JP2020018079A - 圧電駆動装置、ロボットおよびプリンター - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した駆動が可能な圧電駆動装置、ロボットおよびプリンターを提供すること。【解決手段】振動体を振動させて凸部の先端が楕円軌道を描く回転運動をさせることにより被駆動部材を駆動する圧電駆動装置であって、振動体は、基板と、基板を振動させる駆動用圧電素子と、基板の振動を検出する検出用圧電素子と、を備え、駆動用圧電素子は、振動体を第１方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子と、振動体を第１方向に直交する第２方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子と、を備え、検出用圧電素子は、第１駆動用圧電素子と第１方向に並んで配置され、検出用圧電素子から出力される信号に基づいて、第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御部を備え、電圧制御部は、凸部の第１方向の振幅のばらつきが小さくなるように第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御する。【選択図】図１
Description
本発明は、圧電駆動装置、ロボットおよびプリンターに関するものである。
特許文献１に記載されている超音波アクチュエーターは、振動子と、振動子に交流電圧を印加する電力入力装置と、振動子と電力入力装置との間に配置された可変抵抗体と、振動子の振動により移動する相対運動部材と、振動子を相対運動部材に押し付ける加圧部材と、を有する。また、振動子は、２×２の行列状に配置された４つの振動領域を有する圧電素子と、相対運動部材と当接する摺動部材と、を備えている。そして、一方の対角線上に位置する２つの振動領域と他方の対角線上に位置する２つの振動領域とに、電力入力装置から位相が２／πずれた交流電圧を印加することにより、摺動部材が楕円振動し、この楕円振動に合わせて相対運動部材が振動子に対して移動する。また、特許文献１の超音波アクチュエーターでは、可変抵抗体の抵抗値を変化させて、圧電素子に印加する交流電圧の大きさを変化させることにより、摺動部材の楕円運動の形状を自由に変化させることができる。
しかしながら、特許文献１の超音波アクチュエーターでは、加圧部材によって振動子が相対運動部材に押し付けられているため、可変抵抗体の抵抗値を変化させただけでは、摺動部材の楕円運動の形状を精度よく制御することができない。
本発明の圧電駆動装置は、振動体および前記振動体に接続された凸部を備え、前記振動体を振動させて前記凸部の先端が楕円軌道を描く回転運動をさせることにより前記凸部に当接する被駆動部材を駆動する圧電駆動装置であって、
前記振動体は、基板と、前記基板を振動させる駆動用圧電素子と、前記基板の振動を検出する検出用圧電素子と、を備え、
前記駆動用圧電素子は、前記振動体を前記振動体と前記凸部とが並ぶ第１方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子と、前記基板の平面視で前記振動体を前記第１方向に直交する第２方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子と、を備え、
前記検出用圧電素子は、前記第１駆動用圧電素子と前記第１方向に並んで配置され、
前記検出用圧電素子から出力される信号に基づいて、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御しない場合と比べて、前記凸部の前記第１方向の振幅のばらつきが小さくなるように前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とする。
前記振動体は、基板と、前記基板を振動させる駆動用圧電素子と、前記基板の振動を検出する検出用圧電素子と、を備え、
前記駆動用圧電素子は、前記振動体を前記振動体と前記凸部とが並ぶ第１方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子と、前記基板の平面視で前記振動体を前記第１方向に直交する第２方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子と、を備え、
前記検出用圧電素子は、前記第１駆動用圧電素子と前記第１方向に並んで配置され、
前記検出用圧電素子から出力される信号に基づいて、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御しない場合と比べて、前記凸部の前記第１方向の振幅のばらつきが小さくなるように前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とする。
以下、本発明の圧電駆動装置、ロボットおよびプリンターを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。図２は、圧電アクチュエーターを示す平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図５は、図２中のＣ−Ｃ線断面図である。図６は、図２中のＤ−Ｄ線断面図である。図７は、図２に示す圧電アクチュエーターに印加する交番電圧を示す図である。図８および図９は、それぞれ、図１に示す圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。図１０は、図１中のＥ−Ｅ線断面図である。図１１は、付勢部材を示す上面図である。図１２は、付勢部材を示す下面図である。図１３は、ローターと凸部との離間状態を示す平面図である。図１４は、交番電圧Ｖ１、Ｖ３とローターの駆動速度との関係を示すグラフである。図１５は、制御装置を示すブロック図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターを示す平面図である。図２は、圧電アクチュエーターを示す平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図５は、図２中のＣ−Ｃ線断面図である。図６は、図２中のＤ−Ｄ線断面図である。図７は、図２に示す圧電アクチュエーターに印加する交番電圧を示す図である。図８および図９は、それぞれ、図１に示す圧電モーターの駆動状態を示す平面図である。図１０は、図１中のＥ−Ｅ線断面図である。図１１は、付勢部材を示す上面図である。図１２は、付勢部材を示す下面図である。図１３は、ローターと凸部との離間状態を示す平面図である。図１４は、交番電圧Ｖ１、Ｖ３とローターの駆動速度との関係を示すグラフである。図１５は、制御装置を示すブロック図である。
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向（第１方向）、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向（第２方向）とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｘ軸方向プラス側を「上」または「上側」とも言い、Ｘ軸方向マイナス側を「下」または「下側」とも言う。
図１に示す圧電モーター１は、円盤状をなしその中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部としてのローター２と、ローター２の外周面２１に当接する圧電駆動装置３と、を有する。このような圧電モーター１では、圧電駆動装置３を屈曲振動させるとローター２がＸ軸と平行な中心軸Ｏまわりに回転する。なお、圧電モーター１の構成としては、図１の構成に限定されない。例えば、ローター２の周方向に沿って複数の圧電駆動装置３を配置し、複数の圧電駆動装置３の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、圧電駆動装置３は、ローター２の外周面２１ではなく、ローター２の主面２２に当接していてもよい。また、被駆動部は、ローター２のような回転体に限定されず、例えば、直線移動するスライダーであってもよい。
