WO2004084396A1 - 超音波浮上装置 - Google Patents

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WO2004084396A1
WO2004084396A1 PCT/JP2004/003465 JP2004003465W WO2004084396A1 WO 2004084396 A1 WO2004084396 A1 WO 2004084396A1 JP 2004003465 W JP2004003465 W JP 2004003465W WO 2004084396 A1 WO2004084396 A1 WO 2004084396A1
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WO
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vibration
ultrasonic levitation
side guide
fixed
movable
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Application number
PCT/JP2004/003465
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kentaro Nakamura
Teruaki Fijinaga
Original Assignee
Iai Corporation
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Publication date
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Priority to US10/549,170 priority patent/US20060244342A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0607—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being retained in a gap, e.g. squeeze film bearings
    • F16C32/0611—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being retained in a gap, e.g. squeeze film bearings by means of vibrations
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic levitation apparatus, and more particularly, to an ultrasonic levitation apparatus designed to improve the structure of a guide mechanism so that the apparatus can be made compact and levitation stability can be achieved.
  • An ultrasonic levitation device using ultrasonic vibration is considered to be suitable for a clean room environment and precision positioning applications because it is non-contact and does not cause environmental pollution due to wear and lubricant.
  • an ultrasonic levitation device for example, there is one disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-196127
  • the height of the device increases the center of gravity of the slider, which causes a problem that operation stability is impaired.
  • the present invention has been made based on such a point, and the object thereof is to provide a linear motion guide function without requiring a particularly complicated structure, and to provide a floating stability without increasing the size of the device. Another object of the present invention is to provide an ultrasonic levitation device capable of improving the levitation rigidity.
  • the ultrasonic levitation device according to claim 1 of the present invention is
  • the whole or a part of the fixed part side guide provided in the fixed part is convex or concave in the direction along the floating direction.
  • all or a part of the movable portion side guide portion provided in the movable portion is formed in a concave or convex shape in a direction along the floating direction, and faces the fixed portion side guide portion. ⁇ It is characterized by being arranged.
  • the ultrasonic levitation device according to claim 2 is the ultrasonic levitation device according to claim 1, wherein all or a part of the fixed portion side guide portion provided in the fixed portion is arranged in a direction along the floating direction.
  • the whole or a part of the guide on the movable part side provided in the movable part is formed in the shape of an inverted chevron or convex convex in the direction along the floating direction. And is arranged so as to face and be fixed to the fixed portion side guide portion.
  • the ultrasonic levitation device is the ultrasonic levitation device according to claim 1, wherein the whole or a part of the fixed part side guide provided in the fixed part is provided. Is formed in the shape of a U-shaped convex or the inverted U-shaped concave in the direction along the floating direction, while the whole or a part of the movable part side guide provided in the movable part is a direction along the floating direction.
  • the groove is formed in an inverted U-shape concave shape or a U-shape convex shape so as to face and dispose the fixed portion side guide portion.
  • the ultrasonic levitation device according to claim 4 is the ultrasonic levitation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the guide includes the fixed portion side guide portion and the movable portion side guide portion. It has two or more parts.
  • An ultrasonic levitation device is the ultrasonic levitation device according to any one of claims 1 to 4, wherein two or more vibration generators are provided. It is.
  • An ultrasonic levitation device is the ultrasonic levitation device according to any one of claims 1 to 5, wherein a vibration conversion member is used for the vibration generator. It is.
  • the ultrasonic levitation device according to claim 7 is the ultrasonic levitation device according to claim 6, wherein the fixed-portion-side guide or the movable-portion-side guide and the vibration conversion member are integrated. It is characterized by the following.
  • An ultrasonic levitation apparatus is the ultrasonic levitation apparatus according to claim 7, wherein the vibration conversion member has a rectangular shape.
  • An ultrasonic levitation device is the ultrasonic levitation device according to claim 8, wherein the vibration generation source of the vibration generation device is disposed in the square-shaped vibration conversion member. It is assumed that.
  • the ultrasonic levitation device according to claim 10 is the ultrasonic levitation device according to any one of claims 1 to 9, wherein The present invention is characterized in that a Juban type vibrator, a laminated piezoelectric element or a single-plate piezoelectric element is used.
  • the ultrasonic levitation device according to claim 11 is the ultrasonic levitation device according to any one of claims 5 to 10, wherein a vibration phase difference between the two or more vibration generating devices is provided. Is provided.
  • An ultrasonic levitation apparatus is the ultrasonic levitation apparatus according to claim 11, wherein the vibration phase difference is approximately 90. Alternatively, the angle is approximately 270 °.
  • the ultrasonic levitation device is configured such that all or a part of the fixed portion side guide portion provided in the fixed portion is formed in a convex shape or a circular shape in the direction along the floating direction. All or part of the movable part side guide part provided in the part is formed in a concave or convex shape in the direction along the floating direction, and it is arranged to face and dispose the above fixed part side guide part. Yes, so that it can function effectively as a guide.
  • all or a part of the fixed part side guide part provided in the fixed part is formed in a convex shape or an inverted concave shape in the direction along the floating direction, while the movable part is formed in the movable part.
  • a configuration in which all or a part of the provided movable portion side guide portion is formed in an inverted mountain-shaped concave shape or a mountain-shaped convex shape in a direction along the floating direction and opposed to and disposed on the fixed portion side guide portion, All or a part of the fixed portion side guide portion provided in the fixed portion is formed in a C-shaped convex shape or an inverted C-shaped concave shape in a direction along a floating direction, and provided in the movable portion.
  • all or part of the guide on the movable part side is formed in an inverted U-shape concave or convex shape in the direction along the floating direction, and opposed to and arranged on the guide part on the fixed part side.
  • a guide section consisting of the fixed section side guide section and the movable section side guide section It is conceivable to provide two or more locations, whereby the height of the device can be reduced and rolling can be prevented.
  • the height can be reduced.
  • the vibration converting member has a square shape, and furthermore, it is conceivable that the vibration generating source of the vibration generating device is arranged in the square-shaped vibration converting member. Therefore, the device can be made compact.
  • the vibration source of the vibration generator for example, a vibration source using a Langevin type vibrator, a laminated piezoelectric element, or a single-plate piezoelectric element can be considered.
  • a vibration phase difference is given between two or more vibration generators, standing waves can be suppressed, and it becomes possible to effectively cope with precise positioning.
  • the phase difference is set to approximately 90 ° or approximately 270 °, generation of thrust can be expected.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1 (a) is a plan view showing the configuration of an ultrasonic levitation device, and FIG. 1 (b) is FIG. 1 (a) FIG. 1 (c) is a cross-sectional view taken along line c-c of FIG. 1 (a).
  • FIG. 2 is a view showing a first embodiment of the present invention
  • FIG. Fig. 2 (b) is a cross-sectional view showing the schematic configuration of an ultrasonic levitation device with one guide
  • Fig. 2 (b) is a cross-sectional view showing the schematic configuration of an ultrasonic levitation device with two guides
  • FIG. 2 (c) is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the ultrasonic levitation apparatus when four guide parts are provided.
  • FIG. 3 is a diagram showing a comparative example used for explaining the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 (a) shows a type in which one vibration generator is used and a vibration direction conversion member is not used.
