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JP2010104181A - Surface acoustic wave actuator - Google Patents

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JP2010104181A
JP2010104181A JP2008274799A JP2008274799A JP2010104181A JP 2010104181 A JP2010104181 A JP 2010104181A JP 2008274799 A JP2008274799 A JP 2008274799A JP 2008274799 A JP2008274799 A JP 2008274799A JP 2010104181 A JP2010104181 A JP 2010104181A
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JP
Japan
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electrode
acoustic wave
surface acoustic
electrodes
stator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2008274799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yohei Ishigami
陽平 石上
Hideki Yamashita
秀樹 山下
Minoru Kurosawa
実 黒澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Electric Works Co Ltd
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Publication date
Application filed by Panasonic Electric Works Co Ltd filed Critical Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority to JP2008274799A priority Critical patent/JP2010104181A/en
Publication of JP2010104181A publication Critical patent/JP2010104181A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

【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
In a surface acoustic wave actuator, a simple structure maintains a thin structure and suppresses an increase in area, enabling accurate measurement of the relative position of a stator and a mover, and reducing size and cost. Plan.
An actuator (1) includes a stator (2) made of a piezoelectric substrate having excitation means (20) for exciting a surface acoustic wave, and is driven by the surface acoustic wave excited by the excitation means (20) to the stator (2). And a pair of position detection electrodes 4 and 5 for detecting a change in position due to the relative movement of the stator 2 and the mover 3 by a change in capacitance. And the mover 3 are provided. The electrodes 4 and 5 can be formed in the same process as the process for forming the excitation means 20 in the left and right empty areas of the surface acoustic wave propagation area in a plane and close to each other. It is easily provided without increasing the area without impairing the area.
[Selection] Figure 1

Description

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。   The present invention relates to an actuator that uses a driving force generated by a surface acoustic wave.

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。   2. Description of the Related Art Conventionally, a linear motor type surface acoustic wave actuator that moves a moving element relative to a stator made of a piezoelectric substrate by using a driving force generated by a surface acoustic wave propagating on the surface of the piezoelectric substrate is known. The driving force generated by the surface acoustic wave is transmitted from the stator to the moving element by friction. The configuration is composed of a piezoelectric substrate and a mover, and can be easily reduced in thickness. The surface acoustic wave is excited by applying high-frequency power to the interdigitated electrode formed on the surface of the piezoelectric substrate. In order to control the actuator, it is necessary to grasp the relative position of the movable element with respect to the stator. However, since friction is accompanied by slip, the magnitude of relative movement cannot always be derived from the magnitude of driving input power. That is, in order to grasp the position of the moving element, position measurement that is not based on the magnitude of input power is required.

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)。   Therefore, the position of the moving element and the moving speed are measured by a laser distance meter or laser speedometer that detects the reflected laser light from the moving element by irradiating the moving element with laser light from the direction along the moving direction of the moving element. And is used for measurement (for example, see Non-Patent Document 1, FIG. 2. (a)).

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)。
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) 特開2007−259670号公報
In addition to the surface acoustic wave for driving, a surface acoustic wave for position detection is generated, and the position of the movable body is detected by detecting the reflected wave from the movable body of the surface acoustic wave. A surface acoustic wave actuator that controls movement is known (for example, see Patent Document 1).
M. Kay. Kurosawa et al., “Elastic friction drive of surface acoustic wave motor”, Ultrasonics 41, pp 271-275 (2003) JP 2007-259670 A

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。   However, in the position measurement using the laser beam as described above, a measuring device is separately attached, so that the surface acoustic wave actuator is limited in size, in particular, thinning, in order to secure the external place. Therefore, mechanical adjustment is required. Also, in position measurement using surface acoustic waves for position detection, a region for creating a cross finger electrode for surface acoustic wave excitation is added to the piezoelectric substrate, so that the surface acoustic wave actuator can be made thin. However, the area is widened and size reduction is limited.

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。   The present invention solves the above-described problems, and is a small size that can achieve a precise measurement of the relative position of the stator and the mover while maintaining a thin structure and suppressing an increase in area with a simple structure. An object of the present invention is to provide a low-cost surface acoustic wave actuator.

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。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a stator comprising a piezoelectric substrate having excitation means for exciting a surface acoustic wave, and the piezoelectric driven by the surface acoustic wave excited by the excitation means. In a surface acoustic wave actuator comprising a mover that moves relative to a substrate, a pair of position detections for detecting a change in position due to a relative movement of the stator and the mover by a change in capacitance Are provided on the stator and the movable body.

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。   According to a second aspect of the present invention, in the surface acoustic wave actuator according to the first aspect, the width of the stator-side electrode in the direction perpendicular to the moving direction changes along the moving direction.

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。   According to a third aspect of the present invention, in the surface acoustic wave actuator according to the second aspect, the length of the moving side electrode in the moving direction is shorter than that of the stator side.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, in the surface acoustic wave actuator according to any one of the first to third aspects, the electrode includes two pairs for detecting a large displacement and for detecting a small displacement. On the stator side of the electrode pair for use, electrodes having a shorter length in the moving direction than the stator side of the electrode pair for detecting large displacement are repeatedly arranged along the moving direction.

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。   According to a fifth aspect of the present invention, in the surface acoustic wave actuator according to the first aspect, the electrodes on the stator side are formed by repeatedly arranging electrodes of a predetermined length at regular intervals along the moving direction. The electrode is composed of one electrode having the same length as the predetermined length.

