JP4830449B2

JP4830449B2 - 圧電アクチュエータの位置制御駆動装置、および電子機器

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Publication number: JP4830449B2
Application number: JP2005318670A
Authority: JP
Inventors: 治浦野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: JP2007129804A

Description

本発明は、圧電アクチュエータの位置制御駆動装置、および電子機器に関する。

圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性などに優れているため、近年、圧電素子を有する振動体を備え、この振動体の振動をロータなどの被駆動体に伝達して駆動する圧電アクチュエータ（超音波モータ）が開発されている。今後は、プリンタ、電子時計、カメラ、玩具などの各種電子機器に従来組み込まれている電磁モータなどに代わり、圧電アクチュエータの利用が拡大される見通しであり、圧電アクチュエータの位置制御性能が従来以上に求められている。
ここで、電磁モータの駆動における被駆動体（カメラレンズ）の位置制御（合焦）に関しては、被駆動体が目標位置に達する前に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりモータ回転速度を低速にし、慣性力を小さくして被駆動体を目標位置に停止させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
このような速度制御（スピードコントロール）による位置制御方法では、被駆動体を目標位置に正確に停止させるために、モータ速度を緻密にフィードバックして位置制御する必要がある。
圧電アクチュエータの駆動制御の場合、メカ体である圧電素子を構成に含み、オープンループによる位置制御ができないことから、被駆動体の速度をフィードバックし、この速度制御ループと、位置制御ループとを用いて駆動制御することが考えられる。

特許第３６５０４５８号公報（明細書段落「０２７５」〜「０２８６」、図２３、図５８）

しかしながら、圧電アクチュエータの位置制御において、検出された速度に駆動信号を追従させる速度フィードバック制御を行うと、加減速を始終繰り返すことになり、振動体および被駆動体の磨耗が大きくなるおそれがある。
また、このような加減速の過程で、圧電アクチュエータの出力が規定の出力よりも小さいときがあり、所定の駆動効率を発揮できないため、被駆動体を送る指令の出力後、目標位置に被駆動体を停止させるまでの時間（以下、目標応答時間という）が余分に掛かる。
さらに、圧電アクチュエータの駆動特性を図１７に示したように、駆動周波数を掃引した際の移動量（ロータ回転量）および圧電素子における電流値の変化が線形ではないため、圧電アクチュエータの速度制御自体が非常に困難である。
そして、特許文献１のようなＰＷＭ制御による速度制御の場合、駆動信号よりも十分に高い周波数での基準パルス信号が必要となるので、回路電流の増加を招くとともに、回路構成の難易度が高い。

一方、このような速度制御以外により、位置制御を行う簡略な方法として、駆動信号をオンオフで規定し、駆動信号オンで圧電アクチュエータを駆動するととともに、目標位置近傍で駆動信号をオフとして被駆動体を停止させるオンオフ制御が考えられる。ただし、このようなオンオフ制御では、オン時の圧電アクチュエータの出力が大きく、オン時から急にオフして圧電アクチュエータを非駆動状態とすることにより、発振が生じやすいとともに、オフとした時点から振動体の発振が収束するまでに時間を要する。これにより、被駆動体が目標位置に停止せずに位置制御性能が低下してしまう。

このような問題に鑑みて、本発明の目的は、位置制御性能を高くできるとともに、構成が簡略であって、磨耗を格段に低減できる圧電アクチュエータの位置制御駆動装置、および電子機器を提供することにある。

本発明の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置は、圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータの駆動において、前記被駆動体を所定の目標位置に停止させる位置制御駆動装置であって、前記駆動信号の供給を制御する制御手段と、前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、前記制御手段の出力をオンオフで操作する操作信号を前記制御手段に入力する位置制御手段とを備え、前記位置制御手段は、前記位置検出手段による検出に基づいて前記被駆動体が前記目標位置手前の所定位置である位置出し開始位置に達したか否かを判定し、当該判定において前記被駆動体が前記位置出し開始位置に達したと判定されるまで、前記操作信号を継続的にオンとした後、前記操作信号をオフとし、前記位置出し開始位置から前記目標位置までの間で設定された複数の制御位置それぞれについて、前記被駆動体が当該制御位置に達したか否かを判定し、当該判定において前記制御位置に達していないと判定された際は、前記操作信号をオンとし、当該判定において前記被駆動体が前記制御位置に達したと判定された際は、前記操作信号をオフとするとともに、当該制御位置の次の制御位置についての判定に移行する微動送りを実施し、前記位置制御手段は、前記各制御位置にそれぞれ対応した複数の制御器により、構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、被駆動体の位置制御に際して、被駆動体の速度の制御を行わず、駆動信号のオンオフで位置制御する構成であるため、速度制御ループなどを不要にでき、構成を簡略にできる。
また、速度制御を行わずに被駆動体の加減速を抑制したので、振動体と被駆動体との間のすべり距離を小さくでき、磨耗を低減できる。
ここで、継続送り工程では、駆動信号を継続的にオンとして被駆動体を略一定の出力で駆動したので、速度制御をした場合と比べて、振動体と被駆動体との間のすべり距離を極力小さくできることになり、磨耗を格段に低減できる。これにより、磨耗による圧電アクチュエータの駆動効率の低下等を防止できる。加えて、圧電アクチュエータの出力を略一定にできるので、所定の駆動効率を発揮でき、オンの継続により被駆動体の移動速度も緩やかに増加するので、目標応答時間を短縮できる。

さらに、駆動信号のオンを継続するのは、被駆動体が位置出し開始位置に到達するまでとし、それ以降は、目標位置に向かって、被駆動体を微動送りする構成（微動送り工程）とした。この微動送り工程は、位置出し開始位置から目標位置までを複数に区切り、複数の各制御位置に達したか否かを基準に被駆動体を送る微動送りを実施するもので、圧電アクチュエータの駆動原理による特長、すなわち、超音波振動により、微小な位置間隔で被駆動体を送ることが可能であるとともに、圧電素子自体が振動するため応答速度が速いことを生かしたものである。
このような微動送り工程でも、駆動信号のオンオフによる制御を実施するので、低速にして位置出しする場合などと比べて、磨耗の点で有利であるとともに、規定のオン出力により所定の駆動性能を発揮できるので、目標応答時間を短くできる。
また、オン時に規定の出力で圧電アクチュエータを駆動して被駆動体を送った後のオフ時、被駆動体は振動体との摩擦により速度低下して停止に向かうが、被駆動体が制御位置に達すると、到達を判定する位置が次の制御位置に移るので、再び、オン出力により被駆動体が微動送りされる。このような微動送りを制御位置の数に応じて繰り返し、被駆動体を目標位置に徐々に近付けることができるので、振動体および被駆動体の発振を防止できるとともに、たとえ発振が生じた場合であっても、発振が収束するまでの時間を短縮できる。これにより、被駆動体を目標位置に停止させることが容易となり、位置精度を高くできる。
そして、オフ時にも振動体および被駆動体は慣性により駆動するので、速度制御を始終実施する場合などと比べて、低電力化できる。

制御位置は、少なくとも、位置出し開始位置と目標位置との間の位置と、目標位置との２箇所に設定される。この場合、目標位置である制御位置の次の制御位置はないので、当該制御位置に被駆動体が到達した時点で、位置制御を終了する。
なお、目標位置を入れずに、位置出し開始位置と目標位置との間で複数の制御位置を設定しても勿論よい。
さらに、位置出し開始位置と制御位置とは、圧電アクチュエータ駆動のオンオフを行うという点では、同様に構成できるので、回路やソフトウェアの構成を簡略にできる。
また、制御位置が設定される数は、（位置出し開始位置から目標位置までの距離／被駆動体の位置を検出するセンサの最小分解能）の値以下とすることが好ましく、各制御位置の値は、センサの最小分解能で離散的な数値で量子化することが好ましい。

この発明によれば、制御位置に応じて複数の制御器に位置制御手段の構成を分けることにより、制御位置のパラメータを各制御器に与えるだけで、これらの制御器の構成を略同様に構成できる。部品としての制御器の共通化を図ることができ、回路やソフトウェアの設計などを簡略化できる。