  • FIG. 3 (b) is a side view showing a configuration of an ultrasonic levitation device of a type having two vibration generators and not using a vibration direction conversion member.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 (a) is a waveform diagram for explaining a vibration amplitude and a traveling wave, and FIG. Waveform diagram for explaining the vibration amplitude when a phase difference is applied to two vibration generators.
  • Fig. 4 (c) illustrates the vibration amplitude when a phase difference is not applied to the two vibration generators.
  • FIG. 5 is a diagram showing the first embodiment of the present invention, and is a characteristic diagram showing a relationship between a traveling wave ratio and a phase difference.
  • FIG. 6 is a view showing a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 6 (a) is a plan view showing the configuration of an ultrasonic levitation apparatus, and FIG. 6 (b) is FIG. 6 (a) Fig. 6 (c) is a cross-sectional view taken along line c-c of Fig. 6 (a).
  • FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 (a) is a plan view showing a configuration of an ultrasonic levitation device
  • FIG. 7 (b) is a view shown in FIG. 7 (a).
  • Fig. 7 (c) is a cross-sectional view taken along line c-c of Fig. 7 (a).
  • FIG. 8 is a view showing a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 (a) is a plan view showing the configuration of an ultrasonic levitation apparatus
  • FIG. 8 (b) is FIG. 8 (a)
  • Fig. 8 (c) is a cross-sectional view taken along line c-c of Fig. 8 (a).
  • FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9 (b) is a view taken in the direction of arrows b—b in FIG. 9 (a), and FIG. 9 (c) is a cross-sectional view taken along line c-c in FIG. 9 (a). It is. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a diagram conceptually showing the configuration of an ultrasonic levitation apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 1 (a) is a plan view of the ultrasonic levitation apparatus
  • FIG. 1 (b) is FIG. Fig. 1 (a) is a view taken along the line bb
  • Fig. 1 (c) is a cross-sectional view taken along the line c-c in Fig. 1 (a).
  • vibration generating devices 3 and 5 are attached to the bottom surface side of the fixing portion 1 and both left and right ends in the longitudinal direction.
  • Holding members 7 and 9 are attached to the vibration generators 3 and 5, and the fixed portion 1 is installed on the base 11 via the holding members 7 and 9.
  • the vibration generating device 3 includes a Langevin type ultrasonic vibrator 13 and an L-shaped vibration direction converting member 15.
  • the vibration generating device 5 also includes a Langevin type ultrasonic vibrator 17 and an L-shaped vibration direction changing member 19.
  • the Langevin type ultrasonic transducers 13 and 17 are installed in a state of being directed horizontally, thereby reducing the height of the apparatus.
  • the direction of the ultrasonic vibration by the Langevin type ultrasonic transducers 13 and 17 is horizontal, but this is converted to the vertical direction by the L-shaped vibration direction converting members 15 and 19. Things.
  • a movable part 21 is provided on the fixed part 1 so as to be able to float.
  • fixed part side guides 23 and 25 are provided at two places on the left and right sides in the short direction on the fixed part 1 side.
  • the fixed part side guide part 23 has a chevron shape, and It is formed in a convex shape. That is, the two inclined surfaces 23a and 23b form a mountain shape.
  • the fixed portion side guide portion 23 is formed so as to extend in the longitudinal direction.
  • the fixed portion side guide portion 25 has a similar configuration, and has a mountain shape by two inclined surfaces 25a and 25b.
  • a flat surface 27 is provided between the fixed portion side guide portion 23 and the fixed portion side guide portion 25.
  • the movable portion side guide portions 29, 29 correspond to the fixed portion side guide portions 23, 25, respectively. 3 1 is provided.
  • the movable-portion-side guide portion 29 has an inverted chevron shape, and is formed in a concave shape facing upward in the drawing. That is, the two inclined surfaces 29a and 29b form an inverted mountain shape.
  • the movable section-side guide section 31 has the same configuration, and has an inverted mountain shape formed by two inclined surfaces 31a and 31b. Further, an M part 33 is formed between the movable part side guide part 29 and the movable part side guide part 31.
  • a driving voice coil motor 35 is provided between the fixed part 1 and the movable part 21. That is, as shown in FIG. 1 (c), the coil 37 is provided on the flat surface 27 on the fixed part 1 side, while the permanent magnet 39 is provided on the concave part 33 on the movable part 21 side. Is installed. These coils 37 and permanent magnets 39 constitute a voice coil motor 35 for driving. Then, by passing a current in an appropriate direction through the coil 37, the movable part 21 is caused to interact with the flow of the magnetic flux of the permanent magnet 39 based on the so-called "Fleming's left-hand rule". On the other hand, a driving force is generated for moving in any of the ⁇ directions.
  • FIG. 2 (a) shows one fixed section side guide section 23 and one movable section side guide section 29 opposed to each other.
  • the fixed portion 1 vibrates ultrasonically, and the inclined surfaces 23 a, 23 b of the fixed portion side guide portion 23 and the inclined surfaces 29 a, 23 b of the movable portion side guide portion 29 are formed.
  • the pressure in the air layer between 9b and 9b rises, so that the movable part 21 floats.
  • the flying height that is, the position of the movable part 21 in the Z direction (the vertical direction in FIG. 2) is determined by the pressure of the air layer and the weight of the movable part 21.
  • the fixed part side guide part 23 and the movable part side guide part 29 are formed by inclined surfaces, when the movable part 21 moves in the Y direction (perpendicular to the paper), the X direction The position (in the horizontal direction of the drawing) hardly changes, and thus functions as a so-called “linear guide”.
  • two guide portions are provided.
  • the slope height can be reduced to 1 to 2 when the same floating slope area is used, thereby reducing the height of the device. It is. It is also possible to improve so-called “rolling (rotational rigidity in the paper plane in the figure)". In other words, when there is only one guide as shown in Fig. 2 (a), the above-mentioned rolling is a concern, but when two guides are provided as shown in Fig. 2 (b).
  • the fixed portion 1 side is a convex portion
  • the movable portion 21 side is a concave portion
  • Fig. 3 (a) if the moving distance (stroke) of the movable part 21 is short, a single vibration generator 3 may be used, but if a longer stroke is desired, The rigidity of the fixed part 1 must be increased so that the fixed part 1 does not bend.
  • the configuration of the vibration generators 3 ′, 5 shown in FIG. 3 is different from that of the vibration generators 3, 5 in the present embodiment. That is, the Langevin type ultrasonic transducers 13 and 17 used therein are extended in the Z direction and arranged, and are arranged so as to vibrate in the Z direction. This is done for the sake of the following explanation.
  • the vibration generators 3 and 5 in the present embodiment In addition, the vibration direction changing members 15 and 19 are used, so that the height is also reduced. This will be explained with reference to FIG.
  • the Langevin type vibrators 13, 17 ′ used therein are, as described above, in the vertical direction in the figure, that is, in the Z direction. It is installed in such a way as to vibrate in a different way. Therefore, the device becomes taller.
  • the Langepan-type vibrators 13 and 17 of the vibration generators 3 and 5 are arranged so as to vibrate in the horizontal direction, and the L-shaped vibration The direction changing members 15 and 19 are configured to change the direction in the vertical direction. And we go-between, in which low-profile have been reduced 0
  • a phase difference is provided between the two vibration generators 3 and 5.
  • the waveform is as shown in FIG. 4 (c), which is a so-called “constant i3 ⁇ 4 wave”.
