JP4284093B2

JP4284093B2 - 超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置

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Publication number: JP4284093B2
Application number: JP2003089422A
Authority: JP
Inventors: 光徳織田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-03-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータを駆動源とし、移動体を往復運動させる案内装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ上に焼き付けられたチップの顕微鏡検査は、顕微鏡装置に付属するＸＹステージ上にウェハを置き、検査者が希望の視野が得られるようＸＹステージを操作して目視検査する方法が一般的である。
【０００３】
この種のＸＹステージの駆動源としては、従来、ステッピングモータまたはロータリーエンコーダ付きのサーボモータ等を用い、その回転運動をボールねじ等を介して直線運動に変換する形式のものが一般的であった。しかし、これらのモータを駆動源として用いた場合、その構造上ＸＹステージをコンパクトにすることができず、これにより顕微鏡装置自体を小型化することが困難であった。
【０００４】
そこで新たな駆動源として、図３に示したような、超音波モータを用いた案内装置が考案されている。この案内装置は、ベース基盤１７に設置されたクロスローラガイド等の一対のガイド部材１２と、この一対のガイド部材１２によって一方向へ直線的に案内されるステージ１１を有する。ベース基盤１７上に配置された超音波モータ１３は、ステージ１１にガイド部材１２と平行に固定された摩擦部材１４に当接している。
【０００５】
このように、超音波モータを用いた場合、駆動源を比較的コンパクトに設置することが可能となるので、案内装置全体を小型化することが容易になる。
【０００６】
超音波モータとしては、従来より様々な構造が提案されているが、一例として図３に示すような構造が挙げられる。この超音波モータ１３は圧電素子１３ｂより構成される振動体１３ｃと、振動体１３ｃの端面に一体形成された摩擦部材１３ａとから構成される。モータを駆動させるには、所定の交流電圧を電極１３ｄおよび導線１３ｅを介して圧電素子１３ｂへ印加する。交流電圧の印加によって圧電素子１３ｂは振動し、その振動は摩擦部材１３ａへ伝達され、摩擦部材１３ａの先端が楕円軌道を描くよう設計されている。この時、摩擦部材１３ａが押し当てられている案内装置の摩擦部材１４との間に発生する摩擦力により、摩擦部材１３ａ先端の動きが伝達され、ステージを駆動することができる。
【０００７】
超音波モータは上記のような、サーボモータ等には見られない特殊な動作を有するが、適切な制御を行うことにより、従来のモータと遜色無い駆動源として使用できることが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際の半導体検査装置に用いられる案内装置においては、上記構成に比べ簡便な構成とした案内装置も使用されている。例えば、試料交換時のみに使用される搬送装置等がこれに相当する。これらは一般に上記ＸＹステージに比べるとさほど精密な位置決めは要求されない。従って、通常はサーボモータあるいはパルスモータ等を、案内装置側の位置検出手段なしに単独で駆動させる、いわゆるオープンループ方式が採用されている。
【０００９】
