JP2003244978A - Stage and ultrasonic motor used for the same - Google Patents
Stage and ultrasonic motor used for the sameInfo
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明はステージと該ステー
ジに使用される超音波モータに係り、特に、小型化、構
成の簡略化を図ることができるように工夫したものに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stage and an ultrasonic motor used for the stage, and more particularly to a device devised so as to be miniaturized and have a simplified structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高い精度で位置決めを行うステージとし
て、いわゆる「超音波モータ」を使用したものがある。
そのようなものとして、例えば、特開２０００−５８２
６９号公報に示すようなものがある。ここに開示されて
いるステージは、超音波モータを使用した第１ステージ
（Ｘ軸方向ステージ）の上に別の超音波モータを使用し
た第２ステージ（Ｙ軸方向ステージ）を積層させて構成
されたものである。2. Description of the Related Art There is a stage using a so-called "ultrasonic motor" as a stage for performing positioning with high accuracy.
As such, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-582.
There is one as shown in Japanese Patent Publication No. 69. The stage disclosed here is configured by laminating a second stage (Y-axis direction stage) using another ultrasonic motor on a first stage (X-axis direction stage) using an ultrasonic motor. It is a thing.
【０００３】ところが、このような構成では、超音波モ
ータを使用した別々のステージを積層させているため
に、ステージ全体としての高さが高くなってしまうと共
に、全体として装置が大型化してしまって構成が複雑化
してしまうという問題があった。However, in such a configuration, since separate stages using ultrasonic motors are stacked, the height of the entire stage becomes high and the apparatus becomes large as a whole. There is a problem that the configuration becomes complicated.
【０００４】そこで、この種の問題を解決するものとし
て、例えば、特開平８−２３６８６号公報、特開平１１
−２３５０６３号公報に示されているようなステージが
提案されている。まず、特開平８−２３６８６号公報に
記載されているステージは、弾性体に４個の圧電素子を
取り付けると共に、弾性体の４箇所に駆動力取出部を設
け、上記４個の圧電素子に適宜所定の電圧を印加するこ
とにより、Ｘ軸方向又はＹ軸方向への駆動力を出力さ
せ、それによって、移動子をＸ軸方向又はＹ軸方向に移
動させようとするものである。Therefore, as means for solving this kind of problem, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-23686 and 11
No. 2,350,63 discloses a stage. First, in the stage described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-23686, four piezoelectric elements are attached to an elastic body, and driving force takeout portions are provided at four positions of the elastic body so that the four piezoelectric elements can be appropriately used. By applying a predetermined voltage, a driving force in the X-axis direction or the Y-axis direction is output, thereby moving the mover in the X-axis direction or the Y-axis direction.
【０００５】又、特開平１１−２３５０６３号公報に記
載されているステージは、固定側に４個の超音波モータ
を配置すると共に、これら４個の超音波モータの上に移
動板を載置し、上記４個の超音波モータを適宜制御する
ことにより、移動板をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させ
ようとするものである。Further, in the stage described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-235063, four ultrasonic motors are arranged on the fixed side, and a moving plate is placed on these four ultrasonic motors. By appropriately controlling the four ultrasonic motors, the moving plate is moved in the X-axis direction or the Y-axis direction.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成による
と次のような問題があった。まず、特開平８−２３６８
６号公報、特開平１１−２３５０６３号公報の何れに記
載されたステージの場合も、基本的には固定側に超音波
モータを設置し、そこに設置されている移動子を移動さ
せる構成であり、そのため、移動子の移動範囲は固定側
の超音波モータから外れない範囲内に限定されてしま
い、それによって移動範囲が狭められてしまうという問
題があった。又、特開平８−２３６８６号公報、特開平
１１−２３５０６３号公報の何れに開示されている超音
波モータの場合も、それ単体で二次元平面内の任意の方
向に移動させることはできるようなものではなく、Ｘ軸
方向又はＹ軸方向に移動できるにすぎなかった。これは
移動子に回転運動を行わせようとする場合も同様であ
り、そもそも回転運動が不可能であったり、或いは、専
用の超音波モータを必要としてしまうという問題があっ
た。The above-mentioned conventional structure has the following problems. First, Japanese Patent Laid-Open No. 8-2368
No. 6 and Japanese Patent Laid-Open No. 11-235063 both basically have a configuration in which an ultrasonic motor is installed on the fixed side and a mover installed there is moved. Therefore, there is a problem that the moving range of the moving element is limited to a range that does not deviate from the fixed-side ultrasonic motor, and thereby the moving range is narrowed. Further, in the case of the ultrasonic motor disclosed in either of JP-A-8-23686 and JP-A-11-235063, it is possible to move the ultrasonic motor by itself in any direction within a two-dimensional plane. However, it could only move in the X-axis direction or the Y-axis direction. This also applies to the case where the moving element is made to perform a rotary motion, and there is a problem that the rotary motion is impossible in the first place or a dedicated ultrasonic motor is required.
【０００７】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、移動範囲を拡大するこ
とができ、又、簡単な構成でＸ・Ｙ二次元平面内にて任
意の方向に動作を行わせると共に簡単な構成で回転運動
を可能にするステージと該ステージに使用されている超
音波モータを提供することにある。The present invention has been made on the basis of such a point. The object of the present invention is to extend the range of movement, and with a simple construction, it is possible to set an arbitrary range in an XY two-dimensional plane. (EN) Provided is a stage which can be operated in a desired direction and which can rotate with a simple structure, and an ultrasonic motor used for the stage.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するべく
本願発明の請求項１によるステージは、固定子と、上記
固定子に対して移動可能に配置された移動子と、上記移
動子に取り付けられ移動子が移動するための駆動力を発
揮する超音波モータと、を具備したことを特徴とするも
のである。又、請求項２によるステージは、請求項１記
載のステージにおいて、上記移動子は剛性体であること
を特徴とするものである。又、請求項３によるステージ
は、請求項１又は請求項２記載のステージにおいて、上
記超音波モータは少なくとも３個取り付けられているこ
とを特徴とするものである。又、請求項４によるステー
ジは、請求項１〜請求項３の何れかに記載のステージに
おいて、上記超音波モータは厚み縦効果圧電素子及び又
は厚み滑り効果圧電素子から構成され単独で任意の方向
に駆動可能なものであることを特徴とするものである。
又、請求項５によるステージは、請求項４記載のステー
ジにおいて、上記超音波モータは厚み縦効果圧電素子及
び又は厚み滑り効果圧電素子から構成され、Ｘ・Ｙ二次
元平面内にて任意の方向に移動可能なものであることを
特徴とするものである。又、請求項６によるステージ
は、請求項５記載のステージにおいて、上記超音波モー
タは厚み縦効果圧電素子及び少なくとも２枚の厚み滑り
効果圧電素子を積層させたものであり、上記少なくとも
２枚の厚み滑り効果圧電素子の分極方向を直行又は任意
の角度で交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次
元平面内にて任意の方向に移動可能なものであることを
特徴とするものである。又、請求項７によるステージ
は、請求項５記載のステージにおいて、上記超音波モー
タは厚み縦効果圧電素子及び少なくとも２枚の厚み滑り
効果圧電素子を積層させたものであり、上記少なくとも
２枚の厚み滑り効果圧電素子の電極方向を直行又は任意
の角度で交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次
元平面内にて任意の方向に移動可能なものであることを
特徴とするものである。又、請求項８によるステージ
は、請求項５記載のステージにおいて、上記超音波モー
タは少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子を積層させて
備えており、上記少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子
内において分極が分割され相反していて該分極の分割を
直行又は任意の角度で交差する方向とし、それによっ
て、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なも
のであることを特徴とするものである。又、請求項９に
よるステージは、請求項５記載のステージにおいて、上
記超音波モータは少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子
を積層させて備えており、上記少なくとも２枚の厚み縦
効果圧電素子内において電極が分割され相反していて該
電極の分割を直行又は任意の角度で交差する方向とし、
それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移
動可能なものであることを特徴とするものである。又、
請求項１０によるステージは、請求項５記載のステージ
において、上記超音波モータは厚み縦効果圧電素子を積
層させたものであり、厚み縦効果圧電素子内において電
極が分割され異なる電圧が印加され、異なる電圧が印加
される電極対が２組以上あり、それによって、Ｘ・Ｙ二
次元平面内にて任意の方向に移動可能なものであること
を特徴とするものである。又、請求項１１によるステー
ジは、請求項５記載のステージにおいて、上記超音波モ
ータは厚み縦効果圧電素子と厚み滑り効果圧電素子を積
層させたものであり、厚み縦効果圧電素子内において電
極が分割され異なる電圧が印加され、異なる電圧が印加
される電極対が２組以上あり、それによって、Ｘ・Ｙ二
次元平面内にて任意の方向に移動可能なものであること
を特徴とするものである。又、請求項１２によるステー
ジは、請求項１〜請求項１１の何れかに記載のステージ
において、上記超音波モータは単独で制御可能なもので
あることを特徴とするものである。又、請求項１３によ
るステージは、請求項１〜請求項１２の何れかに記載の
ステージにおいて、上記超音波モータは振動子を突起状
に備えていて、該振動子は円柱形状又は球面形状をなし
ていることを特徴とするものである。又、請求項１４に
よる超音波モータは、厚み縦効果圧電素子及び又は厚み
滑り効果圧電素子から構成され単独で任意の方向に駆動
可能なものであることを特徴とするものである。又、請
求項１５による超音波モータは、厚み縦効果圧電素子及
び又は厚み滑り効果圧電素子から構成され、Ｘ・Ｙ二次
元平面内にて任意の方向に移動可能なものであることを
特徴とするものである。又、請求項１６による超音波モ
ータは、請求項１５記載の超音波モータにおいて、厚み
縦効果圧電素子及び少なくとも２枚の厚み滑り効果圧電
素子を積層させたものであり、上記少なくとも２枚の厚
み滑り効果圧電素子の分極方向を直行又は任意の角度で
交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内
にて任意の方向に移動可能なものであることを特徴とす
るものである。又、請求項１７による超音波モータは、
請求項１５記載の超音波モータにおいて、厚み縦効果圧
電素子及び少なくとも２枚の厚み滑り効果圧電素子を積
層させたものであり、上記少なくとも２枚の厚み滑り効