本発明の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置では、前記振動体は、複数の振動モードで振動し、前記駆動信号は、単相であることが好ましい。
この発明によれば、単相の駆動信号の供給により圧電素子を複数の振動モードで駆動するので、多相の駆動信号を用いる場合と比べて、構成を簡略にできる。
例えば、矩形板状とした振動体が縦一次振動と屈曲二次振動とを励振する場合、これら縦振動と屈曲振動との位相差により、振動体の一部における楕円運動を実現し得る単相の駆動信号の印加により、簡略な構成で、ロータなどの被駆動体を高効率で駆動できる。

本発明の電子機器は、圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータで駆動される被駆動体と、前述の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、前述の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置を備えたことにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。
すなわち、磨耗を格段に低減できるから、長寿命な製品を提供できる。また、圧電アクチュエータの交換などの回数を減らし、メンテナンス性を向上させることができる。
さらに、位置精度が高く、また、速度制御する構成を不要にできる簡略な構成であるから、低コスト化できる。そして、駆動効率の高さにより、目標応答時間の高速化を実現できる。
なお、電子機器としては、プリンタ、カメラ、携帯電話、携帯情報端末、可動玩具、顕微鏡、望遠鏡などを例示できる。

本発明の電子機器は、計時部と、前記計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることが好ましい。

この発明によれば、前述の圧電アクチュエータにより、計時部を構成する歯車や、計時情報表示部を構成する指示部材等を正確に位置出しして駆動することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
加えて、圧電アクチュエータにおける利点、すなわち、磁気の影響を受けない、小型薄型化に有利、高トルクなどを実現できる。

本発明の電子機器は、紙送り手段を備えたプリンタであり、前記被駆動体は、前記紙送り手段が有するローラであることが好ましい。

位置決め精度が要求されるプリンタの紙送り手段におけるローラを駆動するために本発明を用いることにより、本発明による効果をより大きいものにできる。

なお、前述した圧電アクチュエータの位置制御駆動装置は、ハードウェアで実現することもできるが、制御プログラムを用いて実現することもできる。
この制御プログラムでは、前述の位置制御駆動装置に組み込まれたコンピュータを、制御手段、位置制御手段、位置検出手段などとして機能させればよい。
このように構成すれば、前述の位置制御駆動装置と同様の作用効果を奏することができる。
ここで、この制御プログラムは、ネットワークなどを介してコンピュータに組み込んでもよいし、当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を介して組み込んでもよい。
このような記録媒体やインターネット等の通信手段で提供される制御プログラム等を時計や携帯機器、プリンタ等に組み込めば、プログラムの変更のみで前述の作用効果を実現でき、工場出荷時あるいは利用者が希望する制御プログラムを選択して組み込むこともできる。この場合、プログラムの変更のみで制御方式の異なる各種の電子機器を製造できるため、部品の共通化等が図れ、モデル展開時の製造コストを大幅に低減できる。

本発明によれば、位置制御性能を高くできるとともに、構成を簡略にでき、さらに、磨耗を格段に低減できる。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［１．全体概略構成］
図１は、本実施形態に係るプリンタ１の概略図である。プリンタ１は、印刷用紙を収容する引き出し式の用紙トレイ２と、印刷された紙ＰＰを受け取る出力トレイ３と、筐体４内部に設置され、紙送り手段を構成するローラ５とを備える。
ローラ５は、用紙トレイ２内の紙を図示しない印刷駆動部に送るものである。

［２．紙送りローラの駆動機構］
ローラ５を駆動する駆動機構は、圧電アクチュエータ（超音波モータ）２０と、この圧電アクチュエータ２０によって回転駆動される被駆動体としてのロータ３０と、ロータ３０の回転を減速しつつ伝達する減速輪列４０とを備えて構成されている。
減速輪列４０は、ロータ３０と同軸に配置されてロータ３０と一体的に回転する歯車４１と、この歯車４１に噛合し、かつ、ローラ５の回転軸に固定された歯車４２とで構成されている。
なお、圧電アクチュエータ２０と、ロータ３０および歯車４１は、図２，３に示すように、圧電アクチュエータユニット１０としてユニット化されている。

［３．圧電アクチュエータユニットの構成］
圧電アクチュエータユニット１０は、筐体４のフレーム等に固定される支持プレート１１と、支持プレート１１に固定された圧電アクチュエータ２０と、支持プレート１１に回転自在に取り付けられたロータ３０および歯車４１とを備えて構成されている。
なお、歯車４１の回転数は、歯車４１の上方に配置された位置センサ（ロータリエンコーダ）１５によって検出可能に構成されている。位置センサ１５の最小分解能は、本実施形態では、０．２５Ｃｏｕｎｔである（１Ｃｏｕｎｔ＝７２０ｄｐｉ(dot per inch・インチ当りドット数)である場合）。

支持プレート１１は、軽量化のために孔１２が形成されており、かつ、ネジ等の固定部材１３によって地板などに固定されている。また、支持プレート１１には圧電アクチュエータ２０が取り付けられるスペーサ１４が固定されている。

［４．圧電アクチュエータの構成］
圧電アクチュエータ２０は、図２、図３に示すように、略矩形板状の補強板２１と、補強板２１の両面に接着された圧電素子２２とからなる振動体２０Ａを備えている。
補強板２１の長手方向略中央には、両側に突出する腕部２３が形成されており、これらの各腕部２３がビス２４によって前記スペーサ１４に固定されている。なお、腕部２３を備える補強板２１は、導電性金属で構成されており、腕部２３は圧電素子２２に駆動信号を印加するための電極としても利用されている。
補強板２１の長手方向一方の端部、具体的にはロータ３０に対向する端部には、補強板２１の長手方向に沿って突出する突起２５が形成され、突起２５は、ロータ３０の側面に当接されている。この突起２５は、ロータ３０の外周面に対して所定の力で当接するように、ロータ３０との相対位置が設定された状態で、ばねなどの任意の付勢手段によって付勢されており、突起２５とロータ３０側面との間に適切な摩擦力が働くことで、振動体２０Ａの振動が効率良くロータ３０に伝達されるようになっている。
なお、振動体２０Ａの突起２５の側面および、ロータ３０の側面は、摩擦力を一定とするため鏡面仕上げが施されている。

なお、本実施形態では、ロータ３０の外周面には溝３１（図２）が形成され、この溝３１部分に突起２５が配置されている。この溝３１によって、圧電アクチュエータ２０に衝撃が加わった際に、突起２５がロータ３０の当接面から外れないようにガイドすることができる。

圧電素子２２は、略矩形板状に形成され、補強板２１両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子２２の両面には、めっき、スパッタ、蒸着等によって電極が形成されている。
なお、圧電素子２２の補強板２１側の面には、その全面に１つの電極が形成され、この電極に接触する補強板２１および腕部２３を介して位置制御駆動装置５０（図４）に電気的に接続されている（図４中、Ｎ参照）。
また、圧電素子２２の表面側の面には、図３に示すように、５つに分割された電極が形成されている。すなわち、圧電素子２２の表面側の電極は、圧電素子２２の幅方向にほぼ三等分され、その中央の電極によって駆動電極２２１が形成されている。また、駆動電極２２１の両側の電極は、圧電素子２２の長手方向にほぼ二等分され、圧電素子の対角上でそれぞれ対となる駆動電極２２２および駆動電極２２３が形成されている。
これらの駆動電極２２１，２２２，２２３はそれぞれリード線などによって位置制御駆動装置５０に接続され（図４中、Ｐ１〜Ｐ３参照）、補強板２１（図４中、Ｎ参照）との間で電圧が印加される。なお、位置制御駆動装置５０における電源は、駆動電極２２１と補強板２１との間の電圧印加用と、駆動電極２２２と補強板２１との間の電圧印加用と、駆動電極２２３と補強板２１との間の電圧印加用との３つ、設けられている。