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。   According to a sixth aspect of the present invention, in the surface acoustic wave actuator according to the fifth aspect of the present invention, a strip-like electrode extending in the moving direction in parallel with the repeatedly arranged electrode is further provided on the stator side, Are connected in series across the electrodes arranged repeatedly and the strip electrode, and the change in position is detected by the change in the capacitance connected in series.

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。   A seventh aspect of the present invention is the surface acoustic wave actuator according to the fifth or sixth aspect, wherein the electrode arranged repeatedly has a capacitance of a sine wave function due to relative movement of the electrode on the movable element side. The shape changes according to the above.

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。   The invention according to claim 8 is the surface acoustic wave actuator according to claim 1, wherein the stator side of the position detecting electrode is configured by repeatedly arranging a predetermined length of electrode along the moving direction at regular intervals. The electrode on the mover side has a length straddling the two adjacent electrodes arranged repeatedly, and the change in position is connected in series with each other formed by the electrode on the mover side and the two electrodes straddling the electrode. It is detected by a change in the capacitance.

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。   According to a ninth aspect of the present invention, in the surface acoustic wave actuator according to any one of the fifth to eighth aspects, the electrical signal accompanying the change in the capacitance is acquired and the electrical signal intensity is binarized. A measurement output circuit for outputting a signal is provided.

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。   According to a tenth aspect of the present invention, in the surface acoustic wave actuator according to any one of the fifth to ninth aspects, the position detection electrode includes two pairs, and the predetermined length and repetition of the one pair of electrodes. The interval is different from the predetermined length and repetition interval of the other pair of electrodes.

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。   An eleventh aspect of the invention is the surface acoustic wave actuator according to any one of the fifth to ninth aspects, wherein two pairs of the position detecting electrodes are provided, and the arrangement phases of the repetitive electrodes of the two pairs are set to each other. It is different.

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。   According to the first aspect of the present invention, since the pair of position detection electrodes can be configured to be planar and close to each other, the entire surface acoustic wave actuator (hereinafter simply referred to as an actuator) can be made thin. Can be formed. In general, the propagation direction of the surface acoustic wave is parallel to the direction of relative movement of the stator and the mover, and the position detection electrode is, for example, either the left or right of the propagation region of the surface acoustic wave on the surface of the piezoelectric substrate. In the empty area and the buffer area, an increase in the area of the entire actuator can be suppressed. In addition, since the position detection electrodes can be formed simultaneously by the same film forming process or etching process as the process for forming the excitation means such as the interdigitated electrodes on the piezoelectric substrate, it can be formed with high accuracy, easy and low cost. In addition, the device for measuring the capacitance needs only to be electrically wired to the position detection electrode separately from the actuator. Installation space for sensors when using a laser distance meter, additional mechanism, adjustment during installation And the like, and an increase in cost due to an increase in the number of parts, an increase in material cost accompanying an increase in the size of the piezoelectric substrate material, an increase in assembly man-hours, etc. can be suppressed.

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。   According to the invention of claim 2, by setting the electrode shape, and hence the capacitance between the electrodes, to a specific shape in a specific region of the relative movement position, the position measurement sensitivity in that region is increased or decreased. Thus, position measurement according to the usage application of the actuator can be easily realized at low cost.

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。   According to the invention of claim 3, since the position detecting electrode on the movable element side can be made small, the electrode arrangement portion on the movable element side can be made a small space.

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。   According to the invention of claim 4, the usability of the actuator is improved by combining the position measurement with a low resolution by the electrode for detecting a large displacement and the position measurement with a high resolution by an electrode for detecting a small displacement. For example, long distance movement and high position accuracy stop can be performed at higher speed.

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。   According to the invention of claim 5, the area of the moving element can be made smaller than the area of the stator. In addition, an analog signal having a constant period corresponding to the movement position obtained by moving the electrode on the mover side in a fixed direction with respect to the electrode on the stator side arranged repeatedly can be used for the position control of the actuator. In this case, the position of relative movement can be compensated based on the periodic phenomenon.

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。   According to the invention of claim 6, since it is not necessary to connect a lead wire for taking out an electric signal to the electrode on the moving element side, the structure of the electric circuit can be simplified, and a highly reliable actuator free from problems of wiring. Can be realized.

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。   According to the invention of claim 7, various control methods based on a sine wave signal generally used in AC electric appliances can be used.

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。   According to the eighth aspect of the present invention, since it is not necessary to connect a lead wire for taking out an electric signal to the electrode on the moving element side, the structure of the electric circuit can be simplified, and a highly reliable actuator free from wiring defects and the like. Can be realized.

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。   According to the ninth aspect of the present invention, digital control using a binarized signal can be performed. For example, the relative movement position can be measured by counting the number of pulses, and can be easily controlled by a CPU having a small processing capability. In addition, the influence of noise can be reduced by digital control.

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。   According to the tenth aspect of the present invention, the movement direction of the relative movement can be determined by comparing the position detection signals from the two pairs of position detection electrodes, so that the movement position can be uniquely determined.

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。   According to the eleventh aspect of the present invention, the movement direction of the relative movement can be determined by comparing the phases of the position detection signals from the two pairs of position detection electrodes, so that the movement position can be uniquely determined.

