(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波モータの駆動装置において、
（ａ）弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、
（ｂ）前記弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続されたエネルギー補填用櫛形電極とを備え、
（ｃ）エネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記エネルギー補填用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持することを特徴とする弾性表面波モータの駆動装置。
【請求項２】
弾性表面波モータの駆動装置において、
（ａ）第１の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、
（ｂ）前記第１の弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続されたエネルギー補填用櫛形電極と、
（ｃ）第２の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極とを備え、
（ｄ）前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子の直列接続によるエネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記エネルギー補填用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持することを特徴とする弾性表面波モータの駆動装置。
【請求項３】
弾性表面波モータの駆動装置において、
（ａ）第１の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、
（ｂ）前記第１の弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続された第１のエネルギー補填用櫛形電極と、
（ｃ）第２の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、
（ｄ）前記第２の弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続された第２のエネルギー補填用櫛形電極とを備え、
（ｅ）前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子の直列接続によるエネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記エネルギー補填用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持することを特徴とする弾性表面波モータの駆動装置。
【請求項４】
弾性表面波モータの駆動装置において、
（ａ）弾性表面波素子上に配置される励振用櫛形電極と、
（ｂ）該励振用櫛形電極の両側に配置されるとともに、振動の還流を生じるように２段に配置される傾斜方向の反射電極とを備え、
（ｃ）エネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記励振用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持することを特徴とする弾性表面波モータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波モータの駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、本願発明者によって既に提案されている弾性表面波モータがある（例えば、特開平９−２３３８６５号公報参照）。
図５はかかる従来の弾性表面波モータの構成図である。
【０００３】
この弾性表面波モータは、厚さ１〜２ｍｍ程度以下、幅数ｍｍ、長さ数ｃｍ程度あるいはそれ以下の寸法で実現できるリニアアクチュエータである。
図５に示すように、駆動電極（ＩＤＴ）１０２を有する弾性表面波素子１０１と、この弾性表面波素子１０１上にセットされる移動子１０３を設け、この移動子１０３には予め圧力Ｎを加えるようにしている。
【０００４】
この弾性表面波モータは、高速、高応答、高推力な小型リニアモータとして期待され、優れた動作特性が実現されている。移動速度としては、１ｍ／秒が実現されており、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。
図６はかかる従来の弾性表面波モータの原理を説明する図であり、図６（ａ）はその弾性表面波モータの正面図、図６（ｂ）はその弾性表面波モータの平面図、図６（ｃ）は図６（ａ）の左側面図である。なお、図５と同じ部分については、同じ符号を付して、それらの説明は省略している。
【０００５】
これらの図において、１０４はガイド、１０５はばねである。
これまで、弾性表面波モータのステータ振動子の駆動には、一つの櫛形電極（ＩＤＴ）が用いられてきた。通常、長方形の圧電基板の両端部に一つずつのＩＤＴが設置され、一方の電極に高周波電力を供給することにより、スライダの移動を実現していた。また、反対方向に移動させる場合は、他方の電極を駆動することにより、移動方向の切り替えを行っていた。
【０００６】
しかし、この方法では、弾性表面波の進行波を励振するため、電極より励振された弾性表面波のエネルギーを、基板両端部で完全に吸収させなくてはならない。さもないと、基板全体に定在波が励振されてしまい、モータを実現することはできない。そこで、図７及び図８に示すような回路により、駆動電極と反対側の電極は受波電極として、整合をとることにより、波を完全に吸収するようにしている。駆動エネルギーの９０％以上が外部の抵抗で吸収されることになる。
【０００７】
図７は従来の弾性表面波の進行波の励振回路を示す図、図８は従来の２つの電源を用いた進行波の励振回路を示す図である。
図７において、２０１は弾性表面波素子、２０２は駆動電極（ＩＤＴ）、２０３は受波電極（ＩＤＴ）であり、弾性表面波の進行波の励振は、整合負荷による電極は共に一方向性電極となり、Ｖ１  ／ｉ１  ＝Ｖ２  ／ｉ２  ＝Ｒの関係が成り立つ。
【０００８】
図８において、３０１は弾性表面波素子、３０２は駆動電極（ＩＤＴ）、３０３は受波電極（ＩＤＴ）であり、負荷側の電圧／電流が、図７に示した整合条件を満足するような、Ｅ１  ＋Ｅ２  ＝Ｅ０  の関係で、駆動電圧を決める。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、問題になるのは、弾性表面波を高周波電力と駆動電極を用いて励振する際のエネルギー効率が著しく低い状態にあることである。
