JP2001037272A - 弾性表面波アクチュエータ - Google Patents

弾性表面波アクチュエータ

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JP2001037272A
JP2001037272A JP11210456A JP21045699A JP2001037272A JP 2001037272 A JP2001037272 A JP 2001037272A JP 11210456 A JP11210456 A JP 11210456A JP 21045699 A JP21045699 A JP 21045699A JP 2001037272 A JP2001037272 A JP 2001037272A
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俊郎 樋口
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実 黒澤
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動素子上において走行面以外が占める面積
が少なく、さらにエネルギー効率に優れた弾性表面波ア
クチュエータを提供することを目的とする。 【解決手段】 振動素子１の両側に配置される一方向性
櫛形電極２，３と、一方向性櫛形電極３と外部電源５を
入力側に接続し、一方向性櫛形電極２を出力側に接続す
る合成器４とで構成され、合成器４において、外部電源
５からの入力と、一方向性櫛形電極３により電気変換さ
れた弾性表面波は合成され、一方向性櫛形電極２に入力
される。一方向性櫛形電極２によって励振された弾性表
面波は、振動素子１上を伝搬し、合成器４を経て再び一
方向性櫛形電極２に入力される。振動素子１に相対運動
部材６を圧力付与手段によって押しつけることで、振動
素子上において走行面以外が占める面積は二つの一方向
性櫛形電極が占める面積だけで、エネルギー効率に優れ
た弾性表面波アクチュエータが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は弾性表面波アクチュ
エータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】弾性表面波アクチュエータは、小型で高
速、高推力な駆動が可能であり、小型リニアアクチュエ
ータとしての実現が期待されている。
【０００３】従来の弾性表面波アクチュエータのエネル
ギー効率の改善手段としては、特開平１０−２９６１８
６号公報に開示されているものや、第１０回「電磁力関
連のダイナミックス」シンポジウム講演論文集５０５ペ
ージに発表されているものが知られている。図９に示す
特開平１０−２９６１８６号公報に開示されている弾性
表面波アクチュエータでは、導波路１７によって周回路
を構成し、そこに弾性表面波を伝搬させることでエネル
ギー効率を改善して、スライダ１８の駆動を行う。図１
０に示す第１０回「電磁力関連のダイナミックス」シン
ポジウム講演論文集５０５ページに発表されている弾性
表面波アクチュエータでは、４つの一方向性櫛形電極１
９を用いてエネルギーを環流させ、２つの駆動電極２０
から環流により失われたエネルギーのみを補充すること
でエネルギー効率を改善している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の弾性表面波アクチュエータのエネルギー効率の改善手
段では、アクチュエータを構成する場合に、振動素子上
において走行面以外の占める面積が大きくなる。特開平
１０−２９６１８６号公報に開示されているような方式
では、弾性表面波を周回させるために、走行面と同程度
の長さが余分に必要となり、第１０回「電磁力関連のダ
イナミックス」シンポジウム講演論文集５０５ページに
発表されている方式では、櫛形電極の数が多くなり、振
動素子上において電極の占める面積が大きくなる。
【０００５】本発明は、かかる点に鑑み、振動素子上に
おいて走行面以外が占める面積が少なく、さらにエネル
ギー効率に優れた弾性表面波アクチュエータを提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明に係る弾性表面波アクチュエータは、振動素
子の両側に配置される第１および第２の一方向性櫛形電
極と、前記第１の一方向性櫛形電極と外部電源を入力側
に接続し、前記第２の一方向性櫛形電極を出力側に接続
する合成器とで構成される。この構成によれば、振動素
子上において走行面以外が占める面積は二つの一方向性
櫛形電極が占める面積だけとなる。
【０００７】また、前記合成器において、前記外部電源
からの入力と、前記第１の一方向性櫛形電極によって電
気変換された弾性表面波は合成され、前記第２の一方向
性櫛形電極に入力される。前記第２の一方向性櫛形電極
によって励振された弾性表面波は、振動素子上を伝搬
