JPH11271480A

JPH11271480A - 超音波モータを利用したステージ及びこのステージを用いた電子機器、印刷装置

Info

Publication number: JPH11271480A
Application number: JP10070997A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Iino; 朗弘飯野; Masao Kasuga; 政雄春日
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-10-08
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: JP4197196B2

Abstract

(57)【要約】【課題】位置決め精度の向上を図り、機構が簡単かつ
小型であるとともに、磁化を避ける環境下でも使用でき
るようにする。【解決手段】一の方向に移動自在な第１の移動体と、
前記第１の移動体に伴って一の方向へ移動するととも
に、前記一の方向と異なる他の方向へ移動自在な第２の
移動体と、を備えたステージにおいて、前記第１の移動
体に当接させて、この移動体を前記一の方向へ移動させ
る第１の超音波モータと、前記第２の移動体に当接させ
て、この移動体を前記他の方向へ移動させる第２の超音
波モータと、を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元平面上を移
動自在とした圧電アクチュエータもしくは超音波モータ
を利用したステージ及びこのステージを用いた電子機
器、印刷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、二次元物体を測定、加工するの
に、一軸のテーブルを互いに９０度交差して上下に重ね
合わせたＸ−Ｙステージがよく使用されている。一般
に、Ｘ、Ｙ軸方向のそれぞれに電磁モータの回転を送り
ネジによって直線運動に変換する方法、あるいは、Ｘ、
Ｙ軸方向それぞれに電磁型のリニヤモータで直線駆動す
る方式が採られている（ＪＳＰＥ−５７−１０、’９１
−１０−１７２６参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
と送りネジを組み合わせた方式の場合、ネジ部のバック
ラッシュあるいはネジ部の熱膨張によって、位置決め精
度が低下する。また、希望の送り量全体に渡ってネジ部
を設ける必要があり、機構が複雑で大型となる。また、
電磁リニヤモータの場合には、永久磁石の極と磁界を発
生させるコイルの関係により位置決め精度が制限され
る。即ち、コイルは、永久磁石の極付近で停止する傾向
にあり、Ｘ−Ｙステージは予定した位置で停止しにく
い。また、希望の送り量全体に渡ってコイルまたは永久
磁石を設ける必要があり、機構が複雑で大型となる。ま
た、上記方式では、ステージ周辺の部品は電磁力により
磁化されてしまうと共に、ステージ周辺の回路は電磁ノ
イズの影響を受ける為、磁化を避ける環境下で使用でき
ないという問題もあった。

【０００４】そこで、本発明は以上の技術的課題を解決
するためなされたものであって、その目的は、位置決め
精度の向上を図ることができ、機構が簡単かつ小型であ
るとともに、磁化を避ける環境下でも使用できる超音波
モータを利用したステージ、および、これを用いた電子
機器、印刷装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、以上の課題を解決
する手段は、請求項１に記載するように、一の方向に移
動自在な第１の移動体と、前記第１の移動体の移動に伴
って一の方向へ移動されるとともに、前記一の方向と異
なる他の方向へ移動自在な第２の移動体と、を備えたス
テージにおいて、前記第１の移動体に当接させて、前記
一の方向へ移動させる第１の圧電アクチュエータもしく
は超音波モータと、前記第２の移動体に当接させて、前
記他の方向へ移動させる第２の圧電アクチュエータもし
くは超音波モータと、を備えたことを特徴とする。

【０００６】以上の解決手段にあって、圧電アクチュエ
ータもしくは超音波モータには、屈曲振動波の節と腹の
中間位置で楕円振動を得る方式、第1の屈曲振動波と位
相の異なる第2の屈曲振動波とにより進行波を発生させ
る方式、伸縮振動波と屈曲振動波とにより楕円振動を得
る方式、伸縮振動波とねじり振動波とにより楕円振動を
得る方式の何れも含まれる。圧電アクチュエータもしく
は超音波モータに用いる圧電素子の材料には、チタン酸
バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム、
タンタル酸リチウム等が含まれる。また、各移動体を移
動させる圧電アクチュエータもしくは超音波モータは、
単数、複数の何れも含まれる。また、一の方向、他の
方向は、適宜選択してもよいが、第２の移動体を効率的
に移動させる観点から、一の方向と他の方向は互いに直
交する方が望ましい。

【０００７】これによれば、第１の圧電アクチュエータ
もしくは超音波モータは、第１の移動体に当接して一の
方向へ摩擦力を加え、第１の移動体を一の方向へ移動さ
せ、第１の移動体の移動に伴って第２の移動体も一の方
向へ移動させる。第２の圧電アクチュエータもしくは超
音波モータは、第２の移動体に当接して他の方向へ摩擦
力を加え、第２の移動体を他の方向へ移動させる。そし
て、第２の移動体は、一の方向と他の方向からなる平面
上を自在に移動する。

【０００８】即ち、各圧電アクチュエータもしくは超音
波モータを移動体に当接させ、直接摩擦力を加えるよう
にしたので、移動体と振動子の間に駆動力の伝達機構を
設ける必要がなく、装置構成が簡単かつ小型になる。ま
た、駆動力の伝達機構の設置に伴うバックラッシュ、誤
差を生じない。また、圧電アクチュエータ、超音波モー
タは電磁モータのように磁力等の要因により特定の位置
で停止しないので、移動体の位置決め精度は向上され
る。さらに、電磁ノイズを発生しないので、磁化を避け
る環境下においても使用できる。

