WO2006104070A1

WO2006104070A1 - 弾性表面波モータ

Info

Publication number: WO2006104070A1
Application number: PCT/JP2006/306077
Authority: WO
Inventors: Masahiro Kirigaya; Masahiro Sato; Youhei Ishigami; Kazuo Sawada; Minoru Kurosawa
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2007-09-28
Also published as: US7615909B2; US20080252171A1; CN101151794B; EP1870998A4; EP1870998A1; JP4733111B2; CN101151794A; JPWO2006104070A1

Abstract

　エネルギ回収型の弾性表面波モータにおいて、エネルギの回収と供給に際し、位相変化の調整によるエネルギ効率の向上を図る。弾性表面波モータ（１）は、弾性表面波基板（２）と、予圧（Ｎ）を付与されたスライダ（３）と、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、弾性表面波（Ｗ）の進行方向の前後に配置され、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、回収用交差指電極（５）が発生する弾性表面波の位相を、駆動用交差指電極（４）が発生する弾性表面波Ｗの位相に合わせる位相調整手段（１０）と、を備えている。　

Description

明細書

弾性表面波モータ

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 従来、ァクチユ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、 lmZ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。

[0003] 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 0 9— 233865号公報参照）。

[0004] また、弾性表面波モータにお、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、駆動に使われな力つ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、る（例えば、特開平 11― 146665号公報参照）。

[0005] 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。

[0006] 弾性表面波基板 2は、厚さ lmm程度の圧電材料カゝらなる。交差指電極 4, 5は、薄膜導体をパター-ングして櫛の歯を互いに嚙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ェネルギを供給する。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。

[0007] 上述の状態で、交差指電極41)に外部電源¥1から 1 = 0 05 0) 1;、交差指電極 4 aに外部電源 V2から ν2= νθ · sin ω t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。

[0008] 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ェネルギとする、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 V、場合に比べて、より少な、消費エネルギで動作する。

[0009] しかしながら、上述した FIG. 25 A, 25Bゃ特開平 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に発生している弹性表面波 W, wl, 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 Δ Xの位相変化を受けた弾性表面波 w2が発生する。

[0010] 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 wl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つて位相が異なり、交差指電極 5にお、て機械的ェネルギカゝ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が弹性表面波 wl, 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。

[0011] 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 wl, w2に位相差がない場合、個々の波 wl, w2のエネルギ el = e (wl) , 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 wl, w2に位相差がある場合、個々の波 wl, w2のエネルギ el , e2、及び全体の波 wから回収される波のエネルギ e a =e (w)は、 FIG. 28A, 28Bに示すようになる。

[0012] 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 Δ Χに対応して、エネルギ el, e2に位相差 A tlが発生する。この位相差 A tlの影響によって、エネルギ e aはエネルギ eよりも小さくなり（e αく 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 e aには位相差 A t2が発生する。

[0013] 次に、エネルギ供給効率にっ、て説明する。交差指電極 4から供給される補填ェネルギ EO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 EO, 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(EO + 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 A t2がある場合、補填エネルギ EOと、位相差 Δ t2を有して供給される環流エネルギ e aと、これらのエネルギ EO, e aの供給にょって生成された波WのェネルギE _J8 =e (W (E0 + e Q；) )は、 FIG. 30A, 30Bに示すようになる。

[0014] 補填エネルギ EO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 E βがエネルギ Elよりも小さくなり（E α < E1)、エネルギ供給効率が悪くなる。また、エネルギ E j8の位相は、エネルギ E1に対して位相差 A t3が発生する。

[0015] 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 Δ Χに起因して、環流エネルギ e aや生成された弾性表面波 Wのエネルギ E j8の低下、及び位相差 A tl, A t2, A t3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力もずれたりすることによつても生じる。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。

[0016] 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。

発明の開示

[0017] 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るものである。

[0018] 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弹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、ずれの段階にぉ、ても行うことができる。

[0019] 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。

[0020] 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工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工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。

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 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カロえた長さとしたものである。

[0025] 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。

[0026] 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弹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。