  • This standing wave has a large amplitude because it is in a resonance state, which is advantageous for obtaining a large levitation force.
  • the amplitude differs depending on the position of the fixed part 1 in the Y direction, the movement of the movable part 21 As a result, the levitation force will be different. Therefore, it is not suitable as an ultra-precise positioning guide.
  • a phase difference is provided between the two vibration generating devices 3 and 5.
  • the waveform becomes as shown in Fig. 4 (b)
  • no standing wave is formed as shown in Fig. 4 (c)
  • the amplitude of the vibration amplitude depends on the position of the fixed part 1 in the Y direction.
  • the variation in the height is small, and the variation in the levitation force due to the position in the Y direction is also small, which is a very advantageous configuration for precise positioning.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing a change in the traveling wave ratio with a change in the phase difference, with the horizontal axis representing the phase difference and the vertical axis representing the traveling wave ratio.
  • Fig. 5 in the vicinity of the phase differences “0 °” and “180 ° J”, almost all are standing waves, and the traveling wave only emits about 1 to 40.
  • the traveling wave ratio In the vicinity of the phase difference “90.” and near “270 °”, the traveling wave ratio is near “1”, and the ratio of the traveling wave is high. Therefore, a stable traveling wave can be generated by setting the phase difference to around “90.” or “270 ° J.”
  • the movable part 21 can be moved by applying a thrust to the movable part 21 through an air layer between the fixed part 1 and the movable part 21. At this time, the vibration amplitude in the Y direction can be reduced. This is shown in Fig. 4 (a).
  • the movable part 21 can be driven by setting the phase difference between the vibration generators 3 and 5 to “approximately 90 °” or “approximately 270 °” without separately providing a driving device. become. Also, when the movable part 21 moves to the right in the Y direction at a phase difference of 90 °, when the phase difference is changed to 270 °, the movable part 21 moves to the left. Thus, the control of the moving direction is also possible.
  • the phase difference to be set is applied to the vibration generators at both ends, and the other vibration generators are positioned at both ends according to the distance from the vibration generators at both ends. Proportional distribution of the phase difference may be performed. For example, when three vibration generators are used and a phase difference of 90 ° is given to both ends, the vibration generator placed in the middle is half of the phase difference of 90 ° between both ends and 45 °. What is necessary is just to give a phase difference.
  • the fixing portion 1 is provided with the fixing portion-side guide portions 23 and 25 in a convex shape
  • the movable portion 21 is provided with the movable portion-side guide portions 29 and 31 in a concave shape. Because the arrangement is arranged, an ultrasonic levitation device that can function effectively as a linear guide can be obtained.
  • the height can be reduced accordingly.
  • the height and compactness of the device can be reduced, and rolling can be prevented.
  • the rigidity of the fixed part 1 can be improved without increasing the height, and the output per vibration generator can be reduced. Can be.
  • the height of the apparatus can be reduced.
  • FIG. 7 is a diagram conceptually showing the configuration of an ultrasonic levitation apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 7 (a) is a plan view of the ultrasonic levitation apparatus
  • FIG. FIG. 7 (a) is a view taken in the direction of arrows b-b
  • FIG. 7 (c) is a cross-sectional view taken along the line c-c in FIG. 7 (a).
  • the fixed portion 101 is provided on both sides of the vibration converting members 121 and 125 and the vibration converting members 121 and 125. It is configured to include the fixed part side guides 105 and 107. At the left and right ends in the longitudinal direction between the fixed part side guides 105 and 107, vibration generators 109 and 111 are provided with the vibration conversion member 1 of the fixed part 101. It is installed with 2 1 and 1 2 5 attached. Holding members 113, 115 are attached to the vibration generators 109, 111, respectively.
  • the fixed portion 101 is installed on the base 117 via the holding members 113, 115 of the vibration generators 109, 111.
  • the vibration conversion members 1 2 1 and 1 2 5 are components of the fixed portion 101 and also components of the vibration generators 109 and 111 as described above. .
  • the vibration generator 109 includes a Langevin type ultrasonic vibrator 1 19 and a cross-shaped vibration direction converting member 1 21.
  • the vibration generator 111 is also composed of a Langevin type ultrasonic vibrator 123 and a cross-shaped vibration direction conversion member 125.
  • the ultrasonic vibration generated by the Langevin type ultrasonic vibrator 1 1 9 and 1 2 3 is converted into two orthogonal directions by the cross-shaped vibration direction conversion members 1 2 1 and 1 2 5, and the fixed section side guide 1 Ultrasonic vibration is applied to 05 and 107.
  • a movable part 131 is installed so as to float.
  • inclined surfaces 105a and 107a are formed on the fixed portion side guide portions 105 and 107 side. When viewed from the cross-sectional direction, as shown in FIG. 7 (c), it is formed in a “C” shape.
  • the inclined surfaces 13a and 13b are formed so as to face the inclined surfaces 105a and 107a.
  • the concave-convex structure of the movable portion 131 and the fixed-portion-side guide portions 105 and 107 is formed into a “C” shape for the following reason.
  • the concavo-convex structure between the fixed part 1 side and the movable part 21 side has a mountain shape. At that time, high accuracy is required for the mutual dimensions at the top of the chevron. That is, the fixed part 1 and the movable part 21 may come into contact with each other due to a slight dimensional error.
  • the concavo-convex structure between the movable portion 13 1 and the fixed portion side guide portions 105 and 107 is formed in a “C” shape.
  • the surface accuracy of the inclined planes 105 a, 107 a, 131 a, and 13 lb is required only, thereby facilitating machining, reducing machining costs, and increasing resistance to disturbances such as dimensional changes due to thermal expansion.
  • a concave portion 133 is formed on the movable portion 131 side.
  • the coil base 103 is provided on the base 117.
  • a coil 139 is provided on this coil base 103.
  • the coil 13 9 and the permanent magnet 14 1 installed in the concave portion 13 33 constitute a voice coil motor 13 7 for driving. Then, by flowing a current in an appropriate direction through the coil 13 9, the movable part 1 is driven by the interaction with the flow of the magnetic flux of the permanent magnet 14 1 based on the so-called “Fleming's left-hand rule”. A driving force is generated for moving in any of the Y directions with respect to 31.
  • the same effect as that of the first and second embodiments can be obtained, and the movable part 13 1 and the fixed-side guide part 105,
  • the concave-convex structure with 107 a “C” shape By making the concave-convex structure with 107 a “C” shape, it is troublesome to maintain high dimensional accuracy between the vertices as in the first and second embodiments. Can be eliminated. Then, only the surface accuracy (flatness, angle, and straightness) of the inclined surfaces 105a, 107a, 131a, and 131b that make up the "C" need be secured. As a result, processing can be facilitated and the processing cost can be reduced, and it is also resistant to disturbances such as dimensional changes due to thermal expansion.
  • the concave-convex portion having the “C” shape is provided at one place, but a configuration in which two or more are provided is also conceivable. .
  • a bracket-shaped fixed-side guide portion 201 is used. Thereby, the cross-shaped vibration change used in the third embodiment is performed. ⁇ Ultrasonic vibration can be transmitted to the fixed part 101 side without using the members 121 and 125.
  • the long sides 205 and 207 of the fixed part side guide part 201 are similar to the fixed part side guide parts 105 and 107 in the third embodiment. It has slopes 205a and 207a to form a "C" shape.
