JP4623642B2

JP4623642B2 - 弾性表面波モータ

Info

Publication number: JP4623642B2
Application number: JP2005090995A
Authority: JP
Inventors: 陽平石上; 実黒澤
Original assignee: Panasonic Corp; Tokyo Institute of Technology NUC; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: JP2006280023A

Description

本発明は、弾性表面波モータに関する。

従来から、弾性体の表面を伝搬するレイリー波（弾性表面波）の楕円振動を利用した弾性表面波モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の弾性表面波モータを、図５を参照して説明する。この弾性表面波モータは、ステータとなる弾性表面波素子２と弾性表面波素子２上で駆動されて直線移動を行うスライダ３とを備えたリニアモータである。弾性表面波素子２の表面には、互いに離れて配置された弾性表面波励振用のいわゆる櫛形電極（ＩＤＴ：インター・ディジタル・トランスジューサ）２１，２２が形成されている。スライダ３は、図示しない予圧付与手段によって予圧Ｆを加えられて弾性表面波素子２の表面に押圧されている。

この状態で、一方の櫛形電極２１に所定の周波数の高周波（ＭＨｚ帯）電圧を印加すると、櫛形電極２１によって電気的エネルギが波の機械的エネルギに変換され、図の右向きに進む弾性表面波Ｗ０が発生する。すると、弾性表面波Ｗ０の楕円振動が摩擦力を介してスライダ３に伝達され、スライダ３が、弾性表面波Ｗ０の進行方向とは逆の方向（図の左方）に駆動される。同様に、他方の櫛形電極２２に高周波電圧を印加すると、スライダ３が図の右方向に駆動される。

上述の予圧Ｆはスライダ３を駆動する摩擦力の発生に必要である。また、弾性表面波Ｗ０の振幅は弾性表面波素子２の表面粗さに比べて小さいため、弾性表面波素子２の表面と接触するスライダ３の接触面３０が平らであると有効な摩擦力が得られないので、スライダ３の接触面３０には多数の突起が形成されている。このような構成による弾性表面波モータは、高速、高応答、高推力という優れた動作特性を有する小型リニアモータとして、その応用が期待されている。
特開平９−２３３８６５号公報

しかしながら、上述した図５や特許文献１に示されるような弾性表面波モータにおいては、以下のような問題がある。上述の弾性表面波モータにおいて、図６に示すように、スライダ３が弾性表面波素子の表面に接触することによって弾性表面波Ｗ０の反射波ＷＲが誘起される。このような反射波ＷＲが存在すると、図７（ａ）に示すように、そのエネルギＥＲが、スライダ３を駆動する弾性表面波Ｗ０を発生するために供給されるエネルギＥ０に影響し、図７（ｂ）に示すように、実効的にスライダ３を駆動する弾性表面波のエネルギＥＴを減衰させ、さらに、その実効的な弾性表面波の波形を歪ませてしまう。このため、スライダ３の駆動が効率的に行われず、弾性表面波モータのエネルギ効率が低くなるという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成によりエネルギ効率の向上を実現できる弾性表面波モータを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、表面に外部電源に接続されたエネルギ供給用櫛形電極を有する弾性表面波素子と、予圧が付与された状態で前記弾性表面波素子の表面に当該表面と接触して配置されるスライダと、を備え、前記エネルギ供給用櫛形電極に外部電源からエネルギを供給して前記弾性表面波素子の表面に弾性表面波を発生させ、この弾性表面波と前記スライダに対する予圧とに基づいて前記弾性表面波素子の表面と接触しているスライダの接触面に発生する摩擦力によりスライダを駆動する弾性表面波モータであって、前記スライダが前記弾性表面波素子の表面に接触することによって誘起される弾性表面波の反射を打ち消すための反射打消手段を備えるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の弾性表面波モータにおいて、前記反射打消手段は、前記スライダに備えられているものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の弾性表面波モータにおいて、前記反射打消手段は、前記スライダの前記弾性表面波素子の表面との接触面に、当該接触面の弾性表面波の進行方向と直交する幅方向の全幅にわたり備えられているものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載の弾性表面波モータにおいて、前記反射打消手段は、前記スライダの前記弾性表面波素子の表面との接触面に、ｎを整数としλを弾性表面波の波長として、弾性表面波の進行方向に略（１／４＋ｎ／２）×λの間隔で設けた接触突起から成るものである。