【０００９】また、請求項２に記載するように、請求項
１記載の圧電アクチュエータもしくは超音波モータを利
用したステージにおいて、前記第１の圧電アクチュエー
タもしくは超音波モータを前記第１の移動体に加圧する
第１の加圧機構と、前記第２の圧電アクチュエータもし
くは超音波モータを前記第２の移動体に加圧する第２の
加圧機構と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】以上の手段にあって、加圧機構としては、
例えば、弾性部材を用いて加圧する機構が含まれる。弾
性部材には、コイルばね、板ばね、その他のばね、ゴム
等を含む。

【００１１】これによれば、第１の加圧機構は、第１の
圧電アクチュエータもしくは超音波モータを第１の移動
体へ加圧して、第１の圧電アクチュエータもしくは超音
波モータと第１の移動体との間に適切な摩擦力を生じさ
せ、第２の加圧機構は、第２の圧電アクチュエータもし
くは超音波モータを第２の移動体へ加圧して、第２の圧
電アクチュエータもしくは超音波モータと第２の移動体
との間に適切な摩擦力を生じさせる。したがって、第１
の移動体、第２の移動体は適切な速度で移動する。

【００１２】また、請求項３に記載するように、請求項
１記載の超音波モータを利用したステージにおいて、前
記第１の超音波モータ又は前記第２の超音波モータの少
なくとも一方は、弾性体と、この弾性体に第１の屈曲振
動波と該第１の屈曲振動波と位相のずれた第２の屈曲振
動波とを生じさせる圧電素子とを備え、前記第１の屈曲
振動波と前記第２の屈曲振動波とにより前記弾性体を楕
円振動を生じさせ、この楕円振動に基づいて移動体に摩
擦力を加えることを特徴とする。

【００１３】以上の手段にあって、第１の圧電アクチュ
エータもしくは超音波モータのみに弾性体等を備える場
合、第２の圧電アクチュエータもしくは超音波モータの
みに弾性体等を備える場合、第１の圧電アクチュエータ
もしくは超音波モータ及び第２の圧電アクチュエータも
しくは超音波モータに弾性体等を備える場合、の何れも
含まれる。

【００１４】これによれば、超音波モータは、圧電素子
により弾性体に第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波と
を生じさせ、第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とに
より楕円振動を生じさせ、この楕円振動に基づいて移動
体に摩擦力を加え、移動体を所定の方向へ移動させる。

【００１５】また、請求項６に記載するように、請求項
１記載の圧電アクチュエータを利用したステージにおい
て、前記第１の圧電アクチュエータ又は前記第２の圧電
アクチュエータの少なくとも一方は、伸縮振動波を生じ
させる第１の圧電振動子と、この第１の圧電振動子に接
合され、屈曲振動波を生じさせる第２の圧電振動子とを
備え、前記伸縮振動波と前記屈曲振動波とにより楕円振
動を生じさせ、この楕円振動に基づいて移動体に摩擦力
を加えることを特徴とする。

【００１６】以上の手段にあって、第１の圧電アクチュ
エータのみに第１の圧電振動子等を備える場合、第２の
圧電アクチュエータのみに第１の圧電振動子等を備える
場合、第１の圧電アクチュエータ及び第２の圧電アクチ
ュエータに第１の圧電振動子等を備える場合、の何れも
含まれる。

【００１７】これによれば、圧電アクチュエータは、第
１の圧電振動子により生じた伸縮振動波と、第２の圧電
振動子により生じた屈曲振動波とにより楕円振動を生じ
させ、この楕円振動に基づいて移動体に摩擦力を加え
る。

【００１８】また、請求項７ないし８に記載するよう
に、請求項３記載の超音波モータを利用したステージに
おいて、前記弾性体に前記第１の屈曲振動波または前記
第２の屈曲振動波の一方のみを生じさせるか、前記第1
の屈曲振動波と第2の屈曲振動波の両方を時間的に同位
相で生じさせることを特徴とする。

【００１９】これによれば、移動体に対して移動方向へ
摩擦力を加えず移動方向と垂直方向にのみ力を加え、移
動体はその場所で静止状態になる。そして、他の駆動方
法または手動で移動方向へ移動体を移動させる。

【００２０】また、請求項９に記載するように、請求項
６記載の超音波モータを利用したステージにおいて、前
記第１の圧電振動子により伸縮振動波のみを生じさせる
ことを特徴とする。

【００２１】これによれば、前記第１の圧電振動子によ
り伸縮振動波のみを生じさせ、移動体に対して移動方向
へ摩擦力を加えず、移動方向と垂直方向にのみ力を加
え、移動体はその場所で静止状態になる。そして、他の
駆動方法または手動で移動方向へ移動体を移動させる。

【００２２】また、請求項１０に記載するように、請求
項１記載の超音波モータを利用したステージにおいて、
前記第２の移動体には、光の光軸誤差を補正する光軸補
正レンズを設けることを特徴とする。これによれば、移
動体とともに光軸補正レンズを移動させ、光の光軸誤差
を補正する。

【００２３】また、請求項１１に記載するように、印刷
装置であって、請求項７記載の超音波モータを利用した
ステージを備え、レーザー光の光軸誤差を補正したこと
を特徴とする。ここで、印刷装置には、レーザープリン
タ、レーザーコピーが含まれる。これによれば、印刷装
置の移動体とともに光軸補正レンズを移動させ、レーザ
ー光の光軸誤差を補正する。