また、本実施形態では、ローター２にエンコーダー９が設けられており、エンコーダー９によって、ローター２の挙動、特に、回転量および角速度が検出できる。エンコーダー９としては、特に限定されず、例えば、ローター２の回転時にその回転量を検出するインクリメンタル型のエンコーダーであってもよいし、ローター２の回転の有無に関わらず、ローター２の原点からの絶対位置を検出するアブソリュート型のエンコーダーであってもよい。
本実施形態のエンコーダー９は、ローター２の上面に固定されたスケール９１と、スケール９１の上側に設けられた光学素子９２と、を有する。また、スケール９１は、円板状をなし、その上面に図示しないパターンが設けられている。一方、光学素子９２は、スケール９１のパターンに向けて光を照射する発光素子９２１と、スケール９１のパターンを撮像する撮像素子９２２と、を有する。このような構成のエンコーダー９では、撮像素子９２２により取得されるパターンの画像をテンプレートマッチングすることにより、ローター２の回転量、駆動速度（角速度）、絶対位置等を検出することができる。ただし、エンコーダー９の構成としては、上記の構成に限定されない。例えば、撮像素子９２２に代えて、スケール９１からの反射光または透過光を受光する受光素子を備えた構成であってもよい。
また、圧電駆動装置３は、圧電アクチュエーター４と、圧電アクチュエーター４をローター２に向けて付勢する付勢部材５と、圧電アクチュエーター４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。
図２に示すように、圧電アクチュエーター４は、振動体４１と、振動体４１を支持する支持部４２と、振動体４１と支持部４２とを接続する接続部４３と、振動体４１に接続され、振動体４１の振動をローター２に伝達する凸部４４と、を有する。
振動体４１は、Ｘ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ−Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ軸方向（第１方向）に伸縮しながらＺ軸方向（第２方向）に屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、振動体４１は、Ｘ軸方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ軸方向を長手とする長手形状となっている。ただし、振動体４１の形状としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
また、図２に示すように、振動体４１は、振動体４１を屈曲振動させるための駆動用の圧電素子６Ａ〜６Ｅと、振動体４１の振動を検出するための検出用の圧電素子６Ｆ、６Ｇと、を有する。
圧電素子６Ｃは、振動体４１の中央部において、振動体４１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。この圧電素子６Ｃに対して振動体４１のＺ軸方向プラス側には圧電素子６Ａ、６Ｂが振動体４１の長手方向に並んで配置され、Ｚ軸方向マイナス側には圧電素子６Ｄ、６Ｅが振動体４１の長手方向に並んで配置されている。また、これら圧電素子６Ａ〜６Ｅは、それぞれ、通電によって振動体４１の長手方向（Ｙ軸方向）に伸縮する。また、圧電素子６Ａ、６Ｅが互いに電気的に接続されており、圧電素子６Ｂ、６Ｄが互いに電気的に接続されている。後述するように、圧電素子６Ｃと、圧電素子６Ａ、６Ｅと、圧電素子６Ｂ、６Ｄと、にそれぞれ位相の異なる同周波数の交番電圧を印加し、これらの伸縮タイミングをずらすことにより、振動体４１をその面内においてＳ字状に屈曲振動させることができる。
圧電素子６Ｆは、圧電素子６Ｃの先端側（Ｙ軸方向プラス側）に位置し、圧電素子６Ｇは、圧電素子６Ｃの基端側（Ｙ軸方向マイナス側）に位置している。すなわち、圧電素子６Ｆ、６Ｇは、それぞれ、圧電素子６Ｃに対して、その伸縮方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。また、圧電素子６Ｆ、６Ｇは、互いに電気的に接続されている。これら圧電素子６Ｆ、６Ｇは、圧電素子６Ａ〜６Ｅの駆動に伴う振動体４１の振動に応じた外力を受け、受けた外力に応じた信号を出力する。そのため、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力される信号に基づいて、振動体４１の振動状態を検知することができる。なお、「圧電素子６Ｆ、６Ｇが圧電素子６Ｃとその伸縮方向に並んで配置されている」とは、圧電素子６Ｃを伸縮方向（Ｙ軸方向）に延長した領域内に圧電素子６Ｆ、６Ｇの少なくとも一部が位置することを意味し、好ましくは、圧電素子６Ｆ、６Ｇの全域が位置することを意味する。
また、圧電素子６Ｆ、６Ｇは、振動体４１の屈曲振動の節となる部分に配置されている。屈曲振動の節とは、Ｚ軸方向への振幅が実質的に０（ゼロ）となる部分すなわち実質的に屈曲振動が生じない部分である。このように、圧電素子６Ｆ、６Ｇを圧電素子６Ｃに対してその伸縮方向（Ｙ軸方向）に並んで配置し、かつ、振動体４１の屈曲振動の節を含む部分に配置することにより、圧電素子６Ｆ、６Ｇに振動体４１のＹ軸方向への伸縮振動が伝わり易くなると共に、振動体４１のＺ軸方向への屈曲振動が伝わり難くなる。すなわち、伸縮振動の感度を高めつつ、屈曲振動の感度を低下させることができる。そのため、圧電素子６Ｆ、６Ｇによって、振動体４１のＹ軸方向への伸縮振動をより精度よく検出することができる。
ただし、圧電素子６Ｆ、６Ｇの配置としては、振動体４１のＹ軸方向への伸縮振動を検出することができれば、特に限定されず、例えば、振動体４１の屈曲振動の腹となる部分に配置されていてもよい。
また、支持部４２は、振動体４１を支持している。支持部４２は、Ｘ軸方向からの平面視で、振動体４１の基端側（Ｙ軸方向マイナス側）を囲むＵ字形状となっている。ただし、支持部４２の形状や配置としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
また、接続部４３は、振動体４１の屈曲振動の節となる部分、具体的にはＹ軸方向の中央部と支持部４２とを接続している。接続部４３は、振動体４１に対してＺ軸方向マイナス側に位置する第１接続部４３１と、Ｚ軸方向プラス側に位置する第２接続部４３２と、を有する。ただし、接続部４３の構成は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
以上のような振動体４１、支持部４２および接続部４３は、図３から図６に示すように、２つの圧電素子ユニット６０を互いに向かい合わせて貼り合せた構成となっている。各圧電素子ユニット６０は、基板６１と、基板６１上に配置された駆動用の圧電素子６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅおよび検出用の圧電素子６０Ｆ、６０Ｇと、各圧電素子６０Ａ〜６０Ｇを覆う保護層６３と、を有する。基板６１としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。
圧電素子６０Ａ〜６０Ｇは、それぞれ、基板６１上に配置された第１電極６０１と、第１電極６０１上に配置された圧電体６０２と、圧電体６０２上に配置された第２電極６０３と、を有する。第１電極６０１は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇに共通して設けられている。一方、圧電体６０２および第２電極６０３は、それぞれ、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇに個別に設けられている。
