JPH04281A - 微小スライド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電素子等の電気−機械変換素子を振動源と
して用いた超音波振動子を有する微小スライド装置に関
する。

［従来の技術］ 微小スライド装置については、従来多くの技術手段が提
案されている。次に、そのうちの特公昭５９−３７６７
３号公報によって提案されている一例を第７図に示す。

この超音波振動を利用した一方向駆動装置は、ランジュ
バン型振動子３１およびランジュバン型振動子３２が振
動体３３に固定されており、ランジュバン型振動子３１
は矢印ａの方向に往復振動し、ランジュバン型振動子３
２は矢印すの方向に往復振動するように構成されている
。即ち、ランジュバン型振動子３１とランジュバン型振
動子３２の振動方向が互いに直角になるように設定され
る。振動体３３には板状または棒状の振動片３６が固定
され、振動片３６の他端側の一端面が移動体３７の一端
面と接するように配置され、かつ移動体３７の矢印Ｃの
方向に対して適当な角度を保つように傾けて設置しであ
る。そして、ランジュバン型振動子３１とランジュバン
型振動子３２に印加する高周波電流の位相を９０°ずら
せることによって振動片３６の端面に楕円振動を発生さ
せ、移動体３７を矢印Ｃの方向へ移動させるようにした
ものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来の微小スライド装置においては、圧電素
子からの変位を拡大するためにランジュバン型振動子を
用いたり、また圧電素子を多数積層したりする方法が多
く用いられている。しかし、このように構成すると、装
置が大型になり、軽量かを要する個所に設置するのが難
しかった。また、同様に、厚さを薄くしなければならな
い個所にも用いにくいという欠点があり、更に、一方向
のみへの移動が多く、正方向と逆方向の両方向へ移動さ
せるためには、同様の駆動部を２台設置する必要かあり
、コストおよびスペースの点で大変不利であるという不
具合があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来の欠点を除去し、小
型で厚さの薄い正逆両方向への移動も容易に行える微小
スライド装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の微小スライド装置は、第１図にその概念図が示
されるように、２つの開放端を固定部材２に固着された
コの字状の弾性体３の、上辺部および左右２つの側辺部
にそれぞれ圧電素子ＩＡ。

ＩＢを固着してユニモルフもしくはバイモルフ構造とし
、上記圧電素子ＩＡ、ＩＢにそれぞれ交流電圧を印加し
、上記２つの側辺部を同一位相にて、上辺部を該位相に
対し９０＠のずれを有する位相にて屈曲させ、上記上辺
部の表面に超音波楕円振動を発生させる超音波振動子５
と、超音波振動子５より発生する楕円運動によって微小
駆動される移動体４と、上記超音波振動子５と移動体４
の接触面に設置される摺動部材６と、上記移動体４を超
音波振動子５に一定力で押圧する押圧機構７によって構
成されている。

また、上記超音波振動子５が複数個並列に連結されてい
る場合もある。

［作　用］ このように構成された微小スライド装置においては、第
２図に示すように上辺の圧電素子ＩＡと側辺の圧電素子
ＩＢにリード線８によって位相が９０°ずれた正弦波電
圧が印加されると、それぞれの辺に圧電素子ＩＡ、ＩＢ
の伸縮による屈曲振動が発生し、超音波振動子５の上辺
の屈曲振動と側辺の屈曲振動を合成すると楕円振動が得
られる。

楕円振動は摺動部材６に伝達され、移動体４を正方向に
搬送する。また、印加される正弦波電圧を１８０”移相
すると発生する楕円振動の回転方向が逆転し、移動体４
を逆方向に搬送する。

超音波振動子５の上辺の屈曲振動の共振周波数と側辺の
共振周波数は、形状寸法の操作によって合わされており
、印加された電圧を効率よく振動に変換することが可能
である。そして、超音波振動子５の固定部材２への設置
箇所に形成された防霧部材９は、発生する屈曲振動を外
部に逃さないようにし、さらに、効率を向上させること
ができる。

なお、超音波振動子５の弾性体３の形状は、固定が容易
なように口の字状にしても機能上問題が無いことはいう
までもない。

［実　施　例コ 以下、図示の実施例によって本発明を説明する。

第３図は、本発明の第１実施例を示す微小スライド装置
の斜視図である。

口の字状の厚さ０．１ｍｍのジュラルミン、リン青銅、
黄銅、アルミニウム、ステンレス等の弾性体３の上辺部
に圧電素子ＩＡを接合し、同様に左右の両側辺部に圧電
素子ＩＢを極性が反対になるように接合する。そして、
圧電素子ＩＡ、ＩＢを接合していない底辺部を固定部材
２に固定してユニモルフ構成の超音波振動子５を形成す
る。本実施例においては、超音波振動子５は側辺部を共
通として並列に３個連結され、上辺の圧電素子ＩＡの上
方には、移動体４と接触するカーボン膜の摺動部材６が
設置される。固定部材２の超音波振動子５の設置箇所に
はウレタン等の防電部材９が形成されている。