(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。
(First embodiment)
Hereinafter, a surface acoustic wave actuator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The surface acoustic wave actuator 1 according to the first embodiment includes a stator 2 composed of a piezoelectric substrate having excitation means 20 for exciting a surface acoustic wave as shown in FIGS. And a mover 3 which is arranged on the surface of the piezoelectric substrate and is driven by the surface acoustic wave excited by the excitation means 20 to move relative to the stator 2, and by relative movement of the stator 2 and the mover 3. Position detection electrodes 4 and 5 are provided on the stator 2 and the movable element 3 to detect a change in position by a change in capacitance. Here, the stator 2 and the mover 3 move relative to each other, and there is no limitation on which is fixed and which is moved regardless of the name. Further, in this specification, the relative position of the mover 3 with respect to the stator 2 is represented by a coordinate value on the x coordinate defined by being fixed to the stator 2. The direction of relative movement is the positive or negative direction of the x-axis (this is also referred to as the left-right direction, the front-rear direction, or the length direction). Hereafter, each structure is explained in full detail.

固定子2を構成する圧電基板は、例えば、LiNbO(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。 The piezoelectric substrate constituting the stator 2 is a substrate made of a piezoelectric body itself such as LiNbO 3 (lithium niobate), for example. The piezoelectric substrate may be a non-piezoelectric substrate formed with a piezoelectric thin film, for example, a PZT thin film (lead, zirconium, titanium alloy thin film). A surface acoustic wave is excited in the surface portion of the piezoelectric thin film on the surface. Accordingly, the piezoelectric substrate may be any substrate provided with a piezoelectric body portion on which the surface acoustic wave is excited, and the surface shape is not limited to a flat surface as shown in the present embodiment, but may be a cylindrical surface or a general surface. It may be a non-planar shape made of a curved surface.

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。   The excitation means 20 is constituted by a so-called comb-shaped electrode (interstitial electrode, IDT: inter digital transducer) formed by engaging two electrodes on the surface of the piezoelectric substrate. Two excitation means 20 are provided on both the front and rear sides of the moving element 3 for forward movement and backward movement. Each excitation means 20 is provided with a comb-shaped electrode 21 for reflecting and effectively utilizing the surface acoustic wave. Comb teeth adjacent to each other of the comb-shaped electrodes of the excitation means 20 belong to different electrodes, and are arranged at a pitch that is half the wavelength of the surface acoustic wave to be excited. By applying a high frequency (MHz band) voltage from the high frequency voltage power source E between the two comb electrodes, the electrical energy is converted into mechanical waves by the comb electrodes, and surface acoustic waves are excited on the surface of the piezoelectric substrate. Is done. The amplitude of the excited surface acoustic wave is determined by the magnitude of the excitation voltage applied to the electrode. The length of the wave packet of the excited surface acoustic wave corresponds to the length of voltage application time.

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。   The mover 3 is made of, for example, a hard material such as silicon, and a plurality of protrusions 32 are provided on a surface (FIG. 1B) that contacts the piezoelectric substrate. Such a protrusion 32 is manufactured by, for example, a silicon etching method. The material for forming the mover 3 may be a hard material as long as it is not silicon. The mover 3 is applied with a preload F by the preload applying means 31 and is pressed against the surface of the surface acoustic wave propagation region in the piezoelectric substrate (stator 2). When the surface acoustic wave is excited by one of the excitation means 20 in a state where the movable element 3 is pressed, the driving force accompanying the elliptical vibration of the surface acoustic wave is transmitted to the movable element 3 through the frictional force. Then, the movable element 3 is driven to move in a direction opposite to the propagation direction of the surface acoustic wave, that is, in a direction approaching the excitation means 20 that excites the wave. For example, when the right excitation means 20 shown in FIG. 1A is operated, the movable element 3 moves forward to the right by the surface acoustic wave propagating in the negative direction of the x axis, and the left excitation means 20 is operated. The mover 3 moves backward to the left.

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。   The protrusion on the bottom surface of the movable element 3 is for efficiently transmitting the driving force of the surface acoustic wave to the movable element 3. Further, if the driving force of the surface acoustic wave can be efficiently transmitted to the moving element 3 without the protrusion, the protrusion on the bottom surface is unnecessary. Depending on the magnitude of the preload F, the moving speed and acceleration of the moving element 3 change. The moving speed of the moving element 3 is a function of the magnitude of the excitation voltage, and the moving distance is a function of the magnitude of the excitation voltage and the excitation duration. Further, the movable distance of the movable element 3, that is, the stroke (movement range) of the surface acoustic wave actuator 1, is determined from the length in the x-axis direction of the surface area of the piezoelectric substrate sandwiched between the left and right excitation means 20. This is a length obtained by subtracting the length in the x-axis direction of the ground contact surface with respect to the stator 2.

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。   The position detection electrode 4 on the stator 2 side is a rectangular surface electrode whose one side is parallel to the x-axis, and is provided in a region on the surface of the piezoelectric substrate that does not hinder the propagation of surface acoustic waves. The electrode 5 for position detection on the side of the moving element 3 is a surface electrode facing the surface of the piezoelectric substrate, and is formed on a holding member 50 fixed to the moving element 3 so as to form a parallel plane electrode capacitor together with the electrode 4. It is configured. The shape of the electrode 5 is the same as the shape of the electrode 4. However, more generally, in the shape of the electrodes 4 and 5, the overlapping area of the electrodes 4 and 5 in plan view changes due to the relative movement of the stator 2 and the mover 3 in the stroke range of the surface acoustic wave actuator 1. Any shape is acceptable. Further, the electrode 4 does not need to be provided between the left and right excitation means 20, and therefore the length of the electrode 4 in the x direction is not limited to the distance between the left and right excitation means 20.

