(57)【要約】【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、薄型構造を維持した上で面積の増加を抑制し、固定子と移動子の相対位置の精度良い測定を可能とし、小型化、低コスト化を図る。【解決手段】アクチュエータ１は、弾性表面波を励振するための励振手段２０を有する圧電基板から成る固定子２と、励振手段２０によって励振された弾性表面波によって駆動されて固定子２に対して相対移動する移動子３とを備え、固定子２と移動子３の相対移動による位置変化を静電容量の変化によって検出するための互いに対と成る位置検出用の電極４，５を固定子２と移動子３に設けている。電極４，５は、平面的かつ互いに近接して、弾性表面波の伝搬領域の左右いずれかの空き領域に、励振手段２０を形成するプロセスと同じプロセスによって形成できるので、アクチュエータ１全体の薄型化を損なわうことなく面積増を来たすことなく容易に設けられる。【選択図】図１
2010104181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波を励振するための励振手段を有する圧電基板から成る固定子と、前記励振手段によって励振された弾性表面波によって駆動され前記圧電基板に対して相対移動する移動子と、を備えた弾性表面波アクチュエータにおいて、
前記固定子と移動子の相対移動による位置変化を静電容量の変化によって検出するための互いに対と成る位置検出用の電極を前記固定子と移動子に設けたことを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。
【請求項２】
前記固定子側の電極の前記移動方向に直交する方向の幅が該移動方向に沿って変化してい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】
前記移動子側の電極の前記移動方向の長さが前記固定子側よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項４】
前記電極として大変位検出用と微小変位検出用の２対を備え、前記微小変位検出用の電極対の固定子側は前記大変位検出用の電極対の固定子側よりも前記移動方向の長さが短い電極を前記移動方向に沿って繰り返し配置して成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３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５】
前記固定子側の電極は所定長の電極を前記移動方向に沿って一定間隔で繰り返し配置して成り、前記移動子側の電極は前記所定長と同じ長さの１つの電極で成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６】
前記繰り返して配置した電極に並行して前記移動方向に延びる帯状電極を固定子側にさらに備え、
前記移動子側の電極は前記繰り返し配置された電極と前記帯状電極とに跨って静電容量を直列接続し、
前記位置変化は前記直列接続された静電容量の変化によって検出されることを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項７】
前記繰り返し配置された電極は、前記移動子側の電極が相対移動することにより静電容量が正弦波関数に従って変化する形状とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【請求項８】
前記位置検出用の電極の固定子側は所定長の電極を前記移動方向に沿って一定間隔で繰り返し配置して構成され、移動子側の電極は前記繰り返し配置された互いに隣接する２つの電極に跨る長さとされ、
前記位置変化は前記移動子側の電極と該電極が跨る２つの電極とによって形成される互いに直列接続された静電容量の変化によって検出され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９】
前記静電容量の変化に伴う電気信号を取得すると共にその電気信号強度の２値化信号を出力する測定出力回路を備えたことを特徴とする請求項５乃至請求項８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１０】
前記位置検出用の電極を２対備え、前記一方の対の電極の所定長および繰り返し間隔を、他方の対の電極の所定長および繰り返し間隔と異ならせたことを特徴とする請求項５乃至請求項９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１１】
前記位置検出用の電極を２対備え、前記両対の繰り返し電極の配置位相を互いに異ならせたことを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれか一項に記載の弾性表面波アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波による駆動力を利用するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電基板の表面を伝搬する弾性表面波による駆動力を利用して圧電基板から成る固定子に対して移動子を相対移動させる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。弾性表面波による駆動力は固定子から移動子に摩擦によって伝達される。その構成は圧電基板と移動子という構成から成り、薄型化が容易である。弾性表面波は、圧電基板の表面に形成した交差指電極に高周波電力を投入して励振される。アクチュエータを制御するには、固定子に対する移動子の相対位置の把握が必要である。ところが、摩擦にはスリップが伴うので、相対移動の大きさは駆動用投入電力の大きさから導けるとは限らない。つまり、移動子の位置の把握には、投入電力の大きさに基づかない位置測定が必要である。
【０００３】
そこで、移動子の移動方向に沿った方向から移動子にレーザ光を照射して移動子からの反射レーザ光を検出するレーザ距離計やレーザ速度計により移動子の位置測定や移動速度測定を行うことが考えられ、測定に用いられている（例えば、非特許文献１、Ｆｉｇ．２．（ａ）参照）。
【０００４】