そして、移動体４は上方固定台１０に取り付けられてい
て、折り曲げ加工によって形成された板バネ１１とロー
ラー１２により形成された押圧機構７によって、超音波
振動子５の摺動部材６に一定の力で押圧されている。

上辺の圧電素子ＩＡと側辺の圧電素子ＩＢには位相が９
０＠ずれた正弦波電圧が図示しないリード線により印加
され、移動体４を搬送する。

このように構成された第１実施例の微小スライド装置に
おいては、上辺の圧電素子ＩＡと側辺の圧電素子ＩＢに
位相が９０″ずれた正弦波電圧が印加されると、それぞ
れの辺に圧電素子ＩＡ。

１Ｂの伸縮による屈曲振動が発生し、超音波振動子５の
上面に合成された楕円振動が３箇所に得られる。楕円振
動は摺動部材６に伝達され、移動体４を正方向に搬送す
る。また、印加される正弦波電圧を１８０＠移相すると
発生する楕円振動の回転方向が逆転し、移動体４を逆方
向に搬送する。

そして、３個の超音波振動子が連結されているため、発
生力を増加させることができる。

また、印加された正弦波電圧を効率よく振動に変換する
ために、超音波振動子５の上辺部と側辺部に発生する屈
曲振動の共振周波数を一致させる必要があるが、超音波
振動子５の各辺の長さ寸法を変化させることによって容
易に設定できる。

また、超音波振動子５の固定部材２への設置箇所に形成
された防電部材９は、発生する屈曲振動を外部に逃さな
い役目をし、これにより更に、効率を向上させることが
できる。

この第１実施例によれば、−台の振動子で正方向と逆方
向の搬送ができ、従って、コンパクトに小型化でき、ス
ライド装置の厚さを薄くすることができる。そして、超
音波振動子の楕円運動は３箇所に発生するため、強力な
搬送力が得られ、しかも、微小な位置決めが可能である
。

なお、本実施例においては、超音波振動子を３連に構成
したが、数を増加して構成することでさらに強力な搬送
力が得られることは言うまでもない。

第４図は、本発明の第２実施例を示したものである。こ
の第２実施例では、口の字状の厚さ０．１１のジュラル
ミン、リン青銅、黄銅、アルミニウム、ステンレス等の
弾性体の上辺部に圧電素子を内側と外側に接合し、同様
に両側辺部にも圧電素子を内側と外側に接合し、そして
、圧電素子を接合していない辺を板状の固定部材２Ａに
固定してバイモルフ構成の超音波振動子を形成する。そ
して、この超音波振動子の側辺部を共通として並列に３
個連結した振動子ブロック体２１．２２とし、これらを
ウレタン等の防電部材９が設置された固定部材２人上の
Ｘ方向とＹ方向に、それぞれ対向して４箇所に配置する
。そして、上辺の圧電素子の上面には、移動体４と接触
するカーボン膜の摺動部材が設置される。

また、第５図に示すようにコイルバネ１４とボール１５
をねじ筒１６内に収納して構成されたボールプランジャ
ー等の押圧機構７Ａが、４箇所、上方固定台１０に設置
され、移動体４を超音波振動子の摺動部材に対して一定
の力で押圧している。

Ｘ方向へ移動体４を搬送させるときは、Ｘ方向の超音波
振動子の上辺の圧電素子と側辺の圧電素子に位相が９０
″ずれた正弦波電圧を印加し、そのとき、Ｙ方向の超音
波振動子には、電圧を印加しない。Ｙ方向に搬送させる
ときは、上記電圧の印加をＸ方向とＹ方向で切り換える
。また、斜め方向に搬送するときには、Ｘ方向の超音波
振動子とＹ方向の超音波振動子に同時に電圧を印加する
。

このように構成された微小スライド装置においては、Ｘ
方向の超音波振動子ブロック体２１の上辺の圧電素子と
側辺の圧電素子に位相が９０＠ずれた正弦波電圧を印加
すると、その摺動部材に楕円振動が発生し、移動体４を
Ｘ方向に搬送させる。

このとき、Ｙ方向の超音波振動子ブロック体２２の圧電
素子には電圧を印加しない。

また、Ｙ方向に移動体４を搬送させるときには、Ｙ方向
の超音波振動子ブロック体２２のみに、電圧を印加して
移動体４を移動させる。また、Ｘ方向、Ｙ方向とも、供
給する正弦波電圧の位相を１８０°移相することで、逆
方向に移動体４を移動させることができる。