しかしながら、従来超音波モータを用いた案内装置の構成としては、上記に説明したような、リニアスケール等の位置検出手段を配置し、位置検出手段からの位置情報をフィードバックして超音波モータの駆動信号を制御するクローズドループ方式が一般的であり、位置情報をフィードバックせずにモータを駆動するオープンループ方式での使用は殆ど見られない。これは超音波モータが摩擦駆動方式であるため、重量の大きな案内装置を駆動する場合、静止摩擦力に抗するための駆動開始時にモータへ与える指令信号と、移動中の指令信号に大きな差があり、オープンループ方式では安定した駆動状態が得られにくいといった問題があるためである。また、超音波モータの摩擦部材１３ａおよび案内装置の摩擦部材１４は駆動回数を経るにつれて徐々に摩耗するため、一定の駆動条件を得るために超音波モータへ与えるべき指令信号は装置の使用期間とともに経時変化する恐れもあった。
【００１０】
また、最悪の場合、モータに過度な指令信号を与えることでモータが故障してしまう恐れもあった。
【００１１】
従って、超音波モータを上記搬送装置等に適用した場合、設置寸法等の点で従来のパルスモータ等を用いた場合に比べ利点があるものの、クローズドループを構成するためのリニアスケール等の位置検出手段と専用のコントローラが必要となり、システム構成が複雑かつ高価となってしまう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置は、
移動体を駆動する超音波モータと、
該超音波モータを駆動する制御電圧を出力する制御手段と、
前記移動体の可動範囲の両端に配置され移動体が達したことを検出して前記制御手段に出力する２つのリミットセンサと、
前記可動範囲内の特定の位置に配置され移動体が存在することを検出して前記制御手段に出力する少なくとも１つ以上の中間点センサとを有し、
前記移動体が、目標とする前記リミットセンサのいずれかに移動する命令に対し、予め、現在のリミットセンサ又は中間点センサの何れか１つの検出から他のリミットセンサ又は中間点センサの１つ又は複数を検出するまでの所要時間を計測し、該計測値を基準に、前記超音波モータへの制御電圧値を変化させることを特徴とする超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置を提供する。
【００１３】
ここで、制御電圧値を変化させる具体的方法としては、以下の（１）〜（３）の何れかのように制御している。
（１）制御電圧値を以下のように所定の割合で時間に比例して変化させる方法
例えば、以下の式のように制御する。
実際の制御電圧値＝Ｖｒｅｆ＋ｄＶ（Ｔ−Ｔ０）
Ｖｒｅｆ：オープンループ方式で超音波モータを駆動させる場合の制御電圧値
ｄＶ：タイマ周期毎の制御電圧値Ｖｒｅｆを増加、減少させる変化値
Ｔ０：異常終了するまでの制限時間
Ｔ：所要時間
（２）２次曲線的に変化させる方法
例えば、以下の式のように制御する。
実際の制御電圧値＝Ｖｒｅｆ＋ｄＶ（Ｔ−Ｔ０）²
（３）不連続で電圧を変化させる方法
例えば、Ｔ＝ｍＴ０（ｍ＝１，２，３，・・・）の時刻において、制御電圧にｄＶ値を加える。
実際の制御電圧値＝Ｖｒｅｆ＋ｄＶ［Ｔ／Ｔ０］
但し、［Ｔ／Ｔ０］はＴ／Ｔ０を超えない最大の整数を表す。この場合、ｄＶは（１）で用いるものより大きな値でも良い。リミットセンサ間の距離が長い案内装置では、（１）や（２）の方法では制御電圧が大きくなりすぎる恐れがあるので、この方法の方が良い。
【００１４】
また、前記所要時間が所定の制限時間を超えた場合、前記超音波モータへの制御電圧値を変化させて目標とする前記リミットセンサに移動体を移動させることを特徴とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
さらに、前記移動体の移動方向に沿って、前記リミットセンサ又は中間点センサの検出電圧値を順次、Ｓ０、Ｓ１、．．．、Ｓｎとし、前記移動体の移動方向に対する現在の移動体の位置Ｄで、前記制御手段が、
Ｓｋ ≦ Ｄ＜Ｓｋ＋１（０≦ｋ≦ｎ−１）
または