  • the vibration sources 109 and 111 are installed on the left and right, but it is not always necessary for both to generate ultrasonic vibration.
  • the two vibration sources 109 and 111 are vibrated in phase and the input vibration power is doubled.
  • the same effect as that of the third embodiment can be obtained, and the cross-shaped vibration conversion member and the fixed side in the third embodiment can be obtained.
  • the integration of the guides into a bracket-shaped fixed-side guide 201 facilitates further improvement in accuracy.
  • a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the vibration sources 109, 1 are provided inside the bracket-shaped fixed-side guide portion 201. This is the arrangement of 1 1. This makes it possible to make the equipment compact.
  • a laminated piezoelectric element may be used in addition to the Langevin type vibrator and the single-plate piezoelectric element.
  • the number of guide portions is not particularly limited. Further, in each of the above-described embodiments, the driving by the voice coil motor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a linear motor may be used.
  • the present invention relates to an ultrasonic levitation apparatus in which the structure of a guide mechanism is improved to achieve compactness of the apparatus and stability of levitation, and is suitable as, for example, various positioning apparatuses.

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Abstract

固定部と、固定部に対して移動可能に設置された可動部とを具備し、固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動することにより可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたもの。

Description

明細書 超音波浮上装置 技術分野
本発明は超音波浮上装置に係り、 特に、 ガイ ド機構の構成を改良する ことにより装置のコンパク ト化及び浮上の安定性を図ることができるよ うに工夫したものに関する。 背景技術
超音波振動を利用した超音波浮上装置は、 非接触であって摩耗や潤滑 剤による環境汚染がないために、 クリーンルーム環境や精密位置決め用 途に好適なものとして考えられている。 そのような超音波浮上装置とし ては、 例えば、 特許文献 1や特許文献 2に開示されたようなものがある 特許文献 1 特開平 7— 1 9 6 1 2 7号公報
特記文献 2 特開平 1 1一 3 0 1 8 3 2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。
すなわち、 特開平 7— 1 9 6 1 2 7号公報及ぴ特開平 1 1一 3 0 1 8 3 2号公報に開示されている超音波浮上装置の場合には、 特に、 直動案 内機構を伴った構成として開示されてはおらず、 よって、 実際に実施し ようとした場合には、 可動部を安定した状態で浮上させて所望の方向に 移動させることはできないものである。
又、 特開平 7— 1 9 6 1 2 7号公報に開示されている超音波振動子の 場合には、 いわゆる 「ランジュバン型」 の超音波振動子を使用するもの であり、 この場合には装置の背が高くなってしまって装置のコンパク ト 化を図ることができないという問題があった。
又、 装置の背が高くなってしまうことによりスライダの重心も高くな つてしまい、 それによつて、 動作の安定性が損なわれてしまうという問 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、 特に複雑な構成を要することなく直動案内機能を備えると共に、 装置の大型化を来すことなく浮上安定性や浮上剛性の向上を図ることが できる超音波浮上装置を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するべく本願発明の請求項 1による超音波浮上装置は
、 固定部と、 上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、 を具 備し、 上記固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動す ることにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超 音波浮上装置において、 上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の全 部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、 一方、 上 記可動部に設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向に沿 つた方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイ ド部に対向 ·配置 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による超音波浮上装置は、 請求項 1記載の超音波浮上装 置において、 上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の全部又は一部 を浮上方向に沿った方向に山形凸状又は逆山形凹状に形成し、 一方、 上 記可動部に設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向に沿 つた方向に逆山形凹状又は山形凸状に形成して上記固定部側ガイ ド部に 対向 ·配置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 3による超音波浮上装置は、 請求項 1記載の超音波浮上装 置において、 上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の全部又は一部 を浮上方向に沿った方向にハの字形凸状又は逆ハの字形凹状に形成し、 一方、 上記可動部に設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上 方向に沿った方向に逆ハの字形凹状又はハの字形凸状に形成して上記固 定部側ガイ ド部に対向 ，配置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 4による超音波浮上装置は、 請求項 1〜請求項 3の何れか に記載の超音波浮上装置において、 上記固定部側ガイ ド部と可動部側ガ ィ ド部からなるガイ ド部を 2個所以上設けたことを特徴とするものであ る。
又、 請求項 5による超音波浮上装置は、 請求項 1〜請求項 4の何れか に記載の超音波浮上装置において、 上記振動発生装置が 2個以上設けら れていることを特徴とするものである。
又、 請求項 6による超音波浮上装置は、 請求項 1〜請求項 5の何れか に記載の超音波浮上装置において、 上記振動発生装置に振動変換部材が 使用されていることを特徴とするものである。
又、 請求項 7による超音波浮上装置は、 請求項 6記載の超音波浮上装 置において、 上記固定部側ガイ ド部又は可動部側ガイ ド部と上記振動変 換部材とを一体化させたことを特徴とするものである。
又、 請求項 8による超音波浮上装置は、 請求項 7記載の超音波浮上装 置において、 上記振動変換部材がロ字形状をなしていることを特徴とす るものである。
