超音波浮上装置
固定部と、固定部に対して移動可能に設置された可動部とを具備し、固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動することにより可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は超音波浮上装置に係り、特に、ガイド機構の構成を改良することにより装置のコンパクト化及び浮上の安定性を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
超音波振動を利用した超音波浮上装置は、非接触であって摩耗や潤滑剤による環境汚染がないために、クリーンルーム環境や精密位置決め用途に好適なものとして考えられている。そのような超音波浮上装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたようなものがある。
特許文献１ 特開平７−１９６１２７号公報
特記文献２ 特開平１１−３０１８３２号公報
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、特開平７−１９６１２７号公報及び特開平１１−３０１８３２号公報に開示されている超音波浮上装置の場合には、特に、直動案内機構を伴った構成として開示されてはおらず、よって、実際に実施しようとした場合には、可動部を安定した状態で浮上させて所望の方向に移動させることはできないものである。
又、特開平７−１９６１２７号公報に開示されている超音波振動子の場合には、いわゆる「ランジュバン型」の超音波振動子を使用するものであり、この場合には装置の背が高くなってしまって装置のコンパクト化を図ることができないという問題があった。
又、装置の背が高くなってしまうことによりスライダの重心も高くなってしまい、それによって、動作の安定性が損なわれてしまうという問題があった。
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、特に複雑な構成を要することなく直動案内機能を備えると共に、装置の大型化を来すことなく浮上安定性や浮上剛性の向上を図ることができる超音波浮上装置を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による超音波浮上装置は、固定部と、上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、を具備し、上記固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２による超音波浮上装置は、請求項１記載の超音波浮上装置において、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に山形凸状又は逆山形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆山形凹状又は山形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項３による超音波浮上装置は、請求項１記載の超音波浮上装置において、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向にハの字形凸状又は逆ハの字形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆ハの字形凹状又はハの字形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項４による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記固定部側ガイド部と可動部側ガイド部からなるガイド部を２個所以上設けたことを特徴とするものである。
又、請求項５による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置が２個以上設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項６による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置に振動変換部材が使用されていることを特徴とするものである。
又、請求項７による超音波浮上装置は、請求項６記載の超音波浮上装置において、上記固定部側ガイド部又は可動部側ガイド部と上記振動変換部材とを一体化させたことを特徴とするものである。
又、請求項８による超音波浮上装置は、請求項７記載の超音波浮上装置において、上記振動変換部材がロ字形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項９による超音波浮上装置は、請求項８記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置の振動発生源が上記ロ字形状の振動変換部材内に配置されていることを特徴とするものである。
又、請求項１０による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項９の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置の振動源にランジュバン型振動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子が使用されていることを特徴とするものである。
又、請求項１１による超音波浮上装置は、請求項５〜請求項１０の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記２個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与したことを特徴とするものである。
又、請求項１２による超音波浮上装置は、請求項１１記載の超音波浮上装置において、上記振動位相差が略９０°又は略２７０°であることを特徴とするものである。
すなわち、本願発明による超音波浮上装置は、固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたものであり、それによって、リニアガイドとして効果的に機能させることができるようになった。
その際、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に山型凸状又は逆山型形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆山型凹状又は山型凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させる構成や、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向にハ字型凸状又は逆ハ字型凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆ハ字型凹状又はハ字型凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させる構成が考えられる。特に、後者の場合には、凸頂点部がなくなるので、そのような凸頂点部間における高い寸法精度の確保は不要となる。
その際、上記固定部側ガイド部と可動部側ガイド部からなるガイド部を２個所以上設けることが考えられ、それによって、装置の低背化を図ることができると共にローリング防止を図ることができる。
又、上記振動発生装置を２個以上設けることが考えられ、それによって、固定部の剛性を向上させることができると共に振動装置１個当たりの出力を小さくすることができる。
又、上記振動発生装置に振動変換部材を使用した場合には、それによっても低背化を図ることができる。
又、上記固定部側ガイド部又は可動部側ガイド部と上記振動変換部材とを一体化させることが考えられ、それによって、部品点数を減少させることができると共に、組立精度に対する裕度を高めることができる。
又、上記振動変換部材をロ字形状とすることが考えられ、さらに、上記振動発生装置の振動発生源を上記ロ字形状の振動変換部材内に配置することが考えられ、それによって、装置のコンパクト化を図ることができる。
又、上記振動発生装置の振動源としては、例えば、ランジュバン型振動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子を使用したものが考えられる。
又、２個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与した場合には、定在波を抑えることができ、精密位置決めに対して効果的に対応可能になる。又、上記位相差を略９０°又は略２７０°とした場合には、推力の発生も期待できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、第１図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第２図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、第２図（ａ）はガイド部を１個とした場合の超音波浮上装置の概略構成を示す横断面図、第２図（ｂ）はガイド部を２個とした場合の超音波浮上装置の概略構成を示す横断面図、第２図（ｃ）はガイド部を４個とした場合の超音波浮上装置の概略構成を示す横断面図である。
