JP2007259670A - 弾性表面波アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】弾性表面波アクチュエータ1は、駆動用の弾性表面波を励振する駆動用励振手段2を有した圧電基板10と、圧電基板10の表面に配置され駆動用の弾性表面波により圧電基板10に対して相対的に移動される移動体3と、移動体3の圧電基板10に対する相対位置の検出に用いる検出用の弾性表面波を励振する検出用励振手段4と、検出用励振手段4によって励振された弾性表面波w1が移動体3によって反射されて戻ってくる波w2を検出する表面波検出手段5と、移動体3の圧電基板10に対する相対移動を制御する制御手段6と、を備える。制御手段6は、弾性表面波w1が前記検出用励振手段4により励振されてから表面波検出手段5によって検出されるまでの時間に基づいて移動体3の相対的位置を検出して移動体3の移動を制御する。
【選択図】図1
Description
図1(a)(b)は本発明の第1実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1の全体構成を模式的に示し、図2(a)〜(c)は弾性表面波アクチュエータ1における位置検出用の弾性表面波の送波と受波の信号強度と時間計測の様子を示す。弾性表面波アクチュエータ1は、図1(a)に示すように、駆動用の弾性表面波を励振する駆動用励振手段2を有した圧電基板10と、圧電基板10の表面に配置され駆動用励振手段2によって励振された弾性表面波により圧電基板10に対して相対的に移動される移動体3と、を備えている。本図及び以下に示す図において、図の左右方向が移動体3の移動方向であり、この方向を圧電基板10及び弾性表面波アクチュエータ1の左右方向として引用する。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第2実施形態について説明する。図3(a)〜(c)は、第2実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1の一部主要本体部分を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、移動体3の底面に、位置検出用の弾性表面波を励振する検出用励振手段4、及び表面波検出手段5を設けたものである。検出用励振手段4と表面波検出手段5は、同じ櫛形電極を共用して構成される。移動体3は、圧電基板10と同様に、圧電材料で形成される。圧電基板10の端部には、弾性表面波反射構造体11が設けられている。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第3実施形態について説明する。図4は、第3実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1の本体の一部を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、検出用励振手段4が、圧電基板10と移動体3のいずれか一方に備えられ、表面波検出手段5が、圧電基板10と移動体3のうち検出用励振手段4を備えていない方に備えられたものである。表面波検出手段5は、検出用励振手段4によって励振され送波された弾性表面波を(反射なしに)、直接検出する。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第4実施形態について説明する。図5は本発明の第4実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの本体部分を示し、図6は、弾性表面波アクチュエータ1における駆動波、位置検出用の送波w1と受波w2の各信号強度c,a,bと相互の時間関係を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、図5に示すように、駆動用励振手段2と検出用励振手段4とを共通の櫛形電極で構成し、その励振手段の動作を時間的に分割して行わせることにより駆動用及び検出用の弾性表面波を時間的に分離して励振して移動体3の駆動と移動体3の位置検出とを行うものである。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第5実施形態について説明する。図7は、本発明の第5実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの本体部分を示し、図8は、弾性表面波アクチュエータ1における駆動用、及び位置検出用の弾性表面波の周波数分布を示し、図9は、弾性表面波アクチュエータ1における駆動用の弾性表面波(駆動波)、位置検出用の送波w1と受波w2の信号強度c,a1,b1等と時間関係を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、図7に示すように、駆動用励振手段2と、表面波検出手段5と共用される検出用励振手段4と、を備え、移動体3によって反射された弾性表面波(受波w2)を検出するものであり、駆動用励振手段2と検出用励振手段4とが、互いに異なる周波数f1,f2の弾性表面波を励振するものである。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第6実施形態について説明する。図10は、本発明の第6実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの本体部分を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、検出用励振手段4を複数備え、各励振手段4による弾性表面波に基づく複数の位置検出値に基づいて移動体3の位置を算出するものである。例えば、この弾性表面波アクチュエータ1は、図10に示すように、検出用励振手段4及びこれと兼用の表面波検出手段5を移動体3の移動領域の左右に備えている。すなわち移動体3の左右の距離が検出される。
L1=Δt1×C/2。
しかしながら、圧電基板10の材料ロットのばらつきなどにより、弾性表面波の伝搬速度が、C+ΔC、に変化すると、距離L1は、L1=Δt1×(C+ΔC)、となり、Δtl×ΔC、の誤差が生じる。なお、このような伝搬速度のばらつきは、圧電基板10の材料ロットの特性ばらつきの他に、例えば、動作環境(温度や湿度)の変化などに起因して発生する。
L1=L0×L1/(L1+L2)、
=L0×(Δt1×C/2)/(Δt1×C/2+Δt2×C/2)、
=L0×Δt1/(Δt1+Δt2)。
この式にはCが含まれていないので、たとえ、弾性表面波の進行速度が、C+ΔC、に変化しても、距離L1の値は変化しないことになる。つまり、検出用励振手段4を複数設け、以下のように計算して移動体の位置を求めることにより、精度良く移動体3の位置を検出することができる。
