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弾性表面波アクチュエータ、移動子、及びステータ コモンズ

国内特許コード P07A012505
整理番号 ID5140
掲載日 2007年12月28日
出願番号 特願2006-053937
公開番号 特開2007-236094
登録番号 特許第4923241号
出願日 平成18年2月28日(2006.2.28)
公開日 平成19年9月13日(2007.9.13)
登録日 平成24年2月17日(2012.2.17)
発明者
  • 高崎 正也
  • 大竹 尚登
  • 青木 佑一
  • 小谷 浩之
出願人
  • 国立大学法人埼玉大学
発明の名称 弾性表面波アクチュエータ、移動子、及びステータ コモンズ
発明の概要 【課題】 移動子とステータ間の摩擦係数が確保でき,長寿命で信頼性の高い弾性表面波アクチュエータ、この弾性表面波アクチュエータに用いる移動子、及びこの弾性表面波アクチュエータに用いるステータを提供する。
【解決手段】 レイリー波を伝搬しているステータ11の表面から運動エネルギを得て、レイリー波の伝搬方向と逆方向に、ステータ11に対し相対的に移動する移動子(スライダ)12であって、この移動子12が、移動子基板122と、この移動子基板122よりもヤング率の大きな材料からなる複数の移動子セグメント123の配列からなり、この複数の移動子セグメント123のそれぞれの上面が振動子に接する移動子セグメントアレイとを備える。
【選択図】 図3
従来技術、競合技術の概要


近年,半導体製造技術や産業用ロボットなどの発展に伴い,高性能・高機能なアクチュエータの開発が求められている.超音波モータは取り出せる推力が大きい,保持力・保持トルクが大きい,磁場を発生しないなどの特長を有しており,産業への応用が期待されている.弾性表面波モータはこの超音波モータの一種であり,超音波振動のひとつである弾性表面波(SAW)を利用したアクチュエータである。



このような、物体を直接駆動するアクチュエータとしての弾性表面波モータは、カメラの自動焦点レンズ駆動用モータ、ブラインドやカーテンの駆動等への応用等が期待され、特に、高速、高推力、高速応答な小型アクチュエータととして期待されている。



具体的には、弾性表面波モータのステータ圧電膜に進行波を励振して、ステータ圧電膜上のスライダを移動子として用いるモータが提案されている(特許文献1参照。)。弾性表面波モータでは,ステータ圧電膜の振動を摩擦力を介して推力として取り出す。ステータ圧電膜と移動子とが互いに対向する摩擦駆動面では,摩擦力を確保するために接触圧力が高くなるような工夫が必要である。



摩擦駆動面となる接触面では、互いの凹凸の影響を排除しつつ安定な接触を実現する方法として「シリコンスライダ」が提案されている(特許文献1参照。)。シリコンスライダでは、反応性イオンエッチング(RIE)で、シリコンウエハ表面に直径10μm程度、高さ1μm程度の円柱形状(円板形状)の突起を、シリコンスライダの下面の全面に多数マトリクス状に分布形成している。ステータ圧電膜に接する、島状に2次元配置された複数の円柱の端面(上面)が弾性変形し、摩擦駆動面における面接触を実現している。シリコンスライダの下面の全面に、円柱形状の突起を多数配置することにより、全体として接触面積を確保している。
【特許文献1】
特開平9-233865号公報
【非特許文献1】
刑部尚樹(N.Osakabe)他3名、「シリコンスライダを用いた弾性表面波モータ(Surface acoustic wave linear motor using silicon slider)」、 1998年1月、微少電気機械システムのIEEE国際ワークショップ(IEEE International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems), 予稿集(Proceedings), p.390-395

