JP3466690B2 - 弾性表面波リニアモータ - Google Patents
弾性表面波リニアモータInfo
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- JP3466690B2 JP3466690B2 JP02242194A JP2242194A JP3466690B2 JP 3466690 B2 JP3466690 B2 JP 3466690B2 JP 02242194 A JP02242194 A JP 02242194A JP 2242194 A JP2242194 A JP 2242194A JP 3466690 B2 JP3466690 B2 JP 3466690B2
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平面上に励振された、
弾性表面波の進行波を用いたリニアモータに関するもの
である。
弾性表面波の進行波を用いたリニアモータに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、物体を直接駆動するモータとして
超音波モータが知られている。
超音波モータが知られている。
【０００３】超音波モータは、超音波振動子で発生した
固体中の機械振動を、主に摩擦力を介して、外部へ駆動
力として取り出し、直線運動あるいは回転運動へと変換
する固体アクチュエータである。駆動力源を圧電セラミ
ックと金属で構成し、力の伝達に摩擦駆動（トラクショ
ン駆動）を用いたことにより、剛性が高く、発生力が大
きいという特徴がある。
固体中の機械振動を、主に摩擦力を介して、外部へ駆動
力として取り出し、直線運動あるいは回転運動へと変換
する固体アクチュエータである。駆動力源を圧電セラミ
ックと金属で構成し、力の伝達に摩擦駆動（トラクショ
ン駆動）を用いたことにより、剛性が高く、発生力が大
きいという特徴がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の超音波モータの駆動周波数は、１０〜１００ｋ
Ｈｚ程度であったため、微小物体の２次元的移動には不
向きであった。つまり、これまで高周波化に伴い、振動
振幅が減少するため、ＭＨｚ帯での物体の直接駆動は困
難と考えられていた。
た従来の超音波モータの駆動周波数は、１０〜１００ｋ
Ｈｚ程度であったため、微小物体の２次元的移動には不
向きであった。つまり、これまで高周波化に伴い、振動
振幅が減少するため、ＭＨｚ帯での物体の直接駆動は困
難と考えられていた。
【０００５】本発明は、かかる状況に鑑みて、弾性表面
波を用いて、物体の直接駆動を行い得る弾性表面波リニ
アモータを提供することを目的とする。
波を用いて、物体の直接駆動を行い得る弾性表面波リニ
アモ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】本発明は、上記目的を達
成するために、弾性表面波リニアモータにおいて、圧電
材料からなる板状固定子と、この板状固定子の周辺部の
正方形状の４辺にそれぞれ配置される４個の簾状電極
と、この簾状電極を励振させる高周波電源と、前記板状
固定子上の４個の簾状電極によって囲まれる内部の２次
元平面上にセットされる少なくとも３点接触部を有する
移動子とを備え、前記４個の簾状電極を選択的に励振さ
せ、前記移動子を前記２次元平面上で２次元方向に駆動
可能にするようにしたものである。
成するために、弾性表面波リニアモータにおいて、圧電
材料からなる板状固定子と、この板状固定子の周辺部の
正方形状の４辺にそれぞれ配置される４個の簾状電極
と、この簾状電極を励振させる高周波電源と、前記板状
固定子上の４個の簾状電極によって囲まれる内部の２次
元平面上にセットされる少なくとも３点接触部を有する
移動子とを備え、前記４個の簾状電極を選択的に励振さ
せ、前記移動子を前記２次元平面上で２次元方向に駆動
可能にするようにしたものである。
【０００７】以下、具体的に、前記簾状電極は数ＭＨ
ｚから数１００ＭＨｚの弾性表面波を励振する。その弾
性表面波はレイリー波である。
ｚから数１００ＭＨｚの弾性表面波を励振する。その弾
性表面波はレイリー波である。
【０００８】前記移動子は３個のボールと、そのボー
ルを支持する支持体とを具備する。
ルを支持する支持体とを具備する。
【０００９】 前記板状固定子の簾状電極に印加する高
周波の振幅値を変えることにより、移動子の移動速度を
制御してなる。
周波の振幅値を変えることにより、移動子の移動速度を
制御してなる。
【００１０】
【作用】本発明によれば、固定子を構成する弾性表面波
を励振する媒体には、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料
を用いる。この基板の表面に、簾状電極を配置し、数Ｍ
Ｈｚから数１００ＭＨｚの弾性表面波（レイリー波）を
励振する。
を励振する媒体には、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料
を用いる。この基板の表面に、簾状電極を配置し、数Ｍ
Ｈｚから数１００ＭＨｚの弾性表面波（レイリー波）を
