(57)【要約】【課題】低速でも安定して駆動用圧電素子を駆動する圧電駆動装置およびその制御方法、ならびに前記圧電駆動装置を備えるロボットを提供すること。【解決手段】駆動用圧電素子を有し、前記駆動用圧電素子に駆動信号が印加されることにより振動する振動体と、前記振動体の振動により駆動される被駆動部と、目標パルスデューティー比に基づいて生成されるパルス信号を用いて前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を有する圧電駆動装置の制御方法であって、前記目標パルスデューティー比が所定値未満であるとき、前記駆動信号生成部が生成する前記駆動信号は、間欠的に生成された周期信号であることを特徴とする圧電駆動装置の制御方法。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用圧電素子を有し、前記駆動用圧電素子に駆動信号が印加されることにより振動する振動体と、
前記振動体の振動により駆動される被駆動部と、
目標パルスデューティー比に基づいて生成されるパルス信号を用いて前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を有する圧電駆動装置の制御方法であって、
前記目標パルスデューティー比が所定値未満であるとき、前記駆動信号生成部が生成する前記駆動信号は、間欠的に生成された周期信号であることを特徴とする圧電駆動装置の制御方法。
【請求項２】
前記間欠的に生成された周期信号において、間欠周期に対する出力期間の比を間欠デューティー比とするとき、
前記目標パルスデューティー比に基づいて前記間欠デューティー比が切り替わる請求項１に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項３】
前記駆動用圧電素子は、前記振動体を伸縮振動させる伸縮圧電素子、および、前記振動体を屈曲振動させる屈曲圧電素子、を含み、
前記駆動信号は、前記屈曲圧電素子に印加される屈曲駆動信号、および、前記伸縮圧電素子に印加される伸縮駆動信号、を含み、
、
前記屈曲駆動信号の前記間欠デューティー比と、前記伸縮駆動信号の前記間欠デューティー比と、が異なる請求項２に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項４】
前記伸縮駆動信号の生成に用いる前記目標パルスデューティー比を伸縮駆動目標パルスデューティー比とし、
前記屈曲駆動信号の生成に用いる前記目標パルスデューティー比を屈曲駆動目標パルスデューティー比とし、
前記伸縮駆動目標パルスデューティー比についての前記所定値を伸縮駆動所定値とし、
前記屈曲駆動目標パルスデューティー比についての前記所定値を屈曲駆動所定値とするとき、
前記屈曲駆動所定値が前記伸縮駆動所定値より大きい請求項３に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項５】
前記伸縮駆動所定値が０である請求項４に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項６】
前記間欠的に生成された周期信号において、間欠周期に対する出力期間の比を間欠デューティー比とするとき、
前記駆動信号生成部は、前記目標パルスデューティー比から換算する換算則に基づいて前記間欠デューティー比を求める請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項７】
前記目標パルスデューティー比を小さくする過程における前記所定値を第１所定値とし、
前記目標パルスデューティー比を大きくする過程における前記所定値を第２所定値としたとき、
前記第１所定値と前記第２所定値とが異なる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項８】
駆動用圧電素子を有し、前記駆動用圧電素子に駆動信号が印加されることにより振動する振動体と、
前記振動体の振動により駆動される被駆動部と、
前記駆動用圧電素子に前記駆動信号を印加する電圧制御部と、
を有し、
前記電圧制御部は、
入力される目標駆動信号に基づいて目標パルスデューティー比信号を生成するパルスデューティー比信号生成部と、
前記目標パルスデューティー比信号が示す目標パルスデューティー比のパルス信号を生成するパルス信号生成部と、
前記パルス信号を用いて前記駆動信号を生成する駆動回路と、
を備え、
前記パルス信号生成部は、
前記目標パルスデューティー比信号が示す目標パルスデューティー比と所定値とを比較して比較結果を出力する比較部と、
前記比較結果に基づいて前記パルス信号を間欠にして出力する出力部と、
を備え、
前記駆動回路は、前記間欠にした前記パルス信号を用いて、間欠的に生成された周期信号を前記駆動信号として生成することを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項９】
前記出力部は、前記目標パルスデューティー比が前記所定値未満であるとき、前記パルス信号を間欠にして出力する請求項８に記載の圧電駆動装置。
【請求項１０】
第１アームと、
関節部において前記第１アームと接続している第２アームと、
前記関節部に配置されている請求項８または９に記載の圧電駆動装置と、
を備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている超音波モーターシステムは、超音波振動子と、超音波振動子により駆動される被駆動体と、超音波振動子に駆動電圧を印加する駆動装置と、を有する。また、駆動装置は、パルス信号を出力する信号生成回路と、信号生成回路から出力されたパルス信号から正弦波に近い波形の駆動信号を生成するドライブ回路と、を有し、ドライブ回路から出力された駆動信号が超音波振動子に印加される。
【０００３】
また、超音波モーターシステムは、信号生成回路から出力される目標デューティー比信号のデューティー比を０％〜５０％の範囲内で変更することにより駆動信号の振幅を調整し、被駆動部としての被駆動体の駆動速度を制御する。具体的には、目標デューティー比信号のデューティー比を０％側に変化させることにより被駆動体が減速し、反対に、目標デューティー比信号のデューティー比を５０％側に変化させることにより被駆動体が加速する。
【０００４】
また、特許文献１に記載されている超音波モーターシステムでは、被駆動体を減速させる場合、目標デューティー比信号のデューティー比を０％側に変化させるとともに、駆動信号の周波数を超音波振動子の共振周波数側へ変化させる。反対に、被駆動体を加速させる場合、目標デューティー比信号のデューティー比を５０％側に変化させるとともに、駆動信号の周波数を超音波振動子の共振周波数から遠ざかる側へ変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８３８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の超音波モーターシステムのような構成の場合、パルス信号から生成した駆動信号により超音波振動子としての駆動用圧電素子を駆動させるため、低速ではパルス信号の波形が崩れてしまい駆動用圧電素子の駆動が不安定となる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の適用例に係る圧電駆動装置の制御方法は、
