JPH06205590A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】円盤状の弾性体１と、その一端面に隙間なく設
けられ弾性体を励振する円環状の圧電素子２とを含むス
テータ３と、ステータ３を取り付けるベース７と、弾性
体の他端面に対向して設けられステータと摺動するロー
タと、ロータの反ステータ側に設けられロータを弾性体
に押し付ける円盤状のばね部材５と、ステータとロータ
の中心軸に設けられロータと共に回転する出力軸６と、
出力軸を支持する軸受８と、これらを囲みベースと結合
したケース１０とを含む超音波モータにおいて、ケース
のロータとステータの外周部に対向しない位置に超音波
モータの内と外を接続する通気孔１３を設けた。 【効果】超音波モータ内の気体の排出が短時間で行え、
超音波モータの運転で生じる摩耗粉が超音波モータ外へ
の飛散がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子により弾性体
を励振し、弾性体表面に進行波を発生させ、この弾性体
表面にロータを押し付け、弾性体表面とロータ表面の間
に生じる摩擦力によりロータを回転させる進行波型超音
波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波モータは、図９に示すよう
に、ベース７に取り付けられた円盤状の弾性体１の一端
面に隙間なく接着された圧電素子２により構成されるス
テータ３の弾性体１の表面１ａに進行波を励起し、弾性
体１の表面１ａに回転伝達部材９を介して円盤状のばね
５によりロータ４を押し付け、弾性体１の表面１ａとロ
ータ４の表面４ａとの間に生じる摩擦力によりロータ４
を進行波の進行方向と反対方向に回転させ、ロータ４と
回転伝達部材９とばね５とで連結された出力軸６を回転
させていた。出力軸６は軸受８ａ，８ｂで支持されてお
り、弾性体１，ロータ４，出力軸６，軸受８はベース７
とベース７に取り付けられたケース１０により覆われて
いる。圧電素子２への電力の供給は、リード線１１によ
り行い、リード線１１はベース７またはケース１０に開
けられた孔１２を通し超音波モータ内部へ導かれてい
た。このような進行波型の超音波モータは、例えば特開
平3−52570 号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の超音波モー
タは、弾性体１の表面１ａとロータ４の表面４ａとの間
の摺動により生じる摩擦力によりトルクを得ている。こ
のため、超音波モータの運転を行うことにより弾性体１
とロータ４は徐々に摩耗し、摩耗粉が発生する。発生し
た摩耗粉は、弾性体１やロータ４の表面に付着したり、
重力により落下しケース１０の下部に溜まったり、ロー
タの回転による遠心力で放射状に飛散しケース１０の内
面に付着する。超音波モータを圧力変動の無い環境下で
使用する場合は、ケース内の摩耗粉はケースの外に飛散
することはなかった。

【０００４】一方、超音波モータを真空チャンバのよう
に大気圧と真空を行き来する環境下に設置された装置で
使用する場合、真空チャンバを大気圧から排気する時
（すなわち、超音波モータ内の圧力が雰囲気圧力よりも
高い場合）には、真空チャンバの減圧につれて超音波モ
ータ内の気体はリード線１１と孔１２との隙間や軸受８
ａの隙間を通って真空チャンバ内に排気される。一般的
にはリード線１１と孔１２との隙間や軸受８ａの隙間は
小さいため、真空排気に時間がかかるため真空装置の立
ち上がりを遅くする要因となっていた。

【０００５】超音波モータの運転により発生した摩耗粉
の一部は気体の流れに乗ってリード線１１と孔１２との
隙間や軸受８ａの隙間を通過するが、軸受８ａを通過す
る摩耗粉の多くは軸受８ａ内に留まるため軸受の異常摩
耗を引き起こし、超音波モータの寿命を大幅に縮める原
因となっていた。また、気体と共に超音波モータ外に排
出された摩耗粉は真空チャンバ内の広い範囲に飛散す
る。装置が半導体製造装置のようにクリーン度を必要と
する装置では、飛散した摩耗粉が半導体ウエハに付着し
製品の歩留りを低下させるため、このような装置での使
用は困難であった。更に、超音波モータを精密位置決め
が可能なウエハ検査装置の試料ステージのような精密機
器のアクチュエータとして使用する場合には、飛散した
摩耗粉が試料ステージのガイド部に付着し精度と寿命を
低下させたり、位置決め用のセンサに付着して位置決め
精度を低下させる恐れが大きかった。

