JP2003018870A

JP2003018870A - 超音波モータ及び超音波モータを可動体の駆動源とする案内装置

Info

Publication number: JP2003018870A
Application number: JP2001195464A
Authority: JP
Inventors: Yuusaku Ishimine; 裕作石峯
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波モータに備える押圧部材の摩耗や脱粒を
抑え、寿命を向上させるとともに、可動体と安定した接
触状態が得られ、かつ可動体との適度な摩擦力が得られ
るようにする。【解決手段】超音波モータの押圧部材を、アルミナを主
成分とし、副成分として炭化チタンを含有するアルミナ
質焼結体により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータと、
直線運動や回転運動する可動体を超音波モータにて駆動
させる案内装置に関するものであり、特に精密加工機
械、精密測定装置、半導体製造装置に用いられる案内装
置として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは、最小振幅がナノメート
ルオーダーと小さく、高分解能の位置決めが可能であ
り、しかも摩擦駆動であるために駆動力が大きいといっ
た特徴を有するため、これまでカメラのレンズズーム機
構や腕時計のバイブレーションアラームなど回転運動系
への実用化が行われており、最近では直線運動系への適
用が試みられている。

【０００３】例えば、図３（ａ）（ｂ）に従来の超音波
モータの一例を示すように、この超音波モータ３１は、
圧電セラミック板３２の一方の主面に４分割された電極
膜３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを有し、対角に位置
する電極膜３３ａと電極膜３３ｄを結線するとともに、
対角に位置する電極膜３３ｂと電極膜３３ｃを結線し、
かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜３４を形成した
振動体３５と、上記圧電セラミック板３２の端面に設け
た押圧部材３６とからなり、上記一方の主面に形成した
電極膜３３ａと電極膜３３ｂにそれぞれ位相を異ならせ
た電圧を印加するとともに、他方の主面に形成した電極
膜３４を接地することにより、圧電セラミック板３２に
縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合成によっ
て押圧部材３６を楕円運動させるようになっていた。

【０００４】また、図４に従来の超音波モータ３１を可
動体の駆動源とする案内装置の一例を示すように、この
案内装置は、ベース盤１１上にクロスローラガイドの如
き一対のガイド部材１２を備え、これらのガイド部材１
２によって可動体としてのステージ１３が直線的に案内
されるようになっている。

【０００５】また、ステージ１３の一方の側面には駆動
力伝達部材１４が、ステージ１３の他方の側面にはリニ
アスケール１５がそれぞれ設置され、該リニアスケール
１５と対向する位置には測定ヘッド１６を設けて位置検
出手段１７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材１
４には、その長手方向に対して垂直に超音波モータ３１
の押圧部材３６を当接させてあり、ステージ１３の移動
に伴う位置検出手段１７からの位置情報と、予め設定し
てあるステージ１３の移動プロファイルに基づく基準位
置情報との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御
部１８にて例えばＰＩＤ演算処理を行ってドライバー１
９に超音波モータ３１への指令信号を出力するフィード
バック制御を行うことにより、超音波モータ３１がその
指令信号に応じて駆動し、その押圧部材３６との摩擦駆
動によりステージ１３をガイド部材１２に沿って移動さ
せるようになっていた。なお、２０は超音波モータ３１
を収容するケースであり、超音波モータ３１はケース２
０内において、４つのバネ２１により挟持されており、
超音波モータ３１の後端とケース２０との間に設けられ
たスプリング２２によって超音波モータ３１の押圧部材
３６を駆動力伝達部材１４に押し付けるようになってい
た。また、２３は超音波モータ３１の押し付け力を測定
するためのロードセルである。

【０００６】そして、上記超音波モータ３１の押圧部材
３６は、駆動力伝達部材１４に押し付けられた状態で摺
動することから、耐摩耗性に優れた材料により形成する
必要があり、従来、石英ガラスやソーダガラス等のガラ
ス材、あるいはアルミナ含有量が９９．５重量％以上の
アルミナ質焼結体、ジルコニア質焼結体、炭化珪素質焼
結体などのセラミック焼結体により形成したものがあっ
た(特開平７−２７３３８４号公報)。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、超音波モー
タ３１の押圧部材３６に石英ガラスやソーダガラスなど
のガラス材を用いたものは、破壊靱性値が小さく、クラ
ックが発生すると欠けや割れを生じ易いといった課題が
あった。その為、ガラス製の押圧部材３６を備えた超音
波モータ３１にて重量の重いステージ１３を移動させよ
うとすると、駆動力伝達部材１４との摩擦駆動時に作用
する応力によって押圧部材３６に欠けや割れが発生し、
その度に案内装置を停止させなければならないといった
課題があった。しかも、超音波モータ３１を高速で駆動
させた場合、駆動力伝達部材１４との摩擦熱が押圧部材
３６を形成するガラス材の軟化点を超えるような高温に
なることがあり、高速駆動には適用し難いといった課題
もかった。

