JP4733111B2 - 弾性表面波モータ - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波モータに関し、特にエネルギ回収型弾性表面波モータに関する。

従来、アクチュエータとして超音波モータが知られている。超音波モータの一つに、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いるモータ、すなわち弾性表面波モータがある。弾性表面波は、例えば、弾性体の表面に生成された楕円運動による振動が弾性体の表面を伝搬する波（レイリー波）である。モータとしての駆動力は、この楕円運動に基づく摩擦力として取り出される。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。その特性として、例えば、１ｍ／秒の移動速度が実現されており、また、自重の３０倍以上の推力を発生できることが実証されている。

弾性表面波モータは、例えば、ステータとなる弾性表面波基板と、その表面に弾性表面波を発生させる交差指電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と、弾性表面波基板上に配置されて走行するスライダと、摩擦力を得るためにスライダを弾性表面波基板に所定の圧力で接触させる予圧手段と、を備えて構成される（例えば、特開平０９−２３３８６５号公報参照）。

また、弾性表面波モータにおいて、弾性表面波を生成するために、弾性表面波基板の一端に設けた交差指電極を用いてエネルギを供給し、駆動に使われなかった弾性表面波のエネルギを、他端で回収して再利用するエネルギ回収型の弾性表面波モータが知られている（例えば、特開平１１−１４６６６５号公報参照）。

従来のエネルギ回収型の弾性表面波モータを、ＦＩＧ．２５Ａ，２５Ｂ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基板２と、その表面Ｓ上で駆動されて直線移動するスライダ３と、を備えたリニアモータである。弾性表面波基板２の表面Ｓには、交差指電極４ａ，４ｂから成るエネルギ補填用の交差指電極４と、交差指電極４を挟んで互いに離れて配置された一対の交差指電極５と、が設けられている。

弾性表面波基板２は、厚さ１ｍｍ程度の圧電材料からなる。交差指電極４，５は、薄膜導体をパターニングして櫛の歯を互いに噛み合わせる形状に形成されている。交差指電極５は、弾性表面波のエネルギを回収すると共に弾性表面波を発生させるエネルギを供給する。スライダ３は、交差指電極４と交差指電極５の間に設けられた走行部２１に配置される。スライダ３は、予圧付与手段３０からの予圧Ｎによって表面Ｓに押圧されている。

上述の状態で、交差指電極４ｂに外部電源Ｖ１からｖ１＝ｖ０・ｃｏｓωｔ、交差指電極４ａに外部電源Ｖ２からｖ２＝ｖ０・ｓｉｎωｔの所定の周波数ωの高周波（ＭＨｚ帯）電圧を印加すると、交差指電極４ａ，４ｂ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、表面Ｓ上を図の右向きに進む弾性表面波Ｗが発生する。なお、弾性表面波Ｗの楕円運動に基づく表面Ｓ上の点の運動方向は、弾性表面波Ｗの進行方向とは逆である。右向きに進行する弾性表面波Ｗの楕円振動による摩擦力がスライダ３に作用し、スライダ３が、弾性表面波Ｗの進行方向とは逆の方向（図の左方）に駆動される。弾性表面波Ｗは、スライダ３を駆動するエネルギを失いつつ、スライダ３の右側に通過し、弾性表面波ｗとなってさらに右方に進む。

右方の交差指電極５は、弾性表面波ｗから機械的エネルギを受け取って電気的エネルギとする、いわゆる機械電気変換を行う。電気的エネルギとして回収されたエネルギは、配線７を介して電気接続された左方の交差指電極５に送られる。左方の交差指電極５は、この電気的エネルギを機械的エネルギとする電気機械変換を行ってエネルギを表面Ｓ上に供給し、弾性表面波Ｗの生成に寄与する。この弾性表面波モータは、一対の交差指電極５を用いて、エネルギを環流（エネルギの回収と供給）し、交差指電極４を用いて、エネルギの消費分を補填するので、交差指電極５を用いない場合に比べて、より少ない消費エネルギで動作する。

しかしながら、上述したＦＩＧ．２５Ａ，２５Ｂや特開平１１−１４６６６５号公報に示されるようなエネルギ回収型の弾性表面波モータにおいては、以下に示すような問題がある。これをＦＩＧ．２６，ＦＩＧ．２７Ａ〜ＦＩＧ．３０Ｂを参照して説明する。ＦＩＧ．２６は、スライダ３が表面Ｓに接触している部分の拡大イメージを示し、表面Ｓに発生している弾性表面波Ｗ，ｗ１，ｗ２の振幅が拡大して示されている。スライダ３が弾性表面波基板２の表面Ｓと接触する部分において、もとの弾性表面波Ｗに対して位相差ΔＸの位相変化を受けた弾性表面波ｗ２が発生する。

従って、スライダ３を通過した弾性表面波ｗには、弾性表面波Ｗと同位相の弾性表面波ｗ１と共に、位相変化を受けた弾性表面波ｗ２が含まれている。このため、右方の交差指電極５に到達した弾性表面波ｗは、その進行方向に直交する幅方向に沿って位相が異なり、交差指電極５において機械的エネルギから電気的エネルギに変換されるときに一部の波が打ち消しあい、エネルギ損失が生じる。弾性表面波ｗが弾性表面波ｗ１，ｗ２の混合状態となって表面Ｓに発生するのは、ＦＩＧ．２５Ａに示すように、交差指電極４，５によって形成される弾性表面波の幅ｇよりもスライダ３の幅ｆが小さいからである。

上述の弾性表面波ｗ２の存在によるエネルギの損失発生をさらに説明する。まず、エネルギ回収効率について説明する。弾性表面波ｗ１，ｗ２に位相差がない場合、個々の波ｗ１，ｗ２のエネルギｅ１＝ｅ（ｗ１），ｅ２＝ｅ（ｗ２）、及び全体の波ｗから回収される波のエネルギｅ＝ｅ（ｗ）は、ＦＩＧ．２７Ａ，２７Ｂに示すようになる。ここで、ｅ（＊）は波のエネルギを求める操作を示す。同様に、弾性表面波ｗ１，ｗ２に位相差がある場合、個々の波ｗ１，ｗ２のエネルギｅ１，ｅ２、及び全体の波ｗから回収される波のエネルギｅα＝ｅ（ｗ）は、ＦＩＧ．２８Ａ，２８Ｂに示すようになる。

後者のように、弾性表面波ｗに位相差が含まれている場合、ＦＩＧ．２６における位相差ΔＸに対応して、エネルギｅ１，ｅ２に位相差Δｔ１が発生する。この位相差Δｔ１の影響によって、エネルギｅαはエネルギｅよりも小さくなり（ｅα＜ｅ）、エネルギ回収効率が悪くなる。また、エネルギｅの位相は、交差指電極４から供給される補填エネルギの位相と同相であるが、エネルギｅαには位相差Δｔ２が発生する。

次に、エネルギ供給効率について説明する。交差指電極４から供給される補填エネルギＥ０と左方の交差指電極５から供給される環流エネルギｅが同相の場合、これらのエネルギＥ０，ｅ、及び、これらのエネルギによって生成された波ＷのエネルギＥ１＝ｅ（Ｗ（Ｅ０＋ｅ））は、ＦＩＧ．２９Ａ，２９Ｂに示すようになる。ここで、Ｗ（＊）は波を生成する操作を示す。また、上述のように位相差Δｔ２がある場合、補填エネルギＥ０と、位相差Δｔ２を有して供給される環流エネルギｅαと、これらのエネルギＥ０，ｅαの供給によって生成された波ＷのエネルギＥβ＝ｅ（Ｗ（Ｅ０＋ｅα））は、ＦＩＧ．３０Ａ，３０Ｂに示すようになる。

補填エネルギＥ０と環流エネルギｅとが同相の場合、互いに悪影響を及ぼすことはないが、同相でない場合、エネルギＥβがエネルギＥ１よりも小さくなり（Ｅα＜Ｅ１）、エネルギ供給効率が悪くなる。また、エネルギＥβの位相は、エネルギＥ１に対して位相差Δｔ３が発生する。

上述のように、スライダ３が弾性表面波基板２の表面Ｓと接触することにより発生する位相差ΔＸに起因して、環流エネルギｅαや生成された弾性表面波ＷのエネルギＥβの低下、及び位相差Δｔ１，Δｔ２，Δｔ３の存在によるエネルギ損失や駆動特性の劣化が発生する。また、このような位相差は、スライダ３が表面Ｓに接触すること以外に、例えば、周囲の温度変化によって弾性表面波基板２の特性が変化したり、表面Ｓに設けられた交差指電極パターンが設計値からずれたりすることによっても生じる。このため、従来の弾性表面波モータには、依然として、スライダ３を駆動する電力の低減に限界がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、エネルギの回収と供給に際し位相変化を調整してエネルギ効率の向上を実現したエネルギ回収型の弾性表面波モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、弾性表面波基板と、前記弾性表面波基板の表面に予圧を付与された状態で接触して配置されるスライダと、前記弾性表面波基板表面に設けられ、外部電源に接続されて前記弾性表面波基板に駆動用の弾性表面波を発生させ、前記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スライダの前記弾性表面波基板との接触面に発生する摩擦力により前記スライダを駆動する駆動用交差指電極と、前記弾性表面波基板表面の前記弾性表面波の進行方向の前後に配置され、前記弾性表面波におけるスライダの駆動に利用されない弾性表面波のエネルギを回収し、その回収したエネルギを用いて弾性表面波を発生させる回収用交差指電極と、を備えた弾性表面波モータにおいて、前記回収用交差指電極により発生される弾性表面波の位相と、前記駆動用交差指電極が発生する駆動用の弾性表面波の位相とを合わせる位相調整手段を備え、前記位相調整手段は、前記回収用交差指電極により発生される弾性表面波の位相と前記駆動用交差指電極が発生する駆動用の弾性表面波の位相との位相差であって、前記スライダが前記弾性表面波基板の表面に接触することによって発生する位相差、又は前記弾性表面波基板と前記スライダの動作特性の変動によって発生する位相差をなくすように位相を合わせるものである。

このような構成によれば、回収用交差指電極により発生される弾性表面波の位相を、駆動用交差指電極が発生する駆動用の弾性表面波の位相に合わせる位相調整手段を備えるので、位相の揃った駆動用の弾性表面波によってエネルギ効率良く弾性表面波モータを駆動できる。本発明における位相調整手段による位相の調整は、回収用交差指電極によって弾性表面波のエネルギを回収する前の段階、回収したエネルギを環流させる間、回収用交差指電極にエネルギを供給して弾性表面波を発生させる段階、等のいずれの段階においても行うことができる。

回収する前の段階で位相の調整を行う場合、効率的に弾性表面波のエネルギを回収できる。また、回収後、及び供給段階で位相の調整を行う場合、エネルギ効率の良い駆動用の弾性表面波、すなわち、スライダに有効に使用される駆動用の弾性表面波を発生させることができる。このように、本発明のエネルギ回収型の弾性表面波モータは、位相調整手段を用いてエネルギの回収と供給に際し位相変化を調整して弾性表面波の位相を合わせることができ、従って、異なる位相の弾性表面波の干渉によるエネルギの無効化を排除してエネルギ効率の向上を実現できる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記回収用交差指電極を少なくとも一対有し、その一方を用いて弾性表面波の機械的エネルギを電気エネルギに変換して回収し、他方を用いて前記回収した電気エネルギを機械的エネルギに変換し、駆動用の弾性表面波を発生するものである。

このような構成によれば、エネルギを電気的エネルギの状態で回収し、環流するので、電気回路による位相調整ができ、位相調整手段による位相調整が容易になる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記位相調整手段は、前記回収用交差指電極の一方と他方との間に接続された電気回路により構成されているものである。