果圧電素子の電極方向を直行又は任意の角度で交差する
方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意
の方向に移動可能なものであることを特徴とするもので
ある。又、請求項１８による超音波モータは、請求項１
５記載の超音波モータにおいて、少なくとも２枚の厚み
縦効果圧電素子を積層させて備えており、上記少なくと
も２枚の厚み縦効果圧電素子内において分極が分割され
相反していて該分極の分割を直行又は任意の角度で交差
する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて
任意の方向に移動可能なものであることを特徴とするも
のである。又、請求項１９による超音波モータは、請求
項１５記載の超音波モータにおいて、少なくとも２枚の
厚み縦効果圧電素子を積層させて備えており、上記少な
くとも２枚の厚み縦効果圧電素子内において電極が分割
され相反していて該電極の分割を直行又は任意の角度で
交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内
にて任意の方向に移動可能なものであることを特徴とす
るものである。又、請求項２０による超音波モータは、
請求項１５記載の超音波モータにおいて、厚み縦効果圧
電素子を積層させたものであり、厚み縦効果圧電素子内
において電極が分割され異なる電圧が印加され、異なる
電圧が印加される電極対が２組以上あり、それによっ
て、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なも
のであることを特徴とするものである。又、請求項２１
による超音波モータは、請求項１５記載の超音波モータ
において、厚み縦効果圧電素子と厚み滑り効果圧電素子
を積層させたものであり、厚み縦効果圧電素子内におい
て電極が分割され異なる電圧が印加され、異なる電圧が
印加される電極対が２組以上あり、それによって、Ｘ・
Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なものである
ことを特徴とするものである。又、請求項２２による超
音波モータは、請求項１４〜請求項２１の何れかに記載
の超音波モータにおいて、単独で制御可能なものである
ことを特徴とするものである。又、請求項２３による超
音波モータは、請求項１４〜請求項２１の何れかに記載
の超音波モータにおいて、振動子を突起状に備えてい
て、該振動子は円柱形状又は球面形状をなしていること
を特徴とするものである。In order to solve the above problems, a stage according to claim 1 of the present invention is provided with a stator, a mover arranged so as to be movable with respect to the stator, and attached to the mover. And an ultrasonic motor that exerts a driving force for moving the moving element. A stage according to a second aspect is the stage according to the first aspect, wherein the mover is a rigid body. A stage according to a third aspect is the stage according to the first or second aspect, wherein at least three ultrasonic motors are attached. The stage according to claim 4 is the stage according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic motor is composed of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element, and independently in any direction. It is characterized in that it can be driven.
According to a fifth aspect of the present invention, in the stage according to the fourth aspect, the ultrasonic motor comprises a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element, and an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane. It is characterized by being movable to. According to a sixth aspect of the present invention, in the stage according to the fifth aspect, the ultrasonic motor is formed by laminating a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements. The thickness slip effect piezoelectric element is characterized in that the polarization direction of the piezoelectric element is orthogonal or a direction intersecting at an arbitrary angle, whereby the piezoelectric element can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane. . According to a seventh aspect of the present invention, in the stage according to the fifth aspect, the ultrasonic motor is formed by laminating a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements. The thickness slip effect piezoelectric element is characterized in that the electrode direction of the piezoelectric element is orthogonal or intersects at an arbitrary angle, whereby the piezoelectric element can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane. . According to an eighth aspect of the present invention, in the stage according to the fifth aspect, the ultrasonic motor comprises at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements stacked together, and the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements are provided. The polarization is divided and contradictory to each other, and the division of the polarization is made orthogonal or in a direction intersecting at an arbitrary angle, whereby the polarization can be moved in an arbitrary direction in the XY two-dimensional plane. It is what According to a ninth aspect of the present invention, in the stage according to the fifth aspect, the ultrasonic motor comprises at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements stacked together, and the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements are provided. In, the electrodes are divided and contradictory, and the division of the electrodes is performed in a direction orthogonal to or intersecting at an arbitrary angle,
Thereby, it is characterized in that it can be moved in an arbitrary direction within the XY two-dimensional plane. or,
According to a tenth aspect of the present invention, in the stage according to the fifth aspect, the ultrasonic motor is formed by stacking thickness longitudinal effect piezoelectric elements, and electrodes are divided in the thickness longitudinal effect piezoelectric elements to apply different voltages. It is characterized in that there are two or more pairs of electrodes to which different voltages are applied, so that the electrodes can be moved in an arbitrary direction within the XY two-dimensional plane. According to an eleventh aspect of the present invention, in the stage according to the fifth aspect, the ultrasonic motor comprises a thickness longitudinal effect piezoelectric element and a thickness slip effect piezoelectric element laminated, and the electrode is provided in the thickness longitudinal effect piezoelectric element. The invention is characterized in that there are two or more pairs of electrodes to which different voltages are applied and which are divided and to which different voltages are applied, so that the electrodes can move in any direction in the XY two-dimensional plane. Is. According to a twelfth aspect of the present invention, in the stage according to any one of the first to eleventh aspects, the ultrasonic motor is independently controllable. According to a thirteenth aspect of the present invention, in the stage according to any one of the first to twelfth aspects, the ultrasonic motor is provided with a vibrator in a protrusion shape, and the vibrator has a cylindrical shape or a spherical shape. It is characterized by what is done. An ultrasonic motor according to a fourteenth aspect is characterized in that it is composed of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element and can be driven independently in any direction. The ultrasonic motor according to claim 15 is composed of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element, and is movable in an arbitrary direction within an XY two-dimensional plane. To do. An ultrasonic motor according to a sixteenth aspect is the ultrasonic motor according to the fifteenth aspect, wherein the thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements are laminated, and the at least two thickness elements are provided. The sliding effect piezoelectric element is characterized in that the polarization direction of the piezoelectric element is orthogonal or a direction intersecting at an arbitrary angle, whereby the piezoelectric element can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane. Further, the ultrasonic motor according to claim 17,
The ultrasonic motor according to claim 15, wherein a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements are laminated, and the electrode direction of the at least two thickness slip effect piezoelectric elements is orthogonal or arbitrary. It is characterized in that it is a direction intersecting at an angle of, and by this, it is movable in an arbitrary direction within the XY two-dimensional plane. An ultrasonic motor according to claim 18 is the ultrasonic motor according to claim 1.