また、駆動用の弾性表面波の他に、位置検出用の弾性表面波を発生させ、その弾性表面波の移動子からの反射波を検出することにより移動子の位置を検出して移動子の移動を制御する弾性表面波アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【非特許文献１】エム．ケイ．クロサワ他（M.K. Kurosawa et al）、「エラスティック  フリクション  ドライブ  オブ  サーフェス  アコースティック  ウエイブ  モータ（Elastic friction drive of surface acoustic wave motor）」、ウルトラソニックス４１（Ultrasonics 41），ｐｐ２７１−２７５（２００３）
【特許文献１】特開２００７−２５９６７０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、上述したようなレーザ光を用いる位置測定では、測定装置を別途外付けするので、その外付け場所の確保のために弾性表面波アクチュエータの小型、特に薄型化が制限され、さらに、外付け故に機械的な調整が必要となる。また、位置検出用の弾性表面波を利用する位置測定では、弾性表面波励振用の交差指電極を作り込むための領域が圧電基板に追加されるので、弾性表面波アクチュエータの薄型化は確保されるものの、面積が広くなって小型化が制限される。
【０００６】
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、薄型構造を維持した上で面積の増加を抑制し、固定子と移動子の相対位置の精度良い測定を実現できる小型で低コストの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】
【０００７】
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励振手段を有する圧電基板から成る固定子と、前記励振手段によって励振された弾性表面波によって駆動され前記圧電基板に対して相対移動する移動子と、を備えた弾性表面波アクチュエータにおいて、前記固定子と移動子の相対移動による位置変化を静電容量の変化によって検出するための互いに対と成る位置検出用の電極を前記固定子と移動子に設けたものである。
【０００８】
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、前記固定子側の電極の前記移動方向に直交する方向の幅が該移動方向に沿って変化しているものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記移動子側の電極の前記移動方向の長さが前記固定子側よりも短いものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３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、前記電極として大変位検出用と微小変位検出用の２対を備え、前記微小変位検出用の電極対の固定子側は前記大変位検出用の電極対の固定子側よりも前記移動方向の長さが短い電極を前記移動方向に沿って繰り返し配置して成るものである。
【００１１】
請求項５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、前記固定子側の電極は所定長の電極を前記移動方向に沿って一定間隔で繰り返し配置して成り、前記移動子側の電極は前記所定長と同じ長さの１つの電極で成るものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記繰り返して配置した電極に並行して前記移動方向に延びる帯状電極を固定子側にさらに備え、前記移動子側の電極は前記繰り返し配置された電極と前記帯状電極とに跨って静電容量を直列接続し、前記位置変化は前記直列接続された静電容量の変化によって検出されるものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載の弾性表面波アクチュエータにおいて、前記繰り返し配置された電極は、前記移動子側の電極が相対移動することにより静電容量が正弦波関数に従って変化する形状とされているものである。
【００１４】
請求項８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、前記位置検出用の電極の固定子側は所定長の電極を前記移動方向に沿って一定間隔で繰り返し配置して構成され、移動子側の電極は前記繰り返し配置された互いに隣接する２つの電極に跨る長さとされ、前記位置変化は前記移動子側の電極と該電極が跨る２つの電極とによって形成される互いに直列接続された静電容量の変化によって検出されるものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項５乃至請求項８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、前記静電容量の変化に伴う電気信号を取得すると共にその電気信号強度の２値化信号を出力する測定出力回路を備えたものである。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項５乃至請求項９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、前記位置検出用の電極を２対備え、前記一方の対の電極の所定長および繰り返し間隔を、他方の対の電極の所定長および繰り返し間隔と異ならせたものである。
【００１７】
