弾性表面波アクチュエータ
【課題】弾性表面波アクチュエータにおいて、簡単な構成により、移動子の固定子表面との接触面における滑りを低減して寿命の延長を実現する。
【解決手段】弾性表面波アクチュエータは、弾性表面波を励振するための交差指電極を表面に有する圧電基板からなる固定子と、弾性表面波励振用の電力を交差指電極に供給するための高周波電源と、交差指電極と高周波電源とによって圧電基板の表面に励振される弾性表面波による駆動力を、当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子と、を備えている。高周波電源は、移動子の移動速度Ｖの加減速に際し、交差指電極に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させる。これにより、印加電圧Ｅを急激にオンオフする場合に比べて、固定子と移動子との間の滑りを低減して移動子の接触面の磨耗を低減でき、寿命の延長を実現できる。
【解決手段】弾性表面波アクチュエータは、弾性表面波を励振するための交差指電極を表面に有する圧電基板からなる固定子と、弾性表面波励振用の電力を交差指電極に供給するための高周波電源と、交差指電極と高周波電源とによって圧電基板の表面に励振される弾性表面波による駆動力を、当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子と、を備えている。高周波電源は、移動子の移動速度Ｖの加減速に際し、交差指電極に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させる。これにより、印加電圧Ｅを急激にオンオフする場合に比べて、固定子と移動子との間の滑りを低減して移動子の接触面の磨耗を低減でき、寿命の延長を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、弾性体の表面を伝搬する弾性表面波であるレイリー波を利用したリニアモータ形式の弾性表面波アクチュエータが知られている。例えば、図１３に示す弾性表面波アクチュエータは、圧電材料からなる固定子９２と、固定子９２の表面（ＸＹ面とする）に配置される４つの交差指電極４と、この交差指電極４を励振させる高周波電源９５と、各交差性電極４への電力の供給切替を行う切替スイッチ９６と、固定子９２上に配置される複数の点接触面を有する移動子９３と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述の交差指電極４（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ＩＤＴ）に高周波電圧が印加されると、図１４に示すように、圧電材料からなる固定子９２の表面が変形して弾性表面波Ｗが励振される。弾性表面波Ｗは、固定子９２の表面の各点（粒子的に考えることができる）が互いに一定の時間ずれのもとで楕円運動することにより形成される。弾性表面波Ｗは、各粒子の楕円運動によって矢印で示す方向ａ１に進む。波長λ毎に現れる波の頂上部における粒子は、波の進行方向とは逆向きの速度Ｕを有する。
【０００４】
移動子９３は、上述のような速度Ｕの運動を行う各粒子から摩擦力を介して駆動力を受けて、速度Ｕの方向、すなわち弾性表面波Ｗの進行方向ａ１とは逆方向に移動する。図１３に示した交差指電極４と移動子９３の配置の場合、移動子９３は、４方向からの弾性表面波Ｗを合成してなる弾性表面波の仮想の励振源に向かって移動する。その移動速度は、合成された弾性表面波の励振強度、従って、高周波電源９５から供給される高周波の電圧値（振幅値）が大きいほど大きくなる。すなわち、この弾性表面波アクチュエータにおける移動子９３は、弾性表面波の進行方向と励振強度の調整により、ＸＹ面における速度可変の２次元的移動を行う。
【特許文献１】特許第３４６６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した図１３や特許文献１に示されるような従来の弾性表面波アクチュエータにおいては、固定子９２の表面に配置される移動子９３の点接触面が磨耗すると移動子９３の駆動ができなくなるが、このような磨耗を低減して寿命を延ばすことについては何ら開示されてなく、寿命を延ばすことのできる弾性表面波アクチュエータの実現が望まれている。
【０００６】
ここで、図１５、図１６を参照して、図１３における１つの交差指電極４によって駆動される移動子９３の駆動の様子と磨耗の発生について説明する。図１５は、交差指電極４に印加される印加電圧の振幅Ａと、移動子９３の移動速度Ｖとの関係を時間軸ｔに沿って示しており、図１６は、図１５において、さらに、印加電圧Ｅの波形、Ｅ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）、を追加して示したものである。
【０００７】
図１５、図１６において、交差指電極４への印加電圧Ｅは、オン・オフ切替によって制御されている。そこで、移動子９３の速度は、励振開始後に加速されて速度Ｖが上昇し（領域ａ）、その後、一定速度となり（領域ｂ）、励振停止後に減速されてゼロになる（領域ｃ）。
【０００８】
このような移動子９３の駆動において、加速領域ａでは、移動子９３の速度Ｖが弾性表面波Ｗの楕円運動の速度Ｕよりも遅いため滑りが生じる。等速領域ｂでは、速度Ｖと速度Ｕとは略等しく、滑りは殆ど生じない。また、減速領域ｃでは、印加電圧がゼロであるため速度Ｕはゼロであるが、移動子９３は慣性運動による滑りが発生し、その滑りの間に移動子９３の点接触面が固定子９２から摩擦力を受けながら減速して停止する。
【０００９】
このように、加減速時の滑りが発生すると、移動子９３における固定子９２との接触面に磨耗が発生する。このような滑りの発生に起因する移動子３の接触面の磨耗を効果的に低減することについて、従来、開示されていない。
【００１０】
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、移動子の固定子表面との接触面における滑りを低減して寿命の延長を実現できる弾性表面波アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、弾性表面波を励振するための交差指電極を表面に有する圧電基板からなる固定子と、弾性表面波励振用の電力を前記交差指電極に供給するための高周波電源と、前記交差指電極と前記高周波電源とによって前記圧電基板の表面に励振される弾性表面波による駆動力を当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子と、を備えた弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の移動速度の加減速に際し、前記交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させるものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の移動開始時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧を印加して後、その電圧を増加させるものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の移動停止時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧まで電圧を減少させた後、その電圧をゼロとするものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記移動子の移動速度を測定する速度測定部を備え、前記高周波電源は、前記速度測定部による前記移動子の移動速度の測定結果に基づいて前記最低駆動電圧を補正するものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の加減速開始及び終了時に、前記移動子と前記固定子との間の滑りを低減するように、前記交差指電極に印加する電圧振幅を滑らかに変化させるものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、移動速度の加減速に際し、交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させるので、印加電圧を急激にオン・オフさせる場合に比べて、固定子と移動子との間の滑りをより少なくすることができる。