JP4912644B2 - 駆動・案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いる駆動・案内装置に係り、特に、構成の簡略化と組立精度の向上を図ることができるように工夫したものに関する。

超音波駆動を用いた位置決め装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されたもの等がある。

特開２００４−２９８９７３号公報 特開２００３−３３９１７５号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、特許文献１に記載された装置及び特許文献２に記載された装置の何れの場合もその構成が複雑であるという問題があった。すなわち、ステージの駆動・案内のために超音波振動発生装置と２本の案内レールとを使用する構成であり、その為部品点数が多くて構成が複雑化してしまうという問題があった。
又、併せて広い設置スペースを必要としていて装置のコンパクト化が阻害されてしまうと共に、部品点数の関係から組立に多くの工数を要してしまい、組立精度も低下してしまうという問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、構成を簡略化させることができ組立容易であると共にコンパクトで高精度な駆動・案内装置を提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による駆動・案内装置は、固定部と、上記固定部に対して移動可能に配置された可動部と、上記固定部又は可動部に設けられた２本の駆動・案内梁と、上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生することによって上記２本の駆動・案内梁を振動させる複数の超音波振動発生装置と、を具備し、上記２本の駆動・案内梁を上記固定部に設けた場合に、上記可動部の左右に傾斜面を設け、該傾斜面を上記２本の駆動・案内梁に接触させるようにし、又、上記２本の駆動・案内梁を上記可動部に設けた場合に、上記固定部の左右に傾斜面を設け、該傾斜面を上記２本の駆動・案内梁に接触させるようにし、上記固定部又は上記可動部の何れかがＨ字をなしており、上記Ｈ字をなす固定部又は可動部の両側に夫々２本ずつの駆動・案内梁が設けられていて、上記２本ずつの駆動・案内梁に対して可動部又は固定部を夫々配置して、該一対の可動部又は固定部を弾性部材によって連結し、上記複数の超音波振動発生装置に位相差を持たせることにより上記可動部を上記２本の駆動・案内梁に沿って移動させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２による駆動・案内装置は、請求項１記載の駆動・案内装置において、上記２本の駆動・案内梁を有する固定部又は可動部は一体構造であることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明による駆動・案内装置は、２本の駆動・案内梁を有する固定部と、上記固定部の２本の駆動・案内梁に接触しながら移動可能に設置された可動部と、上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生する複数の超音波振動発生装置と、を具備し、上記複数の超音波振動発生装置に位相差を持たせることにより上記可動部を上記２本の駆動・案内梁に沿って移動させるように構成されているので、
まず、超音波振動面を提供する２本の駆動・案内梁がそのまま可動部を案内する案内面として機能することとなり、よって案内用のレールを別途設ける必要はなく、それによって、構成の簡略化を図ることができる。
又、上記２本の駆動・案内梁を有する固定部又は可動部を一体構造とした場合には、２本の駆動・案内梁の振動の同期を取ることが容易になる。又、２本の駆動・案内梁相互間の間隔を精度良く作ることができる。
又、上記２本の駆動・案内梁を有する固定部又は可動部の横断面形状を「コ字」形状とした場合には、比較的簡単な構成で２本の駆動・案内梁を備えた固定部又は可動部を得ることができる。
又、上記２本の駆動・案内梁を有する固定部又は可動部の横断面形状を「Ｈ字」をなしているように構成した場合には、両側において夫々２本の駆動・案内梁を提供することができる。
又、上記２本の駆動・案内梁を有する固定部又は可動部の横断面形状は「リッジ形状」をなしたものとし、ベース部に対して上記２本の駆動・案内梁が一体に設けられた構成にした場合には、まず、２個の振動する駆動・案内梁と一体になったベース部の下面は振動減衰がほとんどなく完全に固定することができる。そのため、取扱が容易であり、特に小型化する場合有利である。
又、上記可動部又は固定部側の左右に傾斜面を設けて、該傾斜面を上記２本の駆動・案内梁に接触させるようにした場合には、可動部又は固定部の左側傾斜面と右側傾斜面が２本の駆動・案内梁に接触する構成となるので、可動部又は固定部は左右方向に案内規制されることになり、可動部又は固定部の左右方向の位置を適正に保持することができるようになる。
又、上記Ｈ字をなす固定部又は可動部の両側に夫々２本ずつの駆動・案内梁を設けて、上記２本ずつの駆動・案内梁に対して可動部又は固定部を夫々配置し、該一対の可動部又は固定部を弾性部材によって連結した場合には、弾性部材を介して可動部又は固定部に対して与圧を付与することができ、可動部又は固定部の固定部又は可動部側に対する接触圧を増加させることができる。それによって、摩擦力による駆動推力を増加させることもできる。又、可動部又は固定部に作用するモーメント荷重に対しても強くなり、それによって、可動部の運動精度が向上するものである。

