(57)【要約】固定子（２）上の相互に対向する少なくとも２つのアクチュエータ（４，５）によって、移動子（３）を移動させる方法。電波信号が相互に対向する少なくとも2つのアクチュエータに同時に印加されることで、固定子表面に反対方向の波が生じる。2つの反対方向の波は固定子表面で合成波を形成し、これによって移動子がアクチュエータ間にある移動領域を移動する。
2005521366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子上の相互に対向する少なくとも２つのアクチュエータのうち、少なくとも1つのアクチュエータに電波信号を与え、固定子表面を進む波を発生させ、移動子を移動させる方法であって、少なくとも２つの相互に対向する前記アクチュエータに電波信号を同時に印加し、前記固定子表面に反対方向に進む波を生じさせ、2つの反対方向に進む波で前記固定子表面に合成波を形成させることにより、前記アクチュエータ間の移動領域で前記移動子を移動させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電波信号の振幅は異なることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記電波信号の少なくとも1つの振幅は変化することを特徴とする請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記電波信号の位相は異なることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記電波信号の少なくとも1つの位相は変化することを特徴とする請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記電波信号の少なくとも1つは断続的に供給されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
２つの前記電波信号の断続的な供給の周波数は異なることを特徴とする請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記電波信号の少なくとも1つの断続的な供給の周波数は変化することを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項９】
2つの前記電波信号の断続的供給のパルス幅は異なることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記電波信号の少なくとも1つの断続的な供給のパルス幅は変化することを特徴とする請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
互いに90゜の角度で交わる相互に対向した前記アクチュエータの少なくとも2組によって、２つの合成波を生じさせ、それにより固定子表面に平行な互いに交差する2方向に前記移動子を移動させることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
計測システムが前記移動子の位置を定め、プロセッサにより測定位置と所望の位置とを比較した後、測定位置と所望の位置との差に基づいて、少なくとも1つの電波信号が前記プロセッサにより前記アクチュエータに印加されることを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
移動子と、少なくとも1つの発電機に接続された、固定子上にある相互に対向する少なくとも２つのアクチュエータを有する移動装置と、を有する波動モータであって、前記固定子上の相互に対向する前記アクチュエータは同時作動が可能であり、前記移動子の移動領域が同時作動可能な前記アクチュエータ間にあることを特徴とする波動モータ。
【請求項１４】
前記波動モータはさらに発電機に接続されたプロセッサと、前記プロセッサに接続された計測システムとを有することを特徴とする請求項13に記載の波動モータ。
【請求項１５】
互いに対向した前記アクチュエータの少なくとも2組が前記固定子に設置され、相互に90゜の角度で交差していることを特徴とする請求項13または14いずれかに記載の波動モータ。
【請求項１６】
請求項13ないし15いずれかに記載の、少なくとも1つの発電機に接続された、固定子上に置かれた相互に対向する少なくとも２つのアクチュエータを有する波動モータの利用に適した移動装置であって、前記固定子上の相互に対向する前記アクチュエータは同時作動が可能であり、移動領域が同時作動可能な前記アクチュエータ間にあることを特徴とする移動装置。
【請求項１７】
