JPS6391713A - 超音波型駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は超音波型駆動装置に関する。

〈従来技術〉 従来、２次元駆動装置として以下のタイプのものが存在
していた。

即ち平面上の直交する２袖（Ｘ軸、Ｙ軸とする）方向に
平行なガイドレールを設け、Ｘ軸に平行なガイドレール
Ｘ上をＹ軸に平行なガイドレールＹが移動し、ガイドレ
ールＹ上をＹ軸に平行に移動台が移動することにより移
動台が平面上を任意の方向に移動するもの、又Ｘ軸に平
行なカイトレール上を印字機構を搭載した移動台が移動
し、Ｙ軸に平行な方向には印字用紙が送られることによ
り移動台は印字用紙に対し相対的にＸ軸及びＹ軸方向に
移動するものがあった。

以上のようなタイプの装置が主に印字装置により用いら
れていた。

しかし、これら従来の装置はガイドレール等により規制
される固定された範囲のみしか移動台は移動できず、ま
た印字装置として使用する場合、印字速度の向上を計る
ために印字機構を搭載した移動台を複数個搭載する必要
があり機構がより複雑になった。

又、他の方法として駆動源としてタイヤもしくはキャタ
ピラのような回転駆動体と、それを駆動するモータとに
より構成し、これに印字機構を搭載したブロックがあっ
た。しかしこの方法は、高精度なサーボを行なうために
は、駆動機構を精密にかつ頑丈に作る必要が有り駆動機
構が重くなったり、あるいはコストがかかる等の欠点が
あった。

く目的〉 本発明は以上の欠点を除去すべく、移動体に複数の振動
体を異なる方向の駆動力を発生させるべく配置すること
により平面上を任意の方向へ駆動せしめる場合とした２
次元駆動装置にある。

これにより移動台はガイドレールが不要であるため、平
面が存在するところであれば任意の場所で移動できる。

したがって移動台に印字もしくは読取機構を搭載すれば
、平面上に紙を置いて印字もしくは読取機構を搭載した
移動台をその紙上にて移動させれば印字もしくは読取が
可能である。

また、平面上に複数個の移動台を置くことも容易に実現
できるので印字もしくは読取機構を搭載した移動台を紙
上にて移動させれば、印字もしくは読取機構の数が増加
した分だけ印字もしくは読取速度を速くできる。

また、本発明は構造が単純であり、又回転駆動機構を搭
載していないので装置の小形軽量化、低価格化が実現で
きる。

〈実施例〉 第１図は本発明の実施例であり平面図（ａ）と正面図（
ｂ）を示す。移動台１には３個の球２゜３．４が移動台
１と一体の球受け２’　、　３’　、　４’により回転
自在に取付けられており、移動台ｌは平面５上をあらゆ
る向きに移動可能作られている。

また、第１図（ａ）に示すように正３角形状の移動台ｌ
の各頂点部には駆動源６，７．８が互いに１２０°の角
度をなして取付けられてる。駆動源６．７．８は第１図
（ｂ）に示すごとく、駆動源の長手方向つまり矢印Ｘ方
向に伸び平面５を押すことによりその反作用として移動
台ｌは移動する。第１図（ｂ）においては駆動源６につ
いてのみ矢印Ｘを記入しているが、駆動源７，８につい
ても同様である。

駆動源６，７．８の各長手方向に伸びる時の力をベクト
ルＡ、Ｂ、Ｃであられし、平面５に平行な成分をそれぞ
れベクトルａ、ｂ、ｃで表し、平面５に垂直な成分をそ
れぞれベクトルａ１゜ｂ　１　＋　Ｃ１であられす。

移動台１を平面５上において移動させる成分は平面５に
平行な成分ａ、ｂ、ｃである。

第２図において、移動台１の重心Ｗに平面５に平行な成
分ベクトルａ、ｂ、ｃが互いに１２０゜の角度をなして
作用する状態を示している。ここでベクトルａ、ｂ、ｃ
の中から選択的にベクトルを重心Ｗに作用させれば重心
Ｗはつまり移動台１１＋革而らトルルΦｈす為−たとテ
ば重心Ｗを右へ動かすにはベクトル；のみを作用させれ
ばその反作用として重心Ｗは右へ動き、その際の作用力
は、ベクトルａに定数文（０≦交≦１）を乗じたベクト
ルｌａであられされる。また重心Ｗを下へ動かかすため
にベクトルｅを作り出すにはｂとＣを合成すればよい（
ｅ＝ｂ＋ｃ）。重心Ｗをベクトル以上説明したように１
重心ＷをあるベクトルＷで動かすにはａ、ｂ、ｃを選択
的にある定数を乗＋ｎＣ であられされる。従って重心Ｗは平面５上をあらゆる方
向にａ、ｂ、ｃを頂点として含む正六角形内の大きさの
力により駆動されることとなる。