従って、移動子の固定子表面との接触面における滑り（自動車における車輪の空回りに対応）による磨耗を低減し、見かけの耐磨耗性を向上させ、弾性表面波アクチュエータの寿命の延長を実現できる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、移動子が移動しない状態では弾性表面波を励振させないので、移動子の固定子表面との接触面における滑り（これを例えると、ベルトサンダーによる研磨に対応）を抑えて接触面の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。最低駆動電圧は、移動子を駆動可能すなわち移動可能とする弾性表面波を励振する最小の電圧である。移動開始時にこのような電圧印加を行う弾性表面波アクチュエータにおいては、見かけの耐磨耗性の向上の他に、省エネルギーや応答速度の向上を実現できる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、移動子の停止状態では弾性表面波を励振させないので、移動子の固定子表面との接触面における滑りを抑えて接触面の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。最低駆動電圧は、移動子を駆動可能すなわち移動可能とする弾性表面波を励振する最小の電圧である。停止時にこのような電圧印加の解除を行う弾性表面波アクチュエータにおいては、見かけの耐磨耗性の向上の他に、省エネルギーや応答速度の向上を実現できる。なお、最低駆動電圧は、例えば、静止摩擦力と動摩擦力とが異なるように、移動開始時と停止状態への移行時とでは一般に異なる電圧となる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、移動速度の測定結果に基づいて移動子の移動開始や停止と印加電圧との関係を知ることができ、移動開始時や停止状態への移行時における最低駆動電圧を把握できる。従って、最低駆動電圧を適切に補正でき、稼動回数や稼動時間の経過等に伴って変化する移動子の接触面の状態に応じて、より精密に印加電圧の制御を行うことができ、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、移動速度の加減速に際し、交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させることに加えて、加減速開始及び終了時に、印加電圧振幅を滑らかに変化させるので、より効果的に移動子と固定子との間の滑りを低減でき、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータについて、図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成と断面を示し、図２は同弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧波形および移動子の移動速度の時間変化を示す。
【００２３】
弾性表面波アクチュエータ１は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、弾性表面波Ｗを励振するための交差指電極４を表面に有する圧電基板からなる固定子２と、弾性表面波励振用の電力を交差指電極４に供給するための高周波電源５と、交差指電極４と高周波電源５とによって圧電基板（固定子２）の表面に励振される弾性表面波Ｗによる駆動力を、当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子３と、を備えている。高周波電源５は、図２に示すように、移動子３の移動速度Ｖの加減速に際し、交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させる。以下、詳細を述べる。
【００２４】
固定子２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のように圧電体そのものであったり、シリコン基板などの上に圧電材であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の薄膜を形成したものでもよい。また、これら以外の圧電材料を用いることもできる。固定子２の表面形状は、平面とは限らず円柱面やその他の曲面でもよい。圧電体のこのような平面や曲面または、このような面上に形成された圧電体の膜の表面に、弾性表面波Ｗが励振される。
【００２５】
交差指電極４は、複数の櫛歯状の電極４１を、互いの櫛歯が交互に入り込むように対向させて、固定子２の表面に形成されている。交差指電極４の電極ピッチの２倍（図中λ）は、励振される弾性表面波Ｗの波長に一致している。
【００２６】
移動子３は、固定子２における表面波発生領域に、固定子２と接触して設けられている。移動子３は、固定子２に対して、相対的に移動する。通常、固定子２が固定され、移動子３が移動する。弾性表面波アクチュエ−タ１において、どちらが移動するかということは、相対的なものであり、移動子３が固定され、固定子２が移動する場合もある。
【００２７】
移動子３は、例えば、シリコンのような硬い材料で形成される。移動子３における固定子２との接触面３２には、弾性表面波Ｗの運動エネルギを効率よく移動子３に伝達するための複数の突起が設けられている。このような突起は、移動子３がシリコンで形成される場合、シリコンのエッチング工法で製作される。なお、移動子３の材料は、シリコンでなくても硬い材料であればよい。さらに、弾性表面波Ｗの運動エネルギを効率よく移動子３に伝達できるのであれば、接触面３２における突起も不要である。
【００２８】
移動子３は、予圧手段３１によって予圧Ｆが加えられて、固定子２に圧接される。移動子３は、この予圧Ｆに基づく摩擦力によって駆動されて、固定子２上を移動する。固定子２の表面の弾性表面波Ｗは、予圧Ｆに逆らって、すなわち、移動子３を持ち上げて振動可能なエネルギをもって励振される必要がある。
【００２９】
弾性表面波アクチュエ−タ１において、弾性表面波Ｗが励振され、移動子３に予圧Ｆが加えられた状態で、移動子３は、弾性表面波Ｗの進行方向ａ１とは逆の、方向ａ２に向かって速度Ｖで移動する。
【００３０】
固定子２に励振される弾性表面波Ｗの振幅は、高周波電源５から交差指電極４に印加される電圧の大きさ（印加電圧の振幅Ａ）に依存し、これらは移動子３の移動速度Ｖを決める。移動速度Ｖは、弾性表面波Ｗの励振強度（振幅）が大きいほど大きく、従って、高周波電源５から供給される印加電圧値（振幅値）が大きいほど大きくなる。弾性表面波Ｗの波束の長さは、電圧の印加時間に対応する。移動子３の移動距離（位置）は、印加電圧の振幅Ａと印加時間の長さとで決まる。
【００３１】
（単位駆動サイクル）
ここで、単位駆動サイクルを、弾性表面波Ｗの励振開始から励振停止に至る間の移動子３の駆動と定義して、以下の説明を行う。この単位駆動サイクルは、図２に示す移動子３の一連の動作に対応する。すなわち、単位駆動サイクルにおいて、移動子３の速度Ｖは、励振開始後に加速されて速度Ｖが上昇し（領域ａ）、その後、一定速度となり（領域ｂ）、励振停止後に減速されてゼロになる（領域ｃ）。
【００３２】
この図２において、高周波電源５から交差指電極４に印加される印加電圧Ｅの波形を、Ｅ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）、としている。ここで、時間ｔに対する印加電圧Ｅの波形が、振幅Ａ、波長λを与える角周波数ω、および所定の時刻からの位相変化を表す初期位相αによって表されている。
【００３３】
単位駆動サイクルにおいて、印加電圧Ｅの振幅Ａは、領域ａにおいてゼロから徐々に増加され、領域ｂにおいて一定とされ、領域ｃにおいて徐々に減少されてゼロとなる。領域ａ，ｃにおいて、振幅Ａは、徐々に、すなわち経過時間に比例するように、増減されている。このような振幅Ａの増減は、本実施形態の弾性表面波アクチュエ−タ１においては、移動子３と固定子２との間で滑りが発生しないように行われている。
【００３４】
これは、図２において、励振用の印加電圧Ｅの印加と共に移動子３の速度Ｖが増加し始め、電圧Ｅが一定になると共に速度Ｖが一定となり、電圧Ｅが減少し始めると共に速度Ｖが減少し始め、電圧Ｅがゼロとなるときに速度Ｖがゼロとなるというように、電圧Ｅと速度Ｖとが互いによりよく同期して変化していることで示されている。逆にいえば、電圧Ｅと速度Ｖとが同期するように、電圧Ｅ、すなわち振幅Ａを変化させている。
【００３５】
このような弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３の移動速度Ｖの加減速に際し、交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させるので、印加電圧Ｅを急激にオン・オフさせる場合に比べて、固定子２と移動子３と間の滑りをより少なくすることができる。従って、移動子３の固定子２の表面との接触面３２における滑り（自動車の車輪の空回りに対応）による磨耗を低減し、見かけの耐磨耗性を向上させ、弾性表面波アクチュエータ１の寿命の延長を実現できる。