又、 請求項 9による超音波浮上装置は、 請求項 8記載の超音波浮上装 置において、 上記振動発生装置の振動発生源が上記口字形状の振動変換 部材内に配置されていることを特徴とするものである。
又、 請求項 1 0による超音波浮上装置は、 請求項 1〜請求項 9の何れ かに記載の超音波浮上装置において、 上記振動発生装置の振動源にラン ジュバン型振動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子が使用されている ことを特徴とするものである。
又、 請求項 1 1による超音波浮上装置は、 請求項 5〜請求項 1 0の何 れかに記載の超音波浮上装置において、 上記 2個以上の振動発生装箧相 互間に振動位相差を付与したことを特徴とするものである。
又、 請求項 1 2による超音波浮上装置は、 請求項 1 1記載の超音波浮 上装置において、 上記振動位相差が略 9 0。 又は略 2 7 0 ° であること を特徴とするものである。
すなわち、 本願発明による超音波浮上装置は、 固定部に設けられた固 定部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は回状 に形成し、 一方、 上記可動部に設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は 一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガ イ ド部に対向 ·配置させるようにしたものであり、 それによつて、 リ ァガイ ドとして効果的に機能させることができるようになつた。
その際、 上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の全部又は一部を 浮上方向に沿った方向に山型凸状又は逆山型形凹状に形成し、 一方、 上 記可動部に設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向に沿 つた方向に逆山型凹状又は山型凸状に形成して上記固定部側ガイ ド部に 対向 ·配置させる構成や、 上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の 全部又は一部を浮上方向に沿った方向にハ字型凸状又は逆ハ字型凹状に 形成し、 一方、 上記可動部に設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は一 部を浮上方向に沿った方向に逆ハ字型凹状又はハ字型凸状に形成して上 記固定部側ガイ ド部に対向 ·配置させる構成が考えられる。 特に、 後者 の場合には、 凸頂点部がなくなるので、 そのような凸頂点部間における 高い寸法精度の確保は不要となる。
その際、 上記固定部側ガイ ド部と可動部側ガイ ド部からなるガイ ド部 を 2個所以上設けることが考えられ、 それによつて、 装置の低背化を図 ることができると共にローリング防止を図ることができる。
又、 上記振動発生装置を 2個以上設けることが考えられ、 それによつ て、 固定部の剛性を向上させることができると共に振動装置 1個当たり の出力を小さくすることができる。
又、 上記振動発生装置に振動変換部材を使用した場合には、 それによ つても低背化を図ることができる。
又、 上記固定部側ガイ ド部又は可動部側ガイ ド部と上記振動変換部材 とを一体化させることが考えられ、 それによつて、 部品点数を減少させ ることができると共に、 組立精度に対する裕度を高めることができる。 又、 上記振動変換部材をロ字形状とすることが考えられ、 さらに、 上 記振動発生装置の振動発生源を上記口字形状の振動変換部材内に配置す ることが考えられ、 それによつて、 装置のコンパク ト化を図ることがで きる。
又、 上記振動発生装置の振動源としては、 例えば、 ランジュバン型振 動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子を使用したものが考えられる。 又、 2個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与した場合には 、 定在波を抑えることができ、 精密位置決めに対して効果的に対応可能 になる。 又、 上記位相差を略 9 0 ° 又は略 2 7 0 ° とした場合には、 推 力の発生も期待できる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1の実施の形態を示す図で、 第 1図 （a ) は超 音波浮上装置の構成を示す平面図、 第 1図 （b ) は第 1図 （a ) の" b— b矢視図、 第 1図 ( c ) は第 1図 （a ) の c一 c断面図である。
第 2図は、 本発明の第 1の実施の形態を示す図で、 第 2図 （a ) はガ イ ド部を 1個とした場合の超音波浮上装置の概略構成を示す横断面図、 第 2図 （b) はガイ ド部を 2個とした場合の超音波浮上装置の概略構成 を示す横断面図、 第 2図 （c) はガイ ド部を 4個とした場合の超音波浮 上装置の概略構成を示す横断面図である。
第 3図は、 本発明の第 1の実施の形態の説明に使用した比較例を示す 図で、 第 3図 （a ) は振動発生装置を 1個とし且つ振動方向変換部材を 使用しないタイプの超音波浮上装置の構成を示す側面図、 第 3図 （b) は振動発生装置を 2個とし且つ振動方向変換部材を使用しないタイプの 超音波浮上装置の構成を示す側面図である。
第 4図は、 本発明の第 1の実施の形態を示す図で、 第 4図 （a ) は振 動振幅を説明すると共に進行波を説明するための波形図、 第 4図 （b) は 2個の振動発生装置に位相差を付与した場合の振動振幅を説明するた めの波形図、 第 4図 （c ) は 2個の振動発生装置に位相差を付与しない 場合の振動振幅を説明するための波形図である。
第 5図は、 本発明の第 1の実施の形態を示す図で、 進行波比と位相差 の関係を示す特性図である。
第 6図は、 本発明の第 2の実施の形態を示す図で、 第 6図 （a ) は超 音波浮上装置の構成を示す平面図、 第 6図 （b) は第 6図 （a) の b— b矢視図、 第 6図 （c) は第 6図 （a) の c一 c断面図である。
第 7図は、 本発明の第 3の実施の形態を示す図で、 第 7図 （a) は超 音波浮上装置の構成を示す平面図、 第 7図 （b) は第 7図 （a) の b— b矢視図、 第 7図 （c) は第 7図 （a) の c一 c断面図である。
第 8図は、 本発明の第 4の実施の形態を示す図で、 第 8図 (a ) は超 音波浮上装置の構成を示す平面図、 第 8図 （b) は第 8図 （a) の b— b矢視図、 第 8図 ( c ) は第 8図 (a) の c一 c断面図である。
第 9図は、 本発明の第 5の実施の形態を示す図で、 第 9図 （a) は超 音波浮上装置の構成を示す平面図、 第 9図 （b ) は第 9図 （a ) の b— b矢視図、 第 9図 ( c ) は第 9図 （a ) の c一 c断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 第 1図乃至第 5図を参照して本発明の第 1の実施の形態を説明 する。 第 1図は本実施の形態による超音波浮上装置の構成を概念的に示 す図であり、 第 1図 （a ) は超音波浮上装置の平面図、 第 1図 （b ) は 第 1図 （a ) の b— b矢視図であり、 第 1図 ( c ) は第 1図 （a ) の c 一 c断面図である。
まず、 平板状の固定部 1があり、 この固定部 1の底面側であって長手 方向左右両端部には振動発生装置 3、 5が取り付けられている。 上記振 動発生装置 3、 5には保持部材 7、 9が取り付けられていて、 固定部 1 はこれら保持部材 7、 9を介してベース 1 1上に設置されている。
上記振動発生装置 3は、 ランジュバン型超音波振動子 1 3と、 L字型 振動方向変換部材 1 5とから構成されている。 同様に、 上記振動発生装 置 5も、 ランジュバン型超音波振動子 1 7と、 L字型振動方向変換部材 1 9とから構成されている。 この実施の形態の場合には、 ランジュバン 型超音波振動子 1 3、 1 7を水平方向に指向させた状態で設置し、 それ によって、 装置の低背化を図っている。 又、 上記ランジュバン型超音波 振動子 1 3、 1 7による超音波振動の方向は水平方向であるが、 これを 上記 L字型振動方向変換部材 1 5、 1 9によって上下方向に変換してい るものである。
上記固定部 1上には可動部 2 1が浮上可能に設置されている。 まず、 固定部 1側には、 第 1図 （c ) に示すように、 短手方向左右二箇所に固 定部側ガイ ド部 2 3、 2 5が設けられている。 上記固定部側ガイ ド部 2 3は、 第 1図 （c ) に示すように、 山形形状をなしていて、 図中上方に 向って凸状に形成されている。 すなわち、 2個の傾斜面 2 3 a、 2 3 b によって山形形状を構成しているものである。 又、 上記固定部側ガイ ド 部 2 3は、 第 1図 （a ) に示すように、 長手方向に沿って延長 '形成さ れているものである。 又、 上記固定部側ガイ ド部 2 5も同様の構成にな つていて、 2個の傾斜面 2 5 a、 2 5 bによって山形形状を構成してい るものである。 又、 上記固定部側ガイ ド部 2 3と固定部側ガイ ド部 2 5 との間には平坦面 2 7が設けられている。