駆動源６，７．８には一例として積層圧電素子があげら
れる、積層圧電素子はある種のセラミックに電圧を加え
ると機械的な歪みを生じる逆圧電効果を利用したもので
ある。駆動源６，７．８に電圧を加えると第１図矢印Ｘ
方向に伸び、駆動源６．７．８の先端は平面５を押し、
その反作用として移動台１は平面５上を移動する。駆動
源６゜７．８への電圧を解除すると駆動源は縮みもとの
長さとなる。駆動源に電圧が印加されてない時は駆動源
と平面５との間にはごくわずかのすきまがあり、駆動源
に電圧が印加されると駆動源は伸び駆動源の先端は平面
５を押しその反作用として移動台１は平面５上を移動す
る。駆動源が発生する力を変化させるには駆動源への印
加電圧を変化させることによる。これにより前述の式ｗ
＝、Ｑａ＋ｍｂ＋ｎｃの文、　ｍ　、　ｎを変化させる
ことができ移動台ｌをあらゆる方向へ種々の速度で動か
すことができる。

なお以上の説明には、滑らかな駆動の為に２゜３．４の
球を設けた実施例について説明したが、前記法を設けな
くても駆動は可能である。

又、駆動源を３つを１２０°の角度で配置した構成にて
説明したが、全体の構成の都合により角度は適宜選択し
て良い、又、駆動源の個数も３つ以上で構成しても良い
。

次に、駆動源６，７．８の先端の構造について述べる。

第６図は、駆動源６，７．８の先端部分の拡大図で機械
的に複合共振させ振幅を増大させる為駆動源の床面と接
触する部分にスリットを入れると良い。なお本発明にお
ける確認実験において、アルミ素材の共振円柱の先端で
床面との接触部分に厚さくｔ）＝約１ｍｍ、長さく交）
＝約５ｍｍの片を構成するよう切り込みを設け、良好な
結果をえた。又、上記切り込みを入れた、駆動源の床面
に対しての取付角度をγとすると、移動スピードに以下
の特徴があった。

γ＝８０°〜５０°では紙面上で速く、金属板上で遅く
、 γ＝３０°〜１０°では紙面上で静上、金属板上で早く
なった。

従って、取付角度は、床面により、最適な取付角度にす
るとよい。

つぎに駆動源６，７．８の駆動制御に関する一例を説明
する。

第３図は、そのブロック構成図で、１１はオペレータに
より運転指令するための指令操作部で、方向、速度の指
示をするべくキー人力、ハンドル等で入力指示する。１
２は、指令操作部１１から受けた指示信号を受信し、後
述の１３．１４゜１５〜１８、及び６，７．８を制御す
るための演算・制御回路で、マイクロコンピュータから
なる。１３は駆動源６，７．８を電気的に駆動するとき
その移動速度を制御するための回路である。

１４は１３と同様にこの駆動源を動かすときの移動方向
を決める方向制御回路である。１５は駆動源６，７．８
に組み込まれた振動子１６を駆動する高周波ドライブ回
路である。１６は６，７．８の駆動源を振動させる振動
子で、例えば前述のように圧電素子のＰＺＴ等を使用す
る。１７は機械振動−電気信号変換素子（ＰＺＴ等）で
、駆動源６．７．８に内蔵され１６で発した振動と、そ
の振動が床で反発した振動とを両方検出（振巾値検出）
して電気信号に変換し、どの程度床をたたいたかを検出
して、１２の演算中制御部にフィードバックするための
センサである。

１８は、センサ１７で検出した信号を増幅して、どの程
度の力が加わったかという情報を演算Φ制御回路１２へ
送る駆動力検出回路である。

次に、動作説明する。例えば、この装置を第１図（ａ）
に於いて、ａの方向に動かすとする、つまり、駆動源６
を前部、駆動ｒＸ７　、８を後部として設定し動かす場
合、７．８を同レベルで振動させて、これにより床をた
たけばその反作用の力でそれぞれす、ｃと逆の向きの力
が移動台ｌに加わってａの向に動く、このとき、６の駆
動源は振動をさせないでおく。この移動を止めるには、
７．８の振動を止めるだけでも止まるが７．８の振動の
余韻や、全体の動いていた慣性力で高精度にＷまらない
ことがある。従って駆動源６を振動させてブレーキとし
て作用させ進行方向と逆のべクトルを与えて急ブレーキ
をかけ、所望位置に止めることができる。又ａの上方向
に曲げて動かすには駆動ａ８の振動を止めるか、その振
動のレベルを下げ、駆動源７の振動を続けるか、振動の
レベルを強めて移動台ｌのベクトル方向を曲げて行けば
ａの上方向に動いて行く、又逆方向のａの下方向に動か
そうとする時は、７．８に対する振動の与え方を前例と
逆にすればａの下方向に動く。

速度制御回路１３は、例えば、振動子を駆動する駆動波
形の電圧レベルを制御することにより、振動のレベルを
制御して、速度を可変することができる。

又方向制御回路１４では、右方向、左方向等の指示入力
により、６，７．８の駆動源の駆動を制御して方向を制
御する。この回路１４は回路１２に含まれることも当然
考えられる。