２つの圧電素子ユニット６０は、圧電素子６０Ａ〜６０Ｇが配置されている側の面を対向させた状態で接着剤６９を介して接合されている。また、各圧電素子ユニット６０の第１電極６０１同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されている。また、各圧電素子ユニット６０の圧電素子６０Ａが有する第２電極６０３同士が図示しない配線等を介して電気的に接続されており、これら２つの圧電素子６０Ａから圧電素子６Ａが構成されている。他の圧電素子６０Ｂ〜６０Ｇについても同様であり、２つの圧電素子６０Ｂから圧電素子６Ｂが構成され、２つの圧電素子６０Ｃから圧電素子６Ｃが構成され、２つの圧電素子６０Ｄから圧電素子６Ｄが構成され、２つの圧電素子６０Ｅから圧電素子６Ｅが構成され、２つの圧電素子６０Ｆから圧電素子６Ｆが構成され、２つの圧電素子６０Ｇから圧電素子６Ｇが構成されている。
圧電体６０２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。また、圧電体６０２としては、上述した圧電セラミックスの他にも、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
また、圧電体６０２の形成方法としては、特に限定されず、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法やスパッタリング法を用いて形成してもよい。本実施形態では、圧電体６０２をゾル−ゲル法を用いて形成している。これにより、例えば、バルク材料から形成する場合と比べて薄い圧電体６０２が得られ、圧電駆動装置３の薄型化を図ることができる。
凸部４４は、振動体４１の先端部に設けられ、振動体４１からＹ軸方向プラス側へ突出している。そして、凸部４４の先端部は、ローター２の外周面２１と接触している。そのため、振動体４１の振動は、凸部４４を介してローター２に伝達される。凸部４４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の各種セラミックスが挙げられる。これにより、耐久性に優れた凸部４４となる。
例えば、図７に示す交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加すると、図８に示すように、振動体４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４の先端が矢印Ａ１で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動（回転運動）する。このような凸部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転する。また、このような振動体４１の振動に対応して、圧電素子６Ｆ、６Ｇからピックアップ電圧Ｖｐｕが出力される。
なお、矢印Ａ１で示す凸部４４の楕円運動では、点Ａ１’から点Ａ１”までは、凸部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ１の方向に送り出し、点Ａ１”から点Ａ１’までは、凸部４４がローターの外周面２１と離間している。そのため、ローター２の矢印Ｂ１とは反対側への回転が抑制される。
また、交番電圧Ｖ１、Ｖ３を切り換えると、すなわち交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加し、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加すると、図９に示すように、振動体４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動し、これらの振動が合成されて、凸部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。このような凸部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転する。また、このような振動体４１の振動に対応して、圧電素子６Ｆ、６Ｇからピックアップ電圧Ｖｐｕが出力される。
なお、矢印Ａ２で示す凸部４４の楕円運動では、点Ａ２’から点Ａ２”までは、凸部４４がローター２の外周面２１と当接してローター２を矢印Ｂ２の方向に送り出し、点Ａ２”から点Ａ２’までは、凸部４４がローターの外周面２１と離間している。そのため、ローター２の矢印Ｂ２とは反対側への回転が抑制される。
ただし、本発明では、ローター２を少なくとも一方向に回転させることができれば、圧電素子６Ａ〜６Ｅに印加する交番電圧のパターンは、特に限定されない。また、圧電素子６Ａ〜６Ｅに印加する電圧は、交番電圧でなく、例えば、間欠的に印加する直流電圧でもよい。
付勢部材５は、凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢する部材である。付勢部材５は、図１０に示すように、圧電アクチュエーター４の上面側（Ｘ軸方向プラス側）に位置する第１基板５１と、圧電アクチュエーター４の下面側（Ｘ軸方向マイナス側）に位置する第２基板５２と、を有する。そして、第１基板５１と第２基板５２とで圧電アクチュエーター４を挟み込んでいる。なお、第１基板５１および第２基板５２としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板を用いることができる。
ここで、本実施形態では、１つの圧電アクチュエーター４を第１基板５１および第２基板５２で挟み込んでいるが、これに限定されず、例えば、複数の圧電アクチュエーター４が積層してなる積層体を第１基板５１および第２基板５２で挟み込んだ構成であってもよい。これにより、１つの圧電駆動装置３に含まれる圧電アクチュエーター４の数が増えるため、その分、大きいトルクでローター２を回転させることができる。
図１１に示すように、第１基板５１は、支持部４２の上面と固定された基部５１１と、支持部５１２と、基部５１１と支持部５１２とを接続するばね部５１３と、を有する。同様に、図１２に示すように、第２基板５２は、支持部４２の下面に固定された基部５２１と、支持部５２２と、基部５２１と支持部５２２とを接続するばね部５２３と、を有する。これら第１基板５１および第２基板５２は、互いに同じ形状、大きさであり、圧電アクチュエーター４に対して対称的に設けられている。
また、図１０に示すように、支持部５１２、５２２の間には、圧電アクチュエーター４と等しい厚さの間座５３が設けられている。また、当該部分には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔５９が形成されており、この貫通孔５９を利用して、付勢部材５が筐体等にねじ止めされる。ばね部５１３、５２３をＹ軸方向に撓ませた状態で付勢部材５を前記筐体等に固定することにより、ばね部５１３、５２３の復元力を利用して凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができる。
以上、付勢部材５について説明したが、付勢部材５の構成は、凸部４４をローター２の外周面２１に向けて付勢することができれば、特に限定されない。例えば、第１基板５１および第２基板５２のいずれか一方を省略してもよい。また、例えば、付勢部材５として、コイルスプリング、板ばね等を用いてもよい。
制御装置７は、圧電素子６Ａ〜６Ｅに交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することにより、圧電駆動装置３の駆動を制御する。まずは、この制御装置７の機能について簡単に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図８に示すように、ローター２を矢印Ｂ１の方向に回転させる場合について代表して説明する。図９に示すように、ローター２を矢印Ｂ２の方向に回転させる場合については、ローター２を矢印Ｂ１の方向に回転させる場合と同様であるため、その説明を省略する。