【０００６】逆に、真空チャンバを真空から大気圧に開
放するような場合（超音波モータ内の圧力が雰囲気圧力
よりも低い場合）は、リード線１１と孔１２との隙間や
軸受８ａの隙間を通って気体が超音波モータ内に流入す
る。この時、気体の流れによって、超音波モータ内の摩
耗粉が巻き上げられ、摩耗粉が軸受８ｂへ入り軸受の寿
命を縮めたり、弾性体１とロータ４との摺動部に入り摺
動部の異常摩耗を引き起こし超音波モータの寿命を低下
させたりした。

【０００７】本発明の目的は、圧電素子により進行波を
発生させる超音波モータを圧力変動のある環境下で使用
する場合に、超音波モータ内の排気を速やかに行うと共
に、超音波モータで発生した摩耗粉が超音波モータの軸
受や摺動部に混入したり、雰囲気環境に飛散したりする
ことを防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はケースのロータとステータの外周部に対向
しない位置に超音波モータの内側と外側とを接続する通
気孔を設けた。通気孔はケースの下部に設けられてい
る。ケース外への摩耗粉の飛散を防止するために、通気
孔は迷路状になっている。ケース内部の摩耗粉の巻き上
げを防止し、かつ、ケース外への飛散を防止するため
に、通気孔はフィルタを備えている。通気孔は超音波モ
ータの内側から外側へのみ気体を通す流路抵抗が小さい
通気孔と超音波モータの外側から内側へのみ気体を通す
流路抵抗が大きい通気孔とを備えた。ケースに設けた通
気孔の内側開口部の近傍にシールド板を設けた。また、
ケースは多孔質体とした。

【０００９】

【作用】ケースのロータとステータの外周部に対向しな
い位置に超音波モータの内側と外側とを接続する通気孔
を設けることにより、気体の通路が確保され超音波モー
タ内の排気を速やかに行える。また、通気孔がロータと
ステータの外周部に対向しない位置にあるため、ロータ
とステータの摺動により発生した摩耗粉がロータの遠心
力により放射状に飛散してもケースの外へ出ないため、
雰囲気環境のクリーン度が保てる。通気孔がケースのロ
ータとステータの外周部に対向せず、かつ、ケースの下
部にあることにより、超音波モータより上部にあるクリ
ーン度を必要とする部品（例えば半導体ウエハ，磁気デ
ィスクなど）への摩耗粉の飛散の確立を大幅に低減でき
る。通気孔が迷路状であることは、気流に乗った摩耗粉
が通気孔の方向変換部で慣性力により通気孔の壁面に衝
突付着するため、ケース外への摩耗粉の飛散を防止でき
る。通気孔にフィルタを設けることは、気流に乗った摩
耗粉の通過を阻止できるためケース内の摩耗粉のケース
外への飛散を防止できるとともに、その流路抵抗のため
に気体の流速が低下するためケース内の摩耗粉の巻き上
げが少なくなり超音波モータの軸受や摺動部の異常摩耗
を防止できる。

【００１０】通気孔を超音波モータの内側から外側への
み気体を通す流路抵抗が小さい通気孔と超音波モータの
外側から内側へのみ気体を通す流路抵抗が小さい通気孔
とすることにより、超音波モータから気体を排気する場
合は流路抵抗が小さいため排気を速やかに行え、超音波
モータへ気体が流入する場合は流路抵抗が大きいため流
速が遅くなり超音波モータ内の摩耗粉の巻き上げを防止
できる。

【００１１】ケースに設けた通気孔の内側開口部の近傍
にシールド板を設けることは、超音波モータ内部の気体
の排気時には、気体流路を迷路化するため気体に乗った
摩耗粉の超音波モータ外への流出を防止でき、超音波モ
ータへの気体流入時には気流が超音波モータ内へ付着し
た摩耗粉へ直接当たることを防げるため、摩耗粉の巻き
上げを防止できる。