このような構成によれば、電気回路により電気的エネルギの状態で位相調整を行うので、適宜の位相調整が容易であり、スライダの寸法変更への対応や、機械的な位相調整に対する微調整への対応が容易である。

本発明は、上述の改良された発明において、前記位相調整手段は、前記回収用及び駆動用の各交差指電極のいずれかにより挟まれた弾性表面波基板の前記スライダが走行する領域の走行方向の長さにより設定され、その長さを、当該領域に前記スライダを配置しない状態で共振状態の弾性表面波を発生する長さに、当該領域に前記スライダを配置することにより生じる共振状態の弾性表面波の位相変化分の長さを加えた長さとしたものである。

このような構成によれば、スライダの配置によって弾性表面波に生じる位相変化分に相当する距離を予め走行部の長さに加えることにより位相調整手段を構成するので、弾性表面波基板の表面に配置する交差指電極のパターン設計によって容易にエネルギ効率の向上を実現できる。ここで、共振状態の弾性表面波を発生するとは、弾性表面波の発生側と回収側における境界が、周期境界条件を満たしている状態で弾性表面波を発生しているということに相当する。

本発明は、上述の改良された発明において、前記回収用交差指電極を少なくとも一対有し、その一方を用いて弾性表面波を反射させて前記駆動用交差指電極側に戻すことによりその弾性表面波のエネルギを回収し、他方を用いて前記戻された弾性表面波を再度反射することにより、駆動用の弾性表面波を発生するものである。

このような構成によれば、弾性表面波のエネルギを回収し、供給する手段を弾性表面波基板に作り込むことができる。弾性表面波基板の表面を用いて機械的に回収してエネルギを環流するので、環流のための電気回路が不要である。位相調整手段による位相調整は、例えば、回収用交差指電極にインピーダンス変更用の受動素子を接続して行うことができる。本発明の弾性表面波モータは、多重反射する波の内、駆動用の弾性表面波と同じ方向に向かう波の位相を互いに揃え、これらの波のエネルギを反対方向に向かう波のエネルギよりも大きくしてスライダを駆動するものである。従って、反射率の調整によって、スライダの走行速度を変更することができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記回収用交差指電極の駆動用交差指電極側は、前記駆動用交差指電極を兼ねているものである。

このような構成によれば、交差指電極の構造を簡単にでき、弾性表面波モータを小型化できる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記位相調整手段は、前記一対の回収用交差指電極の等価反射面間の長さにより設定され、前記長さが前記回収用交差指電極により発生する弾性表面波の半波長の整数倍に実質的に等しいものである。

このような構成によれば、弾性表面波が２回反射して、再度駆動用の弾性表面波となる際に、自動的に位相調整を行うことができる。また、複数の櫛歯状電極を用いて構成する交差指電極に対して、等価反射面間の長さを用いて回収用交差指電極間の距離を設定するので、交差指電極全体として最適の条件設定を実現できる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記位相調整手段は、駆動用の弾性表面波の進行方向前方に配置された前記回収用交差指電極に接続された電気回路により構成され、その電気回路のインピーダンスを設定することにより当該交差指電極で反射される反射波の位相を調整するものである。

このような構成によれば、位相の調整が容易である。

本発明は、上述の改良された発明において、前記回収用交差指電極によって反射される反射波の反射率は、当該交差指電極の電極間隔の調整、その交差指電極の電極指数の調整、前記スライダに付与する予圧の大きさ調整の内の少なくとも１つにより調整されるものである。

このような構成によれば、反射率の調整により、スライダの走行を容易に制御できる。交差指電極の電極間隔や電極指数は、設計に基づいて弾性表面波基板に作り込むことができる。また、予圧の調整による反射率の調整は、弾性表面波モータの駆動に際して、適宜行うことができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記回収用交差指電極に接続された電気回路によってインピーダンスを設定することにより、その交差指電極で反射される反射波の反射率を調整するものである。

このような構成によれば、反射率の調整を、弾性表面波モータの駆動中に、又は駆動前に、適宜、容易に行うことができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記駆動用交差指電極は、前記弾性表面波基板表面の駆動用の弾性表面波の進行方向の前後に設けられており、これらの駆動用交差指電極のいずれかに選択的に前記外部電源を接続するスイッチと、前記一対の回収用交差指電極のいずれかに選択的に前記電気回路を接続するスイッチと、を備え、これらのスイッチにより、駆動用の弾性表面波の進行方向を切り替えるものである。

このような構成によれば、駆動用の弾性表面波を発生させるための外部電源を１つにすることができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記駆動用交差指電極は、前記一対の回収用交差指電極の間に配置されると共に、いずれも前記スイッチを介することなく前記外部電源に接続され、前記一対の回収用交差指電極のいずれかに前記スイッチを用いて選択的に前記電気回路を接続することにより、駆動用の弾性表面波の進行方向を切り替えるものである。

このような構成によれば、外部電源の切り替えを行わないので、単一のスイッチでスライダの走行方向を切り替えて、往復運動させることができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記電気回路のインピーダンスが可変のものである。

このような構成によれば、スライダの走行速度や走行方向のリアルタイム制御が可能である。弾性表面波モータを駆動する際に、例えば、外部電源の電圧変動等から生じる波の振幅の変動、弾性表面波基板の特性変動、交差指電極寸法の製造変動による波長の変動や位相差の発生、スライダの予圧の変動等から生じる位相の変動、等によって発生する条件変動に対応して反射率を調整してスライダを動作させることができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記弾性表面波基板に対する前記スライダの相対速度を検出する速度検出装置と、前記スライダの目標移動速度を入力する速度入力装置と、前記速度検出装置によって検出された相対速度と前記速度入力装置によって入力された目標移動速度とが一致するように前記電気回路のインピーダンスを変化させるフィードバック制御を行うフィードバック装置と、を備えたものである。

このような構成によれば、外部電源を調整することなく、電気回路のインピーダンス、例えば、抵抗成分を変化させて、スライダの速度制御を容易に行うことができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記外部電源からの弾性表面波発生用の電圧波形の位相と実際に発生した駆動用の弾性表面波の位相との差を検出する位相差検出装置と、目標とする位相差を入力する位相差入力装置と、前記位相差検出装置によって検出された位相差と前記位相差入力装置によって入力された目標位相差とが一致するように前記電気回路のインピーダンスを変化させるフィードバック制御を行うフィードバック装置と、を備えたものである。

このような構成によれば、外部電源を調整することなく、電気回路のインピーダンス、例えば、リアクタンス成分を変化させることにより弾性表面波の位相を調整して、スライダの速度制御を容易に行うことができる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記駆動用交差指電極は、前記弾性表面波基板表面の弾性表面波の進行方向の前後に設けられており、これらの駆動用交差指電極の少なくとも一方は、当該駆動用交差指電極が発生する弾性表面波が交差指電極の両側に均等に出ていくことなく、一方側に出ていく弾性表面波の振幅が、他方側に出ていく弾性表面波の振幅よりも大きくなるようにする一方向化手段を備えているものである。

このような構成によれば、一方向性化手段を備えることによって、従来損失となっていたエネルギを駆動用に利用でき、エネルギ効率が向上する。すなわち、通常、交差指電極の両側に発生する弾性表面波のうち、スライダを駆動する側に向かわない弾性表面波が捨てられてエネルギの損失となっているが、一方向性化手段を備えることによって、損失を回避できる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記スライダの前記弾性表面波基板の表面に接触する部分の、弾性表面波の進行方向と直交する方向の幅は、前記駆動用交差指電極における電極重なり幅と実質的に等しいものである。

このような構成によれば、交差指電極によって生成される弾性表面波の幅とスライダの弾性表面波基板への接触部分の幅とを略等しくするので、回収用交差指電極に到達する弾性表面波が同一位相の弾性表面波となり、従って、弾性表面波から、利用効率の高いエネルギを回収できる。すなわち、スライダと交差指電極の寸法関係の調整によって、位相調整手段が構成されている。このような位相調整手段によって、弾性表面波の位相変化を調整するで、従来損失となっていたエネルギを回収でき、また、供給するエネルギの位相に対して環流するエネルギの位相を同じくできるので、弾性表面波を生成するときに干渉によるエネルギ損失を抑制でき、エネルギ効率を向上できる。

本発明は、上述の改良された発明において、前記スライダは、当該スライダの前記弾性表面波基板の表面と接触する部分に、弾性表面波の進行方向と直交する方向に一様に分布した接触突起を持つものである。

このような構成によれば、スライダの弾性表面波基板の表面と接触する部分が、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一様な構造とされているので、スライダの幅方向において生じる位相変化は略等しくなり、従って、弾性表面波が、回収用交差指電極に一様な位相で到達し、そのエネルギを効率良く回収できる。

ＦＩＧ．１は本発明の弾性表面波モータの構成を説明する概念図。 ＦＩＧ．２は本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波モータの平面図。 ＦＩＧ．３Ａは本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波モータの平面図、ＦＩＧ．３Ｂは同弾性表面波モータの断面図。 ＦＩＧ．４Ａ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基板との接触部分とその拡大部分の断面図、ＦＩＧ．４Ｂは同スライダの接触面の平面図。 ＦＩＧ．５Ａは本発明の第３の実施形態に係る弾性表面波モータの概略説明図、ＦＩＧ．５Ｂは同弾性表面波モータの要部の平面図、ＦＩＧ．５Ｂはスライダの斜視図。 ＦＩＧ．６Ａは交差指電極の反射率の周波数特性グラフ、ＦＩＧ．６Ｂは交差指電極の組数を変化させた際の反射率の周波数特性グラフ、ＦＩＧ．６Ｃは交差指電極の組数と反射率の最大値との関係を示すグラフ。 ＦＩＧ．７Ａは本発明の第４の実施形態に係る弾性表面波モータの概略説明図、ＦＩＧ．７Ｂはスライダに付与された予圧と弾性表面波の透過率との関係を示すグラフ。 ＦＩＧ．８Ａは本発明の第５の実施形態に係る弾性表面波モータの概略説明図、ＦＩＧ．８Ｂは同弾性表面波モータの要部の説明図。 ＦＩＧ．９Ａは同上弾性表面波モータの一方向性交差指電極の反射率を２つの交差指電極の寄与に分けて表示した周波数特性グラフ、ＦＩＧ．９Ｂは同弾性表面波モータの一対の一方向性交差指電極の各反射率の周波数特性グラフ。 ＦＩＧ．１０は本発明の第６の実施形態に係る弾性表面波モータの交差指電極を示す部分上面図。 ＦＩＧ．１１は同上弾性表面波モータの交差指電極の他の例を示す部分上面図。 ＦＩＧ．１２Ａは同上弾性表面波モータの交差指電極のさらに他の例を示す部分上面図、ＦＩＧ．１２Ｂは同交差指電極の部分断面図。 ＦＩＧ．１３は本発明の第７の実施形態に係る弾性表面波モータの回収用交差指電極の反射率の調整を説明する周波数特性グラフ。 ＦＩＧ．１４Ａ，１４Ｂは同上弾性表面波モータの回収用交差指電極の反射率をインピーダンスにより調整してスライダを移動させる様子を示す概略説明図。 ＦＩＧ．１５Ａ〜１５Ｄは同上弾性表面波モータの回収用交差指電極がそれぞれ異なる例であり、各回収用交差指電極の反射率又は位相をインピーダンスの調整により調整してスライダを移動させる様子を示す概略説明図。 ＦＩＧ．１６は同上弾性表面波モータの交差指電極へのインピーダンス調整用電気回路の接続方法の他の例を示す概略説明図。 ＦＩＧ．１７Ａ，１７Ｂは本発明の第８の実施形態に係る弾性表面波モータにおける反射弾性表面波の位相調整の例を示す交差指電極部の概略説明図。 ＦＩＧ．１８Ａ，１８Ｂは本発明の第９の実施形態に係る弾性表面波モータにおけるスライダの移動方向をスイッチで切り替える様子を示す概略説明図。 ＦＩＧ．１９Ａ，１９Ｂは本発明の第１０の実施形態に係る弾性表面波モータの動作を説明する概略説明図。 ＦＩＧ．２０は、同上弾性表面波モータにおけるスライダの移動方向をスイッチで切り替える様子を示す概略説明図。 ＦＩＧ．２１Ａ，２１Ｂは本発明の第１１の実施形態に係る弾性表面波モータの動作を説明する概略説明図。 ＦＩＧ．２２は本発明の第１２の実施形態に係る弾性表面波モータの動作を説明する概略上面図。 ＦＩＧ．２３は本発明の第１３の実施形態に係る弾性表面波モータの制御ブロック構成図。 ＦＩＧ．２４は本発明の第１４の実施形態に係る弾性表面波モータの制御ブロック構成図。 ＦＩＧ．２５Ａは従来の弾性表面波モータの平面図、ＦＩＧ．２５Ｂは同弾性表面波モータの断面図。 ＦＩＧ．２６は従来の弾性表面波モータにおけるスライダと弾性表面波の関係を示す模式的斜視図。 ＦＩＧ．２７Ａは同位相の２つの弾性表面波のエネルギの時間変化を示すグラフ、ＦＩＧ．２７Ｂは前記２つの弾性表面波を合成した波のエネルギの時間変化を示すグラフ。 ＦＩＧ．２８Ａは位相差のある２つの弾性表面波のエネルギの時間変化を示すグラフ、ＦＩＧ．２８Ｂは前記２つの弾性表面波を合成した波のエネルギの時間変化を示すグラフ。 ＦＩＧ．２９Ａは２つの位相の揃ったエネルギ源から供給される弾性表面波生成用のエネルギの時間変化を示すグラフ、ＦＩＧ．２９Ｂは前記２つのエネルギにより生成された弾性表面波のエネルギの時間変化を示すグラフ。 ＦＩＧ．３０Ａは位相差のある２つの弾性表面波のエネルギの時間変化を示すグラフ、ＦＩＧ．３０Ｂは前記２つのエネルギにより生成された弾性表面波のエネルギの時間変化を示すグラフ。