Ｓｋ−１＜Ｄ ≦ Ｓｋ（１≦ｋ≦ｎ）
となる検出電圧値Ｓｋを検出できない場合は、前記移動体を駆動する前に、以下の（ａ）〜（ｄ）の処理により検出電圧値Ｓｋを検出することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
（ａ）前記超音波モータに前記制御電圧値を出力する。
（ｂ）前記検出電圧値Ｓｋが検出されるかを監視する。
（ｃ）予め、前記リミットセンサ又は中間点センサ間を移動する所要時間Ｔを計測し、前記所要時間Ｔが（ａ）の処理から所定の制限時間Ｔ１の時間を超えた場合、前記超音波モータへの制御電圧値を変化させる。
（ｄ）前記検出信号Ｓｋを検出するまで（ｃ）の処理を繰り返す。
【００１６】
さらに、前記（ｃ）の処理において、前記所要時間Ｔが所定の制限時間Ｔ１の時間内であり、かつ、前記制限時間Ｔ１が所定の制限時間Ｔ０を超えた場合、異常とみなして終了することを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記移動体が停止している状態で、前記制御手段が前記検出信号Ｓｋを検出し、かつ、目標とする前記リミットセンサに移動体が到達していないと判断した場合、前記（ａ）〜（ｄ）の処理後に、以下の（ｅ）〜（ｇ）の処理により前記超音波モータへ出力する前記制御電圧値としての基準制御電圧値を計測したことを特徴とする。
（ｅ）前記検出信号Ｓｋの検出状態を監視する。
（ｆ）（ｅ）で前記検出信号Ｓｋを検出した場合に、前記超音波モータへ出力する制御電圧値を所定の割合で変化させる。
（ｇ）前記移動体が始動して検出信号Ｓｋが検出されない瞬間の前記超音波モータに出力する制御電圧値の絶対値を基準制御電圧値とする。
【００１８】
また、前記移動体が特定のリミットセンサ又は中間点センサの１つを通過する所要時間Ｔ２を予め計測し、該所要時間Ｔ２が所定の制限時間Ｔ’以内である場合、前記超音波モータへ前記基準制御電圧値に設定することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置に用いられるコントローラ内部でのソフトウェア処理フローチャートを示した図である。また、図２は本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置の構成を示した図である。
【００２０】
本発明においては、リニアスケール等の精密な位置検出手段を用いず、簡便な装置構成によりオープンループ方式で超音波モータを安全に使用した案内装置を提供するものである。
【００２１】
本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置の一例として、図２に示した１軸のステージ装置を説明する。このステージ装置は、ベース基盤１７に設置されたクロスローラガイド等の一対のガイド部材１２と、この一対のガイド部材１２によって一方向へ直線的に案内されるステージ１１を有する。また、ベース基盤１７上には超音波モータ１３が配置され、この超音波モータ１３は、ステージ１１にガイド部材１２と平行に固定された摩擦部材１４に当接している。
【００２２】
さらに、ベース基盤１７には２つのリミットセンサ１５ａ、１５ｅおよび３つの中間点センサ１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ（以下、あわせて「センサ」というときもある。）の計５個の光学センサが一列に設置されている。なお、この中間点センサ１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは３つで構成されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つでも構わないし、３つ以上でも良い。
【００２３】
このセンサ１５ａ〜１５ｅの検出部をステージ１１側に設置された遮光板１６が遮ることで、ステージ１１が該当するセンサ１５ａ〜１５ｅの検出範囲内に存在することを検出できる。