励振する。
【００１１】また、複数の簾状電極を配置し、励振用電
極を切り替えることで、振動の伝搬方向を変えることが
できる。
極を切り替えることで、振動の伝搬方向を変えることが
できる。
【００１２】駆動原理はたわみ波の進行波を用いた超音
波モータと同様である。
波モータと同様である。
【００１３】移動子（スライダー）の接触部は、接触圧
力を高めるような球面などの形状としている。
力を高めるような球面などの形状としている。
【００１４】これにより、従来不可能とされた、弾性表
面波による超音波モータを実現することができる。
面波による超音波モータを実現することができる。
【００１５】因みに、移動子の移動速度は、数１０ｃｍ
／秒程度が可能である。
／秒程度が可能である。
【００１６】また、固定子の簾状電極に印加する高周波
の振幅値（ＶP-P ）を変えることにより、移動子の移動
速度を制御することができる。つまり、駆動電圧が大き
くなると、移動速度は大になり、駆動電圧が小さくなる
と、移動速度は小さくなり、１０ＭＨｚで１０ｃｍ／秒
〜１００ｃｍ／秒を得ることができる。
の振幅値（ＶP-P ）を変えることにより、移動子の移動
速度を制御することができる。つまり、駆動電圧が大き
くなると、移動速度は大になり、駆動電圧が小さくなる
と、移動速度は小さくなり、１０ＭＨｚで１０ｃｍ／秒
〜１００ｃｍ／秒を得ることができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１８】図１は本発明の第１の実施例を示す弾性表
面波リニアモータの斜視図、図２はその弾性表面波リニ
アモータの簾状電極の平面図、図３はその弾性表面波リ
ニアモータの移動子（スライダー）の裏面図である。
面波リニアモータの斜視図、図２はその弾性表面波リニ
アモータの簾状電極の平面図、図３はその弾性表面波リ
ニアモータの移動子（スライダー）の裏面図である。
【００１９】これらの図において、１は固定子であり、
弾性表面波を励振する媒体からなる。この媒体として
は、例えば、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を用いる。
この固定子１としての基板の表面に、櫛歯状電極が対に
なった簾状電極２を配置し、簾状電極２には高周波電源
４が接続され、数ＭＨｚから数１００ＭＨｚの弾性表面
波で励振する。
弾性表面波を励振する媒体からなる。この媒体として
は、例えば、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を用いる。
この固定子１としての基板の表面に、櫛歯状電極が対に
なった簾状電極２を配置し、簾状電極２には高周波電源
４が接続され、数ＭＨｚから数１００ＭＨｚの弾性表面
波で励振する。
【００２０】すると、移動子（スライダー）３は簾状電
極２側へと駆動される。
極２側へと駆動される。
【００２１】以下、具体的に説明する。
【００２２】簾状電極２の寸法は、図２に示すように、
対向する両側に端子部１１，１２を有し、それらの端子
部１１，１２からそれぞれ長さ２５ｍｍ、線幅７５μｍ
で、ピッチ３００μｍの電極が設けられ、互いに組み合
わされている。この簾状電極２の幅は１０ｍｍ、端子部
１１と１２の最外側の幅は４２ｍｍである。
対向する両側に端子部１１，１２を有し、それらの端子
部１１，１２からそれぞれ長さ２５ｍｍ、線幅７５μｍ
で、ピッチ３００μｍの電極が設けられ、互いに組み合
わされている。この簾状電極２の幅は１０ｍｍ、端子部
１１と１２の最外側の幅は４２ｍｍである。
【００２３】一方、移動子（スライダー）３は、図３に
示すように、ボール２１（直径０．５〜３ｍｍ）３個を
リング状の支持体２２（直径６ｍｍ）に固定したものを
用いる。ここで、ボール２１はその固定子１への接触面
が正規できれいな球面が形成されているものを用いる。
つまり、固定子１へは移動子３の３点がすべて接触する
ことになり、接触圧力を高めることができ、当たりをよ
くすることができる。当然、当たりをよくすることがで
きるのであれば、４点接触以上であってもよい。
示すように、ボール２１（直径０．５〜３ｍｍ）３個を
リング状の支持体２２（直径６ｍｍ）に固定したものを
用いる。ここで、ボール２１はその固定子１への接触面
が正規できれいな球面が形成されているものを用いる。
つまり、固定子１へは移動子３の３点がすべて接触する
ことになり、接触圧力を高めることができ、当たりをよ
くすることができる。当然、当たりをよくすることがで
きるのであれば、４点接触以上であってもよい。
【００２４】このように配置された弾性表面波リニアモ
ータは、図４に示すように、固定子３１である弾性体中
を弾性波３２が伝搬する際に、弾性体表面の粒子が楕円
軌跡３３を描いて運動することを利用して、そこに、移
動子３４のボール３５を当接させ、摩擦力を介して、超
音波振動を一方向への運動へと変換することにより、駆
動される。摩擦駆動の場所は時間とともに移動し、常に
固定子３１から移動子３４への駆動力が伝達される。
ータは、図４に示すように、固定子３１である弾性体中
を弾性波３２が伝搬する際に、弾性体表面の粒子が楕円
