[发明专利]声表面波马达

说明书

技术领域

本发明涉及一种声表面波(surface acoustic wave)马达，更具体地，涉及一种能量恢复型声表面波马达。

背景技术

在现有技术中，公知的是超声波马达可用作制动器。其中一种超声波马达是使用声表面波(SAW)的马达，即声表面波马达。例如，所述声表面波是基于在弹性体的表面中产生的椭圆运动并在弹性体的表面上传播的振荡波(Rayleigh波)。马达的驱动力是基于该椭圆运动所输出的摩擦力。预期将声表面波马达用作具有高速、高响应和高推力的优良可操作特性的小尺寸马达。例如，作为声表面波马达的特性可实现1m/sec的运行速度。此外，已经证实，声表面波马达可产生出等于或大于其自身重力的推力。

例如，声表面波马达包括：声表面波基底，用作定子；叉指电极(IDT：叉指换能器)，用于在其表面产生声表面波；滑动器，位于声表面波基底上，用于运动；压力施加装置，用于以预定压力使得滑动器与声表面波基底接触，以获得摩擦力(参照例如日本特开专利公布Hei 09-233865)。

此外，对于公知的能量恢复型声表面波马达，为了在声表面波马达中产生声表面波，使用在声表面波基底的一端配置的叉指电极来提供能量，同时在另一端恢复未用于驱动的声表面波能量，以进行再利用(参照例如日本特开专利公布Hei 11-146665)。

参照图25A和图25B，描述传统的能量恢复型声表面波马达。这种声表面波马达是线性马达，其包括：声表面波基底2，用作定子；和滑动器3，在表面S上被驱动，用于线性运动。在声表面波基底2的表面S上配置有能量补充叉指电极4(包括叉指电极4a和4b)和一对叉指电极5，其中所述一对叉指电极5彼此相距一定距离并将叉指电极4夹在它们之间。

声表面波基底2由具有大约1mm厚度的压电材料形成。通过将薄膜导体图案化为彼此啮合的梳齿状来形成叉指电极4和5。叉指电极5恢复声表面波的能量，并同时提供能量以产生声表面波。滑动器3位于在叉指电极4和叉指电极5之间配置的移动部21中。通过从压力施加装置30施加压力N将滑动器3按压在表面S上。

在上述状态下，当从外部电源V1(其具有v1＝v0·cosωt)向叉指电极4b以及从外部电源V2(其具有v2＝v0·sinωt)向叉指电极4a施加预定频率ω的高频(MHz范围)电压时，叉指电极4a和4b将电能转换为波的机械能，从而生成图中向表面S右侧行进的声表面波W。应注意的是，在表面S上基于声表面波W的椭圆运动的点的运动方向与声表面波W的行进方向相反。由向右行进的声表面波W的椭圆运动产生的摩擦力作用于滑动器3，从而以与声表面波W的行进方向相反的方向(图中向左)驱动滑动器3。声表面波W传向滑动器的右边，同时损失能量以驱动滑动器3，并变为继续向右行进的声表面波w。

右侧的叉指电极5接收来自声表面波w的机械能，并将其转换为电能，即执行所谓的机械能向电能转换。作为电能恢复的能量被发送至通过布线7电连接的左侧的叉指电极5。左侧的叉指电极5执行电能机械转换，将电能转换为机械能，以向表面S提供能量，从而有助于声表面波W的生成。这种声表面波马达使用一对叉指电极5来使得能量循环(恢复和提供能量)，并使用叉指电极4来补偿能量消耗，从而使在这种情况下运行所使用的能量小于不使用叉指电极5时的情况。

然而，在上述图25A和图25B以及日本特开专利公布Hei 11-146665中公开的能量恢复型声表面波马达存在以下问题。将参照图26和图27A至图30B来描述。图26示出滑动器3的与表面S接触的部分的放大图，在该图中放大示出在表面S上生成的声表面波W、w1和w2的振幅。在滑动器3的与声表面波基底2的表面S接触的部分中，生成发生相位改变的声表面波w2，即从原始声表面波W改变相位差ΔX。

因此，已经经过滑动器3的声表面波w包含：具有相位改变的声表面波w2和与声表面波W同相的声表面波w1。为此，到达右侧叉指电极5的声表面波w沿着与其行进方向垂直的宽度方向发生相位改变，从而当叉指电极5将机械能转换为电能时，这些波彼此部分地消除，所以产生能量损失。在表面S上以声表面波w1和声表面波w2的混合状态生成声表面波w的原因是滑动器的宽度f小于由图25A中所示的叉指电极4和5形成的声表面波的宽度g。