【０００８】一方、超音波モータ３１の押圧部材３６
に、アルミナやジルコニアあるいは炭化珪素からなるセ
ラミック焼結体を用いたものでは、ガラス材に比較して
破損し難いものの、押圧部材３６に炭化珪素質焼結体を
用いたものは、材料の持つ自己潤滑作用によって駆動力
伝達部材１４との摩擦係数が小さく、超音波モータ３１
を高速で駆動させると滑りが発生して、ステージ１３を
高速で移動させることができないといった課題があっ
た。

【０００９】また、押圧部材３６にジルコニア質焼結体
を用いたものでは、他のセラミック焼結体と比較してビ
ッカース硬度が１２ＧＰａ程度と小さいため、駆動力伝
達部材１４との摩擦駆動によって比較的短期間のうちに
摩耗するといった課題があった。しかも、超音波モータ
３１を高速で駆動させると、駆動力伝達部材１４との摩
擦熱が１００℃を超えることがあり、一般的にジルコニ
ア焼結体は熱に弱いため、機械的特性等の劣化によって
摩耗が進んでしまうといった恐れがあった。

【００１０】さらに、押圧部材３６にアルミナ含有量が
９９．５重量％以上であるアルミナ質焼結体を用いたも
のでは、比較的高い硬度を有するものの、一般的に用い
られるアルミナ質焼結体には、カルシア、マグネシア、
シリカ等の焼結助剤が１〜２重量％程度含有されてお
り、駆動力伝達部材１４との摩擦駆動時に作用する応力
によって上記焼結助剤からなる粒界層にクラックが発生
してアルミナ粒子の脱粒が発生し、脱粒が発生した凹部
のエッジによって駆動力伝達部材１４にスクラッチ傷を
発生させたり、脱粒粉が駆動力伝達部材１４との間に噛
み込んで押圧部材３６や駆動力伝達部材１４を削って摩
耗させるといった課題があった。しかも、脱粒粉が駆動
力伝達部材１４との間に噛み込むと接触状態が変化する
ため、ステージ１３の移動特性や位置決め精度等に悪影
響を与える恐れがあり装置の寿命を縮めてしまうといっ
た不都合があった。

【００１１】

【発明の目的】本発明の目的は、摩擦熱によって機械的
特性が大きく劣化するようなことがなく、耐摩耗性に優
れるとともに、高速で駆動させても滑りを生じることの
ない超音波モータを提供するとともに、この超音波モー
タを可動体の駆動源として用いることにより、小型で、
可動体を高速移動させることができ、しかも安定した駆
動特性が得られ、かつ寿命の長い案内装置を提供するこ
とにある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、磁性体を嫌う
案内装置にも用いることができる超音波モータを提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、振動体と、この振動体の振動を可動体側に伝
達する押圧部材とからなる超音波モータにおいて、上記
押圧部材を、アルミナを主成分とし、副成分として炭化
チタンを含有するアルミナ質焼結体により形成すること
を特徴とする。

【００１４】上記アルミナ質焼結体中の炭化チタン含有
量は、１０〜５０重量％とすることが好ましく、また、
上記アルミナ質焼結体中のアルミナ結晶及び炭化チタン
結晶の各最大粒径はそれぞれ４μｍ以下とし、かつ上記
アルミナ質焼結体の最大気孔径は２μｍ以下とすること
が好ましい。

【００１５】さらに、上記アルミナ質焼結体は、助剤成
分として常磁性金属酸化物を０．０５〜７重量％の範囲
で含有し、上記アルミナ質焼結体の最大磁束密度を０．
０５μＴ以下としたものを用いることが好ましい。