第３図は、本発明の第１の実施の形態の説明に使用した比較例を示す図で、第３図（ａ）は振動発生装置を１個とし且つ振動方向変換部材を使用しないタイプの超音波浮上装置の構成を示す側面図、第３図（ｂ）は振動発生装置を２個とし且つ振動方向変換部材を使用しないタイプの超音波浮上装置の構成を示す側面図である。
第４図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、第４図（ａ）は振動振幅を説明すると共に進行波を説明するための波形図、第４図（ｂ）は２個の振動発生装置に位相差を付与した場合の振動振幅を説明するための波形図、第４図（ｃ）は２個の振動発生装置に位相差を付与しない場合の振動振幅を説明するための波形図である。
第５図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、進行波比と位相差の関係を示す特性図である。
第６図は、本発明の第２の実施の形態を示す図で、第６図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第６図（ｃ）は第６図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第７図は、本発明の第３の実施の形態を示す図で、第７図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第７図（ｃ）は第７図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第８図は、本発明の第４の実施の形態を示す図で、第８図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第８図（ｂ）は第８図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第８図（ｃ）は第８図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第９図は、本発明の第５の実施の形態を示す図で、第９図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第９図（ｂ）は第９図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第９図（ｃ）は第９図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、第１図乃至第５図を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。第１図は本実施の形態による超音波浮上装置の構成を概念的に示す図であり、第１図（ａ）は超音波浮上装置の平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
まず、平板状の固定部１があり、この固定部１の底面側であって長手方向左右両端部には振動発生装置３、５が取り付けられている。上記振動発生装置３、５には保持部材７、９が取り付けられていて、固定部１はこれら保持部材７、９を介してベース１１上に設置されている。
上記振動発生装置３は、ランジュバン型超音波振動子１３と、Ｌ字型振動方向変換部材１５とから構成されている。同様に、上記振動発生装置５も、ランジュバン型超音波振動子１７と、Ｌ字型振動方向変換部材１９とから構成されている。この実施の形態の場合には、ランジュバン型超音波振動子１３、１７を水平方向に指向させた状態で設置し、それによって、装置の低背化を図っている。又、上記ランジュバン型超音波振動子１３、１７による超音波振動の方向は水平方向であるが、これを上記Ｌ字型振動方向変換部材１５、１９によって上下方向に変換しているものである。
上記固定部１上には可動部２１が浮上可能に設置されている。まず、固定部１側には、第１図（ｃ）に示すように、短手方向左右二箇所に固定部側ガイド部２３、２５が設けられている。上記固定部側ガイド部２３は、第１図（ｃ）に示すように、山形形状をなしていて、図中上方に向って凸状に形成されている。すなわち、２個の傾斜面２３ａ、２３ｂによって山形形状を構成しているものである。又、上記固定部側ガイド部２３は、第１図（ａ）に示すように、長手方向に沿って延長・形成されているものである。又、上記固定部側ガイド部２５も同様の構成になっていて、２個の傾斜面２５ａ、２５ｂによって山形形状を構成しているものである。又、上記固定部側ガイド部２３と固定部側ガイド部２５との間には平坦面２７が設けられている。
一方、可動部２１側をみてみると、図１（ｃ）に示すように、上記固定部側ガイド部２３、２５に対応するように、可動部側ガイド部２９、３１が設けられている。上記可動部側ガイド部２９は、逆山形形状をなしていて、図中上方に向って凹状に形成されている。すなわち、２個の傾斜面２９ａ、２９ｂによって逆山形形状を構成しているものである。上記可動部側ガイド部３１も同様の構成になっていて、２個の傾斜面３１ａ、３１ｂによって逆山形形状を構成しているものである。又、上記可動部側ガイド部２９と可動部側ガイド部３１との間には凹部３３が形成されている。
上記固定部１と可動部２１との間には駆動用のボイスコイルモータ３５が設けられている。すなわち、第１図（ｃ）に示すように、固定部１側の平坦面２７にはコイル３７が設置されており、一方、可動部２１側の凹部３３には永久磁石３９が設置されている。これらコイル３７と永久磁石３９とによって駆動用のボイスコイルモータ３５を構成しているものである。そして、上記コイル３７に適宜の方向の電流を流すことにより、永久磁石３９の磁束の流れとの相互作用によって、いわゆる「フレミングの左手の法則」に基づいて、可動部２１に対してＹ方向の何れかに移動させるための駆動力が発生するものである。
以上が本実施の形態における超音波浮上装置の概略の構成である。以下、作用を交えながら詳細に説明していく。まず、固定部側ガイド部２３、２５、可動部側ガイド部２９、３１について第２図を参照して説明する。
まず、第２図（ａ）は１個の固定部側ガイド部２３と１個の可動部側ガイド部２９を対向・配置したものである。この場合、固定部１が超音波振動することにより、固定部側ガイド部２３の傾斜面２３ａ、２３ｂと可動部側ガイド部２９の傾斜面２９ａ、２９ｂとの間の空気層の圧力が上昇し、それによって、可動部２１は浮上することになる。その浮上高さ、すなわち可動部２１のＺ方向（第２図の上下方向）位置は空気層の圧力と可動部２１の重量により決定される。又、固定部側ガイド部２３と可動部側ガイド部２９が傾斜面によって構成されているので、可動部２１がＹ方向（紙面に直角方向）に移動するときは、Ｘ方向（図面の左右方向）の位置は殆ど変化せず、よって、いわゆる「リニアガイド」として機能するものである。
又、この実施の形態の場合には、第２図（ｂ）に示すように、２個のガイド部を設けている。すなわち、固定部側ガイド部２３、２５、それに対向・配置される可動部側ガイド部２９、３１とからなる２個のガイド部である。このように、ガイド部を２個設けることにより、同一の浮上斜面面積の時には斜面高さを１／２にすることができ、それによって、装置の低背化を図ることができるものである。又、いわゆる「ローリング（図中紙面内回転剛性）」に対してもより改善することができるものである。すなわち、第２図（ａ）のようにガイド部が１個の場合には上記ローリングが懸念されるが、第２図（ｂ）に示すような２個のガイド部を設けた場合にはそのようなローリングを効果的に防止できるものである。さらに、固定部１側の平坦面２７に対抗して可動部２１側の平坦面２８の隙間でも空気層が圧縮され、可動部２１に浮上力が発生する。
尚、本実施の形態の場合には、上記したように、固定部側ガイド部２３、２５、それに対向・配置される可動部側ガイド部２９、３１とからなる２個のガイド部を設けた構成になっているが、それに限定されるものではなく、例えば、第２図（ｃ）に示すように、４個のガイド部を設けるようにしてもよいし、それ以上であってもよい。それによって、さらに低背化を図ることが可能になる。
又、この実施の形態では、固定部１側を凸状部とし、可動部２１側を凹状部としたが、その逆でもよい。
次に、振動発生装置の個数について第３図を参照して説明する。原理的には、第３図（ａ）に示すように、可動部２１の移動距離（ストローク）が短ければ１個の振動発生装置３´でも構わないが、ストロークを長くしたいときには、固定部１が撓まないように固定部１の剛性を高めなければならない。固定部１の剛性を高めるためには固定部１の厚みを増大させる方法もあるが、これは背を高くすることになり、それでは装置の低背化に反する。そこで、第３図（ｂ）に示すように、２個の振動発生装置３´、５´とすれば、支持ポイントが増え固定部１の背を高くしなくてもその剛性を向上させることができるものである。又、２個の振動発生装置３´、５´とすれば、１個あたりの出力は略１／２で済み、小型で低出力の振動発生装置で事足りることになる。