そして、Ｘ方向・Ｙ方向の超音波振動子に同時に電圧を
印加すると斜め方向の搬送が可能となる。

更に、供給する電圧の大きさをＸ方向とＹ方向で変化さ
せることによって任意の位置に搬送が可能となる。

その他の作用は上記第１実施例と同様である。

この第２実施例の微小スライド装置によれば、超音波振
動子を固定部材２Ａに対してＸ方向、Ｙ方向と分けて設
置することにより、容易に任意の方向に移動体の移動が
可能なＸ−Ｙステージを構成することができる。しかも
、移動体を搬送する部分は非常に小型で、薄型の搬送機
構が得られる。

そして、位置決め精度が良好なので、顕微鏡などのスラ
イドステージへの適用か可能となる。

また、この第２実施例においては、固定部材に超音波振
動子を設置し、移動体を搬送するようにしたが、超音波
振動子を移動体側に設置し、移動体自身を搬送すること
も可能である。

その他、上記第１実施例と同様の効果を発揮する。

第６図は、本発明の第３実施例を示す微小スライド装置
の正面図である。

この第３実施例の微小スライド装置では、上記第２実施
例と同様に３連の超音波振動子５Ａ。

５Ｂを固定部材２Ｂと上方固定台１０に互いに対向して
設置する。この超音波振動子５Ａ、５Ｂの各設置箇所に
は、フェルト等の防電部材９が配設されている。そして
、画題音波振動子５Ａ、５Ｂの移動体４側の面には、球
状のカーボン膜の摺動部材６Ａが上辺の圧電素子ＩＡ上
に配置されていて、この摺動部材６Ａ’によって上記２
個の超音波振動子５Ａ、５Ｂの間に移動体４が挟持され
る。

そして、上方固定台１０の上面の左右端をコイルバネ１
７による押圧機構７Ｂによって、超音波振動子の摺動部
材６Ａを移動体４に一定の力で押圧している。

上辺の圧電素子ＩＡと側辺の圧電素子ＩＢには位相が９
０°ずれた正弦波電圧が図示しないリード線により印加
され、移動体４を搬送する。

このように構成された微小スライド装置においては、移
動体４には上下から、３連の超音波振動子５Ａ、５Ｂの
楕円振動が伝達されるので、移動体４の搬送能力が増加
する。

その他の作用は前記第１実施例と同様である。

この第３実施例によれば、移動体４は上下からの楕円振
動によって強力に搬送できるため、移動体４の表面に載
せられた重い物体でも容易に搬送が可能である。また、
この構成を上記第２実施例のように、Ｘ−Ｙステージに
応用することもできる。

その他上記第１実施例と同様の効果を発揮する。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ユニモルフもしくは
バイモルフ構成の超音波振動子を用いて小型で薄型の正
逆方向に移動できる微小スライド装置を提供することが
できる。また、超音波振動子をＸ−Ｙ方向に設置するこ
とにより、任意の方向に移動可能な、位置決め精度の高
いＸ−Ｙステージも容易に製作でき、超音波振動子の連
敗や個数を増加させることで、簡単に搬送力を増加させ
ることができるという顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概念を示す正面図、第２図は、上記
第１図中の超音波振動子の作用を示す振動子の拡大正面
図、 第３図は、本発明の第１実施例を示す微小スライド装置
の斜視図、 第４図は、本発明の第２実施例を示す微小スライド装置
の斜視図、 第５図は、上記第２実施例に用いられているボールプラ
ンジャーの断面図、 第６図は、本発明の第３実施例を示す微小スライド装置
の正面図、 第７図は、超音波振動子を用いた従来のスライド装置の
一例を示す正面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの開放端を固定部材に固着されたコの字状の
   弾性体の、上辺部および２つの側辺部にそれぞれ圧電素
   子を固着してユニモルフもしくはバイモルフ構造とし、
   上記圧電素子にそれぞれ交流電圧を印加し、上記２つの
   側辺部を同一位相に、上辺部を該位相に対し９０゜ずれ
   た位相にて各々屈曲させ、上記上辺部の表面に超音波楕
   円振動を発生させる超音波振動子と、 この超音波振動子に押圧され、上記超音波楕円振動によ
   りスライドされる移動体と、 を具備しており、上記超音波振動子を複数個、各々に発
   生する超音波楕円振動の振動方向が第１の方向と、これ
   に垂直な第２の方向とを向くように配置し、該二つの方
   向を向いた複数の超音波振動子のうち、少なくとも一つ
   を選択的に駆動して上記移動体をスライドさせることを
   特徴とする微小スライド装置。
2. （２）上記二つの方向を向いた超音波振動子は、それぞ
   れ側辺部を共通にされた複数個の超音波振動子からなる
   ことを特徴とする、請求項１記載の微小スライド装置。