[0027] 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力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力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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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。

[0033] このような構成によれば、位相の調整が容易である。

[0034] 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ちのである。

[0035] 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。

[0036] 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。

[0037] 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。

[0038] 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ィッチと、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ィッチと、を備え、これらのスィッチにより、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。

[0039] 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。

[0040] 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、いずれも前記スィ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。

[0041] 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、単一のスィ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。

[0042] 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。

[0043] 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さる。

[0044] 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ー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。 [0045] このような構成によれば、外部電源を調整することなぐ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。

[0046] 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ー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ノ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。

[0047] このような構成によれば、外部電源を調整することなぐ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。

[0048] 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ぐ一方側に出ていく弾性表面波の振幅力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。

[0049] このような構成によれば、一方向性ィ匕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。

[0050] 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。

[0051] 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つて、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。

[0052] 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、弹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。

[0053] このような構成によれば、スライダの弹性表面波基板の表面と接触する部分が、弹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。図面の簡単な説明

[0054] [図 1]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。

[図 2]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。

[図 3]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。

[図 4]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。

[図 5]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. 5Cはスライダの斜視図。

[図 6]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。

[図 7]FIG. 7Aは本発明の第 4の実施形態に係る弹性表面波モ一タの概略説明図、 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

差替え用紙（規則 26) 圆 8]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。

[図 9]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。

圆 10]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。

[図 11]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

[図 12]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。

圆 13]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。

[図 14]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。

[図 15]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。

[図 16]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。

[図 17]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。

[図 18]FIG. 18 A, 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ィッチで切り替える様子を示す概略説明図。

[図 19]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。

[図 20]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ィッチで切り替える様子を示す概略説明図。 [図 21]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。

[図 22]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。

[図 23]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。

[図 24]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。

[図 25]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。

[図 26]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。

[図 27]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。

[図 28]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。

[図 29]FIG. 29Aは 2つの位相の揃ったエネルギ源力も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。

[図 30]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。

発明を実施するための最良の形態

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、弹性表面波基板 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 Vヽて弾性表面波 Wを発生させる回収用交差指電極 5と、を備えている。

[0056] 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。

[0057] 弾性表面波基板 2は、電気機械結合係数が高!ヽ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 )の単結晶板が用いられる。弾性

3

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、。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 lmm程度の矩形状である。外形は、平板でなく曲面でもよぐまた矩形でなく円形や任意形状でもよい。

[0058] スライダ 3は、通常、シリコンのような硬、材料でできて、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ゃ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。 [0059] 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ィ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カロえるようにしてちょい。

[0060] 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嚙み合わせるように向か、合わせて組み合わせて形成されて、る (FIG. 2参照

) o

[0061] 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ユ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。

[0062] 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。 [0063] 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、これらの電極力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!、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ぐ一方に出ていく弾性表面波の振幅力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!、かな!/、一方向性の交差指電極となって!/、る。

[0064] 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力所定の 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となつてスライダ 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

[0065] 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、て、駆動用の弾性表面波 Wを生成する。

[0066] 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。

[0067] 上述の弾性表面波 Wは、駆動用交差指電極 4力のエネルギ EO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、ずれの段階にぉ、ても行うことができる。

[0068] 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力も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、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。

[0069] 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。

[0070] 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。

[0071] (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 VI, 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〖こ挿入された位相調整回路 8と、を備えている。

[0072] 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ゃスライダ 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。

[0073] 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)。

[0074] 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、予め電気工ネルギの位相を調整する。

[0075] 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 VI, V2力ら vl =vO'cos co t、 ν2=ν0· sin co t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の駆動に一部のェ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。

[0076] 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つ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。

[0077] 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。

[0078] ところで、上述の弾性表面波モータ 1において、外部電源 VI, 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。

[0079] (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は弹性表面波モータ 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。

[0080] 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。

[0081] 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。

[0082] 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に到達する弹性表面波 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。

[0083] 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。

[0084] 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。

[0085] 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の長さ力スライダ 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。