この原因は、一旦励振された弾性振動のエネルギーの多くの部分が、モータの動作に使われずに、基板端部で吸収されてしまうからである。
【００１０】
その結果、非常に大きな駆動電力を必要とした。また振動のエネルギーを基板上の吸収体により吸収し、定在波が起きないようにしていたため発熱が大きく、連続的な駆動が困難な状況であった。
そこで、本発明は、上記問題点を除去し、基板を伝搬していった弾性波のエネルギーを両端部で吸収することなく、エネルギーを還流することにより、これまでより、２桁から３桁小さなパワーで弾性表面波を励振することができる弾性表面波モータの駆動装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、
〔１〕弾性表面波モータの駆動装置において、弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、前記弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続されたエネルギー補填用櫛形電極とを備え、エネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記エネルギー補填用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持するようにしたものである。
【００１２】
〔２〕弾性表面波モータの駆動装置において、第１の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、前記第１の弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続されたエネルギー補填用櫛形電極と、第２の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極とを備え、前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子の直列接続によるエネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記エネルギー補填用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持するようにしたものである。
【００１３】
〔３〕弾性表面波モータの駆動装置において、第１の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、前記第１の弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続された第１のエネルギー補填用櫛形電極と、第２の弾性表面波素子の両側に配置される外部電源に接続されずに電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極と、前記第２の弾性表面波素子の両側の一方向性櫛形電極間に配置される外部電源に接続された第２のエネルギー補填用櫛形電極とを備え、前記第１の弾性表面波素子と前記第２の弾性表面波素子の直列接続によるエネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記エネルギー補填用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持するようにしたものである。
【００１４】
〔４〕弾性表面波モータの駆動装置において、弾性表面波素子上に配置される励振用櫛形電極と、この励振用櫛形電極の両側に配置されるとともに、振動の還流を生じるように２段に配置される傾斜方向の反射電極とを備え、エネルギーの還流により、消費された分のパワーは前記励振用櫛形電極から供給され、常に一定の弾性振動を維持するようにしたものである。
【００１５】
なお、ここで、一方向性櫛形電極とは、櫛形電極のみもしくは櫛形電極と反射器を含むものである。
このように、本発明によれば、弾性表面波を駆動するにあたり、駆動に用いられる高周波電力を効率よく利用することにより、実用的で効率の高いモータを実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の平面図である。
この図に示すように、弾性表面波素子１上には、電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極（ＩＤＴ）４，５とエネルギー補填用櫛形電極（ＩＤＴ）２，３を別に設置するようにしている。また、６はスライダーである。なお、ここで、一方向性櫛形電極とは、櫛形電極のみもしくは櫛形電極と反射器を含むものである。
【００１７】
そこで、前記エネルギー補填用櫛形電極２には電源Ｅ２  ＝Ｅ０  ｃｏｓωｔ、前記エネルギー補填用櫛形電極３には電源Ｅ１  ＝Ｅ０  ｓｉｎωｔが接続されており、２つの同等な電源Ｅ１  ＝Ｅ０  ｓｉｎωｔとＥ２  ＝Ｅ０  ｃｏｓωｔを用いた進行波の励振回路となっている。
このように構成したので、負荷側の電圧／電流（ｖ２  ／ｉ２  ）の整合条件は、振動子の対象性相対性から自然に満足される。
【００１８】
まず、図７を用いて整合条件を述べる。図７の駆動用電極ＩＤＴ２０２の駆動周波数における電気アドミッタンスをＹ＝Ｇ＋ｊＢと表すと、Ｇがモーショナルアドミタンス、Ｂが制動サセプタンスである。外付けの抵抗ＲとインダクタンスＬは、Ｒ＝１／Ｇ，ωＬ＝１／ｂとすることで、整合条件が満足される。
したがって、受波側の電極に接続すべき抵抗値と、駆動側電極の駆動インピーダンスの抵抗成分の値は、両方の電極形状が同一であれば、原理的に、
Ｖ１  ／ｉ１  ＝Ｖ２  ／ｉ２  ＝Ｒが成り立って、両者とも同じ値となり、整合条件を満足する。回路図中のＬは、櫛形電極の制動容量を打ち消して、インピーダンス整合を取るためのインダクタンスである。整合条件は、駆動周波数をｆ、櫛形電極の制動容量をＣとすると、
ｆ＝１／〔２π（ＬＣ）１／２  〕
となる。この条件を満足するようなＬを電極と並列に挿入することにより、インピーダンスの虚部の整合が取れる。インピーダンスの虚数部分のみをインダクタンスで打ち消すことで、整合条件は満たされることになるので、図１に示すような接続により、受波側電極５につなぐべき抵抗値は、駆動側電極４の駆動抵抗値として、整合が取れた状態で、エネルギーの還流が可能となる。電極４および５に接続されたインダクタンスＬは、それぞれの電極の制動容量によるサセプタンス分を打ち消すためのものである。
【００１９】