尚、第３図に示す振動発生装置３´、５´は本実施の形態における振動発生装置３、５とはその構成が異なっている。すなわち、そこに使用されているランジュバン型超音波振動子１３´、１７´がＺ方向に延長・配置されていて、Ｚ方向に振動するように配置されているものである。これは次の説明の都合上敢えてそのようにしたものである。
次に、本実施の形態における振動発生装置３、５は、上記したように、振動方向変換部材１５、１９を使用した構成になっており、それによっても、低背化が図られているものである。これを第３図を交えながら説明する。第３図に示す振動発生装置３´、５´の場合は、そこに使用されているランジュバン型振動子１３´、１７´は、上記したように、図中上下方向、すなわち、Ｚ方向に振動するような配置で設置されている。よって、装置としてもその背が高くなってしまう。
これに対して、本実施の形態の場合には、振動発生装置３、５のランジュバン型振動子１３、１７を水平方向に振動するような配置で設置し、それをＬ字型振動方向変換部材１５、１９によって、上下方向に変換するように構成している。それによって、低背化が図られているものである。
次に、第４図を参照して振動発生装置３、５の位相に関して説明する。本実施の形態の場合には、２個の振動発生装置３、５相互間に位相差を付与している。これに対して、例えば、２個の振動発生装置３、５相互間に位相差を付与しない場合には、第４図（ｃ）に示すような波形図となり、いわゆる「定在波」となる。この定在波は共振状態にあるので振幅は大きく、大きな浮上力を得るには有利であるが、固定部１のＹ方向の位置により振幅の大きさが異なるので、可動部２１の移動に伴って浮上力も異なることになる。したがって、超精密な位置決用ガイドとしては不向きである。
そこで、本実施の形態の場合には、上記したように、２個の振動発生装置３、５相互間に位相差を付与しているものである。その場合には、第４図（ｂ）に示すような波形図となり、第４図（ｃ）に示すような定在波は形成されず、固定部１のＹ方向の位置による振動振幅の大きさの変動は小さくなり、Ｙ方向の位置による浮上力の変動も小さく、よって、精密な位置決めに大変有利な構成となる。
又、２個の振動発生装置３、５相互間の位相差に対する進行波比（＝進行波／定在波）の実験結果を第５図に示す。第５図は横軸に位相差をとり縦軸に進行波比をとり位相差の変化に伴う進行波比の変化を示す特性図である。この第５図に示すように、位相差「０°」及び「１８０°」付近では殆どが定在波であり、進行波は１／４０程度発しているだけである。これに対して、位相差「９０°」付近及び「２７０°」付近では進行波比が「１」近くであり、進行波の比率が高くなっている。よって、位相差を「９０°」又は「２７０°」近辺に設定することによって安定した進行波を発生させることができるものである。そして、この固定部１の進行波によって固定部１と可動部２１の間の空気層を介して可動部２１側に推力を与えて可動部２１を移動させることができるものである。このときのＹ方向の振動振幅を第４図（ａ）に示す。
その結果、駆動装置を別途設けなくても、振動発生装置３、５間の位相差を「略９０°」又は「略２７０°」に設定することによって可動部２１の駆動が可能になる。又、位相差９０°にてＹ方向右側に可動部２１が移動するとき、位相差を２７０°に変えると可動部２１は左側に移動する。このように移動方向の制御も可能になる。
尚、２個以上の振動発生装置を用いる場合は両端の振動発生装置に設定したい位相差を付与し、他の振動発生装置には両端の振動発生装置からの距離に応じ、両端の位相差の比例配分を行えばよい。例えば３個の振動発生装置を用い、両端に９０°の位相差を与えるときは、真ん中に配置した振動発生装置は両端の振動発生装置の位相差９０°の半分、４５°の位相差を与えればよい。
以上この実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、固定部１に固定部側ガイド部２３、２５を凸状に設けると共に、上記可動部２１に可動部側ガイド部２９、３１を凹状に設けて対抗・配置した構成としたので、リニアガイドとして有効に機能することが可能な超音波浮上装置を得ることができる。
又、固定部側ガイド部２３、２５と可動部側ガイド部２９、３１からなる２個のガイド部を設けたので、それだけ高さを低くすることが可能になり装置の低背化・コンパクト化を図ることができると共にローリング防止を図ることができる。
又、振動発生装置３、５を２個設けたので、固定部１の背を高くしなくてもその剛性を向上させることができると共に、振動発生装置１個あたりの出力を小さくすることができる。
又、振動発生装置３、５にＬ字型１５、１９を使用するようにしたので、それによっても装置の低背化を図ることが可能になる。
又、２個の振動発生装置３、５相互間に振動位相差を付与したので、精密な位置決めに対して効果的に対応可能になった。
又、２個の振動発生装置３、５相互間に略９０°又は２７０°の振動位相差を付与するようにしたので、特別の駆動装置を要することなく可動部２１に推力を付与することが可能になった。
次に、第６図を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、振動発生装置として、ランジュバン型振動子を使用した例を挙げて説明したが、この第２の実施の形態の場合には、平板状の単板圧電振動子５１、５３を使用した例を示すものである。又、上記単板圧電振動子５１、５３とは別体の保持部材５５、５７によって固定部１を保持するようにしたものである。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、よって、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
以上、この第２の実施の形態の場合にも、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することが可能であり、又、平板状の単板圧電振動子５１、５３を使用したことによりさらなる低背化を図ることが可能になる。
次に、第７図を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。第７図は第３の実施の形態による超音波浮上装置の構成を概念的に示す図であり、第７図（ａ）は超音波浮上装置の平面図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、第７図（ｃ）は第７図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
まず、固定部１０１があり、この固定部１０１は、振動変換部材１２１及び振動変換部材１２５と、該振動変換部材１２１、１２５の両側に設けられた固定部側ガイド部１０５、１０７を備えた構成になっている。上記固定部側ガイド部１０５、１０７の間であって長手方向左右両端部には、振動発生装置１０９、１１１が、上記固定部１０１の振動変換部材１２１、１２５に取り付けられた状態で設置されている。上記振動発生装置１０９、１１１には保持部材１１３、１１５が取り付けられている。固定部１０１は、上記振動発生装置１０９、１１１の保持部材１１３、１１５を介してベース１１７上に設置されている。
尚、上記振動変換部材１２１、１２５は、上記したように、固定部１０１の構成要素であると同時に、振動発生装置１０９、１１１の構成要素でもある。
上記振動発生装置１０９は、ランジュバン型超音波振動子１１９と、十字型振動方向変換部材１２１とから構成されている。同様に、上記振動発生装置１１１も、ランジュバン型超音波振動子１２３と、十字型振動方向変換部材１２５とから構成されている。上記ランジュバン型超音波振動子１１９、１２３による超音波振動を十字型振動方向変換部材１２１、１２５によって、直交する２方向に変換して固定部側ガイド部１０５、１０７に超音波振動を付与している。
上記固定部１０１上には可動部１３１が浮上可能に設置されている。その際、固定部側ガイド部１０５、１０７側には傾斜面１０５ａ、１０７ａが形成されている。これを断面方向からみると、第７図（ｃ）に示すように、「ハの字」に形成されているものである。
一方、上記可動部１３１側をみてみると、上記傾斜面１０５ａ、１０７ａに対向するように、傾斜面１３１ａ、１３１ｂが形成されている。このように、可動部１３１と固定部側ガイド部１０５、１０７との凹凸構造を「ハの字」形状としたのは次のような理由による。
すなわち、前記第１〜第２の実施の形態の場合には、固定部１側と可動部２１側との間の凹凸構造を山形形状としている。その際、山形の頂点部においては相互間の寸法に高い精度が要求される。つまり、僅かな寸法誤差によって固定部１側と可動部２１側とが接触してしまうようなことが発生するからである。これに対して、この第３の実施の形態のように、可動部１３１と固定部側ガイド部１０５、１０７との凹凸構造を「ハの字」形状とした場合には、上記したような頂点部間がなくなるので、「ハの字」を構成する傾斜面１０５ａ、１０７ａ、１３１ａ、１３１ｂの面精度（平面度、角度、真直度）のみを担保するだけでよくなり、それによって、加工が容易になり、加工コストが低減され、熱膨張による寸法変化等の外乱にも強くなるものである。