【００１６】また、本発明は、上記超音波モータの押圧
部材を可動体に当接させて配置し、超音波モータの振動
を押圧部材を介して伝達することにより上記可動体を摩
擦駆動させる超音波モータを可動体の駆動源とする案内
装置を構成したことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１８】図１は本発明に係る超音波モータの一例を
示す図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその裏面図で
ある。

【００１９】この超音波モータ１は、多重モード型の超
音波モータで、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン
酸バリウム、ニオブ酸リチウム等からなる圧電セラミッ
ク板２の一方の主面に４分割した電極膜３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄを設け、対角に位置する電極膜３ａと電極膜３
ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜３ｂと電
極膜３ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電
極膜４を形成した振動体５と、上記圧電セラミック板２
の端面に設けた押圧部材６とからなり、押圧部材６を、
アルミナを主成分として、副成分として炭化チタンを含
有したアルミナ質焼結体により形成してある。

【００２０】そして、上記一方の主面に形成した電極膜
３ａと電極膜３ｂにそれぞれ位相を９０度異ならせた電
圧を印加するとともに、他方の主面に形成した電極膜４
を接地することにより、圧電セラミック板２に縦振動と
横振動を発生させ、これらの振動の合成によって押圧部
材６をある方向に楕円運動させ、電極膜３ａと電極膜３
ｂにそれぞれ位相を反転させた電圧を印加することによ
り押圧部材６を逆方向に楕円運動させることができるよ
うになっている。

【００２１】また、図２は本発明の超音波モータ１を可
動体の駆動源とする案内装置の一例を示す平面図であ
り、この案内装置は、ベース盤１１上にクロスローラガ
イドの如き一対のガイド部材１２を備え、これらのガイ
ド部材１２によって可動体としてのステージ１３を直線
的に案内するようになっている。

【００２２】また、ステージ１３の一方の側面には駆動
力伝達部材１４を、ステージ１３の他方の側面にはリニ
アスケール１５をそれぞれ設置し、該リニアスケール１
５と対向する位置には測定ヘッド１６を設けて位置検出
手段１７を構成するとともに、上記駆動力伝達部材１４
には、その長手方向に対して垂直に超音波モータ１の押
圧部材６を当接させてあり、ステージ１３の移動に伴う
位置検出手段１７からの位置情報と、予め設定してある
ステージ１３の移動プロファイルに基づく基準位置情報
との偏差に応じて変化するパラメータを基に制御部１８
にて例えばＰＩＤ演算処理を行ってドライバー１９に超
音波モータ１への指令信号を出力するフィードバック制
御を行うことにより、超音波モータ１をその指令信号に
応じて楕円振動させ、超音波モータ１の押圧部材６とス
テージ１３の駆動力伝達部材１４との摩擦駆動によりス
テージ１３をガイド部材１２に沿って移動させるように
なっている。

【００２３】なお、２０は超音波モータ１を収容するケ
ースであり、超音波モータ１はケース２０内において、
４つのバネ２１により挟持するとともに、超音波モータ
１の後端とケース２０との間に設置されたスプリング２
２により、超音波モータ１の押圧部材６を駆動力伝達部
材１４に押し付けるようになっている。また、２３は超
音波モータ３１の押し付け力を測定するためのロードセ
ルである。

【００２４】そして、本発明によれば、超音波モータ１
の押圧部材６を、高硬度、高融点を有するアルミナ（ビ
ッカース硬度（Ｈ_v）：１８ＧＰａ融点：２１００
℃）を主成分とし、副成分としてアルミナよりさらに高
硬度、高融点で、かつ高靱性を有する炭化チタン（ビッ
カース硬度（Ｈ_v）：２８ＧＰａ融点：３２００℃破
壊靱性値：６MＰａｍ^1/2）を含有するアルミナ質焼結体
により形成したことから、駆動力伝達部材１４との摩擦
駆動において、押圧部材６の当接面が摩耗し難く、また
脱粒や割れを生じ難いため、駆動力伝達部材１４の摩耗
も低減することができ、自他共に摩耗を抑え、長期間に
わたって接触状態を常に安定させることができる。しか
も、上記押圧部材６を形成するアルミナ質焼結体は、駆
動力伝達部材１４と高速で摺動させると、摩擦熱によっ
て炭化チタンが大気中の酸素と反応するケモメカニカル
反応が起こり、アルミナや炭化チタンより摩擦係数の大
きい酸化チタンを押圧部材６の当接面に生成することが
できるため、超音波モータ１を高速で駆動させたとして
も押圧部材６と駆動力伝達部材１４との間で滑りをほと
んど生じることなく、ステージ１３を高速移動させるこ
とができる。