請求項13ないし15いずれかに記載の、少なくとも1つの波動モータを有する組立体であって、相互に強固に接続された移動子を有する少なくとも2つの波動モータを有することを特徴とする組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子上の相互に対向する少なくとも２つのアクチュエータのうち、少なくとも1つのアクチュエータに電波信号を与え、固定子表面を進む波を発生させ、移動子を移動させる方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、移動子と、固定子上の相互に対向する少なくとも2つのアクチュエータを有する移動装置と、を有する波動モータであって、アクチュエータが少なくとも1つの発電機に接続されていることを特徴とする波動モータに関する。
【０００３】
本発明はさらに、そのような波動モータに利用される移動装置と、本タイプの少なくとも1つの波動モータを有する組立体とに関する。
【背景技術】
【０００４】
米国特許US-B2-6331747で周知の方法においては、電波信号は2つの発電機により発生し、その信号は2つの隣接するアクチュエータに印加される。固定子表面を同じ方向に進行する2つの波がアクチュエータにより発生し、このアクチュエータにより発生した波によって移動子は移動する。
【０００５】
表面で生じた波は表面弾性波としても知られるが、これは固定子表面の各粒子に振動を生じさせる。各粒子は表面と平行に進行する縦波の動き、および表面に対して横方向に進行する、90゜の位相差を有する横波の動きに影響される。その結果、固定子表面の個々の粒子は楕円状の動きを有することになる。移動子は粒子の頂点での電気的な動きにより移動し、移動子の移動方向は表面弾性波の進行方向と反対になっている。
【０００６】
移動子の移動速度は縦波の進行の振幅に比例し、縦波の進行の振幅はアクチュエータに印加される電波信号の電圧に比例する。横波の進行の振幅は縦波の進行の振幅に対して一定比となる。アクチュエータに印加される電圧が低下し、縦波の進行の振幅が小さくなった場合、および対応する移動子の移動速度が小さくなった場合、縦波の進行の振幅も低下する。しかしながら、移動子の移動を可能にするため、横方向の振幅は固定子表面の粗さ、および固定子における移動子の弾性的押付圧と少なくとも等しくなければならない。従って最も小さな一定速度は形成された固定子表面の粗さ、および固定子における移動子の弾性的押付圧によって定められる。
【０００７】
この問題を解消するため、比較的高速度で断続的に移動子を動かし、平均速度を比較的小さくすることができる。しかしながらこの速度は一定ではない。
【０００８】
さらに一連の断続波の長さは移動子の長さと少なくとも等しくなければならない。
【０００９】
周知の方法には他にも欠点があり、移動子の動く最小変位は、形成された固定子表面の粗さ、および固定子における移動子の弾性的押付圧に依存する。これは横波の進行に必要な最小振幅を決め、従って縦の動きの最小振幅を定めるからである。
【特許文献１】米国特許第6331747号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、比較的低速度および比較的短距離で、または比較的低速度もしくは比較的短距離において、移動子を高精度で移動させることが可能な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題を解決するため、本発明による方法においては、電波信号を相互に対向する少なくとも２つのアクチュエータに同時に印加させて、反対方向の波を固定子表面に発生させ、2つの反対方向の波で固定子表面に合成波を発生させることにより、アクチュエータ間にある移動領域で移動子を移動させる。
【００１２】
同時に印加される電波信号の周波数は異なっても良い。
【００１３】
同時に生じる反対方向の波は表面の粒子を動かし、反対方向の波によって生じた縦波の進行は実質的に相互に相殺され、横波の進行は相互に増幅される。その結果、固定子表面の粗さ、および固定子における移動子の弾性的押付圧に妨害されず、移動子は比較的低速度で、比較的短い距離を移動することが可能となる。
【００１４】
各粒子において合成された楕円状の動きの横の振幅は、表面で別々に進行する波によって生じる横波の振幅を超えるため、各粒子において合成された横波の進行の振幅が実質的に固定子表面の粗さ、および固定子における移動子の弾性的押付圧と等しくなるまで、これらの各波の振幅を低減することが可能となる。これは移動子を比較的短い距離を比較的小さなエネルギーで高精度に移動させることを可能にする。
【００１５】
電波信号が長時間、印加される場合には、これは比較的低速で移動子を移動させる結果となる。
【００１６】
本発明による方法の実施例は電波信号の振幅が異なることに特徴がある。
【００１７】
表面における合成波の振幅、従って各粒子の縦波の動きの振幅は、電波信号の振幅の差に比例する。各電波信号の振幅を調整することによって、合成波の振幅を定めることができる。
【００１８】
本発明による方法の別の実施例は、電波信号の少なくとも1つの振幅は変化することに特徴がある。