【００３６】
なお、上述の図１の構成による弾性表面波アクチュエ−タ１は、移動子３を方向ａ２に向けて移動できるが、移動子３を一方方向にしか移動できない。そこで、方向ａ２とは逆の方向に移動子３を移動させる双方向移動のためには、復帰機構を設ければよい。例えば、バネなどの付勢力を用いた復帰機構により、方向ａ１向きに復帰させることができる。また、復帰機構として、方向ａ２側に、復帰用の交差指電極を設けてもよい。このような往復運動可能な弾性表面波アクチュエ−タ１を以下に述べる。
【００３７】
（交差指電極の配置と構造の変形例）
図３（ａ）〜（ｄ）は弾性表面波アクチュエータの交差指電極４の配置と構造の変形例を示す。これらの弾性表面波アクチュエータ１は、移動子３を正逆両方向に移動可能とするように、移動子３の移動領域の両端に復帰機構として交差指電極４を備えている。さらに、これらの弾性表面波アクチュエータ１は、交差指電極４から移動子３側とは反対側に向かう弾性表面波を反射させてそのエネルギを有効利用するための機構（交差指電極４ａ、追加電極４３、反射部４０など）を備えている。なお、交差指電極４，４ａなどの構造や配置は、一例であって、これらの図に示されるものに限られない。
【００３８】
図３（ａ）（ｂ）に示す弾性表面波アクチュエータ１における交差指電極４ａは、隣接する駆動用の交差指電極４を一方向性の交差指電極とする反射用電極となっている。これらの電極は、多重反射によって弾性表面波を移動子３側に戻すものである。なお、このような櫛形電極ではなく、梯子型の電極としてもよい。
【００３９】
また、図３（ｃ）（ｄ）に示す弾性表面波アクチュエータ１における駆動用の交差指電極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。図３（ｃ）において、追加電極４３は、互いに異極となる一対の個別電極の間に配置されており、フロート電位となって弾性表面波を反射する。
【００４０】
また、図３（ｄ）において、反射部４０は、互いに異極となる交差指電極４の電極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圧電基板（固定子２）の一部表面とにまたがる表面領域に、例えば、シリコン酸化物ＳｉＯ２膜を形成したものである。反射部４０は、圧電基板の表面における弾性表面波の伝搬に影響して反射材として機能する。以上の、反射用の交差指電極４ａ、追加電極４３、反射部４０などと組み合わせた交差指電極４は、一方向性の交差指電極と見做すことができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化を示し、図５は駆動開始時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化を示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第１の実施形態とは、移動子３の移動開始時ｔ１における高周波電源５による電圧印加の方法が異なっており、他の点は同様である。すなわち、高周波電源５からの印加電圧Ｅは、図４に示すように、その振幅Ａが、移動子３を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧ｅ１を印加して後、徐々にその電圧Ｅ（振幅Ａ）を増加される。
【００４２】
上述の最低駆動電圧ｅ１を説明する。移動子３は、上述したように、予圧Ｆが加えられて固定子２に圧接されており、移動子３を移動させるには、この予圧Ｆに逆らって、すなわち、移動子３を持ち上げて振動可能なエネルギをもって弾性表面波Ｗを励振する必要がある。弾性表面波Ｗの励振強度は、印加電圧Ｅによって決まるので、印加電圧Ｅが低いと、移動子３は移動しないことになる。図５は、このような状況を示しており、移動子３の移動開始時に、印加電圧の振幅Ａ（印加電圧Ｅ）が最低駆動電圧ｅ１を超えて、初めて速度Ｖが増加する。
【００４３】
そこで、印加電圧Ｅが、最低駆動電圧ｅ１よりも低い状態で弾性表面波Ｗが励振されている状態を想定すると、移動子３が移動しないにも拘わらず、固定子２の表面には伝搬する弾性表面波Ｗが生成されていることになる。すなわち固定子２の表面の楕円運動による移動運動が発生している。このことは、移動子３と固定子２との間に滑りが発生し、磨耗が発生することを意味する。
【００４４】
そこで、移動開始時に上述のように、最低駆動電圧ｅ１を印加して後、徐々にその電圧Ｅを増加させる電圧印加を行う弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３が移動しない状態では弾性表面波Ｗを励振させないので、移動子３の固定子２表面との接触面３２における滑り（ベルトサンダーによる研磨に対応）を抑制し、接触面３２の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長を実現できる。また、弾性表面波アクチュエータにおける、このような見かけの耐磨耗性の向上による寿命延長の他に、省エネルギー効果や応答速度の向上効果を実現できる。
【００４５】
（第３の実施形態）
図６は第３の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化を示し、図７は駆動停止時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化を示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第１の実施形態とは、移動子３の移動停止時ｔ２における高周波電源５による電圧印加停止の方法が異なっており、他の点は同様である。すなわち、高周波電源５からの印加電圧Ｅは、図６に示すように、その振幅Ａが、移動子３を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧ｅ２まで徐々に電圧を減少させた後、その電圧Ｅ（振幅Ａ）をゼロとするものである。
【００４６】
上述の最低駆動電圧ｅ２を説明する。移動子３は、上述したように、停止時に慣性運動を行うので、停止時の滑りを減らすには、徐々に電圧Ｅを下げる必要がある。この場合、移動子３が停止した時点で、通常、印加電圧Ｅはゼロとはなってない。これは、上述したように、移動子３を移動させるには、予圧Ｆに逆らって移動子３を持ち上げるような弾性表面波Ｗを励振する必要があるためである。図７は、このような状況を示しており、移動子３の減速時に、印加電圧の振幅Ａ（印加電圧Ｅ）が最低駆動電圧ｅ２に達した時点で、速度Ｖがゼロとなる。
【００４７】
そこで、印加電圧Ｅが、最低駆動電圧ｅ２よりも低い状態で弾性表面波Ｗが励振されている状態を想定すると、移動子３が停止したにも拘わらず、固定子２の表面には伝搬する弾性表面波Ｗが生成されていることになる。すなわち固定子２の表面の楕円運動による移動運動が発生している。このことは、移動子３と固定子２との間に滑りが発生し、磨耗が発生することを意味する。
【００４８】
そこで、移動停止時に上述のように、最低駆動電圧ｅ２まで徐々に電圧を減少させた後、その電圧Ｅ（振幅Ａ）をゼロとする電圧印加の解除を行う弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３の停止状態では弾性表面波Ｗを励振させないので、移動子３の固定子２表面との接触面３２における滑りを抑えて接触面３２の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長を実現できる。
【００４９】
最低駆動電圧ｅ２は、移動子３を駆動可能すなわち移動可能とする弾性表面波を励振する最小の電圧である。停止時にこのような電圧印加の解除を行う弾性表面波アクチュエータ１においては、見かけの耐磨耗性の向上の他に、省エネルギーや応答速度の向上を実現できる。なお、最低駆動電圧は、例えば、静止摩擦力と動摩擦力とが異なるように、移動状態への移行時と停止状態への移行時とでは一般に異なる電圧となり、一般にｅ１≠ｅ２である。なお、両者の差を無視できる（ｅ１≒ｅ２）場合は、両者をいずれか一方で代表してもよい。
【００５０】
また、図８に示すように、上述の第２、第３の実施形態における電圧印加と解除の方法を移動開始時ｔ１と移動停止時ｔ２の両方に取り入れることができる。図８において、時間ｔ１，ｔ２における振幅Ａと速度Ｖの増減の開始終了が良く同期している。このような駆動によると、より長寿命化と省エネルギや応答速度の向上が見込まれる。
【００５１】
（第４の実施形態）