【００２４】
このステージ装置に要求される動作は、２つのリミットセンサ１５ａ、１５ｅ間の単純な往復運動のみとした。なお、ステージ１１の移動方向として、リミットセンサ１５ａからリミットセンサ１５ｅの方向に向かって移動する場合を「プラス方向」、リミットセンサ１５ｅからリミットセンサ１５ａの方向に向かって移動する場合を「マイナス方向」と呼ぶことにする。
【００２５】
また、ステージ装置にはコントローラ２１が接続されている。コントローラ２１は、超音波モータ１３を駆動するため、超音波モータ１３に対し出力信号としての制御電圧２２を印加する。さらに５つのセンサからの検出信号２３を受け取り、ステージ１１の現在位置を検出する。
【００２６】
制御電圧２２の絶対値および符号は、それぞれ超音波モータ１３の駆動力および駆動方向を決定する。また、コントローラ２１には記憶手段としてのメモリ２４が実装されており、メモリ２４には以下に示す６個のパラメータＶｒｅｆ，ｄＶ，Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２が格納されている。
【００２７】
Ｖｒｅｆ：オープンループ方式で超音波モータを駆動させる場合の制御電圧値
ｄＶ：タイマ周期毎の制御電圧値Ｖｒｅｆを増加、減少させる変化値
Ｔ０：異常終了するまでの制限時間
Ｔ１：隣接する各センサ間を移動体が移動する制限時間
Ｔ２：中間点センサＳ１〜Ｓ３の１つを遮光板が通過する所要時間
なお、ＶｒｅｆおよびｄＶはいずれも正数値である。また、ステージ１１をマイナス方向へ移動させる場合は−符号を付けて使用する。
【００２８】
さらに、コントローラ２１には時間を計測するためのタイマ２５が内蔵されており、時間Ｔ０〜Ｔ２との比較判断を実現する。実際の制御プログラムでは、処理の簡略化のため一定の周期でカウンタを計数し、カウンタ値を使った時間判定を行うことが多い。以下の例においても、パラメータＴ０、Ｔ１，Ｔ２はいずれもタイマカウンタの周期単位の値としてある。
【００２９】
本発明におけるステージ装置の具体的な動作手順を図１に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、各手順を簡単のため図中の記号Ｐによって略記する。また、５つのセンサ１５ａ〜１５ｅの信号の状態は、コントローラ２１内部でソフトウェア変数として処理される。以下の説明においては、この変数をＸとし、Ｘはステージがセンサ１５ａよりセンサ１５ｅに移動する伴ってＳ０〜Ｓ４の５種類（それぞれセンサ１５ａ〜１５ｅを検出した状態）、および０（いずれのセンサも非検出の状態）の計６種類の値を取り得るものとする。
【００３０】
なお、以下で説明する動作は「リミットセンサ１５ａへの移動」すなわち状態Ｓ０の検出を目的とする。もう一方のリミットセンサ１５ｅへの移動は各手順での移動方向に関する記述や制御電圧の符号が逆になるだけで以下の説明内容とまったく同様であるので説明は省略する。
【００３１】
はじめに、Ｐ００１でメモリからパラメータＶｒｅｆ、ｄＶ、Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２を読み込む。次いでＰ００２において現在の各センサの検出状態を確認する。この時点で既にＳ０を検出していれば（Ｐ００４、Ｐ００７）移動の必要はないのでそのまま正常終了とする（Ｐ００９）。Ｓ０〜Ｓ４のいずれの状態も検出できなかった場合（Ｐ００５）、ステージ１１の位置を特定するため次の［ステップＡ］の手順を実行する。一方、いずれかの状態（但しＳ０以外）を検出している場合（Ｐ００６）は、［ステップＢ］の手順を開始する。
［ステップＡ］の手順
［ステップＡ］に入る前に、まず現在のステージ１１の位置に最も近いいずれかのセンサ１５ａ〜１５ｅを検出する。ここでは、ステージ１１をマイナス方向へ移動させながら、ステージ１１の現在位置Ｄに対して