L1=L0×Δt1/(Δt1+Δt2)。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第7実施形態について説明する。図11(a)(b)は本発明の第7実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1の駆動状態と移動体3の位置測定の状態を示す。また、図12(a0)〜(a3)は図5に示した弾性表面波アクチュエータ1における位置検出を示し、図11(b0)〜(b3)は、図11(b)に示した弾性表面波アクチュエータ1における位置検出を示す。この第7実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1は、駆動用励振手段2の一部を用いて検出用励振手段4及び表面波検出手段5を構成するものである。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第8実施形態について説明する。図13(a)(b)は、弾性表面波アクチュエータ1における移動体3による反射波の減衰とその抑制について示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、移動体3の圧電基板10に対向する底面に、配列ピッチpが、弾性表面波の波長λ、整数nを用いて、p=n×λ/2、となる突起31を複数備えたものである。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第9実施形態について説明する。図14は本発明の第9実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1の本体部分を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、図14に示すように、圧電基板10の移動体3が移動する移動領域の左側に検出用励振手段4兼表面波検出手段5を設け、右両に表面波検出手段5を設け、位置検出用の弾性表面波w1が移動体3で反射した波w2と、移動体3によって反射せずに直進した波w0とを検出して移動体3の位置を検出するものである。
L1=Δt1×C/2。
L1=L0×(L1/L0)、
=L0×(Δt1×C/2)/(Δt0×C)、
=L0×(Δt1/Δt0)/2。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第10実施形態について説明する。図15は、本発明の第10実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1の本体部分を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、図15に示すように、圧電基板10の移動体3が移動する移動領域の左側に検出用励振手段4兼表面波検出手段5を設け、そのさらに左側に追加の検出用励振手段40を設け、位置検出用の弾性表面波w1が移動体3で反射した波w2と、追加の検出用励振手段40によって励振された波w4と、を表面波検出手段5よって検出して移動体3の位置を検出するものである。
L1=Δt1×C/2。
L1=L4×(L1/L4)、
=L4×(Δt1×C/2)/(Δt3×C)、
=L4×(Δt1/Δt3)/2。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第11実施形態について説明する。図16(a)(b)は本発明の第11実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの移動体3周辺の要部を示し、図17は移動体3による弾性表面波の偏向の様子を示し、図18は弾性表面波アクチュエータ1を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、移動体3が位置検出用の弾性表面波w1の伝搬方向を偏向して、振れ角が略90゜の方向に向かう波w2とするものである。
L1=Δta×C−La。
L1=(Δta+Δtb)×C−(La+Lb)。
次に、弾性表面波アクチュエータ1の第12実施形態について説明する。図20(a)(b)は本発明の第12実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ1の本体部分と移動体3を示す。この弾性表面波アクチュエータ1は、検出用励振手段4を圧電基板10に設け、弾性表面波を検出する2つの表面波検出手段5c、5dを移動体3に設けたものである。なお、表面波検出手段は複数設けることができる。
L1=Δt1×C。
L1=L4×(L1/L4)、
=L4×(Δt1×C)/(Δt4×C−Δt1×C)、
=L4×Δt1/(Δt4−Δt1)。
2 駆動用励振手段
3 移動体
4 検出用励振手段
5 表面波検出手段
6 制御手段
10 圧電基板
11 反射用構造体(反射体)
Claims (7)
- 駆動用の弾性表面波を励振する駆動用励振手段を有した圧電基板と、前記圧電基板の表面に配置され前記駆動用励振手段によって励振された弾性表面波により当該圧電基板に対して相対的に移動される移動体と、を備えた弾性表面波アクチュエータにおいて、
前記移動体の当該圧電基板に対する相対位置の検出に用いる検出用の弾性表面波を励振する検出用励振手段と、
前記検出用励振手段によって励振された弾性表面波を検出する表面波検出手段と、
前記移動体の相対的な移動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記検出用の弾性表面波が前記検出用励振手段により励振されてから前記表面波検出手段によって検出されるまでの時間に基づいて前記移動体の前記圧電基板に対する相対的な位置を検出し、その位置データを用いて、当該移動体の前記圧電基板に対する相対的な移動を制御することを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。 - 前記検出用励振手段と前記表面波検出手段は、前記圧電基板と移動体のいずれか一方に共に備えられ、前記表面波検出手段は、前記検出用励振手段によって励振され送波された弾性表面波が当該圧電基板と移動体の相対距離を規定する反射体によって反射されて戻ってきた波を検出することを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波アクチュエータ。
- 前記検出用励振手段は、前記圧電基板と移動体のいずれか一方に備えられ、前記表面波検出手段は、前記圧電基板と移動体のうち前記検出用励振手段を備えていない方に備えられ、前記表面波検出手段は、前記検出用励振手段によって励振され送波された弾性表面波を直接検出することを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波アクチュエータ。
- 前記駆動用励振手段と前記検出用励振手段とを共通の手段で構成し、その励振手段の動作を時間的に分割して行わせることにより駆動用及び検出用の弾性表面波を時間的に分離して励振して前記移動体の駆動と当該移動体の位置検出とを行うことを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波アクチュエータ。
- 前記駆動用励振手段と前記検出用励振手段とは、互いに異なる周波数の弾性表面波を励振することを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波アクチュエータ。
- 前記検出用励振手段を複数備え、各励振手段による弾性表面波に基づく複数の位置検出値に基づいて前記移動体の位置を算出することを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波アクチュエータ。
- 前記駆動用励振手段の一部を用いて前記検出用励振手段を構成することを特徴とする請求項4に記載の弾性表面波アクチュエータ。
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