図９は第４の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成を示し、図１０（ａ）（ｂ）は最低駆動電圧と駆動開始時における印加電圧振幅と移動子の移動速度の時間変化を示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第３の実施形態において、移動子３の移動速度Ｖを測定する速度測定部６をさらに備えて最低駆動電圧ｅ１を補正するようにしたものであり、他の点は同様である。
【００５２】
すなわち、弾性表面波アクチュエータ１は、移動子３の移動速度Ｖを測定する速度測定部６を備え、高周波電源５は、速度測定部６による移動子３の移動速度Ｖの測定結果に基づいて最低駆動電圧ｅ１を補正する。
【００５３】
移動子３は、稼動回数と稼動時間の経過とともその接触面３２の磨耗が進行するので、一般に、これらの回数や時間とともに最低駆動電圧が増加する（磨耗によるスリップの増加のため、駆動しにくくなる）。そこで、図１０（ａ）に示すように、移動子３の動作の度に移動子３が移動を開始する最低駆動電圧を測定すると、以前の駆動電圧ｅ０では移動しないが駆動電圧ｅ１で移動開始するという事態を把握できる。このような場合に、図１０（ｂ）に示すように、次回の移動子３の動作時には、最低駆動電圧ｅ１に補正して移動を開始することとする。
【００５４】
このように、移動子３の動作の度に最低駆動電圧ｅ１を測定して補正する弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動速度Ｖの測定結果に基づいて移動子３の移動開始や停止と印加電圧との関係を知ることができ、移動開始時や停止状態への移行時における最低駆動電圧ｅ１，ｅ２を把握できる。従って、最低駆動電圧ｅ１，ｅ２を適切に補正でき、稼動回数や稼動時間の経過等に伴って変化する移動子３の接触面３２の状態に応じて、より精密に印加電圧Ｅの制御を行うことができ、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長をより効果的に実現できる。
【００５５】
（第５の実施形態）
図１１は第５の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅と移動子の移動速度の時間変化を示し、図１２は図１１に印加電圧波形を追加したものを示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第３の実施形態に関連して示した図８の実施形態において、移動子３の加減速開始及び終了時に、移動子３と固定子２との間の滑りを低減するように、交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを滑らかに変化させるものであり、他の点は同様である。
【００５６】
すなわち、本実施形態において、高周波電源５は、図１１に示すように、時間ｔ１における移動開始後の加速開始状態ｐ１、等速状態に入る前の加速終了状態ｐ２、等速状態から減速状態に移行する減速開始状態ｐ３、および減速状態から時間ｔ２における停止に至る減速終了状態ｐ４において、印加電圧Ｅ（振幅Ａ）を滑らかに変化させて交差指電極４に電圧を印加する。
【００５７】
このように、本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１においては、移動子３の移動から停止にかけて、その移動速度の加減速に際して交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させることに加え、加減速開始及び終了時に印加電圧振幅Ａを滑らかに変化させるので、より効果的に移動子３と固定子２との間の滑りを低減でき、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長を実現できる。なお、このように、印加電圧振幅Ａを滑らかに変化する電圧印加方法は、図８の場合に限らず、上述した他の実施形態のいずれにおいても同様に適用することができる。
【００５８】
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、最低駆動電圧ｅ１，ｅ２は、移動子３にかかる負荷や予圧の変動によっても変化するので、必ずしも稼動回数や稼働時間と共に増大するとは限らず、状況に応じて適宜変化させればよい。また、印加電圧の振幅を徐々にまたは滑らかに変化させる際に、速度測定部６からの速度データに基づいて、フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成を説明する平面図、（ｂ）は同断面図。
【図２】同上弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧波形および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は同上弾性表面波アクチュエータの交差指電極の配置と構造の変形例を示す平面図。
【図４】第２の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図５】同上弾性表面波アクチュエータの駆動開始時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化のグラフ。
【図６】第３の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図７】同上弾性表面波アクチュエータの駆動停止時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化のグラフ。
【図８】同上弾性表面波アクチュエータの変形例を説明するための印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図９】第４の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成を説明する平面図。
【図１０】（ａ）は同上弾性表面波アクチュエータの最低駆動電圧の変化を説明するための駆動開始時における印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ、（ｂ）は最低駆動電圧を補正した後の駆動開始時における印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図１１】第５の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図１２】図１１のグラフに印加電圧波形を追加して表示したグラフ。
【図１３】従来の弾性表面波アクチュエータの例を示す平面図。
【図１４】一般的な弾性表面波の励振と伝搬を説明する圧電基板表面部分の拡大断面図。
【図１５】従来の弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図１６】図１５のグラフに印加電圧波形を追加して表示したグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１ 弾性表面波アクチュエータ
２ 固定子
３ 移動子
４ 交差指電極
５ 高周波電源
６ 速度測定部
ｅ１，ｅ２ 最低駆動電圧
Ａ 振幅
Ｅ 電圧
Ｖ 速度（移動子の）
Ｗ 弾性表面波
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、弾性体の表面を伝搬する弾性表面波であるレイリー波を利用したリニアモータ形式の弾性表面波アクチュエータが知られている。例えば、図１３に示す弾性表面波アクチュエータは、圧電材料からなる固定子９２と、固定子９２の表面（ＸＹ面とする）に配置される４つの交差指電極４と、この交差指電極４を励振させる高周波電源９５と、各交差性電極４への電力の供給切替を行う切替スイッチ９６と、固定子９２上に配置される複数の点接触面を有する移動子９３と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述の交差指電極４（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ＩＤＴ）に高周波電圧が印加されると、図１４に示すように、圧電材料からなる固定子９２の表面が変形して弾性表面波Ｗが励振される。弾性表面波Ｗは、固定子９２の表面の各点（粒子的に考えることができる）が互いに一定の時間ずれのもとで楕円運動することにより形成される。弾性表面波Ｗは、各粒子の楕円運動によって矢印で示す方向ａ１に進む。波長λ毎に現れる波の頂上部における粒子は、波の進行方向とは逆向きの速度Ｕを有する。
【０００４】