以下、本発明のエネルギ回収型の弾性表面波モータを、図面を参照して説明する。ＦＩＧ．１は弾性表面波モータ１の概念的な構成を示す。弾性表面波モータ１は、弾性表面波基板２と、弾性表面波基板２の表面Ｓに予圧Ｎを付与された状態で接触して配置されるスライダ３と、表面Ｓに設けられ、外部電源Ｖに接続されて表面Ｓに駆動用の弾性表面波Ｗを発生させ、弾性表面波Ｗとスライダ３に対する予圧Ｎとに基づいてスライダ３の弾性表面波基板２との接触面に発生する摩擦力によりスライダ３を駆動する駆動用交差指電極４と、表面Ｓの弾性表面波Ｗの進行方向の前後に配置され、弾性表面波Ｗにおけるスライダ３の駆動に利用されない弾性表面波ｗのエネルギを回収し、その回収したエネルギを用いて弾性表面波Ｗを発生させる回収用交差指電極５と、を備えている。

また、弾性表面波モータ１は、回収用交差指電極５により発生される弾性表面波の位相と、駆動用交差指電極４が発生する駆動用の弾性表面波Ｗの位相とを合わせる位相調整手段１０と、回収したエネルギを供給側に環流するためのエネルギ環流手段１１と、備えている。弾性表面波基板２は、弾性表面波モータ１の固定子であり、スライダ３は、移動子である。両者が相対的に移動する。これらの固定子及び移動子としての役割は、もちろん、逆であってもよい。以下、弾性表面波モータ１の各構成要素を説明する。

弾性表面波基板２は、電気機械結合係数が高い圧電材料を用いて形成される。圧電材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の単結晶板が用いられる。弾性表面波基板２は、全体が圧電材料により形成されたものに限らず、非圧電材料の基板の表面にＺｎＯやＰＺＴ等の圧電薄膜を形成したものであってもよい。もちろん他の形状や材質の圧電材料であってもよい。弾性表面波基板２は、例えば、厚さ１ｍｍ程度の矩形状である。外形は、平板でなく曲面でもよく、また矩形でなく円形や任意形状でもよい。

スライダ３は、通常、シリコンのような硬い材料でできている。スライダ３の弾性表面波基板２との接触面には、複数の突起が設けられている（ＦＩＧ．４Ａ，ＦＩＧ．５Ｃ参照）。このような突起は、例えばシリコンを用いる場合、エッチング加工によって容易に形成される。材料は、シリコンでなくとも十分な機械的強度や耐摩耗性の材料であればよい。弾性表面波によって楕円運動する弾性表面波基板２の表面Ｓとスライダ３の接触面との間で十分な摩擦力が発生するのであれば、スライダ３の接触面の構造は突起を有するもに限らない。

スライダ３に予圧Ｎを加える予圧付与手段３０は、例えば、板ばねやスプリングコイル等の弾性体を用いて構成される。また、スライダ３を磁性体で形成したり、スライダ３にソレノイドコイルを備えたりして、永久磁石や電磁石による磁力によって予圧を加えるようにしてもよい。

駆動用交差指電極４と回収用交差指電極５は、それぞれ、電源接続の有無、弾性表面波基板２上の配置位置、個別電極の個数など、用途に基づく差異があるが、基本的に類似構造の交差指電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）から構成される。なお、反射用電極として、はしご状の電極を用いることもある（ＦＩＧ．１０）。交差指電極は、櫛の歯状の個別電極をまとめて櫛状電極とし、２つの櫛状電極を櫛の歯を互いに噛み合わせるように向かい合わせて組み合わせて形成されている（ＦＩＧ．２参照）。

交差指電極は、弾性表面波基板２の表面Ｓに形成した薄膜導体をパターニングして形成される。隣接する個別電極は、通常、互いに異極とされる。なお、反射用電極として、フロート電位の個別電極を用いることもある。また、個別電極間の配置間隔（ピッチ）は、通常、弾性表面波の半波長とされる。交差指電極によって発生される弾性表面波の進行方向は、個別電極に直交する方向である。同様に、弾性表面波のエネルギを吸収する交差指電極の個別電極は、弾性表面波の進行方向に直交する方向である。なお、本明細書では、説明の便宜上、図の左右方向によって、弾性表面波モータ１の左又は右を指すことがあるが、本発明の弾性表面波モータ１は一般に左右上下を含む任意方向の姿勢で駆動可能である。

回収用交差指電極５は、２つあり、これらは、エネルギの回収用と回収したエネルギの供給用である。ところで、ＦＩＧ．１に示す弾性表面波モータ１は、説明の便のために、図の右向きの駆動用弾性表面波Ｗによってスライダ３を左向きに走行させる状況を想定したものである。この図において、右側の回収用交差指電極５が回収用であり、左側の回収用交差指電極５が供給用である。エネルギ供給用の回収用交差指電極５は、駆動用交差指電極４と兼ねて構成することができる。また、右側に駆動用交差指電極４を設け、左側の回収用交差指電極５を回収用とし、右側の回収用交差指電極５を供給用とすれば、スライダ３を右向きに走行させることができる。

上述の駆動用交差指電極４や回収用交差指電極５は、通常、これらの電極から出ていく弾性表面波の方向が一方向と成るように構成され、又は、使用時に方向性を制御できるように構成されている。交差指電極に反射電極や反射器を備えたものが前者であり、追加の電源と交差指電極とを備えてアクティブに方向性を設定できるようにしたものが後者である。なお、「弾性表面波の方向が一方向」とは、「弾性表面波が交差指電極の両側に均等に出ていくのではなく、一方に出ていく弾性表面波の振幅が、他方に出ていく弾性表面波の振幅よりも大きい」という意味である。ＦＩＧ．１において、駆動用交差指電極４と左側の回収用交差指電極５は、右向きにのみ弾性表面波が出ていく一方向性の交差指電極となっており、右側の回収用交差指電極５は、弾性表面波が右向きには出ていかない一方向性の交差指電極となっている。

次に、弾性表面波モータ１の動作を説明する。上述のＦＩＧ．１の状態で、駆動用交差指電極４に、外部電源Ｖから所定のＭＨｚ帯の高周波電圧を印加すると、その高周波電圧の電気的エネルギＥ０に基づいて、表面Ｓ上を右向きに進行する弾性表面波Ｗが発生する。弾性表面波Ｗが励振されると、スライダ３が左方に向けて駆動される。スライダ３の駆動に一部のエネルギを消費した弾性表面波Ｗは、弾性表面波ｗとなってスライダ３の右方に進む。他の条件が一定の場合、スライダ３の移動速度は印加電圧の大きさで決まり、移動距離は印加電圧の大きさと電圧印加時間で決まる

右側の回収用交差指電極５は、弾性表面波ｗの機械的エネルギＥからエネルギ回収し、その回収されたエネルギは、環流手段１１によって、左側の回収用交差指電極５に環流される。左側の回収用交差指電極５は、環流されたエネルギを供給され、そのエネルギｅに基づいて、駆動用の弾性表面波Ｗを生成する。

回収したエネルギは、環流に際して、電気的エネルギの状態とされる場合と、機械的エネルギの状態とされる場合がある。エネルギ環流手段１１は、電気的エネルギの場合、電気回路を用いて環流し、機械的エネルギの場合、弾性表面波基板２の表面を弾性表面波の状態、つまり反射波として環流する。

上述の弾性表面波Ｗは、駆動用交差指電極４からのエネルギＥ０と、回収用交差指電極５からのエネルギｅとに基づく。これらのエネルギに基づく弾性表面波は、位相調整手段１０によって、互いに同位相とされている。位相調整手段１０による位相の調整は、回収用交差指電極５によって弾性表面波ｗのエネルギを回収する前の段階、回収したエネルギを環流させる間、回収用交差指電極５にエネルギを供給して弾性表面波Ｗを発生させる段階、等のいずれの段階においても行うことができる。

まず、エネルギを回収する前の段階で、位相調整手段１０によって位相の調整を行う場合について説明する。これは、回収用交差指電極５の位置を、駆動用交差指電極４から所定距離離して位相調整のできる位置に予め設定しておき、弾性表面波ｗを位相の調整された状態で受け取るものである。このような位相調整方法は、いわば、空間的調整方法である。回収用交差指電極５のインピーダンスを電気的に調整して、回収用交差指電極５の実効的な位置を調整することもできる。これは、電気的調整方法である。また、回収用交差指電極５が受け取る弾性表面波ｗそのものを、位相差のない波面の揃った状態で受け取れるように、弾性表面波ｗの伝播領域とスライダ３の空間的配置関係を調整することも行われる。この場合、効率的に弾性表面波のエネルギを回収できる。

次に、回収後、及び供給段階で、位相調整手段１０によって位相の調整を行う場合について説明する。エネルギを電気的な状態で環流する場合、電気回路によって容易に位相調整ができる。位相調整用の電気回路として、例えば、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の受動素子を直列乃至並列に接続したものを用いることができる。また、エネルギを、波の反射によって、弾性表面波の状態で機械的に回収する場合、交差指電極における実効的な反射位置の調整によって、位相の調整ができる。実効的な反射位置の調整は、回収用交差指電極５の空間的な配置位置の設定や、回収用交差指電極５に受動素子を接続してインピーダンスを変更する、電気的な調整によって行うことができる。