し、前記合成器を経て再び前記第２の一方向性櫛形電極
に入力される。このため、エネルギー効率に優れた弾性
表面波アクチュエータが得られる。
【０００８】よって本発明によれば、振動素子上におい
て走行面以外が占める面積が少なく、さらにエネルギー
効率に優れた弾性表面波アクチュエータを得ることがで
きる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、第１および第２の一方向性櫛形電極と、前記第１の
一方向性櫛形電極と外部電源を入力側に接続し、前記第
２の一方向性櫛形電極を出力側に接続する合成器とを備
え、前記第１の一方向性櫛形電極により弾性表面波が励
振され、励振された弾性表面波は、前記第２の一方向性
櫛形電極により電気変換される振動素子と、該振動素子
との間で相対的な運動を行う相対運動部材と、前記振動
素子と前記相対運動部材との間に接触圧力を発生させる
手段とを具備することを特徴とする弾性表面波アクチュ
エータであり、従来の技術よりも走行面以外が占める面
積が少なく、さらにエネルギー効率に優れた弾性表面波
アクチュエータが得られる。
【００１０】請求項２に記載の発明は、第１および第２
の一方向性櫛形電極と、外部電源を入力側に接続する合
成器と、前記第１および第２の一方向性櫛形電極と前記
合成器の入力側および出力側との接続の組み合わせを変
更する切り替え器を備え、前記合成器の出力側に接続さ
れた一方向性櫛形電極により弾性表面波が励振され、励
振された弾性表面波は、前記合成器の入力側に接続され
た一方向性櫛形電極により電気変換される振動素子と、
該振動素子との間で相対的な運動を行う相対運動部材
と、前記振動素子と前記相対運動部材との間に接触圧力
を発生させる手段とを具備することを特徴とする弾性表
面波アクチュエータであり、切り替え器により接続の組
み合わせを変更させることで、双方向への駆動が可能
で、従来の技術よりも走行面以外が占める面積が少な
く、さらにエネルギー効率に優れた弾性表面波アクチュ
エータが得られる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
された弾性表面波アクチュエータであって、前記相対運
動部材が振動素子との間で相対的な運動を行わないとき
には、前記切り替え器によって前記合成器の出力側と入
力側を接続する弾性表面波アクチュエータであり、外部
電源の動作状態を変更せずにアクチュエータの駆動と停
止および駆動方向を切り替えることが可能で、従来の技
術よりも走行面以外が占める面積が少なく、さらにエネ
ルギー効率に優れた弾性表面波アクチュエータが得られ
る。
【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１又は３
のいずれかに記載された弾性表面波アクチュエータであ
って、前記合成器において、一方向性櫛形電極から入力
されるエネルギーが外部電源から入力されるエネルギー
の４倍以上となるように合成される弾性表面波アクチュ
エータであり、合成の比率を高めることで、より一層の
エネルギー効率の向上が図れる。
【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
のいずれかに記載された弾性表面波アクチュエータであ
って、前記第１の一方向性櫛形電極と前記第２の一方向
性櫛形電極の駆動周波数における入力アドミタンスのコ
ンダクタンス成分が等しくなっている弾性表面波アクチ
ュエータであり、合成器もしくは切り替え器の製作が容
易となり、整合をとるための損失を低減することができ
る。
【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５
のいずれかに記載された弾性表面波アクチュエータであ
って、前記一方向性櫛形電極は駆動周波数における入力
アドミタンスのサセプダンス成分が５ｍＳ以下となるよ
うに構成されている弾性表面波アクチュエータであり、
合成器もしくは切り替え器との整合を取るのが容易にな
るとともに整合による損失が低減し、より一層のエネル
ギー効率の向上が図れる。
【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６
のいずれかに記載された弾性表面波アクチュエータであ
って、弾性表面波は前記振動素子上に設けられた少なく
とも一つの導波路を伝搬する弾性表面波アクチュエータ
であり、表面波の回折による損失を低減し、より一層の
エネルギー効率の向上が図れる。
【００１６】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７
のいずれかに記載された弾性表面波アクチュエータであ
って、前記振動素子上の弾性表面波が伝搬する面の一部
が異なる材質からなる弾性表面波アクチュエータであ
り、最適な材質を選択することで、良好な摩擦駆動特性
やコスト低減の効果が得られる。
【００１７】請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８