請求項１１の発明は、請求項５乃至請求項９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、前記位置検出用の電極を２対備え、前記両対の繰り返し電極の配置位相を互いに異ならせたものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、対となる位置検出用の電極は、それぞれが平面的かつ互いに近接して構成できるので、弾性表面波アクチュエータ（以下、単にアクチュエータとも記す）全体の薄型化を確保した上で形成できる。また、一般に、弾性表面波の伝搬方向と固定子および前記移動子の相対移動の方向とは平行であり、位置検出用電極は、例えば、圧電基板表面における弾性表面波の伝搬領域の左右いずれかの空き領域や緩衝領域に、アクチュエータ全体の面積の増加を抑制して設けることができる。また、位置検出用の電極は、圧電基板における交差指電極などの励振手段を形成するプロセスと同じ成膜プロセスやエッチングプロセスによって同時に形成できるので、高精度、容易かつ低コストで形成できる。また、静電容量を測定する機器はアクチュエータから離して別置きとして位置検出用の電極に電気配線すればよく、レーザ距離計を用いる場合のセンサなどの設置スペース、追加の機構、設置時の調整などが不要であり、部品点数増加、圧電基板材料の大きさ増加に伴う材料コスト増加、組み立て工数の増加などによるコスト上昇を抑制できる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、電極形状、従って電極間の静電容量を相対移動位置の特定の領域において特定の形状に設定することにより、その領域における位置測定感度を上げたり、または下げたりして、アクチュエータの使用用途に応じた位置測定を容易に低コストで実現できる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、移動子側の位置検出用の電極を小さくできるので、移動子側における電極配置部を小スペースにできる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、大変位検出用の電極による分解能の低い位置測定と微小変位検出用の電極による分解能の高い位置測定とを組み合わせることによりアクチュエータの使い勝手が向上する。例えば、長距離移動と高位置精度停止をより高速で実施できる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、移動子の面積を固定子の面積に比べてより小さくできる。また、繰り返し配置された固定子側の電極に対し一定方向に移動子側の電極を移動させることにより得られる移動位置に応じた一定周期のアナログ信号をアクチュエータの位置制御に用いることができる。この場合、その周期現象に基づいて相対移動の位置を補償することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、移動子側の電極に電気信号取出用のリード線を接続する必要がないので、電気回路の構成を簡単にでき、配線の不具合などのない信頼性の高いアクチュエータを実現できる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、交流電動機器などで一般に用いられている正弦波信号に基づく種々の制御手法を援用することができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、移動子側の電極に電気信号取出用のリード線を接続する必要がないので、電気回路の構成を簡単にでき、配線の不具合などのない信頼性の高いアクチュエータを実現できる。
【００２６】
請求項９の発明によれば、２値化信号によるデジタル制御を行うことができる。例えば、パルス数カウントにより相対移動位置を計測でき、処理能力が小さいＣＰＵによっても容易に制御できる。また、デジタル制御によりノイズの影響を減らすことができる。
【００２７】
請求項１０の発明によれば、２対の位置検出用電極からの位置検出信号を比較することにより、相対移動の移動方向を確定できるので、移動位置を一意的に決定できる。
【００２８】
請求項１１の発明によれば、２対の位置検出用電極からの位置検出信号の位相を比較することにより、相対移動の移動方向を確定できるので、移動位置を一意的に決定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１の実施形態）
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。第１の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータ１は、図１（ａ）（ｂ）、図２に示すように、弾性表面波を励振するための励振手段２０を有する圧電基板から成る固定子２と、圧電基板の表面に配置され励振手段２０によって励振された弾性表面波によって駆動されて固定子２に対して相対移動する移動子３とを備え、固定子２と移動子３の相対移動による位置変化を静電容量の変化によって検出するための互いに対と成る位置検出用の電極４，５を、固定子２と移動子３に設けている。ここで、固定子２と移動子３は、互いに相対移動するものであって、その名称に拘わらず、いずれが固定され、いずれが移動するかについては限定されない。また、本明細書では、固定子２に対する移動子３の相対的な位置を、固定子２に固定して定義したｘ座標上の座標値で表すものとする。相対移動の方向はｘ軸の正方向または負方向（これを左右方向、前後方向または長さ方向とも記す）である。以下、各構成を詳述する。
【００３０】
固定子２を構成する圧電基板は、例えば、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）のような圧電体そのものからなる基板である。また、圧電基板は、非圧電基板の表面に圧電薄膜、例えば、ＰＺＴ薄膜（鉛、ジルコニューム、チタン合金薄膜）を形成したものでもよい。その表面の圧電体薄膜の表面部分において、弾性表面波が励振される。従って、圧電基板は、弾性表面波が励振される圧電体部分を表面に備えた基板であればよく、その表面形状は、本実施形態に示すような平面状のもの以外に、円柱面や一般的な曲面からなる非平面形状のものでもよい。
【００３１】
励振手段２０は、圧電基板の表面に２つの電極を互いに噛み合わせて形成した、いわゆる櫛形電極（交差指電極、ＩＤＴ：インター・ディジタル・トランスジューサ）によって構成される。励振手段２０は、移動子３の前後両側に、前進用と後退用の２つが設けられている。また、各励振手段２０には、弾性表面波を反射して有効活用するための櫛形電極２１が付設されている。励振手段２０の櫛形電極の互いに隣り合う櫛の歯は互いに異なる電極に属し、励振する弾性表面波の波長の半分の長さのピッチで配列されている。２つの櫛形電極間に高周波電圧電源Ｅから高周波（ＭＨｚ帯）電圧を印加することにより、櫛形電極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て、圧電基板の表面に弾性表面波が励振される。励振された弾性表面波の振幅は、電極に印加する励振用電圧の大きさで決まる。励振された弾性表面波の波束の長さは、電圧の印加時間の長さに対応する。
【００３２】