上述のように、本発明のエネルギ回収型の弾性表面波モータ１は、エネルギの回収と供給に際し、位相調整手段１０を用いて、空間的、又は電気的調整方法によって、回収前後のエネルギの位相変化を調整して弾性表面波の位相を合わせることができ、エネルギ効率の向上を実現できる。例えば、異なる位相の弾性表面波の干渉によるエネルギの無効化を回避できる。また、エネルギ効率の良い駆動用の弾性表面波、すなわち、スライダ３に有効に使用される駆動用の弾性表面波Ｗの生成を行うことができる。以下、各実施形態により、具体的に弾性表面波モータ１を説明する。

（第１の実施形態）
ＦＩＧ．２は、第１の実施形態の弾性表面波モータ１を示す。弾性表面波モータ１は、弾性表面波基板２と、その表面Ｓの弾性表面波進行方向（図の左右方向）の前後に配置されて電気的エネルギと機械的エネルギの電気機械変換を行ってエネルギの回収と供給を行う回収用交差指電極５と、２つの回収用交差指電極５の間に配置され外部電源Ｖ１，Ｖ２に接続されてエネルギを補填する駆動用交差指電極４と、予圧付与手段３０によって予圧Ｎが付与された状態で弾性表面波基板２の表面Ｓに接触、配置されたスライダ３と、２つの回収用交差指電極５を接続する配線７と、配線７に挿入された位相調整回路８と、を備えている。

この実施形態の弾性表面波モータ１における弾性表面波基板２やスライダ３は、上述のＦＩＧ．１に示したものと同様であり、その説明は省略する。また、交差指電極の構造は、ＦＩＧ．２５Ａ，２５Ｂに示した従来例のものと同様であり、説明の一部を省略する。なお、各回収用交差指電極５に反射器を付属させて設けてもよい。

配線７は、ＦＩＧ．１におけるエネルギ環流手段１１を構成する。一対の回収用交差指電極５は、弾性表面波基板２の表面と配線７とともに、エネルギが循環する閉回路を形成している。ここで、回収用交差指電極５のインピーダンス整合について述べる。一対の回収用交差指電極５は、通常、同一形状に形成されており、その対称性、及び相対性から、抵抗成分のインピーダンス整合は自然に満足されている。また、各回収用交差指電極５には、それぞれ制動容量があり、これを打ち消す必要がある。そこで、各回収用交差指電極５と並列にインダクタＬを挿入することにより、各回収用交差指電極５の、それぞれの制動容量を打ち消すことができ、インピーダンス整合が実現される（特開平１１−１４６６６５号公報参照）。

位相調整回路８は、４端子回路からなり、ＦＩＧ．１における位相調整手段１０を構成する。位相調整回路８は、例えば、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の受動素子を、直列乃至並列に接続した電気回路により構成され、配線７を環流する電気的エネルギの位相調整を行う。すなわち、位相調整回路８は、回収したエネルギを左側の回収用交差指電極５に供給して弾性表面波Ｗを生成するときに、生成した波の位相が、駆動用交差指電極４によって生成される弾性表面波Ｗの位相と同じになるように、予め電気エネルギの位相を調整する。

次に、弾性表面波モータ１の動作を説明する。上述の状態で、駆動用交差指電極４の各交差指電極４ａ，４ｂに、例えば、それぞれ外部電源Ｖ１，Ｖ２からｖ１＝ｖ０・ｃｏｓωｔ、ｖ２＝ｖ０・ｓｉｎωｔの所定の周波数の高周波（ＭＨｚ帯）電圧を印加する。すると、交差指電極４ａ，４ｂによって、表面Ｓ上を図の右向きの進行波である弾性表面波Ｗが発生する。つまり、この駆動用交差指電極４は、アクティブに方向性を設定できる一方向性の交差指電極となっている。右向きの弾性表面波Ｗが励振されると、スライダ３が図の左方に向けて駆動される。この状態において、スライダ３の駆動に一部のエネルギを消費した弾性表面波Ｗは、弾性表面波ｗとなってスライダ３の右方に進む。

右側の回収用交差指電極５は、上述の弾性表面波ｗから機械的エネルギを受け取って電気的エネルギとして回収し、そのエネルギを、配線７を介して、左側の交差指電極５に環流する。その環流の際に、位相調整回路８が位相の調整を行う。左側の回収用交差指電極５は、電気的エネルギを受け取ると共に、駆動用の弾性表面波Ｗを生成するためのエネルギとして弾性表面波基板２に供給する。すなわち、一対の回収用交差指電極５と配線７と位相調整回路８とによってエネルギの回収、環流、位相調整、及び供給が行われ、駆動用交差指電極４によってエネルギの消費分が補填され、これらのエネルギに基づき、位相を揃えた状態で駆動用の弾性表面波が生成され、スライダ３が駆動される。

このような位相調整回路８を備えた弾性表面波モータ１によれば、エネルギ効率の向上を実現できる。また、電気回路によって電気的エネルギの状態で位相調整を行うので、適宜の位相調整が容易であり、スライダ３の寸法変更への対応や、機械的な位相調整に対する微調整への対応が容易である。

ところで、上述の弾性表面波モータ１において、外部電源Ｖ１，Ｖ２のいずれかの電圧入力の極性を反転させることにより、ＦＩＧ．１に示した弾性表面波Ｗとは逆向きの、左向きの進行波を励振できる。これは、駆動用交差指電極４が、アクティブに方向性を設定できる一方向性の交差指電極であることを利用している。この場合、左側の回収用交差指電極５が、直ちに、弾性表面波Ｗから機械的エネルギを回収して電気的エネルギに変換する。右側の回収用交差指電極５は、電気的エネルギを配線７を介して受け取り、そのエネルギを機械的エネルギとして弾性表面波基板２に供給する。この場合、スライダ３は右方に進むことになる。

（第２の実施形態）
ＦＩＧ．３Ａ，３Ｂは第２の実施形態の弾性表面波モータ１を示し、ＦＩＧ．４Ａ，４Ｂは弾性表面波モータ１におけるスライダ３の弾性表面波基板２との接触部分の構造を示す。この弾性表面波モータ１は、上述の第１の実施形態の弾性表面波モータ１とは異なり、位相調整回路８は備えていない。この弾性表面波モータ１における位相の調整は、スライダ３の幅と各交差指電極の幅との調整、及び、弾性表面波Ｗ，ｗの存在する領域の長さの調整によって行われる。すなわち、この弾性表面波モータ１における位相調整手段１０は、空間的調整方法により、エネルギ回収前に位相調整を行うものである。第２の実施形態の弾性表面波モータ１は、これらの点以外は、上述の第１の実施形態の弾性表面波モータ１と同様である。

上述の空間的な位相調整のために、スライダ３の幅ａと各交差指電極の幅ｂとが略等しい寸法とされている。ここで、スライダ３の幅ａは、弾性表面波基板２の表面Ｓと接触するスライダ３の接触面３１の、弾性表面波の進行方向と直交する幅方向における幅である。また、交差指電極の幅ｂは、個別電極の重なり幅である。この幅ｂの範囲内で、駆動用交差指電極４によって弾性表面波が実効的に生成され、また、各回収用交差指電極５によってエネルギが回収される。

また、スライダ３の接触面３１には、ＦＩＧ．４Ａ，４Ｂに示すように、スライダ３の接触面３１の幅ａの全体にわたって一様に分布する所定の間隔で配置された接触突起３２が設けられている。接触突起３２の先端部分の接触突起面３３が、弾性表面波基板２の表面Ｓに実質的に接触する部分であり、駆動力となる摩擦力が発生する部分である。

本実施形態の弾性表面波モータ１において、接触面３１に設けられた接触突起３２が接触面３１の幅ａの全体にわたって一様に分布しており、スライダ３の接触面３１の幅ａが電極重なり幅ｂと略等しくされているので、回収用交差指電極５に到達する弾性表面波ｗは、弾性表面波の進行方向と直交する幅方向において同一位相の弾性表面波となり、弾性表面波ｗから、駆動用の弾性表面波Ｗを生成するために有効なエネルギを回収でき、エネルギ効率の向上を実現できる。

また、本実施形態の弾性表面波モータ１では、上記の幅方向における位相調整の他に、長さ方向における位相調整が、同じく空間的調整方法によって行われている。スライダ３が配置され駆動されて走行する走行部２１の幅は、上述により、スライダ３の幅ａによって規定されている。そして、走行部２１の長さは、以下のようにして設定されている。

走行部２１は、一般に、回収用及び駆動用の各交差指電極４，５のいずれかにより挟まれた弾性表面波基板２の領域である。本実施形態の弾性表面波モータ１では、駆動用交差指電極４ａと右側の回収用交差指電極５とによって挟まれた領域が走行部２１である。そして、走行部２１を挟んで、弾性表面波の生成とそのエネルギの回収を行う交差指電極４，５の間の距離は、エネルギの環流を効率良く行うために、共振状態の弾性表面波を生成する距離とされる。ここで、共振状態の弾性表面波を発生するとは、弾性表面波の発生側と回収側における境界が、周期境界条件を満たしている状態で弾性表面波を発生しているということに相当する。言い換えれば、弾性表面波の位相が、弾性表面波を回収するときと、弾性表面波を生成するときとで同じということである。

ところで、従来例のＦＩＧ．２６に示したように、一般に、弾性表面波の伝播している表面Ｓにスライダ３などの接触物が接触すると、その接触部分において弾性表面波の位相が変化する。そこで、本実施形態の弾性表面波モータ１では、モータの駆動状態において上述の周期境界条件を実現するために、走行部２１の長さが、スライダ３の配置によって弾性表面波に生じる位相変化分に相当する距離を予めに加えた長さとされている。

すなわち、走行部２１を挟む交差指電極４，５の間の距離である走行部長ｄは、走行部２１にスライダ３を配置しない状態で走行部２１に共振状態の弾性表面波を発生する電極間の距離をｄ０とし、走行部２１にスライダ３を配置することにより共振状態の弾性表面波に生じる位相変化分に相当する距離である位相差ΔＸ（ＦＩＧ．２６参照）を加えた長さ、すなわちｄ＝ｄ０＋ΔＸ、とされている。ここで、ΔＸは、その正負の符号を考慮してｄ０に加えられる。ここで、電極間の距離ｄ０、及びｄは、一般に、電極パターン間の距離そのものとは限らず、実質的あるいは実効的に共振状態を実現する距離である。

上述のように、本実施形態の弾性表面波モータ１では、弾性表面波ｗのエネルギの回収前に、空間的位相調整方法に基づく位相調整手段１０によって、２種類の位相調整を行っており、エネルギ損失の少ない効率的な動作を実現して、エネルギ効率の向上を実現できる。２種類の位相調整の１つは回収する弾性表面波ｗを単一位相状態にする調整であり、他の１つは周期境界条件を満たすようにする調整である。

（第３の実施形態）
ＦＩＧ．５Ａ〜５Ｃは第３の実施形態の弾性表面波モータ１を示し、ＦＩＧ．６Ａ〜６Ｃは交差指電極の反射率特性を示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、回収したエネルギを、機械的エネルギの状態で供給側に環流するものであり、この点が上述の第１及び第２の実施形態の弾性表面波モータ１と異なっている。すなわち、エネルギの回収と環流は、弾性表面波基板２の表面Ｓを逆進する弾性表面波、つまり反射波によって、電気的エネルギの状態ではなく、機械的エネルギの状態で行われる。本実施形態におけるエネルギ環流手段１１は、弾性表面波基板２の表面Ｓである。

本実施形態の弾性表面波モータ１は、弾性表面波基板２と、弾性表面波基板２の表面Ｓに所定距離を隔てて対向配置され、弾性表面波基板２に弾性表面渡を発生させる一対の交差指電極４と、交差指電極４に挟まれた表面Ｓに載置されて弾性表面波により駆動されるスライダ３と、スライダ３を表面Ｓに所定の予圧Ｎで接触させる予圧付与手段（不図示）とを備えている。

