧電素子３３，４４が配置されている。圧電素子３３と圧電素子３４とは、中心線２７に対して線対称の配置となっている。
そして、振動体２２の中央には、圧電素子３１と圧電素子３２とを繋げた長さの長方形の圧電素子３５が設けられている。

図５では、図示を省略しているが、圧電素子３１～３５の裏面には、圧電素子に駆動信号を供給するための電極、及び、配線が設けられている。振動体２２において対角に位置する、圧電素子３１と圧電素子３４には、電気的に同じ配線が接続される。同様に、圧電素子３２と圧電素子３３にも、電気的に同じ配線が接続される。圧電素子３５には、上記配線とは異なる配線が接続される。なお、圧電素子３１～３５の下層側には、共通の共通配線が設けられている。共通配線は、好適例において、グランド電位に接続している。

圧電素子３１，３４に供給される交流の駆動信号を第１駆動信号とする。圧電素子３２，３３には、第１駆動信号と１８０度位相を異ならせた第２駆動信号が供給される。そして、圧電素子３５には、第１駆動信号、第２駆動信号のいずれとも位相を異ならせた第３駆動信号が供給される。例えば、第３駆動信号として、第１駆動信号から９０度位相を異ならせた信号が供給される。

圧電素子３１～３５に対して、それぞれ上記駆動信号を供給することにより、振動体２２が長辺方向に伸縮振動しつつ、短辺方向に屈曲振動する。換言すれば、圧電素子３１～３５は、基板の面において面内振動する。そして、これらの振動が合成されると、例えば、突起部３０の先端が時計回り又は反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動をする。このような突起部３０の楕円運動によってテーブル部１２が矢印Ｌ方向に移動する。

上述したように本実施形態の駆動ステージ１０は、２つの案内部１３，１４の間に２つの圧電モーター１８，１９を配置することで、２つの案内部１３，１４の間隔を大きくすることができ、相対移動するベース部１１とテーブル部１２とのガタが小さくなり、２つの振動子２０ａ，２０ｂへの負荷集中も低減できるので、故障の発生を低減することができる。
また、２つの振動子２０ａ，２０ｂが押圧される方向は、２つの案内部１３，１４が並ぶ方向で互いに逆である。そのため、２つの振動子２０ａ，２０ｂに加わる負荷のバランスが悪くなっても、負荷を相殺することができ、故障の発生を更に低減することができる。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る駆動ステージ１０ａについて、図６及び図７を参照して説明する。

本実施形態の駆動ステージ１０ａは、第１実施形態の駆動ステージ１０に比べ、２つの受圧部１７の配置位置と２つの圧電モーター１８，１９の押圧方向が異なること以外は、第１実施形態の駆動ステージ１０と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図６及び図７では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の駆動ステージ１０ａは、図６及び図７に示すように、ベース部１１ａに設けられた２つの受圧部１７がテーブル部１２ａに設けられた第１圧電モーター１８と第２圧電モーター１９との間に配置されている。また、第１案内部１３側に配置された受圧部１７の駆動面１６が第１圧電モーター１８側になるように配置され、第２案内部１４側に配置された受圧部１７の駆動面１６が第２圧電モーター１９側になるように配置されている。

第１圧電モーター１８は、第１案内部１３側の受圧部１７の駆動面１６に第１圧電モーター１８の突起部３０を押圧した状態で固定されており、第１圧電モーター１８の振動子２０ａは、Ｙ方向プラス側に押圧されている。また、第２圧電モーター１９は、第２案内部１４側の受圧部１７の駆動面１６に第２圧電モーター１９の突起部３０を押圧した状態で固定されており、第２圧電モーター１９の振動子２０ｂは、Ｙ方向マイナス側に押圧されている。つまり、２つの振動子２０ａ，２０ｂが押圧される方向は、第１案内部１３と第２案内部１４とが並ぶ方向で互いに逆であり、互いに背中合わせの方向である。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果が得られる。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る駆動ステージ１０ｂについて、図８及び図９を参照して説明する。