【００２５】ところで、押圧部材６を形成するアルミナ
質焼結体中における炭化チタンの含有量は１０〜５０重
量％とすることが好ましい。なぜなら、炭化チタンの含
有量が１０重量％未満であると、アルミナ質焼結体の硬
度、強度、靱性等の機械的特性を向上させる効果が小さ
く、また、超音波モータ１を高速駆動させた時の滑りを
防止する効果が小さいからであり、逆に炭化チタンの含
有量が５０重量％を越えると、高温に曝されると硬度が
低下する炭化チタンの含有量が多くなり過ぎるため、駆
動力伝達部材１４との摩擦駆動が長時間に及んだ場合、
押圧部材６の摩耗が進んでしまうからである。

【００２６】また、上記アルミナ質焼結体中には、主成
分としてのアルミナと、副成分としての酸化チタン以外
に焼結助剤等の助剤成分として、Ｍｇ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｙ
ｂ等の酸化物を含有させてあるが、Ｍｇ，Ｚｒ，Ｓｉ，
Ｙｂ等は常磁性金属であるため、この酸化物の含有量が
多くなり過ぎると、アルミナ質焼結体が磁性を示すよう
になり、常磁性金属酸化物の含有量が７重量％を超える
と、アルミナ質焼結体の硬度が低下し、ビッカース硬度
（Ｈ_v）で１９ＧＰａ以上の高硬度を維持できなくなる
とともに、アルミナ質焼結体の最大磁束密度が０．０５
μＴを超え、磁性体を嫌う用途、例えば、電子ビーム露
光装置等の案内装置には用いることができなくなる。そ
の為、助剤成分として含有させる常磁性金属酸化物の含
有量は７重量％以下とすることが好ましい。ただし、常
磁性金属酸化物の含有量が０．１重量％未満となると、
焼結体を得ることが難しくなる。

【００２７】その為、助剤成分として含有させる常磁性
金属酸化物の含有量は０．１〜７重量％とすれば良く、
この範囲で含有すれば、ビッカース硬度（Ｈ_v）で１９
ＧＰａ以上の高硬度を維持し、かつ最大磁束密度を０．
０５μＴ以下とすることができる。

【００２８】そして、残部は実質的にアルミナからなる
のであるが、主成分としてのアルミナ、副成分としての
炭化チタン、焼結助剤としての常磁性金属酸化物等に含
まれている不可避不純物であれば微量混入していても構
わない。

【００２９】また、上記アルミナ質焼結体中のアルミナ
結晶及び炭化チタン結晶の各最大粒径はそれぞれ４μｍ
以下とするとともに、アルミナ質焼結体の最大気孔径を
２μｍ以下とすることが好ましい。

【００３０】ここで、アルミナ結晶及び炭化チタン結晶
の各最大粒径をそれぞれ４μｍ以下としたのは、各結晶
粒子の最大粒径が４μｍを超えると、脱粒や割れが発生
した場合、押圧部材６の当接面には大きな凹部が形成さ
れることになり、駆動力伝達部材１４を傷付け易くなる
とともに、押圧部材６の摩耗を多くなるからであり、ま
たアルミナ質焼結体の最大気孔径を２μｍ以下としたの
は、最大気孔径が２μｍを超えると、脱粒や割れが生じ
易くなるからである。

【００３１】また、押圧部材６の駆動力伝達部材１４と
の当接面における表面粗さが粗いと、初期のなじみ過程
において相手部材である駆動力伝達部材１４にスクラッ
チ傷等を発生させ、摩耗が急激に進むとともに、押圧部
材６の当接面が激しく摩耗することになる。その為、押
圧部材６の当接面は、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２μ
ｍ以下としておくことが好ましい。