軌跡３３を描いて運動することを利用して、そこに、移
動子３４のボール３５を当接させ、摩擦力を介して、超
音波振動を一方向への運動へと変換することにより、駆
動される。摩擦駆動の場所は時間とともに移動し、常に
固定子３１から移動子３４への駆動力が伝達される。
【００２５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。
する。
【００２６】図５は本発明の第２の実施例を示す弾性表
面波リニアモータの斜視図、図６はその弾性表面波リニ
アモータの固定子の平面図、図７はその弾性表面波リニ
アモータの移動子（スライダー）の裏面図である。
面波リニアモータの斜視図、図６はその弾性表面波リニ
アモータの固定子の平面図、図７はその弾性表面波リニ
アモータの移動子（スライダー）の裏面図である。
【００２７】固定子（基板）４１を構成する圧電材料と
して、１２７．８°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 （ニオ
ブ酸リチウム）を用いた。図６に示すように、櫛形電極
を４対設けることで、２軸４方向へ表面波を励振できる
ようにした。ここで、固定子（基板）４１の厚みは２ｍ
ｍ、直径は７５ｍｍとし、４対の櫛形電極（簾状電極）
４２〜４５に囲まれる部分がステージである。
して、１２７．８°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 （ニオ
ブ酸リチウム）を用いた。図６に示すように、櫛形電極
を４対設けることで、２軸４方向へ表面波を励振できる
ようにした。ここで、固定子（基板）４１の厚みは２ｍ
ｍ、直径は７５ｍｍとし、４対の櫛形電極（簾状電極）
４２〜４５に囲まれる部分がステージである。
【００２８】固定子（基板）４１の異方性のため、Ｘ軸
方向で９．５７ＭＨｚ、それに垂直なＹ軸方向で９．２
０ＭＨｚで効率よくレイリー波が励振された。
方向で９．５７ＭＨｚ、それに垂直なＹ軸方向で９．２
０ＭＨｚで効率よくレイリー波が励振された。
【００２９】交流電圧７０ＶP-P に対し、振動変位振幅
４〜６ｎｍ、振動速度振幅２４〜３６ｃｍ／ｓであっ
た。
４〜６ｎｍ、振動速度振幅２４〜３６ｃｍ／ｓであっ
た。
【００３０】移動子５１は、図７に示すようなリング状
支持体（ワッシャ）５３に、ボール５２を３つ接着した
構造とした。３つのボール５２が固定子４１のステージ
と接触する。
支持体（ワッシャ）５３に、ボール５２を３つ接着した
構造とした。３つのボール５２が固定子４１のステージ
と接触する。
【００３１】これは、接触圧力を大きく（５００ＭＰａ
程度）するよう留意した形状となっている。
程度）するよう留意した形状となっている。
【００３２】半径０．５〜２ｍｍのスチールボール、ル
ビーボールでは超音波モータとしての動作が確認され
た。移動子は摩擦駆動の結果として、駆動電極側へ移動
した。接触面を清浄に保つことで、良好な動作状態が保
たれた。移動速度は６ｃｍ／ｓ程度であった。潤滑油を
用いた場合も同じような結果が得られたが、移動の速度
は低下した。駆動電圧を変化することで移動速度の制御
が可能である。
ビーボールでは超音波モータとしての動作が確認され
た。移動子は摩擦駆動の結果として、駆動電極側へ移動
した。接触面を清浄に保つことで、良好な動作状態が保
たれた。移動速度は６ｃｍ／ｓ程度であった。潤滑油を
用いた場合も同じような結果が得られたが、移動の速度
は低下した。駆動電圧を変化することで移動速度の制御
が可能である。
【００３３】また、Ｘ、Ｙ方向とも同じように駆動する
ことができた。電圧を変化することで任意の方向に移動
できた。
ことができた。電圧を変化することで任意の方向に移動
できた。
【００３４】簾状電極４２〜４５の寸法は、前記した第
１の実施例と同様であり、対向する両側に端子部を有
し、それらの端子部からそれぞれ長さ２５ｍｍ、線幅７
５μｍで、ピッチ３００μｍの電極が設けられ、互いに
組み合わされている。この簾状電極４２〜４５の幅は１
０ｍｍ、端子部の最外側の幅は４２ｍｍである。
１の実施例と同様であり、対向する両側に端子部を有
し、それらの端子部からそれぞれ長さ２５ｍｍ、線幅７
５μｍで、ピッチ３００μｍの電極が設けられ、互いに
組み合わされている。この簾状電極４２〜４５の幅は１
０ｍｍ、端子部の最外側の幅は４２ｍｍである。
【００３５】一方、移動子（スライダー）５１は、図７
に示すように、３個のボール５２（直径０．５〜３ｍ
ｍ）をリング状の支持体５３（外径６ｍｍ）に固定した
ものを用いる。ここで、ボール５２はその固定子４１へ
の接触面が正規できれいな球面が形成されているものを
用いる。それにより、固定子４１へは移動子５１の３点
がすべて接触することになり、当たりをよくすることが
できる。当然、当たりをよくすることができれば、４点
接触以上であってもよい。
に示すように、３個のボール５２（直径０．５〜３ｍ
ｍ）をリング状の支持体５３（外径６ｍｍ）に固定した
ものを用いる。ここで、ボール５２はその固定子４１へ
の接触面が正規できれいな球面が形成されているものを
用いる。それにより、固定子４１へは移動子５１の３点
がすべて接触することになり、当たりをよくすることが