このようなプリンタ１では、位置制御駆動装置５０（図４）が圧電アクチュエータ２０への単相の駆動信号を制御することにより、この駆動信号に基いて圧電素子２２が伸縮し、これに伴う振動体２０Ａの縦振動および屈曲振動により、ロータ３０は回転駆動される。
ここで、必要に応じて圧電素子２２に設けられた駆動電極２２２，２２３を使い分けることにより、ロータ３０を両方向に回転駆動することができる。
すなわち、駆動電極２２１と駆動電極２２２とを電圧印加の対象として圧電素子２２に所定の周波数で駆動信号を供給すると、圧電素子２２の伸縮により振動体２０Ａは縦振動および屈曲振動を励振し、これら縦振動と屈曲振動との位相差により、振動体２０Ａの突起２５が圧電素子２２の長手方向の中心線に対して傾斜した略楕円軌跡Ｅ（図３）を描く。この軌跡Ｅの一部で突起２５がロータ３０を押圧することによりロータ３０が順方向（図３中、矢印方向）に回転する。一方、駆動電極２２２の代わりに駆動電極２２３を電圧印加の対象として圧電素子２２に駆動信号を供給した場合には、駆動電極２２２と駆動電極２２３とは、圧電素子２２の長手方向の中心線を軸として線対称の位置関係にあるから、縦振動に対する交差方向が駆動電極２２２に電圧印加した場合とは線対称となる屈曲振動が誘発される。したがって、振動体２０Ａの突起２５の軌跡は、駆動電極２２２に電圧印加した場合とは線対称に傾斜する略楕円軌跡となり、ロータ３０は反対方向に回転駆動される。
このようなロータ３０の回転により、ロータ３０と一体の歯車４１も回転し、歯車４１の回転に伴い歯車４２が回転し、ローラ５が駆動する。そして、ローラ５の回転によって紙が送られる。
なお、振動体２２Ａの振動状態を示す検出信号は、ロータ３０の正転時には、駆動信号が印加されない駆動電極２２３を介して検出され、ロータ３０の逆転時には、駆動信号が印加されない駆動電極２２２を介して検出される。
また、位置センサ１５による歯車４１の回転数の検出を通じて、ロータ３０の回転数が検出される。

［５．圧電アクチュエータの位置制御駆動装置の構成］
次に、圧電アクチュエータ２０の位置制御駆動装置５０の構成を図４に基いて説明する。
図４において、位置制御駆動装置５０は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５１、パルスコントロール回路５２、ゲートドライバ５３、電源５４、スイッチ回路５５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５６、信号増幅器（ＡＭＰ）５７、位相差検出手段６０、制御手段としてのコントローラ６５、位置センサ１５、位置検出回路６６、位置指令値源６７、および位置制御手段である位置制御器６８とを備える。

電圧制御発振器５１は、印加される電圧によって出力する信号の周波数を可変できる発振器であり、圧電アクチュエータ２０の駆動信号を生成している。
ところで、駆動信号の周波数（駆動周波数）については、振動体２０Ａにおける縦振動の共振点と屈曲振動の共振点などを考慮して決められる。
図５（Ａ）に、振動体２０Ａにおける駆動周波数とインピーダンスとの関係を示し、図５（Ｂ）には、振動体２０Ａにおける駆動周波数と縦振動の振幅および屈曲振動の振幅との関係を示した。
図５（Ａ）に示すように、駆動周波数に対してインピーダンスが極小であって振幅が最大となる共振点が二点現れ、これらのうち周波数の低い方が縦振動の共振点、高い方が屈曲振動の共振点となる。
すなわち、縦振動の縦共振周波数ｆｒ１と屈曲振動の屈曲共振周波数ｆｒ２との間で振動体２０Ａを駆動すると、縦振動および屈曲振動双方の振幅が確保され、圧電アクチュエータ２０は高効率で駆動する。なお、縦共振周波数ｆｒ１と屈曲共振周波数ｆｒ２とを互いに近接させることで、縦振動および屈曲振動の振幅がより大きくなる駆動周波数を設定することができる。

図４に戻り、パルスコントロール回路５２は、電圧制御発振器５１で生成された駆動信号を制御するものであり、後述するスイッチ回路５５の切替タイミングを制御して貫通電流を抑制するためのデットタイムを生成するデットタイム生成回路５２１と、ロータ３０の回転方向を切り替えるとともに、その指令値を出力する正逆回転回路５２２および電流制御回路５２３と、駆動信号の周期にデットタイムを挿入して駆動信号のデューティを規定する電流制限回路５２４とを有して構成されている。

ゲートドライバ５３は、パルスコントロール回路５２から出力された駆動信号に基いてスイッチ回路５５のオンオフを制御するドライブ回路であり、本実施形態では２つの第１ゲートドライバ５３Ａ、第２ゲートドライバ５３Ｂを備えている。
そして、パルスコントロール回路５２から第２ゲートドライバ５３Ｂに入力される駆動信号はインバータ（ＮＯＴ回路）ＩＶを経由し、第１ゲートドライバ５３Ａに入力される駆動信号とは反転した信号となっている。
電源５４は、本実施形態では、ロータ３０の正逆回転時に使用される第１電源５４１と、ロータ３０の正回転時のみ使用される第２電源５４２と、ロータ３０の逆回転時のみ使用される第３電源５４３とからなり、これらの第１、第２、第３電源５４１，５４２，５４３により、圧電アクチュエータ２０に対して電源ＶＤＤおよびＶＳＳ間の電位差の電圧、または電源ＶＤＤおよびＧＮＤ間の電位差の電源電圧が印加される。

スイッチ回路５５は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるスイッチ５５１，５５２，５５５，５５７と、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるスイッチ５５３，５５４，５５６，５５８とで構成されている。これらの各スイッチ５５１〜５５６は、第１ゲートドライバ５３Ａ、第２ゲートドライバ５３Ｂによってゲートに加えられる電圧が制御されることで、オンオフ制御されている。
なお、第２ゲートドライバ５３Ｂは、正逆回転回路５２２に接続されており、ロータ３０の正回転時には、スイッチ５５２，５５３（図４中、Ｐ１）およびスイッチ５５５，５５６（Ｐ２）のみを駆動する。
すなわち、ロータ３０の正回転時には、スイッチ５５１，５５４を駆動する第１ゲートドライバ５３Ａと、スイッチ５５２，５５３（Ｐ１）およびスイッチ５５５，５５６（Ｐ２）を駆動する第２ゲートドライバ５３Ｂとは、互いに反転した駆動信号で動作するため、同じＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５１，５５２は、一方のスイッチ５５１がオンされている場合には他方のスイッチ５５２はオフされる。なお、同じＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５１，５５５についても同様である。
また、同様に、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５３，５５４は、一方のスイッチ５５３がオンされている場合には他方のスイッチ５５４はオフされる（ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５６，５５４についても同様）。
また、直列に接続されたスイッチ５５１，５５４は、一方がオンの場合、他方がオフされる。同様に、直列に接続されたスイッチ５５２，５５３、あるいは、スイッチ５５５，５５６も、一方がオンの場合、他方がオフされる。
これらのスイッチ５５１〜５５４（あるいはスイッチ５５１，５５５，５５６，５５４）は、第１ゲートドライバ５３Ａ、第２ゲートドライバ５３Ｂにより、圧電素子２２に対してブリッジ接続され、ブリッジの対角に位置する一対のスイッチ５５１，５５３（またはスイッチ５５１，５５６）で構成されるスイッチ回路と、他の一対のスイッチ５５２，５５４（またはスイッチ５５５，５５４）で構成されるスイッチ回路とは、交互にオンオフ制御される。これにより、電源５４によって印加される所定の電源電圧が交番する矩形波電圧に変換され、圧電アクチュエータ２０に印加される。すなわち、第１電源５４１および第２電源５４２により、駆動電極２２１，２２２と補強板２１（図２）との間で圧電素子２２に交流電圧が印加され、ロータ３０は順方向に回転する。

一方、ロータ３０の逆回転時には、第２ゲートドライバ５３Ｂは、スイッチ５５５，５５６（Ｐ２）の代わりにスイッチ５５７，５５８（Ｐ３）を駆動し、スイッチ５５１，５５２，５５３，５５４（またはスイッチ５５１，５５７，５５８，５５４）が、圧電素子２２に対してブリッジ接続され、スイッチ５５１，５５３（およびスイッチ５５１，５５８）で構成されるスイッチ回路と、スイッチ５５４，５５２（またはスイッチ５５４，５５７）で構成されるスイッチ回路とが、交互にオンオフ制御される。すなわち、第１電源５４１および第３電源５４３により、駆動電極２２１，２２３と補強板２１（図２）との間で圧電素子２２に交流電圧が印加され、ロータ３０が逆方向に回転する。