又、上記可動部１３１側には凹部１３３が形成されている。又、上記固定部１０１側のＹ方向中央部には、固定部側ガイド部１０５、１０７のみがあり、これら固定部側ガイド部１０５、１０７の間であってベース１１７上には、コイルベース１０３が設置されている。このコイルベース１０３上にはコイル１３９が設置されている。このコイル１３９と上記凹部１３３に設置された永久磁石１４１とにより駆動用のボイスコイルモータ１３７が構成されている。
そして、上記コイル１３９に適宜の方向の電流を流すことにより、永久磁石１４１の磁束の流れとの相互作用によって、いわゆる「フレミングの左手の法則」に基づいて、可動部１３１に対してＹ方向の何れかに移動させるための駆動力が発生するものである。
以上この第３の実施の形態によると、前記第１、第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に、可動部１３１と固定側ガイド部１０５、１０７との凹凸構造を「ハの字」形状としたことにより、前記第１〜第２の実施の形態の場合のような頂点部間において高い寸法精度を保持するといった煩雑なことを不要とすることができるようになった。そして、「ハの字」を構成する傾斜面１０５ａ、１０７ａ、１３１ａ、１３１ｂの面精度（平面度、角度、真直度）のみを担保するだけでよくなり、それによって、加工の容易化、加工コストの低減を図ることができるようになり、又、熱膨張による寸法変化等の外乱にも強くなるものである。
尚、この第３の実施の形態の場合には、「ハの字」形状の凹凸部を一箇所としたが、これを二箇所以上設ける構成も考えられる。
次に、第８図を参照して、本発明の第４の実施の形態を説明する。前記第３の実施の形態の場合には、第７図に示したように、２個の固定側ガイド部１０５、１０７、２個の十字型振動変換部材１２１、１２５を組み立てる構成であった。この場合には、固定部１０１側の組立寸法精度は、各部品、すなわち、上記２個の固定側ガイド部１０５、１０７、２個の十字型振動変換部材１２１、１２５の寸法精度の和と組立誤差の和によって決定される。
これに対して、この第４の実施の形態の場合には、第８図に示すように、ロ字形状の固定側ガイド部２０１を使用するようにしている。それによって、前記第３の実施の形態において使用されている十字型振動変換部材１２１、１２５を使用することなく、超音波振動を固定部１０１側に伝達させることができる。
具体的に説明すると、第８図に示すように、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の図中左側短辺２０３に、振動発生源１０９より超音波振動を付与すると、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の長辺２０５、２０７が超音波振動することになる。同様に、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の図中右側短辺２０９に、振動発生源１１１より超音波振動を付与すると、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の長辺２０５、２０７が超音波振動することになる。
尚、上記固定部側ガイド部２０１の長辺２０５、２０７は、前記第３の実施の形態における固定部側ガイド部１０５、１０７と同様に、「ハの字」形状を構成するべく、傾斜面２０５ａ、２０７ａを備えている。
又、この第４の実施の形態の場合には、左右に振動発生源１０９、１１１を設置しているが、超音波振動を生じさせるだけなら必ずしも両方に必要ではない。この第４の実施の形態の場合には、２つの振動発生源１０９、１１１を同位相で振動させ入力振動パワーを２倍にして用いている。
その他の構成は前記第３の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
以上、この第４の実施の形態によると、前記第３の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に、前記第３の実施の形態における十字型振動変換部材と固定側ガイド部を一体化して、ロ字形状の固定側ガイド部２０１としたことによりさらなる高精度化が容易となる。
次に、第９図を参照して本発明の第５の実施の形態を説明する。この第５の実施の形態の場合には、前記第４の実施の形態による構成において、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の内側に、振動発生源１０９、１１１を配置するようにしたものである。それによって、装置をコンパクトにすることが可能になるものである。
尚、本発明は前記第１〜第５の実施の形態に限定されるものではない。
まず、ランジュバン型振動子や単板圧電素子以外にも、例えば、積層圧電素子の使用が考えられる。
又、ガイド部の個数についてはこれを特に限定するものではない。
又、前記各実施の形態では、ボイスコイルモータによる駆動を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、リニアモータであってもよい。
その他図示した構成はあくまで一例である。
【産業上の利用可能性】
本発明は、ガイド機構の構成を改良することにより装置のコンパクト化及び浮上の安定性を図った超音波浮上装置に関し、例えば、各種の位置決め装置として好適である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【技術分野】
本発明は超音波浮上装置に係り、特に、ガイド機構の構成を改良することにより装置のコンパクト化及び浮上の安定性を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
超音波振動を利用した超音波浮上装置は、非接触であって摩耗や潤滑剤による環境汚染がないために、クリーンルーム環境や精密位置決め用途に好適なものとして考えられている。そのような超音波浮上装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたようなものがある。
特許文献１ 特開平７−１９６１２７号公報
特記文献２ 特開平１１−３０１８３２号公報
上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、特開平７−１９６１２７号公報及び特開平１１−３０１８３２号公報に開示されている超音波浮上装置の場合には、特に、直動案内機構を伴った構成として開示されてはおらず、よって、実際に実施しようとした場合には、可動部を安定した状態で浮上させて所望の方向に移動させることはできないものである。
又、特開平７−１９６１２７号公報に開示されている超音波振動子の場合には、いわゆる「ランジュバン型」の超音波振動子を使用するものであり、この場合には装置の背が高くなってしまって装置のコンパクト化を図ることができないという問題があった。
又、装置の背が高くなってしまうことによりスライダの重心も高くなってしまい、それによって、動作の安定性が損なわれてしまうという問題があった。
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、特に複雑な構成を要することなく直動案内機能を備えると共に、装置の大型化を来すことなく浮上安定性や浮上剛性の向上を図ることができる超音波浮上装置を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による超音波浮上装置は、固定部と、上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、を具備し、上記固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２による超音波浮上装置は、請求項１記載の超音波浮上装置において、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に山形凸状又は逆山形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆山形凹状又は山形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項３による超音波浮上装置は、請求項１記載の超音波浮上装置において、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向にハの字形凸状又は逆ハの字形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆ハの字形凹状又はハの字形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項４による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記固定部側ガイド部と可動部側ガイド部からなるガイド部を２個所以上設けたことを特徴とするものである。