【００１９】
電波信号の少なくとも1つの振幅を変化させることで、合成波の振幅を移動子の変位および速度、または変位もしくは速度に応じて変化させることができる。
【００２０】
本発明による方法のさらに別の実施例では電波信号の位相は異なることに特徴がある。
【００２１】
電波信号の各位相によって、固定子表面に位相差に依存する形態を有する合成波を形成し、各粒子に所望の波の動きを与えることができる。
【００２２】
本発明による方法のさらに別の実施例では電波信号の少なくとも1つの位相は変化することに特徴がある。
【００２３】
位相を変化させることで、移動子のいかなる所望の動きおよび速度、またはいかなる所望の動きもしくは速度も実現することができる。
【００２４】
本発明による方法の別の実施例では電波信号の少なくとも1つは断続的に供給されることに特徴がある。
【００２５】
その場合、移動子の変位は、電波信号が連続的に供給されるときの変位の比となる。
【００２６】
本発明による方法のさらに別の実施例では2つの電波信号の断続供給の周波数は異なることに特徴がある。
【００２７】
2つの電波信号の断続供給の周波数が異なることにより、固定子表面に合成断続波が形成され、各粒子に所望の波の動きを発生させることができる。
【００２８】
本発明による方法のさらに別の実施例では電波信号の少なくとも1つの断続的な供給の周波数は変化することに特徴がある。
【００２９】
移動子のいかなる変位および速度も、またはいかなる変位もしくは速度も周波数を変化させることで発生させることができる。
【００３０】
本発明による方法のさらに別の実施例では、2つの電波信号の断続的供給のパルス幅は異なることに特徴がある。
【００３１】
2つの電波信号の断続的供給のパルス幅が異なる結果、合成断続波が固定子表面に形成され、各粒子に所望の波の動きを発生させることができる。
【００３２】
本発明による方法のさらに別の実施例では、電波信号の少なくとも1つの断続的供給のパルス幅は変化することに特徴がある。
【００３３】
周波数を変化させることで、移動子のいかなる所望の変位および速度、または変位もしくは速度も発生させることができる。
【００３４】
本発明による方法のさらに別の実施例では、互いに90゜の角度で交わる相互に対向したアクチュエータ少なくとも2組が、２つの合成波を生じさせ、それにより固定子表面に平行な互いに交差する2方向に移動子を移動させることに特徴がある。
【００３５】
結果として、移動子を互いに交差する2方向に、比較的低速でかつ比較的短い距離、または比較的低速もしくは比較的短い距離を高精度で移動させることが可能となる。
【００３６】
本発明による方法のさらに別の実施例では、計測システムが移動子の位置を定めることに特徴があり、その後、プロセッサで測定された位置と所望の位置とを比較して、測定位置と所望の位置との差に基づいて、プロセッサにより少なくとも1つの電波信号がアクチュエータに印加される。
【００３７】
この方法では、計測システムが所望の位置に達したかどうかを正確に判断するため、移動子は所望の位置に高精度で調整される。ずれがある場合は、移動子に付加的な変位を与えるためプロセッサで所定のアクチュエータを作動させる。
【００３８】
本発明は、移動子が比較的低速度で比較的短い距離を、または比較的低速度もしくは比較的短い距離を、高精度で移動することができる波動モータを提供する。
【００３９】
この目的は本発明による波動モータによって達成される。この波動モータにおいては、固定子上の相互に対向するアクチュエータは同時作動が可能であり、移動子の移動することのできる移動領域が、同時作動可能なアクチュエータ間に存在する。
【００４０】
アクチュエータの同時作動が可能であるため、移動領域の表面で合成波を生じさせることが可能となり、合成波が比較的小さな縦の振幅および比較的大きな横の振幅を有する局部表面波の動きを生じさせる結果、移動子を比較的低速度で移動させることが可能となり、または移動子に比較的小さな変位を与えることが可能となる。
【００４１】
本発明による波動モータの他の実施例においては波動モータがさらに、発電機と接続されたプロセッサ、およびプロセッサに接続された計測システムを有することに特徴がある。
【００４２】
計測システムを用いて、プロセッサを介し移動子の実際の位置と所望の位置についてフィードバックを与えることが可能となり、移動子の高精度な位置調整が可能となる。
【００４３】
本発明による波動モータの他の実施例では、互いに対向したアクチュエータの少なくとも２組が固定子上に設置され、相互に90゜の角度で交わっていることに特徴がある。
そのような表面波動モータによって、移動子は固定子の表面全体を高精度で移動することができる。
【００４４】
本発明はさらに、固定子上に置かれた移動子を高精度で移動させることが可能な、このタイプの波動モータの利用に適した移動装置に関する。