【００２４】また、請求項１２に記載するように、電子
機器であって、請求項１から請求項１０の何れかに記載
の超音波モータを利用したステージを用いたことを特徴
とする。ここで、電子機器には、測定器、加工装置、磁
気記録装置等が含まれ、ステージは測定器の移動ステー
ジ、加工装置の被加工物の移動ステージ、磁気記録メデ
ィアの移動等に用いられる。これによれば、圧電アクチ
ュエータもしくは超音波モータを利用したステージを用
いた電子機器が実現される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図８を参照して本発
明を適用した実施の形態を詳細に説明する。《実施の形態１》図１は、本発明を適用した実施の形態
１の圧電アクチュエータを用いたステージを示す図であ
る。図２は、圧電アクチュエータの圧電振動子を示し、
（ａ）は圧電振動子の斜視構造、（ｂ）は第１の圧電振
動子の平面構造、（ｃ）、（ｄ）は第２の圧電振動子の
構造を示す。図３は、圧電振動子の変形例を示し、
（ａ）は圧電振動子の斜視構造、（ｂ）は圧電振動子の
平面構造を示す。図４、５は、圧電アクチュエータの回
路結線の一例を示す。ステージは、図１に示すように、
支持台１と、支持台１の上に載せた第１の移動体２と、
第１の移動体２の上に載せた第２の移動体３と、第１の
移動体２の側面に当接させた第１圧電アクチュエータ４
と、第１の圧電アクチュエータ４に圧接させた第１の弾
性部材５と、第２の移動体３の側面に当接させた第２の
圧電アクチュエータ６と、第２の圧電アクチュエータ６
に圧接させた第２の弾性部材７とから構成されている。

【００２６】ここで、支持台１は、矩形体上面の中央
に、図中Ｘ方向に第１の移動体２を案内する２つの案内
レール１ａ、１ａを設け、また、外縁の一部に第１の超
音波モータ４を設置するための設置溝１ｂを設けてい
る。第１の移動体２は、矩形体の下面に、支持台１の案
内レール１ａ、１ａに対応して２つの案内溝２ａ、２ａ
を設け、また、矩形体の上面に図中Ｘ方向に直交するＹ
方向へ第２の移動体３を案内する案内レール２ｂ、２ｂ
を設けている。また、外縁の一部に第２の超音波モータ
６を設置するための設置溝２ｃを設けている。第２の移
動体３は、矩形体の下面に第１の移動体２の案内レール
２ｂ、２ｂに対応して２つの案内溝３ａ、３ａを設けて
いる。

【００２７】圧電アクチュエータは４は、圧電振動子４
１と、圧電振動子４１の長手方向先端に設けた出力取り
出し部材４２と、圧電振動子４１の後述する伸縮振動波
Ａの節部を支持する支持部材４３からなる。詳細には、
圧電振動子４１は、図２（ａ）に示すように、矩形状の
第１の圧電振動子４４と第２の圧電振動子４５とを接合
させている。第１の圧電振動子４４は、同図（ｂ）に示
すように、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコ
ン酸鉛等を用いて作製される。また、全面にわたって、
積層面を負とし積層面に対向する面を正とした電界を印
加して分極処理を施し、さらに、積層面と対向する面に
駆動電極４６を、積層面に対極を形成する。そして、第
１の圧電振動子４４は、両面の電極に駆動信号を印加さ
れて励振され、同図太線に示す伸縮振動波Ａを生じる。

【００２８】第２の圧電素子４５は、同図（ｃ）に示す
ように、対向する各辺の中点を結んで４分割し、第１分
極部４５ａ，第２の分極部４５ｂ，第３の分極部４５
ｃ，第４の分極部４５ｄとし、全ての分極部は、積層面
を負とし積層面に対向する面を正とした電界を印加して
分極処理を施している。さらに、各分極部４５ａ，４５
ｂ，４５ｃ，４５ｄの積層面と対向する面に蒸着等の手
段で例えば、金、銅からなる第１の駆動電極４７ａ、第
２の駆動電極４７ｂ、第３の駆動電極４７ｃ、第４の駆
動電極４７ｄを形成し、各分極部４５ａ、４５ｂ、４５
ｃ、４５ｄの積層面に対極を形成する。第１の駆動電極
４７ａと第２の駆動電極４７ｂとは導通パターンもしく
はリード線で接続され、第３の駆動電極と４７ｃと第４
の駆動電極４７ｄとは導通パターンもしくはリード線で
接続されている。

【００２９】そして、例えば、一方の斜向かいの第１の
分極部４５ａ，第２の分極部４５ｂに駆動信号を入力さ
れると、各分極部４５ａ，４５ｂはそれぞれ励振し、第
２の圧電振動子４５は、全体として図中実線で示す伸縮
振動波Ｂ１を生じる。一方、第３の分極部４５ｃ，第４
の分極部４５ｄに駆動信号を入力すると、第２の圧電振
動子４５は、同図（ｄ）に示すように、屈曲振動波Ｂ１
とは１８０゜位相の異なる屈曲振動波Ｂ２を生じる。

【００３０】なお、図３に示すように、第２の圧電振動
子４５単独で圧電振動子として使用してもよい。第２の
圧電振動子４５の励振により、屈曲振動波Ｂ１を生じさ
せるとともに、伸縮振動波も生じさせるからである。従
って、第2の圧電振動子４５のみで圧電振動子を構成し
ても構わないし、圧電振動子44,45を夫々積層して高出
力化を図ることも可能である。また、金属等の弾性部材
と接合して振動子を構成しても構わない。

