WO2010113764A1 - 超音波モータ装置 - Google Patents

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case
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瀧澤宏行
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オリンパス株式会社
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    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/028—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors along multiple or arbitrary translation directions, e.g. XYZ stages
    • 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
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    • H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic motor device.
  • an XY stage described in Patent Document 1 As a conventional ultrasonic motor device, for example, an XY stage described in Patent Document 1 can be cited.
  • This XY stage is an XY stage having a fixed base and a moving base that moves the fixed base back and forth linearly, and is arranged on one of the fixed base and the moving base in the moving direction of the mobile base.
  • An ultrasonic linear motor comprising at least two or more leg portions, a trunk portion that connects the end portions of the leg portions, and a vibration source that vibrates the leg portions and the trunk portion, respectively.
  • the tip of the part is provided in pressure contact with the other of the fixed table or the movable table.
  • stage device described in Patent Document 2 is arranged on a flat base, a first stage disposed on the base and driven by a first ultrasonic motor, and disposed on the first stage.
  • a second stage driven by a second ultrasonic motor, and a cross roller guide is constituted by a V groove, a guide rail, and the like.
  • Patent Document 1 has a problem that the structure of the pressing mechanism and the bearing mechanism is complicated and it is difficult to reduce the size.
  • the stage device described in Patent Document 2 has a structure in which the first stage and the second stage are stacked, and even if an ultrasonic motor is attached inside the stage, the configuration becomes complicated, making it difficult to reduce the size and assembling. is there.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic motor device that can be easily downsized and has high assemblability.
  • an ultrasonic motor device includes a vibration member that periodically vibrates by application of a high-frequency voltage, a case that houses the vibration member, and a movement that contacts the vibration member.
  • a first ultrasonic motor unit and a second ultrasonic motor unit each having a member, and an urging member that generates pressure by bringing the moving member and the vibration member into pressure contact with each other;
  • the pair of first ultrasonic motor units are disposed on the base member so as to face each other.
  • a pair of second ultrasonic motor units are arranged on the first frame so as to face each other.
  • the ultrasonic motor device preferably includes one first ultrasonic motor unit.
  • the ultrasonic motor device preferably includes one second ultrasonic motor unit.
  • the ultrasonic motor device according to the present invention is advantageous in that it can be easily miniaturized and can achieve high assemblability.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an ultrasonic motor device according to a first embodiment of the present invention. It is a disassembled perspective view which shows the structure of the ultrasonic motor apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a disassembled perspective view for demonstrating operation
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the ultrasonic motor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the ultrasonic motor device according to the first embodiment.
  • the ultrasonic motor device 100 of the first embodiment includes X-axis drive ultrasonic motor units 111 and 112 (first ultrasonic motor unit), and a Y-axis drive.
  • Ultrasonic motor units 113 and 114 second ultrasonic motor unit
  • a plate-like base 120 an X plate 140 (first frame)
  • a Y plate 130 second frame
  • the ultrasonic motor units 111 and 112 are fixed to both ends of the upper surface of the base 120 in the Y direction so as to form a pair.
  • the ultrasonic motor unit 111 has its case member (case) fixed with screws to the mounting portions 121 and 122 of the base 120
  • the ultrasonic motor unit 112 has its case member (case). ) Is fixed to the mounting portions 123 and 124 of the base 120 with screws.
  • the ultrasonic motor unit 111 includes a driven member (moving member) that is movable along the X-axis direction, and connection members 111c and 111d are provided at both ends of the driven member, respectively.
  • the ultrasonic motor unit 112 includes a driven member (moving member) that can move along the X-axis direction, and connection members 112c and 112d are provided at both ends of the driven member, respectively.
  • the mounting holes 141 and 142 are provided at one end of the X plate 140 in the Y direction, and the mounting holes 143 and 144 are provided at the other end.
  • the ultrasonic motor unit 111 is coupled to the lower surface of the X plate 140 by screwing the connecting members 111c and 111d into the mounting holes 141 and 142, respectively.
  • the ultrasonic motor unit 112 is coupled to the lower surface of the X plate 140 by screwing the connection members 112c and 112d into the mounting holes 143 and 144, respectively.
  • the ultrasonic motor units 111 and 112 are arranged to face each other so as to support the X plate 140 at both ends in the Y direction (FIGS. 2 and 3).
  • FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining the operation of the X plate 140, and illustration of members such as the Y plate 130 is omitted from FIG.
  • connection members 111c and 111d of the ultrasonic motor unit 111 and the connection members 112c and 112d of the ultrasonic motor unit 112 move in the X direction, respectively, and thereby the X plate 140 moves in the X direction.
  • the ultrasonic motor units 113 and 114 are fixed to both ends of the lower surface of the X plate 140 in the X direction so as to form a pair.
  • the ultrasonic motor unit 113 has its case member (case) screwed to the mounting holes 151 and 152 of the X plate 140 via the screw holes 113c and 113d. Coupled to the bottom surface.
  • the ultrasonic motor unit 114 is coupled to the lower surface of the X plate 140 by screwing the case member (case) to the mounting holes 153 and 154 of the X plate 140 through the screw holes 114c and 114d. Is done.
  • the ultrasonic motor units 113 and 114 are disposed to face the X plate 140 so as to hang at both ends in the X direction.
  • the ultrasonic motor unit 113 includes a driven member (moving member) that can move along the Y-axis direction, and connection members 113a and 113b are provided at both ends of the driven member, respectively.
  • the ultrasonic motor unit 114 includes a driven member (moving member) movable along the Y-axis direction, and connection members 114a and 114b are provided at both ends of the driven member, respectively.
  • the attachment part 131,132 is provided in the one end of the X direction of the Y plate 130, and the attachment part 133,134 is provided in the other end.
  • the ultrasonic motor unit 113 is coupled to the upper surface of the Y plate 130 by screwing the connection members 113a and 113b to the attachment portions 131 and 132, respectively.
