JP2001054290A

JP2001054290A - 弾性表面波モータ

Info

Publication number: JP2001054290A
Application number: JP11223307A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Yoshida; 龍一吉田; Yasuhiro Okamoto; 泰弘岡本
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチの切り替え応答性を考慮する必要がな
く、また対向側の弾性表面波励起用駆動電極による反射
波の影響を低減でき、しかも安価な弾性表面波モータを
提供する。【解決手段】圧電基板１の上を移動される移動体１１０
を挟んで、２対の交差指電極２、３、４、５が圧電基板
１上に設けられ、交差指電極２、３、４、５のそれぞれ
が異なる中心周波数を持つように形成されていると共
に、各交差指電極２、３、４、５と電気的に並列接続さ
れて、各交差指電極２、３、４、５に同じ交流電圧を印
加する電源６が１つ設けられ、電源６が上記交差指電極
２、３、４、５の中心周波数に応じた駆動周波数を有す
る交流電圧の一つを選択的に出力し、その出力した交流
電圧に対応する交差指電極２、３、４、５が弾性表面波
を励起して移動体１１０を、出力交流電圧の駆動周波数
に対応する移動方向に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換素子
を使用した弾性表面波モータに関し、特に小型で精密な
駆動が可能な弾性表面波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した駆動装置の一つとして、超音波
モータが知られている。この超音波モータは、例えばＸ
Ｙ駆動テーブルや、カメラの投影レンズを直接駆動する
ことができる。

【０００３】かかる超音波モータでは精密な駆動を実現
することが困難なため、それに代わるものとして、弾性
表面波モータが提案されている（特開平７−２３１６８
５、特開平９−２３３８６５）。また、弾性表面波モー
タにより駆動される対象としては、固体のみならず液体
も可能である（特開平１０−３２７５９０）。

【０００４】図７は、弾性表面波モータを示す平面図で
ある。この弾性表面波モータは、圧電基板１００上の中
央部に交差指電極１０１が設けられ、圧電基板１００上
の両端部に右上がりのハッチングで示す振動吸収材１０
２が設けられた構成である。

【０００５】この弾性表面波モータによる移動体の移動
原理を図８に示す。図８（ａ）は移動体が固体の場合で
あり、図８（ｂ）は移動体が液体の場合である。

【０００６】交差指電極１０１に図示しない電源より所
望の交流電圧を印加すると、図８（ａ）に示すように圧
電基板１００上に弾性表面波１０３、１０４が生成す
る。移動体１１０はこの弾性表面波１０３の伝搬部に置
かれる。図中に示すように弾性表面波１０３、１０４は
後方楕円運動をしている。この図示例では、移動体１１
０が固体であるので、移動体１１０は弾性表面波１０３
の波頭１０３ａに乗って弾性表面波１０３の進行方向と
は逆に進む。つまり移動体１１０は交差指電極１０１に
近付く方向に移動することとなる。

【０００７】また、図８（ｂ）に示すように移動体１１
０が液体である場合には、移動体１１０は弾性表面波１
０３の進行方向に進む。つまり移動体１１０は交差指電
極１０１から遠ざかる方向に進む。また、移動体１１０
の種類に関わらず、生成した弾性表面波１０３、１０４
は圧電基板１００の端部にある振動吸収材１０２により
吸収され、反射を起こさないようになっている。

【０００８】しかし、図７および図８に示す弾性表面波
モータでは、一方向の片側にしか移動体１１０を動かす
ことができない。そこで、移動体を１方向の両側に動か
す場合には、２つの交差指電極を対向配設した弾性表面
波モータが提案され（特開平９−２３３８６５）、ま
た、移動体を２方向の両側に動かす場合には、４つの交
差指電極のうちの２つの交差指電極を対向させると共
に、これらの対向方向とは垂直にして残り２つの交差指
電極を対向配設した弾性表面波モータが提案されている
（特開平１０−３２７５９０）。

【０００９】図９に、移動体を２方向の両側に動かす構
成の弾性表面波モータを示す。

【００１０】この弾性表面波モータは、圧電基板１２０
上に、同様な構成の交差指電極１２１、１２２、１２
３、１２４が上述したように配置され、各交差指電極に
は電源１２５、１２６、１２７、１２８が接続されてい
る。各電源１２５、１２６、１２７、１２８は、それぞ
れアンプ１２５ａ、１２６ａ、１２７ａ、１２８ａと、
波形発生器１２５ｂ、１２６ｂ、１２７ｂ、１２８ｂと
で構成されている。