【００３１】図４、図５は、超音波モータの回路結線を
示す図である。図４に示すように、例えば、駆動電極４
６に出力端を接続し、駆動信号を発生した駆動信号発生
源４８と、駆動信号発生源４８の他方の出力端に一端を
接続し、第２の駆動電極４７ｂ又は第４の駆動電極４７
ｄに切り換えるスイッチ４９からなる。そして、駆動信
号発生源４８は駆動信号を生成し、この駆動信号は、第
１の圧電振動体４４の駆動電極４６に入力するととも
に、スイッチ４９により第２の駆動電極４７ｂに切り換
え、第２の圧電振動子４５の第２の駆動電極４７ｂに入
力される。また、図５に示すように、スイッチ４９によ
り第４の駆動電極４７ｄに切り換え、駆動信号を第４の
駆動電極４７ｄに入力する。なお、駆動信号発生源４８
を用いて駆動信号を生成する代わりに、自励発振回路を
構成して駆動信号を生成してもよい。

【００３２】出力取り出し部材４２は、移転での変位を
取り出すとともに伸縮振動波Ａと屈曲振動波Ｂ１とによ
り合成した楕円振動を拡大させ、第１の移動体２との摩
擦力を増大させる。支持部材４３は、屈曲振動波Ｂ１の
節部で圧電振動子４１を支持するとともに、支持台１の
設置溝１ｂに入り込んでＹ方向に摺動する。

【００３３】第２の圧電アクチュエータ６は、第１の圧
電アクチュエータ４と同様に圧電振動子６１、出力取り
出し部材６２、支持部材６３からなり、それぞれ前述の
圧電振動子４１、出力取り出し部材４２，支持部材４３
と同一の構成である。また、設置溝２ｃに入り込んでＸ
方向へ摺動する。

【００３４】また、第１の弾性部材５、第２の弾性部材
７は、例えば、板ばねからなる。そして、第１の弾性部
材５は、第１の移動体２に第１の圧電アクチュエータ４
を加圧し、第２の弾性部材７は、第２の移動体３に第２
の圧電アクチュエータ６を加圧する。これにより、第１
の移動体２、第２の移動体３に適切な摩擦力が加わり、
第１の移動体２、第２の移動体３を適切な速度で移動さ
せる。

【００３５】以上のような構成によれば、各圧電アクチ
ュエータ４，６を各移動体２，３に当接させ、直接摩擦
力を加えるようにしたので、各移動体２，３と各圧電ア
クチュエータ４，６との間に駆動力の伝達機構を設ける
必要がない。また、駆動力の伝達機構の設置に伴うバッ
クラッシュ、誤差を生じない。また、電磁石などの磁性
部品を用いていないので、電磁ノイズも発生しない。

【００３６】次に、図１、図４、図５に基づいて、超音
波モータを利用したステージの使用方法について説明す
る。図４において、図示しないステージのスイッチをオ
ンにすると、駆動信号発生源４８は超音波域の駆動信号
を生成し、この一方の駆動信号は、第１の圧電振動体４
４の駆動電極４６に入力し、他方の駆動信号は、スイッ
チ４９の切り換えにより、第２の駆動電極４７ｂに入力
される。

【００３７】第１の圧電振動子４４の分極部４４ａは、
励振して伸縮振動波Ａを生じさせ、第２の圧電振動子４
５の第１の分極部４５ａと第２の分極部は４５ｂは、励
振して屈曲振動波Ｂ１を生じさせる。そして圧電振動子
４１は、伸縮振動波Ａと屈曲振動波Ｂ１との合成により
図中に示す時計方向への楕円振動Ｃ１を生じる。この楕
円振動Ｃ１は、出力取り出し部材４２により拡大され、
第１の移動体２に周期的に当接して摩擦力を加える。こ
のとき、第１の弾性部材５は、第１の圧電アクチュエー
タ４を第１の移動体２へ加圧し、出力取り出し部材４２
と第１の移動体２との間に適切な摩擦力を生じさせる。
そして、第１の移動体２は、適切な速度で案内レール１
ａ、１ａに案内されてＸ方向へ移動し、第１の移動体２
上の第２の移動体３は、第１の移動体２とともにＸ方向
へ移動する。

【００３８】また、図５に示すように、Ｘ方向の逆方向
へ第１の移動体２を移動させる場合、スイッチ４９の切
り換えにより、駆動信号発生源４８と第４の駆動電極４
７ｄとを接続させればよい。このとき、第２の圧電振動
子４５の第３の分極部４５ｃと第４の分極部４５ｄは、
励振して第２の圧電振動子４５に屈曲振動波Ｂ１とは１
８０°位相の異なる屈曲振動波Ｂ２を生じさせ、圧電振
動子４１に第１の移動体２に第１の移動体２に反時計方
向への楕円振動Ｃ２を生じさせる。この楕円振動Ｃ２は
出力取り出し部材４２により拡大され、第１の移動体２
をＸ方向に対して反対方向へ移動させる。

【００３９】一方、第２の圧電アクチュエータ６は第１
の圧電アクチュエータ４と同様な動作により第２の移動
体３をＹ方向及びその逆方向へ移動させる。以上より、
第２の移動体３は、Ｘ−Ｙ平面上を自在に移動する。