Ｓｋ ≦ Ｄ＜Ｓｋ＋１（0≦ｋ≦3）
となるセンサ状態Ｓｋを検出する。但し、ステージ１１をプラス方向に移動させる場合には
Ｓｋ−１＜Ｄ ≦ Ｓｋ（１≦ｋ≦ｎ）
となるセンサ状態Ｓｋを検出する。
【００３２】
そして、ステップＡになり、まず、超音波モータ１３に制御電圧−Ｖｒｅｆを印加して駆動させ（Ｐ１０１）、ステージ１１をマイナス方向へ移動させる。同時にタイマをスタートし、移動開始からの所要時間Ｔを計測する（Ｐ１０２）。以後、タイマ周期毎にセンサ１５ｂ〜１５ｄの検出状態を監視し（Ｐ１０３、Ｐ１０４）、隣接するいずれかのセンサ１５ｂ〜１５ｄを検出した場合には、その時点で制御電圧Ｖｒｅｆをゼロにして一旦ステージを停止させる（Ｐ１０５）。
【００３３】
いずれかのセンサ１５ｂ〜１５ｄを検出しない場合（Ｐ１０６）、制限時間Ｔ１を経過しても、いずれのセンサ１５ｂ〜１５ｄも検出できない場合（Ｐ１０７）、超音波モータ１３の駆動力不足が想定されるので、現在の制御電圧に−ｄＶを加算して処理を継続する（Ｐ１０８）。さらに制限時間Ｔ０を経過した場合（Ｐ１０９）、直ちに停止し、異常終了（Ｐ９０２）とする。
【００３４】
制限時間Ｔ１以内である場合はＰ１０３、Ｐ１０４、Ｐ１０６を繰り返し、いずれかのセンサ１５ｂ〜１５ｄを検出した場合（ここではＳ０〜Ｓ４のいずれか）、ステージ１１を停止し、Ｓ０が検出されない場合には、次の［ステップＢ］へ進む（Ｐ００６）。特にＳ０を検出している場合は目標位置へ到達したので正常終了（Ｐ００９）する。
［ステップＢ］の手順
［ステップＢ］においては、オープンループ駆動時の制御電圧値Ｖｒｅｆを更新して基準制御電圧値とする。上述の通り、超音波モータ１３は移動体を動かす摩擦部材の摩耗等によって駆動力が経時変化するため、最適な駆動力を得るための制御電圧も変動する。従って、常に最新の駆動条件を把握するために本ステップを実行する必要がある。
【００３５】
制御電圧をゼロからタイマ周期毎に−ｄＶずつ変化させながら、センサの検出状態を監視する（Ｐ２０２、Ｐ２０３、Ｐ２０４）。［ステップＢ］の開始時点で検出していたセンサがＯＦＦ（変数Ｘの値が０）になった瞬間の制御電圧の絶対値を新しいＶｒｅｆとしてメモリ２４に記憶する（Ｐ２０５）。［ステップＡ］と同様、制限時間Ｔ０を経過してもセンサの検出状態が変化しなかった場合（Ｐ２０６）は異常終了（Ｐ９０２）とする。
【００３６】
図４は、上述の［ステップＢ］におけるＶｒｅｆの測定方法を模式図により説明したものである。センサ１５を検出してステージ１１が停止している状態（図中(a) の状態）から、遮光板１６が完全にセンサ１５より外れるまで（図中(c)の状態）の間、一定割合で制御電圧を増加させる。制御電圧値とステージ１１の速度の変化を示したグラフに見られるように、制御電圧値が低い状態においてはステージ１１は全く動かず、ある電圧を超えたあたりから急に動き始めることがわかる。これは上述の通り摩擦駆動方式特有の現象で、このステージが動き始めるまでの状態を超音波モータの「不感帯」と呼んでいる。
【００３７】
この不感帯はモータの負荷（ステージ１１の重量など）や摩擦部材の接触面状態により変化する。ステージ１１を安定して移動させるには、制御電圧値を少なくともこの不感帯を上回る領域に設定しなければならない。しかしながら、オープンループ方式ではステージ１１の位置を正確にすることが不可能であるため、通常不感帯を測定することができない。本発明ではこの［ステップＢ］の手順によってその概略値を測定し、制御電圧値を決定することができる。
【００３８】
なお、遮光板１６の幅がセンサ１５の検出範囲に比べて大きい場合、センサ１５を通過するのに要する時間が長くなり、結果として制御電圧値を過大に測定してしまう可能性がある。従って、遮光板１６の寸法を適切に調整する必要がある。通常、その幅をセンサ１５の検出幅と概略同程度の寸法とするのが望ましい。