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。   A change in position, that is, a movement distance due to relative movement of the stator 2 and the mover 3 in the surface acoustic wave actuator 1 is detected by detecting a change in capacitance between the position detection electrodes 4 and 5. For example, a measurement output circuit 10 such as a capacitance measuring device or a charge measuring device can be connected to the electrodes 4 and 5, and the moving distance can be obtained based on the circuit output. Moreover, although the sensitivity can be improved as the distance between the electrodes 4 and 5 becomes shorter, it is limited by mechanical accuracy. That is, as the distance between the surfaces is shorter, the variation in the measured value is affected by the variation in the distance between the surfaces. Therefore, the distance between the surfaces may be determined in consideration of the allowable variation and the machine accuracy.

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。   Next, the principle of the above-mentioned movement distance measurement will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 3A and 3B, when the electrode 5 on the mover 3 side moves in the x-axis direction from the maximum overlap state to the zero overlap state in a plan view with respect to the electrode 4 on the stator 2 side. The capacitance between the electrodes, and hence the amount of charge Q accumulated between the electrodes under a constant voltage, varies from the maximum value to the minimum value zero as shown in FIG. By measuring in advance such a functional relationship Q = Q (x) between the x-coordinate value representing the position of the movable element 3 relative to the stator 2 and the charge amount Q, the relative movement position of the movable element 3 can be determined. Can be sought. In the case of the relationship of Q = Q (x) shown in FIG. 4, the charge amount Q is a linear function of x, and the position of the mover 3 is uniquely determined. When the lengths of the electrodes 4 and 5 in the x-axis direction (moving direction) are the same as in the present embodiment, the distance corresponding to the electrode length is the stroke length that can determine the position of the moving element 3.

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。   Next, modified examples of the position detection electrodes 4 and 5 will be described with reference to FIGS. In this modified example, as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the electrode 5 on the moving element 3 side overlaps the electrode 4 on the stator 2 side from the state of zero overlap in plan view. When moving in the x direction to the state of zero overlap through the overlap state, the charge amount Q accumulated between the electrodes changes from zero to zero after reaching the maximum value as shown in FIG. In the case of this modification, if the lengths of the electrodes 4 and 5 in the x direction are the same as described above, a distance that is twice the electrode length is a stroke length that can determine the position of the movable element 3. However, in the case of the functional relationship of Q = Q (x) shown in FIG. 6, the charge amount Q is locally a linear function of x. Since coordinate values exist, the position of the mover 3 cannot be uniquely determined. In such a configuration of the electrodes 4 and 5 and the position measuring method, the moving element 3 is moved by grasping by which means the position of the moving element 3 is on the side of the peak value in the graph of Q = Q (x). The position of the child 3 can be determined uniquely.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment, the pair of position detection electrodes 4 and 5 can be configured to be planar and close to each other, so that the entire surface acoustic wave actuator 1 is not thinned. It can form without. In general, the propagation direction of the surface acoustic wave and the relative movement direction of the stator 2 and the mover 3 are parallel to each other, and the electrodes 4 and 5 are piezoelectric as shown in FIG. It can be provided in an empty region or a buffer region on either the left or right side of the surface acoustic wave propagation region on the substrate surface without increasing the area of the entire actuator. Further, since the electrodes 4 and 5 can be simultaneously formed by the same film forming process or etching process as the process for forming the excitation means 20 such as the interdigitated electrode on the piezoelectric substrate, the electrodes 4 and 5 can be formed with high accuracy, easy and low cost. In addition, the measurement circuit for measuring the capacitance may be separated from the surface acoustic wave actuator 1 and electrically wired to the electrode for position detection, and the installation space for the sensor when using the laser distance meter in the conventional example, An additional mechanism and adjustment at the time of installation are unnecessary, and an increase in cost due to an increase in the number of parts, an increase in material cost accompanying an increase in the size of the piezoelectric substrate material, and an increase in assembly man-hours can be suppressed.

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。   By the way, since the measurement sensitivity improves as the overlap of the electrodes 4 and 5 in plan view increases, it is desirable to increase the area of the electrodes 4 and 5. Therefore, for example, the electrodes 4 and 5 in FIG. 1 (a) have substantially the entire length of the region where the excitation means 20 is separated, and the electrode 5 on the movable element 3 side is excited when the movable element 3 is at the right end of the stroke. The comb electrode of the means 20 can be covered. This is because the length in the x-axis direction of the electrode 5 formed on the holding member 50 fixed to the moving element 3 can be set without being limited by the length of the moving element 3. In this case, care must be taken so that the electrode 5 does not receive noise from the excitation means 20.

(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。
(Second Embodiment)
The surface acoustic wave actuator according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The surface acoustic wave actuator 1 according to the present embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 described above in terms of position detection electrodes 4 and 5, and the other points are the same. In the following embodiments, only the electrodes 4 and 5 are different and will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as appropriate.