【００４０】また、例えば、第１の移動体２を手動でＸ
方向へ移動させたい場合、スイッチ４９を中立の状態に
し、第１の超音波モータ４の第１の圧電振動子４４のみ
に伸縮振動波Ａを生じさせればよい。このとき、圧電振
動子４１は長手方向に振動し、出力取り出し部材４２
は、第１の移動体２に対してＸ方向と垂直な方向へ力を
加えるのみで、第１の移動体２にＸ方向への摩擦力を加
えず、第１の移動体２は浮上状態となり、見かけ上摩擦
係数が減少する。したがって、第１の移動体２は、Ｘ方
向又は逆方向へ手で押して動かすことができる。ここで
圧電振動子45の4つの分極部すべてに駆動信号を印加し
ても伸縮振動波Aが生じ同様の効果が得られる。

【００４１】最後に、ステージの使用を終了するときに
は、ステージのスイッチをオフにすればよい。このと
き、駆動信号発生源４８は駆動信号の生成を停止し、各
超音波モータ４，６の出力取り出し部材４２，６２は、
自然に振動を減衰して静止し、磁力等により特定の位置
で停止しない。

【００４２】以上より、本実施の形態によれば、各超音
波モータ４，６を各移動体２，３に当接させ、直接摩擦
力を加えるようにし、各移動体２，３と各超音波モータ
４，６との間に駆動力の伝達機構を設ける必要がないよ
うにしたので、装置構成は簡単かつ小型になり、また、
駆動力の伝達機構の設置に伴うバックラッシュ、誤差を
生じない。また、駆動信号の入力を停止した場合、各超
音波モータ４，６は、自然に振動の減衰した位置で停止
し、磁力等に特定の位置で停止しないようにしたので、
位置決め精度は向上される。

【００４３】また、電磁石などの磁性部品を用いず、電
磁ノイズを発生しないようにしたので、磁化を避ける環
境下においても使用することができる。また、各加圧部
材５、７により加圧して、各超音波モータ４，６と各移
動体２，３との間に、適切な摩擦力を生じさせるように
したので、各移動体２，３を適切な速度で移動させる。
また、第１の圧電振動子４４による伸縮振動波Ａと第２
の圧電振動子４５による屈曲振動波Ｂ１とにより圧電振
動子４１、６１に楕円振動Ｃ１を生じさせ、楕円振動Ｃ
１する出力取り出し部材４２、６２により各移動体２，
３をＸ方向、Ｙ方向へ移動させるようにしたので、第２
の移動体３はＸ−Ｙ平面上を自在に移動する。

【００４４】《実施の形態２》図６は、本発明を適用し
た実施の形態２の超音波を利用したステージの斜視構造
を示す。図７は超音波モータの一部を破断した構造を示
す。このステージは、支持台１１と、支持台１１の上面
に載せた第１の移動体１２と、第１の移動体１２の上面
に載せた第２の移動体１３と、第１の移動体１２に当接
させた第１の超音波モータ１４と、第１の超音波モータ
１４の背面に設けた本発明の第１の加圧機構としての第
１の弾性部材１５と、第２の移動体１３に当接させた第
２の超音波モータ１６と、第２の超音波モータ１６の背
面に設けた本発明の第２の加圧機構としての第２の弾性
部材１７から構成されている。

【００４５】ここで、支持台１１は、矩形体上面の中央
に、図中Ｘ方向に沿って第１の移動体１２を案内する２
つの案内レール１１ａ、１１ａを設け、また、外縁の一
部に第１の超音波モータ１４を設置するための設置溝１
１ｂを設け、案内レール１１ａ、１１ａの間に窓１１ｃ
を設けている。

【００４６】第１の移動体１２は、矩形体の下面に、支
持台１１の案内レール１１ａ、１１ａに対応して２つの
案内溝１２ｂ、１２ｂを設け、また、矩形体の上面に図
中Ｘ方向に直交するＹ方向に沿って第２の移動体１３を
案内する案内レール１２ｂ、１２ｂを設けている。ま
た、外縁の一部に第２の超音波モータ１６を設置するた
めの設置溝１２ｃを設け、案内レール１２ａ、１２ａの
間に窓１２ｄを設けている。第２の移動体１３は、矩形
体の下面に第１の移動体１２の案内レール１２ｂ、１２
ｂに対応して２つの案内溝１３ａ、１３ａを設け、ま
た、上部に光軸補正レンズ１３１を設けている。光軸補
正レンズ１３１は、入射した光を屈折させて、光の光軸
誤差を補正する。

【００４７】第１の超音波モータ１４は、図７に示すよ
うに、プレート１４１と、プレート１４１の中心部に設
けた中心軸１４２と、中心軸１４２に固定した弾性体１
４３と、弾性体１４３の下面に接合した圧電素子１４４
と、弾性体１４３に設けた突起１４３ａに当接するロー
タ１４５と、ロータ１４５の中心に設けたベアリング１
４６と、ベアリング１４６の上面に圧接するスプリング
１４７と、スプリング１４７を押さえるねじ１４８と、
圧電素子１４４に接続されたリード線１４９からなる。

【００４８】詳細には、弾性体１４３は、円盤体の上面
に突起１４３ａを設けており、アルミ合金、黄銅等から
作られている。圧電素子１４４は、例えば、チタン酸バ
リウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リ
チウム等を用い、弾性体１４３に対応して略円盤状に成
形されている。この円盤体は、例えば周方向へ３波長の
屈曲振動波を生じさせたときの１／４波長に相当する幅
を有する扇形状に１２分割され、一つおきの分割部を１
組の分極部として、第１の分極部、第２の分極部を設け
る。そして、各分極部は、厚み方向へ交互に反対方向に
なるように分極処理されている。そして、第１の分極部
を励振させて、弾性体１４３に周方向へ３波長分の第１
の屈曲振動波を生じさせ、第２の分極部を励振させて、
第１の屈曲振動波と９０°位相のずれた第２の屈曲振動
波を生じさせる。この第１の屈曲振動波と第２の屈曲振
動波とにより弾性体１４３に進行波を生じさせる。ロー
タ１４５は、略円柱体からなり、側面を第１の移動体１
２に当接させている。