駆動用圧電素子を有し、前記駆動用圧電素子に駆動信号が印加されることにより振動する振動体と、
前記振動体の振動により駆動される被駆動部と、
目標パルスデューティー比に基づいて生成されるパルス信号を用いて前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を有する圧電駆動装置の制御方法であって、
前記目標パルスデューティー比が所定値未満であるとき、前記駆動信号生成部が生成する前記駆動信号は、間欠的に生成された周期信号であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す圧電アクチュエーターが備える振動体の電極の配置を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】駆動信号を説明するための図である。
【図８】圧電アクチュエーターの駆動状態を説明するための模式平面図である。
【図９】圧電アクチュエーターの駆動状態を説明するための模式平面図である。
【図１０】圧電モーターの電気回路図である。
【図１１】パルス信号のパルスデューティー比を説明するための図である。
【図１２】第１ＰＷＭ波形生成部および第１駆動回路を示す回路図である。
【図１３】パルスデューティー比が小さ過ぎる場合のパルス信号を示す図である。
【図１４】間欠的に生成された周期信号を含む駆動信号を示す図である。
【図１５】目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係の一例を示すグラフである。
【図１６】図１５に示す目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係に基づいてローターを駆動するとき、目標駆動信号が示す目標駆動電圧とローターの回転速度との関係の一例を示すグラフである。
【図１７】目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係の別の一例を示すグラフである。
【図１８】実施形態に係る圧電駆動装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１９】圧電モーターを備えるロボットの構成を示す概略斜視図である。
【図２０】圧電モーターを備えるプリンターの構成を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置およびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係る圧電駆動装置について説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態に係る圧電駆動装置を示す平面図である。図２は、図１に示す圧電アクチュエーターが備える振動体の電極の配置を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。図５は、図２のＣ−Ｃ線断面図である。図６は、図２のＤ−Ｄ線断面図である。
【００１２】
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軸とする。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。さらに、Ｘ軸のプラス側を「上」、Ｘ軸のマイナス側を「下」として説明する。
【００１３】
図１に示すように圧電駆動装置としての圧電モーター１は、被駆動部としてのローター２と、駆動部３と、を有する。ローター２は円盤状をなし、中心軸４まわりに回転可能になっている。駆動部３は、ローター２の外周面５に当接し、ローター２を中心軸４まわりに回転させる。
【００１４】
駆動部３は、圧電アクチュエーター６と、付勢部材７と、制御装置８と、を有する。付勢部材７は、圧電アクチュエーター６をローター２に向けて付勢する。制御装置８は、圧電アクチュエーター６の駆動を制御する。このような圧電モーター１では、圧電アクチュエーター６が屈曲振動する。その屈曲振動がローター２に伝わり、ローター２が中心軸４まわりに回転する。
【００１５】
なお、圧電モーター１の構成は、本実施形態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駆動部３を配置し、複数の駆動部３の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、駆動部３は、ローター２の外周面５ではなく、ローター２の主面１１に当接していてもよい。主面１１は中心軸４の軸方向を向く面である。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。
【００１６】
ローター２にはエンコーダー１２が設けられており、エンコーダー１２によって、ローター２の回転角度および角速度が検出される。エンコーダー１２の種類は特に限定されず、例えば、ローター２の回転時にその回転角度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。
【００１７】
エンコーダー１２は、ローター２の上面に固定されたスケール１３と、スケール１３の上側に設けられた光学素子１４と、を有する。スケール１３は円板状をなし、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１４は、スケール１３のパターンに向けて光を照射する発光素子１５と、スケール１３のパターンを撮像する撮像素子１６と、を有する。このような構成のエンコーダー１２は、撮像素子１６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の回転角度、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１２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１６に代えて、スケール１３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。
【００１８】
図１および図２に示すように、圧電アクチュエーター６は、振動体１７、支持部１８および接続部２１を有する。支持部１８は、振動体１７を支持する。接続部２１は、振動体１７と支持部１８とを接続する。振動体１７には、ローター２と当接する凸部２２が設けられている。凸部２２は、振動体１７の振動をローター２に伝達する。振動体１７から凸部２２が突出している方向が、第１方向１９である。また、第２方向２０は、第１方向１９と直交する方向である。
【００１９】
振動体１７は、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ−Ｚ平面に広がる板状をなす。振動体１７は、Ｙ軸に沿って伸縮しながら屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、Ｘ軸に沿った位置からの平面視で、振動体１７は、Ｙ軸と平行な長軸を有する長手形状となっている。振動体１７は、Ｙ軸に沿って伸縮振動する。つまり、振動体１７は、第１方向１９に伸縮する伸縮振動と、第２方向２０に屈曲する屈曲振動とを行う。ただし、振動体１７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。