【００１２】ケースを多孔質体とすることは、ケース全
体が気体の流路となり、かつ、フィルタとなるため超音
波モータ外への摩耗粉の流出を防止できるとともに、流
速が遅くなるため超音波モータ内の摩耗粉の巻き上げを
防止できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１及び図２
を用いて説明する。ベース７に取り付けられた円盤状の
弾性体１と弾性体１の一端面に隙間なく接着された圧電
素子２とにより構成されるステータ３の弾性体１の表面
１ａに進行波を励起し、弾性体１の表面１ａに回転伝達
部材９を介して円盤状のばね５によりロータ４を押し付
け、弾性体１の表面１ａとロータ４の表面４ａとの間に
生じる摩擦力によりロータ４を進行波の進行方向と反対
方向に回転させ、ロータ４と回転伝達部材９とばね５と
で連結された出力軸６を回転させている。出力軸６は軸
受８ａ，８ｂで支持されており、弾性体１，ロータ４，
出力軸６，軸受８はベース７とベース７に取り付けられ
たケース１０により覆われている。圧電素子２への電力
の供給は、リード線１１により行い、リード線１１はベ
ース７またはケース１０に開けられた孔１２を通し超音
波モータ内部へ導かれている。ケース１０のロータ４と
ステータ３の外周部１０ａに対向しない位置に超音波モ
ータの内側と外側とを接続する通気孔１３が設けられて
いる。このように構成することにより、通気孔１３はリ
ード線１１と孔１２との隙間や軸受８ａの隙間よりも大
きな気体の流路となるため、超音波モータ内から超音波
モータ外への気体の流出が短時間で行える。また、通気
孔１３はケース１０のロータ４とステータ３の外周部１
０ａに対向した位置にないため、ロータ４とステータ３
の摺動により発生しロータの遠心力で放射状に飛散した
摩耗粉１５が超音波モータ外へ出ることを防止でき、超
音波モータ設置環境のクリーン度を維持できる。

【００１４】リード線１１を通す孔１２がロータ４とス
テータ３の外周部１０ａに対向した位置にある場合は、
リード線１１と孔１２との隙間をシール部材１４で塞ぐ
ことにより本発明の効果をより有効にできる。また、図
２に示すように、軸受８ａの近傍にベース７にリング１
６やシャフト６に円盤１７を互いの軸方向の隙間Δｈ
1，Δｈ2が狭くなるように取り付けることにより、リン
グ１６と円盤１７が摩耗粉に対するシールド板として作
用し、軸受８ａへの摩耗粉１５の侵入を防止でき、軸受
８ａの異常摩耗が発生しなくなるとともに、軸受８ａを
通して摩耗粉が雰囲気環境へ飛散することがない。

【００１５】本発明の第２の実施例を図３を用いて説明
する。ブラケット１８に取り付けられた超音波モータ
は、試料ステージ２３のベース２２に固定されている。
超音波モータの出力軸６は支持軸受２０に支えられたボ
ールねじ２１とカップリング１９で結合されている。ボ
ールねじ２１のナット２１ａは試料ステージ２３に結合
されている。試料ステージ２３には、試料２４（例えば
半導体ウエハ）が載っている。超音波モータのケース１
０の下部には通気孔１３が設けられている。本発明によ
れば、クリーン度を要する試料２４と通気孔１３との距
離を長くできるため、試料２４への摩耗粉の付着の確率
を低減できる。

【００１６】本発明の第３の実施例を図４を用いて説明
する。超音波モータのケース１０には迷路状の通気孔２
５が設けられている。本実施例では、迷路状の通気孔２
５はドリル加工により縦横に各々が連結した孔を加工し
プラグ２６で必要部分を塞ぎ迷路を形成している。本実
施例によれば、気体に乗った摩耗粉１５が迷路状の通気
孔２５の方向変換部を通過する時、摩耗粉１５の慣性力
により摩耗粉１５は迷路状の通気孔２５の壁面に衝突・
付着するため、摩耗粉１５がケース１０の外まで飛散す
ることを防止できる。更に本実施例によれば、超音波モ
ータを縦軸でケース１０が下方になるような用途でも同
様な効果を期待できる。

【００１７】本発明の第４の実施例を図５を用いて説明
する。超音波モータのケース１０には通気孔１３が設け
られており、通気孔１３にはフィルタ２７が取り付けら
れている。本実施例によれば、気流に乗った摩耗粉１５
の通過を阻止できるためケース内の摩耗粉１５のケース
外への飛散を完全に防止でき、半導体製造装置のような
クリーン度の必要な機器への超音波モータの適用が可能
となる。また、フィルタ２７の流路抵抗のために気体の
流速が低下するためケース内の摩耗粉１５の巻き上げが
少なくなり超音波モータの軸受や摺動部の異常摩耗を防
止できる。ただし、フィルタ２７による流路抵抗のため
に排気に必要な時間が増加するが、これに対しては通気
孔１３の数を増やすことにより排気時間を増加させずに
すむ。更に本実施例によれば、通気孔の位置はケース１
０の任意の場所に設けることが出来る。また、カバー１
０が下方になるような用途でも全く同様な効果を有する
ことは第３の実施例と同様である。フィルタ２７を交換
可能な構造とすることにより、フィルタ２７の目詰まり
による通気性能の悪化を防止することも可能である。