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。   As shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, the electrode 4 on the stator 2 side in the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment is on the negative side of the x-axis of the electrode 4 in the first embodiment. It is a triangular electrode in which one side is replaced with a vertex, and the electrode 5 on the movable element 3 side is the same rectangle as the electrode 5 in the first embodiment. The relative movement of the electrodes 4 and 5 is the same as that of the modification of the first embodiment shown in FIG. 5, and the distance of twice the length of the electrodes 4 and 5 in the x-axis direction is moved. The stroke length is such that the position of the child 3 can be determined. When the electrode 5 on the mover 3 side moves in the x direction from the zero overlap state to the zero overlap state in plan view from the zero overlap state with respect to the stator 2 side electrode 4, it is accumulated between the electrodes. As shown in FIG. 8, the charge amount Q varies from zero to a maximum value to zero. A curve indicating a change in the charge amount Q is a part of a parabola, and Q is a quadratic function of x. Whether or not the position of the movable element 3 can be determined uniquely is limited and unique as in the modification of the first embodiment.

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。   More generally describing the shape of the electrode 4 on the stator 2 side in this embodiment, the width of the electrode 4 in the direction orthogonal to the moving direction (x-axis direction) of the moving element 3 (hereinafter simply referred to as the width) moves. It is a shape that varies rather than constant along the direction. Further, as described above, since the stator 2 and the mover 3 move relative to each other, the width of the electrode 5 on the mover 3 side is not constant along the x-axis direction. Can do. Furthermore, the widths of both electrodes 4 and 5 can be changed along the x-axis direction. By changing the widths of the electrodes 4 and 5 in this way, the functional relationship Q = Q (x) between the x coordinate value representing the position of the movable element 3 and the charge amount Q can be set to a desired function. .

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。   FIG. 9 shows a modification of the electrodes 4 and 5. As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, each of the electrodes 4 and 5 has a triangular shape, and the width changes along the x-axis direction. Such a functional relationship Q = Q (x) in the electrodes 4 and 5 is a symmetrical parabola as shown in FIG. 9D.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment, the shape of the electrodes 4 and 5, and hence the capacitance between the electrodes and the charge amount Q are specified in a specific region of the relative movement position, that is, a specific range of the x coordinate. The position measurement sensitivity in the specific area is increased or decreased by setting the shape of the surface acoustic wave, so that the position measurement having the accuracy according to the usage and usage of the surface acoustic wave actuator 1 can be easily performed at low cost. realizable. For example, the sensitivity increases when the slope at Q = Q (x) is large. Thus, the slope of the Q (x) characteristic varies depending on the electrode shape of the position detection electrodes 4 and 5, and the resolution can be changed depending on the location.

(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。
(Third embodiment)
A surface acoustic wave actuator according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C, the surface acoustic wave actuator 1 according to the present embodiment moves in the moving direction of the electrode 5 on the mover side according to the second embodiment shown in FIG. Is different from the second embodiment in that the length is shorter than the electrode 4 on the stator side, and the other points are the same.

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。   When the electrode 5 moves in the x-axis direction with respect to the electrode 4, the capacitance between the electrodes or the accumulated charge amount Q shows x-coordinate dependency divided into three as shown in FIG. 11. The three sections include a state in which the rear edge of the electrode 5 in the x-axis direction protrudes from the rear end of the electrode 4 in a plan view, a state in which the entire length of the electrode 5 is included in the length of the electrode 4, 5 corresponds to a state in which the front edge in the x-axis direction protrudes from the front end of the electrode 4. In each section, Q = Q (x) becomes a quadratic curve, a primary curve, and a quadratic curve in order.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment, since the position detecting electrode 5 on the movable element 3 side can be made small, the electrode arrangement portion on the movable element side, that is, the holding member 50 can be formed in a small space. In addition, by using the portion where Q (x) shown in FIG. 11 is a linear function of x for the position control of the moving element 3, it is possible to realize control that is intuitively easy to understand.

(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。
(Fourth embodiment)
A surface acoustic wave actuator according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 12, the surface acoustic wave actuator 1 in the present embodiment has a triangular electrode similar to the electrodes 4 and 5 in the surface acoustic wave actuator 1 of the third embodiment described above and a rectangular shape with a short length. There are provided two pairs of electrodes 4 and 5 for detecting minute displacements and electrodes 6 and 7 for detecting large displacements. The electrode 4 for detecting minute displacement on the stator 2 side repeats the element electrode 41 having a shorter moving direction (x-axis direction) along the moving direction than the electrode 6 for detecting large displacement on the stator 2 side. It is arranged and configured. The electrodes 5 and 6 on the side of the moving element 3 are fixed to the moving element 3 and integrally move along the x-axis direction. Each pair of the electrodes 4 and 5 and the electrodes 6 and 7 is independently connected to the measurement output circuits 10 and 11 to measure capacitance and charge. The measurement results by the measurement output circuits 10 and 11 are output to the control circuit 12 that integrates these results and controls the position of the moving element 3.

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。   When the electrode 5 moves in the x-axis direction with respect to the electrode 4, the charge amount Q between the electrodes varies according to a sawtooth waveform as a curve q1 shown in FIG. The unit waveform of the sawtooth waveform corresponds to the roughly triangular waveform shown in FIG. 11 in the third embodiment described above. When the electrode 7 moves in the x-axis direction with respect to the electrode 6, the charge amount Q between the electrodes has a large roughly triangular waveform as shown by a curve q2 shown in FIG. In the case of this embodiment, the total length of the row of the plurality of element electrodes 41 and the length of the electrodes 6 are equal. Therefore, the range of the curve q1 and the range of the curve q2 on the x coordinate axis in FIG. 13 are the same. However, the total length of the row and the length of the electrode need not be limited in this way, and can be in an arbitrary relationship.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of this embodiment, an actuator is obtained by combining position measurement with low resolution by the electrodes 6 and 7 for detecting large displacement and position measurement with high resolution by the electrodes 4 and 5 for detecting minute displacements. The convenience of 1 is improved. For example, long distance movement and high position accuracy stop can be performed at higher speed.