なお、各スイッチ５５１〜５５８のオンオフを切り替える際に、直列に接続されたスイッチ５５１，５５４や、スイッチ５５２，５５３（あるいはスイッチ５５５，５５６やスイッチ５５７，５５８）が同時にオンとなってしまうと、貫通電流が流れてしまう。この貫通電流は、圧電アクチュエータ２０の駆動動作に利用されないために消費電力の浪費になり、かつ、スイッチ素子の焼き付け等の原因となってしまう。このため、パルスコントロール回路５２において、一方のスイッチがオフされてから、所定時間（デットタイム）経過後に他方のスイッチをオンすることで、貫通電流を防止している。

バンドパスフィルタ（単峰フィルタ）５６は、圧電アクチュエータ２０の振動状態に基いて、検出される検出信号を、所定の周波数範囲に含まれる周波数の検出信号だけ通過させ、それ以外の周波数の信号を減衰させるフィルタである。
なお、検出信号は、ロータ３０の正転逆転に応じて、駆動信号が供給されない駆動電極２２２、駆動電極２２３のいずれかを通じて（図４のＰ２，Ｐ３参照）検出される。ここで、検出信号は、腕部２３（図４中、Ｎ）における電位を基準信号として、この基準信号に対する駆動電極２２２の電位の差、あるいは基準信号に対する駆動電極２２３の電位の差、つまりは、腕部２３に対する駆動電極２２２，２２３の差動信号により検出される。
バンドパスフィルタ５６を通過した検出信号は、信号増幅器５７で増幅される。

位相差検出手段６０は、位相制御器６１、位相シフト器６２、位相比較器６３、およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）６４を備えて構成されている。
位相制御器６１は、検出信号の２周期ごとに、位相シフト器６２に制御信号を出力し、これに応じて位相シフト器６２は、予め設定された最適位相差分、検出信号の位相をシフトする。

位相比較器６３は、位相シフト器６２から出力された検出信号の位相と、電圧制御発振器５１から出力された駆動信号の位相とを比較し、その位相差を出力する。ここで、前述の通り、位相シフト器６２は、検出信号の位相を、最適位相差分だけシフトしており、位相比較器６３の出力が零に近づくほど最適位相差に近づいていることになる。

ローパスフィルタ６４は、所定の周波数以下の周波数の信号だけ通過させ、所定の周波数以上の周波数の信号は減衰させるフィルタであり、積分回路として機能する。
以上の位相差検出手段６０によれば、位相シフト器６２でシフトされた検出信号の位相と駆動信号の位相との差分、すなわち最適位相差との偏差（大小）がローパスフィルタ６４を介してコントローラ６５に出力される。
コントローラ６５は、入力された最適位相差との偏差を解消するように、電圧制御発振器５１に電圧信号を出力する。

位置検出回路６６は、位置センサ１５により検出される回転数を通じてロータ３０の位置を検出する。
位置指令値源６７には、プリンタ１外部から入力された印刷指示情報における紙送り量が、図示しない印刷駆動制御部を介して与えられ、位置指令値源６７は、その紙送り量を指令値として位置制御器６８に出力する。なお、図示しない印刷駆動制御部において、印刷指示情報における紙送り量は位置センサ１５の出力値（Ｃｏｕｎｔ）に変換される。

そして、図６は、位置制御器６８の回路構成図である。
位置制御器６８は、位置検出回路６６で検出された位置Ｃと、位置指令値源６７から出力された位置指令値Ｒとに基いて、コントローラ６５に対してオンオフの操作信号（操作量Ｕ）を出力するものである。この位置制御器６８は、位置センサ１５および位置検出回路６６を通じて入力されるロータ３０の位置Ｃを指令値Ｒから差し引く第１減算器６８Ａと、位置制御時に順次使用される９つの制御器６８０〜６８８と、制御器６８０〜６８８の出力を積算する加算器６８Ｂと、上限１、下限−１で出力を制限するリミッタ６８Ｃと、操作量増幅器６８Ｄとを有する。

制御器６８０は、第１減算器６８Ａの出力からＮｋを差し引く第２減算器６８０Ａと、「１」、「０」、「−１」のいずれかを出力するコンパレータ６８０Ｂと、上限１、下限０で出力を制限するリミッタ６８０Ｃと、反転回路６８０Ｄと、待機時間である遅延時間Ｚｋを計時するタイマーとして機能する遅延回路６８０Ｅと、論理積回路（アンド回路）６８０Ｆと、乗算器６８０Ｇと、制御量増幅器６８０Ｈとを有し、制御量増幅器６８０Ｈの出力Ｇｋを加算器６８Ｂに出力する。
なお、制御器６８１〜６８８もこの制御器６８０と略同様に構成され、それぞれ、制御量ゲインＧ１〜Ｇ８に応じた制御量増幅器６８１Ｈ・・・６８８Ｈの出力Ｏｐ１〜Ｏｐ８を加算器６８Ｂに出力する。

［６．圧電アクチュエータの駆動における位置制御］
次に、圧電アクチュエータ２０の位置制御駆動装置５０による作用について、前掲の図６と、図７および図８のフローチャートと、図９および図１０に示すタイミングチャートとを参照して説明する。位置制御駆動装置５０は、圧電アクチュエータ２０の駆動によりロータ３０を位置出しする位置制御器６８に特徴を有するから、以下では、この位置制御器６８を中心に説明する。

図７は、圧電アクチュエータ２０の起動時、位置制御器６８における各種パラメータを初期化する初期設定工程Ｐ０を示す。初期設定工程Ｐ０は、モードを設定する工程（ステップＳ０１）と、各種の設定値を初期化する工程（ステップＳ０２）とを備える。
モード設定工程Ｓ０１では、ロータ３０の正回転によりローラ５を紙送り方向（正方向）だけでなく戻し方向（逆方向）にも回転させる正逆転モードか、紙送り方向（正方向）にだけ回転させる正回転モードかを図示しないメモリにセットする。本実施形態では、正逆転モードをセットする。
そして、設定値初期化工程Ｓ０２では、制御器数Ｋ、微動送り量Ｎｋ、操作量ゲインＧｕ、制御量ゲインＧｋ、遅延時間Ｚｋ、制御周期Ｔをそれぞれ設定する。

制御器数Ｋは、制御器６８０〜６８８のインデックスであり、本実施形態では「８」に設定する。これにより、インデックスＫは「０」から「８」までとなる。
微動送り量Ｎｋは、図６にＮ０〜Ｎ８として図示したように、制御器６８０〜６８８が制御の際に参照する制御位置を決めるためのＣｏｕｎｔ値である。位置制御器６８は、これらのＮ０〜Ｎ８を基準に、ロータ３０の位置出し制御を行う。
本実施形態では、Ｎ０は「９．０」、Ｎ１は「７．５」、Ｎ２は「６．０」、Ｎ３は「４．５」、Ｎ４は「３．０」、Ｎ５は「２．２５」、Ｎ６は「１．５」、Ｎ７は「０．７５」、Ｎ８は「０．０」に設定する。すなわち、Ｎ０〜Ｎ４までは１．５Ｃｏｕｎｔ刻みで、Ｎ４〜Ｎ７までは０．７５Ｃｏｕｎｔ刻みで設定する（Ｎ８は「０．０」とする）。ここで、これらのＮ０〜Ｎ８は、指令値源６７の指令値で示される目標位置に対する離れ量（距離）であり、指令値からＮ０〜Ｎ８をそれぞれマイナスして得られた各Ｃｏｕｎｔ値が、位置制御器６８において位置制御の基準とする各制御位置となる。
そして、指令値から、Ｎ０を差し引いた位置が、位置制御器６８の位置制御における位置出し開始位置となるが、これについては後述する。
なお、制御器数Ｋは、（位置出し開始位置から指令値源６７の指令値で示される目標位置までの距離）割ることの（位置センサ１５の最小分解能）の値以下、とされており、また、Ｎ０〜Ｎ８の値は、位置センサ１５の最小分解能で離散的な数値で量子化されている。