ここで、駆動電極は通常のＩＤＴであり、ＩＤＴの間隔を３／４波長とすると、図１によれば、左方向へ波が伝播する。
また、駆動電源のどちらか一方の位相を反転することで、波の伝搬方向を逆向きとすることができる。
したがって、エネルギー補填用櫛形電極２，３、振動を電力に変換する一方向性櫛形電極４，５を用いて、エネルギーの還流７を行い、そのエネルギーの損失分のみをエネルギー補填用櫛形電極２，３を用いて補填するようにしたので、エネルギーが局所的に蓄積しないために、発熱が防止され、供給するエネルギーが少ないことから、小型の電源で動作させることができる。
【００２０】
図２は本発明の第２実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の平面図である。
この図に示すように、この実施例では、弾性表面波素子１上には、電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極４，５と、エネルギー補填用櫛形電極２，３を別に設置するようにしている。つまり、２つの同等な電源Ｅ１  ＝Ｅ０  ｓｉｎωｔとＥ２  ＝Ｅ０  ｃｏｓωｔを用いた進行波の励振回路となっている。なお、１４はスライダーである。
【００２１】
更に、弾性表面波素子１１を配置して、電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極１２，１３を設けるようにしている。
このように、第２実施例によれば、エネルギー補填用櫛形電極２，３、振動を電力に変換する一方向性櫛形電極４，５，１２，１３を用いて、エネルギーの還流１５を行い、そのエネルギーの損失分のみをエネルギー補填用櫛形電極２，３を用いて補填するようにしたので、エネルギーが局所的に蓄積しないために、発熱が防止され、供給するエネルギーが少ないことから、小型の電源で動作させることができる。
【００２２】
図３は本発明の第３実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の構成図であり、図３（ａ）はその弾性表面波モータの駆動装置の平面図、図３（ｂ）はその弾性表面波モータの駆動装置の側面図である。
この図に示すように、この実施例では、弾性表面波素子２１上には、電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極２３，２４とエネルギー補填用櫛形電極２２を別に設置するようにしている。
【００２３】
更に、弾性表面波素子３１を配置して、電気・機械変換のみを行う一方向性櫛形電極３３，３４を設けるとともに、エネルギー補填用櫛形電極（ＩＤＴ）３２を別に設置するようにしている。
そして、エネルギー補填用櫛形電極２２には電源Ｅ２  ＝Ｅ０  ｃｏｓωｔを、エネルギー補填用櫛形電極３２には電源Ｅ１  ＝Ｅ０  ｓｉｎωｔを、それぞれ接続するようにしている。
【００２４】
これらの弾性表面波素子２１と３１を挟むようにしてスライダー３５が設けられるようになっている。
このように、第３実施例によれば、エネルギー補填用櫛形電極２２，３２、振動を電力に変換する一方向性櫛形電極２３，２４，３３，３４を用いて、エネルギーの還流３６を行い、そのエネルギーの損失分のみをエネルギー補填用櫛形電極２２，３２を用いて補填するようにしたので、エネルギーが局所的に蓄積しないために、発熱が防止され、供給するエネルギーが少ないことから、小型の電源で動作させることができる。
【００２５】
また、図３（ｂ）に示すように、２枚の基板を用いた構成とすると、ガイドに大きな力がかからないため、スライダで基板を挟み込むだけの簡単な構成でよく、この場合、２枚の基板は図３（ａ）では全く同じものが使用できるので、生産性がよく、簡単な構成で２倍の推力を取り出すことができる。
図４は本発明の第４実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の平面図である。
【００２６】
この図において、４１は弾性表面波素子、４２，４３は励振櫛形電極、４４〜４７は斜め方向への反射器（反射電極）、４８はスライダー、４９はエネルギーの還流を示している。
この実施例は、機械的にエネルギーの還流を行う方式であり、励振櫛形電極４２，４３を配置するとともに、２段に両側に斜め方向への反射器４４，４５，４６，４７を配置して、機械的に振動を還流４９して、効率良く表面波を励振することができる。
【００２７】
これまでの弾性表面波モータを駆動するには、電圧で１００Ｖ程度、電力では１００Ｗ程度の入力を必要としていたが、上記のように構成したので、エネルギーの還流を行うことにより、損失分のみを補ってやればよいようになるので、この電力が１／１００から１／１０００程度に小さくなる。駆動電圧としては、１０Ｖ以下の低い電圧での駆動が可能となる。
【００２８】
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いて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、弾性表面波基板を伝搬していった弾性波のエネルギーを両端部で吸収することなく、エネルギーを還流することにより、これまでの２桁から３桁小さなパワーで弾性表面波を励振することが可能となり、効率の向上と、連続的動作の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の平面図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の平面図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の構成図である。
【図４】本発明の第４実施例を示す弾性表面波モータの駆動装置の平面図である。
【図５】従来の弾性表面波モータの構成図である。
【図６】従来の弾性表面波モータの原理を説明する図である。
【図７】従来の弾性表面波の進行波の励振回路を示す図である。
【図８】従来の２つの電源を用いた進行波の励振回路を示す図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１    弾性表面波素子
２，３，２２，３２  エネルギー補填用櫛形電極（ＩＤＴ）
４，５，１２，１３，２３，２４，３３，３４    一方向性櫛形電極（ＩＤＴ）
６，１４，３５，４８    スライダー
７，１５，３６，４９    エネルギーの還流
４２，４３    励振櫛形電極
４４〜４７    斜め方向への反射器（反射電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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