JP2000004591A - 振動波アクチュエ―タを駆動源とする装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】温度等の環境変化で振動波アクチュエータの共
振周波数が変化しても安定動作が得られる振動波アクチ
ュエータを駆動源とする装置を提供する。 【解決手段】周波信号を印加することで駆動力を発生す
る振動波アクチュエータを駆動源として移動体を駆動す
る振動波アクチュエータの駆動源を有し、前記移動体の
駆動により行われる所定の動作を行う前に前記移動体を
駆動することで行われるイニシャル動作を行う振動波ア
クチュエータを駆動源とする装置において、前記イニシ
ャル動作中における周波信号の周波数に対する駆動特性
を検知する検知手段と、該検知された駆動特性に基づき
前記所定動作を行う際の周波信号の制御を行う制御手段
（step１〜１０）を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動波（超音波）ア
クチュエータを動力源として用いる装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動波（超音波）アクチュエータ
を動力源として使用する装置として、図２に示される構
成の装置が知られている。

【０００３】図２において、５，８は振動波（超音波）
アクチュエータであり、該振動波（超音波）アクチュエ
ータ５は図３に示されるように、一対の直線部と円弧部
とを有し、歯型状の弾性体１２と該弾性体１２に固着さ
れた圧電素子１３とから構成されている。圧電素子１３
に位相の異なる複数の交流電圧を印加することにより弾
性体１２の表面に進行性振動を生じさせ、該弾性体１２
の表面に接触させたスライダー１によって印字ヘッド４
を含むキャリッジ１９を移動させるようになっている。
７はリニアガイドであり、キャリッジ１９を案内してい
る。

【０００４】１１は印字される紙であり、振動波（超音
波）アクチュエータ５と同じ振動波（超音波）アクチュ
エータ８によって移送される。実際には図４のように一
対の振動波（超音波）アクチュエータ８及び８´により
紙１１を適当な力で上下から押圧挟持している。

【０００５】図４において振動波（超音波）アクチュエ
ータ８及び８´のそれぞれの弾性体の表面に発生する進
行波は波の凸部同士が重なり、かつ、紙１１に対して同
方向に進行する様に制御されている。この時、該アクチ
ュエータの弾性体の表面のある質点に着目すると８ａお
よび８´ａのような楕円運動をしている。この楕円運動
により紙１１は進行波の進む方向とは逆向きに移送され
ることになる。

【０００６】３は支持板であり、紙送りに用いられる２
個の振動波（超音波）アクチュエータ８及び８´のうち
上側のアクチュエータ８を支持している。９はロータリ
ーエンコーダで、紙の上に圧接されているローラ９ａに
連結されて回転し、紙の移動量を検出している。１０は
紙ガイドであり、これを基準にして紙を押しつけながら
搬送することにより紙の斜行を防いでいる。

【０００７】６はキャリッジ用のリニアエンコーダであ
り、光学的にキャリッジの移動量及び位置を検出し、印
字ヘッドからのインクの吐出のタイミングを決定してい
る。２はホームポジションセンサであり、印字ヘッドの
ホームポジションからの絶対位置を決定するために用い
ており、通常は電源投入時にキャリッジをホームポジシ
ョンセンサの位置に移動させ、その位置でリニアエンコ
ーダのカウント値をクリアし、その後の位置はリニアエ
ンコーダ６の検出値に基づいて相対的に管理している。

【０００８】図５に振動波（超音波）アクチュエータの
制御回路を示す。

【０００９】同図において、１４は直流電圧の大小に応
じた周波数のパルスを発生させる発振器、１６は発振器
１４の出力をクロックとし、そのクロックに応じて出力
φ₁〜φ₄ のいずれかを順次オン状態にするリングカウ
ンタ、１７ａ〜１７ｄはリングカウンタ１６の出力に応
じてオン・オフ動作をするスイッチングトランジスタ、
１８ａ及び１８ｂはスイッチングトランジスタのオン・
オフにより２次側に昇圧された交流波を発生させるセン
タータップ式トランスである。

【００１０】トランジスタ１７ａと１７ｂ、１７ｃと１
７ｄの出力の位相が１８０°ずれており、１７ａと１７
ｃ、１７ｂと１７ｄは位相が９０°ずれているのでトラ
ンス１８ａと１８ｂの２次側からは９０°位相のずれた
交流波が出力される。

【００１１】なお、この構成からも分かるように、トラ
ンスの２次側の出力は、発振器１４の周波数の１／４と
なる。５，８，８´は振動波（超音波）アクチュエータ
であり、適当に昇圧された９０°位相のずれた２相の電
圧を印加することにより駆動される。