5. The ultrasonic motor according to 5, wherein at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements are laminated and provided, and polarization is divided and contradictory in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements. It is characterized in that it is orthogonal or intersects at an arbitrary angle so that it can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane. An ultrasonic motor according to claim 19 is the ultrasonic motor according to claim 15, which is provided with at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements stacked, and in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements. The electrodes are divided and contradictory, and the electrodes are divided in directions orthogonal to each other or intersecting at an arbitrary angle, whereby the electrodes can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane. To do. The ultrasonic motor according to claim 20 is
16. The ultrasonic motor according to claim 15, wherein the thickness longitudinal effect piezoelectric elements are laminated, the electrodes are divided in the thickness longitudinal effect piezoelectric element, different voltages are applied, and two electrode pairs to which different voltages are applied are provided. It is characterized in that there are more than one set, and by this, they can move in any direction in the XY two-dimensional plane. In addition, claim 21
16. The ultrasonic motor according to claim 15, wherein the thickness longitudinal effect piezoelectric element and the thickness sliding effect piezoelectric element are laminated in the ultrasonic motor according to claim 15, wherein electrodes are divided in the thickness longitudinal effect piezoelectric element and different voltages are applied. There are two or more pairs of electrodes to which different voltages are applied, whereby X.
It is characterized in that it is movable in an arbitrary direction within a Y two-dimensional plane. An ultrasonic motor according to a twenty-second aspect is characterized in that the ultrasonic motor according to any one of the fourteenth to twenty-first aspects can be controlled independently. An ultrasonic motor according to a twenty-third aspect is the ultrasonic motor according to any one of the fourteenth to twenty-first aspects, wherein the oscillator is provided in a protrusion shape, and the oscillator has a cylindrical shape or a spherical shape. It is characterized by that.
【０００９】すなわち、本願発明によるステージは、固
定子と、上記固定子に対して移動可能に配置された移動
子と、上記移動子に取り付けられ移動子が移動するため
の駆動力を発揮する超音波モータと、を具備したもので
あり、基本的に移動子側に超音波モータを取り付けて移
動させるようにしたので、従来のように、固定子側に設
けられた超音波モータから外れてしまうことを理由に移
動範囲が制限されるようなことはなくなる。その際、上
記移動子としては剛性体とすることが考えられ、それに
よって、形状に対する制限がなくなるものである。又、
上記超音波モータを少なくとも３個取り付けることが考
えられ、それによって、安定した動作を提供することが
できる。又、上記超音波モータを厚み縦効果圧電素子及
び又は厚み滑り効果圧電素子から構成して、単独で任意
の方向に駆動可能なものとすることが考えられる。又、
上記超音波モータを厚み縦効果圧電素子及び又は厚み滑
り効果圧電素子から構成して、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて
任意の方向に移動可能なものとすることが考えられる。
又、上記超音波モータを厚み縦効果圧電素子及び少なく
とも２枚の厚み滑り効果圧電素子を積層させたものと
し、上記少なくとも２枚の厚み滑り効果圧電素子の分極
方向を直行又は任意の角度で交差する方向とし、それに
よって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能
なものとすることが考えられる。又、上記超音波モータ
を厚み縦効果圧電素子及び少なくとも２枚の厚み滑り効
果圧電素子を積層させたものとし、上記少なくとも２枚
の厚み滑り効果圧電素子の電極方向を直行又は任意の角
度で交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平
面内にて任意の方向に移動可能なものとすることが考え
られる。又、上記超音波モータを少なくとも２枚の厚み
縦効果圧電素子を積層させて備えたものとし、上記少な
くとも２枚の厚み縦効果圧電素子内において分極が分割
され相反していて該分極の分割を直行又は任意の角度で
交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内
にて任意の方向に移動可能なものとすることが考えられ
る。又、上記超音波モータを少なくとも２枚の厚み縦効
果圧電素子を積層させて備えたものとし、上記少なくと
も２枚の厚み縦効果圧電素子内において電極が分割され
相反していて該電極の分割を直行又は任意の角度で交差
する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて
任意の方向に移動可能なものとすることが考えられる。
又、上記超音波モータを厚み縦効果圧電素子を積層させ
たものとし、厚み縦効果圧電素子内において電極が分割
され異なる電圧が印加され、異なる電圧が印加される電
極対が２組以上あり、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面
内にて任意の方向に移動可能なものとすることが考えら
れる。又、上記超音波モータは厚み縦効果圧電素子と厚
み滑り効果圧電素子を積層させたものとし、厚み縦効果
圧電素子内において電極が分割され異なる電圧が印加さ
れ、異なる電圧が印加される電極対が２組以上あり、そ
れによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動
可能なものとすることが考えられる。又、上記超音波モ
ータを単独で制御可能なものとすることが考えられる。
又、上記超音波モータを振動子を突起状に備えたものと
し、該振動子は円柱形状又は球面形状をなしている構成
にすることが考えられる。又、請求項１４〜請求項２３
は超音波モータとしてクレームしたものである。That is, the stage according to the present invention includes a stator, a mover arranged so as to be movable with respect to the stator, and an extra force which is attached to the mover and exerts a driving force for moving the mover. The ultrasonic wave motor is provided, and basically, the ultrasonic wave motor is attached to the mover side to move it, so that the ultrasonic wave motor is separated from the ultrasonic wave motor provided on the stator side as in the past. Therefore, the range of movement will not be restricted. At this time, it is considered that the mover is a rigid body, so that the shape is not limited. or,
It is conceivable to attach at least three of the above ultrasonic motors, whereby a stable operation can be provided. Further, it is conceivable that the ultrasonic motor is composed of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element so that it can be driven independently in any direction. or,
It is conceivable that the ultrasonic motor is composed of a thickness-longitudinal-effect piezoelectric element and / or a thickness-sliding-effect piezoelectric element so that the ultrasonic motor can move in any direction within an XY two-dimensional plane.
The ultrasonic motor is formed by laminating a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements, and the polarization directions of the at least two thickness slip effect piezoelectric elements are orthogonal or intersect at an arbitrary angle. It is conceivable that the moving direction is set to the moving direction, and thereby the moving direction can be set to any direction in the XY two-dimensional plane. The ultrasonic motor is formed by laminating a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements, and the electrode directions of the at least two thickness slip effect piezoelectric elements are orthogonal or intersect at an arbitrary angle. It is conceivable that the moving direction is set to the moving direction, and thereby the moving direction can be set to any direction in the XY two-dimensional plane. Further, the ultrasonic motor is provided by laminating at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements, and polarization is divided and contradictory in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements. It is conceivable that the direction is orthogonal or intersects at an arbitrary angle so that it can move in any direction in the XY two-dimensional plane. Further, the ultrasonic motor is provided by laminating at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements, and the electrodes are divided in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements so that the electrodes are divided and the electrodes are divided. It is conceivable that the direction is orthogonal or intersects at an arbitrary angle so that it can move in any direction in the XY two-dimensional plane.