【００２０】
振動体１７は、駆動用圧電素子としての第１圧電素子２３〜第５圧電素子２７と、振動体１７の振動を検出するための検出用圧電素子としての第６圧電素子２８および第７圧電素子３１と、を有する。
【００２１】
このうち、第３圧電素子２５は、振動体１７のＺ軸に沿った中央部に配置され、かつ、Ｙ軸と平行な長軸を有する形状をなしている。第３圧電素子２５のＺ軸プラス側には、第１圧電素子２３および第２圧電素子２４がＹ軸に沿って並んで配置されている。第３圧電素子２５のＺ軸マイナス側には、第４圧電素子２６および第５圧電素子２７がＹ軸に沿って並んで配置されている。これらの第１圧電素子２３〜第５圧電素子２７は、それぞれ、通電によってＹ軸に沿って伸縮する。また、第１圧電素子２３と第５圧電素子２７とが互いに電気的に接続されており、第２圧電素子２４と第４圧電素子２６とが互いに電気的に接続されている。
【００２２】
第３圧電素子２５、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７、ならびに、第２圧電素子２４および第４圧電素子２６、にそれぞれ位相の異なる同周波数の駆動信号を印加し、伸縮のタイミングをずらすことにより、振動体１７をＹ−Ｚ平面においてＳ字状に屈曲振動させることができる。なお、駆動信号は交番電圧である。
【００２３】
第６圧電素子２８は、第３圧電素子２５のＹ軸プラス側に位置している。第７圧電素子３１は、第３圧電素子２５のＹ軸マイナス側に位置している。また、第６圧電素子２８および第７圧電素子３１は、互いに電気的に接続されている。第６圧電素子２８および第７圧電素子３１は、第１圧電素子２３〜第５圧電素子２７の駆動に伴う振動体１７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、第６圧電素子２８および第７圧電素子３１から出力される信号に基づいて、振動体１７の振動状態を検知することができる。
【００２４】
接続部２１は、振動体１７の屈曲振動の節となる部分と支持部１８とを接続している。具体的には、接続部２１は、振動体１７のＹ軸に沿った中央部と支持部１８とを接続している。また、接続部２１は、振動体１７に対してＺ軸マイナス側に位置する第１接続部２１ａと、Ｚ軸プラス側に位置する第２接続部２１ｂと、を有する。このように、接続部２１は、振動体１７と支持部１８とを接続する。
【００２５】
振動体１７、支持部１８および接続部２１は、図３ないし図６に示すように、２つの圧電素子ユニット３２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３２は、基板３３と、基板３３上に配置された駆動用の第１１圧電素子３４〜第１５圧電素子３８と、検出用の第１６圧電素子４１および第１７圧電素子４２と、第１１圧電素子３４〜第１７圧電素子４２を覆う保護層４３と、を有する。
【００２６】
第１１圧電素子３４〜第１７圧電素子４２は、それぞれ、第１電極４４、圧電体４５および第２電極４６を有する。第１電極４４は基板３３上に配置され、第１１圧電素子３４〜第１７圧電素子４２に共通して設けられている。圧電体４５は第１電極４４上に配置され、第１１圧電素子３４〜第１７圧電素子４２に個別に設けられている。第２電極４６は圧電体４５上に配置され、第１１圧電素子３４〜第１７圧電素子４２に個別に設けられている。
【００２７】
２つの圧電素子ユニット３２は、第１１圧電素子３４〜第１７圧電素子４２を互いに向かい合わせた状態で接着剤４７を介して接合されている。また、各圧電素子ユニット３２の第１電極４４同士は図示しない配線等を介して電気的に接続されている。各圧電素子ユニット３２の第２電極４６同士は図示しない配線等を介して電気的に接続されている。
【００２８】
以上のようにして、対向配置された２つの第１１圧電素子３４から１つの第１圧電素子２３が構成されている。他の第１２圧電素子３５〜第１７圧電素子４２についても同様である。２つの第１２圧電素子３５から第２圧電素子２４が構成されている。２つの第１３圧電素子３６から第３圧電素子２５が構成されている。２つの第１４圧電素子３７から第４圧電素子２６が構成されている。２つの第１５圧電素子３８から第５圧電素子２７が構成されている。２つの第１６圧電素子４１から第６圧電素子２８が構成されている。２つの第１７圧電素子４２から第７圧電素子３１が構成されている。
【００２９】
圧電体４５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、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、タンタル酸ストロンチウムビスマス、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４５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。なお、チタン酸ジルコン酸鉛の略称はＰＺＴである。チタン酸バリウムストロンチウムの略称はＢＳＴである。タンタル酸ストロンチウムビスマスの略称はＳＢＴである。
【００３０】
圧電体４５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４５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４５が得られ、駆動部３の薄型化を図ることができる。
【００３１】
凸部２２は、振動体１７の先端部に設けられ、振動体１７からＹ軸プラス側へ突出している。そして、凸部２２の先端部は、ローター２の外周面５と接触している。そのため、振動体１７の振動は凸部２２を介してローター２に伝達される。
【００３２】
図７は、駆動信号を説明するための図である。横軸は時間の推移を示し、時間は図中左側から右側へ推移する。縦軸は、電圧を示し、電圧は図中上側が下側より高い電圧になっている。駆動信号としての第１駆動信号４８、駆動信号としての第２駆動信号５０、および駆動信号としての第３駆動信号５１は、制御装置８が振動体１７の圧電素子に印加する駆動信号を示している。第１駆動信号４８、第２駆動信号５０、および第３駆動信号５１は、周波数および振幅が互いに同じであり、位相が互いに異なる波形の周期信号である。一方、後述するように、これらの周期信号は、必要に応じて間欠的に生成され、印加される。また、ピックアップ信号５２は、第６圧電素子２８および第７圧電素子３１から出力される電圧信号である。
【００３３】
図８および図９は、圧電アクチュエーターの駆動状態を説明するための模式平面図である。
【００３４】