【００３２】ところで、上述したようなアルミナを主成
分とし、副成分として炭化チタンを含有するアルミナ質
焼結体を得るには、粒径０．３〜０．６μｍであるアル
ミナ粉末を５０〜９０重量％、粒径０．３〜０．６μｍ
である炭化チタン粉末を１０〜５０重量％、焼結助剤で
あるＭｇ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｙｂ等の常磁性金属からなる酸
化物を合計で０．１〜７重量％の範囲で添加した混合粉
体のスラリーを作製し、一軸加圧成形法、等圧成形法、
射出成形法等の周知のセラミック成形法により所定形状
に成形した後、真空雰囲気中、１６００〜１７５０℃の
温度で１〜２時間程度焼成することにより得ることがで
きる。また、焼成時に２０〜４０ＭＰａ程度の圧力で加
圧することにより、アルミナ結晶や炭化チタン結晶の最
大粒径をそれぞれ４μｍ以下、アルミナ質焼結体の最大
気孔径を２μｍ以下とすることができる。

【００３３】そして、このような条件にて得られたアル
ミナ質焼結体を超音波モータ１の押圧部材６として用
い、この超音波モータ１を案内装置に搭載すれば、ステ
ージ１３の駆動力伝達部材１４との摩擦駆動において、
押圧部材６の摩耗が少ないだけでなく、相手部材である
駆動力伝達部材１４の摩耗も抑え、かつスクラッチ傷等
の発生を低減することができるため、案内装置を長期間
にわたり駆動させることができるとともに、押圧部材６
と駆動力伝達部材１４との間に脱粒粉が介在することを
低減することができるため、押圧部材６と駆動力伝達部
材１４との接触状態を安定させることができ、移動中に
おけるステージ１３の精度及び位置決め精度に悪影響を
与えることがなく、さらには駆動力伝達部材１４との摩
擦熱によってアルミナ質焼結体からなる押圧部材６の表
面にアルミナや炭化チタンより摩擦係数の大きい酸化チ
タンを生成させることができるため、ステージ１３を高
速移動させるために超音波モータ１の駆動力を高めても
滑りを生じることがないため、ステージ１３をより一層
高速化することができる。

【００３４】以上、本発明の実施形態では、多重モード
型の超音波モータ１を例にとって説明したが、本発明
は、単一振動モードの定在波型や進行波型、複数振動モ
ードのモード変換型、複合振動型等の超音波モータにも
適用できることは言うまでもない。

【００３５】また、図２ではステージ１３が直線運動す
る案内装置を例にとって説明したが、可動体が回転運動
する案内装置にも適用することができる。

【００３６】このように、本発明はその要旨を逸脱しな
い範囲で改良や変更したものにも適用できることは言う
までもない。

【００３７】

【実施例】ここで、図１の超音波モータ１における押圧
部材６を、石英ガラス、高純度アルミナ質焼結体、ジル
コニア質焼結体、炭化珪素質焼結体、及びアルミナを主
成分とし、副成分として炭化チタンを含有するアルミナ
質焼結体により形成するとともに、アルミナを主成分と
し、副成分として炭化チタンを含有するアルミナ質焼結
体にあっては、炭化チタンの含有量、及び助剤成分の含
有量を異ならせたものを用意し、用意した超音波モータ
１を図２の案内装置に組み込んで駆動させた時の押圧部
材６の摩耗量と相手部材である駆動力伝達部材１４の摩
耗量について調べる実験を行った。

【００３８】本実験にあたっては、超音波モータ１の振
動体５を構成する圧電セラミック板２の寸法を、長さ３
０ｍｍ、幅７．５ｍｍ、厚み３ｍｍとし、チタン酸ジル
コン酸鉛系の圧電セラミックスにより形成したものを用
いるとともに、上記圧電セラミック板２に接合する押圧
部材６の寸法を、長さ４．２ｍｍ、直径３ｍｍの円柱と
し、かつ当接面を曲率半径が７ｍｍの球面とした。

【００３９】また、案内装置を構成するガイド部材１２
には、ストロークが１００ｍｍのクロスローラーガイド
を用い、上記ガイド部材１２を介して５ｋｇの重さを有
するステージ１３を移動させるようにした。また、超音
波モータ１の押圧部材６と当接する駆動力伝達部材１４
には、アルミナ含有量が９９重量％で、かつビッカース
硬度が１５．２ＧＰａであるアルミナ質焼結体を用い、
かつ押圧部材６との当接面を算術平均粗さ（Ｒａ）で
０．０５μｍとした。