弾性表面波基板２、及び予圧付与手段等の基本的な構成は、上述のＦＩＧ．１や第１の実施形態で示したものと同様であり説明は省略する。スライダ３は、ＦＩＧ．５Ｃに示すように、例えばシリコン等を用いて形成されており、略直方体の本体３ａと、弾性表面波基板２の表面Ｓからの推力を得やすくするために表面Ｓに対向配置される本体３ａの面に突設された複数の突起３ｂとを一体に備えている。

また、弾性表面波モータ１の一対の交差指電極４は、ＦＩＧ．１における、駆動用の弾性表面波を発生する駆動用交差指電極４であると共に、弾性表面波を反射して弾性表面波のエネルギを回収したり、供給したりする、回収用交差指電極５でもある。ＦＩＧ．５Ａ、５Ｂおいて交差指電極４は簡略化して示してある。これらの一対の交差指電極４に反射器等を付属させて、一方向性の交差指電極とすることができる（第５、第６の実施形態参照）。

交差指電極４の内、左側の交差指電極４は、スイッチＳＷ１を介して外部電源Ｖ１の両端に接続され、右側の交差指電極４は、スイッチＳＷ２を介して外部電源Ｖ２の両端に接続される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、弾性表面波を発生させる交差指電極４の切り替えを行う切換手段となっている。つまり、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えることにより、弾性表面波基板２上における弾性表面波の進行する方向、従ってスライダ３の移動する方向を切り替えることができる。

一対の交差指電極４は、互いの交差指電極４間の等価反射面間の距離が、交差指電極４により励振される弾性表面波の半波長の整数倍となるように、表面Ｓに対向配置されている。つまり、弾性表面波の波長λ、等価反射面間の距離ｄについて、ｄ＝ｎ×λ／２（ｎ：自然数）が成り立つように等価反射面間の距離ｄが設定されている。ここで、等価反射面とは、物理学において大きさのある物体を質点に置き換えるように、交差指電極４が弾性表面波を反射する機能に着目して、交差指電極４による代表的な反射位置に配置した反射面のことである。

上述したように、等価反射面問の距離ｄを半波長の整数倍に設定することで、左の交差指電極４で励振されて右に向かう弾性表面波Ｗ１、及び各交差指電極４で反射されて多重反射した結果右に向かう弾性表面波Ｗ３，Ｗ５，Ｗ７，・・のいずれもが同一位相を有し、同様に、左へ向かう弾性表面波Ｗ２，Ｗ４，Ｗ６，・・のいずれもが同一の位相を有することになる。そして、これらのいずれの弾性表面波Ｗ１，Ｗ２，・・も、同一位相とすることができる。本実施形態における位相調整手段１０は、空間的位相調整方法を用いるもである。

（交差指電極の設計）
次に、各交差指電極４の設計方法について説明する。交差指電極４は、同極の個別電極の間隔Ｄ、すなわちピッチによって、弾性表面波を生成する交差指電極としての共振周波数が決定される。また、異極の個別電極の組数ｍによって波の反射率Ｒの周波数特性が変化する。ＦＩＧ．５Ａに簡略化して示された交差指電極４の組数ｍは、ｍ＝５である。これらの間隔Ｄ及び組数ｍと、交差指電極４の共振周波数、アドミタンス特性（コンダクタンス及びサセプタンス）、及び反射率Ｒの周波数特性との関係は、計算機シミュレーションにより求めることができる。これにより、所望の共振周波数や反射率の周波数特性を有する交差指電極４の設計を行うことができる。

例えば、間隔Ｄ＝１３２．６４μｍ、組数ｍ＝２０とした場合、シミュレーション結果から、交差指電極４の共振周波数（コンダクタンスのピーク）ｆ０が、ｆ０＝２８．９ＭＨｚのように得られる。この場合、ＦＩＧ．６Ａに示すような反射率特性を有する交差指電極が得られる。この交差指電極は、周波数が２８．９ＭＨｚの弾性表面波に対して約０．２１の反射率を有していることがわかる。ここで、間隔Ｄを大きくすると共振周波数が低くなり、これに伴なって反射率Ｒの周波数特性が全体的に低周波数側にシフトし、間隔Ｄを小さくすると共振周波数が高くなり、これに伴なって反射率Ｒの周波数特性が全体的に高周波数側へとシフトする。

交差指電極４の設計において、まず、反射率Ｒの周波数特性が所望の値に近くなるように間隔Ｄを仮設定する。間隔Ｄの仮設定によって大まかな反射率Ｒの周波数特性を設定した後、組数ｍを変化させることで反射率Ｒの大きさの設定を行う。ＦＩＧ．６Ｂは、組数ｍを、ｍ＝５〜３０のように変えた場合の反射率特性を示している。この場合、間隔Ｄは、Ｄ＝１３２．６４μｍである。また、ＦＩＧ．６Ｃは、組数ｍの値と反射率Ｒの最大値との関係を示す。

組数ｍを増やせば、反射率Ｒの最大値を大きくすることができ、組数ｍが３０を越えると反射率Ｒが約１となることがわかる。また、ＦＩＧ．６Ｂから分かるように、組数ｍを変化させると反射率Ｒの最大値をとる周波数が徐々に低周波数側へシフトする。そこで、反射率Ｒが最大値をとる周波数が所望の値からずれた場合、組数ｍを決定した後に、所望の周波数で反射率が最大になるように間隔Ｄの再設定を行い、最適な間隔Ｄに設定し直せばよい。

このように間隔Ｄ、組数ｍの設定を行うことにより、所望の共振周波数、及び反射率Ｒの周波数特性を有する交差指電極４を設計できる。

（多重反射波のエネルギ）
スイッチＳＷ１を閉じて、外部電源Ｖ１から上述の交差指電極４に高周波電圧を印加し、エネルギＰの弾性表面波Ｗ１を励振させた場合、弾性表面波基板２には以下に示すような多重反射波が生じる。ここで、弾性表面波Ｗ１と同じ周波数の弾性表面波に対し、左側の交差指電極４の反射率をη（０＜η≦１）、右側の交差指電極４の反射率をγ（０＜γ≦１）とし、伝搬中の弾性表面波の減衰は無視できるものとする。

すなわち、左の交差指電極４で励振された弾性表面波Ｗ１は、右の交差指電極４に到達すると、一部が反射されてエネルギγＰの弾性表面波Ｗ２となる。弾性表面波Ｗ２が左の交差指電極４に到達すると、一部が反射されてエネルギγηＰの弾性表面波Ｗ３となる。同様に、このような反射が繰り返される。

そして、上述したように、右に向かう各弾性表面波Ｗ１，Ｗ３，・・がそれぞれ同位相であり、これらの波の全体からなる進行波ＷＦのエネルギＰＦは、各波のエネルギの総和であり、ＰＦ＝Ｐ（１＋γη＋（γη）^２＋・・）となる。また、左に向かう各弾性表面波Ｗ２，Ｗ２、・・がそれぞれ同位相であり、これらの波の全体からなる反射波ＷＲのエネルギＰＲは、各波のエネルギの総和であり、ＰＲ＝γＰ（１＋γη＋（γη）^２＋・・）となる。一般に、γη＜１なので、エネルギＰＦ，ＰＲは、等比級数の公式により、
ＰＦ＝Ｐ／（１−γη）、
ＰＲ＝γＰ／（１−γη）、
と求められる。

また、弾性表面波基板２に生じる波の全エネルギＰＳは、進行波ＷＦのエネルギＰＦと反射波ＷＲのエネルギＰＲの合計、ＰＳ＝ＰＦ＋ＰＲ、である。このうち、スライダ３の移動に寄与するエネルギを進行波成分ＰＨとすると、ＰＨ＝ＰＦ−ＰＲ、である。また、スライダ３の移動に寄与しないエネルギを定在波成分ＰＶとすると、ＰＶ＝ＰＳ−ＰＨ、である。そこで、ＰＦ，ＰＲ，ＰＳ，ＰＨ，ＰＶの関係は、
ＰＳ＝ＰＦ＋ＰＲ＝（１＋γ）Ｐ／（１−γη）、
ＰＨ＝ＰＦ−ＰＲ＝（１−γ）Ｐ／（１−γη）、
ＰＶ＝ＰＳ−ＰＨ＝２ＰＲ＝２γＰ／（１−γη）、
となる。

上述のＰＦ，ＰＲ，ＰＳ，ＰＨ，ＰＶなどの式から明らかなように、本実施形態の弾性表面波モータ１では、反射率γ，ηを調整することにより、進行波成分ＰＨと定在波成分ＰＶの比率を設定することができる。そして、右の交差指電極４の反射率γを設定することにより、進行波ＷＦのエネルギＰＦが、反射波ＷＲのエネルギＰＲよりも大きく、ＰＦ＞ＰＲ（従って、ＰＨ＝ＰＦ−ＰＲ＞０）、なるようにできる。反射率γの設定は、上述のように、交差指電極の間隔Ｄ、及び組数ｍの設定で行うことができる。

上述の反射率γは、進行波ＷＦのエネルギＰＦに対して、例えば、反射波ＷＲのエネルギＰＲが０．５倍以上０．９８倍以下となるように設定することが好ましい。このときの反射率γの値は、上述のＰＨ，ＰＶの式を参照すると、０．５≦γ≦０．９８、の範囲とすればよい。なお、スイッチＳＷ１の代わりに、スイッチＳＷ２を閉じて、外部電源Ｖ２を右側の交差指電極４に接続し、スライダ３を右方向に移動させる状況は上述と同様であり、説明を省略する。

（弾性表面波モータの動作）
次に、弾性表面波モータ１の動作を説明する。スイッチＳＷ１を閉じて外部電源Ｖ１から左の交差指電極４に高周波電圧を印加すると、交差指電極４から供給される電気的エネルギによって弾性表面波基板２に歪が生じ、これにより電気的エネルギが機械的エネルギに変換されて弾性表面波であるレイリー波が発生する。レイリー波は、弾性表面波基板２の表面Ｓを伝播し、２つの交差指電極４の間で多重反射し、定常状態において、右向きに進行する進行波ＷＦと、左向きに進行する反射波ＷＲが生成される。このような弾性表面波は、定在波成分ＰＶと進行波成分ＰＨのエネルギを有し、進行波成分ＰＨのエネルギによって、スライダ３が左方向へと移動する。また、弾性表面波モータ１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り替えにより、スライダ３を左右に駆動できる。

（第４の実施形態）
ＦＩＧ．７Ａは第４の実施形態の弾性表面波モータ１を示し、ＦＩＧ．７Ｂはスライダ３に付与された予圧Ｎと弾性表面波の透過率αとの関係を示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、上述の第３の実施形態と同様の構成であって、スライダ３に付与する予圧Ｎの大きさが弾性表面波の伝播に及ぼす影響を考慮する点が異なり、他の点は同様である。

すなわち、スライダ３が接触している弾性表面波基板２の表面Ｓを、左又は右から通過する弾性表面波ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４，・・は、エネルギの一部を消費して減衰する。その減衰量はスライダ３にかかる予圧Ｎとともに増加する。そして、スライダ３の下面を通過する弾性表面波エネルギの透過率αは、ＦＩＧ．７Ｂに示すように、予圧Ｎの増加にともなって減少する。

ここで、左の交差指電極４に高周波電圧を印加してエネルギＰの弾性表面波Ｗ１を励振させた場合の多重反射波の定常状態の様子を、スライダ３にかけた予圧Ｎによる弾性表面波の透過率α（０＜α＜１）を考慮して説明する。上記同様に、弾性表面波Ｗ１と同じ周波数の弾性表面波に対する、左の交差指電極４の反射率をη（０＜η≦１）、右の交差指電極４の反射率をγ（０＜γ≦１）とし、伝播中の弾性表面波の減衰は無視できるものとする。