操作量ゲインＧｕは、本実施形態では「１．０」に設定する。
そして、制御量ゲインＧｋは、図６にＧ０〜Ｇ８として図示したように、増幅器６８０Ｈ・・・６８８Ｈにおける個別の制御量であるが、本実施形態では、いずれも「１．０」に設定する。
また、遅延時間Ｚｋは、図６にＺ０〜Ｚ８として図示したように、制御器６８０〜６８８に個別に設定する処理待機時間（ミリ秒（ｍｓ）単位）であり、Ｚ０〜Ｚ８の順に、「２」、「２」、「２」、「２」、「１」、「１」、「１」、「１」、「０」をそれぞれ設定する。つまり、Ｚ０〜Ｚ４までは「２」を、Ｚ５〜Ｚ７までは「１」を、そして最後のＺ８には「０」を設定する。
制御周期Ｔは、位置制御器６８における位置制御を実施するためのものであり、本実施形態では、位置センサ１５の検出周期よりも短い「０．１」ｍｓを設定する。
なお、これらの各種パラメータの値は、一例であり、駆動条件等に応じて任意の値を設定できる。
以上で初期設定工程Ｐ０を終了し、図８に示す位置制御工程Ｐ１に移行する。

位置制御工程Ｐ１は、制御器６８０により制御を実施する継続送り工程Ｐ１１（図１０）と、制御器６８１〜６８８により制御を実施する微動送り工程Ｐ１２（図１０）とを有して構成されている。なお、最後の制御器６８８によって制御を実施する目標位置停止判定工程Ｐ１３は、微動送り工程Ｐ１２に含まれる。
位置制御工程Ｐ１では、始めに、制御器６８０〜６８８に順次処理を移していくためにインデックス変数であるＫを「０」に初期化する（ステップＳ１１）。
そして、次のステップＳ１２では、クロック信号に基き、現在が制御周期Ｔで規定された制御タイミングであるか否かを判定し、制御周期Ｔが到来するまで（ＹＥＳ）、ループする。これにより、以下の処理は、制御周期Ｔごとに行われる。

制御周期Ｔが到来したら、第１減算器６８Ａにより、指令値源６７から入力される指令値Ｒ（ここでは「６０」とするが、指令値Ｒの入力ごとに、その値は変動し得る）から、位置センサ１５および位置検出回路６６を通じて入力されるロータ３０の回転位置（図６のＣ参照）を差し引き、この値を差分変数Ａに保持する（ステップＳ１３）。この差分変数Ａの値は、ロータ３０の位置から指令値Ｒで示される目標位置までの距離（回転数）を示している。
次いで、インデックスＫの値が最後の制御器６８８のインデックスである「８」ではないか否かを判定し（ステップＳ１４）、この判定でＹＥＳの場合（最後のインデックスではない場合）、ステップＳ１５に移行する。ＮＯの場合は、目標位置停止判定工程Ｐ１３に移行する（後述）。

ステップＳ１５以降は、インデックスＫに応じて、処理する制御器６８０〜６８８が選択される。当初は、インデックスＫは「０」であり、このときを例にとって説明するが、インデックスＫのカウントアップにより（ステップＳ１９）、以下のＮ０、Ｏｐ０などは適宜、読み替えが必要となる。
ステップＳ１５では、第２減算器６８０Ａにより、Ｎ０の値から差分変数Ａの値を差し引いた際の差分が「０」以下であるか否かを判定する。
ここで、当該差分が正の数であれば（ＮＯ）、ロータ３０の位置がＮ０で決まる制御位置に未達であるため、位置制御器６８の出力をオンにし（操作量Ｕは「１」）、ロータ３０を駆動する（ステップＳ１６）。この位置制御器６８の出力オンを受けて、コントローラ６５は、当該オンに応じた電圧信号を電圧制御発振器５１に出力する。これにより、駆動信号はオン時の高周波数に設定され、圧電アクチュエータ２０は高駆動効率で駆動する。
ここで、インデックスＫが「０」の場合、すなわち、位置制御のはじめの段階では、指令値Ｒ入力前におけるロータ３０の位置（図１０、制御開始位置Ｘ０）から、目標位置までの距離がＮ０（「９．０」）となる位置出し開始位置Ｘ１までの間、図９のＯｐ０に示すように、出力が継続的にオンとなる。このように、継続的にロータ３０が駆動する間は、図９、図１０に示したように、継続送り工程Ｐ１１となっており、ロータ３０が制御開始位置Ｘ０から位置出し開始位置Ｘ１に達するまでは、この継続送り工程Ｐ１１を続行する。
なお、図９では、各制御器６８０〜６８８の各出力Ｏｐ０〜Ｏｐ８を示し、図１０では、位置制御器６８からコントローラ６５に出力する操作信号の出力（０または１である操作量Ｕ）を示した。

一方、ステップＳ１５における差分が「０」以下であり、ＹＥＳとなったら、ロータ３０がＮ０で決まる位置出し開始位置Ｘ１に達したことになり、操作量Ｕを「０」として位置制御器６８の出力を一旦オフとする（ステップＳ１７）。これにより、コントローラ６５は、当該オフに応じた電圧信号を電圧制御発振器５１に出力し、駆動信号がオフとなって圧電アクチュエータ２０は非駆動状態となる。
駆動信号はオフの状態であり、このオフ時にも、制御周期Ｔが到来してステップＳ１２でＹＥＳと判定されるごとに、ステップＳ１４、Ｓ１５を通るが、遅延回路６８０Ｅにより、遅延時間Ｚ０が経過するまで処理待機の状態とする（ステップＳ１８）。この待機中、慣性力は小さいものの、ロータ３０が回転し、突起２５との摩擦によって、直に、停止に向かう（図１０におけるＲ０参照）。
そして、遅延時間Ｚ０の経過により、ステップＳ１８を終了し、インデックスＫを１つカウントアップする（ステップＳ１９）。
以上で継続送り工程Ｐ１１（図１０）を終了し、次の微動送り工程Ｐ１２（図１０）に移行する。

微動送り工程Ｐ１２では、インデックスＫが「１」〜「７」である間、制御器６８１〜６８７により、前述したステップＳ１２〜Ｓ１９を繰り返す。すなわち、ステップＳ１５では、Ｎ１〜Ｎ７に基いて判定が行われ、前述と同様に、ロータ３０位置がＮ１〜Ｎ７で決まる制御位置に未達である場合は（ＮＯ）、操作量Ｕを本実施形態では「１」として位置制御器６８の出力をオンにし、ロータ３０を駆動する（ステップＳ１６）。
一方、ステップＳ１５において、ロータ３０がＮ１〜Ｎ７で決まる制御位置に達したら、操作量Ｕを「０」として位置制御器６８の出力をオフとする（ステップＳ１７）。
このような位置制御により、制御器６８１〜６８７から、図９に示すように、Ｏｐ１〜Ｏｐ７が順次出力され、これを受けて、図１０に示すように、ロータ３０の位置（Ｃｏｕｎｔ）は微小な間隔で移動し、次第に目標位置Ｘ２に近づく。このような微動送りは、圧電アクチュエータ２０の応答性の良さと、振動でロータ３０を駆動する駆動原理によって、可能となる。

こうして、制御器６８１〜６８７による微動送りの最後で、インデックスＫはカウントアップされ（ステップＳ１９）、インデックスＫは「８」となるので、ステップＳ１４でＮＯ、すなわち最終インデックスと判定されて、次のステップＳ２１以降、微動送り工程Ｐ１の最終工程である目標位置停止判定工程Ｐ１３を実施する。
目標位置停止判定工程Ｐ１３では、制御器６８８による制御を実施する。この制御器６８８において、遅延時間Ｚ８は「０．０」であるため、本実施形態ではステップＳ２１を通過し、モードを判定する（ステップＳ２２）。なお、Ｚ８の値は「０．０」に限らず、ロータ３０の慣性が大きい場合にはＺ８に設定する値を大きくすることにより、発振をより効果的に防止できる。
ここで、前述の初期設定工程Ｐ０において、正逆転モードが設定されているため、ステップＳ２２からステップＳ２３に進み、ステップＳ１３で得られた差分変数ＡからＮ８（「０．０」）を差し引いた際の差分に基き、ロータ３０を収束させて目標位置Ｘ２に位置付けるための微調整を行う。なお、モードが正転モードであり、ステップＳ２２でＮＯと判定される場合については、後述する。