【００４９】なお、第２の超音波モータ１６も超音波モ
ータ１４と同一の構成であり、第１の弾性部材１５、第
２の弾性部材１７は、実施の形態１の第１の弾性部材
５、第２の弾性部材７と同一の構成である。

【００５０】次に、図６、図７に基づいて実施の形態２
に係わる超音波モータを利用したステージの使用方法に
ついて説明する。圧電素子１４４の第１の分極部と第２
の分極部とのそれぞれに９０°位相のずれた駆動信号を
リード線１４９により供給する。第１の分極部と第２の
分極部は励振して、弾性体１４３に第１の屈曲振動波と
これと９０°位相のずれた第２の屈曲振動波とを生じさ
せる。この第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とによ
り弾性体１４３に進行波を生じさせるとともに、弾性体
１４３の突起１４３ａを楕円振動させる。一方、スプリ
ング１４７は、ベアリング１４６の上面を加圧し、ベア
リング１４６と一体のロータ１４５は弾性体１４３の突
起１４３ａに圧接される。このとき、楕円振動している
弾性体１４３の突起１４３ａは、ロータ１４５に周方向
へ摩擦力を加え、ロータ１４５を所定の方向へ回転させ
る。

【００５１】一方、第１の弾性部材１５は、プレート１
４１を押して第１の移動体１２の側面にロータ１４５
の側面を圧接させる。このとき、ロータ１４５の側面と
第１の移動体１２の側面との間にＸ方向への摩擦力を生
じ、第１の移動体１２は、案内レール１１ａ、１１ａに
案内されてＸ方向へ移動する。また、第２の超音波モー
タ１６は、同様の動作によりＹ方向へ第２の移動体１３
を移動させる。これにより、第２の移動体１３をＸ−Ｙ
平面上で自在に移動させる。

【００５２】ここで、光軸補正レンズ１３１に光が入射
したとき、光軸補正レンズ１３１は、第２の移動体１３
に伴って移動して、入射した光を屈折させて光軸誤差を
補正する。補正された光は、窓１１ｃ、窓１２ｄを通過
して出射する。

【００５３】また、例えば、第１の移動体１２を手動で
Ｘ方向へ移動させたい場合、第１の超音波モータ１４
の、例えば第１の分極部のみを励振させて、弾性体１４
３に第１の屈曲振動波のみを生じさせればよい。このと
き、弾性体１４３の突起１４３ａは、弾性体１４３の厚
み方向に振動するのみで、ロータ１４５に回転方向の摩
擦力を加えないので、ロータ１４５は、回転方向に対し
て静止状態になると共に、厚み方向に対して不定状態と
なり、見かけ上の摩擦係数が極めて小さくなる。したが
って、第１の移動体１２は、Ｘ方向又は逆方向へ手で押
して動かすことができる。

【００５４】最後に、ステージの使用を終了するときに
は、リード線１４９からの駆動信号の供給を停止すれば
よい。このとき、各超音波モータ１４、１６のロータ１
４５は、弾性体１４３の突起１４３ａとの間で制動力が
働き、所望の位置で停止状態を保つ。

【００５５】以上より、本実施の形態によれば、各圧電
素子１４４により弾性体１４３に第１の屈曲振動波と第
２の屈曲振動波とを生じさせ、第１の屈曲振動波と第２
の屈曲振動波とにより各弾性体１４３を楕円振動させ、
楕円振動する各弾性体１４３の突起１４３ａにより摩擦
力を加えて各ロータ１４５を回転させる一方、各ロータ
１４５の側面と各移動体１２、１３の側面とを圧接させ
て、各ロータ１４５と各移動体との間に摩擦力を生じさ
せ、この摩擦力により各移動体をＸ方向、Ｙ方向へ移動
させるようにしたので、第２の移動体は、Ｘ−Ｙ平面上
を自在に移動する。

【００５６】また、光軸補正レンズ１３１に光が入射し
たとき、光軸補正レンズ１３１は、第２の移動体１３に
伴って移動し、光を屈折させるようにしたので、光の光
軸誤差を補正する。また、一方の分極部を励振させて、
弾性体１４３に一方の屈曲振動波を生じさせると、弾性
体１４３の突起１４３ａは、弾性体１４３の厚み方向に
振動するのみで、ロータ１４５に回転方向の摩擦力を加
えず、ロータ１４５は浮上状態になるので、各移動体１
２、１３は、案内レール１１ａ、１２ｂに沿って手で押
して動かすことができる。また、二つの屈曲定在波を時
間的に同位相で生じさせることによっても実現可能であ
る。

【００５７】また、各超音波モータ１４、１６のロータ
１４５は、弾性体１４３の突起１４３ａとの間で制動力
が働き、これはロータ145と突起１４３aの位置に影響さ
れない為位置決め精度は高くなる。なお、本実施の形態
は、進行波方式に限らず、定在波方式の超音波モータを
利用したステージにも適用してもよい。この場合、定在
波はロータ１４５を正・逆方向に駆動させるための位置
的に位相のづれた二つの定在波が発生可能であり、駆動
時にはいづれか一方の定在波を発生させ、手動で動かす
場合には両方の定在波を動じに発生させることで上記と
同様のステージが構成できる。