すなわち、エネルギＰの弾性表面波Ｗ１は、ＦＩＧ．７Ａに示すように、右に向かい、スライダ３を通過してエネルギαＰの弾性表面波ｗ１となり、右の交差指電極４によって反射されてエネルギγαＰの弾性表面波Ｗ２となる。弾性表面渡Ｗ２は、スライダ３を通過してエネルギγα^２Ｐの弾性表面波ｗ２となり、左の交差指電極４によって反射されてエネルギγηα^２Ｐの弾性表面波Ｗ３となる。同様に、このような反射が繰り返される。

右に向かう進行波ＷＦのエネルギＰＦは、弾性表面波Ｗ１，Ｗ３，・・のエネルギの総和であり、ＰＦ＝Ｐ（１＋γηα^２＋（γηα^２）^２＋・・）となる。また、左に向かう反射波ＷＲのエネルギＰＲは、弾性表面波Ｗ２，Ｗ４，・・エネルギの総和であり、ＰＲ＝γαＰ（１＋γηα^２＋（γηα^２）^２＋・・）となる。一般に、γηα^２＜１なので、エネルギＰＦ，ＰＲは、等比級数の公式により、
ＰＦ＝Ｐ／（１−γηα^２）、
ＰＲ＝γαＰ／（１−γηα^２）、
と求められる。

従って、弾性表面波基板２に生じる波の全エネルギＰＳ＝ＰＦ＋ＰＲ、スライダ３の移動に寄与するエネルギである進行波成分ＰＨ、スライダ３の移動に寄与しないエネルギである定在波成分ＰＶ、などの関係は、上述同様に、
ＰＳ＝ＰＦ＋ＰＲ＝（１＋γα）Ｐ／（１−γηα^２）、
ＰＨ＝ＰＦ−ＰＲ＝（１−γα）Ｐ／（１−γηα^２）、
ＰＶ＝ＰＳ−ＰＨ＝２ＰＲ＝２γαＰ／（１−γηα^２）、
となる。

上式から明らかなように、本実施形態の弾性表面波モータ１では、反射率η，γに加えて、透過率αを調整することにより、進行波成分ＰＨと定在波成分ＰＶとの比率を設定することができる。透過率αの設定は予圧付与手段により付与する予圧Ｎの設定で行える。また、反射率γと透過率αの値は、進行波ＷＦのエネルギＰＦに対して、反射波ＷＲのエネルギＰＲが、０．５倍以上０．９８倍以下となるように設定することが好ましく、例えば、０．５≦γα≦０．９８とすればよい。

（第５の実施形態）
ＦＩＧ．８Ａ，８Ｂは第５の実施形態の弾性表面波モータ１を示し、ＦＩＧ．９Ａ，９Ｂは弾性表面波モータ１の一方向性交差指電極の反射率を示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、上述の第３、第４の実施形態において、交差指電極４を一方向性交差指電極としたものである。

交差指電極４は、弾性表面波を励振するための交差指電極４ａと一方向性を付与するための反射用電極４ｂとを備えて構成されている。すなわち、上述の第３、第４の実施形態における左右の交差指電極４の外側に反射用電極４ｂが設けられている。左右の交差指電極４の位置関係や、これらに接続する外部電源Ｖ１，Ｖ２、及びスイッチＳＷ１，ＳＷ２（不図示）などは、上述の第３、第４の実施形態と同様である。反射用電極４ｂは、交差指電極４ａと同様に構成された交差指電極である。

（反射用電極の設計）
反射用電極４ｂの説明の前に、励振用の交差指電極４ａについて説明する。以下では、ＦＩＧ．８Ｂに示すように、左側の交差指電極４を参照して説明する。交差指電極４ａは左右対称であると仮定する。交差指電極４ａが励振する波は、右側へ進む弾性表面波Ｗａと、左側に進む弾性表面波Ｗｂの２種類あり、それぞれのエネルギは等しく、これをＰ／２とする。交差指電極４ａに入射する弾性表面波に対する反射率をＲａ、反射用電極４ｂに入射する弾性表面波に対する反射率をＲｂとする。

すると、交差指電極４ａから右側へ進む弾性表面波のエネルギの総和ＰＴは、
ＰＴ＝Ｐ／２＋Ｐ（１−Ｒａ）Ｒｂ／（１−ＲａＲｂ）／２、
となる。ここで、Ｒｂが１に近付くほど、エネルギの総和ＰＴがＰに近付くので、反射用電極４ｂの反射率Ｒｂが１に近い程好ましい。そこで、交差指電極４ａの励振周波数である２８．９ＭＨｚの周波数の弾性表面波に対し、反射率Ｒｂ＝１に近づくようにシミュレーションを行い、反射用電極４ｂの個別電極の間隔Ｄと組数ｍとを設定する。

例えば、間隔Ｄを１３６．５μｍ、組数ｍを４０とした場合、ＦＩＧ．９Ａ中にＲｂで示すように、周波数が２８．９ＭＨｚの弾性表面波に対し、０．９９９の反射率を有する反射用電極４ｂが得られる。周波数が２８．９ＭＨｚの弾性表面波に対する交差指電極４ａの反射率Ｒａは、ＦＩＧ．９Ａによると約０．２０である。この交差指電極４全体としての反射率Ｒｔは、
Ｒｔ＝Ｒａ＋（１−Ｒａ）^２／（１−ＲａＲｂ）、
の式で与えられる。

このようにして間隔Ｄ、及び組数ｍがそれぞれ設定された交差指電極４ａと反射用電極４ｂとは、所定の間隔を隔てて弾性表面波基板２上に配置され、交差指電極４となる。ところで、電極４ａ，４ｂ間の距離（異極の個別電極間の距離）を変化させたとき、この距離が、交差指電極４ａにより励振される弾性表面波の半波長の整数倍となったときに、交差指電極４ａを駆動する高周波電流に対するアドミタンスが最大になる、という結果が得られている。これは、交差指電極４ａで励振されて右に進む弾性表面波Ｗａと、一旦左に進んで、反射用電極４ｂで反射された後、交差指電極４ａを通過して右に進む弾性表面波とが同位相となって重なり合うことにより、電流が流れやすくなるためである。従って、これらの電極４ａ，４ｂ間の距離は、半波長の整数倍に実質的に等しい距離とするのが好ましい。

上述のように、左側の交差指電極４の設計がなされる。右側の交差指電極４についても同様に設計される。しかしながら、右側の交差指電極４の設計は、左側の交差指電極４の設計とは異なる条件として、上述の第３、第４の実施形態で説明した進行波成分ＰＨが得られるようにする。これは、左右の交差指電極４の間隔Ｄや組数ｍなどが同じであると、反射率Ｒｔが０．９９９となって進行波成分ＰＨが大幅に減少してしまい、多重反射によりエネルギを回収する弾性表面波モータ１において、スライダ３を移動できなくなるからである。

そこで、右側の交差指電極４の交差指電極４ａと反射用電極４ｂでは、間隔Ｄと組数ｍとを次のように設定する。すなわち、右側の交差指電極４ａの共振周波数を、左側の交差指電極４において反射率が低くなる値とし、さらに、２８．９ＭＨｚの周波数に対する右側の交差指電極４ａの反射率が低くなるように、間隔Ｄと組数ｍとを設定する。例えば、間隔Ｄ＝１３３．８４μｍ、組数ｍ＝２０、と設定し、交差指電極４ａの共振周波数が２８．６４ＭＨｚとなるようにする。

次に、右側の反射用電極４ｂの設定を上述同様に行う。この反射用電極４ｂは、上述同様に交差指電極４ａにより励振される弾性表面波に対する反射率が１に近い程好ましい。シミュレーションにより２８．６４ＭＨｚの周波数の弾性表面波に対して１に近い反射率を有するように反射用電極４ｂの間隔Ｄと組数ｍとを設定する。例えば、間隔Ｄを約１３７．６９μｍ、組数ｍを４０とする。これにより、２８．６４ＭＨｚの周波数の弾性表面波に対して０．９９９の反射率を有する反射用電極４ｂが得られる。

以上のように、左右の交差指電極４が設計され、左側の交差指電極４の反射率Ｒｔと右側の交差指電極４の反射率Ｒｕの周波数特性は、ＦＩＧ．９Ｂに示すようになる。ＦＩＧ．９Ｂから明らかなように、左側の交差指電極４は、自身で励振する周波数２８．９ＭＨｚの弾性表面波に対しては約１の反射率を有し（２８．９ＭＨｚでＲｔ＝約１）、右側の交差指電極４で励振される周波数２８．６４ＭＨｚの弾性表面波に対しては約０．６４の反射率を有している（２８．６４ＭＨｚでＲｔ＝約０．６４）。また、右側の交差指電極４は、自身で励振する周波数２８．６４ＭＨｚの弾性表面波に対しては約１の反射率を有し（２８．６４ＭＨｚでＲｕ＝約１）、左側の交差指電極４で励振される周波数２８．９ＭＨｚの弾性表面波に対しては約０．６４の反射率を有している（２８．９ＭＨｚでＲｕ＝約０．６４）。

ここで、左側の交差指電極４が一方向性の電極であることによる特質を説明する。左側の交差指電極４の交差指電極４ａに所定の高周波電圧を印加すると、ＦＩＧ．８Ｂに示すように、交差指電極４ａから右側に進む弾性表面波Ｗａと左側に進む弾性表面波Ｗｂとが励振される。これらの弾性表面波Ｗａ，Ｗｂは、ともに２８．９ＭＨｚの周波数とＰ／２のエネルギを有している。上述の第３、第４の実施形態では、弾性表面波Ｗｂは、そのまま弾性表面波基板２の左端部へ伝播して熱となり、無駄となっていた。本実施形態では、反射用電極４ｂを設けているので、この弾性表面波Ｗｂを反射用電極４ｂで右方向へ反射して有効利用することができる。そのため、同じ投入電力であれば、第３、第４の実施形態に比べて、約２倍の大きさのエネルギを有する駆動用の弾性表面波を励振させることができる。この点は、右側の交差指電極４についても同様である。

また、各交差指電極４において、互いに異なる共振周波数を有するように間隔Ｄを設定していることにより、右側の交差指電極４が、左側の交差指電極４で励振される周波数２８．９ＭＨｚの弾性表面波に対してＲｕ＝０．６４の反射率を有しているので、左側の交差指電極４を励振させた際に、十分な大きさの定在波成分ＰＶと進行波成分ＰＨとを有する弾性表面波をスライダ３に与えることができる。

また、同様に左側の交差指電極４が右側の交差指電極４で励振される周波数２８．６４ＭＨｚの弾性表面波に対してはＲｔ＝約０．６４の反射率を有しているので、右側の交差指電極４を励振させた際に、十分な大きさの定在波成分ＰＶと進行波成分ＰＨを有する弾性表面波をスライダ３に与えることができる。

以上述べたように、本実施形態の弾性表面波モータ１によれば、第３、第４の実施形態と同様の利点に加えて、励振用の交差指電極４ａと反射用電極４ｂとを備える一方向性電極からなる交差指電極４を用いることにより、第３、第４の実施形態の交差指電極４に比べて、およそ２倍のエネルギを有する駆動用の弾性表面波を励振することができ、さらに低電力でスライダ３を駆動できる。しかも各交差指電極４において、共振周波数を異ならせることにより、進行波成分ＰＨが反射波によって減少するのを抑えているので、スライダ３を移動させるのに十分な進行波成分ＰＨが得られる。このように、多重反射型のエネルギ回収を行う弾性表面波モータ１において、スライダ３の移動を確実に行える。