移動子３は、例えば、シリコンのような硬い材料でできており、圧電基板に接触する面（図１（ｂ））には複数の突起３２が設けられている。このような突起３２は、例えば、シリコンのエッチング工法で製作される。移動子３を形成する材料は、シリコンでなくても硬い材料であればよい。移動子３は、予圧付与手段３１によって予圧Ｆが加えられており、圧電基板（固定子２）における弾性表面波の伝搬領域の表面に押圧されている。移動子３が押圧された状態で、一方の励振手段２０によって弾性表面波が励振されると、弾性表面波の楕円振動に伴う駆動力が摩擦力を介して移動子３に伝達される。すると、移動子３は、弾性表面波の伝搬方向とは逆の方向、すなわち、波を励振している励振手段２０に近付く方向に移動するように駆動される。例えば、図１（ａ）に示す右側の励振手段２０を動作させると、ｘ軸の負方向に伝搬する弾性表面波によって移動子３は右に前進移動し、左側の励振手段２０を動作させると、移動子３は左に後退移動する。
【００３３】
移動子３の底面の突起は、弾性表面波の駆動力を効率よく移動子３に伝達するためのものである。また、突起無しで弾性表面波の駆動力を効率良く移動子３に伝達できるならば、底面の突起は不要である。予圧Ｆの大きさによって移動子３の移動の速度、加速度が変化する。移動子３の移動速度は、励振用電圧の大きさの関数であり、移動距離は、励振用電圧の大きさと励振継続時間の関数である。また、移動子３の移動可能距離、すなわち、弾性表面波アクチュエータ１のストローク（移動範囲）は、左右の励振手段２０によって挟まれた圧電基板表面領域のｘ軸方向の長さから、移動子３の固定子２に対する接地面のｘ軸方向長さを差し引いた長さとなる。
【００３４】
固定子２側の位置検出用の電極４は、１辺がｘ軸に平行な長方形の面電極であり、圧電基板の表面における、弾性表面波の伝搬を妨げない領域に設けられている。移動子３側の位置検出用の電極５は、圧電基板表面に対向する面電極であり、移動子３に固定された保持部材５０に形成され、電極４と共に平行平面電極コンデンサを形成するように構成されている。電極５の形状は、電極４の形状と同じ形状である。ただし、より一般的には、電極４，５の形状は、弾性表面波アクチュエータ１のストローク範囲における固定子２と移動子３の相対移動により、平面視における電極４，５の重なり面積が変化する形状であればよい。また、電極４は、左右の励振手段２０の間に設ける必要はなく、従って、電極４のｘ方向の長さは、左右の励振手段２０の離間距離に制限されるものではない。
【００３５】
弾性表面波アクチュエータ１における固定子２と移動子３の相対移動による位置変化すなわち移動距離は、位置検出用の電極４，５間の静電容量の変化を検出することにより検出される。例えば、電極４，５に静電容量測定器や電荷測定器などの測定出力回路１０を接続し、その回路出力に基づいて移動距離を求めることができる。また、電極４，５の面間距離は、近い程感度を上げることができるが、機械的精度によって制限される。すなわち、面間距離が近いほど、面間距離の変動の影響を受けて測定値の変動が発生するので、その許容変動と機械精度の兼ね合いで、面間距離を決定すればよい。
【００３６】
次に、図３、図４により上述の移動距離測定の原理を説明する。図３（ａ）（ｂ）に示すように、固定子２側の電極４に対して移動子３側の電極５が、平面視で最大重なり状態から重なりゼロの状態までｘ軸方向に移動すると、電極間の静電容量、従って、一定電圧のもとで電極間に蓄積される電荷量Ｑは、図４に示すように、最大値から最小値ゼロまで変化する。このような、固定子２に対する移動子３の位置を表すｘ座標値と電荷量Ｑとの関数関係Ｑ＝Ｑ（ｘ）、を予め測定しておくことにより、移動子３の相対移動位置を求めることができる。図４に示すＱ＝Ｑ（ｘ）の関係の場合、電荷量Ｑはｘの１次関数であり、移動子３の位置は、一意的に決定される。本実施形態のように電極４，５のｘ軸方向（移動方向）の長さが同じ場合、その電極長さに相当する距離が移動子３の位置決定可能なストローク長となる。
【００３７】
次に、図５、図６により位置検出用の電極４，５の変形例を説明する。この変形例では、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、固定子２側の電極４に対して移動子３側の電極５が、平面視で重なりゼロの状態から、最大重なり状態を経て、重なりゼロの状態までｘ方向に移動すると、電極間に蓄積される電荷量Ｑは、図６に示すように、ゼロから最大値を経てゼロまで変化する。この変形例の場合、上記同様に電極４，５のｘ方向の長さが同じとすると、その電極長さの２倍の距離が、移動子３の位置決定可能なストローク長となる。しかしながら、図６に示されるＱ＝Ｑ（ｘ）の関数関係の場合、電荷量Ｑは局所的にはｘの１次関数であるが、大域的にみると同じＱ値に対して２つのｘ座標値が存在するので、移動子３の位置を一意的に決定することはできない。このような電極４，５の構成と位置測定方法において、移動子３の位置がＱ＝Ｑ（ｘ）のグラフにおけるピーク値のいずれの側に有るかを別途の手段によって把握することにより、移動子３の位置を一意的に決定することができる。
【００３８】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、対となる位置検出用の電極４，５は、それぞれが平面的かつ互いに近接して構成できるので、弾性表面波アクチュエータ１全体の薄型化を損なうことなく形成できる。また、一般に、弾性表面波の伝搬方向と固定子２および移動子３の相対移動の方向とは平行であり、電極４，５は、図１（ａ）や図２に示したように、圧電基板表面における弾性表面波の伝搬領域の左右いずれかの空き領域や緩衝領域に、アクチュエータ全体の面積の増加を来すことなく設けることができる。また、電極４，５は、圧電基板における交差指電極などの励振手段２０を形成するプロセスと同じ成膜プロセスやエッチングプロセスによって同時に形成できるので、高精度、容易かつ低コストで形成できる。また、静電容量を測定する測定回路は弾性表面波アクチュエータ１から離して別置きとして位置検出用の電極に電気配線すればよく、従来例におけるレーザ距離計を用いる場合のセンサなどの設置スペース、追加の機構、設置時の調整などが不要であり、部品点数増加、圧電基板材料の大きさ増加に伴う材料コスト増加、組み立て工数の増加などによるコスト上昇を抑制できる。
【００３９】