第１駆動信号４８を第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に印加する。第２駆動信号５０を第３圧電素子２５に印加する。第３駆動信号５１を第２圧電素子２４および第４圧電素子２６に印加する。このとき、図８に示すように、振動体１７がＹ軸に沿って伸縮振動しつつＳ字状に屈曲振動する。伸縮振動と屈曲振動とが合成されて、凸部２２の先端が第１矢印５３で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動をする。このような凸部２２の楕円運動によってローター２の外周面５が移動し、ローター２が第２矢印５４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１７の振動に対応して、第６圧電素子２８および第７圧電素子３１からピックアップ信号５２が出力される。
【００３５】
一方、第１駆動信号４８と第３駆動信号５１とを切り替える。すなわち、第１駆動信号４８を第２圧電素子２４および第４圧電素子２６に印加する。第２駆動信号５０を第３圧電素子２５に印加する。第３駆動信号５１を第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に印加する。このとき、図９に示すように、振動体１７がＹ軸に沿って伸縮振動しつつＳ字状に屈曲振動する。伸縮振動と屈曲振動とが合成されて、凸部２２が第３矢印５５で示すように時計回りに楕円軌道を描く楕円運動をする。このような凸部２２の楕円運動によってローター２の外周面５が移動し、ローター２が第４矢印５６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１７の振動に対応して、第６圧電素子２８および第７圧電素子３１からピックアップ信号５２が出力される。
【００３６】
上述のように、第１圧電素子２３、第２圧電素子２４、第４圧電素子２６および第５圧電素子２７の伸縮によって振動体１７が屈曲振動し、ローター２を第２矢印５４または第４矢印５６の方向に送り出す。第１圧電素子２３、第２圧電素子２４、第４圧電素子２６および第５圧電素子２７に印加する第１駆動信号４８および第３駆動信号５１の振幅を制御し、凸部２２のＺ軸に沿った振幅を制御する。この制御により、ローター２の角速度を制御することができる。
【００３７】
具体的には、第１駆動信号４８および第３駆動信号５１の振幅を大きくすれば、凸部２２のＺ軸に沿った振幅が大きくなってローター２の駆動速度が増加し、反対に、第１駆動信号４８および第３駆動信号５１の振幅を小さくすれば、凸部２２のＺ軸に沿った振幅が小さくなってローター２の駆動速度が減少する。このようにして、振動体１７の振動によりローター２を駆動することができる。
【００３８】
なお、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、第１圧電素子２３〜第５圧電素子２７に印加する駆動信号のパターンは、特に限定されない。
【００３９】
制御装置８は、第１圧電素子２３〜第５圧電素子２７に交番電圧である第１駆動信号４８、第２駆動信号５０および第３駆動信号５１のうちのいずれかを印加することにより、駆動部３の駆動を制御する。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を第２矢印５４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を第４矢印５６の方向に回転させる場合については、ローター２を第２矢印５４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。
【００４０】
図１０は、圧電モーターの電気回路図である。図１１は、パルス信号のパルスデューティー比を説明するための図である。図１２は、第１ＰＷＭ波形生成部および第１駆動回路を示す回路図である。
【００４１】
図１０に示すように、制御装置８は電圧制御部５７を有する。電圧制御部５７は第１駆動信号４８、第２駆動信号５０および第３駆動信号５１を生成する。
【００４２】
電圧制御部５７は、第１電圧制御部５８、第２電圧制御部６１および周波数制御部６２を有する。第１電圧制御部５８は、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８を印加する。さらに、第１電圧制御部５８は、第２圧電素子２４および第４圧電素子２６に第３駆動信号５１を印加して振動体１７を屈曲振動させる。第２電圧制御部６１は、第３圧電素子２５に第２駆動信号５０を印加して振動体１７をＹ軸に沿って伸縮振動させる。周波数制御部６２は、第１駆動信号４８、第２駆動信号５０および第３駆動信号５１の周波数を制御する。
【００４３】
ローター２が各時刻において目標位置となるように、電圧制御部５７はローター２の駆動速度を第１駆動信号４８および第３駆動信号５１の振幅を変化させて制御する。これにより、圧電モーター１は各時刻におけるローター２の目標位置に対する位置ずれを抑制することができるため、優れた駆動特性を有することができる。
【００４４】
第１電圧制御部５８は、位置指令制御部６３、位置制御部６４、速度制御部６５、第１駆動信号生成部６６および第２駆動信号生成部６７を有する。第１駆動信号生成部６６は第１駆動信号４８を生成する回路であり、第２駆動信号生成部６７は第３駆動信号５１を生成する回路である。位置指令制御部６３、位置制御部６４および速度制御部６５は、この順に接続されている。そして、速度制御部６５には第１駆動信号生成部６６および第２駆動信号生成部６７が電気的に接続されている。
【００４５】
第１駆動信号生成部６６は、パルスデューティー比信号生成部としての第１駆動電圧制御部６８、パルス信号生成部としての第１ＰＷＭ波形生成部７１、および、駆動回路としての第１駆動回路７２を有する。第１駆動電圧制御部６８は、速度制御部６５と電気的に接続されている。なお、ＰＷＭは、Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎである。さらに、第１ＰＷＭ波形生成部７１は、後述する比較部７３および出力部７４を有する。第１ＰＷＭ波形生成部７１は、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６を生成するとともに、必要に応じて第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６を間欠にする。なお、図１２以外の各図では、第１反転パルス信号９６についての図示を省略している。同様に、本明細書および各図では、後述する第２パルス信号１１２の反転信号や第３パルス信号１２５の反転信号についても説明や図示を省略している。
【００４６】
また、速度制御部６５の出力が第１駆動電圧制御部６８に入力される。第１駆動電圧制御部６８が出力する信号は、第１ＰＷＭ波形生成部７１の比較部７３に出力される。また、比較部７３が出力する信号は、出力部７４に入力される。さらに、出力部７４が出力する信号は第１駆動回路７２に入力される。そして、第１駆動回路７２が出力する第１駆動信号４８は第１圧電素子２３、第５圧電素子２７および第１駆動電圧制御部６８に印加される。第１駆動回路７２から第１駆動電圧制御部６８に出力される回路を第１フィードバック回路７５とする。第１フィードバック回路７５は、第１駆動信号４８を第１駆動電圧制御部６８に入力する。
【００４７】
第２駆動信号生成部６７は、パルスデューティー比信号生成部としての第２駆動電圧制御部７６、パルス信号生成部としての第２ＰＷＭ波形生成部７７、および、駆動回路としての第２駆動回路７８を有する。第２駆動電圧制御部７６は、速度制御部６５と電気的に接続されている。さらに、第２ＰＷＭ波形生成部７７は、図示しない比較部および出力部を有する。第２ＰＷＭ波形生成部７７は、第２パルス信号１１２を生成するとともに、必要に応じて第２パルス信号１１２を間欠にする。