（第６の実施形態）
ＦＩＧ．１０，ＦＩＧ．１１，及び、ＦＩＧ．１２Ａ，１２Ｂは、一方向性の交差指電極４の他の３種類の構成例を示す。ＦＩＧ．１０に示す一方向性の交差指電極４は、上述同様に、励振用の交差指電極４ａと反射用電極４ｂとで構成されている。しかしながら、この交差指電極４の反射用電極４ｂの構造は、ＦＩＧ．８Ａにおける交差指電極からなる反射用電極４ｂとは異なり、はしご状の電極によって構成されたものである。

また、ＦＩＧ．１１に示す一方向性の交差指電極４は、互いに異極となる一対の交差指電極４２，４３の個別電極の間に、反射用のフロート電位の電極４３を配置して構成されている。ここで、反射用の電極４３は、角張ったＵ字状、又はＩ字状の電極群からなっている。

また、ＦＩＧ．１２Ａ，１２Ｂに示す一方向性の交差指電極４は、例えばアルミ薄膜のパターンからなる、互いに異極となる一対の交差指電極４１，４２を所定間隔で配置し、これらの電極の各個別電極部分の一部表面と弾性表面波基板２の一部表面とにまたがる表面領域に、シリコン酸化物ＳｉＯ_２膜からなる反射部４０を設けて構成されている。

これらＦＩＧ．１０，１１，１２Ａ，１２Ｂに示す一連の一方向性交差指電極４は、いずれも構成が異なるものであるが、その動作については、第５の実施形態で説明した交差指電極４（ＦＩＧ．８Ａ）と同様であり、説明は省略する。

（第７の実施形態）
ＦＩＧ．１３は第７の実施形態の弾性表面波モータ１の回収用交差指電極５の反射率Ｒを示し、ＦＩＧ．１４Ａ，１４Ｂは弾性表面波モータ１の回収用交差指電極５の反射率の調整によるスライダ３の移動を示し、ＦＩＧ．１５Ａ〜１５Ｄ，ＦＩＧ．１６は種々の構造の回収用交差指電極５とインピーダンスの調整の例を示す。

本実施形態の弾性表面波モータ１は、スライダ３の駆動に利用されない弾性表面波のエネルギを回収用交差指電極５による弾性表面波の反射によって回収し、より低消費電力（小さな入力）でスライダ３を駆動するものである（ＦＩＧ．１）。

ところで、回収用交差指電極５によって弾性表面波を全反射させてしまうと、弾性表面波基板２において進行波成分が小さくなるので、スライダ３を動かすことができなくなる。そこで、回収用交差指電極５に、例えば、抵抗を接続して交差指電極５のインピーダンスを変えることにより反射率を下げて、弾性表面波の進行波を確保し、その進行波により、スライダ３を動かすことができる。回収用交差指電極５のインピーダンスを調整するための電気回路１５として、抵抗、インダクタ、キャパシタなどの受動素子やこれらの組合せたものを用いることができる。また、はしご状の電極のように、回収用交差指電極５の異極間をショートして、インピーダンスの値を０とすることも行われる。

ＦＩＧ．１３は、反射率の調整例を示す。横軸は駆動用交差指電極４に印加する電圧の周波数、縦軸は回収用交差指電極５の反射率Ｒである。曲線ｒ０は、駆動用交差指電極４の共振周波数である１５ＭＨｚで発生させた弾性表面波に対する、回収用交差指電極５の反射率を示す。この曲線ｒ０の場合、回収用交差指電極５のインピーダンス調整は行っていない。また、周波数１５ＭＨｚにおいて、全反射するように回収用交差指電極５の櫛の歯（電極指）の組数と等価反射面の距離ｄとが設定されている。曲線ｒ１は、回収用交差指電極５に電気回路１５として抵抗を接続して反射率Ｒを下げた例を示す。曲線ｒ１は、周波数１５ＭＨｚにおいて、反射率ＲをＲ＝０．９に下げることができている。

ＦＩＧ．１４Ａは、スライダ３を挟むように設けた駆動用交差指電極４と、交差指電極４の外側に設けた回収用交差指電極５と、を備えた弾性表面波モータ１において、右側の回収用交差指電極５に反射率調整のための抵抗（電気回路１５）を接続し、左側の駆動用交差指電極４に外部電源Ｖを接続して、スライダ３を左方に移動する様子を示す。この状態で、抵抗Ｒの効果によって、右方に進む弾性表面波ＷＬが、左方に進む弾性表面波ＷＲよりも十分優勢となり、十分な大きさの定在波成分ＰＶと進行波成分ＰＨを有する弾性表面波をスライダ３に与えることができる。すなわち、弾性表面波の多重反射によるエネルギ回収型の弾性表面波モータ１において、スライダ３を移動させるのに十分な進行波成分ＰＨが得られる。ＦＩＧ．１４Ｂは、電気回路１５と外部電源Ｖの接続を切り替えて、スライダ３を右方に移動させる様子を示す。

ＦＩＧ．１４Ａ，１４Ｂ，ＦＩＧ．１５Ａ，１５Ｂ，ＦＩＧ．１６に示す弾性表面波モータ１における回収用交差指電極５は、隣接する駆動用交差指電極４を一方向性の交差指電極を形成する反射用電極となっている。ＦＩＧ．１５Ｂの反射用電極は、ＦＩＧ．１０に示した構造の例である。また、ＦＩＧ．１５Ｃ，１５Ｄに示す弾性表面波モータ１における駆動用交差指電極４は、それぞれ、一方向性の交差指電極を構成するための構造が作り込まれている。前者は、ＦＩＧ．１１に示した構造の例であり、後者は、ＦＩＧ．１２Ａ，１２Ｂに示した構造の例である。

上述した本実施形態のいずれの回収用交差指電極５（ＦＩＧ．１６の場合は駆動用交差指電極４）においても、インピーダンスを調整するための、例えば、抵抗やインダクタなどの受動素子からなる電気回路１５が接続されている。この電気回路１５が抵抗の場合は、回収用交差指電極の反射率を調整する作用があり、インダクタやキャパシタの場合は、回収用交差指電極５によって反射する弾性表面波の位相を調整する作用がある。後者の場合、等価反射面の距離ｄの調整を行うことができる。

なお、本実施形態のＦＩＧ．１５Ａなどにおける駆動用交差指電極４を第５の実施形態におけるＦＩＧ．８Ａの交差指電極４ａと見倣し、回収用交差指電極５を同じく第５の実施形態におけるＦＩＧ．８Ａの反射用電極４ｂと見倣すことができる。

（第８の実施形態）
ＦＩＧ．１７Ａ，１７Ｂは、互いに異極となる一対の交差指電極４１，４２からなる交差指電極４にインダクタＬやキャパシタＣを接続して、交差指電極４によって反射する弾性表面波の位相を変化させる様子を示す。この場合、位相の変化は、反射面の位置の変化によって発生する。反射面の位置を変化できることは、第３の実施形態（ＦＩＧ．５Ａ）において説明した等価反射面間の距離ｄを、交差指電極のパターン形成後に調整できるということを意味する。

ＦＩＧ．１７Ａに示すように、交差指電極４１，４２間にインダクタＬを接続した場合、反射前の弾性表面波の位相に対して反射後の弾性表面波の位相が遅れるので、左方から入射して反射する弾性表面波Ｗｒのみかけの反射位置が位置Ｒ０から左方の位置Ｒ１に移動したと見倣すことができる。ここで、インダクタＬのインダクタンス値による位相の遅れをθとすると、等価反射面間の距離ｄとθとが、２ｄ−θλ／２π＝ｎλを満たすときに、多重反射波する弾性表面波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４・・に対して、周期境界条件を満たす反射を実現できる。なお、位置Ｒ０，Ｒ１間の距離はθλ／４πである。

また、ＦＩＧ．１７Ｂに示すように、交差指電極４１，４２間にキャパシタＣを接続した場合、反射前の弾性表面波の位相に対して反射後の弾性表面波の位相が進むので、左方から入射して反射する弾性表面波Ｗｒのみかけの反射位置が位置Ｒ０から右方の位置Ｒ２に移動したと見倣すことができる。ここで、キャパシタＣのキャパシタンス値による位相の遅れをφとすると、等価反射面間の距離ｄとφとが、２ｄ＋φλ／２π＝ｎλを満たすときに、多重反射する弾性表面波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４・・に対して、周期境界条件を満たす反射を実現できる。なお、位置Ｒ０，Ｒ２間の距離はφλ／４πである。

（第９の実施形態）
ＦＩＧ．１８Ａ，１８Ｂは第９の実施形態の弾性表面波モータ１におけるスライダ３の移動方向をスイッチＳＷ１，ＳＷ２で切り替える様子を示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、第５実施形態のＦＩＧ．１５Ａに示した弾性表面波モータ１と同様に、多重反射によりエネルギを回収するものである。本実施形態の特徴的な点のみを説明する。

弾性表面波モータ１は、駆動用交差指電極４が、弾性表面波基板２の表面Ｓの駆動用の弾性表面波の進行方向の前後に設けられており、これらの駆動用交差指電極４のいずれかに選択的に外部電源Ｖを接続するスイッチＳＷ１と、一対の回収用交差指電極５のいずれかに選択的に電気回路１５を接続するスイッチＳＷ２と、を備えている。これらのスイッチＳＷ１，ＳＷ２により、駆動用の弾性表面波の進行方向を切り替えて、スライダ３の移動方向を切り替えることができる。また、駆動用の弾性表面波を発生させるための外部電源Ｖを１つにすることができる。

（第１０の実施形態）
ＦＩＧ．１９Ａ，１９Ｂ，ＦＩＧ．２０は第１０の実施形態の弾性表面波モータ１を示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、上述の第９の実施形態において、複数の回収用交差指電極５を用いるようにしたものである。回収用交差指電極５を複数にするため、外部電源に接続されない駆動用交差指電極４を回収用交差指電極に兼用している。そして、複数の回収用交差指電極５にそれぞれインピーダンス調整用の電気回路１５，１６を接続している。ＦＩＧ．２０の場合、３つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を設けて、これらの切り替えにより、スライダ３の移動方向の切り替え可能としている。なお、スイッチとして、応答速度の速いＰｈｏｔｏ−ＭＯＳリレーなどが適している。

（第１１の実施形態）
ＦＩＧ．２１Ａ，２１Ｂは第１１の実施形態の弾性表面波モータ１を示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、上述の第９の実施形態において、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を１つに減らすようにしたものである。すなわち、弾性表面波モータ１において、駆動用交差指電極４は、一対の回収用交差指電極５の間に配置されると共に、いずれもスイッチを介することなく外部電源Ｖに接続される。また、一対の回収用交差指電極５のいずれかにスイッチＳＷを用いて選択的に電気回路１５を接続することにより、駆動用の弾性表面波の進行方向を切り替えることができる。この弾性表面波モータ１は、外部電源Ｖの切り替えを行わないので、単一のスイッチＳＷでスライダ３の走行方向を切り替えて、往復運動させることができる。

（第１２の実施形態）
ＦＩＧ．２２は第１２の実施形態の弾性表面波モータ１を示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、例えば、上述の第７の実施形態のＦＩＧ．１５Ａの構造の弾性表面波モータ１において、電気回路１５のインピーダンスを可変として、スライダ３の走行速度や走行方向のリアルタイム制御が可能とするものである。このようなリアルタイム制御のために、例えば、弾性表面波の発生エリアＡにおいて、弾性表面波の振幅と外部電源Ｖの出力する電圧の位相に対する位相のずれとを測定する。測定された情報に基づいて、電気回路１５のインピーダンスを調整してスライダ３の動きを制御する。電気回路１５の可変インピーダンスＺは、Ｚ＝Ｒ＋ｉＸ、と表される。ここで、Ｒは可変抵抗によるレジスタンス値であり、Ｘは可変キャパシタや可変インダクタによるリアクタンス値である。レジスタンスＲを調整して制御する例は、第１３の実施形態で、また、リアクタンスＸを調整して制御する例は、第１４の実施形態で示す。

