JPH07231685A

JPH07231685A - 弾性表面波リニアモータ

Info

Publication number: JPH07231685A
Application number: JP6022421A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Higuchi; 俊郎樋口; Minoru Kurosawa; 実黒澤
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 1995-08-29
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP3466690B2

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】圧電材料からなる固定子１と、この固定子１
に配置される簾状電極２と、この簾状電極２を励振させ
る高周波電源４と、固定子１上にセットされる３個のボ
ールで点接触部を有する移動子３とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【０００３】

【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。

【０００４】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。

【０００５】

【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
材料からなる固定子と、この固定子に配置される簾状電
極と、この簾状電極を励振させる高周波電源と、前記固
定子上にセットされる少なくとも３点接触部を有する移
動子とを設けるようにしたものである。

【０００６】以下、具体的に、前記簾状電極は数ＭＨｚ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。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。前記固定子の正方形状の４辺にそれぞれ簾状電極を配
置してなる。

【０００７】前記固定子の正方形状の４辺にそれぞれ
簾状電極を配置し、それらの簾状電極を選択的に励振さ
せ、移動子を２次元平面上を駆動可能にしてなる。前記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。

【０００８】

【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。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。

【０００９】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。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。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。

【００１０】因みに、移動子の移動速度は、数１０ｃｍ
／秒程度が可能である。また、固定子の簾状電極に印加
する高周波の振幅値（Ｖ_P-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。

【００１１】

【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。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。

【００１２】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。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。

【００１３】以下、具体的に説明する。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４
２ｍｍである。

【００１４】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）で固定したものを
用いる。ここで、ボール２１はその固定子１への接触面
は正規できれいな球面が形成されるものを用いる。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。

【００１５】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。

【００１６】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。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。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２ｍｍ、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。

【００１７】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。交流電
圧７０Ｖ_P-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。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。

【００１８】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。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。

【００１９】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。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４２〜４５の幅は１０ｍ
ｍ、端子部の最外側の幅は４２ｍｍである。

【００２０】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）で固定した
ものを用いる。ここで、ボール５２はその固定子４１へ
の接触面は正規で、きれいな球面が形成されるものを用
いる。つまり、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。

【００２１】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。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。

【００２２】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、簾状電極で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５１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
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。

【００２３】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。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。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。

【００２４】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。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。

【００２５】

【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。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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

１，３１，４１固定子２，４２〜４５簾状電極３，３３，５１移動子（スライダー）４，６１高周波電源１１，１２端子部２１，５２ボール２２，５３支持体３２楕円軌跡６２スイッチング回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）圧電材料からなる固定子と、（ｂ）
該固定子に配置される簾状電極と、（ｃ）該簾状電極を
励振させる高周波電源と、（ｄ）前記固定子上にセット
される少なくとも３点接触部を有する移動子とを具備す
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】前記固定子の正方形状の４辺にそれぞれ
簾状電極を配置してなる請求項１記載の弾性表面波リニ
アモータ。
【請求項６】前記固定子の正方形状の４辺にそれぞれ
簾状電極を配置し、それらの簾状電極を選択的に励振さ
せ、移動子を２次元平面上を駆動可能にしてなる請求項
１記載の弾性表面波リニアモータ。
【請求項７】前記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。