【００３９】
以上の手順によりＶｒｅｆ値を更新したら制御電圧をそのまま維持して、次の［ステップＣ］へ進む。
［ステップＣ］の手順
［ステップＣ］においては、各センサ間をステップＢで測定した適切な制御電圧値の絶対値で、最終目標のリミットセンサ１５ａ（状態Ｓ０）を検出するまで移動させる。
【００４０】
まず、各センサ１５ｂ〜１５ｅ間の通過に要した所要時間Ｔを計測するため、タイマをスタートさせた後（Ｐ３０１）、タイマ周期毎にセンサ１５ｂ〜１５ｅの検出状態を調べる（Ｐ３０２，Ｐ３０３）。そして、次のセンサ１５ｂ〜１５ｅを検出した場合（Ｐ３０４）、それが最終目標のＳ０であるなら（Ｐ３０５）正常終了（Ｐ００９）とし、それ以外なら（Ｐ３０６）［ステップＤ］へ進む。制限時間Ｔ１’（Ｔ１’は隣接する各センサ間を移動体１１が移動する制限時間と定義するが、これに限定されるものではなく、複数のセンサ間を通過する時間を定義しても良い）を経過してもいずれのセンサ１５ｂ〜１５ｅも検出できなかった場合（Ｐ３０７）、それ以降タイマ周期あたりｄＶの割合で制御電圧の絶対値を増加させる（Ｐ３０８）。また、制限時間Ｔ０経過してもセンサの検出状態が変化しなかった場合（Ｐ３０９）は異常終了（Ｐ９０２）とする。
［ステップＤ］の手順
［ステップＤ］においては、［ステップＣ］で検出したセンサを通過（検出中のセンサがＯＦＦになるまで移動）するまでの時間を計測し、現在の制御電圧を調節する。
【００４１】
まず、時間計測のためのタイマをスタートする（Ｐ４０１）。タイマ周期毎のセンサの検出状態を調べ（Ｐ４０２、Ｐ４０３）、現在検出しているセンサがＯＦＦ（いずれのセンサも検出されない状態）になるまでの時間を調べる。仮に、この所要時間Ｔ’が制限時間Ｔ２以下の場合は、制御電圧の絶対値を基準制御電圧値Ｖｒｅｆに戻す（Ｐ４０６）。前項［ステップＣ］ではＰ３０８を繰り返すことにより制御電圧を過大に増加させてしまう可能性がある。このステップＤはこの過大電圧に対する補正処理を行う。すなわち、ステージ１１の移動速度を抑えることで、目標位置での急激な停止に伴うステージ機構の破損や摩擦部材の異常摩耗を防止する。
【００４２】
［ステップＣ］および［ステップＤ］は、最終目標のＳ０を検出するまで交互に繰り返されることになる。
【００４３】
なお、上記説明では省略したが、［ステップＢ］や［ステップＣ］において、必要以上に制御電圧を増加させないよう、適宜、制限時間Ｔ０、Ｔ１の値を調整する必要がある。また、場合によっては、制御電圧値の絶対値の上限を設定しておき、上限に達した場合はそれ以上のｄＶ加算を実行しないようなアルゴリズムを用いても良い。
【００４４】
さらに、上記説明ではＶｒｅｆやｄＶ値を移動方向に関係なく共通の値として用いるものと扱っているが、これらを移動方向別のパラメータとして管理しても良い。この方法は、例えば上下動を実現するＺ軸ステージなど、移動方向によって駆動力に大きな違いが生じることが予想されるステージ装置等に適用する場合に有効である。
【００４５】
また、上記説明では中間点センサ３個を直線上に配置して用いた案内装置についてのみ記述しているが、移動限界を検出するためのリミットセンサ、及び少なくとも１つ以上の中間点センサより構成される限り、センサの配置状態は本発明の主旨をまったく限定しない。例えば、信頼性を高めるためにセンサ個数を多くして各センサ間の距離を短くしても良い。望ましくは、できる限り各センサ間の距離が極端に離れないよう配置すべきである。センサ間の距離が長くなると、制限時間の設定が困難になり、安定した駆動条件を得ることが難しくなる恐れがある。なお、装置の設計上、センサ１５ａ〜１５ｅ間の距離を均等にできない場合は、例えば制限時間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ１’，Ｔ２，Ｔ２’を各センサ１５ａ〜１５ｅ及びセンサ１５ａ〜１５ｅ間毎に固有のパラメータとして管理する等の方法で対処することができる。