産業上の利用分野


本発明は、弾性表面波モータ等の弾性表面波アクチュエータ、この弾性表面波アクチュエータに用いる移動子、及びこの弾性表面波アクチュエータに用いるステータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ステータの表面からレイリー波の運動エネルギを得て、前記レイリー波の伝搬方向と逆方向に、前記ステータに対し相対的に移動する移動子であって、該移動子が
移動子基板と、
該移動子基板よりもヤング率の大きな材料からなる複数の移動子セグメントの配列からなり、該複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が前記ステータに接する移動子セグメントアレイ
とを備え、前記複数の移動子セグメントのそれぞれの大きさを特徴づける、前記移動子セグメントの一辺の長さ、対角線の長さ、又は直径のいずれかが、前記レイリー波の波長の1/40~1/80であることを特徴とする移動子。

【請求項2】
ステータと、該ステータの表面からレイリー波の運動エネルギを得て、前記レイリー波の伝搬方向と逆方向に、前記ステータに対し相対的に移動する移動子と、該移動子を前記ステータに加圧しながら保持するスライダ加圧板とを備える弾性表面波アクチュエータに用いられる前記移動子であって、前記移動子が
移動子基板と、
前記移動子基板の前記ステータ側の面に設けられ、前記移動子基板よりもヤング率の大きな材料からなる複数の移動子セグメントの配列からなり、該複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が前記ステータに接する移動子セグメントアレイと、
半球からなり、該半球の赤道面を前記移動子基板の前記ステータ側の面に対向する側の面に接続したフリーホイール・ヘッド
とを備え、前記フリーホイール・ヘッドが前記スライダ加圧板に対し、摺動しながら、自在に回転することを特徴とする移動子。

【請求項3】
前記複数の移動子セグメントのそれぞれが耐摩耗性材料を用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の移動子。

【請求項4】
前記耐摩耗性材料が、ダイヤモンド状炭素膜であることを特徴とする請求項に記載の移動子。

【請求項5】
前記複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が曲面であることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の移動子。

【請求項6】
前記複数の移動子セグメントのそれぞれの上面の端部が丸くなっていることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の移動子。

【請求項7】
レイリー波を表面に伝搬させ、該レイリー波の運動エネルギにより、該レイリー波の伝搬方向と逆方向に、移動子を相対的に移動させるステータであって、該ステータが
ステータ圧電膜と、
該ステータ圧電膜よりもヤング率の大きな材料からなる複数のステータセグメントの配列からなり、該複数のステータセグメントのそれぞれの上面が前記移動子に接するステータセグメントアレイ
とを備え、前記複数のステータセグメントのそれぞれの大きさを特徴づける、前記ステータセグメントの一辺の長さ、対角線の長さ、又は直径のいずれかが、前記レイリー波の波長の1/40~1/80であることを特徴とするステータ。

【請求項8】
前記複数のステータセグメントのそれぞれが耐摩耗性材料を用いることを特徴とする請求項に記載のステータ。

【請求項9】
前記耐摩耗性材料が、ダイヤモンド状炭素膜であることを特徴とする請求項8に記載のステータ。

【請求項10】
前記複数のステータセグメントのそれぞれの上面が曲面であることを特徴とする請求項7~9のいずれか1項に記載のステータ。

【請求項11】
前記複数のステータセグメントのそれぞれの上面の端部が丸くなっていることを特徴とする請求項7~10のいずれか1項に記載のステータ。

【請求項12】
レイリー波を表面に伝搬させるステータと、該ステータの表面から前記レイリー波の運動エネルギを得て、前記レイリー波の伝搬方向と逆方向に、前記ステータに対し相対的に移動する移動子とを備える弾性表面波アクチュエータであって、前記移動子が
移動子基板と、
該移動子基板よりもヤング率の大きな材料からなる複数の移動子セグメントの配列からなり、該複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が前記ステータに接する移動子セグメントアレイ
とを備え、前記複数の移動子セグメントのそれぞれの大きさを特徴づける、前記移動子セグメントの一辺の長さ、対角線の長さ、又は直径のいずれかが、前記レイリー波の波長の1/40~1/80であることを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。

