超音波浮上式非接触型2次元ステージの開発

超声波悬浮非接触式二维平台的研制

• 批准号: 19016013
• 负责人: 小山 大介
• 金额: $ 5.38万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19016013/
• 关键词: 近距離場音波浮揚; 超音波アクチュエータ; 2次元ステージ; 非接触型ステージ; 音響放射圧; たわみ振動; 有限要素解析

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。

On the flat plate, the environment, the location, the selection, the possibility, the two-dimensional plane, the possibility, the ultrasonic floating non-contact two-dimensional space, the proposal A rectangular plate may be formed by moving in the direction of the first axis. This year's development of the first axial reciprocating motion of the ultrasonic floating self-propelled structure simplified, now integrated rectangular plate design, ultrasonic floating, and floating state of the movement of the point of view In the past year, the structure of the motor has been simplified, the phase of the motor has been simplified, and the reproducibility of the motor has been improved. 2. The new structure of the two-dimensional structure The design of the design is based on the analysis of finite elements. Analysis results: resonant frequency from 60 kHz to 80kHz, 41mm square, thickness from 1m to 2-D. The design of the base test machine is based on the design of the base test machine, and the design of the base test machine. The design stage is expected to be 60 ~ 80kHz, and the resonance frequency is confirmed to be completely floating. Measurement of the floating distance by an optical micro-mirror and measurement of the vibration amplitude by a vibration meter 4. The frequency of each resonance cycle is equal to the frequency of reciprocating linear motion in x and y directions. The maximum thrust of 6.3mN is achieved by controlling the number of single phase motion cycles and by moving on a planar substrate.

项目成果

A self-running standing wave type slider for the ultrasonically levitated linear stage

一种用于超声悬浮线性平台的自运行驻波型滑块

• 发表时间: 2008
• 作者: D. Koyama;H. Takei;K. Nakamura and S. Ueha
• 通讯作者: K. Nakamura and S. Ueha

A stator for a self-running, ultrasonically-levitated sliding stage

• DOI: 10.1109/tuffc.2007.538
• 发表时间: 2007-12
• 期刊: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control
• 作者: D. Koyama;K. Nakamura;S. Ueha

A self-running ultrasonically levitated 2D stage using flexural vibrating plates

使用弯曲振动板的自运行超声波悬浮二维平台

• 发表时间: 2009
• 作者: 監修 : 藍光郎;分担佐々木実;D. Koyama and K. Nakamura
• 通讯作者: D. Koyama and K. Nakamura

超音波定在波を用いた自走式非接触リニアステージ

利用超声波驻波的自走式非接触式线性平台

• 发表时间: 2007
• 作者: 小山大介;武井裕之;中村健太郎;上羽貞行
• 通讯作者: 上羽貞行

A self-running standing wave-type bidirectional slider for the ultrasonically levitated thin linear stage

• DOI: 10.1109/tuffc.2008.865
• 发表时间: 2008-08
• 期刊: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control
• 作者: D. Koyama;H. Takei;K. Nakamura;S. Ueha