のいずれかに記載の弾性表面波アクチュエータをヘッド
駆動用アクチュエータとして用いた磁気ディスク装置で
あり、本発明の弾性表面波モータを用いることで、アク
セス性能の優れた磁気ディスク装置が得られる。
【００１８】請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至
８のいずれかに記載の弾性表面波アクチュエータをヘッ
ド駆動用アクチュエータとして用いた光ディスク装置で
あり、本発明の弾性表面波モータを用いることで、アク
セス性能の優れた光ディスク装置が得られる。
【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１０を用いて説明する。
【００２０】（実施の形態１）図１は、本発明の一実施
の形態による弾性表面波モータを示した概略図である。
この図において、振動素子１には、その両側に一方向性
櫛形電極（ＩＤＴ）２，３が設けられている。ここで一
方向性櫛形電極は、櫛形電極と反射器との組み合わせに
より構成される。
【００２１】一方向性櫛形電極（ＩＤＴ）２，３には、
インダクタンス７，８が取り付けられており、駆動周波
数における一方向性櫛形電極の容量成分を打ち消してい
る。振動素子１は、好ましくは圧電性の材料である。例
えば圧電結晶板であるニオブ酸リチウムなどが使用で
き、これは電気機械結合係数が大きい点で好ましい。
【００２２】一方向性櫛形電極２は合成器４の出力端子
に接続されており、一方向性櫛形電極３は合成器４の入
力端子に接続されている。合成器４の入力端子には、外
部電源５も接続されており、外部電源５からの入力エネ
ルギーと、一方向性櫛形電極３によって電気変換された
弾性表面波のエネルギーは合成され、一方向性櫛形電極
２に入力される。
【００２３】合成器４の出力端子の特性インピーダンス
と一方向性櫛形電極２の入力インピーダンスを整合さ
せ、合成器４の入力端子の特性インピーダンスと一方向
性櫛形電極３の入力インピーダンスを整合させること
で、一方向性櫛形電極２によって励振される弾性表面波
は、振動素子１上を一方向性櫛形電極３に向かって伝搬
し、合成器４を経て再び一方向性櫛形電極２に入力され
るようになる。この際に失われるエネルギーは、エネル
ギーが一巡する間の損失分だけなので、エネルギー効率
よく弾性表面波を励振する事ができる。
【００２４】このとき、一方向性櫛形電極における櫛形
電極と反射器間の距離を一方向性櫛形電極の駆動周波数
における入力アドミタンスのサセプタンス成分が駆動周
波数において５ｍＳ以下、より好ましくは１ｍＳ以下と
なるように設定することで、合成器との整合を行うとき
にサセプダンス成分をうち消すためのインダクタンス
７，８を省略することが可能となり、損失の低減できる
とともに整合が容易になるといった利点が得られる。
【００２５】また、合成器４における合成比が一方向性
櫛形電極３から入力されるエネルギーが外部電源５から
入力されるエネルギーの４倍以上となるように設定する
ことで、一層エネルギー効率よく弾性表面波を励振する
事ができる。より好ましくは４倍から４９倍の範囲で、
外部電源５から入力されるエネルギーが、エネルギーが
一巡する間の損失分と等しくなるようにすることであ
る。
【００２６】さらに、図２に示すように振動素子１の走
行面に金属膜１６、好ましくはＣｒ、Ａｌ等による電気
的短絡面を設けることで導波路としての効果を得ること
ができ、弾性表面波の回折による損失を無くすことがで
き、より一層エネルギー効率よく弾性表面波を励振する
事もできる。
【００２７】振動素子上には、相対運動部材６がある。
相対運動部材６は圧力付与手段としてのバネ（図示せ
ず）により、振動素子１に押しつけられている。振動素
子１上に弾性表面波が発生すると、表面に現れる楕円軌
跡から摩擦力を介した駆動力が発生し、相対運動部材６
は振動素子１に対して相対運動を行う。
【００２８】このように、走行面以外には二つの一方向
性櫛形電極があるのみで、エネルギー効率に優れた弾性
表面波アクチュエータが得られる。
【００２９】なお、以上の説明では一方向性櫛形電極を
櫛形電極と反射器の組み合わせにおいて構成した例で説
明したが、櫛形電極のみで構成しても同様に実施可能で
ある。また、導波路についても以上の説明では導波部の
速度を周辺の速度より遅くする薄膜導波路について説明
したが、周辺の速度を導波部の速度より速くするスロッ
ト導波路や、形状変形によるトポグラフィック導波路で
も同様に実施可能である。
【００３０】（実施の形態２）図３は、本発明の一実施
の形態による弾性表面波モータを示した概略図である。
なお、前述した第１の実施例と同様な機能を果たす部分
には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。本
実施の形態では、一方向性櫛形電極２，３と合成器４と
の間に切り替え器９が設けられている。切り替え器９