  • the ultrasonic motor unit 114 is coupled to the upper surface of the Y plate 130 by screwing the connection members 114a and 114b to the attachment portions 133 and 134, respectively.
  • the ultrasonic motor units 113 and 114 are arranged to face each other so as to support the Y plate 130 at both ends in the X direction (FIGS. 2 and 4).
  • FIG. 4 is an exploded perspective view for explaining the operation of the Y plate 130, and illustration of members such as the X plate 140 is omitted from FIG.
  • connection members 113a and 113b of the ultrasonic motor unit 113 and the connection members 114a and 114b of the ultrasonic motor unit 114 move in the Y direction, respectively, and thereby the Y plate 130 moves in the Y direction.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a configuration example of the ultrasonic motor unit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration example of the ultrasonic motor unit according to the first embodiment.
  • connection members 111c and 111d or the connection members are connected to both ends of the driven member 24 (moving member).
  • the members 112c and 112d are fixedly used.
  • 10 is arranged so that the A direction in which the driven member 24 extends is along the X direction, the height direction (C direction) is along the Y direction, and the thickness direction (B direction) is along the Z direction. .
  • connection members 113a and 113b or the connection members 114a and 114b are fixed to both ends of the driven member 24 (moving member), respectively.
  • 10 is arranged so that the A direction in which the driven member 24 extends is along the Y direction, the height direction (C direction) is along the X direction, and the thickness direction (B direction) is along the Z direction. .
  • the ultrasonic motor unit 10 (linear drive ultrasonic motor) shown in FIGS. 5 and 6 will be described.
  • the ultrasonic motor unit 10 includes a vibrator 22 (vibrating member) as an ultrasonic vibrator, a driven member 24, a pressing member 21 (biasing member), a first case member 11, and a guide.
  • Rolling members 25, 26, 27, 28 and a second case member 12 are provided as means.
  • the vibrator 22, the first case member 11 (case), and the case member 12 (case) all have a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and the first housing recess 16 is formed inside the first case member 11.
  • the second housing recess 18 is formed inside the case member 12.
  • the vibrator 22 and the pressing member 21 are accommodated in order from the opening side (end face 11s side) in the height direction of the ultrasonic motor unit 10 (direction C in FIG. 5).
  • the pressing member 21 is a long plate-like leaf spring, and the longitudinal direction thereof is arranged along the longitudinal direction of the ultrasonic motor unit 10 and the first case member 11 (A direction in FIG. 5).
  • the guide member 29, the rolling members 25, 26, 27, and 28 are sequentially arranged from the opening side (end surface 12 s side) in the height direction (C direction) of the ultrasonic motor unit 10. Is housed.
  • the rolling members 25, 26, 27, and 28 are arranged in two rows along the longitudinal direction of the second case member 12.
  • the guide member 29 has a shape in which a long plate-like member is bent at the center in the width direction.
  • the guide member 29 is located at a position corresponding to the rolling members 25, 26, 27, and 28 when housed in the second housing recess 18 so that the bent portion is disposed inside the second case member 12.
  • the guide holes 29a, 29b, 29c, and 29d are through holes.
  • the position of the guide member 29 is preferably fixed by engaging with an engaging portion (not shown) provided in the second accommodating recess 18. With this configuration, the four rolling members 25, 26, 27, 28 are located above the guide hole portions 29 a, 29 b, 29 c, 29 d of the guide member 29 from the lower side in the second housing recess 18 of the case member 12. It is positioned in a state where it can roll by being inserted into each.
  • the driven member 24 (moving member) is a shaft-shaped member having a D-shaped cross section, and when the first case member 11 and the second case member 12 are assembled to each other, the flat surface portion 24a has the driver 22a.
  • the curved surface portion 24 b is in contact with the rolling members 25, 26, 27, and 28.
  • the first case member 11 and the case member 12 are assembled together with the end surface 11s of the first housing recess 16 and the end surface 12s of the second housing recess 18 in contact with each other. This assembly is performed by screwing a case set screw 37 into a screw hole 12 h provided in the second case member 12.
  • 1st groove part 11g is formed in the end surface 11s of the 1st accommodating recessed part 16 along the direction (A direction) in which the driven member 24 is driven.
  • the second groove 12g is formed so as to correspond to the first groove 11g when the first case member 11 and the second case member 12 are assembled together. Is formed.
  • the first groove portion 11g and the second groove portion 12g are arranged to face each other after assembly to form the opening portion 10g.
  • the driven member 24 extends toward the outside of the first case member 11 and the second case member 12 through the opening 10g.
  • the driven member 24 includes rolling members 25, 26 protruding above the guide hole portions 29a, 29b, 29c, 29d of the guide member 29, 27 and 28 are contacted and supported.
  • the driven member 24 is supported by the rolling members 25, 26, 27, 28 arranged along the longitudinal direction of the second case member 12, so that the longitudinal direction of the case member 12, that is, the driven member 24 is It becomes possible to move along the longitudinal direction.
  • the upper surface of both end portions in the longitudinal direction of the pressing member 21 can be pressed by a pressing screw 36 (pressure member).
  • the tip of the pressing screw 36 extends into the first receiving recess 16 through a screw hole 11 h that is a through hole provided in the upper surface of the first case member 11.
  • the pressing member 21 is arranged such that the lower surface of the central portion in the longitudinal direction comes into contact with the support member 23 for positioning the vibrator 22.
  • the support member 23 is fixed to the center of the vibrator 22 in the longitudinal direction (direction A in FIG. 5A).
  • the vibrator 22 is configured by an ultrasonic vibrator (for example, a piezoelectric element).
  • the assembly of the ultrasonic motor unit 10 having the above configuration is performed as follows. First, the pressing member 21 is put into the first housing recess 16 of the first case member 11. Next, the vibrator 22 is fixed to the first case member 11 by fitting the protruding portion of the support member 23 and the engaging portion of the first case member 11.