できる。当然、当たりをよくすることができれば、４点
接触以上であってもよい。
【００３６】上記したように、櫛歯状電極が対になった
４個の簾状電極４２〜４５を配置し、高周波電源６１は
スイッチング回路６２を介して４個の簾状電極４２〜４
５に接続され、４個の簾状電極４２〜４５は選択され
て、数ＭＨｚから数１００ＭＨｚの弾性表面波を励振す
る。
４個の簾状電極４２〜４５を配置し、高周波電源６１は
スイッチング回路６２を介して４個の簾状電極４２〜４
５に接続され、４個の簾状電極４２〜４５は選択され
て、数ＭＨｚから数１００ＭＨｚの弾性表面波を励振す
る。
【００３７】すると、移動子（スライダー）５１は励振
される簾状電極側へと駆動される。
される簾状電極側へと駆動される。
【００３８】図６に示すように、固定子４１には４個の
簾状電極４２〜４５を正方形の４辺に配置し、その正方
形内に、移動子５１を配置する。そこで、簾状電極４２
〜４５のいずれかに、高周波電源６１を接続して高周波
を印加して、いずれかの簾状電極を励振させることによ
り、その励振された電極側へ移動子５１を駆動すること
ができる。例えば、簾状電極４３を励振させることによ
り、Ｘ軸方向へ移動子５１を駆動することができ、簾状
電極４４を励振させることにより、Ｙ軸方向へ移動子５
１を駆動することができる。すなわち、複数個配置され
る簾状電極４２〜４５の切り替えにより、振動の伝搬方
向を変えることができ、移動子５１の平面上の２次元的
移動が可能である。
簾状電極４２〜４５を正方形の４辺に配置し、その正方
形内に、移動子５１を配置する。そこで、簾状電極４２
〜４５のいずれかに、高周波電源６１を接続して高周波
を印加して、いずれかの簾状電極を励振させることによ
り、その励振された電極側へ移動子５１を駆動すること
ができる。例えば、簾状電極４３を励振させることによ
り、Ｘ軸方向へ移動子５１を駆動することができ、簾状
電極４４を励振させることにより、Ｙ軸方向へ移動子５
１を駆動することができる。すなわち、複数個配置され
る簾状電極４２〜４５の切り替えにより、振動の伝搬方
向を変えることができ、移動子５１の平面上の２次元的
移動が可能である。
【００３９】第１の実施例で示したように、移動子５１
の接触部は、接触圧力を高めるような球面等の形状とす
るのが望ましい。
の接触部は、接触圧力を高めるような球面等の形状とす
るのが望ましい。
【００４０】その結果、接触状態に留意することで、移
動子５１の６ｃｍ／ｓでの駆動に成功した。
動子５１の６ｃｍ／ｓでの駆動に成功した。
【００４１】このように、従来不可能とされた、弾性表
面波による超音波モータを実現することができた。
面波による超音波モータを実現することができた。
【００４２】また、上記実施例では、固定子としてはニ
オブ酸リチウムを用いたが、これに代えて圧電材料とし
て、タンタル酸リチウムを用いるようにしてもよい。
オブ酸リチウムを用いたが、これに代えて圧電材料とし
て、タンタル酸リチウムを用いるようにしてもよい。
【００４３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００４４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、弾性表面波を用いて、物体の直接駆動を行い得
る弾性表面波リニアモータを得ることができた。
よれば、弾性表面波を用いて、物体の直接駆動を行い得
る弾性表面波リニアモータを得ることができた。
【００４５】また、複数個配置される簾状電極の切り替
えにより、振動の伝搬方向を変えることができ、移動子
の平面上の２次元的移動が可能である。
えにより、振動の伝搬方向を変えることができ、移動子
の平面上の２次元的移動が可能である。
【図１】本発明の第１の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの斜視図である。
モータの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの簾状電極の平面図である。
モータの簾状電極の平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの移動子（スライダー）の裏面図である。
モータの移動子（スライダー）の裏面図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの駆動原理の説明図である。
モータの駆動原理の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの斜視図である。
モータの斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの固定子の平面図である。
モータの固定子の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施例を示す弾性表面波リニア
モータの移動子（スライダー）の裏面図である。
モータの移動子（スライダー）の裏面図である。
１，３１，４１ 固定子
２，４２〜４５ 簾状電極
３，３４，５１ 移動子（スライダー）