Further, the ultrasonic motor is formed by laminating thickness-longitudinal-effect piezoelectric elements, the electrodes are divided in the thickness-longitudinal-effect piezoelectric element, different voltages are applied, and there are two or more pairs of electrodes to which different voltages are applied. It is conceivable that it is possible to move in any direction in the XY two-dimensional plane. The ultrasonic motor is formed by laminating a thickness longitudinal effect piezoelectric element and a thickness slip effect piezoelectric element, and electrodes are divided in the thickness longitudinal effect piezoelectric element to apply different voltages, and electrode pairs to which different voltages are applied. It is conceivable that there are two or more pairs, and thereby it is possible to move in any direction in the XY two-dimensional plane. Further, it may be possible to independently control the ultrasonic motor.
It is also conceivable that the ultrasonic motor is provided with a vibrator in a projection shape, and the vibrator has a cylindrical shape or a spherical shape. In addition, claims 14 to 23
Is claimed as an ultrasonic motor.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図３を参照して本
発明の第１の実施の形態を説明する。図１（ａ）は本実
施の形態によるステージを構成する移動子１の構成を示
す正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ矢視
図である。まず、平板状をなす移動子本体３があり、こ
の移動子本体３の下面側であって四隅には超音波モータ
５が取り付けられている。移動子１はこれら４個の超音
波モータ５による駆動力によって固定子７上をＸ・Ｙ二
次元平面内にて任意の方向に移動するものである。尚、
上記移動子本体３は剛性体である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1A is a front view showing the configuration of a mover 1 that constitutes the stage according to the present embodiment, and FIG. 1B is a view taken along the line bb of FIG. 1A. First, there is a flat plate-shaped moving body 3, and ultrasonic motors 5 are attached to the lower surface of the moving body 3 at the four corners. The mover 1 moves on the stator 7 in an arbitrary direction on the XY two-dimensional plane by the driving force of these four ultrasonic motors 5. still,
The mover body 3 is a rigid body.
【００１１】上記超音波モータ５は次のような構成をな
している。すなわち、図２（ａ）に示すように、厚み縦
効果圧電素子対９と厚み滑り効果圧電素子対１１、１３
を積層させた構成になっている。まず、厚み縦効果圧電
素子対９は、一対の圧電素子９ａ、９ｂを厚み方向（図
中上下方向）に積層させた構成をなしていて、電圧を印
加することによりＺ軸方向（図中上下方向）に向かう変
形が発生するように構成されている。又、厚み滑り効果
圧電素子対１１は一対の圧電素子１１ａ、１１ｂを厚み
方向に積層させた構成をなしていて、電圧を印加するこ
とによりＸ軸方向（図左右方向）に向かう滑りが発生す
るように構成されている。又、厚み滑り効果圧電素子対
１３は一対の圧電素子１３ａ、１３ｂを厚み方向に積層
させた構成をなしていて、電圧を印加することによりＹ
軸方向（図中紙面に直行する方向）に向かう滑りが発生
するように構成されている。The ultrasonic motor 5 has the following structure. That is, as shown in FIG. 2A, the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 9 and the thickness slip effect piezoelectric element pairs 11 and 13 are formed.
Are laminated. First, the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 9 has a structure in which a pair of piezoelectric elements 9a and 9b are laminated in the thickness direction (vertical direction in the drawing), and by applying a voltage, the Z-axis direction (vertical direction in the drawing). Direction) is generated. Further, the thickness slip effect piezoelectric element pair 11 has a structure in which a pair of piezoelectric elements 11a and 11b are laminated in the thickness direction, and a slip is generated in the X-axis direction (left and right direction in the drawing) by applying a voltage. Is configured. Further, the thickness slip effect piezoelectric element pair 13 has a structure in which a pair of piezoelectric elements 13a and 13b are laminated in the thickness direction, and by applying a voltage, Y
It is configured so that slipping occurs in the axial direction (direction perpendicular to the paper surface in the figure).
【００１２】又、上記各圧電素子９ａ、９ｂ、１１ａ、
１１ｂ、１３ａ、１３ｂであるが、例えば、チタン酸バ
リウム、チタン酸ジルコン酸鉛等より製作され、予め所
定の分極処理が施されていると共に、その表面には、例
えば、蒸着等の手段によって金や銅等からなる電極が形
成されている。又、図では省略しているが、各超音波モ
ータ５には給電用ケーブル等が接続されていて、上記各
圧電素子９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ
に所定の電圧を印加できるように構成されている。尚、
図中示す矢印は各圧電素子９ａ、９ｂ、１１ａ、１１
ｂ、１３ａ、１３ｂの分極方向を示すものである。The piezoelectric elements 9a, 9b, 11a,
11b, 13a, and 13b, which are made of, for example, barium titanate, lead zirconate titanate, etc., and have been subjected to a predetermined polarization treatment in advance, and the surface thereof is gold-plated by means such as evaporation. An electrode made of copper, copper, or the like is formed. Although not shown in the figure, a power supply cable or the like is connected to each ultrasonic motor 5, and each piezoelectric element 9a, 9b, 11a, 11b, 13a, 13b is connected.
It is configured so that a predetermined voltage can be applied to. still,
The arrows shown in the figure indicate the piezoelectric elements 9a, 9b, 11a, 11
It shows the polarization directions of b, 13a, and 13b.
【００１３】上記超音波モータ５の下面には振動子１５
が取り付けられている。この振動子１５は半球状をなし
ていて、既に説明した固定子７上に直接接触して振動す
るものである。A vibrator 15 is provided on the lower surface of the ultrasonic motor 5.
Is attached. The vibrator 15 has a hemispherical shape and vibrates by directly contacting the stator 7, which has already been described.
【００１４】上記振動であるが、例えば、図２（ａ）に
示すように、厚み縦効果圧電素子対９に図示するような
Ｚ軸方向の変形が発生し、同時に厚み滑り効果圧電素子
対１１に図示するようなＸ軸方向の滑りが発生すると、
それらが合成されて、図３に示すように、各超音波モー
タ５の振動子１５において楕円運動が出力されることに
なる。このような楕円運動によって移動子１は、図３に
示すように、Ｘ軸方向であって右側に移動することにな
る。With respect to the above-mentioned vibration, for example, as shown in FIG. 2 (a), the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 9 is deformed in the Z-axis direction as shown in FIG. When a slip in the X-axis direction as shown in Fig.
As a result of combining them, an elliptic motion is output in the vibrator 15 of each ultrasonic motor 5. Due to such an elliptic movement, the mover 1 moves to the right in the X-axis direction as shown in FIG.
【００１５】以下、同様の理屈により、厚み縦効果圧電
素子対９と厚み滑り効果圧電素子対１３の運動の合成に
より、移動子１はＹ軸方向に移動することができる。
又、厚み縦効果圧電素子対９、厚み滑り効果圧電素子対
１１、厚み滑り効果圧電素子対１３の組み合わせにより
Ｘ・Ｙ二次元平面内の任意の方向に移動することが可能
になる。つまり、厚み滑り効果圧電素子対１１と厚み滑
り効果圧電素子対１３における滑りの大きさ等を印加す
る電圧によって制御することにより、Ｘ軸方向とＹ軸方
向の間の任意の方向に移動することができるものであ
る。又、この実施の形態の場合には、４個の超音波モー
タ５のそれぞれが上記のような機能を備えているもので
ある。By the same reason, the mover 1 can be moved in the Y-axis direction by combining the motions of the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 9 and the thickness slip effect piezoelectric element pair 13.
Further, the combination of the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 9, the thickness slip effect piezoelectric element pair 11, and the thickness slip effect piezoelectric element pair 13 makes it possible to move in any direction in the XY two-dimensional plane. That is, by controlling the magnitude of slippage in the thickness-slip effect piezoelectric element pair 11 and the thickness-slip effect piezoelectric element pair 13 by the applied voltage, it is possible to move in an arbitrary direction between the X-axis direction and the Y-axis direction. Is something that can be done. In the case of this embodiment, each of the four ultrasonic motors 5 has the above-mentioned function.