  • the case member 12 is connected to the first case member 11 from the case member 12 side in a state where the driven member 24 is supported by the rolling members 25, 26, 27, 28.
  • the second case member 12 is assembled to each other.
  • the pressing force by the pressing member 21 is set to a desired value by adjusting the amount of extension of the pressing screw 36 into the first housing recess 16.
  • the pressing screw 36 can be fixed by adhering to the screw hole 11 h of the first case member 11.
  • the pressing force can be adjusted by changing the material and shape of the pressing member 21.
  • the first case member 11 has sufficiently higher rigidity than the pressing member 21, and even if the first case member 11 contacts a member of an external device (not shown), for example, the amount of bending of the pressing member 21 changes. There is no. As a result, the degree of freedom in designing the external device is improved. Further, since the pressing member 21 is not exposed to the outside of the first case member 11, the outer shape of the first case member 11 can be applied to an external device and used for positioning of the attachment.
  • the pressing member 21 presses the vibrator 22 against the driven member 24, whereby a frictional force is generated between the vibrator 22 and the driven member 24.
  • the driven member 24 moves in the longitudinal direction by applying the high frequency voltage to vibrate the vibrator 22. Furthermore, since the driven member 24 moves while being supported by the rolling members 25, 26, 27, 28, a stable pressing force can be obtained.
  • connecting portions 31 are provided at both ends of the driven member 24, and a linear movable device can be realized.
  • the connecting members 111c and 111d are fixed to the connecting portions 31 at both ends of the driven member 24, and the connecting members 111c and 111d are fixed.
  • the driven member 24 is driven to move in the A direction, whereby the X plate 140 moves in the X direction.
  • Such a configuration and operation are the same for the ultrasonic motor unit 112.
  • the ultrasonic motor unit 113 when the connecting members 113a and 113b are fixed to the connecting portions 31 at both ends of the driven member 24 and the connecting members 113a and 113b are fixed to the Y plate 130, the driven member 24 is When driven and moved in the A direction, the Y plate 130 moves in the Y direction.
  • the ultrasonic motor unit 114 Such a configuration and operation are also the same for the ultrasonic motor unit 114.
  • the X plate 140 can be moved relative to the base 120 by driving the ultrasonic motor units 111 and 112, and the Y plate 130 can be moved to the ultrasonic motor unit 113, By driving 114, relative movement with respect to the X plate 140 is possible.
  • the ultrasonic motor device 100 having the above configuration and action has the following effects.
  • An XY stage capable of stable XY driving can be provided simply by attaching the ultrasonic motor units 111, 112, 113, and 114 having stable characteristics. That is, until now, the ultrasonic motor unit has been incorporated into the XY stage and the pressing force, drive frequency, and the like have been adjusted, but the ultrasonic motor device 100 has optimally adjusted the motor characteristics in the state of the ultrasonic motor unit alone. Since it can be assembled in the state as an XY stage, it is possible to reduce the size and to improve the assemblability.
  • examples of the motor characteristics to be adjusted include a pressing force and a driving frequency.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an ultrasonic motor device 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing the configuration of the ultrasonic motor apparatus 200 according to the second embodiment.
  • bearing members 212 and 214 are used in place of the ultrasonic motor units 112 and 114 of the first embodiment. Different from the ultrasonic motor apparatus 100 according to the embodiment. Other configurations are the same as those of the ultrasonic motor device 100 according to the first embodiment, and the same reference numerals are used for the same members.
  • the ultrasonic motor apparatus 200 includes one ultrasonic motor unit that moves the X plate 140 and the Y plate 130. That is, the ultrasonic motor device 200 includes an ultrasonic motor unit 111 for moving the X plate 140 and an ultrasonic motor unit 113 for moving the Y plate 130.
  • the bearing member 212 is fixed to the end of the upper surface of the base 120 in the Y direction so as to form a pair with the ultrasonic motor unit 111, similarly to the ultrasonic motor unit 112. Further, the bearing member 212 has a case member (case) fixed to the mounting portions 123 and 124 of the base 120 with screws.
  • the bearing member 212 includes a shaft-like member that can move along the X-axis direction, and connecting members 212c and 212d are fixed to both ends of the shaft-like member, respectively.
  • the bearing member 212 is coupled to the lower surface of the X plate 140 by screwing the connecting members 212c and 212d into the mounting holes 143 and 144, respectively.
  • the ultrasonic motor unit 111 and the bearing member 212 are disposed to face each other so as to support the X plate 140 at both ends in the Y direction.
  • the case member of the bearing member 212 has at least the same thickness (size in the Z direction) as that of the ultrasonic motor unit 111.
  • the bearing member 214 is fixed to the end portion in the X direction on the lower surface of the X plate 140 so as to make a pair with the ultrasonic motor unit 113.
  • the bearing member 214 has a case member (case) fixed to the mounting holes 153 and 154 of the X plate 140 with screws.
  • the ultrasonic motor unit 113 and the bearing member 214 are opposed to the X plate 140 so as to hang at both ends in the X direction.
  • the bearing member 214 includes a shaft-like member that can move along the Y-axis direction, and connecting members 214a and 214b are fixed to both ends of the shaft-like member, respectively.
  • the bearing member 214 is coupled to the upper surface of the Y plate 130 by screwing the connection members 214a and 214b to the attachment portions 133 and 134, respectively.
  • the ultrasonic motor unit 113 and the bearing member 214 are disposed to face each other so as to support the Y plate 130 at both ends in the X direction.
  • the case member of the bearing member 214 has at least the same thickness (size in the Z direction) as that of the ultrasonic motor unit 113.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing the configuration of the bearing member according to the second embodiment.
  • the bearing member 212 and the bearing member 214 have the same shape, only the bearing member 212 will be described in FIG.
  • the bearing member 212 and the bearing member 214 may have different shapes as long as the same action and effect can be obtained.