【００５８】《実施の形態３》図８は、本発明を適用し
た実施の形態３に係わる圧電アクチュエータもしくは超
音波モータを利用したステージを用いた印刷装置の主要
構造を示す図である。印刷装置の主要部は、レーザー光
発生装置２１、２２と、レーザー光発生装置２１、２２
の下流に配設した本発明の第２の移動体としての移動ス
テージ２３、２４と、移動ステージ２３、２４の下流に
配設したハーフミラー２５と、ハーフミラー２５の下流
に配設したポリゴンスキャナ２６と、ポリゴンスキャナ
２６の下流に配設したｆθレンズ２７と、ｆθレンズ２
７の下流に配設した検出素子２８ａ、２８ｂから構成さ
れている。

【００５９】ここで、移動ステージ２３、２４は、中央
部に本発明の光軸補正レンズとしてのシリンドリカルレ
ンズ２３１、２４１を設けており、この光軸補正レンズ
２３１、２４１によりレーザー光Ｄ、Ｅの光軸を調整す
る。そして、シリンドリカルレンズ２３１、２４１は図
示しない圧電アクチュエータもしくは超音波モータによ
り２次元平面上を自在に移動する。

【００６０】次に、この印刷装置の使用方法について説
明する。レーザー光発生装置２１、２２から発射された
レーザー光Ｄ、Ｅは、シリンドリカルレンズ２３１、２
４１を通過する。レーザー光Ｄはハーフミラー２５を通
過してポリゴンスキャナ２６に入射し、レーザー光Ｅは
ハーフミラー２５で反射されてポリゴンスキャナ２６に
入射する。レーザ光Ｄ、Ｅは等速回転するポリゴンスキ
ャナ２６により反射され、ｆθレンズ２７に入射され
る。レーザー光Ｄ、Ｅは、ｆθレンズ２７により走査方
向の間隔をリニアにされ、図示しない感光ドラムに入射
され、感光ドラム上に潜像が形成される。

【００６１】一方、例えば、レーザー光Ｄの光軸とレー
ザー光Ｅのとの間に光軸誤差が生じると、検出素子２８
ａ、２８ｂは、この光軸誤差を検出し、この検出信号
を、図示しない制御装置に出力する。制御装置は、光軸
補正情報を生成するし、移動ステージ２３、２４は、こ
の光軸補正情報に基づいて、圧電アクチュエータもしく
は超音波モータによりそれぞれ所定の方向へ移動する。
シリンドリカルレンズ２３１、２４１は、移動ステージ
２３、２４に伴って移動して、レーザー光Ｄ、Ｅの進行
方向を調整し、光軸誤差を補正する。

【００６２】以上より、本実施の形態によれば、シリン
ドリカルレンズ２３１、２４１を設けた移動ステージ２
３、２４を圧電アクチュエータもしくは超音波モータに
より移動させるようにしたので、レーザー光Ｆ、Ｇの光
軸誤差は補正される。

【００６３】《実施の形態４》本形態の特徴は、本発明
を適用した圧電アクチュエータもしくは超音波モータを
利用したステージを電子機器に用いた点にある。ここ
で、電子機器には、例えば、測定器、加工物（例えば、
ウエハ）の製造装置、メディアを利用した磁気記録装置
が挙げられる。本発明のステージは測定器の移動ステー
ジ、加工物の移動ステージ、磁気記録のメディアの移動
に用いられる。以上より、本実施の形態によれば、圧電
アクチュエータもしくは超音波モータを利用したステー
ジを用いた電子機器が実現される。

【００６４】

【発明の効果】以上より、請求項１記載の発明によれ
ば、超音波モータと移動体との間に駆動力の伝達機構を
設ける必要がなく、装置構成が簡単かつ小型になる。ま
た、駆動力の伝達機構の設置に伴うバックラッシュ、誤
差を生ぜず、また、超音波モータは摩擦駆動の為移動体
の位置によらずどこでも停止することが出来る為、移動
体の位置決め精度が高い。さらに、電磁ノイズを発生し
ないので、磁化を避ける環境下においても使用できる。

【００６５】請求項２記載の発明によれば、加圧機構
は、超音波モータを移動体に加圧して、超音波モータと
移動体との間に適切な摩擦力を生じさせるようにしたの
で、移動体を適切な速度で移動させる。請求項３記載の
発明によれば、圧電素子により弾性体に第１の屈曲振動
波と第２の屈曲振動波とを生じさせるとともに、第１の
屈曲振動波と第２の屈曲振動波とのより弾性体に楕円振
動を生じさせ、移動体に摩擦力を加えるようにしたの
で、移動体を移動方向へ移動させる。

【００６６】請求項４記載の発明によれば、伸縮振動波
と屈曲振動波とにより楕円振動を生じさせ、この楕円振
動に基づいて移動体に摩擦力を加える。請求項５記載及
び請求項６記載の発明によれば、移動体に対して移動方
向へ摩擦力を加えず移動方向と垂直方向にのみ力を加
え、移動体をその場所で静止した状態にするようにした
ので、他の駆動方法または手動で移動方向へ移動体を移
動させる。