一方、 可動部 2 1側をみてみると、 図 1 ( c ) に示すように、 上記固 定部側ガイ ド部 2 3、 2 5に対応するように、 可動部側ガイ ド部 2 9、 3 1が設けられている。 上記可動部側ガイ ド部 2 9は、 逆山形形状をな していて、 図中上方に向って凹状に形成されている。 すなわち、 2個の 傾斜面 2 9 a、 2 9 bによって逆山形形状を構成しているものである。 上記可動部側ガイ ド部 3 1も同様の構成になっていて、 2個の傾斜面 3 1 a、 3 1 bによって逆山形形状を構成しているものである。 又、 上記 可動部側ガイ ド部 2 9と可動部側ガイ ド部 3 1との間には M部 3 3が形 成されている。
上記固定部 1と可動部 2 1との間には駆動用のボイスコイルモータ 3 5が設けられている。 すなわち、 第 1図 （c ) に示すように、 固定部 1 側の平坦面 2 7にはコイル 3 7が設置されており、 一方、 可動部 2 1側 の凹部 3 3には永久磁石 3 9が設置されている。 これらコイル 3 7と永 久磁石 3 9とによって駆動用のボイスコイルモータ 3 5を構成している ものである。 そして、 上記コイル 3 7に適宜の方向の電流を流すことに より、 永久磁石 3 9の磁束の流れとの相互作用によって、 いわゆる 「フ レミングの左手の法則」 に基づいて、 可動部 2 1に対して Υ方向の何れ かに移動させるための駆動力が発生するものである。
以上が本実施の形態における超音波浮上装置の概略の構成である。 以 下、 作用を交えながら詳細に説明していく。 まず、 固定部側ガイ ド部 2 3、 2 5、 可動部側ガイ ド部 2 9、 3 1について第 2図を参照して説明 ΐ "。
まず、 第 2図 （a ) は 1個の固定部側ガイ ド部 2 3と 1個の可動部側 ガイ ド部 2 9を対向 ·配置したものである。 この場合、 固定部 1が超音 波振動することにより、 固定部側ガイ ド部 2 3の傾斜面 2 3 a、 2 3 b と可動部側ガイ ド部 2 9の傾斜面 2 9 a、 2 9 bとの間の空気層の圧力 が上昇し、 それによつて、 可動部 2 1は浮上することになる。 その浮上 高さ、 すなわち可動部 2 1の Z方向 （第 2図の上下方向） 位置は空気層 の圧力と可動部 2 1の重量により決定される。 又、 固定部側ガイ ド部 2 3と可動部側ガイ ド部 2 9が傾斜面によって構成されているので、 可動 部 2 1が Y方向 （紙面に直角方向） に移動するときは、 X方向 （図面の 左右方向） の位置は殆ど変化せず、 よって、 いわゆる 「リニアガイ ド」 として機能するものである。
又、 この実施の形態の場合には、 第 2図 （b ) に示すように、 2個の ガイ ド部を設けてい 。 すなわち、 固定部側ガイ ド部 2 3、 2 5、 それ に対向 ·配置される可動部側ガイ ド部 2 9、 3 1とからなる 2個のガイ ド部である。 このように、 ガイ ド部を 2個設けることにより、 同一の浮 上斜面面積の時には斜面高さを 1ノ2にすることができ、 それによつて 、 装置の低背化を図ることができるものである。 又、 いわゆる 「ローリ ング （図中紙面内回転剛性）」 に対してもより改善することができるも のである。 すなわち、 第 2図 （a ) のようにガイ ド部が 1個の場合には 上記ローリングが懸念されるが、 第 2図 ( b ) に示すような 2個のガイ ド部を設けた場合にはそのようなローリングを効果的に防止できるもの である。 さらに、 固定部 1側の平坦面 2 7に対抗して可動部 2 1側の平 坦面 2 8の隙間でも空気層が圧縮され、 可動部 2 1に浮上力が発生する 尚、 本実施の形態の場合には、 上記したように、 固定部側ガイ ド部 2 3、 2 5、 それに対向。配置される可動部側ガイ ド部 2 9、 3 1 とから なる 2個のガイ ド部を設けた構成になっているが、 それに限定されるも のではなく、 例えば、 第 2図 ( c ) に示すように、 4個のガイ ド部を設 けるようにしてもよいし、 それ以上であってもよい。 それによって、 さ らに低背化を図ることが可能になる。
又、 この実施の形態では、 固定部 1側を凸状部とし、 可動部 2 1側を 凹状部としたが、 その逆でもよい。
次に、 振動発生装置の個数について第 3図を参照して説明する。 原理 的には、 第 3図 （a ) に示すように、 可動部 2 1の移動距離 （ス トロー ク） が短ければ 1個の振動発生装置 3 ,でも構わないが、 ストロークを 長く したいときには、 固定部 1が撓まないように固定部 1の剛性を高め なければならない。 固定部 1の剛性を高めるためには固定部 1の厚みを 増大させる方法もあるが、 これは背を高くすることになり、 それでは装 置の低背化に反する。 そこで、 第 3図 （b ) に示すように、 2個の振動 発生装置 3 ,、 5 ,とすれば、 支持ポイントが増え固定部 1の背を高く しなくてもその剛性を向上させることができるものである。 又、 2個の 振動発生装置 3 ,、 5 とすれば、 1個あたりの出力は略 1ノ 2で済み 、 小型で低出力の振動発生装置で事足りることになる。
尚、 第 3図に示す振動発生装置 3 '、 5 ,は本実施の形態における振 動発生装置 3、 5とはその構成が異なっている。 すなわち、 そこに使用 されているランジュバン型超音波振動子 1 3 、 1 7 が Z方向に延長 -配置されていて、 Z方向に振動するように配置されているものである 。 これは次の説明の都合上敢えてそのようにしたものである。
次に、 本実施の形態における振動発生装置 3、 5は、 上記したように 、 振動方向変換部材 1 5、 1 9を使用した構成になっており、 それによ つても、 低背化が図られているものである。 これを第 3図を交えながら 説明する。 第 3図に示す振動発生装置 3 ,、 5 ,の場合は、 そこに使用 されているランジュバン型振動子 1 3 ,、 1 7 'は、 上記したように、 図中上下方向、 すなわち、 Z方向に振動するような配置で設置されてい る。 よって、 装置としてもその背が高くなってしまう。
これに対して、 本実施の形態の場合には、 振動発生装置 3、 5のラン ジュパン型振動子 1 3、 1 7を水平方向に振動するような配置で設置し 、 それを L字型振動方向変換部材 1 5、 1 9によって、 上下方向に変換 するように構成している。 それによつて、 低背化が図られているもので ある 0
次に、 第 4図を参照して振動発生装置 3、 5の位相に関して説明する 。 本実施の形態の場合には、 2個の振動発生装置 3、 5相互間に位相差 を付与している。 これに対して、 例えば、 2個の振動発生装置 3、 5相 互間に位相差を付与しない場合には、 第 4図 （c ) に示すような波形図 となり、 いわゆる 「定 i¾波」 となる。 この定在波は共振状態にあるので 振幅は大きく、 大きな浮上力を得るには有利であるが、 固定部 1の Y方 向の位置により振幅の大きさが異なるので、 可動部 2 1の移動に伴って 浮上力も異なることになる。 したがって、 超精密な位置決用ガイ ドとし ては不向きである。
そこで、 本実施の形態の場合には、 上記したように、 2個の振動発生 装置 3、 5相互間に位相差を付与しているものである。 その場合には、 第 4図 ( b ) に示すような波形図となり、 第 4図 ( c ) に示すような定 在波は形成されず、 固定部 1の Y方向の位置による振動振幅の大きさの 変動は小さくなり、 Y方向の位置による浮上力の変動も小さく、 よって 、 精密な位置決めに大変有利な構成となる。 又、 2個の振動発生装置 3、 5相互間の位相差に対する進行波比 ( = 進行波/定在波) の実験結果を第 5図に示す。 第 5図は横軸に位相差を とり縦軸に進行波比をとり位相差の変化に伴う進行波比の変化を示す特 性図である。 この第 5図に示すように、 位相差 「0 ° 」 及び 「1 8 0 ° J 付近では殆どが定在波であり、 進行波は 1ノ4 0程度発しているだけ である。 これに対して、 位相差 「9 0。 」 付近及び 「2 7 0 ° 」 付近で は進行波比が 「1」 近くであり、 進行波の比率が高くなつている。 よつ て、 位相差を 「9 0。 」 又は 「 2 7 0 ° J 近辺に設定することによって 安定した進行波を発生させることができるものである。 そして、 この固 定部 1の進行波によって固定部 1と可動部 2 1の間の空気層を介して可 動部 2 1側に推力を与えて可動部 2 1を移動させることができるもので ある。 このときの Y方向の振動振幅を第 4図 （a ) に示す。
その結果、 駆動装置を別途設けなくても、 振動発生装置 3、 5間の位 相差を 「略 9 0 ° 」 又は 「略 2 7 0 ° 」 に設定することによって可動部 2 1の駆動が可能になる。 又、 位相差 9 0 ° にて Y方向右側に可動部 2 1が移動するとき、 位相差を 2 7 0 ° に変えると可動部 2 1は左側に移 動する。 このように移動方向の制御も可能になる。