【請求項13】
レイリー波を表面に伝搬させるステータと、該ステータの表面から前記レイリー波の運動エネルギを得て、前記レイリー波の伝搬方向と逆方向に、前記ステータに対し相対的に移動する移動子と、該移動子を前記ステータに加圧しながら保持するスライダ加圧板とを備える弾性表面波アクチュエータであって、前記移動子が
移動子基板と、
前記移動子基板の前記ステータ側の面に設けられ、前記移動子基板よりもヤング率の大きな材料からなる複数の移動子セグメントの配列からなり、該複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が前記ステータに接する移動子セグメントアレイと、
半球からなり、該半球の赤道面を前記移動子基板の前記ステータ側の面に対向する側の面に接続したフリーホイール・ヘッド
とを備え、前記フリーホイール・ヘッドが前記スライダ加圧板に対し、摺動しながら、自在に回転することを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。

【請求項14】
レイリー波を表面に伝搬させるステータと、該ステータの表面から前記レイリー波の運動エネルギを得て、前記レイリー波の伝搬方向と逆方向に、前記ステータに対し相対的に移動する移動子とを備える弾性表面波アクチュエータであって、前記ステータが
ステータ圧電膜と、
該ステータ圧電膜よりもヤング率の大きな材料からなる複数のステータセグメントの配列からなり、該複数のステータセグメントのそれぞれの上面が前記移動子に接するステータセグメントアレイ
とを備え、前記複数のステータセグメントのそれぞれの大きさを特徴づける、前記ステータセグメントの一辺の長さ、対角線の長さ、又は直径のいずれかが、前記レイリー波の波長の1/40~1/80であることを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。

【請求項15】
レイリー波を表面に伝搬させるステータと、該ステータの表面から前記レイリー波の運動エネルギを得て、前記レイリー波の伝搬方向と逆方向に、前記ステータに対し相対的に移動する移動子とを備える弾性表面波アクチュエータであって、
前記移動子が、移動子基板と、該移動子基板よりもヤング率の大きな材料からなる複数の移動子セグメントの配列からなり、該複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が前記ステータに接する移動子セグメントアレイとを備え、
前記ステータが、ステータ圧電膜と、該ステータ圧電膜よりもヤング率の大きな材料からなる複数のステータセグメントの配列からなり、該複数のステータセグメントのそれぞれの上面が前記移動子に接するステータセグメントアレイとを備え、前記複数の移動子セグメントのそれぞれの大きさを特徴づける、前記移動子セグメントの一辺の長さ、対角線の長さ、又は直径のいずれかが、前記レイリー波の波長の1/40~1/80であることを特徴とする弾性表面波アクチュエータ。

【請求項16】
前記複数の移動子セグメントのそれぞれが耐摩耗性材料を用いることを特徴とする請求項12,13、15のいずれか1項に記載の弾性表面波アクチュエータ。

【請求項17】
前記複数の移動子セグメントのそれぞれの上面が曲面であることを特徴とする請求項12,13、15、16のいずれか1項に記載の弾性表面波アクチュエータ。

【請求項18】
前記複数の移動子セグメントのそれぞれの上面の端部が丸くなっていることを特徴とする請求項12,13、15~17のいずれか1項に記載の弾性表面波アクチュエータ。

【請求項19】
前記複数のステータセグメントのそれぞれが耐摩耗性材料を用いることを特徴とする請求項14又は15に記載の弾性表面波アクチュエータ。

【請求項20】
前記移動子の少なくとも一部の部材をディスポーサブルとすることを特徴とする請求項19に記載の弾性表面波アクチュエータ。

【請求項21】
前記複数のステータセグメントのそれぞれの上面が曲面であることを特徴とする請求項14,15,19,20のいずれか1項に記載の弾性表面波アクチュエータ。

【請求項22】
前記複数のステータセグメントのそれぞれの上面の端部が丸くなっていることを特徴とする請求項14,15,19~21のいずれか1項に記載の弾性表面波アクチュエータ。

【請求項23】
前記耐摩耗性材料が、ダイヤモンド状炭素膜であることを特徴とする請求項13~22のいずれか1項に記載の弾性表面波アクチュエータ。
国際特許分類(IPC)
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