  • the bearing member 212 includes a case 261, a guide member 262, a shaft-like member 263, and rolling members 266, 267, 268 and 269.
  • the case 261 has a hollow substantially rectangular parallelepiped outer shape, and openings 261a and 261b are formed on opposing side walls.
  • the guide member 262 has a shape obtained by bending a long plate-like member at the center in the width direction. A plurality of guide holes penetrating in the thickness direction are formed at predetermined positions of the guide member 262, and spherical rolling members 266, 267, 268, 269 are held in the guide holes so as to be able to roll.
  • the guide member 262 is placed in the internal space of the case 261 while holding the rolling members 266, 267, 268, 269.
  • a shaft-like member 263 is disposed on the rolling members 266, 267, 268, 269.
  • the shaft-like member 263 is arranged so that both ends thereof extend from the openings 261a and 261b to the outside, and connection members 212c and 212d are fixed to both ends, respectively.
  • the connecting members 212c and 212d are fixed to both ends of the shaft-like member 263 by screws 264 and 265, respectively.
  • the shaft-like member 263 is held by the rolling members 266, 267, 268, 269 so as to be movable in the axial direction (D direction).
  • the bearing member 212 having the above configuration is such that the D direction in which the shaft-like member 263 extends is along the X direction, the height direction (E direction) is along the Y direction, and the thickness direction (F direction) is along the Z direction. Be placed.
  • the bearing member 214 is arranged so that the D direction in which the shaft-like member extends is along the Y direction, the height direction (E direction) is along the X direction, and the thickness direction (F direction) is along the Z direction. .
  • the bearing members 212 and 214 are used instead of the ultrasonic motor units 112 and 114, respectively, the number of ultrasonic motor units can be reduced. Therefore, when the load necessary for moving the X plate and the Y plate is small, the cost can be reduced by adopting such a configuration.
  • action, and an effect it is the same as that of 1st Embodiment.
  • the ultrasonic motor device according to the present invention is useful for the vibration isolation structure of the XY stage and precision equipment.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

　小型化が容易であって組立性の高い超音波モータ装置を提供する。　高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材、振動部材を収納するケース、振動部材に接触する移動部材、及び移動部材と振動部材とを互いに加圧接触させて押圧力を発生する付勢部材、をそれぞれ有する第１の超音波モータユニット及び第２の超音波モータユニットと、第１の超音波モータユニットのケースが固定されたベース部材と、第１の超音波モータユニットの移動部材に固定され、かつ、第２の超音波モータユニットのケースが固定された第１の枠と、第２の超音波モータユニットの移動部材に固定された第２の枠と、を備えている。

Description

超音波モータ装置
　本発明は、超音波モータ装置に関するものである。
　従来の超音波モータ装置としては、例えば特許文献１に記載のＸ－Ｙステージが挙げられる。このＸ－Ｙステージは、固定台とこの固定台を往復直線移動する移動台とを有するＸ－Ｙステージであって、上記固定台または上記移動台の一方に、上記移動台の移動方向に配置された少なくとも２本以上の脚部とこれらの脚部の端部を連結する胴部とこれらの脚部と胴部とをそれぞれ振動させる振動源とを備えてなる超音波リニアモータが、上記脚部の先端を上記固定台または上記移動台の他方に圧接して設けられている。