移動子９３は、上述のような速度Ｕの運動を行う各粒子から摩擦力を介して駆動力を受けて、速度Ｕの方向、すなわち弾性表面波Ｗの進行方向ａ１とは逆方向に移動する。図１３に示した交差指電極４と移動子９３の配置の場合、移動子９３は、４方向からの弾性表面波Ｗを合成してなる弾性表面波の仮想の励振源に向かって移動する。その移動速度は、合成された弾性表面波の励振強度、従って、高周波電源９５から供給される高周波の電圧値（振幅値）が大きいほど大きくなる。すなわち、この弾性表面波アクチュエータにおける移動子９３は、弾性表面波の進行方向と励振強度の調整により、ＸＹ面における速度可変の２次元的移動を行う。
【特許文献１】特許第３４６６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した図１３や特許文献１に示されるような従来の弾性表面波アクチュエータにおいては、固定子９２の表面に配置される移動子９３の点接触面が磨耗すると移動子９３の駆動ができなくなるが、このような磨耗を低減して寿命を延ばすことについては何ら開示されてなく、寿命を延ばすことのできる弾性表面波アクチュエータの実現が望まれている。
【０００６】
ここで、図１５、図１６を参照して、図１３における１つの交差指電極４によって駆動される移動子９３の駆動の様子と磨耗の発生について説明する。図１５は、交差指電極４に印加される印加電圧の振幅Ａと、移動子９３の移動速度Ｖとの関係を時間軸ｔに沿って示しており、図１６は、図１５において、さらに、印加電圧Ｅの波形、Ｅ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）、を追加して示したものである。
【０００７】
図１５、図１６において、交差指電極４への印加電圧Ｅは、オン・オフ切替によって制御されている。そこで、移動子９３の速度は、励振開始後に加速されて速度Ｖが上昇し（領域ａ）、その後、一定速度となり（領域ｂ）、励振停止後に減速されてゼロになる（領域ｃ）。
【０００８】
このような移動子９３の駆動において、加速領域ａでは、移動子９３の速度Ｖが弾性表面波Ｗの楕円運動の速度Ｕよりも遅いため滑りが生じる。等速領域ｂでは、速度Ｖと速度Ｕとは略等しく、滑りは殆ど生じない。また、減速領域ｃでは、印加電圧がゼロであるため速度Ｕはゼロであるが、移動子９３は慣性運動による滑りが発生し、その滑りの間に移動子９３の点接触面が固定子９２から摩擦力を受けながら減速して停止する。
【０００９】
このように、加減速時の滑りが発生すると、移動子９３における固定子９２との接触面に磨耗が発生する。このような滑りの発生に起因する移動子３の接触面の磨耗を効果的に低減することについて、従来、開示されていない。
【００１０】
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、移動子の固定子表面との接触面における滑りを低減して寿命の延長を実現できる弾性表面波アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、弾性表面波を励振するための交差指電極を表面に有する圧電基板からなる固定子と、弾性表面波励振用の電力を前記交差指電極に供給するための高周波電源と、前記交差指電極と前記高周波電源とによって前記圧電基板の表面に励振される弾性表面波による駆動力を当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子と、を備えた弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の移動速度の加減速に際し、前記交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させるものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の移動開始時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧を印加して後、その電圧を増加させるものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の移動停止時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧まで電圧を減少させた後、その電圧をゼロとするものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記移動子の移動速度を測定する速度測定部を備え、前記高周波電源は、前記速度測定部による前記移動子の移動速度の測定結果に基づいて前記最低駆動電圧を補正するものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記高周波電源は、前記移動子の加減速開始及び終了時に、前記移動子と前記固定子との間の滑りを低減するように、前記交差指電極に印加する電圧振幅を滑らかに変化させるものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、移動速度の加減速に際し、交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させるので、印加電圧を急激にオン・オフさせる場合に比べて、固定子と移動子との間の滑りをより少なくすることができる。従って、移動子の固定子表面との接触面における滑り（自動車における車輪の空回りに対応）による磨耗を低減し、見かけの耐磨耗性を向上させ、弾性表面波アクチュエータの寿命の延長を実現できる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、移動子が移動しない状態では弾性表面波を励振させないので、移動子の固定子表面との接触面における滑り（これを例えると、ベルトサンダーによる研磨に対応）を抑えて接触面の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。最低駆動電圧は、移動子を駆動可能すなわち移動可能とする弾性表面波を励振する最小の電圧である。移動開始時にこのような電圧印加を行う弾性表面波アクチュエータにおいては、見かけの耐磨耗性の向上の他に、省エネルギーや応答速度の向上を実現できる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、移動子の停止状態では弾性表面波を励振させないので、移動子の固定子表面との接触面における滑りを抑えて接触面の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。最低駆動電圧は、移動子を駆動可能すなわち移動可能とする弾性表面波を励振する最小の電圧である。停止時にこのような電圧印加の解除を行う弾性表面波アクチュエータにおいては、見かけの耐磨耗性の向上の他に、省エネルギーや応答速度の向上を実現できる。なお、最低駆動電圧は、例えば、静止摩擦力と動摩擦力とが異なるように、移動開始時と停止状態への移行時とでは一般に異なる電圧となる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、移動速度の測定結果に基づいて移動子の移動開始や停止と印加電圧との関係を知ることができ、移動開始時や停止状態への移行時における最低駆動電圧を把握できる。従って、最低駆動電圧を適切に補正でき、稼動回数や稼動時間の経過等に伴って変化する移動子の接触面の状態に応じて、より精密に印加電圧の制御を行うことができ、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、移動速度の加減速に際し、交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させることに加えて、加減速開始及び終了時に、印加電圧振幅を滑らかに変化させるので、より効果的に移動子と固定子との間の滑りを低減でき、弾性表面波アクチュエータの寿命延長を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータについて、図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成と断面を示し、図２は同弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧波形および移動子の移動速度の時間変化を示す。
【００２３】