又、請求項５による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置が２個以上設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項６による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置に振動変換部材が使用されていることを特徴とするものである。
又、請求項７による超音波浮上装置は、請求項６記載の超音波浮上装置において、上記固定部側ガイド部又は可動部側ガイド部と上記振動変換部材とを一体化させたことを特徴とするものである。
又、請求項８による超音波浮上装置は、請求項７記載の超音波浮上装置において、上記振動変換部材がロ字形状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項９による超音波浮上装置は、請求項８記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置の振動発生源が上記ロ字形状の振動変換部材内に配置されていることを特徴とするものである。
又、請求項１０による超音波浮上装置は、請求項１〜請求項９の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記振動発生装置の振動源にランジュバン型振動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子が使用されていることを特徴とするものである。
又、請求項１１による超音波浮上装置は、請求項５〜請求項１０の何れかに記載の超音波浮上装置において、上記２個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与したことを特徴とするものである。
又、請求項１２による超音波浮上装置は、請求項１１記載の超音波浮上装置において、上記振動位相差が略９０°又は略２７０°であることを特徴とするものである。
すなわち、本願発明による超音波浮上装置は、固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたものであり、それによって、リニアガイドとして効果的に機能させることができるようになった。
その際、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に山型凸状又は逆山型形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆山型凹状又は山型凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させる構成や、上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向にハ字型凸状又は逆ハ字型凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆ハ字型凹状又はハ字型凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させる構成が考えられる。特に、後者の場合には、凸頂点部がなくなるので、そのような凸頂点部間における高い寸法精度の確保は不要となる。
その際、上記固定部側ガイド部と可動部側ガイド部からなるガイド部を２個所以上設けることが考えられ、それによって、装置の低背化を図ることができると共にローリング防止を図ることができる。
又、上記振動発生装置を２個以上設けることが考えられ、それによって、固定部の剛性を向上させることができると共に振動装置１個当たりの出力を小さくすることができる。
又、上記振動発生装置に振動変換部材を使用した場合には、それによっても低背化を図ることができる。
又、上記固定部側ガイド部又は可動部側ガイド部と上記振動変換部材とを一体化させることが考えられ、それによって、部品点数を減少させることができると共に、組立精度に対する裕度を高めることができる。
又、上記振動変換部材をロ字形状とすることが考えられ、さらに、上記振動発生装置の振動発生源を上記ロ字形状の振動変換部材内に配置することが考えられ、それによって、装置のコンパクト化を図ることができる。
又、上記振動発生装置の振動源としては、例えば、ランジュバン型振動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子を使用したものが考えられる。
又、２個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与した場合には、定在波を抑えることができ、精密位置決めに対して効果的に対応可能になる。又、上記位相差を略９０°又は略２７０°とした場合には、推力の発生も期待できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、第１図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第２図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、第２図（ａ）はガイド部を１個とした場合の超音波浮上装置の概略構成を示す横断面図、第２図（ｂ）はガイド部を２個とした場合の超音波浮上装置の概略構成を示す横断面図、第２図（ｃ）はガイド部を４個とした場合の超音波浮上装置の概略構成を示す横断面図である。
第３図は、本発明の第１の実施の形態の説明に使用した比較例を示す図で、第３図（ａ）は振動発生装置を１個とし且つ振動方向変換部材を使用しないタイプの超音波浮上装置の構成を示す側面図、第３図（ｂ）は振動発生装置を２個とし且つ振動方向変換部材を使用しないタイプの超音波浮上装置の構成を示す側面図である。
第４図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、第４図（ａ）は振動振幅を説明すると共に進行波を説明するための波形図、第４図（ｂ）は２個の振動発生装置に位相差を付与した場合の振動振幅を説明するための波形図、第４図（ｃ）は２個の振動発生装置に位相差を付与しない場合の振動振幅を説明するための波形図である。
第５図は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、進行波比と位相差の関係を示す特性図である。
第６図は、本発明の第２の実施の形態を示す図で、第６図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第６図（ｃ）は第６図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第７図は、本発明の第３の実施の形態を示す図で、第７図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第７図（ｃ）は第７図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第８図は、本発明の第４の実施の形態を示す図で、第８図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第８図（ｂ）は第８図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第８図（ｃ）は第８図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
第９図は、本発明の第５の実施の形態を示す図で、第９図（ａ）は超音波浮上装置の構成を示す平面図、第９図（ｂ）は第９図（ａ）のｂ−ｂ矢視図、第９図（ｃ）は第９図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、第１図乃至第５図を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。第１図は本実施の形態による超音波浮上装置の構成を概念的に示す図であり、第１図（ａ）は超音波浮上装置の平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
まず、平板状の固定部１があり、この固定部１の底面側であって長手方向左右両端部には振動発生装置３、５が取り付けられている。上記振動発生装置３、５には保持部材７、９が取り付けられていて、固定部１はこれら保持部材７、９を介してベース１１上に設置されている。
上記振動発生装置３は、ランジュバン型超音波振動子１３と、Ｌ字型振動方向変換部材１５とから構成されている。同様に、上記振動発生装置５も、ランジュバン型超音波振動子１７と、Ｌ字型振動方向変換部材１９とから構成されている。この実施の形態の場合には、ランジュバン型超音波振動子１３、１７を水平方向に指向させた状態で設置し、それによって、装置の低背化を図っている。又、上記ランジュバン型超音波振動子１３、１７による超音波振動の方向は水平方向であるが、これを上記Ｌ字型振動方向変換部材１５、１９によって上下方向に変換しているものである。