【００１６】以上この第１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、ステージ全体を
みた場合、移動子１側に超音波モータ５を取り付けて移
動させるようにしているので、固定子７上を広範囲で制
限なく移動することが可能になる。すなわち、固定子側
に超音波モータを配置した場合には移動子がそこから外
れる範囲では移動不能となるが、本実施の形態の場合に
はそのような制限がないからである。又、本実施の形態
の移動子１はＸ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動
可能であり、又、そのための構成も簡単である。又、本
実施の形態の場合には４個の超音波モータ５の移動方向
を制御することにより、移動子１を回転させることが可
能になる。すなわち、図１（ａ）に示すように、移動子
１に円ａ（図中仮想線で示す）で示すような回転運動を
行わせる場合には、各超音波モータ５に円ａに対する接
線方向（矢印ｂで示す方向）への移動動作を行わせれば
よく、それによって、移動子１に所望の回転運動を容易
に実行させることが可能になる。又、本実施の形態にお
ける超音波モータ５は、それ単体でＸ・Ｙ二次元平面内
にて任意の方向に移動する機能を備えているので、例え
ば、超音波モータ５の個数を１個にしても回転運動を除
けば所望の動作を実行させることができる。又、回転運
動をも実行させたい場合には２個以上の超音波モータを
使用すればよい。又、この実施の形態における振動子１
５は半球状をなしていて、固定子７側に対して点接触す
るように構成されているので、移動時における抵抗も軽
減され、より円滑で安定した動作が実現される。According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained. First, when the entire stage is viewed, since the ultrasonic motor 5 is attached to the mover 1 side to move it, it is possible to move on the stator 7 in a wide range without limitation. That is, when the ultrasonic motor is arranged on the stator side, the mover becomes immovable within the range out of the range, but in the case of the present embodiment, there is no such limitation. Further, the mover 1 of the present embodiment can be moved in any direction within the XY two-dimensional plane, and the structure for that is also simple. Further, in the case of the present embodiment, the moving element 1 can be rotated by controlling the moving directions of the four ultrasonic motors 5. That is, as shown in FIG. 1A, when the moving element 1 is caused to perform a rotational movement indicated by a circle a (shown by a virtual line in the figure), each ultrasonic motor 5 is tangential to the circle a. It suffices to perform a moving operation in the (direction indicated by arrow b), which makes it possible to cause the moving element 1 to easily perform a desired rotational movement. Further, the ultrasonic motor 5 according to the present embodiment has a function of moving in an arbitrary direction in the XY two-dimensional plane by itself, so that, for example, the number of the ultrasonic motors 5 should be one. However, a desired operation can be executed except for the rotational movement. Further, if it is desired to execute the rotational movement, two or more ultrasonic motors may be used. Further, the vibrator 1 according to this embodiment
Since 5 has a hemispherical shape and is configured to make point contact with the side of the stator 7, resistance during movement is also reduced, and smoother and more stable operation is realized.
【００１７】次に、図４及び図５を参照して本発明の第
２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形
態の場合には、超音波モータにおける圧電素子対の構成
を前記第１の実施の形態の場合とは変えているものであ
る。以下、この第２の実施の形態による超音波モータの
構成を説明する。この第２の実施の形態による超音波モ
ータ５１は、厚み縦効果圧電素子対５３を備えていて、
この厚み縦効果圧電素子対５３は一対の圧電素子５３
ａ、５３ｂを厚み方向に積層させた構成となっている。
これら一対の圧電素子５３ａ、５３ｂに電圧を印加する
ことによりＺ軸方向への変形が発生する。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the case of the second embodiment, the configuration of the piezoelectric element pair in the ultrasonic motor is different from that of the first embodiment. The configuration of the ultrasonic motor according to the second embodiment will be described below. The ultrasonic motor 51 according to the second embodiment includes a thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 53,
This thickness effect piezoelectric element pair 53 is a pair of piezoelectric element 53.
It has a configuration in which a and 53b are laminated in the thickness direction.
By applying a voltage to the pair of piezoelectric elements 53a and 53b, deformation in the Z-axis direction occurs.
【００１８】上記厚み縦効果圧電素子対５３を挟むよう
にして別の厚み縦効果圧電素子対５５、５７が積層され
ている。上記厚み縦効果圧電素子対５５は円板状の一枚
の圧電素子に所定の分極処理を施して一対の圧電素子部
５５ａ、５５ｂを隣接・配置した構成になっている。同
様に、上記厚み縦効果圧電素子対５７も円板状の一枚の
圧電素子に所定の分極処理を施して一対の圧電素子部５
７ａ、５７ｂを隣接・配置した構成になっている。上記
厚み縦効果圧電素子対５５の各圧電素子部５５ａ、５５
ｂに電圧を印加することにより、垂直方向への変形が発
生する。同様に、上記厚み縦効果圧電素子対５７の各圧
電素子部５７ａ、５７ｂに電圧を印加することにより、
垂直方向への伸長・圧縮が発生する。これらの垂直方向
への伸長・圧縮と上記厚み縦効果圧電素子対５３による
Ｚ軸方向への変形により、図４（ｃ）に示すように、Ｘ
軸方向（図中左右方向）に沿った振動子６３の楕円運動
が発生する。このような楕円運動によってＸ軸方向への
駆動力が発生するものである。Another thickness vertical effect piezoelectric element pair 55, 57 is laminated so as to sandwich the thickness vertical effect piezoelectric element pair 53. The thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 55 is configured such that a pair of piezoelectric element portions 55a and 55b are arranged adjacent to each other by subjecting a single disk-shaped piezoelectric element to predetermined polarization processing. Similarly, the thickness-longitudinal-effect piezoelectric element pair 57 also has a pair of piezoelectric element portions 5 obtained by subjecting a single disk-shaped piezoelectric element to predetermined polarization processing.
7a and 57b are arranged adjacent to each other. The piezoelectric element portions 55a, 55 of the thickness-length effect piezoelectric element pair 55
Deformation in the vertical direction occurs by applying a voltage to b. Similarly, by applying a voltage to each of the piezoelectric element portions 57a and 57b of the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 57,
Vertical expansion / compression occurs. As shown in FIG. 4 (c), by the extension / compression in the vertical direction and the deformation in the Z-axis direction by the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 53, as shown in FIG.
An elliptical motion of the oscillator 63 occurs along the axial direction (left-right direction in the figure). A driving force in the X-axis direction is generated by such an elliptic movement.
【００１９】又、図５（ａ）に示すように、上記厚み縦
効果圧電素子対５５、５７を挟むようにして別の厚み縦
効果圧電素子対５９、６１が積層されている。又、上記
厚み縦効果圧電素子対６１の下面側には振動子６３が取
り付けられている。この振動子６３は前記第１の実施の
形態における振動子１５と同じである。尚、第５図
（ａ）は第４図（ａ）に示す超音波モータ５１を図中右
方向からみた側面図である。上記厚み縦効果圧電素子対
５９は円板状の一枚の圧電素子に所定の分極処理を施し
て一対の圧電素子部５９ａ、５９ｂを隣接・配置した構
成になっている。同様に、上記厚み縦効果圧電素子対６
１も円板状の一枚の圧電素子に所定の分極処理を施して
一対の圧電素子部６１ａ、６１ｂを隣接・配置した構成
になっている。上記厚み縦効果圧電素子対５９の各圧電
素子部５９ａ、５９ｂに電圧を印加することにより、垂
直方向への変形が発生する。同様に、上記厚み縦効果圧
電素子対６１の各圧電素子部６１ａ、６１ｂに電圧を印
加することにより、垂直方向への伸長・圧縮が発生す
る。これらの垂直方向への伸長・圧縮と上記厚み縦効果
圧電素子対５３によるＺ軸方向への変形により、Ｘ軸方
向に直交するＹ軸方向（図中左右方向）に沿った振動子
６３の楕円運動が発生する。このような楕円運動によっ
てＹ軸方向への駆動力が発生するものである。Further, as shown in FIG. 5 (a), another pair of thickness longitudinal effect piezoelectric elements 59, 61 are laminated so as to sandwich the pair of thickness longitudinal effect piezoelectric elements 55, 57. Further, a vibrator 63 is attached to the lower surface side of the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 61. The vibrator 63 is the same as the vibrator 15 in the first embodiment. Incidentally, FIG. 5 (a) is a side view of the ultrasonic motor 51 shown in FIG. 4 (a) as viewed from the right direction in the figure. The thickness effect piezoelectric element pair 59 has a structure in which a pair of piezoelectric element portions 59a and 59b are arranged adjacent to each other by subjecting a single disk-shaped piezoelectric element to predetermined polarization processing. Similarly, the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 6
1 also has a configuration in which a pair of piezoelectric element portions 61a and 61b are arranged adjacent to each other by subjecting a single disk-shaped piezoelectric element to predetermined polarization processing. By applying a voltage to each of the piezoelectric element portions 59a and 59b of the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 59, deformation in the vertical direction occurs. Similarly, by applying a voltage to each of the piezoelectric element portions 61a and 61b of the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 61, expansion / compression in the vertical direction occurs. Due to the vertical expansion and compression and the deformation in the Z-axis direction by the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 53, the ellipse of the vibrator 63 along the Y-axis direction (left-right direction in the drawing) orthogonal to the X-axis direction. Exercise occurs. A driving force in the Y-axis direction is generated by such an elliptic movement.