【００１２】図５には振動波（超音波）アクチュエータ
が１つしか描かれていないが、図２に示す実際のプリン
タではキャリッジ駆動用と紙送り用とに合計３個存在す
る。３個のアクチュエータは同図のような回路を３つ使
用するか上記回路の出力をスイッチ等で切り換える等し
て制御される。

【００１３】２０はエンコーダであり、図２に示したリ
ニアエンコーダ６およびロータリーエンコーダ９に相当
する。このエンコーダ２０の出力により速度が一定にな
るようにコントローラ１５において発振器１４に対する
周波数の指令値を制御している。

【００１４】図６はキャリッジ駆動用の振動波（超音
波）アクチュエータ５に印加する駆動電圧の周波数に対
するキャリッジの移動速度の関係を示したものである。

【００１５】図６において、ｆ_r は振動波（超音波）ア
クチュエータの共振周波数であり、この時のキャリッジ
の移動速度が最大となる。図を見て分かる通り、駆動周
波数が４６ｋＨｚから低くなるにつれ、キャリッジの速
度は徐々に増加し、ｆ_r を越えると急激に低下する。す
なわち周波数の大小関係とキャリッジの速度の大小関係
がｆ_r を境に逆の関係になっているので周波数により速
度をなめらかに制御する場合には常にｆ_r よりも高い周
波数で制御する必要がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成を有する
従来の装置には次のような問題点があった。

【００１７】図６に示すような特性は、共振周波数が常
に一定でないので温度等の環境変化により横軸方向にシ
フトしてしまい、同じ周波数で駆動しても、速度が常に
同じにならず、時には共振周波数よりも低い周波数にな
ってしまう可能性がある。

【００１８】上記のような現象が生じた時にも装置の動
作を常に安定させる為には、駆動時の環境における駆動
周波数に対する速度の特性を事前に把握する必要がある
が、特性を把握する動作を装置の実際の動作とは別に行
わせると時間的なロスとなったり、装置としての動作が
不自然になったりする可能性がある。また、特性を把握
する為に別の回路を設けると回路にかかるコストが高く
なってしまう。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前述の問題を解決するた
めに、本発明の第１の構成は、周波信号を印加すること
で駆動力を発生する振動波アクチュエータを駆動源とし
て移動体を駆動する振動波アクチュエータの駆動源を有
し、前記移動体の駆動により行われる所定の動作を行う
前に前記移動体を駆動することで行われるイニシャル動
作を行う振動波アクチュエータを駆動源とする装置にお
いて、前記イニシャル動作中における周波信号の周波数
に対する駆動特性を検知する検知手段と、該検知された
駆動特性に基づき前記所定動作を行う際の周波信号の制
御を行う制御手段を設けたことを特徴とする。

【００２０】前述の問題を解決するために、本発明の第
２の構成は、周波信号を印加することで駆動力を発生す
る振動波アクチュエータを駆動源として移動体を駆動す
る振動波アクチュエータの駆動源を有し、前記移動体の
駆動により行われる所定の動作を行う前に前記移動体を
駆動することで行われる準備動作を行う振動波アクチュ
エータを駆動源とする装置において、前記準備動作中に
おける周波信号の周波数に対する駆動特性を検知する検
知手段と、前記所定の動作を行う際に駆動状態を検知し
ながら周波信号の周波数を調定すると共に、再度の準備
動作を行うに際して前記検知された駆動特性に基づいた
周波数の周波信号で、振動波アクチュエータを駆動する
制御手段を設けたことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に図１乃至図８を参照しつつ
本発明をプリンタ装置に適用した実施の形態について説
明する。なお、本実施の形態によるプリンタ装置の表面
的な構成は従来装置と同じであるので説明を省略し、以
下には本実施の形態のプリンタ装置における振動波（超
音波）アクチュエータ制御手段の機能及び制御動作につ
いて説明する。

【００２２】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態のプリンタ装置に装備された振動波（超音
波）アクチュエータの制御手段（図５に示した制御装置
と表面的には同じであるがコントローラ１５が本実施の
形態では異っている）の中のコントローラ（図５に示し
たコントローラ１５に該当するもの）の機能と動作とを
示したフローチャートである。

【００２３】以下には図１を参照しつつ、本実施の形態
のプリンタ装置の機能について説明する。

【００２４】まず、図１のstep１において、キャリッジ
用振動波（超音波）アクチュエータ５に印加する周波数
を図６に示すｆ_h に設定する。ここで、ｆ_h はプリンタ
を使用する環境下において、いかなる環境の変化に対し
ても、駆動に使用する振動モードではこれ以上の周波数
ではキャリッジが駆動しない事を満足する周波数のう
ち、なるべく共振周波数に近い値を選択する。