前述したようにローター２は、円盤状であるが、製造技術上、平面視形状を真円と一致させることは極めて困難であり、また、使用によって外周面２１が部分的に摩耗することにより、平面視形状が真円から崩れる場合もある。すなわち、真円度が低下する場合がある。このように、ローター２が真円から崩れていると、外周面２１の各部で半径が変動し、それに応じて、外周面２１の周方向の各部において矢印Ａ１の点Ａ１”から点Ａ１’までにおける外周面２１と凸部４４との離間距離Ｄが変動する。このように、離間距離Ｄが変動すると、それに応じて点Ａ１’から点Ａ１”までに生じる凸部４４の楕円運動によるローター２の送り出し力が変動し、ローター２の回転が不安定となる。なお、離間距離Ｄとは、図１３に示すように、楕円運動する凸部４４の下死点Ｐ０すなわち最も外周面２１と離間する点での凸部４４と外周面２１との離間距離を言う。
ここで、圧電素子６Ｃの伸縮によって凸部４４がＹ軸方向に振動するため、圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の振幅を制御することにより、離間距離Ｄを制御することができる。具体的には、交番電圧Ｖ２の振幅を大きくすれば離間距離Ｄが大きくなり、反対に、交番電圧Ｖ２の振幅を小さくすれば、離間距離Ｄが小さくなる。そこで、制御装置７は、離間距離Ｄの変動が外周面２１の全周においてなるべく小さくなるように圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の振幅を制御する。これにより、離間距離Ｄの変動が抑制され、凸部４４の楕円運動によるローター２の送り出し力が安定し、ローター２の回転が安定化する。そのため、スムーズな駆動が可能な圧電モーター１となる。
また、圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅの伸縮によって凸部４４がＺ軸方向に振動してローター２を矢印Ｂ１の方向に送り出すため、圧電素子６Ａ、６Ｅに印加する交番電圧Ｖ１の振幅および圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加する交番電圧Ｖ３の振幅を制御することにより、ローター２の駆動速度を制御することができる。具体的には、交番電圧Ｖ１、Ｖ３の振幅を大きくすれば、凸部４４のＺ軸方向の振幅が大きくなってローター２の駆動速度が早くなり、反対に、交番電圧Ｖ１、Ｖ３の振幅を小さくすれば、凸部４４のＺ軸方向の振幅が小さくなってローター２の駆動速度が小さくなる。そこで、制御装置７は、ローター２が各時刻において目標位置となるように交番電圧Ｖ１、Ｖ３の振幅を制御してローター２の駆動速度を制御する。これにより、ローター２の各時刻における位置ずれを抑制することができ、優れた駆動特性を有する圧電モーター１となる。
なお、図１４に示すように、交番電圧Ｖ１の振幅とローター２の駆動速度とは、後述するピックアップ電圧Ｖｐｕの大きさに関係なく、ほぼ線形の関係を有する。交番電圧Ｖ３についても同様である。
このような機能を有する制御装置７は、図１５に示すように、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を制御する電圧制御部７０を有する。また、電圧制御部７０は、振動体４１をＹ軸方向へ伸縮振動させる圧電素子６Ｃに交番電圧Ｖ２を印加する第１電圧制御部７１と、振動体４１をＺ軸方向へ屈曲振動させる圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅに交番電圧Ｖ１、Ｖ３を印加する第２電圧制御部７２と、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の周波数を制御する周波数制御部７３と、を有する。
第１電圧制御部７１は、ＰＵ電圧制御部７１１と、第１ＰＷＭ波形生成部７１２と、第１駆動回路７１３と、を有し、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力されるピックアップ電圧Ｖｐｕをフィードバックすることにより、ピックアップ電圧Ｖｐｕが目標値（一定値）となるように交番電圧Ｖ２を制御する。つまり、第１電圧制御部７１は、ピックアップ電圧Ｖｐｕが小さい程、交番電圧Ｖ２の振幅を大きくする。ピックアップ電圧Ｖｐｕと離間距離Ｄとには相関関係があるため、ピックアップ電圧Ｖｐｕを目標値に維持することにより、離間距離Ｄの変動が抑えられ、安定した駆動が可能な圧電モーター１となる。
ＰＵ電圧制御部７１１には、図示しないホストコンピューターからピックアップ電圧Ｖｐｕの目標振幅値である振幅指令Ｖｍと、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力されるピックアップ電圧Ｖｐｕと、が入力される。ＰＵ電圧制御部７１１は、振幅指令Ｖｍとピックアップ電圧Ｖｐｕとを微分し、実際の振幅との偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを実施するＰＩ制御を行い、ピックアップ電圧Ｖｐｕが振幅指令Ｖｍに基づく振幅となるように電圧指令を生成する。
一方、周波数制御部７３には、第１駆動回路７１３で生成された交番電圧Ｖ２と、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力されるピックアップ電圧Ｖｐｕと、が入力される。周波数制御部７３は、交番電圧Ｖ２とピックアップ電圧Ｖｐｕとの位相差を求め、予め設定されている目標位相差と実際の位相差との偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを実施するＰＩ制御を行い、実際の位相差が目標位相差に基づく位相差となるように周波数指令を生成する。なお、交番電圧Ｖ２の周波数を変化させることにより、交番電圧Ｖ２とピックアップ電圧Ｖｐｕとの位相差を変化させることができる。
第１ＰＷＭ波形生成部７１２は、第１駆動回路７１３で生成される交番電圧Ｖ２の振幅が電圧指令に基づく振幅となると共に、周波数が周波数指令に基づく周波数となるようなＤｕｔｙサイクルを有するパルス波Ｐｄを生成する。そして、第１駆動回路７１３は、第１ＰＷＭ波形生成部７１２で生成されたパルス波Ｐｄから交番電圧Ｖ２を生成する。第１駆動回路７１３の構成は、交番電圧Ｖ２を生成することができれば、特に限定されず、例えば、スイッチング回路とコイルとを備えた構成とすることができる。
第２電圧制御部７２は、位置指令制御部７２１と、位置制御部７２２と、速度制御部７２３と、第２ＰＷＭ波形生成部７２４と、第３ＰＷＭ波形生成部７２５と、第２駆動回路７２６と、第３駆動回路７２７と、を有し、エンコーダー９から出力される信号をフィードバックすることにより、ローター２の位置が各時刻において目標位置となるように交番電圧Ｖ１、Ｖ３を制御する。すなわち、第２電圧制御部７２は、ローター２の駆動速度に基づいて交番電圧Ｖ１、Ｖ３を制御する。
位置指令制御部７２１は、例えば、図示しないホストコンピューターからの指令に基づいて、ローター２の目標位置を示した位置指令を生成して出力する。位置制御部７２２は、この位置指令とエンコーダー９が検出した現在位置との偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御を行うＰ制御を実施し、位置指令に基づく位置となるように速度指令を生成する。速度制御部７２３は、位置制御部７２２が生成した速度指令とエンコーダー９が検出した現在のローター２の駆動速度との偏差に対して比例ゲインを調整する比例制御と、積分ゲインを調整する積分制御とを行うＰＩ制御を実施し、速度指令に基づく駆動速度となるように電圧指令を生成する。