ところで、平面視における電極４，５の重なりが大きいほど、測定感度が向上することから、電極４，５の面積をより大きくするのが望ましい。そこで、例えば、図１（ａ）における電極４，５を励振手段２０が離間した領域の略全長の長さとし、移動子３側の電極５は、移動子３がストロークの右端にあるときには、励振手段２０の櫛形電極に覆い被さる状態とすることができる。これは、移動子３に固定された保持部材５０に形成される電極５のｘ軸方向の長さが、移動子３の長さに制限されずに設定できることによる。この場合、電極５が励振手段２０からノイズを受けないように注意する必要がある。
【００４０】
（第２の実施形態）
図７、図８により第２の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態における弾性表面波アクチュエータ１は、前出の図１に示した第１の実施形態とは位置検出用の電極４，５が相違し、他の点は同じである。なお、以下の各実施形態においても、電極４，５が相違するのみであり、図１、図２を適宜引用して説明する。
【００４１】
図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１における固定子２側の電極４は、第１の実施形態における電極４のｘ軸の負側における１辺を頂点に置き換えた三角形状の電極であり、移動子３側の電極５は、第１の実施形態における電極５と同じ長方形である。また、電極４，５の相対移動は、前出の図５に示した第１の実施形態の変形例と同様であり、電極４，５のｘ軸方向の長さの２倍の距離が移動子３の位置決定可能なストローク長となる。固定子２側の電極４に対して移動子３側の電極５が、平面視で重なりゼロの状態から、最大重なり状態を経て、重なりゼロの状態までｘ方向に移動すると、電極間に蓄積される電荷量Ｑは、図８に示すように、ゼロから最大値を経てゼロまで変化する。電荷量Ｑの変化を示す曲線は放物線の一部であり、Ｑはｘの２次関数となっている。移動子３の位置を一意的に決定できるかどうかは、第１の実施形態の変形例と同様に限定付きで一意的となる。
【００４２】
本実施形態における固定子２側の電極４の形状をより一般的に述べると、電極４における移動子３の移動方向（ｘ軸方向）に直交する方向の幅（以下、単に幅という）が移動方向に沿って一定ではなく変化する形状である。また、前述したように、固定子２と移動子３は、互いに相対移動するものであるので、移動子３側の電極５の幅がｘ軸方向に沿って一定でなく変化するものとすることができる。さらに、電極４，５の両方の幅をｘ軸方向に沿って変化させることもできる。このように電極４，５の幅を変化させることにより、移動子３の位置を表すｘ座標値と電荷量Ｑとの関数関係Ｑ＝Ｑ（ｘ）を、所望の関数に設定することができる。
【００４３】
図９により電極４，５の変形例を示す。電極４，５は、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれ三角形状を有し、幅がｘ軸方向に沿って変化している。このような電極４，５における関数関係Ｑ＝Ｑ（ｘ）は、図９（ｄ）に示すように、左右対称の滑らかな放物線となる。
【００４４】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、電極４，５の形状、従って電極間の静電容量や電荷量Ｑを、相対移動位置の特定の領域、すなわちｘ座標の特定の範囲において特定の形状に設定することにより、その特定の領域における位置測定感度を上げたり、または下げたりして、弾性表面波アクチュエータ１の使用用途や使い方に合わせた精度を有する位置測定を容易に低コストで実現できる。例えば、Ｑ＝Ｑ（ｘ）における傾きが大きいところでは感度が高くなる。このように、位置検出用の電極４，５の電極形状に依存してＱ（ｘ）特性の傾きが異なり、場所によって分解能を変化させることができる。
【００４５】
（第３の実施形態）
図１０、図１１により第３の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態における弾性表面波アクチュエータ１は、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、前出の図７に示した第２の実施形態における移動子側の電極５の移動方向の長さを短くしたものであり、その長さが固定子側の電極４よりも短くなっている点が第２の実施形態と相違し、他の点は同じである。
【００４６】
電極４に対して電極５がｘ軸方向に移動すると、電極間の静電容量または蓄積された電荷量Ｑは、図１１に示すように、３つに区分されたｘ座標依存性を示す。３つの区分は、平面視において、電極５のｘ軸方向の後縁が電極４の後端からはみ出た状態と、電極５の全長が電極４の長さの中に含まれた状態と、電極５のｘ軸方向の前縁が電極４の前端からはみ出た状態とに対応する。それぞれの区分において、Ｑ＝Ｑ（ｘ）は順番に２次曲線、１次曲線、２次曲線となる。
【００４７】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３側の位置検出用の電極５を小さくできるので、移動子側における電極配置部すなわち保持部材５０を小スペースに形成できる。また、図１１に示されるＱ（ｘ）がｘの１次関数となる部分を移動子３の位置制御に用いることにより、直感的に理解しやすい制御を実現できる。
【００４８】
（第４の実施形態）
図１２、図１３により第４の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態における弾性表面波アクチュエータ１は、図１２に示すように、上述の第３の実施形態の弾性表面波アクチュエータ１における電極４，５と同様の三角形状の電極と長さの短い長方形状の電極を用いた微小変位検出用の電極４，５の対と大変位検出用の電極６，７の対の２対を備えている。固定子２側における微小変位検出用の電極４は、固定子２側における大変位検出用の電極６よりも移動方向（ｘ軸方向）の長さが短い要素電極４１を移動方向に沿って繰り返し配置して構成されている。移動子３側の電極５，６はそれぞれ移動子３に固定されて一体となってｘ軸方向に沿って移動する。電極４，５と電極６，７の各対は、それぞれ独立に測定出力回路１０，１１に接続されて静電容量や電荷が測定される。測定出力回路１０，１１による測定結果は、これらの結果を統合して移動子３の位置制御を行う制御回路１２に出力される。
【００４９】