【００２０】そして、上記Ｘ軸方向への動作とＹ軸方向
への動作を適宜組み合わせることにより、Ｘ・Ｙ二軸平
面内の任意の方向に移動することができるものである。By appropriately combining the operation in the X-axis direction and the operation in the Y-axis direction, it is possible to move in any direction within the XY biaxial plane.
【００２１】以上この第２の実施の形態の場合も前記第
１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができ
るものである。尚、この第２の実施の形態では超音波モ
ータ５１としての構成のみを図示して説明しているが、
そのような超音波モータ５１を使用して図１に示すよう
なステージを構成できることは勿論である。又、この第
２の実施の形態においては、例えば、厚み縦効果圧電素
子対５５、５７の各圧電素子部５５ａの分極方向と５７
ａの分極方向、各圧電素子部５５ｂの分極方向と５７ｂ
の分極方向を逆向きとしているが、これを同じ向きとし
てその代わり印加する電圧の向きを逆向きにすることに
より同様の変形を得るようにしてもよい。As described above, also in the case of the second embodiment, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained. Although only the configuration of the ultrasonic motor 51 is shown and described in the second embodiment,
It goes without saying that such an ultrasonic motor 51 can be used to form a stage as shown in FIG. Further, in the second embodiment, for example, the polarization direction of each piezoelectric element portion 55a of the thickness longitudinal effect piezoelectric element pair 55, 57 and the polarization direction 57 are described.
The polarization direction of a, the polarization direction of each piezoelectric element portion 55b and 57b
Although the polarization directions of are set to the opposite directions, the same deformation may be obtained by setting the same directions and replacing the directions of the applied voltages instead.
【００２２】次に、図６を参照して本発明の第３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長
方形をなす移動子本体３に４個の超音波モータ５を取り
付けた移動子１を例に挙げて説明したが、この第３の実
施の形態の場合は、移動子本体の形状と超音波モータの
個数を変えたものを例に挙げて示すものである。すなわ
ち、この第３の実施の形態における移動子１０１は、円
板状をなす移動子本体１０３を備えていて、この移動子
本体１０３の下面側であって均等・配置された３箇所に
は超音波モータ１０５が取り付けられている。この超音
波モータ１０５の構成は前記第１の実施の形態の場合或
いは第２の実施の形態の場合と同様の構成をなしてい
て、複数の圧電素子対と振動子１０７とから構成されて
いる。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the case of the first embodiment, the mover 1 in which four ultrasonic motors 5 are attached to the mover body 3 having a rectangular shape has been described as an example, but in the case of the third embodiment Shows an example in which the shape of the moving body and the number of ultrasonic motors are changed. That is, the mover 101 according to the third embodiment is provided with a disk-shaped mover body 103, and the lower surface side of the mover body 103 has three uniform and arranged locations. A sound wave motor 105 is attached. The ultrasonic motor 105 has the same structure as in the case of the first embodiment or the second embodiment, and is composed of a plurality of piezoelectric element pairs and a vibrator 107. .
【００２３】この第３の実施の形態の場合も前記第１の
実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると
共に、３個の超音波モータ１０５としたことにより、よ
り安定した動作が実現できるものである。つまり、超音
波モータ１０５が３個であるので、それぞれの振動子１
０７は確実に図示しない固定子側に接地することになる
からであり、例えば、４個の場合のように、何れか１個
の振動子が固定子側に対して浮いてしまうといったこと
が発生しないからである。In the case of the third embodiment as well, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained, and more stable operation can be achieved by using the three ultrasonic motors 105. It can be realized. That is, since there are three ultrasonic motors 105, each transducer 1
This is because 07 is surely grounded to the stator side (not shown), and for example, in the case of four, any one of the vibrators may float above the stator side. Because not.
【００２４】尚、本発明は前記第１〜第３の実施の形態
に限定されるものではない。例えば、ステージ全体とし
てみた場合、そこに使用される超音波モータの個数を特
に限定するものではない。実施の形態で示した４個、３
個以外にも、１個、２個、５個以上であってもよい。
又、超音波モータ自体の構成に関しても、圧電素子対を
どのように構成・配置するかについては任意に設定すれ
ばよい。又、必ずしも圧電素子対として構成する必要は
なく一枚の圧電素子として構成して積層するようにして
もよい。又、前記各実施の形態では厚み滑り効果圧電素
対の分極方向を直交させるようにしたが、必ずしも直交
させる必要はなく、任意の角度で交差させるようにして
もよい。又、分極方向を直行させる或いは任意の角度で
交差させる代わりに、電極方向を直行させる或いは任意
の角度で交差させるようにしてもよい。又、一枚の厚み
縦効果圧電素子において、Ｘ・Ｙ二軸の方向に変形させ
得るような分極構造、電極構造とすることも考えられ
る。具体的には、異なる電圧が印加される電極対を２組
以上設けるようにするものである。又、前記各実施の形
態においては、振動子を半球状としたが、それ以外にも
円柱状等の形状であってもよい。その例を図２（ａ）に
仮想線で示すと共に符合２０１で示す。このような振動
子２０１の場合には固定子側に対して線接触することに
なり、それによっても、移動時の抵抗は軽減されるもの
である。The present invention is not limited to the first to third embodiments. For example, when viewed as the entire stage, the number of ultrasonic motors used therein is not particularly limited. 4, 3 shown in the embodiment
Besides 1, the number may be 1, 2, 5 or more.