【００４８】
また、速度制御部６５の出力が第２駆動電圧制御部７６に入力される。第２駆動電圧制御部７６が出力する信号は、第２ＰＷＭ波形生成部７７の比較部に出力される。比較部が出力する信号は、出力部に出力される。出力部が出力する信号は第２駆動回路７８に出力される。第２駆動回路７８が出力する第３駆動信号５１は第２圧電素子２４、第４圧電素子２６および第２駆動電圧制御部７６に出力される。第２駆動回路７８から第２駆動電圧制御部７６に出力される回路を第２フィードバック回路８３とする。第２フィードバック回路８３は、第３駆動信号５１を第２駆動電圧制御部７６に入力する。
【００４９】
周波数制御部６２は、第１ＰＷＭ波形生成部７１、第２ＰＷＭ波形生成部７７および後述する第３ＰＷＭ波形生成部１１７と電気的に接続されている。周波数制御部６２が出力する信号は、第１ＰＷＭ波形生成部７１、第２ＰＷＭ波形生成部７７および後述する第３ＰＷＭ波形生成部１１７に入力される。
【００５０】
第１電圧制御部５８は、エンコーダー１２から出力される信号を位置制御部６４および速度制御部６５へ入力してフィードバックしている。そして、各時刻においてローター２の位置が目標位置となるように第１駆動信号４８および第３駆動信号５１を制御する。
【００５１】
位置指令制御部６３は、図示しないホストコンピューター等の指令に基づいて、ローター２の目標位置を示した位置指令８４を生成して位置制御部６４に出力する。位置制御部６４は、この位置指令８４とエンコーダー１２が検出したローター２の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（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）を実施し、位置指令８４に基づく位置となるローター２の目標速度を示した速度指令８５を生成する。位置制御部６４は生成した速度指令８５を速度制御部６５に出力する。速度制御部６５は、位置制御部６４が生成した速度指令８５とエンコーダー１２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（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ）を実施し、速度指令８５に基づく駆動速度となる目標駆動電圧を示した目標駆動信号８６を生成する。速度制御部６５は生成した目標駆動信号８６を第１駆動電圧制御部６８および第２駆動電圧制御部７６に出力する。
【００５２】
第１駆動電圧制御部６８は、この目標駆動信号８６と第１駆動回路７２が生成した第１駆動信号４８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、目標駆動信号８６に基づく振幅の電圧となる目標パルスデューティー比を示す第１目標パルスデューティー比信号８７を生成する。目標パルスデューティー比とは、目標駆動信号８６が示す振幅の第１駆動信号４８を生成するために、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６が目指すべきデューティー比のことをいう。このように第１駆動電圧制御部６８は、入力される目標駆動信号８６に基づいて第１目標パルスデューティー比信号８７を生成する。
【００５３】
第１ＰＷＭ波形生成部７１は、この第１目標パルスデューティー比信号８７に基づく目標パルスデューティー比を有し、周波数が周波数制御部６２で生成された周波数指令８８に基づく周波数となる第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６を生成する。そして、第１駆動回路７２は第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６に基づいて第１駆動信号４８を生成する。換言すれば、第１駆動回路７２は第１目標パルスデューティー比信号８７に基づいて生成される第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６を用いて第１駆動信号４８を生成する。そして、第１駆動回路７２は、このようにして生成された第１駆動信号４８を第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に印加する。
【００５４】
図１１は、パルス信号のパルスデューティー比を説明するための図である。なお、以下の説明では、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６のうち、代表的に第１パルス信号９１について説明し、第１反転パルス信号９６については、第１パルス信号９１と同様であるため、その説明を省略する。
【００５５】
図１１において、横軸は時間の推移を示し、時間は図中左側から右側へ推移する。縦軸は電圧を示し、図中上側は下側より高い電圧になっている。第１パルス信号９１はパルス波であり、電圧が第１パルス電圧９２と第２パルス電圧９３との間で変化する。第１パルス信号９１のパルスデューティー比とは、パルス幅９４をパルス期間９５で割ったものである。パルスデューティー比は０％〜５０％の範囲で変更可能である。第１パルス信号９１のパルスデューティー比が０％に近い程、第１駆動回路７２で生成される第１駆動信号４８の電圧振幅が小さくなり、反対に、第１パルス信号９１のパルスデューティー比が５０％に近い程、第１駆動回路７２で生成される第１駆動信号４８の電圧振幅が大きくなる。そのため、第１パルス信号９１のパルスデューティー比を０％に近づける程、ローター２の駆動速度が遅くなり、反対に、第１パルス信号９１のパルスデューティー比を５０％に近づける程、ローター２の駆動速度が速くなる。
【００５６】
第１パルス信号９１のパルスデューティー比が小さくなると、第１駆動回路７２で生成される第１駆動信号４８の波形が正弦波から崩れる。特に、第１パルス信号９１のパルスデューティー比が０％に近い領域では、その問題が顕著なものとなる。この一因について、簡単に説明する。
【００５７】
図１２は、第１ＰＷＭ波形生成部および第１駆動回路を示す回路図である。
図１２に示すように、第１駆動回路７２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等で構成された第１スイッチング素子７２ａ、第２スイッチング素子７２ｂおよびＬＣ共振回路７２ｃを有する。ＬＣ共振回路７２ｃはコイル７２ｄおよびコンデンサー７２ｅを含む。そして、第１スイッチング素子７２ａには第１パルス信号９１が入力される。第２スイッチング素子７２ｂには第１パルス信号９１が反転した第１反転パルス信号９６が入力される。第１パルス信号９１が第２パルス電圧９３のときに第１スイッチング素子７２ａがＯＮとなり、第１パルス信号９１が第１パルス電圧９２のときに第１スイッチング素子７２ａがＯＦＦとなる。第１反転パルス信号９６が第２パルス電圧９３のときに第２スイッチング素子７２ｂがＯＮとなり、第１反転パルス信号９６が第１パルス電圧９２のときに第２スイッチング素子７２ｂがＯＦＦとなる。
【００５８】