(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。
(Fifth embodiment)
A surface acoustic wave actuator according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 14, the electrode 4 on the stator 2 side of this embodiment is configured by repeatedly arranging rectangular element electrodes 41 having a predetermined length along the x-axis direction at regular intervals. The electrode 5 is composed of one electrode having the same length as the predetermined length. This corresponds to a configuration in which the electrode 4 in the first embodiment is repeatedly arranged as the element electrode 41 at regular intervals along the x-axis direction, and the electrode 5 is left as it is. However, in the case where the entire electrode 4 composed of the row of element electrodes 41 is disposed in the separation region of the excitation means 20, the entire electrodes 4 and 5 are reduced in a certain proportion in the length direction.

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。   When the electrode 5 moves in the x-axis direction with respect to the electrode 4, the charge amount Q between the electrodes 4 and 5 varies according to a triangular waveform repetition curve as shown in FIG. When the length of the electrode 5 in the x-axis direction is equal to or shorter than the distance between the element electrodes 41, the minimum value of the charge amount Q is zero.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment, since the length of the electrode 5 can be made smaller than that of the electrode 4, the area of the moving element 3 can be made smaller than the area of the stator 2. Further, an analog signal based on the charge amount Q periodically generated according to the electrode 4 on the stator 2 side that is repeatedly arranged can be used for position control of the actuator. In this case, the position of the relative movement can be compensated by the periodic behavior on the assumption that the moving direction of the moving element 3 is known. Further, the moving direction of the moving element 3 can be grasped naturally when moving only in a certain direction during a series of operations, and can be grasped by referring to the moving limit when there is a moving limit.

(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。
(Sixth embodiment)
A surface acoustic wave actuator according to a sixth embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 16, the electrode 4 on the stator 2 side of the present embodiment is electrostatically coupled to the rectangular element electrode 41 in the fifth embodiment described above by the relative movement of the electrode 5 on the mover 3 side. The capacity changes according to a sine wave function. When the electrode 5 moves in the x-axis direction with respect to the electrode 4, the charge amount Q between the electrodes 4 and 5 varies according to a sinusoidal repeating curve as shown in FIG. When the length of the electrode 5 in the x-axis direction is equal to or shorter than the distance between the element electrodes 41, the minimum value of the charge amount Q is zero.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment, various control methods based on a sine wave signal generally used in AC electric equipment and the like can be easily incorporated in the control of the surface acoustic wave actuator 1.

(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。
(Seventh embodiment)
The surface acoustic wave actuator according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. On the stator 2 side of the present embodiment, as shown in FIG. 18A, an electrode 4 similar to the electrode 4 in the above-described fifth embodiment is provided, and in addition to the electrode 4, it is repeatedly arranged. A strip electrode 40 extending in the movement direction is provided in parallel with the element electrode 41. The electrode 5 on the movable element 3 side has the same length as the electrode 5 in the fifth embodiment, and the capacitance is connected in series across the element electrode 41 and the strip electrode 40 that are repeatedly arranged. Thus, the electrode is widened. Accordingly, the change in the position of the movable element 3 in the x-axis direction is caused by the capacitance C1 changing between the electrodes 4 and 5 and the band electrode 40 and the electrode 5 as shown in the equivalent circuit of FIG. The constant capacitance C0 is detected by a change in capacitance connected in series. Further, as shown in FIG. 19, the same configuration as that shown in FIGS. 18A and 18B can be realized by adding the strip electrode 40 in the sixth embodiment in the same manner as described above.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment, it is not necessary to connect a lead wire for extracting an electric signal to the electrode 4 on the movable element 3 side. A highly reliable actuator can be realized.

(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。
(Eighth embodiment)
A surface acoustic wave actuator according to an eighth embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, instead of the strip electrode 40 in the seventh embodiment, every other element electrode 41 is used as an electrode for capacitive coupling. Therefore, instead of the electrode 5 widened in the width direction in the seventh embodiment, the electrode 5 is extended in the length direction. That is, as shown in FIG. 20A, the stator 2 side of the position detection electrode is configured by repeatedly disposing element electrodes 41 having a predetermined length at regular intervals along the moving direction. The electrode 5 has a length that extends over two adjacent element electrodes 41 that are repeatedly arranged.

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。   Further, the change in the position of the movable element 3 in the x-axis direction is such that the capacitances C1 and C2 that increase and decrease between the two element electrodes 41 and the electrode 5 as shown in the equivalent circuit of FIG. Is detected by a change in capacitance connected in series. When the electrode 5 moves in the x-axis direction with respect to the electrode 4, the charge amount Q between the electrodes 4 and 5 is formed by connecting capacitances C1 and C2 that increase and decrease to each other in series as shown in FIG. It fluctuates according to a repetitive curve of a chevron waveform that reflects a change in capacitance.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of this embodiment, as in the seventh embodiment, it is not necessary to connect a lead wire for extracting an electric signal to the electrode 4 on the moving element 3 side. A simple and reliable actuator with no wiring defects can be realized.