電極４に対して電極５がｘ軸方向に移動すると、電極間の電荷量Ｑは、図１３に示す曲線ｑ１のように、鋸歯状波形に従って変動する。この鋸歯状波形の単位波形は、上述の第３の実施形態における図１１に示した概略三角形状の波形に相当する。また、電極６に対して電極７がｘ軸方向に移動すると、電極間の電荷量Ｑは、図１３に示す曲線ｑ２のように、大きな概略三角形状の波形となる。本実施形態の場合、複数の要素電極４１の列の全長と、電極６の長さとは等しくされている。従って、図１３におけるｘ座標軸上の曲線ｑ１の範囲と曲線ｑ２の範囲は一致している。しかしながら、列の全長と電極の長さとは、このように限定する必要はなく、任意の関係とすることができる。
【００５０】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、大変位検出用の電極６，７による分解能の低い位置測定と微小変位検出用の電極４，５による分解能の高い位置測定とを組み合わせることによりアクチュエータ１の使い勝手が向上する。例えば、長距離移動と高位置精度停止をより高速で実施できる。
【００５１】
（第５の実施形態）
図１４、図１５により第５の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態の固定子２側の電極４は、図１４に示すように、所定長の長方形の要素電極４１をｘ軸方向に沿って一定間隔で繰り返し配置して構成され、移動子３側の電極５は前記所定長と同じ長さの１つの電極で構成されている。これは、第１の実施形態における電極４を要素電極４１としてｘ軸方向に沿って一定間隔で繰り返し配置し、電極５はそのままとした構成に相当する。ただし、要素電極４１の列から成る電極４の全体を励振手段２０の離間領域に配置する場合は、電極４，５の全体を長さ方向に一定割合で縮小した構成になる。
【００５２】
電極４に対して電極５がｘ軸方向に移動すると、電極間４，５の電荷量Ｑは、図１５に示すように、三角波形の繰り返し曲線に従って変動する。電極５のｘ軸方向の長さが、要素電極４１の離間距離と等しいか短い場合には、電荷量Ｑの最小値はゼロ値となる。
【００５３】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、電極４に比べて電極５の長さを小さくできるので、移動子３の面積を固定子２の面積に比べてより小さくできる。また、繰り返し配置された固定子２側の電極４に応じて周期的に発生する電荷量Ｑによるアナログ信号をアクチュエータの位置制御に用いることができる。この場合、移動子３の移動方向が把握されている前提のもとで、その周期的挙動により相対移動の位置を補償することができる。また、移動子３の移動方向は、一連の動作中には一定方向しか移動しない場合には当然把握でき、また、移動限界などがある場合にも移動限界を参照して把握できる。
【００５４】
（第６の実施形態）
図１６、図１７により第６の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態の固定子２側の電極４は、図１６に示すように、上述の第５の実施形態における長方形の要素電極４１を、移動子３側の電極５が相対移動することにより静電容量が正弦波関数に従って変化する形状とされているものである。電極４に対して電極５がｘ軸方向に移動すると、電極間４，５の電荷量Ｑは、図１７に示すように、正弦波形の繰り返し曲線に従って変動する。電極５のｘ軸方向の長さが、要素電極４１の離間距離と等しいか短い場合には、電荷量Ｑの最小値はゼロ値となる。
【００５５】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、交流電動機器などで一般に用いられている正弦波信号に基づく種々の制御手法を弾性表面波アクチュエータ１の制御に容易に援用することができる。
【００５６】
（第７の実施形態）
図１８、図１９により、第７の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態の固定子２側には、図１８（ａ）に示すように、上述の第５の実施形態における電極４と同様の電極４を備え、さらに、電極４に加え、繰り返して配置した要素電極４１に並行して移動方向に延びる帯状電極４０を備えている。また、移動子３側の電極５は、第５の実施形態における電極５と同様の長さを有し、繰り返し配置された要素電極４１と帯状電極４０とに跨って静電容量を直列接続するように、その幅が広げられた電極となっている。従って、移動子３のｘ軸方向の位置変化は、図１８（ｂ）の等価回路で示されるように、電極４，５間の変化する静電容量Ｃ１と、帯状電極４０と電極５の間の一定の静電容量Ｃ０とが直列接続された静電容量の変化によって検出される。また、図１９に示すように、第６の実施形態において上記同様に帯状電極４０を加えることにより、図１８（ａ）（ｂ）に示したものと同様の構成を実現できる。
【００５７】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、移動子３側の電極４に電気信号取出用のリード線を接続する必要がないので、電気回路の構成を簡単にでき、配線の不具合などのない信頼性の高いアクチュエータを実現できる。
【００５８】
（第８の実施形態）
図２０、図２１により第８の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態は、第７の実施形態における帯状電極４０に代えて、要素電極４１を１つ置きに容量結合用の電極としたものに相当する。従って、第７の実施形態におけ幅方向に広げた電極５に代えて、長さ方向に延ばした電極５とされている。すなわち、図２０（ａ）に示すように、位置検出用の電極の固定子２側は所定長の要素電極４１を移動方向に沿って一定間隔で繰り返し配置して構成され、移動子３側の電極５は繰り返し配置された互いに隣接する２つの要素電極４１に跨る長さとされている。
【００５９】
また、移動子３のｘ軸方向の位置変化は、図２０（ｂ）の等価回路で示されるように、２つの要素電極４１と電極５の間の相互に増減変化する静電容量Ｃ１，Ｃ２が直列接続された静電容量の変化によって検出される。電極４に対して電極５がｘ軸方向に移動すると、電極間４，５の電荷量Ｑは、図２１に示すように、相互に増減変化する静電容量Ｃ１，Ｃ２を直列接続して成る静電容量の変化を反映する山形波形の繰り返し曲線に従って変動する。