図１３は、パルスデューティー比が小さ過ぎる場合のパルス信号を示す図である。なお、以下の説明では、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６のうち、代表的に第１パルス信号９１について説明し、第１反転パルス信号９６については、第１パルス信号９１と同様であるため、その説明を省略する。
【００５９】
第１ＰＷＭ波形生成部７１と第１駆動回路７２との間の配線には、抵抗成分、容量成分、誘導成分等が含まれる。このため、図１３に示すように、第１パルス信号９１のパルスデューティー比が０％に近い場合、第１パルス信号９１の波形が破線で示す理想的なパルス波から崩れる。そして、第２パルス電圧９３のときの電圧値が第１スイッチング素子７２ａおよび第２スイッチング素子７２ｂのＯＮ／ＯＦＦを切り替える切替電圧９７を超えることができない場合が生じる。このような波形崩れが生じると、第１スイッチング素子７２ａおよび第２スイッチング素子７２ｂを適正なタイミングでＯＮ／ＯＦＦすることができず、その結果として、第１駆動信号４８の波形が正弦波から崩れた波形になる。
【００６０】
そこで、本実施形態に係る第１ＰＷＭ波形生成部７１は、第１パルス信号９１の波形が崩れるのを抑制するため、第１パルス信号９１のパルスデューティー比を０％に近づけすぎない構成を有している。具体的には、第１ＰＷＭ波形生成部７１の比較部７３には、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比についての所定値として屈曲駆動所定値が設定されている。第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比がこの屈曲駆動所定値未満であるとき、第１ＰＷＭ波形生成部７１の出力部７４は、屈曲駆動所定値に固定されたパルスデューティー比の第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６をそれぞれ間欠信号として出力する。間欠にされた第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６を第１駆動回路７２に入力すると、間欠的に生成された周期信号である第１駆動信号４８が出力される。
【００６１】
図１４は、間欠的に生成された周期信号ＰＳを含む駆動信号を示す図である。
図１４に示すように、第１駆動信号４８を間欠にすると、第１駆動信号４８の振幅の平均値を下げることができる。図１４では、説明の便宜のため、正弦波のような周期信号ＰＳの波形が連続する連続信号４８Ａと、周期信号ＰＳが間欠になっている間欠信号４８Ｂと、を含む第１駆動信号４８について図示している。つまり、図１４では、連続信号４８Ａが途中から間欠信号４８Ｂへと変化している例である。
【００６２】
また、間欠信号４８Ｂは、周期信号ＰＳが出力されている期間である出力期間４８１と、出力が中断している期間である中断期間４８２と、を含む間欠周期４８３を繰り返し含んでいる。このような間欠的に生成された間欠信号４８Ｂを含む第１駆動信号４８が第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に印加されることにより、出力期間４８１における振幅の平均値を間欠周期４８３全体における振幅とみなすことができる。これにより、第１駆動信号４８の見かけの振幅を下げることができ、ローター２の駆動速度を遅くすることができる。
【００６３】
また、このようにして第１駆動信号４８を間欠にするとき、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６については、前述した屈曲駆動所定値のパルスデューティー比に固定することができる。このため、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６のパルスデューティー比が０％に近くなるときに発生する波形の崩れを抑制することができる。つまり、前述した屈曲駆動所定値を、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６の波形の崩れが少ないパルスデューティー比の範囲内に設定することにより、波形の崩れを抑制することができる。その結果、低速でも安定して第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を駆動し、駆動速度を遅くした状態でも安定してローター２を回転させることができる。なお、パルスデューティー比を固定する際には、必ずしも屈曲駆動所定値に固定する必要はなく、それよりも高い値に固定するようにしてもよい。
【００６４】
第１ＰＷＭ波形生成部７１の比較部７３に設定された目標パルスデューティー比の屈曲駆動所定値は、例えば５％以上３０％以下程度にすることができ、好ましくは１０％以上２０％以下程度にすることができる。これにより、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６の波形の崩れを抑制しつつ、間欠的に生成された周期信号である第１駆動信号４８によって、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７をより安定的に駆動することができる。なお、本明細書では、間欠的に生成された周期信号で圧電素子を駆動することを「間欠駆動」ともいう。
【００６５】
また、間欠的に生成された周期信号において、出力期間４８１を間欠周期４８３で割った値、すなわち間欠周期４８３に対するオン時間（出力期間４８１）の比を、間欠デューティー比とする。この間欠デューティー比を変更することにより、第１駆動信号４８の見かけの振幅を調整することができる。つまり、第１駆動信号４８を間欠信号４８Ｂにするときには、第１駆動信号生成部６６では、その間欠デューティー比が目標パルスデューティー比に基づいて切り替わる。これにより、第１駆動信号４８を間欠信号４８Ｂとした場合でも、ローター２の駆動速度を調整することができる。このため、低速であっても目的とする駆動速度でローター２を駆動することができる。
【００６６】
目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係は、特に限定されず、任意に設定可能である。
【００６７】
図１５は、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係の一例を示すグラフである。図１５における横軸は目標パルスデューティー比を示し、縦軸は間欠デューティー比を示す。
【００６８】
図１５は、目標パルスデューティー比についての屈曲駆動所定値を１６％とした例である。この例では、目標パルスデューティー比が１６％未満であるとき、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比とが比例関係を満たしている。図１５に示す第１相関線１０３は、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係を表す直線である。この第１相関線１０３が示すように、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６のパルスデューティー比を１６％に固定した状態で、目標パルスデューティー比に応じて間欠デューティー比を変更することで、目標パルスデューティー比に応じたローター２の駆動速度の制御が可能になる。これにより、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６の波形の崩れを抑制しつつ、低速でも安定して第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を駆動することができる。