は、図４、図５、図６に示す３通りの接続の組み合わせ
を切り替える。ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ合成
器４の出力端子、合成器４の入力端子、一方向性櫛形電
極２、一方向性櫛形電極３に接続される。
【００３１】図４に示される接続状態の場合は、実施の
形態１に示したものと同じ組み合わせとなる。図５に示
される接続状態の場合、弾性表面波は一方向性櫛形電極
３により励振され、一方向性櫛形電極２によって電気エ
ネルギーに変換される。すなわち、第１実施例の場合と
弾性表面波の進行方向は逆になり、図４と図５の組み合
わせを切り替えることにより、双方向への駆動が可能
で、従来の技術よりも走行面以外が占める面積が少な
く、さらにエネルギー効率に優れた弾性表面波アクチュ
エータを得ることができる。
【００３２】そして、振動素子１の走行面の部分１０
は、他と異なる材質、好ましくはＡｌ 2Ｏ3,Ｓｉなどの
単結晶やガラス等でありコスト低減に効果がある。ま
た、走行面の表面に好ましくはダイヤモンド・ライク・
カーボン等の従来公知の摺動特性改善薄膜材料を用いる
ことで摩擦駆動特性の向上を図ることができる。
【００３３】このとき、一方向性櫛形電極２と一方向性
櫛形電極３の駆動周波数における入力アドミタンスのコ
ンダクタンス成分が等しくなるようにすることで、切り
替え器９は単一の特性インピーダンスで構成できるよう
になり、製作が容易となる。より好ましくは、一方向性
櫛形電極２と一方向性櫛形電極３を同一形状とすること
で、必然的に駆動周波数における入力アドミタンスのコ
ンダクタンス成分が等しくなる。
【００３４】また、図６に示す組み合わせにすること
で、駆動電源の動作状態を変更することなくアクチュエ
ータの駆動を停止させることができ、切り替え器９によ
って接続の組み合わせを変更することだけでアクチュエ
ータの駆動と停止、駆動方向の切り替えが行えるように
なる。
【００３５】（実施の形態３）図７は、本発明の一実施
の形態による弾性表面波アクチュエータを示した概略図
である。図に示すように、実施の形態２で示した弾性表
面波アクチュエータ１１にヘッドアーム１２を取り付
け、磁気ディスク１３に対する位置決めを行う。本発明
による弾性表面波アクチュエータを磁気ディスクのヘッ
ド駆動用アクチュエータとして使用することで、ヘッド
の精密位置決めが可能となり、アクセス性能の優れた磁
気ディスク装置が得られる。
【００３６】（実施の形態４）図８は、本発明の一実施
の形態による弾性表面波アクチュエータを示した概略図
である。図に示すように、実施の形態２で示した弾性表
面波アクチュエータ１１に光ヘッド１４を取り付け、光
ディスク１５に対する位置決めを行う。本発明による弾
性表面波アクチュエータを光ディスクのヘッド駆動用ア
クチュエータとして使用することで、ヘッドの精密位置
決めが可能となり、アクセス性能の優れた光ディスク装
置が得られる。
【００３７】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が
可能であり、それらも本発明に含まれる。
【００３８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、合成器に
おいて振動素子上を伝搬する弾性表面波のエネルギーと
外部電源からの入力エネルギーを合成して再び弾性表面
波の励振に用いることで、エネルギー効率の向上が図
れ、振動素子上において走行面以外には二つの一方向性
櫛形電極が占める面積以外は必要としないことから、弾
性表面波アクチュエータに対して、振動素子上において
走行面以外が占める面積が少ない構成でエネルギー効率
の向上が図れるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による弾性表面波アクチュエータの第１
の実施の形態を示す概略図
【図２】本発明による弾性表面波アクチュエータの第１
の実施の形態における振動素子の走行面の平面図
【図３】本発明による弾性表面波アクチュエータの第２
の実施の形態を示す概略図
【図４】本発明による弾性表面波アクチュエータの第２
の実施の形態におけるアクチュエータの駆動時の切り替
え器での接続組み合わせを示す概略図
【図５】本発明による弾性表面波アクチュエータの第２
の実施の形態におけるアクチュエータの逆方向駆動時の
切り替え器での接続組み合わせを示す概略図
【図６】本発明による弾性表面波アクチュエータの第２
の実施の形態におけるアクチュエータの停止時の切り替
え器での接続組み合わせを示す概略図
【図７】本発明による弾性表面波アクチュエータの第３
の実施の形態を示す概略図
【図８】本発明による弾性表面波アクチュエータタの第
４の実施の形態を示す概略図
【図９】従来の弾性表面波アクチュエータを示す斜視図
【図１０】従来の弾性表面波アクチュエータを示す平面
図
【符号の説明】