第２ＰＷＭ波形生成部７２４は、第２駆動回路７２６で生成される交番電圧Ｖ１が速度制御部７２３で生成された電圧指令に基づく振幅となると共に、周波数が周波数制御部７３で生成された周波数指令に基づく周波数となるようなＤｕｔｙサイクルを有するパルス波Ｐｄを生成する。そして、第２駆動回路７２６は、第２ＰＷＭ波形生成部７２４で生成されたパルス波Ｐｄから交番電圧Ｖ１を生成する。第２駆動回路７２６の構成は、交番電圧Ｖ１を生成することができれば、特に限定されず、例えば、前述した第１駆動回路７１３と同様の構成とすることができる。
第３ＰＷＭ波形生成部７２５は、第３駆動回路７２７で生成される交番電圧Ｖ３が速度制御部７２３で生成された電圧指令に基づく振幅となると共に、周波数が周波数制御部７３で生成された周波数指令に基づく周波数となるようなＤｕｔｙサイクルを有するパルス波Ｐｄを生成する。そして、第３駆動回路７２７は、第３ＰＷＭ波形生成部７２５で生成されたパルス波Ｐｄから交番電圧Ｖ３を生成する。第３駆動回路７２７の構成は、交番電圧Ｖ３を生成することができれば、特に限定されず、例えば、前述した第１駆動回路７１３や第２駆動回路７２６と同様の構成とすることができる。
以上のように生成された交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を圧電素子６Ａ〜６Ｅに印加することにより、凸部４４が矢印方向に楕円運動し、それに伴ってローター２が矢印Ｂ１方向に回転する。
以上のような制御装置７によれば、ピックアップ電圧Ｖｐｕをフィードバックして、ピックアップ電圧Ｖｐｕが目標値となるように交番電圧Ｖ２の振幅を制御するため、このような制御を行わない場合、すなわち、ピックアップ電圧Ｖｐｕに関わらず交番電圧Ｖ２の振幅を一定とした場合と比べて、離間距離Ｄの変動が抑えられ、安定した駆動が可能な圧電モーター１となる。また、エンコーダー９の検出結果をフィードバックして、ローター２が目標位置となるように交番電圧Ｖ１、Ｖ３の振幅を制御するため、このような制御を行わない場合と比べて、ローター２の目標位置からのずれが抑えられ、安定した駆動が可能な圧電モーター１となる。
次に、ローター２の回転を開始する際すなわち凸部４４に楕円運動を生じさせる際の交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の印加方法について説明する。前述したように、付勢部材５によって凸部４４がローター２に押し付けられているため、凸部４４に楕円振動を生じさせることが難しく、従来では、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を同時に印加し、印加した交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の周波数を徐々に下げていく「ダウンスイープ」を行うことで凸部４４に楕円運動を生じさせていた。しかしながら、このような従来の方法では、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の周波数を徐々に下げていく時間が必要となり、その分、凸部４４に楕円運動を生じさせるまでの時間が長くなってしまう。
このような従来の方法に対して、本実施形態の制御装置７は、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加して凸部４４のＹ軸方向への振動を開始してから、交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加すると共に交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加する。すなわち、交番電圧Ｖ２の圧電素子６Ｃへの印加を開始する時刻よりも遅い時刻に、交番電圧Ｖ１の圧電素子６Ａ、６Ｅへの印加および交番電圧Ｖ３の圧電素子６Ｂ、６Ｄへの印加を開始する。このような印加方法によれば、凸部４４が離間距離Ｄを一定に保ちながらＹ軸方向に振動している状態すなわち凸部４４がローター２に押し付けられた状態が解除されてから、凸部４４をさらにＺ軸方向に振動させることとなるため、従来に対して、容易にかつ短い時間で、凸部４４に楕円運動を生じさせることができる。なお、交番電圧Ｖ１、Ｖ３の印加を開始する時刻は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。
次に、ローター２の回転方向を切り換える際の交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の印加方法について説明する。なお、ローター２の回転方向を矢印Ｂ１から矢印Ｂ２に切り替える場合と、矢印Ｂ２から矢印Ｂ１に切り替える場合と、で制御方法が同じであるため、以下では、説明の便宜上、ローター２の回転方向を矢印Ｂ１から矢印Ｂ２に切り替える場合について代表して説明する。
従来では、まず、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の印加を停止し、ローター２の矢印Ｂ１方向への回転を停止した後で、前述した「ダウンスイープ」を行って、ローター２の矢印Ｂ２方向への回転を再開させることにより、ローター２の回転方向を切り換えている。しかしながら、このような方法では、前述した理由と同様の理由により、ローター２の回転方向を切り換える際の時間が長くなってしまう。
このような従来の方法に対して、本実施形態の制御装置７は、まず、交番電圧Ｖ１の圧電素子６Ａ、６Ｅへの印加と、交番電圧Ｖ３の圧電素子６Ｂ、６Ｄへの印加と、を停止する。これにより、凸部４４がＹ軸方向にのみ振動する状態となるため、ローター２の矢印Ｂ１方向への回転が停止する。次に、制御装置７は、交番電圧Ｖ１の圧電素子６Ｂ、６Ｄへの印加と、交番電圧Ｖ３の圧電素子６Ａ、６Ｅへの印加と、を開始する。これにより、凸部４４が矢印Ａ２方向に楕円運動する状態となるため、ローター２の矢印Ｂ２の方向への回転が開始される。すなわち、制御装置７は、交番電圧Ｖ２の印加を継続しつつ、交番電圧Ｖ１、Ｖ３を互いに切り替えることにより、ローター２の回転方向を切り換える。このような方法によれば、より容易にかつより短い時間で、ローター２の回転方向を切り換えることができる。交番電圧Ｖ１、Ｖ３の印加を停止する時刻は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、交番電圧Ｖ１、Ｖ３の印加を開始する時刻は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。
ローター２の回転方向を切り換える別の方法として、本実施形態の制御装置７は、まず、交番電圧Ｖ１の圧電素子６Ａ、６Ｅへの印加と、交番電圧Ｖ３の圧電素子６Ｂ、６Ｄへの印加と、を停止した後、交番電圧Ｖ２の圧電素子６Ｃへの印加を停止する。これにより、凸部４４の楕円運動が停止し、ローター２の回転が停止する。なお、これに限定されず、例えば、交番電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の印加を同時に停止してもよい。次に、制御装置７は、前述したローター２の回転を開始する場合と同様に、交番電圧Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加して凸部４４のＹ軸方向への振動を開始してから、交番電圧Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加すると共に、交番電圧Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加する。このような印加方法によれば、凸部４４が離間距離Ｄを一定に保ちながらＹ軸方向に振動している状態から、凸部４４をさらにＺ軸方向に振動させることとなるため、ダウンスイープを行う従来に対して、容易にかつ短い時間で、凸部４４に楕円運動を生じさせることができる。なお、交番電圧Ｖ１、Ｖ３の印加を開始する時刻は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。