弾性表面波アクチュエータ１は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、弾性表面波Ｗを励振するための交差指電極４を表面に有する圧電基板からなる固定子２と、弾性表面波励振用の電力を交差指電極４に供給するための高周波電源５と、交差指電極４と高周波電源５とによって圧電基板（固定子２）の表面に励振される弾性表面波Ｗによる駆動力を、当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子３と、を備えている。高周波電源５は、図２に示すように、移動子３の移動速度Ｖの加減速に際し、交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させる。以下、詳細を述べる。
【００２４】
固定子２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のように圧電体そのものであったり、シリコン基板などの上に圧電材であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の薄膜を形成したものでもよい。また、これら以外の圧電材料を用いることもできる。固定子２の表面形状は、平面とは限らず円柱面やその他の曲面でもよい。圧電体のこのような平面や曲面または、このような面上に形成された圧電体の膜の表面に、弾性表面波Ｗが励振される。
【００２５】
交差指電極４は、複数の櫛歯状の電極４１を、互いの櫛歯が交互に入り込むように対向させて、固定子２の表面に形成されている。交差指電極４の電極ピッチの２倍（図中λ）は、励振される弾性表面波Ｗの波長に一致している。
【００２６】
移動子３は、固定子２における表面波発生領域に、固定子２と接触して設けられている。移動子３は、固定子２に対して、相対的に移動する。通常、固定子２が固定され、移動子３が移動する。弾性表面波アクチュエ−タ１において、どちらが移動するかということは、相対的なものであり、移動子３が固定され、固定子２が移動する場合もある。
【００２７】
移動子３は、例えば、シリコンのような硬い材料で形成される。移動子３における固定子２との接触面３２には、弾性表面波Ｗの運動エネルギを効率よく移動子３に伝達するための複数の突起が設けられている。このような突起は、移動子３がシリコンで形成される場合、シリコンのエッチング工法で製作される。なお、移動子３の材料は、シリコンでなくても硬い材料であればよい。さらに、弾性表面波Ｗの運動エネルギを効率よく移動子３に伝達できるのであれば、接触面３２における突起も不要である。
【００２８】
移動子３は、予圧手段３１によって予圧Ｆが加えられて、固定子２に圧接される。移動子３は、この予圧Ｆに基づく摩擦力によって駆動されて、固定子２上を移動する。固定子２の表面の弾性表面波Ｗは、予圧Ｆに逆らって、すなわち、移動子３を持ち上げて振動可能なエネルギをもって励振される必要がある。
【００２９】
弾性表面波アクチュエ−タ１において、弾性表面波Ｗが励振され、移動子３に予圧Ｆが加えられた状態で、移動子３は、弾性表面波Ｗの進行方向ａ１とは逆の、方向ａ２に向かって速度Ｖで移動する。
【００３０】
固定子２に励振される弾性表面波Ｗの振幅は、高周波電源５から交差指電極４に印加される電圧の大きさ（印加電圧の振幅Ａ）に依存し、これらは移動子３の移動速度Ｖを決める。移動速度Ｖは、弾性表面波Ｗの励振強度（振幅）が大きいほど大きく、従って、高周波電源５から供給される印加電圧値（振幅値）が大きいほど大きくなる。弾性表面波Ｗの波束の長さは、電圧の印加時間に対応する。移動子３の移動距離（位置）は、印加電圧の振幅Ａと印加時間の長さとで決まる。
【００３１】
（単位駆動サイクル）
ここで、単位駆動サイクルを、弾性表面波Ｗの励振開始から励振停止に至る間の移動子３の駆動と定義して、以下の説明を行う。この単位駆動サイクルは、図２に示す移動子３の一連の動作に対応する。すなわち、単位駆動サイクルにおいて、移動子３の速度Ｖは、励振開始後に加速されて速度Ｖが上昇し（領域ａ）、その後、一定速度となり（領域ｂ）、励振停止後に減速されてゼロになる（領域ｃ）。
【００３２】
この図２において、高周波電源５から交差指電極４に印加される印加電圧Ｅの波形を、Ｅ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）、としている。ここで、時間ｔに対する印加電圧Ｅの波形が、振幅Ａ、波長λを与える角周波数ω、および所定の時刻からの位相変化を表す初期位相αによって表されている。
【００３３】
単位駆動サイクルにおいて、印加電圧Ｅの振幅Ａは、領域ａにおいてゼロから徐々に増加され、領域ｂにおいて一定とされ、領域ｃにおいて徐々に減少されてゼロとなる。領域ａ，ｃにおいて、振幅Ａは、徐々に、すなわち経過時間に比例するように、増減されている。このような振幅Ａの増減は、本実施形態の弾性表面波アクチュエ−タ１においては、移動子３と固定子２との間で滑りが発生しないように行われている。
【００３４】
これは、図２において、励振用の印加電圧Ｅの印加と共に移動子３の速度Ｖが増加し始め、電圧Ｅが一定になると共に速度Ｖが一定となり、電圧Ｅが減少し始めると共に速度Ｖが減少し始め、電圧Ｅがゼロとなるときに速度Ｖがゼロとなるというように、電圧Ｅと速度Ｖとが互いによりよく同期して変化していることで示されている。逆にいえば、電圧Ｅと速度Ｖとが同期するように、電圧Ｅ、すなわち振幅Ａを変化させている。
【００３５】
このような弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３の移動速度Ｖの加減速に際し、交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させるので、印加電圧Ｅを急激にオン・オフさせる場合に比べて、固定子２と移動子３と間の滑りをより少なくすることができる。従って、移動子３の固定子２の表面との接触面３２における滑り（自動車の車輪の空回りに対応）による磨耗を低減し、見かけの耐磨耗性を向上させ、弾性表面波アクチュエータ１の寿命の延長を実現できる。
【００３６】
なお、上述の図１の構成による弾性表面波アクチュエ−タ１は、移動子３を方向ａ２に向けて移動できるが、移動子３を一方方向にしか移動できない。そこで、方向ａ２とは逆の方向に移動子３を移動させる双方向移動のためには、復帰機構を設ければよい。例えば、バネなどの付勢力を用いた復帰機構により、方向ａ１向きに復帰させることができる。また、復帰機構として、方向ａ２側に、復帰用の交差指電極を設けてもよい。このような往復運動可能な弾性表面波アクチュエ−タ１を以下に述べる。
【００３７】
（交差指電極の配置と構造の変形例）
図３（ａ）〜（ｄ）は弾性表面波アクチュエータの交差指電極４の配置と構造の変形例を示す。これらの弾性表面波アクチュエータ１は、移動子３を正逆両方向に移動可能とするように、移動子３の移動領域の両端に復帰機構として交差指電極４を備えている。さらに、これらの弾性表面波アクチュエータ１は、交差指電極４から移動子３側とは反対側に向かう弾性表面波を反射させてそのエネルギを有効利用するための機構（交差指電極４ａ、追加電極４３、反射部４０など）を備えている。なお、交差指電極４，４ａなどの構造や配置は、一例であって、これらの図に示されるものに限られない。
【００３８】
図３（ａ）（ｂ）に示す弾性表面波アクチュエータ１における交差指電極４ａは、隣接する駆動用の交差指電極４を一方向性の交差指電極とする反射用電極となっている。これらの電極は、多重反射によって弾性表面波を移動子３側に戻すものである。なお、このような櫛形電極ではなく、梯子型の電極としてもよい。
【００３９】
また、図３（ｃ）（ｄ）に示す弾性表面波アクチュエータ１における駆動用の交差指電極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。図３（ｃ）において、追加電極４３は、互いに異極となる一対の個別電極の間に配置されており、フロート電位となって弾性表面波を反射する。
【００４０】
また、図３（ｄ）において、反射部４０は、互いに異極となる交差指電極４の電極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圧電基板（固定子２）の一部表面とにまたがる表面領域に、例えば、シリコン酸化物ＳｉＯ２膜を形成したものである。反射部４０は、圧電基板の表面における弾性表面波の伝搬に影響して反射材として機能する。以上の、反射用の交差指電極４ａ、追加電極４３、反射部４０などと組み合わせた交差指電極４は、一方向性の交差指電極と見做すことができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化を示し、図５は駆動開始時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化を示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第１の実施形態とは、移動子３の移動開始時ｔ１における高周波電源５による電圧印加の方法が異なっており、他の点は同様である。すなわち、高周波電源５からの印加電圧Ｅは、図４に示すように、その振幅Ａが、移動子３を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧ｅ１を印加して後、徐々にその電圧Ｅ（振幅Ａ）を増加される。