【００４５】
本発明はさらに、移動子と相互に強固に接続された、少なくとも2つの波動モータを有する組立体に関する。
【００４６】
そのような組立体によって波動モータを駆動することができ、その結果、表面弾性波のわずかの差により移動子を移動させることができる。強固に接続された素子が、表面弾性波から予想される2つの速度とは異なる速度で移動するという効果が得られる。比較的低速度においては、比較的大きく、顕著に変化する摩擦係数の効果で、いわゆるスティック-スリップ現象によるいかなる妨害も生じない。
【００４７】
比較的低速度で波動モータは移動子を反対方向に移動させることができる。
【００４８】
本発明に関するこれらのおよび他の態様は、以下に記載した実施例を参照することで明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図1は水平方向に広がる固定子2および固定子2上に置かれた移動子3を有する波動モータ1を示している。固定子2の上面には、両側に設置された2つのアクチュエータ4、5を有する、例えば圧電材料の薄膜がある。アクチュエータ4、5は例えば、いわゆるインターデジタル変換器(IDT)である。各アクチュエータ4、5は発電機6、7と電気的に接続され、プロセッサ8で作動される。さらにプロセッサ8には、固定子2に対し移動子3の位置を定める計測システム9が接続されている。
【００５０】
移動子3は、固定子2と面する側に接触ブロック10を有し、このブロックによって移動子3は固定子2の表面に載せられている。球状の接触表面10により、移動子3が固定子2と接する面は比較的制限される。
【００５１】
アクチュエータ4、5は固定子2の両側に置かれ、移動子3が移動することのできる移動領域13はアクチュエータ4、5間に広がっている。
【００５２】
電波信号V1=V01sin(Tt+n1)、およびV2=V02sin(Tt+n2)が発電機6、7によってそれぞれアクチュエータ4、5に印加される。これらのアクチュエータ4、5に印加された電波信号は、固定子2の表面に表面弾性波を発生させる。
【００５３】
図2はアクチュエータ4で生じた表面弾性波11を示している。波11は固定子2の表面を介して矢印P1で示される方向に伝播し、表面の各粒子は振動を受ける。図2は楕円12による各粒子の動きを示している。
【００５４】
表面弾性波11により、粒子は、Lで示されている方向、およびこれと反対の方向に、縦波の動きを受け、同時に、矢印Tで示されている方向、およびこれと反対の方向に、横波の動きを受ける。この横波の動きは縦波の動きに対して90゜の位相差を有し、その結果、矢印E1で示されている方向の楕円状の動きが生じる。図2で見られるように楕円12の頂点近傍の粒子は矢印P1とは反対の方向に移動する。移動子3の球状接触表面10は、粒子上に載って、粒子を部分的に押しており、粒子の動きに伴って移動する。そのため、移動子はアクチュエータ4の方向、すなわち矢印P1で示されている方向とは反対の方向に移動する。
【００５５】
本発明の方法によると、電気信号は波動モータ1のアクチュエータ4、5に同時に印加され、この信号によって表面弾性波が固定子2の表面に生じる。
【００５６】
図3は各波で生じた単一粒子の楕円状の動きを示している。アクチュエータ4で生じた表面弾性波は表面で粒子に楕円状の動きを生じさせるため、粒子は矢印E1で示される方向に移動する。アクチュエータ4と対向するアクチュエータ5によって生じた表面弾性波は、同じ粒子に楕円状の動き14を生じさせ、矢印E2で示されるような方向に粒子を移動させる。
【００５７】
2つの表面弾性波の振幅が等しい場合、移動子はそのまま動かないことになる。
【００５８】
図3に示されている例のように、アクチュエータ4で生じる表面弾性波の振幅がアクチュエータ5で生じる表面弾性波より大きい場合は、楕円状の動き12の横波と縦波の動きは楕円状の動き14の横波と縦波の動きよりも大きくなる。それぞれの粒子は、同時に2つの楕円状の波の動きを受けるため、矢印E3で示されている方向の楕円状の動き15が生じる。縦波の動きの振幅はその後、楕円12および14の縦波の動きの振幅の差と等しくなり、横波の動きの振幅は、楕円状の動き12および14の横波の振幅の和と等しくなる。図3から明らかなように、縦波の動きの振幅は比較的小さいのに対して、横波の動きの振幅は比較的大きい。これは、この種類の縦波の動きの振幅を有する場合、移動子3の比較的小さい変位は矢印P1と反対の方向に生じることを意味する。同時に、横波の動きの比較的大きな振幅のため、固定子2のいかなる表面の粗さもそれ程妨害にはならない。
【００５９】
移動子3をアクチュエータ5の方向に移動させる場合は、アクチュエータ5に印加する電波信号の振幅がアクチュエータ4に印加する電波信号の振幅を越えるようにする。
【００６０】