　また、特許文献２に記載のステージ装置は、平板状をした基盤と、前記基盤上に配置され、第１の超音波モータによって駆動される第１ステージと、前記第１ステージ上に配置され、第２の超音波モータによって駆動される第２ステージと、で構成され、Ｖ溝、ガイドレールなどからクロスローラーガイドを構成している。
特許第２５０６１７０号明細書 特開２０００－５８６２９号公報
　しかしながら、特許文献１記載のＸ－Ｙステージでは、押圧機構、ベアリング機構の構造が複雑であり小型化が難しいという問題がある。
　また、特許文献２記載のステージ装置は、第１ステージと第２ステージを積み上げた構造でありステージ内部に超音波モータを取り付けても構成が複雑になり小型化が難しく、組み立ても難しいという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化が容易であって組立性の高い超音波モータ装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波モータ装置は、高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材、振動部材を収納するケース、振動部材に接触する移動部材、及び移動部材と振動部材とを互いに加圧接触させて押圧力を発生する付勢部材、をそれぞれ有する第１の超音波モータユニット及び第２の超音波モータユニットと、第１の超音波モータユニットのケースが固定されたベース部材と、第１の超音波モータユニットの移動部材に固定され、かつ、第２の超音波モータユニットのケースが固定された第１の枠と、第２の超音波モータユニットの移動部材に固定された第２の枠と、を備えていることを特徴としている。
　本発明に係る超音波モータ装置は、一対の第１の超音波モータユニットがベース部材上に対向して配置されていることが好ましい。
　本発明に係る超音波モータ装置は、一対の第２の超音波モータユニットが第１の枠上に対向して配置されていることが好ましい。
　本発明に係る超音波モータ装置は、第１の超音波モータユニットを１つ備えることが好ましい。
　本発明に係る超音波モータ装置は、第２の超音波モータユニットを１つ備えることが好ましい。
　本発明に係る超音波モータ装置は、小型化が容易であって高い組立性を実現できる、という効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るＸプレートの動作を説明するための分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るＹプレートの動作を説明するための分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る超音波モータユニットの構成例を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る超音波モータユニットの構成例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る軸受部材の構成を示す分解斜視図である。
　以下に、本発明に係る超音波モータ装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
　まず、第１実施形態に係る超音波モータ装置について、図１から図６を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示す分解斜視図である。
　図１、図２に示すように、第１実施形態の超音波モータ装置１００は、Ｘ軸駆動用の超音波モータユニット１１１、１１２（第１の超音波モータユニット）と、Ｙ軸駆動用の超音波モータユニット１１３、１１４（第２の超音波モータユニット）と、板状のベース１２０と、Ｘプレート１４０（第１の枠）と、Ｙプレート１３０（第２の枠）と、を備える。
　超音波モータユニット１１１、１１２は、ベース１２０の上面のＹ方向の両端部に、対をなすように互いに対向して固定されている。具体的には、超音波モータユニット１１１は、そのケース部材（ケース）が、ベース１２０の取付け部１２１、１２２に対してネジ止め固定されており、超音波モータユニット１１２は、そのケース部材（ケース）が、ベース１２０の取付け部１２３、１２４に対してネジ止め固定されている。
　また、超音波モータユニット１１１は、Ｘ軸方向に沿って移動可能な被駆動部材（移動部材）を備え、この被駆動部材の両端には接続部材１１１ｃ、１１１ｄがそれぞれ設けられている。同様に、超音波モータユニット１１２は、Ｘ軸方向に沿って移動可能な被駆動部材（移動部材）を備え、この被駆動部材の両端には接続部材１１２ｃ、１１２ｄがそれぞれ設けられている。
　Ｘプレート１４０のＹ方向の一端には取り付け穴１４１、１４２が設けられ、他端には取り付け穴１４３、１４４が設けられている。超音波モータユニット１１１は、接続部材１１１ｃ、１１１ｄを取り付け穴１４１、１４２にそれぞれネジ止めすることにより、Ｘプレート１４０の下面に結合される。また、超音波モータユニット１１２は、接続部材１１２ｃ、１１２ｄを取り付け穴１４３、１４４にそれぞれネジ止めすることにより、Ｘプレート１４０の下面に結合される。この結果、超音波モータユニット１１１、１１２はＸプレート１４０をＹ方向両端で支持するように対向配置される（図２、図３）。図３は、Ｘプレート１４０の動作を説明するための分解斜視図であって、図２に対してＹプレート１３０などの部材の図示を省略している。
　図３に示す構成において、超音波モータユニット１１１、１１２が動作すると、これらが備える被駆動部材がそれぞれＸ方向に移動する。したがって、超音波モータユニット１１１の接続部材１１１ｃ、１１１ｄ、及び、超音波モータユニット１１２の接続部材１１２ｃ、１１２ｄが、Ｘ方向にそれぞれ動き、これによりＸプレート１４０がＸ方向に移動する。
　一方、超音波モータユニット１１３、１１４は、Ｘプレート１４０の下面のＸ方向の両端部に、対をなすように互いに対向して固定されている。具体的には、超音波モータユニット１１３は、そのケース部材（ケース）がネジ穴１１３ｃ、１１３ｄを介してＸプレート１４０の取り付け穴１５１、１５２に対してネジ止めされることで、Ｘプレート１４０の下面に結合される。また、超音波モータユニット１１４は、そのケース部材（ケース）がネジ穴１１４ｃ、１１４ｄを介してＸプレート１４０の取り付け穴１５３、１５４に対してネジ止めされることで、Ｘプレート１４０の下面に結合される。この結果、超音波モータユニット１１３、１１４はＸプレート１４０に対してＸ方向両端でぶら下がるように対向配置される。