【００１１】この弾性表面波モータにあっては、交差指
電極１２１により弾性表面波を励起すれば、図中の矢符
１の方向に移動体１１０は動き、交差指電極１２２によ
り弾性表面波を励起すれば、図中の矢符２の方向に移動
体１１０は動き、交差指電極１２３により弾性表面波を
励起すれば、図中の矢符３の方向に移動体１１０は動
き、交差指電極１２４により弾性表面波を励起すれば、
図中の矢符４の方向に移動体１１０は動く。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示す弾性表面波モータの場合は、４つある交差指電極に
それぞれ電源を設ける必要があるため、非常にコストが
高くなるという問題がある。

【００１３】そこで、図１０に示すように、４つある交
差指電極１２１、１２２、１２３、１２４に対し、切り
替えスイッチ１３０を間に介して１つの電源１３１を設
ける構成が考えられる。しかし、この構成とした場合に
は、スイッチ１３０の切り替え応答性などの問題が生じ
ると共に、対向する交差指電極により反射が大きくなる
という問題も生じる。

【００１４】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、スイッチの切り替え応答性を
考慮する必要がなく、また対向側の弾性表面波励起用駆
動電極による反射波の影響を低減でき、しかも安価な弾
性表面波モータを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波モー
タは、圧電基板の上を移動される移動体を挟んで、少な
くとも１対の弾性表面波励起用駆動電極が圧電基板上に
設けられ、この状態の圧電基板を１又は２以上有する弾
性表面波モータにおいて、上記駆動電極のそれぞれが異
なる中心周波数を持つように形成されていると共に、各
駆動電極と電気的に並列接続されて、各駆動電極に同じ
交流電圧を印加する駆動電源が１つ設けられ、上記駆動
電源が上記駆動電極の中心周波数に応じた駆動周波数を
有する交流電圧の一つを選択的に出力し、その出力した
交流電圧に対応する駆動電極が弾性表面波を励起して上
記移動体を、出力交流電圧の駆動周波数に対応する移動
方向に移動させるよう構成されている。

【００１６】この構成にあっては、駆動電源が上記駆動
電極の中心周波数に応じた駆動周波数を有する交流電圧
の一つを選択的に出力すると、その出力した交流電圧に
対応する中心周波数を持つ駆動電極が弾性表面波を励起
する。このため、各駆動電極と駆動電源との間にスイッ
チを設けなくとも、所望の駆動電極にて弾性表面波を励
起できるので、スイッチの応答性を考慮する必要がな
い。また、弾性表面波を励起する駆動電極とこれに対向
する駆動電極とが、異なる中心周波数で形成されている
ので、対向する駆動電極での反射波の影響を低減でき
る。また、複数の駆動電極に対して１つの駆動電源を配
した構成でよいので、コスト的に安価な弾性表面波モー
タを提供することが可能になる。

【００１７】また、本発明の弾性表面波モータにおい
て、前記駆動電極が１つの圧電基板上に配設された１つ
の移動体をｎ（ｎは２以上の整数）方向以上で挟むよう
に２ｎ以上配設され、前記駆動電源が２ｎ以上の駆動周
波数の交流電圧から一つを選択的に出力する構成とする
ことができる。この構成において、移動体を２（ｎ＝
２）方向で挟むように駆動電極を配設した場合には、移
動体を十字方向の任意な方向に移動させ得、更に、移動
体を多数の方向で挟むように駆動電極を配した場合に
は、例えば放射状の任意に方向に移動体を移動できるこ
とになる。

【００１８】また、本発明の弾性表面波モータにおい
て、移動体を挟んで１対の駆動電極が設けられた圧電基
板がｍ（ｍは２以上の整数）以上設けられ、前記駆動電
源が２ｍ以上の駆動周波数の交流電圧から一つを選択的
に出力する構成とすることができる。この構成において
は、ｍ個の圧電基板にそれぞれ設けた移動体を１方向の
往復方向に運動させることができる。よって、ｍ個の移
動体に、例えば一例として後述するような把持具の端部
を取り付けると、把持具の把持動作を行わせることが可
能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を具体
的に説明する。（第１実施形態）図１は、本実施形態に係る弾性表面波
モータを示す外観斜視図である。但し、配線は等価回路
として表している。