【００４２】
上述の最低駆動電圧ｅ１を説明する。移動子３は、上述したように、予圧Ｆが加えられて固定子２に圧接されており、移動子３を移動させるには、この予圧Ｆに逆らって、すなわち、移動子３を持ち上げて振動可能なエネルギをもって弾性表面波Ｗを励振する必要がある。弾性表面波Ｗの励振強度は、印加電圧Ｅによって決まるので、印加電圧Ｅが低いと、移動子３は移動しないことになる。図５は、このような状況を示しており、移動子３の移動開始時に、印加電圧の振幅Ａ（印加電圧Ｅ）が最低駆動電圧ｅ１を超えて、初めて速度Ｖが増加する。
【００４３】
そこで、印加電圧Ｅが、最低駆動電圧ｅ１よりも低い状態で弾性表面波Ｗが励振されている状態を想定すると、移動子３が移動しないにも拘わらず、固定子２の表面には伝搬する弾性表面波Ｗが生成されていることになる。すなわち固定子２の表面の楕円運動による移動運動が発生している。このことは、移動子３と固定子２との間に滑りが発生し、磨耗が発生することを意味する。
【００４４】
そこで、移動開始時に上述のように、最低駆動電圧ｅ１を印加して後、徐々にその電圧Ｅを増加させる電圧印加を行う弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３が移動しない状態では弾性表面波Ｗを励振させないので、移動子３の固定子２表面との接触面３２における滑り（ベルトサンダーによる研磨に対応）を抑制し、接触面３２の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長を実現できる。また、弾性表面波アクチュエータにおける、このような見かけの耐磨耗性の向上による寿命延長の他に、省エネルギー効果や応答速度の向上効果を実現できる。
【００４５】
（第３の実施形態）
図６は第３の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化を示し、図７は駆動停止時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化を示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第１の実施形態とは、移動子３の移動停止時ｔ２における高周波電源５による電圧印加停止の方法が異なっており、他の点は同様である。すなわち、高周波電源５からの印加電圧Ｅは、図６に示すように、その振幅Ａが、移動子３を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧ｅ２まで徐々に電圧を減少させた後、その電圧Ｅ（振幅Ａ）をゼロとするものである。
【００４６】
上述の最低駆動電圧ｅ２を説明する。移動子３は、上述したように、停止時に慣性運動を行うので、停止時の滑りを減らすには、徐々に電圧Ｅを下げる必要がある。この場合、移動子３が停止した時点で、通常、印加電圧Ｅはゼロとはなってない。これは、上述したように、移動子３を移動させるには、予圧Ｆに逆らって移動子３を持ち上げるような弾性表面波Ｗを励振する必要があるためである。図７は、このような状況を示しており、移動子３の減速時に、印加電圧の振幅Ａ（印加電圧Ｅ）が最低駆動電圧ｅ２に達した時点で、速度Ｖがゼロとなる。
【００４７】
そこで、印加電圧Ｅが、最低駆動電圧ｅ２よりも低い状態で弾性表面波Ｗが励振されている状態を想定すると、移動子３が停止したにも拘わらず、固定子２の表面には伝搬する弾性表面波Ｗが生成されていることになる。すなわち固定子２の表面の楕円運動による移動運動が発生している。このことは、移動子３と固定子２との間に滑りが発生し、磨耗が発生することを意味する。
【００４８】
そこで、移動停止時に上述のように、最低駆動電圧ｅ２まで徐々に電圧を減少させた後、その電圧Ｅ（振幅Ａ）をゼロとする電圧印加の解除を行う弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３の停止状態では弾性表面波Ｗを励振させないので、移動子３の固定子２表面との接触面３２における滑りを抑えて接触面３２の磨耗を回避でき、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長を実現できる。
【００４９】
最低駆動電圧ｅ２は、移動子３を駆動可能すなわち移動可能とする弾性表面波を励振する最小の電圧である。停止時にこのような電圧印加の解除を行う弾性表面波アクチュエータ１においては、見かけの耐磨耗性の向上の他に、省エネルギーや応答速度の向上を実現できる。なお、最低駆動電圧は、例えば、静止摩擦力と動摩擦力とが異なるように、移動状態への移行時と停止状態への移行時とでは一般に異なる電圧となり、一般にｅ１≠ｅ２である。なお、両者の差を無視できる（ｅ１≒ｅ２）場合は、両者をいずれか一方で代表してもよい。
【００５０】
また、図８に示すように、上述の第２、第３の実施形態における電圧印加と解除の方法を移動開始時ｔ１と移動停止時ｔ２の両方に取り入れることができる。図８において、時間ｔ１，ｔ２における振幅Ａと速度Ｖの増減の開始終了が良く同期している。このような駆動によると、より長寿命化と省エネルギや応答速度の向上が見込まれる。
【００５１】
（第４の実施形態）
図９は第４の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成を示し、図１０（ａ）（ｂ）は最低駆動電圧と駆動開始時における印加電圧振幅と移動子の移動速度の時間変化を示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第３の実施形態において、移動子３の移動速度Ｖを測定する速度測定部６をさらに備えて最低駆動電圧ｅ１を補正するようにしたものであり、他の点は同様である。
【００５２】
すなわち、弾性表面波アクチュエータ１は、移動子３の移動速度Ｖを測定する速度測定部６を備え、高周波電源５は、速度測定部６による移動子３の移動速度Ｖの測定結果に基づいて最低駆動電圧ｅ１を補正する。
【００５３】
移動子３は、稼動回数と稼動時間の経過とともその接触面３２の磨耗が進行するので、一般に、これらの回数や時間とともに最低駆動電圧が増加する（磨耗によるスリップの増加のため、駆動しにくくなる）。そこで、図１０（ａ）に示すように、移動子３の動作の度に移動子３が移動を開始する最低駆動電圧を測定すると、以前の駆動電圧ｅ０では移動しないが駆動電圧ｅ１で移動開始するという事態を把握できる。このような場合に、図１０（ｂ）に示すように、次回の移動子３の動作時には、最低駆動電圧ｅ１に補正して移動を開始することとする。
【００５４】
このように、移動子３の動作の度に最低駆動電圧ｅ１を測定して補正する弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動速度Ｖの測定結果に基づいて移動子３の移動開始や停止と印加電圧との関係を知ることができ、移動開始時や停止状態への移行時における最低駆動電圧ｅ１，ｅ２を把握できる。従って、最低駆動電圧ｅ１，ｅ２を適切に補正でき、稼動回数や稼動時間の経過等に伴って変化する移動子３の接触面３２の状態に応じて、より精密に印加電圧Ｅの制御を行うことができ、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長をより効果的に実現できる。
【００５５】
（第５の実施形態）
図１１は第５の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅と移動子の移動速度の時間変化を示し、図１２は図１１に印加電圧波形を追加したものを示す。本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１は、上述の第３の実施形態に関連して示した図８の実施形態において、移動子３の加減速開始及び終了時に、移動子３と固定子２との間の滑りを低減するように、交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを滑らかに変化させるものであり、他の点は同様である。
【００５６】
すなわち、本実施形態において、高周波電源５は、図１１に示すように、時間ｔ１における移動開始後の加速開始状態ｐ１、等速状態に入る前の加速終了状態ｐ２、等速状態から減速状態に移行する減速開始状態ｐ３、および減速状態から時間ｔ２における停止に至る減速終了状態ｐ４において、印加電圧Ｅ（振幅Ａ）を滑らかに変化させて交差指電極４に電圧を印加する。