【００６７】請求項７記載の発明によれば、移動体とと
もに光軸補正レンズは移動され、光の光軸誤差を補正す
る。請求項８記載の発明によれば、印刷装置の移動体と
ともに光軸補正レンズを移動させ、レーザー光の光軸誤
差を補正する。請求項９記載の発明によれば、超音波モ
ータを利用したステージを用いた電子機器が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施の形態１の圧電アクチュ
エータを用いたステージを示す説明図である。

【図２】図１に係わる圧電アクチュエータの圧電振動子
を示し、（ａ）は圧電振動子の斜視構造、（ｂ）は第１
の圧電振動子の平面構造、（ｃ）、（ｄ）は第２の圧電
振動子の構造を示す説明図である。

【図３】図１に係わる圧電振動子の変形例を示し、
（ａ）は圧電振動子の斜視構造、（ｂ）は圧電振動子の
平面構造を示す説明図である。

【図４】図１に係わる圧電アクチュエータの回路結線の
一例を示す説明図である。

【図５】図１に係わる圧電アクチュエータの回路結線の
一例を示す説明図である。

【図６】本発明を適用した実施の形態２の超音波モータ
を利用したステージの斜視構造を示す説明図である。

【図７】図６に係わる超音波モータの一部を破断した構
造を示す説明図である。

【図８】本発明を適用した実施の形態３に係わる圧電ア
クチュエータもしくは超音波モータを利用したステージ
の印刷装置の主要構造を示す説明図である。

【符号の説明】

１支持台２第１の移動体３第２の移動体４第１の圧電アクチュエータ５第１の弾性部材６第２の圧電アクチュエータ７第２の弾性部材１１支持台１２第１の移動体１３第２の移動体１４第１の超音波モータ１５第１の弾性部材１６第２の超音波モータ１７第２の弾性部材２１、２２レーザー光発生装置２３、２４移動ステージ２５ハーフミラー２６ポリゴンスキャナ２７ｆθレンズ２８ａ、２８ｂ検出素子４１、６１圧電振動子４４第１の圧電振動子４５第２の圧電振動子１３１光軸補正レンズ１４３弾性体１４４圧電素子１４５ロータ２３１、２４１シリンドリカルレンズＡ伸縮振動波Ｂ１、Ｂ２屈曲振動波Ｃ１、Ｃ２屈曲振動Ｄレーザー光Ｅレーザー光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一の方向に移動自在な第１の移動体と、
前記第１の移動体に伴って一の方向へ移動するととも
に、前記一の方向と異なる他の方向へ移動自在な第２の
移動体と、を備えたステージにおいて、前記第１の移動体に当接させて、この移動体を前記一の
方向へ移動させる第１の圧電アクチュエータもしくは超
音波モータと、前記第２の移動体に当接させて、この移動体を前記他の
方向へ移動させる第２の圧電アクチュエータもしくは超
音波モータと、を備えたことを特徴とするステージ。
【請求項２】前記第１の圧電アクチュエータもしくは
超音波モータを前記第１の移動体に加圧する第１の加圧
機構と、前記第２の圧電アクチュエータもしくは超音波モータを
前記第２の移動体に加圧する第２の加圧機構と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のステージ。
【請求項３】前記第１の超音波モータ又は前記第２の
超音波モータの少なくとも一方は、弾性体と、この弾性
体に第１の屈曲振動波と該屈曲振動波に対して位相のず
れた第２の屈曲振動波とを生じさせる圧電素子とを備え
ることを特徴とする請求項１記載の超音波モータを利用
したステージ。
【請求項４】第1の屈曲振動波と第2の屈曲振動波の合
成により進行波を発生させ、移動体を駆動することを特
徴とする請求項3記載の超音波モータを利用したステー
ジ。
【請求項５】移動体の駆動力を与える突起は弾性体上
で第1の屈曲振動波と第2の屈曲振動波の腹と節の中間に
設けられ、移動体はどちらか一方の屈曲振動波によって
駆動されることを特徴とする請求項3記載の超音波モー
タを利用したステージ。
【請求項６】前記第１の圧電アクチュエータ又は前記
第２の圧電アクチュエータの少なくとも一方は、伸縮振
動波を生じさせる第１の圧電振動子と、この第１の圧電
振動子に接合され、屈曲振動波を生じさせる第２の圧電
振動子とを備え、前記伸縮振動波と前記屈曲振動波とに
より楕円振動を生じさせ、この楕円振動に基づいて移動
体に摩擦力を加えることを特徴とする請求項１記載のス
テージ。
【請求項７】前記弾性体に前記第１の屈曲振動波、又
は前記第２の屈曲振動波の一方のみを生じさせることを
特徴とする請求項４記載の超音波モータを利用したステ
ージ。
【請求項８】前記弾性体に第1の屈曲振動波と第2の屈
曲振動波の両方を時間的に同位相で生じさせることを特
徴とする請求項4ないし5記載の超音波モータを利用した
ステージ。
【請求項９】前記第１の圧電振動子により伸縮振動波
のみを生じさせることを特徴とする請求項６記載の超音
波モータを利用したステージ。
【請求項１０】前記第２の移動体には、光の光軸誤差
を補正する光軸補正レンズを設けることを特徴とする請
求項１記載の超音波モータを利用したステージ。
【請求項１１】請求項１０記載の圧電アクチュエータ
もしくは超音波モータを利用したステージを備え、レー
ザー光の光軸誤差を補正したことを特徴とする印刷装
置。
【請求項１２】請求項１から請求項１０の何れかに記
載の圧電アクチュエータもしくは超音波モータを利用し
たステージを備えたことを特徴とする電子機器。