【００２０】この弾性表面波モータは、圧電基板１上
に、中心周波数を相互に変えた４つの弾性表面波励起用
駆動電極としての交差指電極２、３、４、５が設けら
れ、これら交差指電極２、３、４、５にて囲まれた中央
領域には移動体１１０が配置される。また、各交差指電
極２、３、４、５には、アンプ６ａと波形発生器６ｂと
からなる電源６が配線を介して接続されている。配線の
構成については後述する。

【００２１】圧電基板１はニオブ酸リチウムからなるも
のを使用している。移動体１１０の裏面には、弾性表面
波の振幅が数十ｎｍと非常に小さく、それ故に弾性表面
波の力を移動体駆動に取り出すことができるように、図
２に示すように突起１１０ａが設けられている。また、
移動体１１０を磁性体とし、裏面から磁力により引き付
け、圧電基板１に対して予圧が掛かるようにしている。
その大きさは、例えば予圧による摩擦力が０．５Ｎとな
るように設定している。

【００２２】電源６の波形発生器６ｂは、４種類の周波
数の交流電圧を発生するようになっている。ここで、４
つの周波数を、ｆｒ１、ｆｒ２、ｆｒ３、ｆｒ４とす
る。

【００２３】交差指電極２、３、４、５は、それぞれ波
長が４００μｍ、４５０μｍ、５００μｍ、５５０μｍ
で製作されており、電源６から与えられる波形に基づ
き、交差指電極２、３、４、５の各々により発生する弾
性表面波（レイリー波）の中心周波数はそれぞれｆｒ１
＝９．７ＭＨｚ、ｆｒ２＝８．６ＭＨｚ、ｆｒ３＝７．
８ＭＨｚ、ｆｒ４＝７．１ＭＨｚである。

【００２４】図３に駆動周波数を変化させたときの移動
体のＸ方向、Ｙ方向の速度を示す。Ｘ方向およびＹ方向
は、図１に示す方向である。

【００２５】この図３より理解されるように、それぞれ
の交差指電極の中心周波数でのみ、移動体は動き、その
移動方向はそれぞれの交差指電極に近付く方向である。
このため、電源６にて発生させる駆動周波数を選択使用
することにより、移動体の移動方向を制御できることと
なる。駆動周波数の選択使用は、例えばＬＣ発振回路の
Ｃの値を切り替え使用する手法を用いることができる。
なお、圧電基板の異方性、周波数の違いにより速度差が
見られたが、この速度差は電圧の調整により解消するこ
とができる。

【００２６】したがって、本実施形態の弾性表面波モー
タにおいては、下記表１にまとめるように、所望の周波
数を電源６にて発生させることにより、移動体を発生周
波数に応じた方向に動かすことができ、しかも駆動に用
いる交差指電極の中心周波数が対向する交差指電極の中
心周波数と異なるので、対向する交差指電極での反射に
よる悪影響を低減することができる。

【００２７】

【表１】

【００２８】図４に、交差指電極の製作と同時に交差指
電極間を結ぶ配線を製作した弾性表面波モータを示す。

【００２９】この弾性表面波モータは、圧電基板１の上
に４つの交差指電極２、３、４、５が図１と同様に形成
されている。交差指電極２、３、４、５を構成する各２
つの簾状電極２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５
ａ、５ｂのうちの片方の簾状電極２ａ、３ａ、４ａ、５
ａには、配線１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａが接続さ
れ、これらの配線１２ａ〜１５ａは点Ａで連結されてい
る。また、もう片方の簾状電極２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ
には、配線１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂが接続さ
れ、これらの配線１２ｂ〜１５ｂは点Ｂで連結されてお
り、上記点Ａと点Ｂとには、アンプ６ａと波形発生器６
ｂとからなる電源６が接続されている。つまり、各交差
指電極２、３、４、５に対して電源６は、電気的に並列
接続されている。