次にセンサ１７は床からの反発力などによる振動の力で
発生した機械的振動をバイモルフセンサ等で検出して、
駆動力検出回路１８により各駆動源６，７．８がどの程
度の力で床をたたいているかを演算・制御回路１２にフ
ィードバックさせて、コンピュータプログラムにて基準
の速度か否か判定させ、基準以上のときは速度を下げる
べく又逆のときは上げるべく制御回路１３に信号を出・
力してより正確に動かす、その時に床の状態（種類、摩
擦係数、温度等）によって、駆動源に与えた振動の位相
とこの駆動源が空中に浮いて落下するまでの位相が合わ
ないと、力をロスすることになる。又、方向が定まらな
くなることもある。

従って、これを１７．１８によるフィードバックの情報
でたたいている力が最大になるようにそして、方向が定
まらなくなることのない様にＰＬＬなとの位相制御を利
用して、位相制御回路１３＝１により位相合わせする。

尚この場合意図的に所定の駆動源の位相を変えて移動方
向を変えることも可能となる。

又、第１図に於けるａ、ｃの方向の中間方向等容ａ、ｂ
、ｃ方向の間の種々の方向へ動かすために、方向制御回
路１４の制御と速度制御回路の位相・電圧制御により６
，７．８の各駆動源を各々、強弱をつけて方向を変えて
いけば、自由自在に方向を変えて動かす事ができる０例
えば、ａの方向と直角上方向に第１図の形のまま動かす
とすると、ａ、ｂ、ｃのベクトルを、センサ１７、回路
１８の駆動力検出ブロックで検出して、演算制御ブロッ
ク１２で演算をして、ａ、ｂ、ｃの合成ベクトルを求め
、現在の方向を知り、次にその情報から、各駆動源６，
７．８に制御部１３゜１４による制御をして、動くべき
方向へベクトルを与える。以上の構成により約４０ｃｍ
／ｓｅｃにて移動させることができた。

１９．２０は、移動台の位置を検出し、基準点から２次
元的に、座標を検出する回路である０例えば１９．２０
は、第１図の２．３．４の球、２’　、　３’　、　４
’の球受けの中に、第４図のような機構を設けることに
よりフォトセンサとエンコーダから得られるパルス数で
基準点からの２次元的な現在の位置を検出することがで
きる。この位置検出データ（Ｘ、Ｙ）をマイコン１２で
判定し目的位置と比較し、違っている間は、目的位置へ
の方向を求め、６〜８のドライブオンオフ制御して所望
方向へ移動せしめる。

又、タブレットの上を移動台を動かす構成とし、位置検
出用のペン等を第１図の移動台１に付けて動かしても２
次元的な位置を検出することができる０例えば第５図の
様な電磁誘導方式のタブレット上では、移動台に検出用
ペンを取付けて、タブレット上の絶対位置を検出でき、
移動台に載置した第３図の制御回路中の指示入力を基に
移動台１を自由自在に所望位置に動かすことができる。

又この移動台１上に記録用インクペンを固定することに
より、この移動に応じて所望の文字。

図形が記録でき、又移動台ｌ上に原稿読取用フォトセン
サＣＯＤによるイメージリーダを固定することにより、
移動に応じて原稿読取が可能となる。

次に他の駆動原理に基づ〈実施例について説明する。第
７ｒＡ及び第８図が上記の他の実施例の説明図で、１０
１及び１０２は振動子で閉ループ状の振動伝播板１０３
しこ取付け、１０１と１０２の振動の位相を制御し、１
０３上板波の進行波を発生させる。このユニットを第８
図のごとく、移動体に取付け、それぞれのユニットの板
波進行波を適宜制御する事により２次元駆動出来る。つ
まり、１０３ａと１０３ｃを同方向に進行波を発生させ
れば進行波の方向に直進し、又、逆方向に進行波を発生
させれば回転し、方向を変える事が出来る。又、１０３
ａ、１０３ｂ、１０３ｃ。

１０３ｄの進行波の方向及び、デユーティ−比をコント
ロールすれば、任意の方向への駆動制御が可能である。

又、以上の説明では、駆動力発生機構を移動体の重心位
置より進行方向に対して後方に設け、移動体を押して駆
動する方式について述べたが、第１図（ｃ）のごとく、
駆動力発生機構を移動体の重心位置より、進行方向に対
して前方に設けて駆動するよう配置して、移動体を引っ
張って駆動する方式にしても良い。

本発明では構造が単純であり、又回転駆動機構をもたな
いので装置の小形軽量化・低価格化を実現できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例図、第２図は移動台をあり、１
は移動台、２，３．４は球、５は平面、６．７．８は駆
動源である。 Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動体の一端に超音波型振動子を配置し、その振動子に
   より振動する駆動源を平面上で振動当接せしめて移動体
   を移動せしめることを特徴とする超音波型駆動装置。