【００４６】
さらに、上記説明ではコントローラ２１内でセンサ１５ａ〜１５ｅの状態を個々のセンサ１５ａ〜１５ｅのＯＮ／ＯＦＦと一対一で対応させて管理しているが、例えば、複数のセンサ１５ａ〜１５ｅの信号状態を読み取り、その論理和あるいは論理積として管理しても良い。こうすることで、少ない個数のセンサでより正確な移動制御を実現することもできる。
【００４７】
【実施例】
上記ステップＡ〜Ｄの手順に基づいてステージを駆動させた場合のステージ速度の変動を図６に示した。図中には比較実験として、制御電圧を一定で駆動させた場合の挙動も併せて示した。ここで各パラメータの値は、
Ｖｒｅｆ＝1600mV（実験開始時点での値）
ｄＶ＝50mV
Ｔ０＝5000msec
Ｔ１＝1000msec
Ｔ２＝500msec
とし、タイマ周期は10msecとした。また、比較実験における一定制御電圧の値は本実験開始時点でのＶｒｅｆの値と同じ1600mVとした。
【００４８】
実験は、ステージを２つの中間点センサ１５ｄ，１５ｃ間に停止させた状態からリミットセンサ１５ａへ移動させる動作を１０００回繰り返した。
【００４９】
本発明では、１０００回繰り返した後も正常に動作を実行しているのに対して、比較実験の例では１０００回目においてステージが途中で停止している。
【００５０】
ステージ停止位置を本発明の方法による動作のデータと対比すると、１０００回目の略同じ位置で急激な速度変動が見られる。これは、摩擦部材の表面状態が摩耗により局所的に変化し、該当の箇所で駆動性能が劣化したため、その前後と同じ制御電圧では駆動力が不足して停止したものと考えられる。
【００５１】
通常、比較実験のように超音波モータを単にオープンループ方式で駆動させると、このような摩擦部材の経時変化に対応できず、比較実験の例のように異常停止を引き起こす可能性がある。
【００５２】
しかし、本発明によれば、摩擦部材の局所的な劣化による駆動力停止を検出可能である。具体的には、上記実験において１５ｃ→１５ｂへの移動時、駆動力不足により速度が低下し、制限時間Ｔ１を下回ったため、制御電圧値を一時的に増加することで継続して駆動する（図２の［ステップＣ］手順を実行）。この時点で制御電圧値はやや過大となり、ステージ速度も異常検出前に比べ大きくなっているが、次いでセンサ１５ｂを検出した時点で［ステップＤ］の手順を実行することで適正な制御電圧に戻されている。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体検査用顕微鏡等に用いられる、超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置において、精密な位置検出手段を追加せずにオープンループ駆動で信頼性の高い動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置に用いられるコントローラ内部でのソフトウェア処理フローチャートを示した図である。
【図２】本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置の構成を示した図である。
【図３】本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置に用いる超音波モータの構造を示した図である。
【図４】本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置を移動するための超音波モータ制御電圧を測定する方法を説明した図である。
【図５】本発明と従来の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置の駆動特性を比較した図である。
【符号の説明】
１１…ステージ
１２…ガイド部材
１３…超音波モータ
１３ａ…摩擦部材