【００６９】
より具体的には、図１５に示す例において、屈曲駆動所定値を１６％とした場合、目標パルスデューティー比が１６％以上であれば、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６の間欠デューティー比を１００％とする。これにより、屈曲駆動信号である第１駆動信号４８は周期信号が連続した連続信号４８Ａとなる。
【００７０】
一方、目標パルスデューティー比が１６％未満である場合には、第１駆動信号４８は間欠信号４８Ｂとなる。
【００７１】
そして、目標パルスデューティー比が１５％以上１６％未満である場合には、目標パルスデューティー比０％〜１６％の１６分の１５を出力期間４８１の長さとし、１６分の１を中断期間４８２の長さとすればよい。このため、この場合の間欠デューティー比は、（１５／１６）×１００≒９３．８％と求められる。
【００７２】
また、目標パルスデューティー比が１４％以上１５％未満である場合には、目標パルスデューティー比０％〜１６％の１６分の１４を出力期間４８１の長さとし、１６分の２を中断期間４８２の長さとすればよい。このため、この場合の間欠デューティー比は、（１４／１６）×１００＝８７．５％と求められる。
【００７３】
さらに、目標パルスデューティー比が１％以上２％未満である場合には、目標パルスデューティー比０％〜１６％の１６分の１を出力期間４８１の長さとし、１６分の１５を中断期間４８２の長さとすればよい。このため、この場合の間欠デューティー比は、（１／１６）×１００≒６．３％と求められる。
【００７４】
そして、目標パルスデューティー比が１％未満である場合には、出力期間４８１の長さを０とし、屈曲駆動を停止すればよい。
【００７５】
以上のような計算に基づいて、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係を求めると、図１５に示すグラフが得られる。そして、この関係を直線で近似すると、第１相関線１０３が得られる。
【００７６】
なお、第１駆動信号４８の連続信号４８Ａの周波数、すなわち前述した周期信号の周波数は、特に限定されないが、一例として４８０ｋＨｚと仮定する。そうすると、間欠周期４８３の逆数として求められる間欠信号４８Ｂの間欠の周波数は、４８０／１６＝３０ｋＨｚと計算することができる。間欠の周波数がこの程度であれば、人の可聴周波数の上限値とされる２０ｋＨｚを超えているため、間欠信号４８Ｂによる駆動に伴う騒音問題が発生しにくい。
【００７７】
また、第１駆動信号４８が上記のようなパターンで間欠になっているとき、第３駆動信号５１についても、第１駆動信号４８とは異なるパターンで間欠になっていてもよいが、好ましくは同様のパターンで間欠になっている。
【００７８】
図１６は、図１５に示す目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係に基づいてローター２を駆動するとき、目標駆動信号８６が示す目標駆動電圧とローター２の回転速度との関係の一例を示すグラフである。図１６における横軸は目標駆動電圧を示し、縦軸はローター２の回転速度を示す。
【００７９】
目標パルスデューティー比が１６％未満であるとき、間欠信号４８Ｂを第１駆動信号４８として用いた場合でも、目標駆動電圧と回転速度との間には、一定の正の相関が得られる。図１６に示す第２相関線１０４は、目標駆動電圧とローター２の回転速度との関係を表している。上述した間欠駆動を用いることにより、図１６に示すローター２の回転速度を、目標駆動電圧とほぼ比例させることができる。これにより、目標駆動電圧を適宜変更することにより、ローター２を目的とする速度で駆動することが可能になる。したがって、間欠信号４８Ｂを第１駆動信号４８として用いることにより、より広い速度範囲においてローター２の駆動速度を安定的に制御することが可能になる。
【００８０】
図１７は、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係の別の一例を示すグラフである。図１７における横軸は目標パルスデューティー比を示し、縦軸は間欠デューティー比を示す。
【００８１】
図１７も、目標パルスデューティー比の前記屈曲駆動所定値を１６％とした例である。この例では、目標パルスデューティー比が１６％未満であるとき、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比とが正の相関関係を満たしているが、目標パルスデューティー比に対する間欠デューティー比の変化率は一定ではなく、変化している。図１７に示す第３相関線１０５は、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係を表す曲線である。
【００８２】
より具体的には、図１７に示す例において、屈曲駆動所定値を１６％とした場合、目標パルスデューティー比が１６％以上であれば、第１パルス信号９１および第１反転パルス信号９６の間欠デューティー比を１００％とする。
【００８３】
一方、目標パルスデューティー比が１３％以上１６％未満である場合には、目標パルスデューティー比０％〜１６％の１６分の１５を出力期間４８１の長さとし、１６分の１を中断期間４８２の長さとすればよい。このため、この場合の間欠デューティー比は、（１５／１６）×１００≒９３．８％と求められる。
【００８４】
また、目標パルスデューティー比が１１％以上１３％未満である場合には、目標パルスデューティー比０％〜１６％の１６分の１４を出力期間４８１の長さとし、１６分の２を中断期間４８２の長さとすればよい。このため、この場合の間欠デューティー比は、（１４／１６）×１００＝８７．５％と求められる。
【００８５】
さらに、目標パルスデューティー比が１％以上２％未満である場合には、目標パルスデューティー比０％〜１６％の１６分の１を出力期間４８１の長さとし、１６分の１５を中断期間４８２の長さとすればよい。このため、この場合の間欠デューティー比は、（１／１６）×１００≒６．３％と求められる。
【００８６】
そして、目標パルスデューティー比が１％未満である場合には、出力期間４８１の長さを０とし、屈曲駆動を停止すればよい。
【００８７】
以上のような計算に基づいて、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係を求めると、図１７に示すグラフが得られる。そして、この関係を曲線で近似すると、第３相関線１０５が得られる。
【００８８】
また、第１駆動信号４８が上記のような間欠信号４８Ｂを含むとき、第３駆動信号５１は、第１駆動信号４８とは異なる条件の間欠信号を含んでいてもよいが、好ましくは同様の間欠信号４８Ｂを含む。
【００８９】