請求項１の発明によれば、反射波を打ち消すので、供給エネルギの損失を抑えると共に歪みの少ない弾性表面波を生成して、効率的にスライダを駆動でき、エネルギ効率の向上した弾性表面波モータが実現される。また、歪みの少ない弾性表面波によるスライダの駆動により、駆動特性の向上が可能になる。

請求項２の発明によれば、反射打消手段がスライダ備えられているので、弾性表面波モータの駆動中にスライダの位置に関係なく反射波を打ち消すことができる。

請求項３の発明によれば、反射波打消手段が、スライダの接触面の弾性表面波の進行方向と直交する幅方向の全幅にわたり設けられているので、スライダの幅方向に分布して発生する反射波を打ち消すことができる。

請求項４の発明によれば、隣接する接触突起で生じる反射波の伝搬距離の差（つまり隣接する接触突起間の往復距離）が（１／２＋ｎ）×λとなるので、隣接する各接触突起で発生する反射波は半波長λ／２ずれて位相が互いに反転（位相差が１８０゜）することになり、隣接する接触突起による反射波同士を相殺させ、反射波を打ち消すことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る弾性表面波モータについて、図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）は弾性表面波モータ１を示し、図２（ａ）（ｂ）はスライダ３の詳細構造を示す。弾性表面波モータ１のリニアモータとしての基本的な構成は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、従来例と同様であり、表面Ｓに外部電源Ｖ１，Ｖ２に接続されたエネルギ供給用櫛形電極２１，２２を有するステータとなる弾性表面波素子２と、予圧付与手段４によって予圧Ｆが付与された状態で弾性表面波素子２の表面Ｓに表面Ｓと接触して配置されるスライダ３と、を備えている。

エネルギ供給用櫛形電極２１、２２のいずれか一方に外部電源Ｖ１又は外部電源Ｖ２からエネルギを供給して弾性表面波素子２の表面Ｓに弾性表面波を発生させ、この弾性表面波とスライダ３に対する予圧Ｆとに基づいて弾性表面波素子２の表面Ｓと接触しているスライダの接触面３０に発生する摩擦力によりスライダ３が駆動される。例えば、外部電源Ｖ１からＭＨｚオーダの高周波電圧をエネルギ供給用櫛形電極２１に印加して励振エネルギを供給すると、図の右向きに進む弾性表面波が生成され、スライダ３が図の左向きに駆動される。通常、エネルギ供給用櫛形電極２１、２２を同時に励振させることはない。

また、各エネルギ供給用櫛形電極２１，２２における弾性表面波を有効に生成する部分である電極が重なった電極重なり幅ａと、スライダ３の弾性表面波素子２の表面Ｓとの接触面３０の弾性表面波の進行方向（図の左右方向）と直交する幅方向の全幅ｂとは、略等しくされている。

スライダ３の弾性表面波素子２の表面Ｓとの接触面３０、すなわち表面Ｓに対向している面には、図２（ａ）（ｂ）に示すように、弾性表面波の波長をλとして弾性表面波の進行方向に対してλ／４の間隔で配置された接触突起５が設けられている。また、この接触突起５は、スライダ３の接触面３０の全幅ｂにわたって設けられている。スライダ３におけるこのような接触突起５が、スライダ３が弾性表面波素子２の表面Ｓに接触することによって誘起される弾性表面波の反射を打ち消す反射打消手段を構成する。

上述の接触突起５の先端部分の接触突起面３１が、スライダ３の接触面３０の中で実質的に弾性表面波素子２の表面Ｓに接触する部分であり、接触突起面３１と表面Ｓとが機械的な相互作用をすることにより摩擦力が発生してスライダ３が、弾性表面波の進行する向きとは逆の向きに駆動される。

次に、図３により、弾性表面波モータ１における接触突起５からなる反射波打消手段の作用を説明する。弾性表面波Ｗ０が矢印Ｘに沿って進むときに、弾性表面波Ｗ０によって駆動されるスライダ３は矢印Ｙの向きに進む。上述のように、接触突起面３１と表面Ｓとが機械的な相互作用をすることにより、各接触突起面３１の部分において、弾性表面波Ｗ０の一部が反射して、矢印Ｘとは逆向きの矢印Ｙ１，Ｙ２の向きに進む反射弾性表面波Ｗ１，Ｗ２等が発生する。これらの反射弾性表面波Ｗ１，Ｗ２は、それぞれ、紙面に垂直な面Ｈ１，Ｈ２において弾性表面波Ｗ０を反転させた（振幅の小さくなった）波形を有している。