【００３０】このような構成にすることで、弾性表面波
モータでは配線を交差指電極と同時に製作することがで
きる。（第２実施形態）第２実施形態は、弾性表面波モータを
把持具の駆動に用いた場合である。図５に、第２実施形
態の弾性表面波モータの構成を示す。

【００３１】この弾性表面波モータは、板材２０の同一
面上に、２つの圧電基板２１、２２が取付けられ、圧電
基板２１には両端寄りの箇所に弾性表面波励起用駆動電
極としての交差指電極２３、２４が形成され、交差指電
極２３と圧電基板端との間には振動吸収材２７が形成さ
れ、交差指電極２４と圧電基板端との間には振動吸収材
２８が形成されている。また、圧電基板２２には両端寄
りの箇所に交差指電極２５、２６が形成され、交差指電
極２５と圧電基板端との間には振動吸収材２９が形成さ
れ、交差指電極２６と圧電基板端との間には振動吸収材
３０が形成されている。なお、振動吸収材２７〜３０は
右下がりのハッチングにて示している。

【００３２】上記４つの交差指電極２３、２４、２５、
２６は、第１実施形態と同様に、それぞれ波長が４００
μｍ、４５０μｍ、５００μｍ、５５０μｍで製作され
ており、電源６から与えられる波形に基づき、交差指電
極２、３、４、５の各々により発生する弾性表面波（レ
イリー波）の中心周波数はそれぞれｆｒ１＝９．７ＭＨ
ｚ、ｆｒ２＝８．６ＭＨｚ、ｆｒ３＝７．８ＭＨｚ、ｆ
ｒ４＝７．１ＭＨｚである。

【００３３】また、これら４つの交差指電極２３、２
４、２５、２６は、第１実施形態と同様の配線を介し
て、アンプ６ａと波形発生器６ｂとからなる１つの電源
と電気的に接続されている。この電源は、第１実施形態
と同様に４つの周波数、すなわちｆｒ１、ｆｒ２、ｆｒ
３、ｆｒ４の交流電圧の一つを選択的に発生する。

【００３４】圧電基板２１における２つの交差指電極２
３と２４との間には、移動体１１０が設けられ、また、
圧電基板２２における２つの交差指電極２５と２６との
間にも、同様の移動体１１０が設けられている。これら
２つの移動体１１０には、途中の支点４３の回りを回転
可能な２つの棒材４１、４２の一端４１ｂ、４２ｂが連
結されている。これら２つの棒材４１、４２は、把持具
４０を構成している。

【００３５】２つの移動体１１０のうちの少なくとも一
方を、電源からの所望周波数の交流電圧を交差指電極に
印加すると、該当する一つの交差指電極から弾性表面波
が発生し、１つの移動体１１０を所定方向に移動させ
る。この移動体１１０の移動に伴って、棒材４１、４２
のうちの該当するものが支点４３回りに回転し、棒材４
１、４２の他端の把持部４１ａ、４２ａの間で物体４４
を把持したり、離したりできる。

【００３６】このように構成された弾性表面波モータに
おいて、図６に示すように、電源がｆｒ１、ｆｒ３の駆
動周波数を高速に切り替えるように発生させると、２つ
の把持部４１ａ、４２ａが見掛け上同時に動き、物体４
４を把持する。

【００３７】なお、上述した第１、第２実施形態では弾
性表面波励起用駆動電極に交差指電極を用いているが、
本発明はこれに限らず、交差指電極以外の弾性表面波励
起用駆動電極を使用することができる。

【００３８】また、上述した第１実施形態では１つの圧
電基板上に４つの交差指電極を配設して、移動体を２方
向の両側に移動させるように構成しているが、本発明は
これに限らず、１つの圧電基板上で１つの移動体をｎ
（ｎは２以上の整数）方向以上で挟むように２ｎ以上の
駆動電極を配設し、駆動電源が２ｎ以上の駆動周波数の
交流電圧から一つを選択的に出力する構成としてもよい
ことは勿論である。