【００２５】step２では現在の周波数におけるキャリッ
ジ１９の速度を検出し、その値が所望の値になっている
かどうかを調べ、所望の値よりも小さい場合にはstep３
に進み、周波数をある値減じ、再びstep２に進む。キャ
リッジの速度検出値が所望の値よりも大きくなったらst
ep４に進む。なお、ここで所望の速度とは実際に印字動
作を行う際のキャリッジの目標駆動速度である。

【００２６】step４では動いているキャリッジ１９がホ
ームポジションに到達しているかどうかを調べている。
キャリッジ１９がホームポジションに到達するまではst
ep４をくり返し、到達したらstep５に進んで、現在の周
波数を記憶し、キャリッジを停止させる。以上のstep１
〜step５の動作は見かけ上はキャリッジがホームポジシ
ョンへ移動する動作のみであり、ｆ_h の値とstep３で下
げる周波数の量を適切に決めることにより、step１〜５
の時間的なロスもほとんどなくすことができる。ただ
し、この場合step２〜３の間にキャリッジがホームポジ
ションを通り過ぎてしまわないように、駆動前のキャリ
ッジの位置をホームポジションからある程度離しておく
必要がある。

【００２７】step６では紙送り用のアクチュエータ８及
び８´をある周波数で駆動する。ここである周波数と
は、図示はしてないがキャリッジの場合のｆ_h （図６）
に相当するような、いかなる環境下においても、これ以
上の周波数では速度がゼロになるような周波数のうち、
なるべく共振周波数に近い周波数である。

【００２８】step７では現在の周波数における紙の搬送
速度と所望の速度の大小を調べ、紙の搬送速度が所望の
速度よりも遅い場合にはstep８に進み、周波数をある量
下げて再びstep７に進む。ここで所望の速度とは、紙の
印字動作時の目標速度である。

【００２９】step７で紙の搬送速度が所望の速度よりも
大きくなったらstep８に進み、紙の現在の位置が印字開
始位置に到達しているかどうか調べる。紙の位置が印字
開始位置に到達するまでstep９を繰り返し、到達したら
step１０へ進む。

【００３０】step１０では周波数を記憶した後に、紙送
り用のアクチュエータ８及び８´の駆動を停止する。そ
して、step１１に進み印字動作を行なう。印字動作の際
はstep５，１０で記憶した周波数でアクチュエータ５を
起動する。

【００３１】上記step６〜１０は見かけ上、紙が印字開
始位置まで移動する動作のみであり、step６で設定する
周波数の値とstep８で、変化させる周波数の量を適切に
することにより、時間的なロスも少なくなる。

【００３２】以上、図１に示したキャリッジ用アクチュ
エータ５と紙送り用アクチュエータ８及び８´の特性検
出動作は、見かけ上、キャリッジがホームポジションに
移動する動作と、紙が印字開始位置に移動する動作に他
ならなく、プリンタとして通常行なっているイニシャル
動作である。

【００３３】（第２の実施の形態）次に、図７及び図８
を参照して本発明の第２の実施の形態のプリンタ装置に
設けられた振動波（超音波）アクチュエータ制御手段の
機能について説明する。

【００３４】本実施の形態では図のようにキャリッジが
移動する範囲において２つのホームポジション（ＨＰ
１，ＨＰ２）を設けた。また図中のＳは印字する行にお
ける行頭であり、Ｅは行末である。

【００３５】印字を行なう際にキャリッジの速度は一定
でなければならないので、図８においてキャリッジがＳ
に来るまでに速度の立ち上がりを完了させる必要があ
る。

【００３６】また、ここではキャリッジ駆動用アクチュ
エータ５に最適な周波数を印加して起動した場合、キャ
リッジはＨＰ２からＳの間で速度の立ち上がりが完了
し、この距離が本装置における最短立ち上がり距離とな
る。本実施の形態では最短立ち上がり距離を実現する周
波数を、印字を５行行なうごとに検知している。以下、
図７を用いて動作の詳細な説明を行なう。

【００３７】step１においては、本発明の第１の実施の
形態で説明した様な、プリンタとしての準備動作を行な
う。そして、step２に進み、キャリッジを図８における
ＨＰ１に移動させる。その後step３に進み、キャリッジ
の駆動周波数を図６におけるｆ_h とする。この時、キャ
リッジの進行方向が図８中の印字方向となるようにす
る。次にstep４で現在の周波数における速度を検出し、
その速度が目標速度よりも大きいかどうか調べる。速度
が小さい時はstep５に進み、周波数をある量下げて再び
step４に進む。step４で速度が目標値に達したら、step
６で現在の周波数を記憶し、これをｆ_m とする。

【００３８】次に、step７で行カウント用のカウンタＣ
の値をゼロにする。

【００３９】step８ではキャリッジが行頭Ｓに到達して
いるかどうか調べ、到達していればstep９で印字を行な
う。なお、印字の際はキャリッジの速度が常に一定とな
るように、キャリッジ用エンコーダ９から得られる速度
に応じて、駆動周波数を大小させる。