上述の反射弾性表面波Ｗ１，Ｗ２は、隣り合う接触突起５から反射された波であり、このような波は、接触突起５がλ／４の間隔で配置されているので、互いに半波長λ／２に相当する位相のずれを有している。波長λが同じで、半波長λ／２の位相のずれがあり、同方向に進む２つの波は、もし振幅が同じならば、互いに打ち消しあって振幅がゼロとなり（図のＷ１＋Ｗ２）、振幅が同じでない場合には差分の振幅に減衰した波となる。つまり、反射波を打ち消してエネルギ効率を向上することができる。

次に、図４（ａ）（ｂ）により、上記同様の反射打消手段を構成する他のスライダ３の例を説明する。このスライダ３の接触突起５の配列間隔Ｌは、図４（ａ）（ｂ）に示すように、Ｌ＝（１／４＋ｎ／２）×λ、但しｎは整数、となっていれる。このように配列された各接触突起５で生じる反射波は、上述同様に互いに打ち消しあって反射波全体が減衰する。また、それぞれの互いに隣り合う２つの接触突起５について、接触突起面３１の幅α、接触突起５の隙間β、従って配列間隔Ｌ＝α＋βとしたとき、αとβの大きさは、Ｌ＝α＋βを満たす範囲であれば、α＝０又はβ＝０の近傍を除いて、任意とすることができる。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、弾性表面波モータ１における反射打消手段は、特開平１１−１４６６６５号公報に示されるようなエネルギ還流型の弾性表面波モータにも適用できる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る弾性表面波モータの平面図、（ｂ）は同弾性表面波モータの断面図。（ａ）は同上弾性表面波モータにおけるスライダの弾性表面波素子との接触部分とその拡大部分の断面図、（ｂ）は同スライダの接触面の平面図。同上弾性表面波モータにおけるスライダによって弾性表面波の反射を打ち消す様子を概念的に説明する断面図。（ａ）は同上弾性表面波モータにおけるスライダの他の例を示す断面図、（ｂ）は同スライダの平面図。従来の弾性表面波モータの斜視図。従来の弾性表面波モータにおける弾性表面波の反射の発生を説明するスライダ部分の模式的断面図。（ａ）は駆動用弾性表面波と反射弾性表面波のエネルギの時間変化を示す図、（ｂ）は駆動用弾性表面波と反射弾性表面波を合成した実効的な波のエネルギの時間変化を示す図。

符号の説明

１弾性表面波モータ
２弾性表面波素子
３スライダ
５接触突起
２１，２２エネルギ供給用櫛形電極
３０接触面
ｂ全幅
Ｆ予圧
Ｓ表面
Ｖ１，Ｖ２外部電源
Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２弾性表面波
λ 波長

Claims

表面に外部電源に接続されたエネルギ供給用櫛形電極を有する弾性表面波素子と、予圧が付与された状態で前記弾性表面波素子の表面に当該表面と接触して配置されるスライダと、を備え、前記エネルギ供給用櫛形電極に外部電源からエネルギを供給して前記弾性表面波素子の表面に弾性表面波を発生させ、この弾性表面波と前記スライダに対する予圧とに基づいて前記弾性表面波素子の表面と接触しているスライダの接触面に発生する摩擦力によりスライダを駆動する弾性表面波モータであって、
前記スライダが前記弾性表面波素子の表面に接触することによって誘起される弾性表面波の反射を打ち消すための反射打消手段を備えることを特徴とする弾性表面波モータ。
前記反射打消手段は、前記スライダに備えられてい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。
前記反射打消手段は、前記スライダの前記弾性表面波素子の表面との接触面に、当該接触面の弾性表面波の進行方向と直交する幅方向の全幅にわたり備えられていることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波モータ。
前記反射打消手段は、前記スライダの前記弾性表面波素子の表面との接触面に、ｎを整数としλを弾性表面波の波長として、弾性表面波の進行方向に略（１／４＋ｎ／２）×λの間隔で設けた接触突起から成ることを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波モータ。