【００６０】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、第７の実施形態と同様に、移動子３側の電極４に電気信号取出用のリード線を接続する必要がないので、電気回路の構成を簡単にでき、配線の不具合などのない信頼性の高いアクチュエータを実現できる。
【００６１】
（第９の実施形態）
図２２、図２３により第９の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態は、図２２に示すように、第８の実施形態における測定出力回路１０に、静電容量Ｃ、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２、の変化に伴う電気信号を取得すると共にその電気信号強度の２値化信号を出力する機能を備えた弾性表面波アクチュエータ１である。測定出力回路１０は、抵抗Ｒ、電圧源Ｖ、コンパレータＣＰを備えている。抵抗Ｒは、容量Ｃの両端子ａ，ｂの一方の端子ａと定電圧源Ｖの正電極とに接続され、定電圧源Ｖの負電極は接地端子ｂに接続されている。コンパレータＣＰのプラス入力端子は、端子ａから電気信号が入力され、マイナス入力端子は、しきい値電圧Ｖｒｅｆが入力される。端子ａからの入力電圧がしきい値電圧Ｖｒｅｆより大きい場合に、コンパレータＣＰの出力端子から２値化信号Ｖｓが出力される。
【００６２】
静電容量Ｃの変化に伴う電気信号は、図２３（ａ）における電荷量Ｑのグラフに示すように、しきい値電圧Ｖｒｅｆに相当するしきい値ＴＨによって、２値化され、図２３（ｂ）に示す２値化信号が出力される。
【００６３】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、２値化信号によるデジタル制御を行うことができる。例えば、容量Ｃや電荷量Ｑの周期的変化に伴うパルス数のカウントによって相対移動位置を計測でき、処理能力が小さいＣＰＵによっても容易に制御できる。また、デジタル制御によりノイズの影響を減らすことができる。
【００６４】
（第１０の実施形態）
図２４、図２５により第１０の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態は、第８の実施形態における移動位置検出用の電極対を２組備えたものに相当する。この場合、図２４に示すように、一方の対の電極４，５における要素電極４１と電極５の長さ、および要素電極４１の繰り返し間隔と、他方の対の電極６，７における要素電極６１と電極７の長さ、および要素電極６１の繰り返し間隔とを、両対間において互いに異ならせている。電極５，７は移動子３と共に一体となって移動する。
【００６５】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、２対の位置検出用の電極４，５および電極６，７からの位置検出信号を比較することにより、相対移動の移動方向を確定できるので、移動位置を一意的に決定できる。すなわち、図２５に示すように、曲線ｑ１によって示される各波形におけるピーク値の両側における同じＱ（ｘ）値を示すｘ座標値を、曲線ｑ２におけるＱ（ｘ）によって識別することができる。そこで、曲線ｑ１，ｑ２のピークが同じｘ座標値に重ならないように要素電極４１，６１の繰り返し配置を設定することにより、広範囲において、移動子３のｘ座標値を一意的に決定できる。
【００６６】
（第１１の実施形態）
図２６乃至図３０により、第１１の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータを説明する。本実施形態は、第５の実施形態（図１４）や第７の実施形態（図１９）における移動位置検出用の電極対を２組備えたものに相当し、両対の繰り返し電極の配置位相を互いに異ならせたものである。すなわち、第５の実施形態の図１４に基づく構成によると、図２６に示すように、電極４，５の対と、電極６，７の対は、互いに長さ方向の形状と繰り返し構造が同じ電極対であり、これらの電極対は、例えば、電極の配置位相を４分の１ずらして配置される。電極４，５の各電極の幅と電極６，７の各電極の幅とは、同じでもよく、本例のように異なるものでもよい。各電極対には、それぞれ個別に測定出力回路１０，１１が接続されて静電容量や電荷が測定される。測定出力回路１０，１１による測定結果は、これらの結果を統合して移動子３の位置制御を行う制御回路１２に出力される。
【００６７】
電極４，６に対して電極５，７が、それぞれｘ軸方向に移動すると、各電極対における電荷量Ｑは、図２７に示す周期三角波形から成る曲線ｑ１，ｑ２のように、互いに位相がずれた状態となる。なお、電極５，７は移動子３と共に一体で移動する。
【００６８】
また、第７の実施形態の図１９に基づく構成によると、図２８（ａ）に示すように、帯状電極４０を有する電極４，５の対と、帯状電極６０を有する電極６，７の対は、互いに長さ方向の形状と繰り返し構造が同じ電極対であり、これらの電極対は、例えば、電極の配置位相を４分の１（図中の間隔δ）ずらして配置されている。各電極対には、それぞれ個別に測定出力回路１０，１１が接続されて静電容量や電荷が測定される。測定出力回路１０，１１による測定結果は、これらの結果を統合して移動子３の位置制御を行う制御回路１２に出力される。これらの電極対と測定回路の等価回路は、図２８（ｂ）に示す構成となる。
【００６９】
電極４，６に対して電極５，７が、それぞれｘ軸方向に移動すると、各電極対における電荷量Ｑは、図２９に示す正弦波形から成る曲線ｑ１，ｑ２のように、互いに位相がずれた状態となる。なお、電極５，７は移動子３と共に一体で移動する。
【００７０】
本実施形態の弾性表面波アクチュエータ１によれば、２対の位置検出用電極からの位置検出信号の位相を比較することにより、相対移動の移動方向を確定できるので、移動子の移動位置（ｘ座標値）を一意的に決定できる。なお、図３０（ａ）は、図２８（ａ）における帯状電極４０，６０を共通化した構成を示し、図３０（ｂ）はその等価回路を示す。
【００７１】
なお、本発明は、上記各実施形態に示した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構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。また、励振手段２０は、前進のみの１つだけとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【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平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】同上弾性表面波アクチュエータの斜視図。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す斜視図。