【００４０】そして、制御部１８に予め設定しておくス
テージ１３のプロファイルを、移動距離１００ｍｍ、加
減速度０．０３Ｇ、最高速度１００ｍｍ／ｓに設定した
台形制御とし、超音波モータ１は４０ｋＨｚの駆動周波
数で駆動させるようにした。そして、この条件でステー
ジ１３を５００ｋｍ駆動させた後の押圧部材６の摩耗量
と駆動力伝達部材１４の摩耗量を測定した。

【００４１】また、実験を始める前に、押圧部材６の駆
動力伝達部材１４との当接面を走査型電子顕微鏡によ
り、倍率２０００倍で観察し、その当接面上の結晶粒子
及び最大気孔径を測定するとともに、押圧部材６を形成
する材料と同一の材料から、長さ３ｍｍ、幅３ｍｍ、厚
み１．２ｍｍの直方体を作製し、交番磁力計（東京イン
スツルメンツ製２９００−０４Ｃ型）を用い、最大磁
束密度を測定した。

【００４２】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１から明らかなように、超音波モータ１
の押圧部材６を、アルミナを主成分とし、副成分として
炭化チタンを含有するアルミナ質焼結体により形成した
試料Ｎｏ．５〜３２は、超音波モータ１の押圧部材６
を、石英ガラス、高純度アルミナ質焼結体、ジルコニア
質焼結体、炭化珪素質焼結体で形成した試料Ｎｏ．１〜
４に比べ、押圧部材６及び駆動力伝達部材１４の摩耗を
抑えることができることが判る。

【００４５】この結果、超音波モータ１の寿命を高める
とともに、相手部材の摩耗を抑えるには、超音波モータ
１の押圧部材６を、アルミナを主成分とし、副成分とし
て炭化チタンを含有するアルミナ質焼結体により形成し
たものを用いれば良いことが判る。なお、試料Ｎｏ．５
〜３２の押圧部材６の当接面には酸化チタン膜が形成さ
れており、この酸化チタン膜により摩擦力が高くなって
いることも確認された。

【００４６】また、超音波モータ１の押圧部材６を、ア
ルミナを主成分とし、副成分として炭化チタンを含有す
るアルミナ質焼結体により形成したものに着目して見る
と、アルミナ質焼結体中の炭化チタン含有量を１０〜５
０重量％とした試料Ｎｏ．８〜１０及び試料Ｎｏ．２４
〜２６は、炭化チタンの含有量が上記範囲を超える試料
Ｎｏ．５〜７及び試料Ｎｏ．２１〜２３に比べ、押圧部
材６及び駆動力伝達部材１４の摩耗量をさらに抑えるこ
とができることが判る。

【００４７】また、アルミナ質焼結体中のアルミナ結晶
及び炭化チタン結晶の各最大粒径が４μｍ以下で、且つ
アルミナ質焼結体の最大気孔径が２μｍ以下である試料
Ｎｏ．１１〜１３及び試料Ｎｏ．２７〜２９は、それ以
外の範囲を有する試料Ｎｏ．８〜１０及び試料Ｎｏ．２
４〜２６に比べ、押圧部材６及び駆動力伝達部材１４の
摩耗量を小さくできることが判る。

【００４８】この結果、押圧部材６及び駆動力伝達部材
１４の摩耗量をより一層抑えるためには、アルミナ質焼
結体中の炭化チタン含有量を１０〜５０重量％とし、ま
た、アルミナ質焼結体中のアルミナ結晶及び炭化チタン
結晶の各最大粒径を４μｍ以下、アルミナ質焼結体の最
大気孔径を２μｍ以下とすれば良いことが判る。

【００４９】さらに、常磁性金属酸化物からなる助剤成
分の含有量が７重量％以上である試料Ｎｏ．６〜１３，
１８，２０，２２〜２９は、押圧部材６の最大磁束密度
が０．０５μＴを超えてしまった。

【００５０】この結果、常磁性金属酸化物からなる助剤
成分の含有量は７重量％以下とすることが良いことが判
る。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、振動体
と、該振動体の振動を可動体側に伝達する押圧部材とか
らなる超音波モータにおいて、上記押圧部材を、アルミ
ナを主成分とし、副成分として炭化チタンを含有するア
ルミナ質焼結体により形成したことによって、可動体と
の摩擦駆動による押圧部材の摩耗や脱粒を低減すること
ができるとともに、可動体との接触状態を安定させるこ
とができる。しかも、摩擦駆動中のケモメカニカル反応
により、アルミナ質焼結体からなる押圧部材の当接面
に、アルミナや炭化チタンより摩擦係数の大きい酸化チ
タン膜を生成することができるため、超音波モータを高
速で駆動させたとしても押圧部材と可動体との間で滑り
を生じ難いため、ステージを高速移動させることができ
る。