上記固定部１上には可動部２１が浮上可能に設置されている。まず、固定部１側には、第１図（ｃ）に示すように、短手方向左右二箇所に固定部側ガイド部２３、２５が設けられている。上記固定部側ガイド部２３は、第１図（ｃ）に示すように、山形形状をなしていて、図中上方に向って凸状に形成されている。すなわち、２個の傾斜面２３ａ、２３ｂによって山形形状を構成しているものである。又、上記固定部側ガイド部２３は、第１図（ａ）に示すように、長手方向に沿って延長・形成されているものである。又、上記固定部側ガイド部２５も同様の構成になっていて、２個の傾斜面２５ａ、２５ｂによって山形形状を構成しているものである。又、上記固定部側ガイド部２３と固定部側ガイド部２５との間には平坦面２７が設けられている。
一方、可動部２１側をみてみると、図１（ｃ）に示すように、上記固定部側ガイド部２３、２５に対応するように、可動部側ガイド部２９、３１が設けられている。上記可動部側ガイド部２９は、逆山形形状をなしていて、図中上方に向って凹状に形成されている。すなわち、２個の傾斜面２９ａ、２９ｂによって逆山形形状を構成しているものである。上記可動部側ガイド部３１も同様の構成になっていて、２個の傾斜面３１ａ、３１ｂによって逆山形形状を構成しているものである。又、上記可動部側ガイド部２９と可動部側ガイド部３１との間には凹部３３が形成されている。
上記固定部１と可動部２１との間には駆動用のボイスコイルモータ３５が設けられている。すなわち、第１図（ｃ）に示すように、固定部１側の平坦面２７にはコイル３７が設置されており、一方、可動部２１側の凹部３３には永久磁石３９が設置されている。これらコイル３７と永久磁石３９とによって駆動用のボイスコイルモータ３５を構成しているものである。そして、上記コイル３７に適宜の方向の電流を流すことにより、永久磁石３９の磁束の流れとの相互作用によって、いわゆる「フレミングの左手の法則」に基づいて、可動部２１に対してＹ方向の何れかに移動させるための駆動力が発生するものである。
以上が本実施の形態における超音波浮上装置の概略の構成である。以下、作用を交えながら詳細に説明していく。まず、固定部側ガイド部２３、２５、可動部側ガイド部２９、３１について第２図を参照して説明する。
まず、第２図（ａ）は１個の固定部側ガイド部２３と１個の可動部側ガイド部２９を対向・配置したものである。この場合、固定部１が超音波振動することにより、固定部側ガイド部２３の傾斜面２３ａ、２３ｂと可動部側ガイド部２９の傾斜面２９ａ、２９ｂとの間の空気層の圧力が上昇し、それによって、可動部２１は浮上することになる。その浮上高さ、すなわち可動部２１のＺ方向（第２図の上下方向）位置は空気層の圧力と可動部２１の重量により決定される。又、固定部側ガイド部２３と可動部側ガイド部２９が傾斜面によって構成されているので、可動部２１がＹ方向（紙面に直角方向）に移動するときは、Ｘ方向（図面の左右方向）の位置は殆ど変化せず、よって、いわゆる「リニアガイド」として機能するものである。
又、この実施の形態の場合には、第２図（ｂ）に示すように、２個のガイド部を設けている。すなわち、固定部側ガイド部２３、２５、それに対向・配置される可動部側ガイド部２９、３１とからなる２個のガイド部である。このように、ガイド部を２個設けることにより、同一の浮上斜面面積の時には斜面高さを１／２にすることができ、それによって、装置の低背化を図ることができるものである。又、いわゆる「ローリング（図中紙面内回転剛性）」に対してもより改善することができるものである。すなわち、第２図（ａ）のようにガイド部が１個の場合には上記ローリングが懸念されるが、第２図（ｂ）に示すような２個のガイド部を設けた場合にはそのようなローリングを効果的に防止できるものである。さらに、固定部１側の平坦面２７に対抗して可動部２１側の平坦面２８の隙間でも空気層が圧縮され、可動部２１に浮上力が発生する。
尚、本実施の形態の場合には、上記したように、固定部側ガイド部２３、２５、それに対向・配置される可動部側ガイド部２９、３１とからなる２個のガイド部を設けた構成になっているが、それに限定されるものではなく、例えば、第２図（ｃ）に示すように、４個のガイド部を設けるようにしてもよいし、それ以上であってもよい。それによって、さらに低背化を図ることが可能になる。
又、この実施の形態では、固定部１側を凸状部とし、可動部２１側を凹状部としたが、その逆でもよい。
次に、振動発生装置の個数について第３図を参照して説明する。原理的には、第３図（ａ）に示すように、可動部２１の移動距離（ストローク）が短ければ１個の振動発生装置３´でも構わないが、ストロークを長くしたいときには、固定部１が撓まないように固定部１の剛性を高めなければならない。固定部１の剛性を高めるためには固定部１の厚みを増大させる方法もあるが、これは背を高くすることになり、それでは装置の低背化に反する。そこで、第３図（ｂ）に示すように、２個の振動発生装置３´、５´とすれば、支持ポイントが増え固定部１の背を高くしなくてもその剛性を向上させることができるものである。又、２個の振動発生装置３´、５´とすれば、１個あたりの出力は略１／２で済み、小型で低出力の振動発生装置で事足りることになる。
尚、第３図に示す振動発生装置３´、５´は本実施の形態における振動発生装置３、５とはその構成が異なっている。すなわち、そこに使用されているランジュバン型超音波振動子１３´、１７´がＺ方向に延長・配置されていて、Ｚ方向に振動するように配置されているものである。これは次の説明の都合上敢えてそのようにしたものである。
次に、本実施の形態における振動発生装置３、５は、上記したように、振動方向変換部材１５、１９を使用した構成になっており、それによっても、低背化が図られているものである。これを第３図を交えながら説明する。第３図に示す振動発生装置３´、５´の場合は、そこに使用されているランジュバン型振動子１３´、１７´は、上記したように、図中上下方向、すなわち、Ｚ方向に振動するような配置で設置されている。よって、装置としてもその背が高くなってしまう。
これに対して、本実施の形態の場合には、振動発生装置３、５のランジュバン型振動子１３、１７を水平方向に振動するような配置で設置し、それをＬ字型振動方向変換部材１５、１９によって、上下方向に変換するように構成している。それによって、低背化が図られているものである。
次に、第４図を参照して振動発生装置３、５の位相に関して説明する。本実施の形態の場合には、２個の振動発生装置３、５相互間に位相差を付与している。これに対して、例えば、２個の振動発生装置３、５相互間に位相差を付与しない場合には、第４図（ｃ）に示すような波形図となり、いわゆる「定在波」となる。この定在波は共振状態にあるので振幅は大きく、大きな浮上力を得るには有利であるが、固定部１のＹ方向の位置により振幅の大きさが異なるので、可動部２１の移動に伴って浮上力も異なることになる。したがって、超精密な位置決用ガイドとしては不向きである。
そこで、本実施の形態の場合には、上記したように、２個の振動発生装置３、５相互間に位相差を付与しているものである。その場合には、第４図（ｂ）に示すような波形図となり、第４図（ｃ）に示すような定在波は形成されず、固定部１のＹ方向の位置による振動振幅の大きさの変動は小さくなり、Ｙ方向の位置による浮上力の変動も小さく、よって、精密な位置決めに大変有利な構成となる。
又、２個の振動発生装置３、５相互間の位相差に対する進行波比（＝進行波／定在波）の実験結果を第５図に示す。第５図は横軸に位相差をとり縦軸に進行波比をとり位相差の変化に伴う進行波比の変化を示す特性図である。この第５図に示すように、位相差「０°」及び「１８０°」付近では殆どが定在波であり、進行波は１／４０程度発しているだけである。これに対して、位相差「９０°」付近及び「２７０°」付近では進行波比が「１」近くであり、進行波の比率が高くなっている。よって、位相差を「９０°」又は「２７０°」近辺に設定することによって安定した進行波を発生させることができるものである。そして、この固定部１の進行波によって固定部１と可動部２１の間の空気層を介して可動部２１側に推力を与えて可動部２１を移動させることができるものである。このときのＹ方向の振動振幅を第４図（ａ）に示す。
その結果、駆動装置を別途設けなくても、振動発生装置３、５間の位相差を「略９０°」又は「略２７０°」に設定することによって可動部２１の駆動が可能になる。又、位相差９０°にてＹ方向右側に可動部２１が移動するとき、位相差を２７０°に変えると可動部２１は左側に移動する。このように移動方向の制御も可能になる。
尚、２個以上の振動発生装置を用いる場合は両端の振動発生装置に設定したい位相差を付与し、他の振動発生装置には両端の振動発生装置からの距離に応じ、両端の位相差の比例配分を行えばよい。例えば３個の振動発生装置を用い、両端に９０°の位相差を与えるときは、真ん中に配置した振動発生装置は両端の振動発生装置の位相差９０°の半分、４５°の位相差を与えればよい。
以上この実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、固定部１に固定部側ガイド部２３、２５を凸状に設けると共に、上記可動部２１に可動部側ガイド部２９、３１を凹状に設けて対抗・配置した構成としたので、リニアガイドとして有効に機能することが可能な超音波浮上装置を得ることができる。