【００４０】そして、step１０でキャリッジが行末に到
達したらキャリッジの駆動を止めstep１１で行カウント
用のカウンタＣをインクリメントする。

【００４１】次に、step１２で紙を１行分送り、step１
７で印字が完了したかどうか調べ、完了していなければ
step１３へ進む。

【００４２】本実施の形態では、前述したように印字を
５行行なうごとにキャリッジ用アクチュエータ５の特性
を検知するので、step１３において、行カウント用のカ
ウンタＣが５になったら、キャリッジをＨＰ１に移動さ
せて前述したような検知動作を行なう。

【００４３】カウンタＣの値が５でない場合は、step１
４でそれ以前に検知した周波数ｆ_mにし、step１５でキ
ャリッジをＨＰ２に移動させ、step１６から先は前述の
印字動作に移ることによりキャリッジの速度の立ち上が
り距離がＨＰ２からＳの間の短い距離で実現でき、印字
をスムーズに行なえる。

【００４４】本実施の形態で特性検知の場合にキャリッ
ジをＨＰ１から起動しているのは、検知する際は駆動周
波数をｆ_h から順次下げてゆくので速度が立ち上がるま
での距離が余計に必要となるためである。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の装置で
は、温度等の環境が変化したことによって振動波（超音
波）アクチュエータの共振周波数が変化しても該アクチ
ュエータに安定な動作をさせるように、あらかじめ該ア
クチュエータの特性を検出する動作を装置のイニシャル
動作中に行なうことにより、検出にかかる時間的なロス
をなくし、かつ、検出の為に特別な回路を用いることも
ないので、コストも高くならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のプリンタ装置の制
御手段の機能を示した図。

【図２】振動波（超音波）アクチュエータを用いたプリ
ンタを示す斜視図。

【図３】振動波（超音波）アクチュエータの斜視図。

【図４】紙送りの原理を示す説明図。

【図５】該アクチュエータの制御回路を示すブロック
図。

【図６】キャリッジ駆動用の振動波（超音波）アクチュ
エータの特性図。

【図７】本発明の他の実施の形態のプリンタ装置の制御
手段の機能を示した図。

【図８】本発明の他の実施の形態でのキャリッジの位置
を説明するための図。

【符号の説明】

１…リニアモータスライダ ２…ホームポジシ
ョンセンサ ３…支持板 ４…印字ヘッド ５…キャリッジ駆動用振動波（超音波）アクチュエータ ６…リニアエンコーダ ７…リニアガイド ８…紙送り用超音波振動子 １９…キャリッジ １０…紙ガイド １１…紙 １２…弾性体 １３…圧電素子 １４…電圧制御発振器 １５…コントロー
ラ １６…リングカウンタ １７ａ〜１７ｄ…スイッチングトランジスタ １８ａ，１８ｂ…センタータップ式トランス ９…ロータリーエンコーダ ２０…エンコー
ダ ９ａ…ローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波信号を印加することで駆動力を発生
   する振動波アクチュエータを駆動源として移動体を駆動
   する振動波アクチュエータの駆動源を有し、前記移動体
   の駆動により行われる所定の動作を行う前に前記移動体
   を駆動することで行われるイニシャル動作を行う振動波
   アクチュエータを駆動源とする装置において、 前記イニシャル動作中における周波信号の周波数に対す
   る駆動特性を検知する検知手段と、該検知された駆動特
   性に基づき前記所定動作を行う際の周波信号の制御を行
   う制御手段を設けたことを特徴とする振動波アクチュエ
   ータを駆動源とする装置。
2. 【請求項２】 前記検知手段は、周波信号の周波数と駆
   動速度の関係を検知すると共に、前記制御手段は検知さ
   れた速度と周波数の関係に応じて周波数を設定し、該設
   定された周波数に応じて周波信号の周波数を制御するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の振動波アクチュエータ
   を駆動源とする装置。
3. 【請求項３】 周波信号を印加することで駆動力を発生
   する振動波アクチュエータを駆動源として移動体を駆動
   する振動波アクチュエータの駆動源を有し、前記移動体
   の駆動により行われる所定の動作を行う前に前記移動体
   を駆動することで行われる準備動作を行う振動波アクチ
   ュエータを駆動源とする装置において、 前記準備動作中における周波信号の周波数に対する駆動
   特性を検知する検知手段と、前記所定の動作を行う際に
   駆動状態を検知しながら周波信号の周波数を調定すると
   共に、再度の準備動作を行うに際して前記検知された駆
   動特性に基づいた周波数の周波信号で、振動波アクチュ
   エータを駆動する制御手段を設けたことを特徴とする振
   動波アクチュエータを駆動源とする装置。