【００１８】本発明の第５の実施例を図６を用いて説明
する。ケース１０に設けた通気孔１３には超音波モータ
の内側から外側へのみ気体を通す流路抵抗が小さい通気
孔１３ａと超音波モータの外側から内側へのみ気体を通
す流路抵抗が大きい通気孔１３ｂが接続されている。通
気孔１３ａと１３ｂは各々に取り付けられたバルブ２
８，２９で切り替え可能になっている。本実施例によれ
ば、超音波モータ内の気体の排気時は流路抵抗の小さい
通気孔１３ａを用いるため排気時間が短縮できる。ま
た、超音波モータ内への気体吸入時は流路抵抗の大きい
通気孔１３ｂを用いるため、気体の流速が遅くなり超音
波モータ内の摩耗粉の巻き上げを防止できる。流路抵抗
の小さい通気孔１３ａは第１から第４の実施例で述べた
方法を用いることにより超音波モータ外への摩耗粉の飛
散を防止できるのはもちろんである。また、通気孔１３
に可変絞りを設け、排気時と吸気時で絞りの大きさを調
整することにより全く同様の効果を実現できる。

【００１９】本発明の第６の実施例を図７を用いて説明
する。ケース１０には通気孔１３があり、ケース１０の
内側の通気孔１３の開口部に対向しロータ４との隙間に
円盤状のシールド板３０が設けられている。本実施例に
よれば、超音波モータ内の気体の排気時にはシールド板
３０は摩耗粉１５が通気孔１３へ到達するのを遮断する
ため、超音波モータ外へ摩耗粉１５が排出されることが
ない。また、超音波モータ内への気体吸入時にはシール
ド板３０は気体が直接摩耗粉１５や摩耗粉の付着したロ
ータ４やステータ３へ吹き付けることがないため、超音
波モータ内の摩耗粉の巻き上げを小さくできる。また、
ケース１０が下方になる（縦軸で使用する）ような用途
でもシールド板３０があるため摩耗粉１５が通気孔１３
へくるのを防止できる。

【００２０】本発明の第７の実施例を図８を用いて説明
する。ケース３１は多孔質体である。多孔質体は、多孔
質金属や多孔質セラミックなどがよい。本実施例によれ
ば、ケース３１全体が気体の流路となり、かつ、フィル
タの役目もするため超音波モータ外への摩耗粉１５の流
出を防止できるとともに、流速が遅くなりケース全体か
ら均一に気体が流入するため超音波モータ内の摩耗粉の
巻き上げを防止できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、超音波モータ内の気体
の排出が短時間で行え、超音波モータの運転で生じる摩
耗粉が超音波モータ外へ飛散することがないため、クリ
ーンな環境下での超音波モータの利用が可能となる。ま
た、超音波モータ内への気体の吸入時に超音波モータ内
に付着堆積している摩耗粉を巻き上げることがないた
め、超音波モータの軸受や摺動面の摩耗粉による不具合
が発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの第１の実施例を示す断
面図。

【図２】本発明の超音波モータの第１の実施例を示す断
面図。

【図３】本発明の第２の実施例の試料ステージへの適用
例の断面図。

【図４】本発明の第３の実施例を示すケース断面図。

【図５】本発明の第４の実施例を示すケース断面図。

【図６】本発明の第５の実施例を示すケース断面図。

【図７】本発明の第６の実施例を示す断面図。

【図８】本発明の第７の実施例を示す断面図。

【図９】従来の超音波モータを示す断面図。

【符号の説明】

１…弾性体、２…圧電素子、３…ステータ、４…ロー
タ、６…出力軸、７…ベース、８…軸受、１０…ケー
ス、１３…通気孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円盤状の弾性体と前記弾性体の一端面に隙
   間なく設けられ前記弾性体を励振する円環状の圧電素子
   とからなるステータと、前記ステータを取り付けるベー
   スと、前記弾性体の他端面に対向して設けられ前記ステ
   ータと摺動するロータと、前記ロータの反ステータ側に
   設けられ前記ロータを前記弾性体に押し付ける円盤状の
   ばね部材と、前記ステータと前記ロータの中心軸に設け
   られ前記ロータと共に回転する出力軸と、前記出力軸を
   支持する軸受と、前記ステータ，前記ロータ，前記出力
   軸及び前記軸受を囲みベースと結合したケースとを有す
   る超音波モータにおいて、前記ケースの前記ロータと前
   記ステータの外周部に対向しない位置に超音波モータの
   内側と外側とを接続する通気孔を設けたことを特徴とす
   る超音波モータ。