【００３９】また、上述した第２実施形態では２つの圧
電基板上に各々２つの交差指電極を配設して、各圧電基
板上で移動体を１方向の両側に移動させるように構成し
ているが、本発明はこれに限らず、移動体を挟んで１対
の駆動電極が設けられた圧電基板をｍ（ｍは２以上の整
数）以上設け、駆動電源が２ｍ以上の駆動周波数の交流
電圧から一つを選択的に出力する構成としてもよいこと
は勿論である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、駆動電源が駆動電極の中心周波数に応じた駆動周
波数を有する交流電圧の一つを選択的に出力すると、そ
の出力した交流電圧に対応する中心周波数を持つ駆動電
極が弾性表面波を励起する。このため、各駆動電極と駆
動電源との間にスイッチを設けなくとも、所望の駆動電
極にて弾性表面波を励起できるので、スイッチの切り替
え応答性を考慮する必要がない。また、弾性表面波を励
起する駆動電極とこれに対向する駆動電極とが、異なる
中心周波数で形成されているので、対向する駆動電極で
の反射波の影響を低減できる。また、複数の駆動電極に
対して１つの駆動電源を配した構成でよいので、コスト
的に安価な弾性表面波モータを提供することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る弾性表面波モータを示す外
観斜視図である。

【図２】（ａ）は第１実施形態に係る弾性表面波モータ
に用いた移動体を示す正面図、（ｂ）はその底面図であ
る。

【図３】（ａ）は図１の弾性表面波モータにおいて駆動
周波数を変化させたときの移動体のＹ方向の速度を、
（ｂ）は同様の移動体のＸ方向の速度を示す図である。

【図４】第１実施形態に係る弾性表面波モータにおい
て、交差指電極の製作と同時に交差指電極間を結ぶ配線
を製作したものを示す外観斜視図である。

【図５】第２実施形態の弾性表面波モータを把持具の駆
動に用いた構成を示す正面図である。

【図６】第２実施形態の弾性表面波モータにおける電源
が駆動周波数（ｆｒ１、ｆｒ３）を高速に切り替える例
を示す図である。

【図７】従来の弾性表面波モータを示す平面図である。

【図８】（ａ）は従来の弾性表面波モータにて固体の移
動体を駆動させる場合を示す正面図、（ｂ）は同様に液
体の移動体を駆動させる場合を示す正面図である。

【図９】従来の弾性表面波モータであって、移動体を２
方向の両側に動かす構成のものを示す外観斜視図であ
る。

【図１０】従来の弾性表面波モータであって、４つある
交差指電極に対し、切り替えスイッチを間に介して１つ
の電源を設けた構成のものを示す外観斜視図である。

【符号の説明】

１圧電基板２、３、４、５交差指電極（弾性表面波励起用駆動電
極）６電源２０板材２１、２２圧電基板２３、２４、２５、２６交差指電極（弾性表面波励起
用駆動電極）４０把持具１１０移動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H680 AA00 AA06 AA08 AA19 BB13 CC08 DD01 DD23 DD53 DD76 DD82 FF25 FF32 FF36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電基板の上を移動される移動体を挟ん
で、少なくとも１対の弾性表面波励起用駆動電極が圧電
基板上に設けられ、この状態の圧電基板を１又は２以上
有する弾性表面波モータにおいて、上記駆動電極のそれぞれが異なる中心周波数を持つよう
に形成されていると共に、各駆動電極と電気的に並列接
続されて、各駆動電極に同じ交流電圧を印加する駆動電
源が１つ設けられ、上記駆動電源が上記駆動電極の中心周波数に応じた駆動
周波数を有する交流電圧の一つを選択的に出力し、その
出力した交流電圧に対応する駆動電極が弾性表面波を励
起して上記移動体を、出力交流電圧の駆動周波数に対応
する移動方向に移動させるよう構成されていることを特
徴とする弾性表面波モータ。
【請求項２】前記駆動電極が１つの圧電基板上に配設
された１つの移動体をｎ（ｎは２以上の整数）方向以上
で挟むように２ｎ以上配設され、前記駆動電源が２ｎ以
上の駆動周波数の交流電圧から一つを選択的に出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波モータ。
【請求項３】移動体を挟んで１対の駆動電極が設けら
れた圧電基板がｍ（ｍは２以上の整数）以上設けられ、
前記駆動電源が２ｍ以上の駆動周波数の交流電圧から一
つを選択的に出力することを特徴とする請求項１に記載
の弾性表面波モータ。