以下、図１及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による駆動・案内装置の構成を示す図で、図１（ａ）は駆動・案内装置の平面図、図１（ｂ）は駆動・案内装置の側面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のｃ−ｃ断面図である。
まず、固定部１があり、この固定部１はその横断面形状が「コ字」を上向きにした形状になっている。すなわち、上記固定部は、底部２と、この底部２の左右両側に設けられた左側駆動・案内梁３、右側駆動・案内梁５とから構成されている。これら底部２と左側駆動・案内梁３と右側駆動・案内梁５は一体に設けられている。又、上記左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５は、長手方向（Ｙ方向）に延長・形成されている。

上記固定部１の長手方向（Ｙ方向）両端近傍であってその下部には超音波振動発生装置７、９が夫々設置されている。これら超音波振動発生装置７、９間に位相差を持った駆動電圧を印加することによって、上記左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の先端に進行波を生じさせるものである。
尚、上記超音波振動発生装置７、９の構成としては公知の様々な構成のものが考えられる。

上記固定部１上には可動部１１が設置されている。この可動部１１は上記固定部１に接触した状態でＹ方向に移動可能に構成されている。すなわち、上記可動部１１の左右には左側傾斜面１３と右側傾斜面１５が形成されている。これら左側傾斜面１３と右側傾斜面１５は、固定部１側の左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の先端に自重で接触した状態で設置されている。

そして、前述したように、超音波振動発生装置７、９間に位相差を持った駆動電圧を印加することによって、上記左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の先端に進行波を生じさせ、それによって、上記可動部１１にＹ方向の推力が付与されるものである。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず、図２を参照しながら超音波振動による駆動原理を示す。既に説明した超音波振動発生装置７、９による超音波振動によって固定部１側に進行波が生じる。そして、固定部１の左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の表面において図示するような楕円運動が発生する。一方、可動部１１は自重によって固定側１の左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の表面上に押し付けられている。その結果可動部１１に対してＹ方向の推力が付与されるものである。
因みに、図２に示す場合には反時計方向の楕円運動が発生しているので、可動部１１を図２中左方向に移動させる推力が発生することになる。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、超音波振動面を提供する左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の表面がそのまま可動部１１を案内する案内面として機能するように構成されているので、別途、案内用のレールを設ける必要はなく、それによって、構成の簡略化を図ることができる。又、部品点数が減少するので組立も容易となり組立精度も向上するものである。
又、左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５を一体構造として設けるようにしているので、左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の振動の同期を取ることが容易になる。
又、左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５を一体構造として設けるようにしているので、又、左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５間の間隔を精度良く得ることができる。
又、可動部１１の左側傾斜面１３、右側傾斜面１５が左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の先端に接触する構成になっているので、可動部１１は左右方向に案内規制されることになり、可動部１１の左右方向の位置を適正に保持することができる。
又、超音波振動発生装置７、９は左側駆動・案内梁３と右側駆動案内梁５の間の中央部に配置されているので、左右方向に対称な超音波振動を提供することになり、それによって、良好な真直度の直線案内が実現できる。

次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、可動部１１の左右の傾斜面１３、１５の形状が「逆ハの字」形状になっているが、この第２の実施の形態の場合には、図３（ｃ）に示すように、「ハの字」形状になっているものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

したがって、構成の簡略化、組立精度の向上等前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。

次に、図４を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態の場合には、固定部１をリッジ（ｒｉｄｇｅ）タイプとしたものである。すなわち、まず、ベース部２１があり、このベース部２１上であって左右には、左側駆動・案内梁２３と右側駆動・案内梁２５とが一体に設けられている。又、長手方向の両端近傍であって、上記左側駆動・案内梁２３と右側駆動・案内梁２５との間には、円柱状の超音波振動発生装置２７、２９が設置されている。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

上記構成によると前記第１、第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に、次のような新たな効果を奏することができる。
まず、この第３の実施の形態の場合にはリッジタイプの構成となっていて、振動する２個の左側駆動・案内梁２３と右側駆動・案内梁２５に対して一体に設けられたベース部２１の下面は振動減衰が殆どなく完全に固定することができる。そのため、取扱が容易であると共に小型化する場合有利となる。
又、この第３の実施の形態の場合には、円柱状の超音波振動発生装置２７、２９を左側駆動・案内梁２３と右側駆動・案内梁２５間を繋ぐようにして配置しているので、左側駆動・案内梁２３と右側駆動・案内梁２５相互間の振動の同期を容易に得ることができる。