　また、超音波モータユニット１１３は、Ｙ軸方向に沿って移動可能な被駆動部材（移動部材）を備え、この被駆動部材の両端には接続部材１１３ａ、１１３ｂがそれぞれ設けられている。同様に、超音波モータユニット１１４は、Ｙ軸方向に沿って移動可能な被駆動部材（移動部材）を備え、この被駆動部材の両端には接続部材１１４ａ、１１４ｂがそれぞれ設けられている。
　Ｙプレート１３０のＸ方向の一端には取付け部１３１、１３２が設けられ、他端には取付け部１３３、１３４が設けられている。超音波モータユニット１１３は、接続部材１１３ａ、１１３ｂを取付け部１３１、１３２にそれぞれネジ止めすることにより、Ｙプレート１３０の上面に結合される。また、超音波モータユニット１１４は、接続部材１１４ａ、１１４ｂを取付け部１３３、１３４にそれぞれネジ止めすることにより、Ｙプレート１３０の上面に結合される。この結果、超音波モータユニット１１３、１１４はＹプレート１３０をＸ方向両端で支持するように対向配置される（図２、図４）。図４は、Ｙプレート１３０の動作を説明するための分解斜視図であって、図２に対してＸプレート１４０などの部材の図示を省略している。
　図４に示す構成において、超音波モータユニット１１３、１１４が動作すると、これらが備える被駆動部材がそれぞれＹ方向に移動する。したがって、超音波モータユニット１１３の接続部材１１３ａ、１１３ｂ、及び、超音波モータユニット１１４の接続部材１１４ａ、１１４ｂが、Ｙ方向にそれぞれ動き、これによりＹプレート１３０がＹ方向に移動する。
　超音波モータユニット１１１、１１２、１１３、１１４としては、例えば図５、図６に示すリニア駆動型の超音波モータユニット１０を用いることができる。ここで、図５は、第１実施形態に係る超音波モータユニットの構成例を示す分解斜視図である。図６は、第１実施形態に係る超音波モータユニットの構成例を示す斜視図である。
　図５，図６に示す超音波モータユニット１０は、超音波モータユニット１１１又は超音波モータユニット１１２に適用する場合、被駆動部材２４（移動部材）の両端に接続部材１１１ｃ、１１１ｄ、又は、接続部材１１２ｃ、１１２ｄをそれぞれ固定して用いる。このとき、１０は、被駆動部材２４が延びるＡ方向がＸ方向に、高さ方向（Ｃ方向）がＹ方向に、厚さ方向（Ｂ方向）がＺ方向に、それぞれ沿うように配置される。
　また、１０は、超音波モータユニット１１３、１１４に適用する場合、被駆動部材２４（移動部材）の両端に接続部材１１３ａ、１１３ｂ、又は、接続部材１１４ａ、１１４ｂをそれぞれ固定して用いる。このとき、１０は、被駆動部材２４が延びるＡ方向がＹ方向に、高さ方向（Ｃ方向）がＸ方向に、厚さ方向（Ｂ方向）がＺ方向に、それぞれ沿うように配置される。
　以下に、図５、図６に示す、超音波モータユニット１０（リニア駆動型超音波モータ）について説明する。
　図５に示すように、超音波モータユニット１０は、超音波振動子としての振動子２２（振動部材）、被駆動部材２４、押圧部材２１（付勢部材）、第１のケース部材１１、案内手段としての転動部材２５、２６、２７、２８、及び、第２のケース部材１２を備える。振動子２２、第１のケース部材１１（ケース）、及びケース部材１２（ケース）はいずれも略直方体状の外形を備え、第１のケース部材１１の内部には第１の収容凹部１６が形成されており、ケース部材１２の内部には第２の収容凹部１８が形成されている。
　第１の収容凹部１６内には、超音波モータユニット１０の高さ方向（図５のＣ方向）において開口側（端面１１ｓ側）から順に、振動子２２、押圧部材２１が収容されている。押圧部材２１は、長板状の板バネであり、その長手方向が、超音波モータユニット１０、第１のケース部材１１の長手方向（図５のＡ方向）に沿うように配置される。一方、第２の収容凹部１８内には、超音波モータユニット１０の高さ方向（Ｃ方向）において開口側（端面１２ｓ側）から順に、案内部材２９、転動部材２５、２６、２７、２８が収容されている。転動部材２５、２６、２７、２８は、第２のケース部材１２の長手方向に沿って２つずつ２列になるように配置されている。
　案内部材２９は、長板状部材を幅方向中心で折り曲げた形状をなしている。この案内部材２９は、折り曲げ部が第２のケース部材１２の内部に配置されるように第２の収容凹部１８内に収容したときに転動部材２５、２６、２７、２８に対応する位置に、貫通孔であるガイド穴部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄをそれぞれ備える。案内部材２９は、第２の収容凹部１８内に設けた係合部（不図示）と係合することによって、その位置が固定されることが好ましい。この構成により、ケース部材１２の第２の収容凹部１８内においては、４つの転動部材２５、２６、２７、２８が案内部材２９のガイド穴部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの下側から上側へそれぞれ挿通されることによって、転動可能な状態で位置決めされる。
　被駆動部材２４（移動部材）は、断面がＤ形の軸状部材であり、第１のケース部材１１と第２のケース部材１２とを互いに組み付けたときに、平面部２４ａが駆動子２２ａを介して振動子２２に接しており、曲面部２４ｂが転動部材２５、２６、２７、２８に当接している。
　第１のケース部材１１とケース部材１２は、第１の収容凹部１６の端面１１ｓと第２の収容凹部１８の端面１２ｓとが互いに接した状態で、互いに組み付けられる。この組み付けは、第２のケース部材１２に設けたねじ穴１２ｈにケース止めねじ３７を螺合することによって行う。
　第１の収容凹部１６の端面１１ｓには、被駆動部材２４が駆動される方向（Ａ方向）に沿って第１の溝部１１ｇが形成されている。一方、第２の収容凹部１８の端面１２ｓには、第１のケース部材１１と第２のケース部材１２とを互いに組み付けたときに第１の溝部１１ｇに対応するように、第２の溝部１２ｇが形成されている。第１の溝部１１ｇ、第２の溝部１２ｇは、組み付け後に互いに対向して配置されることで開口部１０ｇを形成する。被駆動部材２４は、この開口部１０ｇを通って第１のケース部材１１、第２のケース部材１２の外側に向けて延出される。
　一方、第１のケース部材１１、第２のケース部材１２内において、被駆動部材２４は、案内部材２９のガイド穴部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの上側に突出した転動部材２５、２６、２７、２８に当接支持される。被駆動部材２４は、第２のケース部材１２の長手方向に沿って配置された転動部材２５、２６、２７、２８に支持されることによって、ケース部材１２の長手方向、すなわち被駆動部材２４の長手方向に沿って移動可能となる。