以上、圧電モーター１について説明した。このような圧電モーター１に含まれる圧電駆動装置３は、振動体４１および振動体４１に接続された凸部４４を備え、振動体４１を振動させて凸部４４の先端が楕円軌道を描く楕円運動（回転運動）をさせることにより凸部４４に当接する被駆動部材としてのローター２を駆動する圧電駆動装置である。また、振動体４１は、基板６１と、基板６１を振動させる駆動用圧電素子としての圧電素子６Ａ〜６Ｅと、基板６１の振動を検出する検出用圧電素子としての圧電素子６Ｆ、６Ｇと、を備える。また、駆動用圧電素子は、振動体４１を振動体４１と凸部４４とが並ぶ第１方向であるＹ軸方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子としての圧電素子６Ｃと、基板６１の平面視で振動体４１をＹ軸方向に直交する第２方向であるＺ軸方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子としての圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅと、を備え、圧電素子６Ｆ、６Ｇは、圧電素子６ＣとＹ軸方向に並んで配置されている。また、圧電駆動装置３は、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力される信号としてのピックアップ電圧Ｖｐｕに基づいて、圧電素子６Ｃに印加する電圧としての交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御する電圧制御部７０を備える。そして、電圧制御部７０は、圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御しない場合、すなわち交番電圧Ｖ２の振幅が一定の場合と比べて、凸部４４のＹ軸方向の振幅のばらつきが小さくなるように圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御する。すなわち、離間距離Ｄの変動が小さくなるように、圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御する。このような圧電駆動装置３によれば、ピックアップ電圧Ｖｐｕをフィードバックして、ピックアップ電圧Ｖｐｕが目標値となるように交番電圧Ｖ２の振幅を制御するため、当該制御を行わない場合と比べて、離間距離Ｄの変動を抑えることができる。そのため、安定した駆動が可能な圧電駆動装置３となる。
また、前述したように、電圧制御部７０は、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力されるピックアップ電圧Ｖｐｕが小さい程、圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の振幅を大きくする。これにより、離間距離Ｄの変動を抑えることができる。
また、前述したように、圧電駆動装置３は、振動体４１をローター２に向けてＹ軸方向に付勢する付勢部材５を有する。これにより、凸部４４がローター２に押し付けられ、凸部４４の回転運動を効率的にローター２に伝えることができる。
また、前述したように、電圧制御部７０は、エンコーダー９の駆動速度に基づいて、圧電素子６Ａ、６Ｅに印加する交番電圧Ｖ１および圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加する交番電圧Ｖ３を制御する。これにより、ローター２の各時刻における位置精度を高めることができる。
また、前述したように、電圧制御部７０は、ローター２の駆動速度に基づいて、圧電素子６Ａ、６Ｅに印加する交番電圧Ｖ１および圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加する交番電圧Ｖ３を制御する。これにより、ローター２の各時刻における位置精度を高めることができる。
また、前述したように、圧電素子６Ｆ、６Ｇは、基板６１の屈曲振動の節を含む部分に配置されている。これにより、圧電素子６Ｆ、６Ｇによって、基板６１のＹ軸方向の振動を精度よく検出することができる。
また、前述したように、電圧制御部７０は、凸部４４の回転運動の方向を逆向きに切り替える際、圧電素子６Ｃへの交番電圧Ｖ２の印加を継続させる。これにより、より容易にかつ迅速に、凸部４４の回転運動の方向を切り換えることができる。
また、前述したように、電圧制御部７０は、凸部４４の回転運動を開始する際、圧電素子６Ｃへの交番電圧Ｖ２の印加を開始してから圧電素子６Ａ、６Ｅへの交番電圧Ｖ１の印加および圧電素子６Ｂ、６Ｄへの交番電圧Ｖ３の印加を開始する。これにより、より容易にかつ迅速に、凸部４４の回転運動を開始することができる。
＜第２実施形態＞
図１６は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す平面図である。
図１６は、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエーターを示す平面図である。
本実施形態に係る圧電モーター１は、振動体４１の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の圧電モーター１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の圧電モーター１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１６では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図１６に示すように、振動体４１は、駆動用の圧電素子６Ａ〜６Ｅと、検出用の圧電素子６Ｆと、を有する。また、圧電素子６Ｃは、Ｙ軸方向プラス側に位置する第１分割片６Ｃ’と、Ｙ軸方向マイナス側に位置する第２分割片６Ｃ”と、に分割され、第１分割片６Ｃ’および第２分割片６Ｃ”は、電気的に接続されている。そして、これら第１分割片６Ｃ’と第２分割片６Ｃ”との間に圧電素子６Ｆが配置されている。このように、圧電素子６Ｆを第１分割片６Ｃ’と第２分割片６Ｃ”との間に配置することにより、圧電素子６Ｆによって、振動体４１のＹ軸方向の振動を効率的に検出することができる。また、圧電素子６Ｆは、振動体４１の屈曲振動の節となる部分に配置されている。これにより、圧電素子６Ｆに振動体４１の屈曲振動が伝わり難くなり、圧電素子６Ｆによって、振動体４１のＹ軸方向の振動をより精度よく検出することができる。
以上のような第２実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
図１７は、本発明の第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
図１７は、本発明の第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
図１７に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御装置１０８０と、を有する。
また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着される。また、各関節部のうちの全部または一部には圧電モーター１が搭載されており、この圧電モーター１の駆動によって各アーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０が回動する。なお、圧電モーター１は、エンドエフェクター１０９０に搭載され、エンドエフェクター１０９０の駆動に用いられてもよい。