次に、図５を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。まず、固定部１はその横断面形状がＨ字形状となっている。そして、上記固定部１の上部であって左右には上方左側駆動・案内梁３１と、上方右側駆動・案内梁３３とが設けられている。又、これら上方左側駆動・案内梁３１と、上方右側駆動・案内梁３３と対向するように、固定部１の下部であって左右には、下方左側駆動・案内梁３５と、下方右側駆動・案内梁３７とが設けられている。又、上記固定部１の長手方向両端近傍には超音波振動発生装置３９、４１が設置されている。

又、上記固定部１を上下方向から挟むようにして一対の可動部１１、１１が設置されている。これら可動部１１は前記第１の実施の形態における可動部１１と同じ構成のものであり、夫々左側傾斜面１３と右側傾斜面１５とを備えた構成になっている。又、上記可動部１１、１１は４本の弾性部材４３を介して連結された構成になっている。上記弾性部材４３の両端は上記可動部１１、１１を貫通しており、そこにナット４５、４５が螺合されている。それによって、可動部１１、１１は固定部１に対して押圧された状態になっている。つまり、可動部１１、１１に対して与圧が付与された状態になっているものである。
尚、図５（ｃ）中符号４７は超音波振動発生装置３９、４１の下部を支持する保持部材を示している。

上記構成によると前期第１〜第３の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に、弾性部材４５を介して可動部１１、１１に対して与圧を付与する構成になっているので、可動部１１、１１の固定部１側に対する接触圧を増加させることができる。それによって、摩擦力による駆動推力を増加させることができるものである。
又、可動部１１、１１に作用するモーメント荷重に対しても強い構造となり、それによって、可動部１１、１１の運動精度が向上するものである。

尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記各実施の形態では２個の超音波振動発生装置を備えた構成を例に挙げて説明したが、３個以上の場合も考えられ、その個数を限定するものではない。
又、超音波振動発生装置自体の構成については公知の様々な構成のものが考えられる。
その他、各部の構成はあくまで一例である。
尚、ここで例示した固定部と可動部は相対的なものであり、固定部を可動部、可動部を固定部としても同様の機能を持つことはいうまでもない。

本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いる駆動・案内装置に係り、特に、構成の簡略化と組立精度の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、一軸アクチュエータに好適である。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１（ａ）は駆動・案内装置の構成を示す平面図、図１（ｂ）は駆動・案内装置の側面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のｃ−ｃ断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、駆動原理を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、図３（ａ）は駆動・案内装置の構成を示す平面図、図３（ｂ）は駆動・案内装置の側面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のｃ−ｃ断面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、図４（ａ）は駆動・案内装置の構成を示す平面図、図４（ｂ）は駆動・案内装置の側面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のｃ−ｃ断面図である。 本発明の第４の実施の形態を示す図で、図５（ａ）は駆動・案内装置の構成を示す平面図、図５（ｂ）は駆動・案内装置の側面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のｃ−ｃ断面図である。

符号の説明

１ 固定部
３ 左側駆動・案内梁
５ 右側駆動・案内梁
７ 超音波振動発生装置
９ 超音波振動発生装置
１１ 可動部
１３ 左側傾斜面
１５ 右側傾斜面

Claims (2)

1. 固定部と、
   上記固定部に対して移動可能に配置された可動部と、
   上記固定部又は可動部に設けられた２本の駆動・案内梁と、
   上記固定部又は可動部に設けられ超音波振動を発生することによって上記２本の駆動・案内梁を振動させる複数の超音波振動発生装置と、を具備し、
   上記２本の駆動・案内梁を上記固定部に設けた場合に、上記可動部の左右に傾斜面を設け、該傾斜面を上記２本の駆動・案内梁に接触させるようにし、又、上記２本の駆動・案内梁を上記可動部に設けた場合に、上記固定部の左右に傾斜面を設け、該傾斜面を上記２本の駆動・案内梁に接触させるようにし、
   上記固定部又は上記可動部の何れかがＨ字をなしており、
   上記Ｈ字をなす固定部又は可動部の両側に夫々２本ずつの駆動・案内梁が設けられていて、上記２本ずつの駆動・案内梁に対して可動部又は固定部を夫々配置して、該一対の可動部又は固定部を弾性部材によって連結し、
   上記複数の超音波振動発生装置に位相差を持たせることにより上記可動部を上記２本の駆動・案内梁に沿って移動させるようにしたことを特徴とする駆動・案内装置。
2. 請求項１記載の駆動・案内装置において、
   上記２本の駆動・案内梁を有する固定部又は可動部は一体構造であることを特徴とする駆動・案内装置。

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