[0086] 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を配置しなヽ状態で走行部 21に共振状態の弾性表面波を発生する電極間の距離を dO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 Δ X (FIG. 26参照）を加えた長さ、すなわち d=dO+ ΔΧ、とされている。ここで、 ΔΧは、その正負の符号を考慮して dOにカ卩えられる。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。

[0087] 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。

[0088] (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、ェ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ぐ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。

[0089] 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、る。

[0090] 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 3 aの面に突設された複数の突起 3bとを一体に備えている。

[0091] 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、駆動用の弹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は簡略ィ匕して示してある。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)。

[0092] 交差指電極 4の内、左側の交差指電極 4は、スィッチ SW1を介して外部電源 VIの両端に接続され、右側の交差指電極 4は、スィッチ SW2を介して外部電源 V2の両端に接続される。スィッチ 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、スィッチ 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。

[0093] 一対の交差指電極 4は、互、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、弾性表面波の波長え、等価反射面間の距離 dについて、 d= η Χ λ /2 (η: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。

[0094] 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カゝぅ弾性表面波 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力う弾性表面波 W3, W5, W7, · ·のいずれもが同一位相を有し、同様に、左へ向力う弾性表面波 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 Wl, 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。

[0095] (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に簡略ィ匕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。

[0096] 例えば、間隔 D= 132. m、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） fO力 fO = 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、これに伴なつて反射率 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、これに伴なつて反射率 Rの周波数特性が全体的に高周波数側へとシフトする。

[0097] 交差指電極 4の設計にぉ、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. 6 B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. 64 m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。

[0098] 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力も分力るように、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。

[0099] 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。

[0100] (多重反射波のエネルギ）

スィッチ SW1を閉じて、外部電源 VI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 Wl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 7? (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。

[0101] 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 γΡ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 γ r? Ρ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。

[0102] そして、上述したように、右に向力う各弾性表面波 Wl, 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(l+y r? +(γ τ?)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、 ΡΚ=γΡ(1+γ + ( γ 7} )²+ · ·)となる。一般に、 Ύ 7?く 1なので、エネルギ PF, PRは、等比級数の公式により、

PF = P/(l-y 7?)、

PR=₇P/(l-_y 7?)、

と求められる。

[0103] 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)Ρ/(ΐ - γ )、

PH = PF-PR=(1- γ)Ρ/(ΐ- γ )、

PV=PS-PH = 2PR = 2yP/(l- γ )、

となる。

[0104] 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 ΡΗ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力反射波 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。

[0105] 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のェネルギ 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 ΡΗ, 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、スィッチ SW1の代わりに、スィッチ 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。

[0106] (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。スィッチ SW1を閉じて外部電源 VI 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 ΡΗのエネルギを有し、進行波成分 ΡΗ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、スィッチ SW1, SW2の切り替えにより、スライダ 3を左右に駆動できる。

[0107] (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〖こ付与された予圧 Nと弾性表面波の透過率 a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。

[0108] 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 wl, 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。

[0109] 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 7? (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。

[0110] すなわち、エネルギ Ρ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 ex Pの弾性表面波 wlとなり、右の交差指電極 4によって反射されてエネルギ γ αΡ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 γ α²Ρ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ェネルギ _{η α} ²Ρ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。

[0111] 右に向力う進行波 WFのエネルギ PFは、弾性表面波 Wl, W3, ··のエネルギの総和であり、 PF = P(l+ y r? α²+(γ η α ²) ²+ · ·)となる。また、左に向力反射波 W R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= y αΡ( 1+ γ α²+ ( γ 7} α ²) ²+ · ·)となる。一般に、 γ η α²く 1なので、エネルギ PF, P Rは、等比級数の公式により、

PF = P/(1- γ η α²)、

PR= γ αΡ/(ΐ- γ η α²)、

と求められる。

[0112] 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、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=(l+ y α)Ρ/(ΐ~ γ η α²)、 PH = PF— PR= ( 1— γ α ) Ρ/ ( ΐ ~ γ η α ²)、