Also, regarding the configuration of the ultrasonic motor itself, how to configure and arrange the piezoelectric element pair may be arbitrarily set. Further, it is not always necessary to form the piezoelectric element pair, and it is also possible to form and stack one piezoelectric element. Further, in the above-mentioned respective embodiments, the polarization directions of the thickness slip effect piezoelectric element pairs are made orthogonal to each other, but it is not always necessary to make them orthogonal to each other, and they may be intersected at an arbitrary angle. Instead of making the polarization directions orthogonal or intersecting at an arbitrary angle, the electrode directions may be orthogonal or intersect at an arbitrary angle. It is also conceivable that a single piezoelectric element with thickness effect has a polarization structure or an electrode structure that can be deformed in the X and Y biaxial directions. Specifically, two or more pairs of electrodes to which different voltages are applied are provided. Further, in each of the above-mentioned embodiments, the vibrator is formed in a hemispherical shape, but other shapes may be used, such as a cylindrical shape. An example thereof is shown by a virtual line 201 in FIG. In the case of such a vibrator 201, it comes into line contact with the stator side, which also reduces the resistance during movement.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によるステー
ジと超音波モータによると、固定子と、上記固定子に対
して移動可能に配置された移動子と、上記移動子側に取
り付けられ移動子が移動するための駆動力を発揮する超
音波モータと、を具備したものであり、基本的に移動子
側に超音波モータを取り付けて移動させるように構成し
たので、従来のように、固定子側に設けられた超音波モ
ータから外れてしまうことを理由に移動範囲が制限され
るようなことはなく、移動子の移動範囲を拡大すること
ができ、それによって、ステージの用途の拡大を図るこ
とができる。その際、上記移動子を剛性体とし場合に
は、それによって、形状に対する制限がなくなるもので
ある。又、上記超音波モータを少なくとも３個取り付け
ることが考えられ、それによって、安定した動作を提供
することができる。又、上記超音波モータを厚み縦効果
圧電素子及び又は厚み滑り効果圧電素子から構成して、
単独で任意の方向に駆動可能なものとした場合には、比
較的簡単な構成で所望の超音波モータを得ることができ
る。又、上記超音波モータを厚み縦効果圧電素子及び又
は厚み滑り効果圧電素子から構成して、Ｘ・Ｙ二次元平
面内にて任意の方向に移動可能なものとした場合も同様
であり、又、例えば、超音波モータの個数を１個にして
も所望の動作を実現させることができるものである。
又、各超音波モータは独立して制御可能なため各超音波
モータ間の駆動力バランスを容易に制御することがで
き、より安定した動作が簡単に実現できる。又、超音波
モータに突起状に設けられた振動子を円柱形状又は球面
形状とした場合にはより円滑な安定した動作を提供する
ことができる。As described in detail above, according to the stage and the ultrasonic motor according to the present invention, the stator, the mover arranged so as to be movable with respect to the stator, and the mover attached to the mover side. It is equipped with an ultrasonic motor that exerts a driving force for moving the child, and basically, the ultrasonic motor is attached to the mover side so that it can be moved. The moving range is not limited because it is out of the ultrasonic motor provided on the child side, and the moving range of the moving element can be expanded, thereby expanding the application of the stage. Can be planned. At this time, when the mover is made of a rigid body, there is no restriction on the shape. It is also conceivable to attach at least three of the above ultrasonic motors, whereby stable operation can be provided. Further, the ultrasonic motor is composed of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element,
If it can be driven alone in any direction, a desired ultrasonic motor can be obtained with a relatively simple structure. The same applies to the case where the ultrasonic motor is composed of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element and is movable in an arbitrary direction within an XY two-dimensional plane. For example, a desired operation can be realized even if the number of ultrasonic motors is one.
Further, since each ultrasonic motor can be controlled independently, the driving force balance between the ultrasonic motors can be easily controlled, and more stable operation can be easily realized. Further, when the vibrator provided in the projection of the ultrasonic motor has a cylindrical shape or a spherical shape, a smoother and stable operation can be provided.
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、第１図
（ａ）はステージを構成する移動子の構成を示す正面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のｂ−ｂ矢視図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a front view showing the configuration of a moving element that constitutes a stage, and FIG. 1 (b) is FIG. 1 (a). ) Is a bb arrow view.
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、第２図
（ａ）はステージを構成する移動子に設けられた複数個
の超音波モータの内の一つの超音波モータの構成を示す
正面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のｂ−ｂ矢視図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 (a) shows one ultrasonic motor of a plurality of ultrasonic motors provided on a mover which constitutes a stage. FIG. 2 (b) is a front view showing the configuration, and FIG. 2 (b) is a view taken along the line bb of FIG. 2 (a).
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、ステー
ジの構成を示す移動子と固定子との関係を示すと共に駆
動力となる楕円運動を模式的に示す正面図である。FIG. 3 is a diagram showing the first embodiment of the present invention, and is a front view schematically showing the relationship between the mover and the stator showing the structure of the stage and also showing the elliptic movement serving as the driving force.
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、第４図
（ａ）は超音波モータの正面図、第４図（ｂ）は第４図
（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第４図（ｃ）は作用を示す正面
図である。FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 4 (a) is a front view of an ultrasonic motor, and FIG. 4 (b) is a bb arrow of FIG. 4 (a). A perspective view and FIG. 4 (c) are front views showing the operation.
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、第５図
（ａ）は超音波モータの側面図、第５図（ｂ）は第５図
（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 5 (a) is a side view of the ultrasonic motor, and FIG. 5 (b) is a bb arrow of FIG. 5 (a). It is a perspective view.
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図で、第６図
（ａ）はステージを構成する移動子の構成を示す正面
図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のｂ−ｂ矢視図であ
る。FIG. 6 is a view showing a third embodiment of the present invention, FIG. 6 (a) is a front view showing the structure of a moving element forming a stage, and FIG. 6 (b) is FIG. 6 (a). ) Is a bb arrow view.
１ 移動子 ３ 移動子本体 ５ 超音波モータ ７ 固定子 ９ 厚み縦効果圧電素子対 ９ａ 圧電素子 ９ｂ 圧電素子 １１ 厚み滑り効果圧電素子対 １１ａ 圧電素子 １１ｂ 圧電素子 １３ 厚み滑り効果圧電素子対 １３ａ 圧電素子 １３ｂ 圧電素子 １５ 振動子 1 mover 3 Moving body 5 Ultrasonic motor 7 Stator 9 Thickness pair piezoelectric element pair 9a Piezoelectric element 9b Piezoelectric element 11 Thickness-slip effect Piezoelectric element pair 11a piezoelectric element 11b Piezoelectric element 13 Thickness-Slip Effect Piezoelectric Element Pair 13a Piezoelectric element 13b Piezoelectric element 15 oscillators
Claims (23)
に配置された移動子と、上記移動子に取り付けられ移動
子が移動するための駆動力を発揮する超音波モータと、
を具備したことを特徴とするステージ。1. A stator, a mover movably arranged with respect to the stator, and an ultrasonic motor mounted on the mover to exert a driving force for moving the mover.
A stage characterized by comprising.
移動子は剛性体であることを特徴とするステージ。2. The stage according to claim 1, wherein the mover is a rigid body.
おいて、上記超音波モータは少なくとも３個取り付けら
れていることを特徴とするステージ。3. The stage according to claim 1 or 2, wherein at least three ultrasonic motors are attached.
テージにおいて、上記超音波モータは厚み縦効果圧電素
子及び又は厚み滑り効果圧電素子から構成され単独で任
意の方向に駆動可能なものであることを特徴とするステ
ージ。4. The stage according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic motor is composed of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element and can be driven independently in any direction. A stage characterized by being a thing.
超音波モータは厚み縦効果圧電素子及び又は厚み滑り効
果圧電素子から構成され、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意
の方向に移動可能なものであることを特徴とするステー
ジ。5. The stage according to claim 4, wherein the ultrasonic motor comprises a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element, and is movable in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane. A stage characterized by being a thing.