又、固定部側ガイド部２３、２５と可動部側ガイド部２９、３１からなる２個のガイド部を設けたので、それだけ高さを低くすることが可能になり装置の低背化・コンパクト化を図ることができると共にローリング防止を図ることができる。
又、振動発生装置３、５を２個設けたので、固定部１の背を高くしなくてもその剛性を向上させることができると共に、振動発生装置１個あたりの出力を小さくすることができる。
又、振動発生装置３、５にＬ字型１５、１９を使用するようにしたので、それによっても装置の低背化を図ることが可能になる。
又、２個の振動発生装置３、５相互間に振動位相差を付与したので、精密な位置決めに対して効果的に対応可能になった。
又、２個の振動発生装置３、５相互間に略９０°又は２７０°の振動位相差を付与するようにしたので、特別の駆動装置を要することなく可動部２１に推力を付与することが可能になった。
次に、第６図を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、振動発生装置として、ランジュバン型振動子を使用した例を挙げて説明したが、この第２の実施の形態の場合には、平板状の単板圧電振動子５１、５３を使用した例を示すものである。又、上記単板圧電振動子５１、５３とは別体の保持部材５５、５７によって固定部１を保持するようにしたものである。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、よって、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
以上、この第２の実施の形態の場合にも、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することが可能であり、又、平板状の単板圧電振動子５１、５３を使用したことによりさらなる低背化を図ることが可能になる。
次に、第７図を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。第７図は第３の実施の形態による超音波浮上装置の構成を概念的に示す図であり、第７図（ａ）は超音波浮上装置の平面図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、第７図（ｃ）は第７図（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
まず、固定部１０１があり、この固定部１０１は、振動変換部材１２１及び振動変換部材１２５と、該振動変換部材１２１、１２５の両側に設けられた固定部側ガイド部１０５、１０７を備えた構成になっている。上記固定部側ガイド部１０５、１０７の間であって長手方向左右両端部には、振動発生装置１０９、１１１が、上記固定部１０１の振動変換部材１２１、１２５に取り付けられた状態で設置されている。上記振動発生装置１０９、１１１には保持部材１１３、１１５が取り付けられている。固定部１０１は、上記振動発生装置１０９、１１１の保持部材１１３、１１５を介してベース１１７上に設置されている。
尚、上記振動変換部材１２１、１２５は、上記したように、固定部１０１の構成要素であると同時に、振動発生装置１０９、１１１の構成要素でもある。
上記振動発生装置１０９は、ランジュバン型超音波振動子１１９と、十字型振動方向変換部材１２１とから構成されている。同様に、上記振動発生装置１１１も、ランジュバン型超音波振動子１２３と、十字型振動方向変換部材１２５とから構成されている。上記ランジュバン型超音波振動子１１９、１２３による超音波振動を十字型振動方向変換部材１２１、１２５によって、直交する２方向に変換して固定部側ガイド部１０５、１０７に超音波振動を付与している。
上記固定部１０１上には可動部１３１が浮上可能に設置されている。その際、固定部側ガイド部１０５、１０７側には傾斜面１０５ａ、１０７ａが形成されている。これを断面方向からみると、第７図（ｃ）に示すように、「ハの字」に形成されているものである。
一方、上記可動部１３１側をみてみると、上記傾斜面１０５ａ、１０７ａに対向するように、傾斜面１３１ａ、１３１ｂが形成されている。このように、可動部１３１と固定部側ガイド部１０５、１０７との凹凸構造を「ハの字」形状としたのは次のような理由による。
すなわち、前記第１〜第２の実施の形態の場合には、固定部１側と可動部２１側との間の凹凸構造を山形形状としている。その際、山形の頂点部においては相互間の寸法に高い精度が要求される。つまり、僅かな寸法誤差によって固定部１側と可動部２１側とが接触してしまうようなことが発生するからである。これに対して、この第３の実施の形態のように、可動部１３１と固定部側ガイド部１０５、１０７との凹凸構造を「ハの字」形状とした場合には、上記したような頂点部間がなくなるので、「ハの字」を構成する傾斜面１０５ａ、１０７ａ、１３１ａ、１３１ｂの面精度（平面度、角度、真直度）のみを担保するだけでよくなり、それによって、加工が容易になり、加工コストが低減され、熱膨張による寸法変化等の外乱にも強くなるものである。
又、上記可動部１３１側には凹部１３３が形成されている。又、上記固定部１０１側のＹ方向中央部には、固定部側ガイド部１０５、１０７のみがあり、これら固定部側ガイド部１０５、１０７の間であってベース１１７上には、コイルベース１０３が設置されている。このコイルベース１０３上にはコイル１３９が設置されている。このコイル１３９と上記凹部１３３に設置された永久磁石１４１とにより駆動用のボイスコイルモータ１３７が構成されている。
そして、上記コイル１３９に適宜の方向の電流を流すことにより、永久磁石１４１の磁束の流れとの相互作用によって、いわゆる「フレミングの左手の法則」に基づいて、可動部１３１に対してＹ方向の何れかに移動させるための駆動力が発生するものである。
以上この第３の実施の形態によると、前記第１、第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に、可動部１３１と固定側ガイド部１０５、１０７との凹凸構造を「ハの字」形状としたことにより、前記第１〜第２の実施の形態の場合のような頂点部間において高い寸法精度を保持するといった煩雑なことを不要とすることができるようになった。そして、「ハの字」を構成する傾斜面１０５ａ、１０７ａ、１３１ａ、１３１ｂの面精度（平面度、角度、真直度）のみを担保するだけでよくなり、それによって、加工の容易化、加工コストの低減を図ることができるようになり、又、熱膨張による寸法変化等の外乱にも強くなるものである。
尚、この第３の実施の形態の場合には、「ハの字」形状の凹凸部を一箇所としたが、これを二箇所以上設ける構成も考えられる。
次に、第８図を参照して、本発明の第４の実施の形態を説明する。前記第３の実施の形態の場合には、第７図に示したように、２個の固定側ガイド部１０５、１０７、２個の十字型振動変換部材１２１、１２５を組み立てる構成であった。この場合には、固定部１０１側の組立寸法精度は、各部品、すなわち、上記２個の固定側ガイド部１０５、１０７、２個の十字型振動変換部材１２１、１２５の寸法精度の和と組立誤差の和によって決定される。
これに対して、この第４の実施の形態の場合には、第８図に示すように、ロ字形状の固定側ガイド部２０１を使用するようにしている。それによって、前記第３の実施の形態において使用されている十字型振動変換部材１２１、１２５を使用することなく、超音波振動を固定部１０１側に伝達させることができる。
具体的に説明すると、第８図に示すように、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の図中左側短辺２０３に、振動発生源１０９より超音波振動を付与すると、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の長辺２０５、２０７が超音波振動することになる。同様に、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の図中右側短辺２０９に、振動発生源１１１より超音波振動を付与すると、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の長辺２０５、２０７が超音波振動することになる。
尚、上記固定部側ガイド部２０１の長辺２０５、２０７は、前記第３の実施の形態における固定部側ガイド部１０５、１０７と同様に、「ハの字」形状を構成するべく、傾斜面２０５ａ、２０７ａを備えている。
又、この第４の実施の形態の場合には、左右に振動発生源１０９、１１１を設置しているが、超音波振動を生じさせるだけなら必ずしも両方に必要ではない。この第４の実施の形態の場合には、２つの振動発生源１０９、１１１を同位相で振動させ入力振動パワーを２倍にして用いている。
その他の構成は前記第３の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