尚、 2個以上の振動発生装置を用いる場合は両端の振動発生装置に設 定したい位相差を付与し、 他の振動発生装置には両端の振動発生装置か らの距離に応じ、 両端の位相差の比例配分を行えばよい。 例えば 3個の 振動発生装置を用い、 両端に 9 0 ° の位相差を与えるときは、 真ん中に 配置した振動発生装置は両端の振動発生装置の位相差 9 0 ° の半分、 4 5 ° の位相差を与えればよい。
以上この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、 固定部 1に固定部側ガイ ド部 2 3、 2 5を凸状に設けると共に 、 上記可動部 2 1に可動部側ガイ ド部 2 9、 3 1を凹状に設けて対抗 · 配置した構成としたので、 リニアガイ ドとして有効に機能することが可 能な超音波浮上装置を得ることができる。
又、 固定部側ガイ ド部 2 3、 2 5と可動部側ガイ ド部 2 9、 3 1力 ら なる 2個のガイ ド部を設けたので、 それだけ高さを低くすることが可能 になり装置の低背化 · コンパク ト化を図ることができると共にローリン グ防止を図ることができる。
又、 振動発生装置 3、 5を 2個設けたので、 固定部 1の背を高く しな くてもその剛性を向上させることができると共に、 振動発生装置 1個あ たりの出力を小さくすることができる。
又、 振動発生装置 3、 5に L字型 1 5、 1 9を使用するようにしたの で、 それによつても装置の低背化を図ることが可能になる。
又、 2個の振動発生装置 3、 5相互間に振動位相差を付与したので、 精密な位置決めに対して効果的に対応可能になった。
又、 2個の振動発生装置 3、 5相互間に略 9 0 ° 又は 2 7 0 ° の振動 位相差を付与するようにしたので、 特別の駆動装置を要することなく可 動部 2 1に推力を付与することが可能になった。
次に、 第 6図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、 振動発生装置として、 ランジュバン型振 動子を使用した例を挙げて説明したが、 この第 2の実施の形態の場合に は、 平板状の単板圧電振動子 5 1、 5 3を使用した例を示すものである 。 又、 上記単板圧電振動子 5 1、 5 3とは別体の保持部材 5 5、 5 7に よって固定部 1を保持するようにしたものである。
尚、 その他の構成は前記第 1の実施の形態の場合と同じであり、 よつ て、 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。
以上、 この第 2の実施の形態の場合にも、 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可能であり、 又、 平板状の単板圧電振動 子 5 1、 5 3を使用したことによりさらなる低背化を図ることが可能に なる。
次に、 第 7図を参照して、 本発明の第 3の実施の形態を説明する。 第 7図は第 3の実施の形態による超音波浮上装置の構成を概念的に示す図 であり、 第 7図 （a ) は超音波浮上装置の平面図、 第 7図 （b ) は第 7 図 （a ) の b— b矢視図であり、 第 7図 （c ) は第 7図 （a ) の c一 c 断面図である。
まず、 固定部 1 0 1があり、 この固定部 1 0 1は、 振動変換部材 1 2 1及び振動変換部材 1 2 5と、 該振動変換部材 1 2 1、 1 2 5の両側に 設けられた固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7を備えた構成になっている 。 上記固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7の間であって長手方向左右両端 部には、 振動発生装置 1 0 9、 1 1 1が、 上記固定部 1 0 1の振動変換 部材 1 2 1、 1 2 5に取り付けられた状態で設置されている。 上記振動 発生装置 1 0 9、 1 1 1には保持部材 1 1 3、 1 1 5が取り付けられて いる。 固定部 1 0 1は、 上記振動発生装置 1 0 9、 1 1 1の保持部材 1 1 3、 1 1 5を介してベース 1 1 7上に設置されている。
尚、 上記振動変换部材 1 2 1、 1 2 5は、 上記したように、 固定部 1 0 1の構成要素であると同時に、 振動発生装置 1 0 9、 1 1 1の構成要 素でもある。
上記振動発生装置 1 0 9は、 ランジュバン型超音波振動子 1 1 9と、 十字型振動方向変換部材 1 2 1とから構成されている。 同様に、 上記振 動発生装置 1 1 1も、 ランジュバン型超音波振動子 1 2 3と、 十字型振 動方向変換部材 1 2 5とから構成されている。 上記ランジュバン型超音 波振動子 1 1 9、 1 2 3による超音波振動を十字型振動方向変換部材 1 2 1、 1 2 5によって、 直交する 2方向に変換して固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7に超音波振動を付与している。 上記固定部 1 0 1上には可動部 1 3 1が浮上可能に設置されている。 その際、 固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7側には傾斜面 1 0 5 a、 1 0 7 aが形成されている。 これを断面方向からみると、 第 7図 ( c ) に示 すように、 「ハの字」 に形成されているものである。
一方、 上記可動部 1 3 1側をみてみると、 上記傾斜面 1 0 5 a、 1 0 7 aに対向するように、 傾斜面 1 3 1 a、 1 3 1 bが形成されている。 このように、 可動部 1 3 1と固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7との凹凸 構造を 「ハの字」 形状としたのは次のような理由による。
すなわち、 前記第 1〜第 2の実施の形態の場合には、 固定部 1側と可 動部 2 1側との間の凹凸構造を山形形状としている。 その際、 山形の頂 点部においては相互間の寸法に高い精度が要求される。 つまり、 僅かな 寸法誤差によって固定部 1側と可動部 2 1側とが接触してしまうような ことが発生するからである。 これに対して、 この第 3の実施の形態のよ うに、 可動部 1 3 1 と固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7との凹凸構造を 「ハの字」 形状とした場合には、 上記したような頂点部間がなくなるの で、 「ハの字」 を構成する傾斜面 1 0 5 a、 1 0 7 a、 1 3 1 a、 1 3 l bの面精度 （平面度、 角度、 真直度） のみを担保するだけでよくなり 、 それによつて、 加工が容易になり、 加工コス トが低減され、 熱膨張に よる寸法変化等の外乱にも強くなるものである。
又、 上記可動部 1 3 1側には凹部 1 3 3が形成されている。 又、 上記 固定部 1 0 1側の Y方向中央部には、 固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7 のみがあり、 これら固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7の間であってベー ス 1 1 7上には、 コイルベース 1 0 3が設置されている。 このコイルべ ース 1 0 3上にはコイル 1 3 9が設置されている。 このコイル 1 3 9と 上記凹部 1 3 3に設置された永久磁石 1 4 1とにより駆動用のボイスコ ィルモータ 1 3 7が構成されている。 そして、 上記コイル 1 3 9に適宜の方向の電流を流すことにより、 永 久磁石 1 4 1の磁束の流れとの相互作用によって、 いわゆる 「フレミン グの左手の法則」 に基づいて、 可動部 1 3 1に対して Y方向の何れかに 移動させるための駆動力が発生するものである。
以上この第 3の実施の形態によると、 前記第 1、 第 2の実施の形態の 場合と同様の効果を寒することができると共に、 可動部 1 3 1と固定側 ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7との凹凸構造を 「ハの字」 形状としたことによ り、 前記第 1〜第 2の実施の形態の場合のような頂点部間において高い 寸法精度を保持するといつた煩雑なことを不要とすることができるよう になった。 そして、 「ハの字」 を構成する傾斜面 1 0 5 a、 1 0 7 a , 1 3 1 a , 1 3 1 bの面精度 （平面度、 角度、 真直度） のみを担保する だけでよくなり、 それによつて、 加工の容易化、 加工コス トの低減を図 ることができるようになり、 又、 熱膨張による寸法変化等の外乱にも強 くなるものである。
尚、 この第 3の実施の形態の場合には、 「ハの字」 形状の凹凸部を一 箇所としたが、 これを二箇所以上設ける構成も考えられる。 .