【００５２】また、上記アルミナ質焼結体中の炭化チタ
ン含有量を１０〜５０重量％とすることで、押圧部材の
耐摩耗性を大幅に向上させることができるとともに、可
動体との摩擦駆動が長時間に及んでも押圧部材の耐摩耗
性を維持することができる。

【００５３】また、上記アルミナ質焼結体のアルミナ結
晶及び炭化チタン結晶の各最大粒径を４μｍ以下、アル
ミナ質焼結体の最大気孔径を２μｍ以下とすることによ
り、可動体との摩擦駆動による押圧部材の摩耗や脱粒を
さらに低減することができ、可動体との接触状態を安定
させることができる。

【００５４】さらに、上記アルミナ質焼結体中に助剤成
分として含有する常磁性金属酸化物の含有量を０．０５
〜７重量％とすることで、アルミナ質焼結体の最大磁束
密度を０．０５μＴ以下とすることができ、磁性を嫌う
用途でも用いることができるとともに、アルミナ質焼結
体の硬度をビッカース硬度（Ｈ_v）で１９ＧＰａ以上の
高硬度を維持することができるため、駆動力伝達部材と
の摩擦駆動が長時間に及んでも押圧部材の耐摩耗性を維
持することができる。

【００５５】また、本発明の超音波モータを可動体の駆
動源とする案内装置に用いることで、可動体側の摩耗も
低減することができ、超音波モータの寿命はもとより、
案内装置の寿命を向上させることができるとともに、可
動体側との接触状態を安定させることができるため、駆
動中における可動体の精度や位置決め精度を高めること
ができる。しかも、可動体との適度な摩擦力が得られる
ため、超音波モータを高速で駆動させることにより、滑
りを生じることなく超音波モータの駆動力を効率良く可
動体に伝達し、高速で駆動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの一例を示す図で、
（ａ）はその正面図、（ｂ）はその裏面図である。

【図２】本発明の超音波モータを可動体の駆動源とする
案内装置の一例を示す一部を破断した平面図である。

【図３】従来の超音波モータの一例を示す図で、（ａ）
はその正面図、（ｂ）はその裏面図である。

【図４】従来の超音波モータを可動体の駆動源とする案
内装置の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１，３１：超音波モータ２，３２：圧電セラミック体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３
３ｄ：電極膜４，３４：電極膜５，３５：振動体６，３６：押圧
部材１１：ベース盤１２：ガイド部材１３：ステージ
１４：駆動力伝達部材１５：リニアスケール１６：測定ヘッド１７：位置
検出手段１８：制御部１９：ドライバー２０：ケース２１：バネ２２：
スプリング２３：ロードセル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０４Ｂ 35/10 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動体と、該振動体の振動を可動体側に伝
達する押圧部材とからなる超音波モータにおいて、上記
押圧部材を、アルミナを主成分とし、副成分として炭化
チタンを含有するアルミナ質焼結体により形成したこと
を特徴とする超音波モータ。
【請求項２】上記アルミナ質焼結体中の炭化チタンの含
有量が１０〜５０重量％であることを特徴とする請求項
１に記載の超音波モータ。
【請求項３】上記アルミナ質焼結体中のアルミナ結晶及
び炭化チタン結晶の各最大粒径がそれぞれ４μｍ以下
で、且つ上記アルミナ質焼結体中の最大気孔径が２μｍ
以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の超音波モータ。
【請求項４】上記アルミナ質焼結体は、助剤成分として
常磁性金属酸化物を０．０５〜７重量％の範囲で含有し
てなり、上記アルミナ質焼結体の最大磁束密度が０．０
５μＴ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項
３のいずれかに記載の超音波モータ。
【請求項５】上記請求項１乃至請求項４のいずれかに記
載の超音波モータの押圧部材を可動体に当接させて配置
し、上記超音波モータの振動を押圧部材を介して伝達す
ることにより上記可動体を摩擦駆動させるようにしたこ
とを特徴とする超音波モータを可動体の駆動源とする案
内装置。