PV= PS - PH = 2PR = 2 y α Ρ/ ( 1 ~ γ η α ²)、

となる。

[0113] 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 r? , γに加えて、透過率 αを調整することにより、進行波成分 ΡΗ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 exの設定は予圧付与手段により付与する予圧 Ν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力 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、 ί列えば、、 0. 5≤ γ α≤0. 98とすれば、よ!/、。

[0114] (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は弹性表面波モータ 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。

[0115] 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 VI , V2、及びスイツチ 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。

[0116] (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 4 a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ぐこれを PZ2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。

[0117] 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 (l -Ra)Rb/ (l -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 = lに近づくようにシミュレーシヨンを行、、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。

[0118] 例えば、間隔 Dを 136. 5 /z m、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+ (l -Ra)ソ（1— RaRb)

の式で与えられる。

[0119] 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、ー且左に進んで、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、距離とするのが好ま、。

[0120] 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、ても同様に設計される。し力しながら、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。

[0121] 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. 84 ^ m,組数 m= 20、と設定し、交差指電極 4aの共振周波数力 28. 64MHzとなるようにする。

[0122] 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. 69 ^ m,糸且数 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。

[0123] 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. 9MH z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の弹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)。

[0124] ここで、左側の交差指電極 4がー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 PZ2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。

[0125] 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。

[0126] 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。

[0127] 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。し力も各交差指電極 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。

[0128] (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。しカゝしながら、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。

[0129] 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。

[0130] 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力もなる、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膜からなる反射部 40を設けて構成されてい

2

る。

[0131] 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 6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。

[0132] (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。

[0133] 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)。

[0134] 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力 S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。

[0135] 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 rO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 rO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とが設定されてヽる。曲線 rl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 rl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。

[0136] 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。

[0137] FIG. 14A, 14B, FIG. 15 A, 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。 [0138] 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力もなる電気回路 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。

[0139] 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。

[0140] (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. 5 A)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。

[0141] 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、左方力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 RO力左方の位置 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と力 2d- 0 λ Z2 π =η λを満たすときに、多重反射波する弾性表面波 Wl, 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 RO, R1間の距離は 0 λ Ζ4 πである

[0142] 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、左方力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 RO力右方の位置 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+ λ /2 π = η λを満たすときに、多重反射する弾性表面波 Wl, 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 RO, R2間の距離は φ λ Ζ4 πである。

[0143] (第 9の実施形態）

FIG. 18 A, 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の移動方向をスィッチ 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。

[0144] 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のヽずれかに選択的に外部電源 Vを接続するスィッチ SW1と、一対の回収用交差指電極 5のいずれか〖こ選択的に電気回路 15を接続するスィッチ SW2と、を備えている。これらのスィッチ 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。

[0145] (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つのスィッチ 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、スィッチとして、応答速度の速い Photo— MOSリレーなどが適している。

[0146] (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、スィッチ 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、いずれもスィツ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 Vヽずれかにスィッチ SWを用、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!/、ので、単一のスィッチ 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。

[0147] (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は可変キャパシタゃ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。

[0148] 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。

[0149] (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のリアルタィ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 νθ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 νθとが一致するように受動素子力もなる電気回路 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。

[0150] 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力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を調整することなぐ電気回路 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。

[0151] 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'性の劣ィ匕を検知し、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。

[0152] (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力もの弾性表面波発生用の電圧波形の位相 φ νと実際に発生した駆動用の弾性表面波の位相との差 Θを検出する位相差検出装置 16 と、目標とする位相差 Θ 0を入力する位相差入力装置 13と、位相差検出装置 16によつて検出された位相差 0と位相差入力装置 13によって入力された目標位相差 0 0とがー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。

[0153] 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. 17 A, 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。

[0154] 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力この限りではない。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。

[0155] 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

請求の範囲

[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ヽ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、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工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工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、駆動用の弹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、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ィッチと、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ィッチと、を備え、これらのスィッチにより、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、いずれも前記スィ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ィ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ー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] 前記外部電源力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ー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!/、くことなく、一方側に出て!/、く弹性表面波の振幅が、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ヽ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ヽ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。