【図４】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の変形例と位置測定原理を示す斜視図。
【図６】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は第２の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す斜視図。
【図８】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上位置検出用電極の位置検出用電極の変形例と位置測定原理を示す平面図、（ｄ）は同位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は第３の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す斜視図。
【図１１】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図１２】第４の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す平面図。
【図１３】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図１４】第５の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す平面図。
【図１５】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図１６】第６の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す平面図。
【図１７】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図１８】（ａ）は第７の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の位置測定回路の等価回路図。
【図１９】同上位置検出用電極の他の構成例と位置測定原理を示す平面図。
【図２０】（ａ）は第８の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の位置測定回路の等価回路図。
【図２１】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図２２】第９の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極に接続された測定出力回路の回路図。
【図２３】（ａ）は同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の電荷変化を処理して得られた２値化信号の位置変化を示すグラフ。
【図２４】第１０の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す平面図。
【図２５】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図２６】第１１の実施形態に係る弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の構成と位置測定原理を示す平面図。
【図２７】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図２８】（ａ）は同上弾性表面波アクチュエータの位置検出用電極の変形例と位置測定原理を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の位置測定回路の等価回路図。
【図２９】同上位置検出用電極の位置変化に対する電荷変化を示すグラフ。
【図３０】（ａ）は図２９（ａ）の位置検出用電極の変形例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の位置測定回路の等価回路図。
【符号の説明】
【００７３】
１    弾性表面波アクチュエータ
２    固定子
３    移動子
４，４１，６，６１    位置検出用の電極（固定子側）
５，７    位置検出用の電極（移動子側）
１０，１１    測定出力回路
２０    励振手段
４０，６０    帯状電極
【図１】
2010104181.tif 000003
【図２】
2010104181.tif 000004
【図３】
2010104181.tif 000005
【図４】
2010104181.tif 000006
【図５】
2010104181.tif 000007
【図６】
2010104181.tif 000008
【図７】
2010104181.tif 000009
【図８】
2010104181.tif 000010
【図９】
2010104181.tif 000011
【図１０】
2010104181.tif 000012
【図１１】
2010104181.tif 000013
【図１２】
2010104181.tif 000014
【図１３】
2010104181.tif 000015
【図１４】
2010104181.tif 000016
【図１５】
2010104181.tif 000017
【図１６】
2010104181.tif 000018
【図１７】
2010104181.tif 000019
【図１８】
2010104181.tif 000020
【図１９】
2010104181.tif 000021
【図２０】
2010104181.tif 000022
【図２１】
2010104181.tif 000023
【図２２】
2010104181.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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