(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。
(Ninth embodiment)
A surface acoustic wave actuator according to a ninth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as shown in FIG. 22, the measurement output circuit 10 in the eighth embodiment acquires an electrical signal associated with the change of the capacitance C, C = C1 + C2, and at the same time, the binary of the electrical signal strength. This is a surface acoustic wave actuator 1 having a function of outputting an activating signal. The measurement output circuit 10 includes a resistor R, a voltage source V, and a comparator CP. The resistor R is connected to one terminal a of both terminals a and b of the capacitor C and the positive electrode of the constant voltage source V, and the negative electrode of the constant voltage source V is connected to the ground terminal b. An electric signal is input from the terminal a to the positive input terminal of the comparator CP, and a threshold voltage Vref is input to the negative input terminal. When the input voltage from the terminal a is larger than the threshold voltage Vref, the binarized signal Vs is output from the output terminal of the comparator CP.

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。   The electric signal accompanying the change in the capacitance C is binarized by a threshold value TH corresponding to the threshold voltage Vref as shown in the graph of the charge amount Q in FIG. The binarized signal shown in b) is output.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of the present embodiment, digital control using a binarized signal can be performed. For example, the relative movement position can be measured by counting the number of pulses accompanying the periodic change of the capacitance C and the charge amount Q, and can be easily controlled even by a CPU having a small processing capability. In addition, the influence of noise can be reduced by digital control.

(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。
(Tenth embodiment)
The surface acoustic wave actuator according to the tenth embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment corresponds to an arrangement including two pairs of electrode positions for detecting the moving position in the eighth embodiment. In this case, as shown in FIG. 24, the length of the element electrode 41 and the electrode 5 in one pair of electrodes 4 and 5, the repetition interval of the element electrode 41, and the element electrode 61 in the other pair of electrodes 6 and 7 are used. The length of the electrode 7 and the repetition interval of the element electrode 61 are different from each other between the pairs. The electrodes 5 and 7 move together with the moving element 3.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of this embodiment, by comparing the position detection signals from the two pairs of position detection electrodes 4 and 5 and the electrodes 6 and 7, the moving direction of the relative movement can be determined. The moving position can be uniquely determined. That is, as shown in FIG. 25, the x coordinate value indicating the same Q (x) value on both sides of the peak value in each waveform indicated by the curve q1 can be identified by Q (x) in the curve q2. Therefore, by setting the repeated arrangement of the element electrodes 41 and 61 so that the peaks of the curves q1 and q2 do not overlap with the same x coordinate value, the x coordinate value of the movable element 3 can be uniquely determined over a wide range.

(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。
(Eleventh embodiment)
The surface acoustic wave actuator according to the eleventh embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment corresponds to the two pairs of electrode positions for detecting the moving position in the fifth embodiment (FIG. 14) and the seventh embodiment (FIG. 19), and the arrangement phase of the repeated electrodes of both pairs. Are different from each other. That is, according to the configuration based on FIG. 14 of the fifth embodiment, as shown in FIG. 26, the pair of electrodes 4 and 5 and the pair of electrodes 6 and 7 have the same shape in the length direction and the repeated structure. These electrode pairs are arranged, for example, by shifting the electrode arrangement phase by a quarter. The width of each electrode of the electrodes 4 and 5 and the width of each electrode of the electrodes 6 and 7 may be the same or different as in this example. Measurement output circuits 10 and 11 are individually connected to each electrode pair to measure capacitance and charge. The measurement results by the measurement output circuits 10 and 11 are output to the control circuit 12 that integrates these results and controls the position of the moving element 3.

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。   When the electrodes 5 and 7 move in the x-axis direction with respect to the electrodes 4 and 6, respectively, the charge amount Q in each electrode pair is out of phase with each other as shown by the curves q1 and q2 having a periodic triangular waveform shown in FIG. It will be in a shifted state. The electrodes 5 and 7 move together with the moving element 3.

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。   Further, according to the configuration based on FIG. 19 of the seventh embodiment, as shown in FIG. 28A, a pair of electrodes 4 and 5 having the strip electrode 40 and a pair of electrodes 6 and 7 having the strip electrode 60 are formed. Are electrode pairs having the same shape in the length direction and a repetitive structure, and these electrode pairs are arranged, for example, by shifting the electrode arrangement phase by a quarter (interval δ in the figure). Measurement output circuits 10 and 11 are individually connected to each electrode pair to measure capacitance and charge. The measurement results by the measurement output circuits 10 and 11 are output to the control circuit 12 that integrates these results and controls the position of the moving element 3. An equivalent circuit of these electrode pairs and the measurement circuit has a configuration shown in FIG.

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。   When the electrodes 5 and 7 move in the x-axis direction with respect to the electrodes 4 and 6, the charge amount Q in each electrode pair is out of phase with each other as shown by the curves q1 and q2 having a sine waveform shown in FIG. It becomes a state. The electrodes 5 and 7 move together with the moving element 3.

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。   According to the surface acoustic wave actuator 1 of this embodiment, the moving direction of the relative movement can be determined by comparing the phases of the position detection signals from the two pairs of position detection electrodes. Coordinate value) can be uniquely determined. 30A shows a configuration in which the strip electrodes 40 and 60 in FIG. 28A are shared, and FIG. 30B shows an equivalent circuit thereof.

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。   The present invention is not limited to the configurations shown in the above embodiments, and various modifications can be made. For example, the configurations of the above-described embodiments can be combined with each other. Moreover, the excitation means 20 can also be only one of the forward movements.