本実施形態の駆動ステージ１０ｂは、第１実施形態の駆動ステージ１０に比べ、ベース部１１ｂ、テーブル部１２ｂ、第１案内部１３ｂ、第２案内部１４ｂ、及び受圧部１７ｃの構造と、テーブル部１２ｂの移動方向が異なること以外は、第１実施形態の駆動ステージ１０と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、図８及び図９では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の駆動ステージ１０ｂは、図８及び図９に示すように、案内部６０と受圧部１７ｃが設けられたベース部１１ｂと、第１圧電モーター１８及び第２圧電モーター１９が固定されたテーブル部１２ｂと、を有し、テーブル部１２ｂは、第１圧電モーター１８及び第２圧電モーター１９を駆動することで矢印Ｒ方向に回転移動する。

ベース部１１ｂは、円盤状であり、テーブル部１２ｂ側である上面に、テーブル部１２ｂをテーブル部１２ｂの移動方向である矢印Ｒ方向に案内する第１案内部１３ｂと第２案内部１４ｂとが円環状に繋がった案内部６０と、テーブル部１２ｂに設けられた第１圧電モーター１８及び第２圧電モーター１９の突起部３０が接触する受圧部１７ｃと、が設けられている。

テーブル部１２ｂは、円盤状であり、ベース部１１ｂ側に開口する円状の凹部１１ｄが設けられており、第１案内部１３ｂと第２案内部１４ｂとの間で、凹部１１ｄ内のＸ方向中央部に第１圧電モーター１８と第２圧電モーター１９とがＹ方向に並んで固定されている。

第１圧電モーター１８は、第１案内部１３ｂ側の受圧部１７ｃの駆動面１６ｂに第１圧電モーター１８の突起部３０を押圧した状態で固定されており、第１圧電モーター１８の振動子２０ａは、Ｙ方向マイナス側に押圧されている。また、第２圧電モーター１９は、第２案内部１４ｂ側の受圧部１７ｃの駆動面１６ｂに第２圧電モーター１９の突起部３０を押圧した状態で固定されており、第２圧電モーター１９の振動子２０ｂは、Ｙ方向プラス側に押圧されている。つまり、２つの振動子２０ａ，２０ｂが押圧される方向は、第１案内部１３ｂと第２案内部１４ｂとが並ぶ方向で互いに逆であり、互いに向かい合う方向である。

このような構成とすることで、前述した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。

１０，１０ａ，１０ｂ…駆動ステージ、１１…ベース部、１１ｃ…凹部、１２…テーブル部、１３…第１案内部、１４…第２案内部、１５，１５ａ…ガイドレール、１６…駆動面、１７…受圧部、１７ａ…硬質部、１７ｂ…固定部、１８…第１圧電モーター、１９…第２圧電モーター、２０ａ，２０ｂ…振動子、２１…保持部、２２…振動体、２３ａ，２３ｂ…支持腕、２４，２５，２６…切欠き部、２７…中心線、２８…保持部、２９…ベアリング、３０…突起部、３１，３２，３３，３４，３５…圧電素子、３８…ネジ穴、４１，４２…板バネ、４４ａ，４４ｂ…平行バネ、４５…付勢部、４８…基材、５０…固定部、Ｌ，Ｒ…矢印。

Claims

駆動面を有するベース部と、
押圧されて前記駆動面に駆動力を伝達する２つの振動子を有し、前記ベース部に対して相対移動するテーブル部と、
前記テーブル部の移動方向を案内する第１案内部と第２案内部と、を備え、
前記第１案内部と前記第２案内部との間に前記２つの振動子が配置され、
前記２つの振動子が押圧される方向が、前記第１案内部と前記第２案内部とが並ぶ方向で互いに逆である、
駆動ステージ。
前記２つの振動子が押圧される方向が、互いに向かい合う方向である、
請求項１に記載の駆動ステージ。
前記２つの振動子が押圧される方向が、互いに背中合わせの方向である、
請求項１に記載の駆動ステージ。
前記第１案内部と前記第２案内部とは、円環状に繋がっている、
請求項１に記載の駆動ステージ。