１３ｂ…圧電素子
１３ｃ…振動体
１３ｄ…電極
１３ｅ…導線
１４…摩擦部材
１５…光学センサ
１５ａ…リミットセンサ
１５ｂ…中間点センサ
１５ｃ…中間点センサ
１５ｄ…中間点センサ
１５ｅ…リミットセンサ
１６…遮光板
１７…ベース基盤
２１…コントローラ
２２…超音波モータ制御信号
２３…センサ信号
２４…メモリ
２５…タイマ

Claims

移動体を駆動する超音波モータと、
該超音波モータを駆動する制御電圧を出力する制御手段と、
前記移動体の可動範囲の両端に配置され移動体が達したことを検出して前記制御手段に出力する２つのリミットセンサと、
前記可動範囲内の特定の位置に配置され移動体が存在することを検出して前記制御手段に出力する少なくとも１つ以上の中間点センサとを有し、
前記移動体が、目標とする前記リミットセンサのいずれかに移動する命令に対し、予め、現在のリミットセンサ又は中間点センサの何れか１つの検出から他のリミットセンサ又は中間点センサの１つ又は複数を検出するまでの所要時間を計測し、該計測値を基準に、前記超音波モータへの制御電圧値を変化させ、前記所要時間が所定の制限時間を超えた場合、前記超音波モータへの制御電圧値を変化させて目標とする前記リミットセンサに前記移動体を移動させることを特徴とする超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
前記移動体の移動方向に沿って、前記リミットセンサ又は中間点センサの検出電圧値を順次、Ｓ０、Ｓ１、．．．、Ｓｎとし、前記移動体の移動方向に対する現在の移動体の位置Ｄで、前記制御手段が、
Ｓｋ ≦ Ｄ＜Ｓｋ＋１（０≦ｋ≦ｎ−１）
または
Ｓｋ−１＜Ｄ ≦ Ｓｋ（１≦ｋ≦ｎ）
となる検出電圧値Ｓｋを検出できない場合は、前記移動体を駆動する前に、以下の（ａ）〜（ｄ）の処理により検出電圧値Ｓｋを検出することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
（ａ）前記超音波モータに前記制御電圧値を出力する。
（ｂ）前記検出電圧値Ｓｋが検出されるかを監視する。
（ｃ）予め、前記リミットセンサ又は中間点センサ間を移動する所要時間Ｔを計測し、前記所要時間Ｔが（ａ）の処理から所定の制限時間Ｔ１の時間を超えた場合、前記超音波モータへの制御電圧値を変化させる。
（ｄ）前記検出信号Ｓｋを検出するまで（ｃ）の処理を繰り返す。
前記（ｃ）の処理において、前記所要時間Ｔが所定の制限時間Ｔ１の時間内であり、かつ、前記制限時間Ｔ１が所定の制限時間Ｔ０を超えた場合、異常とみなして終了することを特徴とする請求項２に記載の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
前記移動体が停止している状態で、前記制御手段が前記検出信号Ｓｋを検出し、かつ、目標とする前記リミットセンサに移動体が到達していないと判断した場合、前記（ａ）〜（ｄ）の処理後に、以下の（ｅ）〜（ｇ）の処理により前記超音波モータへ出力する前記制御電圧値としての基準制御電圧値を計測して成る請求項２に記載の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。
（ｅ）前記検出信号Ｓｋの検出状態を監視する。
（ｆ）（ｅ）で前記検出信号Ｓｋを検出した場合に、前記超音波モータへ出力する制御電圧値を所定の割合で変化させる。
（ｇ）前記移動体が始動して検出信号Ｓｋが検出されない瞬間の前記超音波モータに出力する制御電圧値の絶対値を基準制御電圧値とする。
前記移動体が特定のリミットセンサ又は中間点センサの１つを通過する所要時間Ｔ２を予め計測し、該所要時間Ｔ２が所定の制限時間Ｔ’以内である場合、前記超音波モータへ前記基準制御電圧値に設定することを特徴とする請求項４に記載の超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置。