ステップＳ２３において、当該差分が正、すなわちロータ３０の位置が目標位置Ｘ２に未達であれば（ＹＥＳ）、操作量Ｕを「１」として位置制御器６８の出力をオンとする（ステップＳ２４）。一方、次のステップＳ２５において、当該差分が負、すなわちロータ３０の位置が目標位置Ｘ２を超えたと判定された場合は（ＹＥＳ）、操作量Ｕを「−１」として位置制御器６８の出力を逆回転時のオンとする（ステップＳ２６）。この位置制御器６８のマイナス出力を受けて、正逆回転回路５２２が第２ゲートドライバ５３Ｂに指令値を出力し、ロータ３０は逆方向に回転する。
そして、これらステップＳ２３，Ｓ２５でロータ３０の位置が目標位置Ｘ２に未達とも、超えたとも判定されなければ、操作量Ｕを「０」とし（ステップＳ２７）、最終的に、目標位置Ｘ２にロータ３０が停止したかを確認して（ステップＳ２８）、位置制御を終了する。

一方、目標位置Ｘ２に未達であると判定されてステップＳ２４が行われた後、あるいは、目標位置Ｘ２を越えたと判定されてステップＳ２６が行われた後、あるいは、ステップＳ２８で目標位置Ｘ２のロータ３０が停止したと判定されない場合は、ステップＳ１２まで戻り、次の制御周期Ｔで、ステップＳ１３、Ｓ１４を経て、目標位置停止判定工程Ｐ１３に進み、再度、ステップＳ２３〜Ｓ２８で目標位置Ｘ２に停止しているか否かの確認を行う。こうして、最終的に、ロータ３０を目標位置Ｘ２に停止させる。
図９および図１０に示した例では、ステップＳ２３でロータ３０の位置が未達と判定されており、制御器６８８は図９に示すＯｐ８を出力して、位置制御器６８の出力はオンとなり、ロータ３０は微動送りされる（図１０のＲ８参照）。この後、目標位置停止判定工程Ｐ１３において、ロータ３０は目標位置Ｘ２に収束する。

ここで、図９、図１０のタイミングチャートは一例であって、位置制御駆動装置５０により図８のフローに沿って同様に制御した別の場合のタイミングチャートを図１１、図１２に示す。
この例では、図１２に示すように、継続送り工程Ｐ１１におけるロータ３０速度が大きく、位置出し開始位置Ｘ１への到達により、一旦、駆動がオフされた後に収束する位置（図１２のＲ０参照）が図１０に示したＲ０の位置よりも目標位置Ｘ２に近くなっている。そして、インデックスＫが「５」までの制御器６８０〜６８５による処理により、ロータ３０の位置が、Ｎ６で決まる制御位置（指令値「６０」引くことのＮ６「１．５」により、５８．５Ｃｏｕｎｔ）に既に達する。そのため、制御器６８６では、ステップＳ１５でＹＥＳと判定されることなく、常にＮＯとなり、遅延時間Ｚ６を待つことになる（ステップＳ１８）。

この後、制御器６８７に制御が移ると、ロータ３０の位置がＮ７で決まる制御位置（５９．２５Ｃｏｕｎｔ）に未達であるため、図１１のＯｐ７のように、オン出力がなされ、これによってロータ３０は目標位置Ｘ２に停止した。そのため、インデックスＫが「８」である目標位置停止判定工程Ｐ１３では、非駆動状態でステップＳ２３，Ｓ２５を通過することとなった。
すなわち、図１１からわかるように、制御器６８６，６８８からは、オン出力（Ｏｐ６，Ｏｐ８）がされていない。
しかしながら、この図１１、図１２に示した例でも、図９、図１０に示した例と同様に、継続送り工程Ｐ１１と微動送り工程Ｐ１２との組み合わせにより、ロータ３０を目標位置Ｘ２に正確に停止させることができる。

［７．本実施形態による効果］
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）圧電アクチュエータ２０の駆動により、ロータ３０を指令値Ｒに応じて目標位置Ｘ２に移動、停止させるにあたり、位置制御器６８によって、継続送り工程Ｐ１１および微動送り工程Ｐ１２を実施し、駆動信号のオンオフで位置制御する構成とした。このため、ロータ３０の速度制御が不要となり、ロータ３０の加減速を抑制できるので、振動体２０Ａの突起２５とロータ３０との間のすべり距離を小さくでき、磨耗を低減できる。また、速度制御ループなどが不要であるから、構成を簡略にできる。
特に、継続送り工程Ｐ１１では、位置制御器６８の出力、ひいては駆動信号を継続的にオンとしてロータ３０を略一定の出力で駆動したので、速度制御をした場合と比べて、振動体２０Ａとロータ３０との間のすべり距離を極力小さくできることになり、磨耗を格段に低減できる。これにより、磨耗による圧電アクチュエータ２０の駆動効率の低下等を防止できる。加えて、圧電アクチュエータ２０の出力を略一定にできるので、所定の駆動効率を発揮でき、オンの継続によりロータ３０の移動速度も緩やかに増加するので、ロータ３０を駆動して制御開始位置Ｘ０から目標位置Ｘ２まで紙送りするまでの目標応答時間を短縮できる。

ここで、磨耗に関する補足として、ロータ３０側面と突起２５の側面とには、前述のように鏡面仕上げが施されているが、これら表面に形成された山谷の間隔にはバラツキがあり、このような表面粗さのバラツキが大きいほど、磨耗係数が大きくなる。
そして、このように表面粗さがばらつくと、まるで紙の上を消しゴムでこするのと同様に、突起２５およびロータ３０が磨耗しやすい。
磨耗については下記式（１）で表される。この式において、磨耗量（ｍｍ^２）はＶ、磨耗係数はｋ、突起２５とロータ３０との互いの押圧による荷重（Ｎ）はＷ、突起２５とロータ３０との間のすべり距離（ｍｍ^２）はＬ、突起２５（あるいはロータ３０の側面）の材料硬さはＨである。

この式（１）により、加減速を繰り返した場合は、すべり距離Ｌが大きくなるので、磨耗が一層進行することがわかる。
すなわち、位置制御器６８では、オンオフのみを実施し、速度制御を実施しないので、加減速をできるだけ少なくでき、磨耗を防止するうえで非常に有利な構成を実現できる。

（２）さらに、駆動信号のオンを継続するのは、ロータ３０が位置出し開始位置Ｘ１に到達するまでとし、それ以降は、目標位置Ｘ２に向かって、ロータ３０を微動送りする構成（微動送り工程Ｐ１２）とした。このような微動送り工程Ｐ１２でも、駆動信号のオンオフによる制御を実施するので、低速にして位置出しする場合などと比べて、磨耗の点で有利であるとともに、規定のオン出力により所定の駆動性能を発揮できるので、目標応答時間を短くできる。
また、オンオフの出力切り替えによる微動送りをＮ１〜Ｎ７で繰り返し、ロータ３０を目標位置Ｘ２に徐々に近付けることができるので、振動体２０Ａおよびロータ３０の発振を防止できるとともに、たとえ発振が生じた場合であっても、発振が収束するまでの時間を短縮できる。これにより、ロータ３０を目標位置Ｘ２に停止させることが容易となり、位置精度を高くできる。
なお、オフ時にも振動体２０Ａおよびロータ３０は慣性により駆動するので、速度制御を始終実施する場合などと比べて、低電力化できる。

（３）また、位置制御器６８は、微動送り工程Ｐ１２の最終段階で、目標位置停止判定工程Ｐ１３を実施するので、ロータ３０が目標位置Ｘ２を超えた場合であっても、ロータ３０を逆方向に移動して目標位置Ｘ２に戻すことが可能となる。これにより、ロータ３０を目標位置Ｘ２により正確に停止させることができる。

（４）さらに、継続送り工程Ｐ１１において位置制御器６８の出力をオフとした後、このオフの状態で待機時間Ｚ０が経過するのを待ち、被駆動体の速度が極めて低下し、あるいは停止してから微動送り工程Ｐ１２に移行するので、発振が殆んど生じない。また、発振が生じたとしても、極めて短時間で収束させることが可能となる。これにより、位置精度が一層向上する。