超音波モータは厚み縦効果圧電素子及び少なくとも２枚
の厚み滑り効果圧電素子を積層させたものであり、上記
少なくとも２枚の厚み滑り効果圧電素子の分極方向を直
行又は任意の角度で交差する方向とし、それによって、
Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なもので
あることを特徴とするステージ。6. The stage according to claim 5, wherein the ultrasonic motor comprises a stack of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements, and the at least two thickness slip effect piezoelectric elements. The polarization direction of the element is orthogonal or a direction intersecting at an arbitrary angle, whereby
A stage characterized by being movable in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
超音波モータは厚み縦効果圧電素子及び少なくとも２枚
の厚み滑り効果圧電素子を積層させたものであり、上記
少なくとも２枚の厚み滑り効果圧電素子の電極方向を直
行又は任意の角度で交差する方向とし、それによって、
Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なもので
あることを特徴とするステージ。7. The stage according to claim 5, wherein the ultrasonic motor is a stack of a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements, and the at least two thickness slip effect piezoelectric elements are laminated. The direction of the electrodes of the element is orthogonal or the direction intersecting at an arbitrary angle, whereby
A stage characterized by being movable in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
超音波モータは少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子を
積層させて備えており、上記少なくとも２枚の厚み縦効
果圧電素子内において分極が分割され相反していて該分
極の分割を直行又は任意の角度で交差する方向とし、そ
れによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動
可能なものであることを特徴とするステージ。8. The stage according to claim 5, wherein the ultrasonic motor comprises at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements stacked, and the polarization is divided in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements. A stage characterized in that the polarization is divided into directions orthogonal to each other or intersecting at an arbitrary angle so that the polarization can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
超音波モータは少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子を
積層させて備えており、上記少なくとも２枚の厚み縦効
果圧電素子内において電極が分割され相反していて該電
極の分割を直行又は任意の角度で交差する方向とし、そ
れによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動
可能なものであることを特徴とするステージ。9. The stage according to claim 5, wherein the ultrasonic motor is provided with at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements stacked, and the electrodes are divided in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements. A stage characterized in that the electrodes are divided into directions orthogonal to each other or intersecting each other at an arbitrary angle so that the electrodes can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
記超音波モータは厚み縦効果圧電素子を積層させたもの
であり、厚み縦効果圧電素子内において電極が分割され
異なる電圧が印加され、異なる電圧が印加される電極対
が２組以上あり、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内に
て任意の方向に移動可能なものであることを特徴とする
ステージ。10. The stage according to claim 5, wherein the ultrasonic motor is formed by stacking thickness-longitudinal-effect piezoelectric elements, and electrodes are divided in the thickness-longitudinal-effect piezoelectric element to apply different voltages, and different voltages are applied. A stage characterized in that there are two or more pairs of electrodes to which is applied, and thereby, the electrodes can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
記超音波モータは厚み縦効果圧電素子と厚み滑り効果圧
電素子を積層させたものであり、厚み縦効果圧電素子内
において電極が分割され異なる電圧が印加され、異なる
電圧が印加される電極対が２組以上あり、それによっ
て、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なも
のであることを特徴とするステージ。11. The stage according to claim 5, wherein the ultrasonic motor is formed by laminating a thickness longitudinal effect piezoelectric element and a thickness slip effect piezoelectric element, and the electrodes are divided in the thickness longitudinal effect piezoelectric element and different voltages are applied. Is provided and two or more electrode pairs to which different voltages are applied are provided, whereby the stage is movable in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
のステージにおいて、上記超音波モータは単独で制御可
能なものであることを特徴とするステージ。12. The stage according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is independently controllable.
のステージにおいて、上記超音波モータは振動子を突起
状に備えていて、該振動子は円柱形状又は球面形状をな
していることを特徴とするステージ。13. The stage according to any one of claims 1 to 12, wherein the ultrasonic motor is provided with a vibrator in a protrusion shape, and the vibrator has a cylindrical shape or a spherical shape. The stage characterized by.
効果圧電素子から構成され単独で任意の方向に駆動可能
なものであることを特徴とする超音波モータ。14. An ultrasonic motor comprising a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element, which can be driven independently in any direction.
効果圧電素子から構成され、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任
意の方向に移動可能なものであることを特徴とする超音
波モータ。15. An ultrasonic motor comprising a thickness longitudinal effect piezoelectric element and / or a thickness slip effect piezoelectric element, which is movable in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
て、厚み縦効果圧電素子及び少なくとも２枚の厚み滑り
効果圧電素子を積層させたものであり、上記少なくとも
２枚の厚み滑り効果圧電素子の分極方向を直行又は任意
の角度で交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次
元平面内にて任意の方向に移動可能なものであることを
特徴とする超音波モータ。16. The ultrasonic motor according to claim 15, wherein a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements are laminated, and the polarization of the at least two thickness slip effect piezoelectric elements. An ultrasonic motor, characterized in that the direction is orthogonal or a direction intersecting at an arbitrary angle, whereby it is movable in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
て、厚み縦効果圧電素子及び少なくとも２枚の厚み滑り
効果圧電素子を積層させたものであり、上記少なくとも
２枚の厚み滑り効果圧電素子の電極方向を直行又は任意
の角度で交差する方向とし、それによって、Ｘ・Ｙ二次
元平面内にて任意の方向に移動可能なものであることを
特徴とする超音波モータ。17. The ultrasonic motor according to claim 15, wherein a thickness longitudinal effect piezoelectric element and at least two thickness slip effect piezoelectric elements are laminated, and the at least two thickness slip effect piezoelectric element electrodes. An ultrasonic motor, characterized in that the direction is orthogonal or a direction intersecting at an arbitrary angle, whereby it is movable in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
て、少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子を積層させて
備えており、上記少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子
内において分極が分割され相反していて該分極の分割を
直行又は任意の角度で交差する方向とし、それによっ
て、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なも
のであることを特徴とする超音波モータ。18. The ultrasonic motor according to claim 15, wherein at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements are laminated and provided, and the polarization is divided in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements, and the thickness longitudinal effect piezoelectric elements conflict with each other. The ultrasonic motor is characterized in that the polarization is divided in a direction orthogonal to or intersecting at an arbitrary angle, so that the polarization can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
て、少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子を積層させて
備えており、上記少なくとも２枚の厚み縦効果圧電素子
内において電極が分割され相反していて該電極の分割を
直行又は任意の角度で交差する方向とし、それによっ
て、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向に移動可能なも
のであることを特徴とする超音波モータ。19. The ultrasonic motor according to claim 15, further comprising at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements stacked together, wherein the electrodes are divided in the at least two thickness longitudinal effect piezoelectric elements and are opposed to each other. The ultrasonic motor is characterized in that the electrodes are divided in directions orthogonal to each other or intersecting each other at an arbitrary angle, so that the electrodes can be moved in an arbitrary direction in an XY two-dimensional plane.
て、厚み縦効果圧電素子を積層させたものであり、厚み
縦効果圧電素子内において電極が分割され異なる電圧が
印加され、異なる電圧が印加される電極対が２組以上あ
り、それによって、Ｘ・Ｙ二次元平面内にて任意の方向
に移動可能なものであることを特徴とする超音波モー
タ。20. The ultrasonic motor according to claim 15, wherein a thickness longitudinal effect piezoelectric element is laminated, and electrodes are divided in the thickness longitudinal effect piezoelectric element to apply different voltages, and different voltages are applied. The ultrasonic motor is characterized in that there are two or more pairs of electrodes, which are movable in any direction in the XY two-dimensional plane.
て、厚み縦効果圧電素子と厚み滑り効果圧電素子を積層
させたものであり、厚み縦効果圧電素子内において電極
が分割され異なる電圧が印加され、異なる電圧が印加さ
れる電極対が２組以上あり、それによって、Ｘ・Ｙ二次
元平面内にて任意の方向に移動可能なものであることを
特徴とする超音波モータ。21. The ultrasonic motor according to claim 15, wherein a thickness longitudinal effect piezoelectric element and a thickness slip effect piezoelectric element are laminated, and electrodes are divided in the thickness longitudinal effect piezoelectric element to apply different voltages. The ultrasonic motor is characterized in that there are two or more pairs of electrodes to which different voltages are applied, and thereby, the electrodes can be moved in an arbitrary direction within an XY two-dimensional plane.
載の超音波モータにおいて、単独で制御可能なものであ
ることを特徴とする超音波モータ。22. The ultrasonic motor according to any one of claims 14 to 21, which is controllable independently.
載の超音波モータにおいて、 振動子を突起状に備えていて、該振動子は円柱形状又は
球面形状をなしていることを特徴とする超音波モータ。23. The ultrasonic motor according to any one of claims 14 to 21, wherein the vibrator is provided in a protrusion shape, and the vibrator has a cylindrical shape or a spherical shape. Ultrasonic motor to do.
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