１ 振動素子 ２，３，１９ 一方向性櫛形電極 ４ 合成器 ５ 外部電源 ６ 相対運動部材 ７，８ インダクタンス ９ 切り替え器 １０ 振動素子の走行面部 １１ 弾性表面波アクチュエータ １２ ヘッドアーム １３ 磁気ディスク １４ 光ヘッド １５ 光ディスク １６ 金属膜 １７ 導波路 １８ スライダ ２０ 駆動電極
フロントページの続き (72)発明者 池田 順治 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 樋口 俊郎 神奈川県横浜市都筑区荏田東３丁目４番26 号 (72)発明者 黒澤 実 神奈川県横浜市青葉区すすき野１丁目６番 11号 Ｆターム(参考） 5H680 AA06 AA19 BB13 CC02 CC08 CC10 DD01 DD23 DD39 DD40 DD55 DD73 DD82 EE20 FF31 GG41

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１および第２の一方向性櫛形電極と、
    前記第１の一方向性櫛形電極と外部電源を入力側に接続
    し、前記第２の一方向性櫛形電極を出力側に接続する合
    成器とを備え、前記第１の一方向性櫛形電極により弾性
    表面波が励振され、励振された弾性表面波は、前記第２
    の一方向性櫛形電極により電気変換される振動素子と、
    該振動素子との間で相対的な運動を行う相対運動部材
    と、前記振動素子と前記相対運動部材との間に接触圧力
    を発生させる手段とを具備することを特徴とする弾性表
    面波アクチュエータ。
  2. 【請求項２】 第１および第２の一方向性櫛形電極と、
    外部電源を入力側に接続する合成器と、前記第１および
    第２の一方向性櫛形電極と前記合成器の入力側および出
    力側との接続の組み合わせを変更する切り替え器を備
    え、前記合成器の出力側に接続された一方向性櫛形電極
    により弾性表面波が励振され、励振された弾性表面波
    は、前記合成器の入力側に接続された一方向性櫛形電極
    により電気変換される振動素子と、該振動素子との間で
    相対的な運動を行う相対運動部材と、前記振動素子と前
    記相対運動部材との間に接触圧力を発生させる手段とを
    具備することを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載された弾性表面波アクチ
    ュエータであって、前記相対運動部材が振動素子との間
    で相対的な運動を行わないときには、前記切り替え器に
    よって前記合成器の出力側と入力側を接続する弾性表面
    波アクチュエータ。
  4. 【請求項４】 請求項１又は３のいずれかに記載された
    弾性表面波アクチュエータであって、前記合成器におい
    て、一方向性櫛形電極から入力されるエネルギーが外部
    電源から入力されるエネルギーの４倍以上となるように
    合成される弾性表面波アクチュエータ。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載された
    弾性表面波アクチュエータであって、前記第１の一方向
    性櫛形電極と前記第２の一方向性櫛形電極の駆動周波数
    における入力アドミタンスのコンダクタンス成分が等し
    くなっている弾性表面波アクチュエータ。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載された
    弾性表面波アクチュエータであって、前記一方向性櫛形
    電極は駆動周波数における入力アドミタンスのサセプダ
    ンス成分が５ｍＳ以下となるように構成されている弾性
    表面波アクチュエータ。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載された
    弾性表面波アクチュエータであって、弾性表面波は前記
    振動素子上に設けられた少なくとも一つの導波路を伝搬
    する弾性表面波アクチュエータ。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載された
    弾性表面波アクチュエータであって、前記振動素子上の
    弾性表面波が伝搬する面の一部が異なる材質からなる弾
    性表面波アクチュエータ。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の弾性
    表面波アクチュエータをヘッド駆動用アクチュエータと
    して用いた磁気ディスク装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至８のいずれかに記載の弾
    性表面波アクチュエータをヘッド駆動用アクチュエータ
    として用いた光ディスク装置。
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