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超音波浮上式非接触型2次元ステージの開発

Research Project

Project/Area Number 19016013
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

小山 大介  Tokyo Institute of Technology, 精密工学研究所, 助教 (50401518)

Project Period (FY) 2007 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥8,400,000 (Direct Cost: ¥8,400,000)
Fiscal Year 2008: ¥4,200,000 (Direct Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2007: ¥4,200,000 (Direct Cost: ¥4,200,000)
Keywords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
Research Abstract

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。

Report

(2 results)
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2009 2008 2007

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] A self-running standing wave-type bidirectional slider for the ultrasonically levitated thin linear stage2008

    • Author(s)
      D. Koyama, H. Takei, K. Nakamura and S. Ueha
    • Journal Title

      IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr. Vol.55, No.8

      Pages: 1823-1830

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A stator for a self-running, ultrasonically-levitated sliding stage2007

    • Author(s)
      D. Koyama, K. Nakamura and S. Ueha
    • Journal Title

      IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr. Vol. 54, No. 11

      Pages: 2337-2343

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A self-running ultrasonically levitated 2D stage using flexural vibrating plates2009

    • Author(s)
      D. Koyama and K. Nakamura
    • Organizer
      2009 International Congress on Ultrasonics
    • Place of Presentation
      University of Santiago of Chile
    • Year and Date
      2009-01-15
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] A self-running ultrasonically levitated 2D stage2008

    • Author(s)
      D. Koyama and K. Nakamura
    • Organizer
      第29回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台市シルバーセンター
    • Year and Date
      2008-11-13
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 自走式2次元超音波浮上ステージ2008

    • Author(s)
      小山大介, 中村健太郎, 上羽貞行
    • Organizer
      日本音響学会2008秋季研究発表会
    • Place of Presentation
      九州大学
    • Year and Date
      2008-09-11
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] A self-running standing wave type slider for the ultrasonically levitated linear stage2008

    • Author(s)
      D. Koyama, H. Takei, K. Nakamura and S. Ueha
    • Organizer
      Actuator 2008
    • Place of Presentation
      Bremen convention center
    • Year and Date
      2008-06-10
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] たわみ定在波振動による自走式超音波浮上リニアステージ2008

    • Author(s)
      小山大介, 武井裕之, 中村健太郎, 上羽貞行
    • Organizer
      日本音響学会2008春季研究発表会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学
    • Year and Date
      2008-03-18
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 超音波定在波を用いた自走式非接触リニアステージ2007

    • Author(s)
      小山大介, 武井裕之, 中村健太郎, 上羽貞行
    • Organizer
      超音波研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2007-12-13
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] A self-running standing wave type ultrasonically levitated linear guide2007

    • Author(s)
      D. Koyama, H. Takei, K. Nakamura and S. Ueha
    • Organizer
      第28回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2007-11-15
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] An ultrasonically levitated self-running sliding table2007

    • Author(s)
      D. Koyama, Nakamura, S. Ueha
    • Organizer
      2007 Intemational Congress on Ultrasonics
    • Place of Presentation
      Vienna University
    • Year and Date
      2007-04-11
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2018-03-28  

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