（５）また、継続送り工程Ｐ１１でロータ３０が送られる距離は、指令値「６０」からＮ０（「９．０」）を差し引いて得られる「５１」であり、この値は、指令値「６０」に対して８５％を占めるほど大きいため、継続送り工程Ｐ１１における磨耗低減および、目標応答時間短縮の効果を、ともに大きくできる。

（６）さらに、制御器６８０〜６８８で参照されるＮ０〜Ｎ８の間隔について、Ｎ０〜Ｎ４では１．５Ｃｏｕｎｔ刻みとして大きくしたので、継続送り工程Ｐ１１で慣性力が増大するロータ３０を、出力オフの間に、振動体２０Ａとの摩擦によって停止に向かわせることができる。これにより、振動体２０Ａおよびロータ３０の発振をより良く防止できる。
そして、このようにしてロータ３０の慣性力を小さくした後は、Ｎ５〜Ｎ７において位置間隔を狭め、０．７５刻みとしたので、一層微小な送り量で微動送りすることが可能となり、発振を抑制して位置精度をより一層向上させることができる。

（７）また、位置制御器６８が複数の制御器６８０〜６８８によって構成されているため、パラメータＮ０〜Ｎ８を各制御器６８０〜６８８に与えるだけで、これらの制御器６８０〜６８８の構成を共通化できる。

（８）圧電アクチュエータ２０の圧電素子２２に供給される駆動信号の周波数が縦振動の共振周波数ｆｒ１と屈曲振動の共振周波数ｆｒ２との間にあるため、縦振動および屈曲振動の双方の振幅を大きくして、圧電アクチュエータ２０の駆動効率を向上させることができるとともに、１つの駆動信号により圧電アクチュエータ２０を駆動するため、構成を簡略にできる。
そのうえ、このように共振を利用する場合には駆動周波数の範囲が狭く、駆動周波数の
制御が困難であって、経時変化や個体差により共振点がばらつくことで駆動状態が不安定となりやすいため、位置制御駆動装置５０によって位置出し性能が確保されることの効果は大きい。

（９）プリンタ１は、圧電アクチュエータ２０の位置制御駆動装置５０を備えるので、磨耗を格段に低減でき、長寿命化する。また、メンテナンス性も向上させることができる。
さらに、位置制御駆動装置５０は、簡略な構成でありながら、位置精度が高く、また、駆動効率の高さにより、目標応答時間の高速化を実現できる。
なお、プリンタ１における駆動機構の中でも、特に位置決め精度が要求される紙送りローラを駆動するために位置制御駆動装置５０を用いた点は大きい。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略する。
前述の第１実施形態では、位置制御駆動装置５０を構成する位置制御器６８の動作モードは正逆転モードであったが、本実施形態では、位置制御器６８の動作モードは正回転モードである。これに伴い、図６に示すコンパレータ６８０Ｂは、「１」または「０」を出力し、リミッタ６８０Ｃは、上限１、下限０で出力を制限する。
また、位置制御器６８を構成する複数の制御器の出力が第１実施形態におけるものとは相違する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図１３は、本実施形態における位置制御器の制御を示すフローチャートである。また、図１４は、本実施形態における制御器の出力を示すタイミングチャートであり、図１５は、位置制御器６８の出力を示すタイミングチャートである。
本実施形態では、図７で示した初期設定工程Ｐ０において、正転モードをメモリにセットする。また、制御量ゲインＧｋについて、Ｇ０〜Ｇ４は「１．０」に、Ｇ５は「０．７５」、Ｇ６は「０．５」、Ｇ７およびＧ８は「０．２５」に設定する。すなわち、ゲイン出力を途中から０．２５ピッチで小さくしている。

本実施形態では、図１３に示すフローで制御した際に、微動送り工程Ｐ３２の途中で、ステップＳ１６における操作量Ｕが変わる。すなわち、制御量増幅器（６８５Ｈ・・・６８８Ｈ）（図６）の出力は、図１４にＯｐ５〜Ｏｐ８で示したように、ゲインＧ５〜Ｇ８に応じて順次小さくなる。これを受け、圧電アクチュエータ２０の駆動周波数も順次低くなり、ロータ３０を駆動する駆動力が小さくなる。

また、本実施形態における目標位置停止判定工程Ｐ３３では、第１実施形態とのモードの相違により、ロータ３０を逆回転させない。
すなわち、目標位置停止判定工程Ｐ３３においても、ロータ３０を収束させて目標位置Ｘ２に位置付けるための微調整を行うが、モードが正転モードであるため、前記第１実施形態のようにマイナス出力によりロータ３０を逆転させることなく、ロータ３０を正方向にのみ、微動送りする。
具体的に、ステップＳ２２で行うモード判定において、正転モードであるためＮＯと判定され、次のステップＳ２３において、ステップＳ１３で得られた差分変数ＡからＮ８（「０．０」）を差し引いた際の差分が正、すなわちロータ３０の位置が目標位置Ｘ２に未達であるとき（ＹＥＳ）、位置制御器６８の出力をオンとする（ステップＳ２４）。このステップＳ２３でＮＯのときは、操作量Ｕを「０」とし（ステップＳ２７）、目標位置Ｘ２にロータ３０が達したか否かを判定する（ステップＳ３８）。この判定をクリアすれば（ＹＥＳ）、位置制御を終了する。

一方、ステップＳ２３またはステップＳ３８で、ロータ３０の位置が目標位置Ｘ２に未達であると判定された場合は、再度、目標位置停止判定工程Ｐ３３を実施し、最終的に、ロータ３０を目標位置Ｘ２に到達させる。
ここで、前述のように、微動送り工程Ｐ１２の途中から、制御器６８５〜６８８の出力が順次小さくなるので、より小さい位置間隔でロータ３０を駆動でき、発振を極力小さくできる。このため、ロータ３０を逆転させなくても、ロータ３０を目標位置Ｘ２にほぼ正確に停止させることが可能となる。

本実施形態によれば、前述の効果に加え、次のような効果も奏する。
（１０）制御器６８０〜６８８のゲイン調整により、目標位置Ｘ２に近づくにつれて、ロータ３０を一層微小な送り量で微動送りすることが可能となるから、目標位置Ｘ２への位置精度がより一層向上する。
このため、ロータ３０を逆回転させることを不要にでき、構成を簡略化できる。
なお、本実施形態におけるＧ５〜Ｇ８のゲイン設定を第１実施形態でも採用することにより、第１実施形態における位置精度を更に向上できる。

（１１）位置制御駆動装置５０は、初期設定により、モードやゲインを変えることが可能であるため、位置精度が求められるときには正逆転モードとするなど、目的、用途、負荷などの駆動条件に応じて使い分けできる。

〔第３実施形態〕
前記各実施形態では、電子機器としてプリンタ１を例示したが、本実施形態では、本発明を電子時計７０に適用した例を示す。
図１６は、本実施形態に係る電子時計７０を示す平面図である。電子時計７０は、計時部としてのムーブメント７１と、通常時刻を表示するための計時情報表示部としての文字板７２、時針７３、分針７４、秒針７５のほか、クロノグラフ時間を示すクロノグラフ秒針７６Ａ、クロノグラフ分針７６Ｂを備えた腕時計（ウォッチ）である。電子時計７０のケースには、りゅうず７７と、りゅうず７７を挟んでクロノグラフの操作ボタン７８Ａ，７８Ｂとが設けられている。

時針７３、分針７４、秒針７５は、通常のアナログクォーツと同様のものであって、水晶振動子が組み込まれた回路基板と、コイル、ステータ、ロータを有するステッピングモータと、駆動輪列と、電池とによって駆動される。

クロノグラフ秒針７６Ａを駆動する駆動機構は、圧電アクチュエータ２０と、ロータ３０と、減速輪列４０とを備えて構成されている。
減速輪列４０の歯車４２は、クロノグラフ秒針７６Ａの回転軸に固定されている。
また、圧電アクチュエータユニット１０の支持プレート１１は、電子時計７０の地板に固定されている。

