超音波浮上式非接触型2次元ステージの開発

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平板基盤上であれば環境・場所を選ばずホバリング可能な2次元平面を移動可能な超音波浮上式非接触2次元ステージを提案した。ステージは1軸方向に移動可能な4つのスライダと矩形板とで構成される。本年度は昨年度に開発した1軸方向に往復運動可能な超音波浮上式自走式スライダの構造を簡素化し、さらにそれらと矩形板を一体化した2次元ステージの設計を行い、超音波浮揚、並びに浮揚状態での移動の実現を目指した。昨年度開発したスライダの構造を簡素化し、単相駆動とすることで、駆動回路の簡素化に成功し、スライダ動作の再現性を向上した。2次元ステージは、この新たに開発したスライダ4つと平板を連結した一体構造とした。ステージの設計は4つのスライダのカップリングを防ぐため、各々のスライダ長さを有限要素解析によって決定した。解析結果より、共振周波数が60〜80kHz、41mm四方、厚さ1mの2次元ステージを設計した。設計に基づいた試作機を作成し、2次元ステージの浮揚・移動特性について実験的に検討した。設計段階で期待された駆動周波数60〜80kHzにおいて、いくつかの共振周波数でステージが完全に浮上することを確認出来た。浮揚距離を光学顕微鏡で測定し、振動特性をレーザードップラ振動計で測定することにより、ステータの振動振幅に対する浮揚距離特性を測定した。4つのスライダの各共振周波数において、ステージはx、y方向に往復直線運動することができた。単相駆動周波数を制御することにより、当初の目標であった平面基盤上で移動可能なステージの2次元非接触移動を実現でき、最大6.3mNの推力を得た。