制御装置１０８０は、コンピューターで構成され、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ）、メモリ、Ｉ／Ｆ（インターフェース）等を有する。そして、プロセッサが、メモリに格納されている所定のプログラム（コード列）を実行することで、ロボット１０００の各部の駆動を制御する。なお、前記プログラムは、Ｉ／Ｆを介して外部のサーバーからダウンロードしてもよい。また、制御装置１０８０の構成の全部または一部は、ロボット１０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。
このようなロボット１０００は、前述したように、圧電モーター１を備えている。すなわち、ロボット１０００は、振動体４１および振動体４１に接続された凸部４４を備え、振動体４１を振動させて凸部４４の先端が楕円軌道を描く回転運動をさせることにより凸部４４に当接する被駆動部材としてのローター２を駆動する圧電駆動装置３を備えるものである。また、振動体４１は、基板６１と、基板６１を振動させる駆動用圧電素子としての圧電素子６Ａ〜６Ｅと、基板６１の振動を検出する検出用圧電素子としての圧電素子６Ｆ、６Ｇと、を備える。また、駆動用圧電素子は、振動体４１を振動体４１と凸部４４とが並ぶ第１方向としてのＹ軸方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子としての圧電素子６Ｃと、基板６１の平面視で振動体４１をＹ軸方向に直交する第２方向としてのＺ軸方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子としての圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅと、を備え、圧電素子６Ｆ、６Ｇは、圧電素子６ＣとＹ軸方向に並んで配置されている。また、圧電駆動装置３は、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力される信号としてのピックアップ電圧Ｖｐｕに基づいて、圧電素子６Ｃに印加する電圧としての交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御する電圧制御部７０を備える。そして、電圧制御部７０は、圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御しない場合すなわち振幅が一定の場合と比べて、凸部４４のＹ軸方向の振幅のばらつきが小さくなるように圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御する。このような圧電駆動装置３によれば、ピックアップ電圧Ｖｐｕをフィードバックして、ピックアップ電圧Ｖｐｕが目標値となるように交番電圧Ｖ２の振幅を制御するため、当該制御を行わない場合と比べて、離間距離Ｄの変動を抑えることができる。そのため、安定した駆動が可能なロボット１０００となる。
＜第４実施形態＞
図１８は、本発明の第４実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。
図１８は、本発明の第４実施形態に係るプリンターの全体構成を示す概略図である。
図１８に示すプリンター３０００は、装置本体３０１０と、装置本体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０、給紙機構３０３０および制御装置３０４０と、を備えている。また、装置本体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。
印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。また、ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有する。
往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ａと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ａ上で移動させるタイミングベルト３０２３ｂと、を有する。また、給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動する圧電モーター１と、を有する。
このようなプリンター３０００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。
制御装置３０４０は、コンピューターで構成され、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ）、メモリ、Ｉ／Ｆ（インターフェース）等を有する。そして、プロセッサが、メモリに格納されている所定のプログラム（コード列）を実行することで、プリンター３０００の各部の駆動を制御する。このような制御は、例えば、Ｉ／Ｆを介してパーソナルコンピュータ等のホストコンピューターから入力された印刷データに基づいて実行される。なお、前記プログラムは、Ｉ／Ｆを介して外部のサーバーからダウンロードしてもよい。また、制御装置３０４０の構成の全部または一部は、プリンター３０００の外部に設けられ、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等の通信網を介して接続された構成となっていてもよい。
このようなプリンター３０００は、前述したように、圧電モーター１を備えている。すなわち、プリンター３０００は、振動体４１および振動体４１に接続された凸部４４を備え、振動体４１を振動させて凸部４４の先端が楕円軌道を描く回転運動をさせることにより凸部４４に当接する被駆動部材としてのローター２を駆動する圧電駆動装置３を備えるものである。また、振動体４１は、基板６１と、基板６１を振動させる駆動用圧電素子としての圧電素子６Ａ〜６Ｅと、基板６１の振動を検出する検出用圧電素子としての圧電素子６Ｆ、６Ｇと、を備える。また、駆動用圧電素子は、振動体４１を振動体４１と凸部４４とが並ぶ第１方向としてのＹ軸方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子としての圧電素子６Ｃと、基板６１の平面視で振動体４１をＹ軸方向に直交する第２方向としてのＺ軸方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子としての圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅと、を備え、圧電素子６Ｆ、６Ｇは、圧電素子６ＣとＹ軸方向に並んで配置されている。また、圧電駆動装置３は、圧電素子６Ｆ、６Ｇから出力される信号としてのピックアップ電圧Ｖｐｕに基づいて、圧電素子６Ｃに印加する電圧としての交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御する電圧制御部７０を備える。そして、電圧制御部７０は、圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２を制御しない場合すなわち振幅が一定の場合と比べて、凸部４４のＹ軸方向の振幅のばらつきが小さくなるように圧電素子６Ｃに印加する交番電圧Ｖ２の大きさ（振幅）を制御する。このような圧電駆動装置３によれば、ピックアップ電圧Ｖｐｕをフィードバックして、ピックアップ電圧Ｖｐｕが目標値となるように交番電圧Ｖ２の振幅を制御するため、当該制御を行わない場合と比べて、離間距離Ｄの変動を抑えることができる。そのため、安定した駆動が可能なプリンター３０００となる。
なお、本実施形態では、圧電モーター１が給紙用の駆動ローラー３０３２を駆動しているが、この他にも、例えば、キャリッジ３０２１ｃを駆動してもよい。