弾性表面波モータ１を駆動する際に、例えば、外部電源Ｖの電圧変動等から生じる波の振幅の変動、弾性表面波基板２の品質変動、交差指電極寸法の製造変動による波長の変動や位相差の発生、スライダ３の予圧Ｎの変動等から生じる位相の変動、等によって条件変動が発生する。そこで、条件変動に対応して、電気回路１５のインピーダンスを調整することにより、例えば、回収用交差指電極５の反射率や反射波の位相を調整し、スライダ３の動作をリアルタイムに制御できる。

（第１３の実施形態）
ＦＩＧ．２３は第１３の実施形態の弾性表面波モータ１の制御ブロックを示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、上述の第１２の実施形態におけるスライダ３のリアルタイム制御をより具体的に示すものである。弾性表面波モータ１は、弾性表面波基板２に対するスライダ３の相対速度ｖを検出する速度検出装置１２と、スライダ３の目標移動速度ｖ０を入力する速度入力装置１３と、速度検出装置１２によって検出された相対速度ｖと速度入力装置１３によって入力された目標移動速度ｖ０とが一致するように受動素子からなる電気回路１５のインピーダンスを変化させるフィードバック制御を行うフィードバック装置１４と、を備えている。

この実施形態において変化させるインピーダンスは、レジスタンスＲである。上述の第７の実施形態のＦＩＧ．１４Ａ，１４Ｂで示したように、抵抗によって回収用交差指電極５の反射率を調整し、スライダ３を移動させるための進行波成分ＰＨの大きさを制御することができる。また、一般に、スライダ３の速度制御は、外部電源Ｖから出力する電圧の振幅やパルス幅を変えることでも行えるが、本実施形態の多重反射型のエネルギ回収を行う弾性表面波モータ１において、外部電源Ｖを調整することなく、電気回路１５の抵抗成分を変化させて、スライダ３の速度制御をリアルタイムに容易に行うことができる。

上述のように、インピーダンス、特にレジスタンス可変の電気回路１５を備えた弾性表面波モータ１は、組み立てられた最初の動作時に、目標とする駆動力、速度、及び弾性表面波の振動分布などが得られるように、インピーダンスの調整によって調整される。また、上述のようなリアルタイム制御が可能であると、弾性表面波モータ１を長時間動作させている間に発生する、速度や駆動力の低下などの駆動特性の劣化に対応することができる。スライダ３の移動速度ｖをリアルタイムに測定し、その低下により駆動特性の劣化を検知し、インピーダンスＺの中でも特にレジスタンスＲを調整することにより、速度の低下を補正することができる。駆動特性の劣化は、例えば、スライダ３の弾性表面波基板２との接触部分の磨耗が考えられるがこの限りではない。

（第１４の実施形態）
ＦＩＧ．２４は第１４の実施形態の弾性表面波モータ１の制御ブロックを示す。本実施形態の弾性表面波モータ１は、上述の第１３の実施形態と同様に、第１２の実施形態におけるスライダ３のリアルタイム制御をより具体的に示すものである。記載の弾性表面波モータ１は、外部電源Ｖからの弾性表面波発生用の電圧波形の位相φｖと実際に発生した駆動用の弾性表面波の位相φｗとの差θを検出する位相差検出装置１６と、目標とする位相差θ０を入力する位相差入力装置１３と、位相差検出装置１６によって検出された位相差θと位相差入力装置１３によって入力された目標位相差θ０とが一致するように電気回路１５のインピーダンスを変化させるフィードバック制御を行うフィードバック装置１４と、を備えている。

この実施形態において変化させるインピーダンスは、リアクタンスＸである。上述の第８の実施形態のＦＩＧ．１７Ａ，１７Ｂで示したように、インダクタＬやキャパシタＣを用いて、境界条件を調整することにより、回収用交差指電極５によって反射される弾性表面波の位相を調整し、スライダ３を移動させるための進行波成分ＰＨの大きさを制御することができる。
上述の第１３の実施形態と同様に、インピーダンス、特にリアクタンス可変の電気回路１５を備えた弾性表面波モータ１は、組み立てられた最初の動作時に、目標とする駆動力、速度、及び弾性表面波の振動分布などが得られるように、リアクタンスの調整によって調整される。また、上述のようなリアルタイム制御が可能であると、弾性表面波モータ１を長時間動作させている間に発生する、弾性表面波の位相のずれをリアルタイムに測定し、その位相のずれにより駆動特性の劣化を検知し、インピーダンスＺの中でも特にリアクタンスＸを調整することにより、位相のずれを補正しスライダ３の速度の低下を補正するこおができる。

位相ずれは、主にスライダ３に付与する予圧Ｎのばらつきにより発生するが、この限りではない。予圧Ｎのばらつきは、予圧付与手段の劣化、例えば、予圧Ｎを発生するスプリングの劣化や、磁石の劣化などが考えられる。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、上述した各実施形態の個々の内容を相互に組み合わせて弾性表面波モータ１を構成することができる。

この出願は２００５年３月２８日付けの特許出願、及び２００５年７月１９日付けの特許出願に基づいて優先権主張を行う。その出願の内容の全体が参照によって、この出願に組み込まれる。

Claims (18)

1. 弾性表面波基板と、
   前記弾性表面波基板の表面に予圧を付与された状態で接触して配置されるスライダと、
   前記弾性表面波基板表面に設けられ、外部電源に接続されて前記弾性表面波基板に駆動用の弾性表面波を発生させ、前記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スライダの前記弾性表面波基板との接触面に発生する摩擦力により前記スライダを駆動する駆動用交差指電極と、
   前記弾性表面波基板表面の前記弾性表面波の進行方向の前後に配置され、前記弾性表面波におけるスライダの駆動に利用されない弾性表面波のエネルギを回収し、その回収したエネルギを用いて弾性表面波を発生させる回収用交差指電極と、を備えた弾性表面波モータにおいて、
   前記回収用交差指電極により発生される弾性表面波の位相と、前記駆動用交差指電極が発生する駆動用の弾性表面波の位相とを合わせる位相調整手段を備え、
   前記位相調整手段は、前記回収用交差指電極により発生される弾性表面波の位相と前記駆動用交差指電極が発生する駆動用の弾性表面波の位相との位相差であって、前記スライダが前記弾性表面波基板の表面に接触することによって発生する位相差、又は前記弾性表面波基板と前記スライダの動作特性の変動によって発生する位相差をなくすように位相を合わせることを特徴とする弾性表面波モータ。
2. 前記回収用交差指電極を少なくとも一対有し、その一方を用いて弾性表面波の機械的エネルギを電気エネルギに変換して回収し、他方を用いて前記回収した電気エネルギを機械的エネルギに変換し、駆動用の弾性表面波を発生することを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波モータ。
3. 前記位相調整手段は、前記回収用交差指電極の一方と他方との間に接続された電気回路により構成さ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。
4. 前記位相調整手段は、前記回収用及び駆動用の各交差指電極のいずれかにより挟まれた弾性表面波基板の前記スライダが走行する領域の走行方向の長さにより設定され、その長さを、当該領域に前記スライダを配置しない状態で共振状態の弾性表面波を発生する長さに、当該領域に前記スライダを配置することにより生じる共振状態の弾性表面波の位相変化分の長さを加えた長さとしたことを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波モータ。
5. 前記回収用交差指電極を少なくとも一対有し、その一方を用いて弾性表面波を反射させて前記駆動用交差指電極側に戻すことによりその弾性表面波のエネルギを回収し、他方を用いて前記戻された弾性表面波を再度反射することにより、駆動用の弾性表面波を発生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。
6. 前記回収用交差指電極の駆動用交差指電極側は、前記駆動用交差指電極を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波モータ。
7. 前記位相調整手段は、前記一対の回収用交差指電極の等価反射面間の長さにより設定され、前記長さが前記回収用交差指電極により発生する弾性表面波の半波長の整数倍に実質的に等しいことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の弾性表面波モータ。
8. 前記位相調整手段は、駆動用の弾性表面波の進行方向前方に配置された前記回収用交差指電極に接続された電気回路により構成され、その電気回路のインピーダンスを設定することにより当該交差指電極で反射される反射波の位相を調整することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の弾性表面波モータ。
9. 前記回収用交差指電極によって反射される反射波の反射率は、当該交差指電極の電極間隔の調整、その交差指電極の電極指数の調整、前記スライダに付与する予圧の大きさ調整の内の少なくとも１つにより調整されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の弾性表面波モータ。
10. 前記回収用交差指電極に接続された電気回路によってインピーダンスを設定することにより、その交差指電極で反射される反射波の反射率を調整することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の弾性表面波モータ。
11. 前記駆動用交差指電極は、前記弾性表面波基板表面の駆動用の弾性表面波の進行方向の前後に設けられており、これらの駆動用交差指電極のいずれかに選択的に前記外部電源を接続するスイッチと、前記一対の回収用交差指電極のいずれかに選択的に前記電気回路を接続するスイッチと、を備え、これらのスイッチにより、駆動用の弾性表面波の進行方向を切り替えることを特徴とする請求項１０に記載の弾性表面波モータ。
12. 前記駆動用交差指電極は、前記一対の回収用交差指電極の間に配置されると共に、いずれも前記スイッチを介することなく前記外部電源に接続され、前記一対の回収用交差指電極のいずれかに前記スイッチを用いて選択的に前記電気回路を接続することにより、駆動用の弾性表面波の進行方向を切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の弾性表面波モータ。
13. 前記電気回路のインピーダンスが可変であることを特徴とする請求項１０に記載の弾性表面波モータ。
14. 前記弾性表面波基板に対する前記スライダの相対速度を検出する速度検出装置と、
    前記スライダの目標移動速度を入力する速度入力装置と、
    前記速度検出装置によって検出された相対速度と前記速度入力装置によって入力された目標移動速度とが一致するように前記電気回路のインピーダンスを変化させるフィードバック制御を行うフィードバック装置と、を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の弾性表面波モータ。
15. 前記外部電源からの弾性表面波発生用の電圧波形の位相と実際に発生した駆動用の弾性表面波の位相との差を検出する位相差検出装置と、
    目標とする位相差を入力する位相差入力装置と、
    前記位相差検出装置によって検出された位相差と前記位相差入力装置によって入力された目標位相差とが一致するように前記電気回路のインピーダンスを変化させるフィードバック制御を行うフィードバック装置と、を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の弾性表面波モータ。
16. 前記駆動用交差指電極は、前記弾性表面波基板表面の弾性表面波の進行方向の前後に設けられており、
    これらの駆動用交差指電極の少なくとも一方は、当該駆動用交差指電極が発生する弾性表面波が交差指電極の両側に均等に出ていくことなく、一方側に出ていく弾性表面波の振幅が、他方側に出ていく弾性表面波の振幅よりも大きくなるようにする一方向化手段を備え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。
17. 前記スライダの前記弾性表面波基板の表面に接触する部分の、弾性表面波の進行方向と直交する方向の幅は、前記駆動用交差指電極における電極重なり幅と実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波モータ。
18. 前記スライダは、当該スライダの前記弾性表面波基板の表面と接触する部分に、弾性表面波の進行方向と直交する方向に一様に分布した接触突起を持つことを特徴とする請求項１７に記載の弾性表面波モータ。

Images