以上、この第４の実施の形態によると、前記第３の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に、前記第３の実施の形態における十字型振動変換部材と固定側ガイド部を一体化して、ロ字形状の固定側ガイド部２０１としたことによりさらなる高精度化が容易となる。
次に、第９図を参照して本発明の第５の実施の形態を説明する。この第５の実施の形態の場合には、前記第４の実施の形態による構成において、ロ字形状の固定側ガイド部２０１の内側に、振動発生源１０９、１１１を配置するようにしたものである。それによって、装置をコンパクトにすることが可能になるものである。
尚、本発明は前記第１〜第５の実施の形態に限定されるものではない。
まず、ランジュバン型振動子や単板圧電素子以外にも、例えば、積層圧電素子の使用が考えられる。
又、ガイド部の個数についてはこれを特に限定するものではない。
又、前記各実施の形態では、ボイスコイルモータによる駆動を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、リニアモータであってもよい。
その他図示した構成はあくまで一例である。
【産業上の利用可能性】
本発明は、ガイド機構の構成を改良することにより装置のコンパクト化及び浮上の安定性を図った超音波浮上装置に関し、例えば、各種の位置決め装置として好適である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、を具備し、
上記固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に山形凸状又は逆山形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆山形凹状又は山形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項３】
請求項１記載の超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向にハの字形凸状又は逆ハの字形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆ハの字形凹状又はハの字形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記固定部側ガイド部と可動部側ガイド部からなるガイド部を２個所以上設けたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置が２個以上設けられていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置に振動変換部材が使用されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項７】
請求項６記載の超音波浮上装置において、
上記固定部側ガイド部又は可動部側ガイド部と上記振動変換部材とを一体化させたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項８】
請求項７記載の超音波浮上装置において、
上記振動変換部材がロ字形状をなしていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項９】
請求項８記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置の振動発生源が上記ロ字形状の振動変換部材内に配置されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置の振動源にランジュバン型振動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子が使用されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項１１】
請求項５〜請求項１０の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記２個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与したことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の超音波浮上装置において、
上記振動位相差が略９０°又は略２７０°であることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項１】
固定部と、
上記固定部に対して移動可能に設置された可動部と、を具備し、
上記固定部又は可動部に設けられた振動発生装置が超音波振動することにより上記可動部が浮上面を介して浮上するように構成された超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凸状又は凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に凹状又は凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に山形凸状又は逆山形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆山形凹状又は山形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項３】
請求項１記載の超音波浮上装置において、
上記固定部に設けられた固定部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向にハの字形凸状又は逆ハの字形凹状に形成し、一方、上記可動部に設けられた可動部側ガイド部の全部又は一部を浮上方向に沿った方向に逆ハの字形凹状又はハの字形凸状に形成して上記固定部側ガイド部に対向・配置させるようにしたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記固定部側ガイド部と可動部側ガイド部からなるガイド部を２個所以上設けたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置が２個以上設けられていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置に振動変換部材が使用されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項７】
請求項６記載の超音波浮上装置において、
上記固定部側ガイド部又は可動部側ガイド部と上記振動変換部材とを一体化させたことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項８】
請求項７記載の超音波浮上装置において、
上記振動変換部材がロ字形状をなしていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項９】
請求項８記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置の振動発生源が上記ロ字形状の振動変換部材内に配置されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記振動発生装置の振動源にランジュバン型振動子又は積層圧電素子又は単板圧電素子が使用されていることを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項１１】
請求項５〜請求項１０の何れかに記載の超音波浮上装置において、
上記２個以上の振動発生装置相互間に振動位相差を付与したことを特徴とする超音波浮上装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の超音波浮上装置において、
上記振動位相差が略９０°又は略２７０°であることを特徴とする超音波浮上装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０８４３９６
【国際公開日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【発行日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５６４０５７（Ｐ２００４−５６４０５７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００３４６５
【国際出願日】平成１６年３月１６日（２００４．３．１６）
【出願人】（３９１００８５１５）株式会社アイエイアイ (107)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【発行日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００３４６５
【国際出願日】平成１６年３月１６日（２００４．３．１６）
【出願人】（３９１００８５１５）株式会社アイエイアイ (107)
【Ｆターム（参考）】
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