【００５７】
このように、本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１においては、移動子３の移動から停止にかけて、その移動速度の加減速に際して交差指電極４に印加する電圧振幅Ａを徐々に増加または減少させることに加え、加減速開始及び終了時に印加電圧振幅Ａを滑らかに変化させるので、より効果的に移動子３と固定子２との間の滑りを低減でき、弾性表面波アクチュエータ１の寿命延長を実現できる。なお、このように、印加電圧振幅Ａを滑らかに変化する電圧印加方法は、図８の場合に限らず、上述した他の実施形態のいずれにおいても同様に適用することができる。
【００５８】
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、最低駆動電圧ｅ１，ｅ２は、移動子３にかかる負荷や予圧の変動によっても変化するので、必ずしも稼動回数や稼働時間と共に増大するとは限らず、状況に応じて適宜変化させればよい。また、印加電圧の振幅を徐々にまたは滑らかに変化させる際に、速度測定部６からの速度データに基づいて、フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成を説明する平面図、（ｂ）は同断面図。
【図２】同上弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧波形および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は同上弾性表面波アクチュエータの交差指電極の配置と構造の変形例を示す平面図。
【図４】第２の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図５】同上弾性表面波アクチュエータの駆動開始時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化のグラフ。
【図６】第３の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図７】同上弾性表面波アクチュエータの駆動停止時における印加電圧の振幅に対する移動子の速度変化のグラフ。
【図８】同上弾性表面波アクチュエータの変形例を説明するための印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図９】第４の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの構成を説明する平面図。
【図１０】（ａ）は同上弾性表面波アクチュエータの最低駆動電圧の変化を説明するための駆動開始時における印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ、（ｂ）は最低駆動電圧を補正した後の駆動開始時における印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図１１】第５の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図１２】図１１のグラフに印加電圧波形を追加して表示したグラフ。
【図１３】従来の弾性表面波アクチュエータの例を示す平面図。
【図１４】一般的な弾性表面波の励振と伝搬を説明する圧電基板表面部分の拡大断面図。
【図１５】従来の弾性表面波アクチュエータにおける駆動用の印加電圧の振幅および移動子の移動速度の時間変化のグラフ。
【図１６】図１５のグラフに印加電圧波形を追加して表示したグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１ 弾性表面波アクチュエータ
２ 固定子
３ 移動子
４ 交差指電極
５ 高周波電源
６ 速度測定部
ｅ１，ｅ２ 最低駆動電圧
Ａ 振幅
Ｅ 電圧
Ｖ 速度（移動子の）
Ｗ 弾性表面波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波を励振するための交差指電極を表面に有する圧電基板からなる固定子と、
弾性表面波励振用の電力を前記交差指電極に供給するための高周波電源と、
前記交差指電極と前記高周波電源とによって前記圧電基板の表面に励振される弾性表面波による駆動力を当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子と、を備えた弾性表面波アクチュエータにおいて、
前記高周波電源は、前記移動子の移動速度の加減速に際し、前記交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させることを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。
【請求項２】
前記高周波電源は、前記移動子の移動開始時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧を印加して後、その電圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項３】
前記高周波電源は、前記移動子の移動停止時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧まで電圧を減少させた後、その電圧をゼロとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項４】
前記移動子の移動速度を測定する速度測定部を備え、
前記高周波電源は、前記速度測定部による前記移動子の移動速度の測定結果に基づいて前記最低駆動電圧を補正することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項５】
前記高周波電源は、前記移動子の加減速開始及び終了時に、前記移動子と前記固定子との間の滑りを低減するように、前記交差指電極に印加する電圧振幅を滑らかに変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項１】
弾性表面波を励振するための交差指電極を表面に有する圧電基板からなる固定子と、
弾性表面波励振用の電力を前記交差指電極に供給するための高周波電源と、
前記交差指電極と前記高周波電源とによって前記圧電基板の表面に励振される弾性表面波による駆動力を当該表面に押し付けられることによって発生する摩擦力を介して加えられて移動する移動子と、を備えた弾性表面波アクチュエータにおいて、
前記高周波電源は、前記移動子の移動速度の加減速に際し、前記交差指電極に印加する電圧振幅を徐々に増加または減少させることを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。
【請求項２】
前記高周波電源は、前記移動子の移動開始時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧を印加して後、その電圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項３】
前記高周波電源は、前記移動子の移動停止時に、当該移動子を駆動可能な最小の電圧である最低駆動電圧まで電圧を減少させた後、その電圧をゼロとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項４】
前記移動子の移動速度を測定する速度測定部を備え、
前記高周波電源は、前記速度測定部による前記移動子の移動速度の測定結果に基づいて前記最低駆動電圧を補正することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項５】
前記高周波電源は、前記移動子の加減速開始及び終了時に、前記移動子と前記固定子との間の滑りを低減するように、前記交差指電極に印加する電圧振幅を滑らかに変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１０６０４３（Ｐ２００９−１０６０４３Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７４４９３（Ｐ２００７−２７４４９３）
【出願日】平成１９年１０月２２日（２００７．１０．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２２日（２００７．１０．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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