本実施形態も、図４に示した位置制御駆動装置５０を備え、操作ボタン７８Ａの操作により、圧電アクチュエータ２０および位置制御駆動装置５０が起動されると、図８のフローに沿って、ロータ３０が前述と同様に位置決めされる。
ここで、ロータ３０の回転に伴い、歯車４１、歯車４２が順次回転し、クロノグラフ秒針７６Ａを駆動できるので、クロノグラフ秒針７６Ａの運針を正確なものにできる。

本実施形態によれば、前述の効果に加え、次のような効果も奏する。
（１２）位置制御駆動装置５０による圧電アクチュエータ２０の駆動により、クロノグラフ秒針７６Ａを正確に位置出しして駆動することが可能となり、信頼性を向上させることができる。

（１３）通常、電子時計７０における駆動手段はステッピングモータであるが、位置制御駆動装置５０による運針の正確さから、このステッピングモータを圧電アクチュエータ２０に置き換えることが可能となる。これにより、電子時計７０の一層の薄型化が実現できるとともに、圧電アクチュエータ２０はステッピングモータよりも磁性の影響を受けにくいことから、電子時計７０の高耐磁化をも図ることができる。

〔本発明の変形例〕
本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、各種の変形や改良が許容される。
前記各実施形態における位置制御駆動装置５０は、位相差検出手段６０を備えていたが、これを備えず、位相差フィードバック制御を実施しなくてもよい。
また、前記各実施形態では、共振周波数を基に駆動信号の周波数を設定していたが、これに限らず、共振を利用せずに駆動信号を決めてもよく、また、駆動周波数の制御によって圧電アクチュエータを駆動するほか、ＰＷＭ制御や、電圧可変制御によって圧電アクチュエータを駆動することも検討できる。

なお、前記各実施形態では、操作量ゲインＧｕは「１．０」に設定されていたが、これに限らず、任意の値を設定可能である。さらに、制御量ゲインＧ０〜Ｇ８についても、適宜設定でき、これらゲインＧｕ、Ｇ０〜Ｇ８の設定値に応じて、操作量Ｕのオン時の値が変わる。
そして、前記各実施形態では、９つの制御器６８０〜６８８により位置制御手段が構成されていたが、位置制御手段の構成はこれに限られない。ここで、制御位置の数も、前記各実施形態のように、Ｎ１〜Ｎ８の８つに限らず（位置出し開始位置Ｘ１を含めると９つ）、好ましくは、（位置出し開始位置から目標位置までの距離／被駆動体の位置を検出するセンサの最小分解能）の値以下で設定する。

本発明は、前記各実施形態の電子時計やプリンタに適用されるものに限らず、各種の電子機器に適用可能であり、特に小型化が要求される携帯用の電子機器にも、好適である。
ここで、各種の電子機器としては、時計機能を備えた電話、携帯電話、非接触ＩＣカード、パソコン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、カメラ等が例示できる。
また、時計機能を備えないカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話等の電子機器にも適用可能である。これらカメラ機能を備えた電子機器に適用する場合には、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明の駆動手段を用いることができる。
さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、自動車等のインパネ（instrumental panel）のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、乗り物並びに人形などの可動玩具類の駆動機構および姿勢補正機構、超音波モータ等に本発明の位置制御駆動装置を用いてもよい。

また、前記実施形態では、圧電アクチュエータ２０を電子時計７０の時刻を示す指針の駆動に用いていたが、これに限らず、日付や曜を表示する機構の駆動に本発明の圧電アクチュエータを用いてもよい。本発明により、位置精度が向上するので、文字板の目盛などに対する指針の位置ズレなどを防止できる。
なお、前記各実施形態では、圧電アクチュエータの適用例として腕時計を例示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。
なお、被駆動体としては、回転駆動されるロータ、直線駆動されるリニア駆動体などを採用でき、被駆動体の駆動方向は限定されない。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の第１実施形態におけるプリンタの概略構成図。前記実施形態における圧電アクチュエータユニットの斜視図。前記実施形態における圧電アクチュエータユニットの平面図。前記実施形態における圧電アクチュエータの位置制御駆動装置の構成を示すブロック図。前記実施形態における振動体について、（Ａ）は、駆動周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は、駆動周波数と縦振動および屈曲振動の振幅との関係を示すグラフ。前記実施形態の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置が備える位置制御器の構成を示す図。前記実施形態の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置における初期設定工程を示すフローチャート。前記実施形態の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置における継続送り工程および微動送り工程を示すフローチャート。前記実施形態における位置制御器に含まれる各制御器の出力を示すタイミングチャート。前記実施形態における位置制御器の出力と、ロータの位置とを示すタイミングチャート。前記実施形態における位置制御器に含まれる各制御器の出力を示すタイミングチャートで、図９とは別の例を示す。前記実施形態における位置制御器の出力と、ロータの位置とを示すタイミングチャートで、図１０とは別の例を示す。本発明の第２実施形態における圧電アクチュエータの位置制御駆動装置における継続送り工程および微動送り工程を示すフローチャート。前記実施形態における位置制御器に含まれる各制御器の出力を示すタイミングチャート。前記実施形態における位置制御器の出力と、ロータの位置とを示すタイミングチャート。本発明の第３実施形態における時計の外観図。駆動信号の周波数掃引時の位相差、ロータの回転数（駆動量）、電流値の変化を示すグラフ。

符号の説明

１・・・プリンタ（電子機器）、５・・・ローラ、１５・・・位置センサ（位置検出手段）、２０・・・圧電アクチュエータ、２０Ａ・・・振動体、２２・・・圧電素子、３０・・・ロータ（被駆動体）、５０・・・位置制御駆動装置、６５・・・コントローラ（制御手段）、６６・・・位置検出回路（位置検出手段）、６８・・・位置制御器（位置制御手段）、７０・・・電子時計（電子機器）、７１・・・ムーブメント（計時部）、７２・・・文字板（計時情報表示部）、７３・・・時針（計時情報表示部）、７４・・・分針（計時情報表示部）、７５・・・秒針（計時情報表示部）、７６Ａ・・・クロノグラフ秒針（計時情報表示部）、７６Ｂ・・・クロノグラフ分針（計時情報表示部）、６８０〜６８８・・・制御器、Ｎ０〜Ｎ８・・・パラメータ（制御位置を決めるもの）、Ｏｐ０〜Ｏｐ８・・・出力、Ｐ１１・・・継続送り工程、Ｐ１２・・・微動送り工程、Ｐ１３・・・目標位置停止判定工程、Ｐ３２・・・微動送り工程、Ｐ３３・・・目標位置停止判定工程、Ｘ１・・・位置出し開始位置、Ｘ２・・・目標位置、Ｚ０〜Ｚ８・・・待機時間。

Claims

圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータの駆動において、前記被駆動体を所定の目標位置に停止させる位置制御駆動装置であって、
前記駆動信号の供給を制御する制御手段と、
前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、
前記制御手段の出力をオンオフで操作する操作信号を前記制御手段に入力する位置制御手段とを備え、
前記位置制御手段は、前記位置検出手段による検出に基いて前記被駆動体が前記目標位置手前の所定位置である位置出し開始位置に達したか否かを判定し、当該判定において前記被駆動体が前記位置出し開始位置に達したと判定されるまで、前記操作信号を継続的にオンとした後、前記操作信号をオフとし、
前記位置出し開始位置から前記目標位置までの間で設定された複数の制御位置それぞれについて、前記被駆動体が当該制御位置に達したか否かを判定し、当該判定において前記制御位置に達していないと判定された際は、前記操作信号をオンとし、当該判定において前記被駆動体が前記制御位置に達したと判定された際は、前記操作信号をオフとするとともに、当該制御位置の次の制御位置についての判定に移行する微動送りを実施し、
前記位置制御手段は、前記各制御位置にそれぞれ対応した複数の制御器により、構成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータの位置制御駆動装置。
請求項１に記載の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置において、
前記振動体は、複数の振動モードで振動し、
前記駆動信号は、単相である
ことを特徴とする圧電アクチュエータの位置制御駆動装置。
圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータで駆動される被駆動体と、請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータの位置制御駆動装置とを備える
ことを特徴とする電子機器。
請求項３の電子機器は、計時部と、前記計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計である
ことを特徴とする電子機器。
請求項３の電子機器は、紙送り手段を備えたプリンタであり、
前記被駆動体は、前記紙送り手段が有するローラである
ことを特徴とする電子機器。