４，６１ 高周波電源
１１，１２ 端子部
２１，３５，５２ ボール
２２，５３ 支持体３２
弾性波 ３３
楕円軌跡
６２ スイッチング回路
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−295881（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−215871（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−107651（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−15572（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−30469（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−259840（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−91713（ＪＰ，Ａ)
実開 平１−106453（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
Claims (5)
- 【請求項１】（ａ）圧電材料からなる板状固定子と、 （ｂ）該板状固定子の周辺部の正方形状の４辺にそれぞ
れ配置される４個の簾状電極と、 （ｃ）該簾状電極を励振させる高周波電源と、 （ｄ）前記板状固定子上の４個の簾状電極によって囲ま
れる内部の２次元平面上にセットされる少なくとも３点
接触部を有する移動子とを備え、 （ｅ）前記４個の簾状電極を選択的に励振させ、前記移
動子を前記２次元平面上で２次元方向に駆動可能に する
ことを特徴とする弾性表面波リニアモータ。 - 【請求項２】 前記簾状電極は数ＭＨｚから数１００Ｍ
Ｈｚの弾性表面波を励振する請求項１記載の弾性表面波
リニアモータ。 - 【請求項３】 前記弾性表面波はレイリー波である請求
項２記載の弾性表面波リニアモータ。 - 【請求項４】 前記移動子は３個のボールと、該ボール
を支持する支持体とを具備する請求項１記載の弾性表面
波リニアモータ。 - 【請求項５】 前記板状固定子の簾状電極に印加する高
周波の振幅値を変えることにより、移動子の移動速度を
制御してなる請求項１記載の弾性表面波リニアモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02242194A JP3466690B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 弾性表面波リニアモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02242194A JP3466690B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 弾性表面波リニアモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07231685A JPH07231685A (ja) | 1995-08-29 |
| JP3466690B2 true JP3466690B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=12082221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02242194A Expired - Fee Related JP3466690B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 弾性表面波リニアモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3466690B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001238473A (ja) | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Minolta Co Ltd | 弾性表面波モータ |
| US7911112B2 (en) | 2005-12-15 | 2011-03-22 | Panasonic Corporation | Ultrasonic actuator |
| JP4209463B2 (ja) | 2007-03-15 | 2009-01-14 | パナソニック株式会社 | 超音波アクチュエータ |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS59215871A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-05 | Usac Electronics Ind Co Ltd | ドツトプリンタのワイヤ駆動方法 |
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