図4は本発明による波動モータ21の第2の実施例を示しており、波動モータ21は相互に対向するアクチュエータ24、25の第1の組に加え、固定子22に置かれたそれぞれアクチュエータ26、27、およびアクチュエータ28、29、の２つの組を有する。アクチュエータ24-29を有する固定子22は、固定子表面22に球状接触表面30と接して載っている移動子23用の移動装置を構成している。移動子23は移動領域33を移動できるようアクチュエータ24-29の間に置かれている。
【００６１】
図1に示された方法と同様、アクチュエータは電波信号をアクチュエータに供給する発電機と接続されている。発電機は所望の方法で発電機を作動するプロセッサと接続されている。さらに計測システムがプロセッサに接続されている。
【００６２】
アクチュエータ26、27の組およびアクチュエータ28、29の組はそれぞれ、アクチュエータ24、25の組と交差するように伸びている。アクチュエータ24、25の作動の結果、移動子23は矢印P1で示される方向、およびその反対方向に移動することができ、一方、移動子23はアクチュエータ26、29が作動しているときには矢印P2で示される方向、およびその反対方向に移動することができる。
【００６３】
矢印P2で示される方向、またはその反対の方向に移動させる場合、電波信号が26、27の組と28、29の組それぞれに同時に印加され、移動が矢印P2で示される方向、またはその反対の方向にされているときは、電波信号は同時に、図3に示されるような方法で固定子22の表面に表面弾性波を形成する。これらの波は合成波を形成し、矢印P2で示される方向またはその反対方向に移動子23が移動する。
【００６４】
矢印P2で示される方向の合成波を形成するため、アクチュエータ26、27に電気信号を印加すること、および矢印P2と反対方向の合成波を形成するため、アクチュエータ28、29に電気信号を印加することで、合成波が固定子22表面に発生し、矢印Rで示される方向に移動子23の回転が生じる。
【００６５】
このように、プロセッサ8で移動子を固定子22の移動領域33のいかなる所望の位置および角度にも配することができる。移動子23の実際の位置はその後、プロセッサ8と結合された計測システム9を用いて所望の位置と照らし合わせても良く、アクチュエータの作動に対し、可能な範囲で変更を行っても良い。
【００６６】
図5は本発明による組立体40の平面図を示す。組立体40は3つの移動子23’、23’’、23’’’それぞれを提供する3つの波動モータ21’、21’’、21’’’を有する。移動子23’、23’’、23’’’は3本のロッド41によって相互に強固に接続されている。各ロッド41は同じ長さを有し、同じ角度で繋がっている。ただしこれらの角度は異なっても良い。
【００６７】
理解し易くするため、図5にアクチュエータ、発電機、プロセッサおよび計測システムは示されていない。
【００６８】
例えばロッド41の接続点42に対して、矢印P1で示される方向への正確な移動のため、波動モータ21’、21’’、21’’’に合成波を発生させて、接続点42を矢印P1、P2、Rで示されている方向に移動させることができる。移動を比較的低速で行う場合は、別々の合成波を波動モータで発生させ、これらの合成波を組み合わせて接続点42を移動させる。従って接続点42の移動速度は、各合成波の速度とは異なる。その結果、移動子の移動が生じる前に、比較的顕著に変化する摩擦係数の効果で、いわゆるスティック-スリップ現象のリスクは回避される。既に表面に存在する波は、そのようなスティック-スリップ現象を生じさせない。
【００６９】
代替方法として、3組の相互に60゜の角度を成すアクチュエータ、または相互に別の所望の角度を成す別の数の組のアクチュエータを有する固定子を提供することが可能である。
【００７０】
3つの波動モータの代わりに２つの波動モータで図5に示される組立体40を提供することもまた可能である。
【００７１】
別の可能性として固定子全体を圧電材料で構成することが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明による波動モータの第1の実施例の透視図である。
【図２】固定子を介して移動する波を有する固定子の概略断面図である。
【図３】固定子における粒子の2つの個々の楕円状の動き、およびその合成結果である楕円の動きを示す図である。
【図４】本発明による波動モータの第2の実施例の透視図である。
【図５】本発明による組立体の平面図である。
【図１】
2005521366.tif 000003
【図２】
2005521366.tif 000004
【図３】
2005521366.tif 000005
【図４】
2005521366.tif 000006
【図５】
2005521366.tif 000007
【国際調査報告】
2005521366.tif 000008
2005521366.tif 000009
2005521366.tif 000010