以上、本発明の圧電駆動装置、ロボットおよびプリンターを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
１…圧電モーター、２…ローター、２１…外周面、２２…主面、３…圧電駆動装置、４…圧電アクチュエーター、４１…振動体、４２…支持部、４３…接続部、４３１…第１接続部、４３２…第２接続部、４４…凸部、５…付勢部材、５１…第１基板、５１１…基部、５１２…支持部、５１３…ばね部、５２…第２基板、５２１…基部、５２２…支持部、５２３…ばね部、５３…間座、５９…貫通孔、６Ａ…圧電素子、６Ｂ…圧電素子、６Ｃ…圧電素子、６Ｃ’…第１分割片、６Ｃ”…第２分割片、６Ｄ…圧電素子、６Ｅ…圧電素子、６Ｆ…圧電素子、６Ｇ…圧電素子、６０…圧電素子ユニット、６０Ａ…圧電素子、６０Ｂ…圧電素子、６０Ｃ…圧電素子、６０Ｄ…圧電素子、６０Ｅ…圧電素子、６０Ｆ…圧電素子、６０Ｇ…圧電素子、６０１…第１電極、６０２…圧電体、６０３…第２電極、６１…基板、６３…保護層、６９…接着剤、７…制御装置、７０…電圧制御部、７１…第１電圧制御部、７１１…ＰＵ電圧制御部、７１２…第１ＰＷＭ波形生成部、７１３…第１駆動回路、７２…第２電圧制御部、７２１…位置指令制御部、７２２…位置制御部、７２３…速度制御部、７２４…第２ＰＷＭ波形生成部、７２５…第３ＰＷＭ波形生成部、７２６…第２駆動回路、７２７…第３駆動回路、７３…周波数制御部、９…エンコーダー、９１…スケール、９２…光学素子、９２１…発光素子、９２２…撮像素子、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０…アーム、１０３０…アーム、１０４０…アーム、１０５０…アーム、１０６０…アーム、１０７０…アーム、１０８０…制御装置、１０９０…エンドエフェクター、３０００…プリンター、３０１０…装置本体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…キャリッジガイド軸、３０２３ｂ…タイミングベルト、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０４０…制御装置、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２…矢印、Ｄ…離間距離、Ｏ…中心軸、Ｐ…記録用紙、Ｐ０…下死点、Ｐｄ…パルス波、Ｖ１…交番電圧、Ｖ２…交番電圧、Ｖ３…交番電圧、Ｖｍ…振幅指令、Ｖｐｕ…ピックアップ電圧
Claims (9)
- 振動体および前記振動体に接続された凸部を備え、前記振動体を振動させて前記凸部の先端が楕円軌道を描く回転運動をさせることにより前記凸部に当接する被駆動部材を駆動する圧電駆動装置であって、
前記振動体は、基板と、前記基板を振動させる駆動用圧電素子と、前記基板の振動を検出する検出用圧電素子と、を備え、
前記駆動用圧電素子は、前記振動体を前記振動体と前記凸部とが並ぶ第１方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子と、前記基板の平面視で前記振動体を前記第１方向に直交する第２方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子と、を備え、
前記検出用圧電素子は、前記第１駆動用圧電素子と前記第１方向に並んで配置され、
前記検出用圧電素子から出力される信号に基づいて、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御しない場合と比べて、前記凸部の前記第１方向の振幅のばらつきが小さくなるように前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とする圧電駆動装置。 - 前記電圧制御部は、前記検出用圧電素子から出力される信号が小さい程、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧を大きくする請求項１に記載の圧電駆動装置。
- 前記振動体を前記被駆動部材に向けて前記第１方向に付勢する付勢部材を有する請求項１または２に記載の圧電駆動装置。
- 前記電圧制御部は、前記被駆動部材の駆動速度に基づいて、前記第２駆動用圧電素子に印加する電圧を制御する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
- 前記検出用圧電素子は、前記基板の前記屈曲振動の節を含む部分に配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
- 前記電圧制御部は、前記凸部の回転運動の方向を逆向きに切り替える際、前記第１駆動用圧電素子への前記電圧の印加を継続させる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
- 前記電圧制御部は、前記凸部の回転運動を開始する際、前記第１駆動用圧電素子への電圧の印加を開始してから前記第２駆動用圧電素子への電圧の印加を開始する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置。
- 振動体および前記振動体に接続された凸部を備え、前記振動体を振動させて前記凸部の先端が楕円軌道を描く回転運動をさせることにより前記凸部に当接する被駆動部材を駆動する圧電駆動装置を備えるロボットであって、
前記振動体は、基板と、前記基板を振動させる駆動用圧電素子と、前記基板の振動を検出する検出用圧電素子と、を備え、
前記駆動用圧電素子は、前記振動体を前記振動体と前記凸部とが並ぶ第１方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子と、前記基板の平面視で前記振動体を前記第１方向に直交する第２方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子と、を備え、
前記検出用圧電素子は、前記第１駆動用圧電素子と前記第１方向に並んで配置され、
前記検出用圧電素子から出力される信号に基づいて、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御しない場合と比べて、前記凸部の前記第１方向の振幅のばらつきが小さくなるように前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とするロボット。 - 振動体および前記振動体に接続された凸部を備え、前記振動体を振動させて前記凸部の先端が楕円軌道を描く回転運動をさせることにより前記凸部に当接する被駆動部材を駆動する圧電駆動装置を備えるプリンターであって、
前記振動体は、基板と、前記基板を振動させる駆動用圧電素子と、前記基板の振動を検出する検出用圧電素子と、を備え、
前記駆動用圧電素子は、前記振動体を前記振動体と前記凸部とが並ぶ第１方向に伸縮振動させる第１駆動用圧電素子と、前記基板の平面視で前記振動体を前記第１方向に直交する第２方向に屈曲振動させる第２駆動用圧電素子と、を備え、
前記検出用圧電素子は、前記第１駆動用圧電素子と前記第１方向に並んで配置され、
前記検出用圧電素子から出力される信号に基づいて、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御する電圧制御部を備え、
前記電圧制御部は、前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御しない場合と比べて、前記凸部の前記第１方向の振幅のばらつきが小さくなるように前記第１駆動用圧電素子に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とするプリンター。
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