　押圧部材２１は、長手方向の両端部の上面が、押圧ネジ３６（加圧部材）により押圧可能になっている。押圧ネジ３６は、第１のケース部材１１の上面に設けた貫通孔であるねじ穴１１ｈを通じて、先端が第１の収容凹部１６内に延出している。また、押圧部材２１は、長手方向の中央部の下面が振動子２２の位置決め用の支持部材２３と当接するような配置となっている。ここで、支持部材２３は、振動子２２の長手方向（図５（ａ）のＡ方向）中央に固定されている。また、振動子２２は、超音波振動子（例えば圧電素子）によって構成される。なお、超音波振動子の駆動方法は公知であるため、以下の図においては、振動子２２を駆動するための電気配線は省略している。また、第１のケース部材１１の第１の収容凹部１６内には、支持部材２３の張り出し部が係合される係合溝（不図示）が形成されている。
　以上の構成の超音波モータユニット１０の組立ては次のように行う。
　まず、押圧部材２１を第１のケース部材１１の第１の収容凹部１６に入れる。次に、支持部材２３の張り出し部と第１のケース部材１１の係合部とを嵌合することによって、第１のケース部材１１に振動子２２を固定する。
　つづいて、第２の収容凹部１８内において、転動部材２５、２６、２７、２８によって被駆動部材２４が支持された状態のケース部材１２側からケース止めネジ３７で第１のケース部材１１と第２のケース部材１２とを互いに組み付ける。さらに、組み付け後、押圧ネジ３６の第１の収容凹部１６内への延出量を調整することにより押圧部材２１による押圧力を所望の値に設定する。押圧力の設定後は、例えば押圧ネジ３６を第１のケース部材１１のねじ穴１１ｈに対して接着することによって固定することもできる。なお、押圧力の調整は、押圧部材２１の材質、形状の変更によっても行うことができる。
　第１のケース部材１１は押圧部材２１より十分高い剛性を有しており、第１のケース部材１１が図示しない外部装置の部材に接触しても、例えば押圧部材２１の撓み量が変わるということがない。そのため、外部装置の設計自由度が向上する。また、押圧部材２１が第１のケース部材１１の外部に露出していないため、第１のケース部材１１の外形を外部装置にあてつけて取り付けの位置決めに使うことができる。
　以上の構成においては、押圧部材２１が振動子２２を被駆動部材２４に対して押圧することにより、振動子２２と被駆動部材２４との間には摩擦力が生じる。このため、高周波電圧を印加して振動子２２を振動させることによって被駆動部材２４はその長手方向に移動する。さらに、被駆動部材２４が転動部材２５、２６、２７、２８によって支持されつつ移動することから、安定した押圧力を得ることができる。
　図５、図６に示すように、被駆動部材２４の両端部には連結部３１がそれぞれ設けられており、リニア可動装置を実現することができる。
　具体的には、図１、図２に示す超音波モータユニット１１１を例にとれば、被駆動部材２４の両端部の連結部３１に接続部材１１１ｃ、１１１ｄを固定し、この接続部材１１１ｃ、１１１ｄをＸプレート１４０に固定すると、被駆動部材２４が駆動されてＡ方向に移動することによってＸプレート１４０がＸ方向に移動する。このような構成、動作は超音波モータユニット１１２も同様である。
　また、超音波モータユニット１１３については、被駆動部材２４の両端部の連結部３１に接続部材１１３ａ、１１３ｂを固定し、この接続部材１１３ａ、１１３ｂをＹプレート１３０に固定すると、被駆動部材２４が駆動されてＡ方向に移動することによってＹプレート１３０がＹ方向に移動する。このような構成、動作は超音波モータユニット１１４も同様である。
　したがって、超音波モータ装置１００においては、Ｘプレート１４０は、超音波モータユニット１１１、１１２を駆動することによって、ベース１２０に対して相対移動可能であり、Ｙプレート１３０は、超音波モータユニット１１３、１１４を駆動することによってＸプレート１４０に対して相対移動可能である。
　以上の構成、作用を備える超音波モータ装置１００は以下の効果を奏する。
　特性が安定した超音波モータユニット１１１、１１２、１１３、１１４を取り付けるだけで安定したＸＹ駆動が可能なＸＹステージを提供できる。
　つまり、今まではＸＹステージに超音波モータユニットを組み込んでから押圧力、駆動周波数等を調整していたが、超音波モータ装置１００では超音波モータユニット単体の状態でモータ特性を最良に調整した状態でＸＹステージとして組み付けできるので、小型化が可能であり、組み立て性を格段に向上できる。ここで、調整するモータ特性としては、例えば、押圧力、駆動周波数を挙げることができる。
（第２実施形態）
　図７から図９を参照しつつ、第２実施形態に係る超音波モータ装置について説明する。図７は、第２実施形態に係る超音波モータ装置２００の構成を示す斜視図である。図８は、第２実施形態に係る超音波モータ装置２００の構成を示す分解斜視図である。
　図７、図８に示すように、第２実施形態に係る超音波モータ装置２００においては、第１実施形態の超音波モータユニット１１２、１１４に代えて、軸受部材２１２、２１４を用いる点が第１実施形態に係る超音波モータ装置１００と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る超音波モータ装置１００と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。
　超音波モータ装置２００は、Ｘプレート１４０及びＹプレート１３０を移動させる超音波モータユニットがそれぞれ１つずつで構成されている。すなわち、超音波モータ装置２００は、Ｘプレート１４０を移動させるための超音波モータユニット１１１と、Ｙプレート１３０を移動させるための超音波モータユニット１１３と、を備える。
　軸受部材２１２は、超音波モータユニット１１２と同様に、ベース１２０の上面のＹ方向の端部に、超音波モータユニット１１１と対をなすように対向して固定されている。また、軸受部材２１２は、そのケース部材（ケース）が、ベース１２０の取付け部１２３、１２４に対してネジ止め固定されている。
　さらに、軸受部材２１２は、Ｘ軸方向に沿って移動可能な軸状部材を備え、この軸状部材の両端には接続部材２１２ｃ、２１２ｄがそれぞれ固定されている。軸受部材２１２は、接続部材２１２ｃ、２１２ｄを取り付け穴１４３、１４４にそれぞれネジ止めすることにより、Ｘプレート１４０の下面に結合される。これにより、超音波モータユニット１１１、軸受部材２１２はＸプレート１４０をＹ方向両端で支持するように対向配置される。ここで、軸受部材２１２のケース部材は、少なくとも厚さ（Ｚ方向のサイズ）が超音波モータユニット１１１と同一であることが好ましい。