(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。(A) is a top view of the surface acoustic wave actuator which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (b) is the sectional view on the AA line of (a). 同上弾性表面波アクチュエータの斜視図。The perspective view of a surface acoustic wave actuator same as the above. (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。(A) (b) is a perspective view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of a surface acoustic wave actuator same as the above. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. (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。(A) (b) (c) is a perspective view which shows the modification of the position detection electrode of a surface acoustic wave actuator same as the above, and the position measurement principle. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. (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。(A) (b) (c) is a perspective view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 2nd Embodiment. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. (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。(A) (b) (c) is a plan view showing a modification of the position detection electrode and the position measurement principle of the position detection electrode, (d) is a graph showing the charge change with respect to the position change of the position detection electrode. . (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。(A) (b) (c) is a perspective view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 3rd Embodiment. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. 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。The top view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 4th Embodiment. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. 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。The top view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 5th Embodiment. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. 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。The top view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 6th Embodiment. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. (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。(A) is a top view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 7th Embodiment, (b) is an equivalent circuit schematic of the position measurement circuit of (a). 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。The top view which shows the other structural example and position measurement principle of the position detection electrode same as the above. (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。(A) is a top view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 8th Embodiment, (b) is an equivalent circuit schematic of the position measurement circuit of (a). 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. 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。The circuit diagram of the measurement output circuit connected to the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concerns on 9th Embodiment. (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。(A) is a graph which shows the charge change with respect to the position change of a position detection electrode same as the above, (b) is a graph which shows the position change of the binarization signal obtained by processing the charge change of (a). 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。The top view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 10th Embodiment. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. 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。The top view which shows the structure and position measurement principle of the position detection electrode of the surface acoustic wave actuator which concern on 11th Embodiment. 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. (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。(A) is a top view which shows the modification and position measurement principle of the position detection electrode of a surface acoustic wave actuator same as the above, (b) is an equivalent circuit diagram of the position measurement circuit of (a). 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。The graph which shows the electric charge change with respect to the position change of the electrode for position detection same as the above. (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。(A) is a top view which shows the modification of the electrode for position detection of Fig.29 (a), (b) is an equivalent circuit schematic of the position measurement circuit of (a).

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface acoustic wave actuator 2 Stator 3 Mover 4, 41, 6, 61 Electrode for position detection (stator side)
5,7 Position detection electrode (moving element side)
10, 11 Measurement output circuit 20 Excitation means 40, 60 Strip electrode

Claims (11)

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。
Elasticity comprising: a stator composed of a piezoelectric substrate having excitation means for exciting a surface acoustic wave; and a movable element driven by the surface acoustic wave excited by the excitation means and moved relative to the piezoelectric substrate. In surface wave actuators,
A surface acoustic wave characterized in that a pair of position detection electrodes for detecting a change in position caused by relative movement of the stator and the mover by a change in capacitance is provided on the stator and the mover. Actuator.
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。   2. The surface acoustic wave actuator according to claim 1, wherein a width of the stator-side electrode in a direction perpendicular to the moving direction changes along the moving direction. 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。   The surface acoustic wave actuator according to claim 2, wherein a length of the moving side electrode in the moving direction is shorter than that of the stator side. 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。   The electrodes include two pairs for detecting large displacement and detecting small displacement, and the stator side of the electrode pair for detecting small displacement is longer in the moving direction than the stator side of the electrode pair for detecting large displacement. 4. The surface acoustic wave actuator according to claim 1, wherein electrodes having short lengths are repeatedly arranged along the moving direction. 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。   The stator-side electrode is formed by repeatedly arranging electrodes having a predetermined length along the moving direction at regular intervals, and the electrode on the stator side is formed by one electrode having the same length as the predetermined length. The surface acoustic wave actuator according to claim 1. 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。
Further provided on the stator side with a strip-like electrode extending in the moving direction in parallel with the repeatedly arranged electrodes,
The electrode on the moving element side is connected in series with capacitance across the electrode repeatedly disposed and the strip electrode,
6. The surface acoustic wave actuator according to claim 5, wherein the change in position is detected by a change in the capacitance connected in series.
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。   7. The electrode according to claim 5, wherein the electrode arranged repeatedly has a shape in which an electrostatic capacitance changes according to a sine wave function as a result of relative movement of the electrode on the movable element side. Surface acoustic wave actuator. 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。
The stator side of the electrode for position detection is configured by repeatedly arranging electrodes of a predetermined length along the movement direction at a constant interval, and the electrode on the mover side is formed by two adjacent electrodes arranged repeatedly. It is said to be the length to straddle,
2. The elastic surface according to claim 1, wherein the change in position is detected by a change in capacitance connected in series formed by an electrode on the movable element side and two electrodes straddling the electrode. Wave actuator.
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。   9. The measurement output circuit according to claim 5, further comprising a measurement output circuit that acquires an electric signal associated with the change in the capacitance and outputs a binarized signal of the electric signal intensity. The surface acoustic wave actuator described. 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。   The two pairs of position detection electrodes are provided, and a predetermined length and a repetition interval of the one pair of electrodes are made different from a predetermined length and a repetition interval of the other pair of electrodes. Item 10. The surface acoustic wave actuator according to any one of Items 9 to 9. 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。   10. The surface acoustic wave actuator according to claim 5, wherein two pairs of the position detection electrodes are provided, and the arrangement phases of the pairs of repeated electrodes are made different from each other. 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013123292A (en) * 2011-12-09 2013-06-20 Dainippon Printing Co Ltd Electrostatic actuator, method for controlling electrostatic actuator, and stator

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