次に、 第 8図を参照して、 本発明の第 4の実施の形態を説明する。 前 記第 3の実施の形態の場合には、 第 7図に示したように、 2個の固定側 ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7、 2個の十字型振動変換部材 1 2 1、 1 2 5を 組み立てる構成であった。 この場合には、 固定部 1 0 1側の組立寸法精 度は、 各部品、 すなわち、 上記 2個の固定側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7、 2個の十字型振動変換部材 1 2 1、 1 2 5の寸法精度の和と組立誤差の 和によって決定される。
これに対して、 この第 4の実施の形態の場合には、 第 8図に示すよう に、 口字形状の固定側ガイ ド部 2 0 1を使用するようにしている。 それ によって、 前記第 3の実施の形態において使用されている十字型振動変 换部材 1 2 1、 1 2 5を使用することなく、 超音波振動を固定部 1 0 1 側に伝達させることができる。
具体的に説明すると、 第 8図に示すように、 口字形状の固定側ガイ ド 部 2 0 1の図中左側短辺 2 0 3に、 振動発生源 1 0 9より超音波振動を 付与すると、 口字形状の固定側ガイ ド部 2 0 1の長辺 2 0 5、 2 0 7が 超音波振動することになる。 同様に、 口字形状の固定側ガイ ド部 2 0 1 の図中右側短辺 2 0 9に、 振動発生源 1 1 1より超音波振動を付与する と、 口字形状の固定側ガイ ド部 2 0 1の長辺 2 0 5、 2 0 7が超音波振 動することになる。
尚、 上記固定部側ガイ ド部 2 0 1の長辺 2 0 5、 2 0 7は、 前記第 3 の実施の形態における固定部側ガイ ド部 1 0 5、 1 0 7と同様に、 「ハ の字」 形状を構成するべく、 傾斜面 2 0 5 a、 2 0 7 aを備えている。 又、 この第 4の実施の形態の場合には、 左右に振動発生源 1 0 9、 1 1 1を設置しているが、 超音波振動を生じさせるだけなら必ずしも両方 に必要ではない。 この第 4の実施の形態の場合には、 2つの振動発生源 1 0 9、 1 1 1を同位相で振動させ入力振動パワーを 2倍にして用いて いる。
その他の構成は前記第 3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。
以上、 この第 4の実施の形態によると、 前記第 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、 前記第 3の実施の形態にお ける十字型振動変換部材と固定側ガイ ド部を一体化して、 口字形状の固 定側ガイ ド部 2 0 1としたことによりさらなる高精度化が容易となる。 次に、 第 9図を参照して本発明の第 5の実施の形態を説明する。 この 第 5の実施の形態の場合には、 前記第 4の実施の形態による構成におい て、 口字形状の固定側ガイ ド部 2 0 1の内側に、 振動発生源 1 0 9、 1 1 1を配置するようにしたものである。 それによつて、 装置をコンパク トにすることが可能になるものである。
尚、 本発明は前記第 1〜第 5の実施の形態に限定されるものではない まず、 ランジュバン型振動子や単板圧電素子以外にも、 例えば、 積層 圧電素子の使用が考えられる。
又、 ガイ ド部の個数についてはこれを特に限定するものではない。 又、 前記各実施の形態では、 ボイスコイルモータによる駆動を例に挙 げて説明したが、 それに限定されるものではなく、 例えば、 リニアモー タであってもよい。
その他図示した構成はあくまで一例である。 産業上の利用可能性 '
本発明は、 ガイ ド機構の構成を改良することにより装置のコンパク ト 化及ぴ浮上の安定性を図った超音波浮上装置に関し、 例えば、 各種の位 置決め装置として好適である。

Claims

請求の範囲
1 . 固定部と、
上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、 を具備し、 上記固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動するこ とにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波 浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向 に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、 一方、 上記可動部に設けられた 可動部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸 状に形成して上記固定部側ガイ ド部に対向 ·配置させるようにしたこと を特徴とする超音波浮上装置。
2 . 請求項 1記載の超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向 に沿った方向に山形 ώ状又は逆山形 ω状に形成し、 一方、 上記可動部に 設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に 逆山形凹状又は山形凸状に形成して上記固定部側ガイ ド部に対向 ·配置 させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
3 . 請求項 1記載の超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向 に沿った方向にハの字形凸状又は逆ハの字形凹状に形成し、 一方、 上記 可動部に設けられた可動部側ガイ ド部の全部又は一部を浮上方向に沿つ た方向に逆ハの字形凹状又はハの字形凸状に形成して上記固定部側ガイ ド部に対向 ·配置させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
4 . 請求項 1〜請求項 3の何れかに記載の超音波浮上装置において、 上記固定部側ガイ ド部と可動部側ガイ ド部からなるガイ ド部を 2個所 以上設けたことを特徴とする超音波浮上装置。
5 . 請求項 1〜請求項 4の何れかに記載の超音波浮上装置において、 上記振動発生装置が 2個以上設けられていることを特徴とする超音波 浮上装置。
6 . 請求項 1〜請求項 5の何れかに記載の超音波浮上装置において、 上記振動発生装置に振動変換部材が使用されていることを特徴とする 超音波浮上装置。
7 . 請求項 6記載の超音波浮上装置において、
上記固定部側ガイ ド部又は可動部側ガイ ド部と上記振動変換部材とを 一体化させたことを特徴とする超音波浮上装置。
8 . 請求項 7記載の超音波浮上装置において、
上記振動変換部材^口字形状をなしていることを特徴とする超音波浮 上装置。
9 . 請求項 8記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置の振動発生源が上記口字形状の振動変換部材内に配 置されていることを特徴とする超音波浮上装置。
1 0 . 請求項 1〜請求項 9の何れかに記載の超音波浮上装置において、 上記振動発生装置の振動源にランジュバン型振動子又は積層圧電素子 又は単板圧電素子が使用されていることを特徴とす 超音波浮上装置。
1 1 . 請求項 5〜請求項 1 0の何れかに記載の超音波浮上装置において 、
上記 2個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与したことを特 徴とする超音波浮上装置。
1 2 . 請求項 1 1記載の超音波浮上装置において、
上記振動位相差が略 9 0 ° 又は略 2 7 0 ° であることを特徴とする超 音波浮上装置。
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