　一方、軸受部材２１４は、超音波モータユニット１１４と同様に、Ｘプレート１４０の下面のＸ方向の端部に、超音波モータユニット１１３と対をなすように対向して固定されている。具体的には、軸受部材２１４は、そのケース部材（ケース）が、Ｘプレート１４０の取り付け穴１５３、１５４に対してネジ止め固定されている。この結果、超音波モータユニット１１３及び軸受部材２１４はＸプレート１４０に対してＸ方向両端でぶら下がるように対向配置される。
　さらに、軸受部材２１４は、Ｙ軸方向に沿って移動可能な軸状部材を備え、この軸状部材の両端には接続部材２１４ａ、２１４ｂがそれぞれ固定されている。軸受部材２１４は、接続部材２１４ａ、２１４ｂを取付け部１３３、１３４にそれぞれネジ止めすることにより、Ｙプレート１３０の上面に結合される。これにより、超音波モータユニット１１３及び軸受部材２１４はＹプレート１３０をＸ方向両端で支持するように対向配置される。ここで、軸受部材２１４のケース部材は、少なくとも厚さ（Ｚ方向のサイズ）が超音波モータユニット１１３と同一であることが好ましい。
　ここで、図９を参照して軸受部材２１２、２１４の構成について説明する。図９は、第２実施形態に係る軸受部材の構成を示す分解斜視図である。第２実施形態においては、軸受部材２１２と軸受部材２１４を同一の形状としているため、図９では軸受部材２１２についてのみ説明する。なお、軸受部材２１２と軸受部材２１４は、同様の作用、効果を奏することができれば、異なる形状とすることもできる。
　軸受部材２１２は、ケース２６１、案内部材２６２、軸状部材２６３、及び、転動部材２６６、２６７、２６８、２６９を備える。
　ケース２６１は中空の略直方体状の外形を備え、対向する側壁には開口２６１ａ、２６１ｂが形成されている。
　案内部材２６２は、長板状部材を幅方向中心で折り曲げた形状をなしている。案内部材２６２の所定位置には厚さ方向に貫通するガイド穴が複数形成され、このガイド穴に球状の転動部材２６６、２６７、２６８、２６９が転動可能に保持される。案内部材２６２は、転動部材２６６、２６７、２６８、２６９を保持した状態で、ケース２６１の内部空間に載置される。
　ケース２６１内において、転動部材２６６、２６７、２６８、２６９上には、軸状部材２６３が配置される。軸状部材２６３は、両端が開口２６１ａ、２６１ｂから外部へそれぞれ延出するように配置され、両端には接続部材２１２ｃ、２１２ｄがそれぞれ固定される。接続部材２１２ｃ、２１２ｄは、ネジ２６４、２６５によって、軸状部材２６３の両端にそれぞれ固定される。軸状部材２６３は、転動部材２６６、２６７、２６８、２６９によって、軸方向（Ｄ方向）に移動可能に保持されている。
　以上の構成の軸受部材２１２は、軸状部材２６３が延びるＤ方向がＸ方向に、高さ方向（Ｅ方向）がＹ方向に、厚さ方向（Ｆ方向）がＺ方向に、それぞれ沿うように配置される。一方、軸受部材２１４は、軸状部材が延びるＤ方向がＹ方向に、高さ方向（Ｅ方向）がＸ方向に、厚さ方向（Ｆ方向）がＺ方向に、それぞれ沿うように配置される。
　超音波モータ装置２００においては、超音波モータユニット１１２、１１４に代えて軸受部材２１２、２１４をそれぞれ用いるため、超音波モータユニットの数を減らすことができる。したがって、Ｘプレート及びＹプレートを移動させるために必要な負荷が小さいときは、このような構成をとることによってコストを低減することができる。
　なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
　以上のように、本発明に係る超音波モータ装置は、ＸＹステージ、精密機器の防振構造に有用である。
　１０　　超音波モータユニット
　１０ｇ　開口部
　１１　　第１のケース部材（ケース）
　１１ｇ　第１の溝部
　１１ｈ　ねじ穴
　１１ｓ　端面
　１２　　第２のケース部材（ケース）
　１２ｇ　第２の溝部
　１２ｈ　ねじ穴
　１６　　第１の収容凹部
　１８　　第２の収容凹部
　２１　　押圧部材（付勢部材）
　２２　　振動子（振動部材）
　２２ａ　駆動子
　２３　　支持部材
　２４　　被駆動部材（移動部材）
　２４ａ　平面部
　２４ｂ　曲面部
　２５、２６、２７、２８　転動部材（案内手段）
　２９　　案内部材
　２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ　ガイド孔部
　３１　　連結部
　３６　　押圧ネジ（加圧部材）
　３７　　ケース止めネジ
　１００　超音波モータ装置
　１１１　超音波モータユニット
　１１１ｃ、１１１ｄ　接続部材
　１１２　超音波モータユニット
　１１２ｃ、１１２ｄ　接続部材
　１１３　超音波モータユニット
　１１３ａ、１１３ｂ　接続部材
　１１３ｃ、１１３ｄ　ネジ穴
　１１４　超音波モータユニット
　１１４ａ、１１４ｂ　接続部材
　１１４ｃ、１１４ｄ　ネジ穴
　１２０　ベース
　１２１、１２２、１２３、１２４　取付け部
　１３０　Ｙプレート
　１３１、１３２、１３３、１３４　取付け部
　１４０　Ｙプレート
　１４１、１４２、１４３、１４４　取り付け穴
　１５１、１５２、１５３、１５４　取り付け穴
　２００　超音波モータ装置
　２１２　軸受部材
　２１２ｃ、２１２ｄ　接続部材
　２１４　軸受部材
　２１４ａ、２１４ｂ　接続部材
　２１４ｃ、２１４ｄ　ネジ穴
　２６１　ケース
　２６１ａ、２６１ｂ　開口
　２６２　案内部材
　２６３　軸状部材
　２６６、２６７、２６８、２６９　転動部材

Claims (5)

  1. 　高周波電圧の印加により周期的に振動する振動部材、
    　前記振動部材を収納するケース、
    　前記振動部材に接触する移動部材、及び
    　前記移動部材と前記振動部材とを互いに加圧接触させて押圧力を発生する付勢部材、
    をそれぞれ有する第１の超音波モータユニット及び第２の超音波モータユニットと、
    　前記第１の超音波モータユニットのケースが固定されたベース部材と、
    　前記第１の超音波モータユニットの前記移動部材に固定され、かつ、前記第２の超音波モータユニットのケースが固定された第１の枠と、
    　前記第２の超音波モータユニットの移動部材に固定された第２の枠と、
    を備えていることを特徴とする超音波モータ装置。
  2. 　一対の前記第１の超音波モータユニットが前記ベース部材上に対向して配置されている請求項１に記載の超音波モータ装置。
  3. 　一対の前記第２の超音波モータユニットが前記第１の枠上に対向して配置されている請求項１に記載の超音波モータ装置。
  4. 　前記第１の超音波モータユニットを１つ備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ装置。
  5. 　前記第２の超音波モータユニットを１つ備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ装置。
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