以上のように、間欠的に生成された周期信号において、第１駆動信号４８の間欠デューティー比、すなわち周期信号の間欠周期４８３に対する出力期間４８１（オン時間）の比を求めるときには、第１駆動信号生成部６６は、目標パルスデューティー比から換算するための換算則に基づいて間欠デューティー比を求めるようにすればよい。この換算則としては、例えば上記のような第１相関線１０３や第３相関線１０５を描くための、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係を表す換算表や換算式が挙げられる。第１ＰＷＭ波形生成部７１の出力部７４にこのような換算則を設定しておくことにより、入力された目標パルスデューティー比から間欠デューティー比を容易に求めることができる。
【００９０】
また、第１駆動信号生成部６６の第１ＰＷＭ波形生成部７１は、複数の換算則を有し、換算則を切り替えるようにしてもよい。例えば、圧電モーター１の使用開始当初は、第１相関線１０３に基づく換算則を使用し、一定時間使用した後、別の換算則である第３相関線１０５に基づく換算則に切り替えるようにしてもよい。そして、この切り替え後の換算則に基づいて間欠デューティー比を求めるようにしてもよい。これにより、振動体１７や凸部２２に経時変化が生じるおそれがある場合、その変化を見越して、変化による影響が顕在化しないように適宜換算則を選択して適用することが可能になる。このため、経時変化が生じている場合でも、ローター２を目的とする速度で駆動することが可能になる。
【００９１】
また、図１０に示す第２駆動信号生成部６７は、第１駆動信号生成部６６と同様の構成である。したがって、第２駆動信号生成部６７については簡単に説明する。第２駆動電圧制御部７６は、目標駆動信号８６と第２駆動回路７８が生成した第３駆動信号５１とに基づくＰＩ制御を実施する。そして、第３駆動信号５１の電圧振幅が、目標駆動信号８６に基づく電圧となる目標パルスデューティー比を示す第２目標パルスデューティー比信号１１１を生成する。つまり、第２駆動電圧制御部７６は、入力される目標駆動信号８６に基づいて第２目標パルスデューティー比信号１１１を生成する。
【００９２】
第２ＰＷＭ波形生成部７７は、この第２目標パルスデューティー比信号１１１に基づく目標パルスデューティー比を有し、周波数が周波数制御部６２で生成された周波数指令８８に基づく周波数となる第２パルス信号１１２を生成する。そして、第２駆動回路７８は第２パルス信号１１２に基づいて第３駆動信号５１を生成する。換言すれば、第２駆動回路７８は第２目標パルスデューティー比信号１１１に基づいて生成される第２パルス信号１１２を用いて第３駆動信号５１を生成する。そして、第２駆動回路７８は第３駆動信号５１を第２圧電素子２４および第４圧電素子２６に印加する。
【００９３】
ここで、第２ＰＷＭ波形生成部７７の比較部にも、第１ＰＷＭ波形生成部７１の比較部７３と同様、第２目標パルスデューティー比信号１１１が示す目標パルスデューティー比についての屈曲駆動所定値が設定されている。第２目標パルスデューティー比信号１１１が示す目標パルスデューティー比がこの屈曲駆動所定値未満であるとき、第２ＰＷＭ波形生成部７７の出力部は、屈曲駆動所定値に固定されたパルスデューティー比の第２パルス信号１１２を出力する。それに加え、出力部は、この第２パルス信号１１２を間欠にして出力する。このようにして間欠にされた第２パルス信号１１２を第２駆動回路７８に入力すると、間欠にされた第３駆動信号５１が出力される。
【００９４】
このようにして間欠にした第３駆動信号５１を用いることにより、低速でも安定して第２圧電素子２４および第４圧電素子２６を駆動し、駆動速度を遅くした状態でも安定してローター２を回転させることができる。
【００９５】
第２ＰＷＭ波形生成部７７の比較部に設定された目標パルスデューティー比の屈曲駆動所定値は、第１ＰＷＭ波形生成部７１の比較部７３に設定された目標パルスデューティー比の前記屈曲駆動所定値と異なっていてもよいが、同じであるのが好ましい。これにより、第３駆動信号５１は、前述した第１駆動信号４８と同じタイミングで連続信号から間欠信号に変更されたり、あるいは、間欠信号から連続信号に変更されたりすることになる。その結果、振動体１７を安定して屈曲振動させることができる。
【００９６】
なお、第２駆動信号生成部７６は、第３駆動信号５１の間欠デューティー比を、第１駆動信号４８の間欠デューティー比と異ならせてもよいが、同じにするのが好ましい。
【００９７】
その他、第２ＰＷＭ波形生成部７７については、第１ＰＷＭ波形生成部７１と同様である。
【００９８】
第２電圧制御部６１は、ＰＵ電圧制御部１１４および第３駆動信号生成部１１５を有する。なお、ＰＵとは、Ｐｉｃｋｕｐのことを指す。第３駆動信号生成部１１５は、第３圧電素子２５に印加する第２駆動信号５０を生成する。第３駆動信号生成部１１５は、第３駆動電圧制御部１１６と、第３ＰＷＭ波形生成部１１７と、駆動回路としての第３駆動回路１１８と、を有する。第３ＰＷＭ波形生成部１１７は、図示しない比較部および出力部を有する。第３ＰＷＭ波形生成部１１７は、第３パルス信号１２５を生成するとともに、必要に応じて第３パルス信号１２５を間欠にする。さらに、第３駆動信号生成部１１５は、第２駆動信号５０を第３駆動回路１１８から第３駆動電圧制御部１１６に入力する第３フィードバック回路１１９を有する。
【００９９】
第２電圧制御部６１は、第６圧電素子２８および第７圧電素子３１から出力されるピックアップ信号５２をＰＵ電圧制御部１１４にフィードバックする。そして、第２電圧制御部６１は、ピックアップ信号５２が目標値となるように第２駆動信号５０を制御する。ピックアップ信号５２を目標値に維持することにより、振動体１７がＹ軸に沿って安定して振動する。このため、圧電モーター１は安定した駆動が可能になる。
【０１００】
ＰＵ電圧制御部１１４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信号５２の目標振幅値である振幅指令とピックアップ信号５２とが入力される。ＰＵ電圧制御部１１４は、振幅指令とピックアップ信号５２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制御とを行う。そして、ＰＵ電圧制御部１１４は、ピックアップ信号５２が振幅指令に基づく振幅となるように電圧指令１２３を生成する。
【０１０１】
第３駆動信号生成部１１５は、第１駆動信号生成部６６および第２駆動信号生成部６７と同様の構成である。したがって、第３駆動信号生成部１１５については簡単に説明する。
【０１０２】
第３駆動電圧制御部１１６は、電圧指令１２３と第３駆動回路１１８が生成した第２駆動信号５０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制御を実施する。そして、第３駆動電圧制御部１１６は、第２駆動信号５０の電圧振幅が電圧指令１２３に基づく電圧となる目標パルスデューティー比を示した第３目標パルスデューティー比信号１２４を生成する。第３駆動電圧制御部１１６は、第３目標パルスデューティー比信号１２４を第３ＰＷＭ波形生成部１１７に伝達する。
【０１０３】
第３ＰＷＭ波形生成部１１７は、この第３目標パルスデューティー比信号１２４に基づく目標パルスデューティー比を有し、周波数が周波数制御部６２で生成された周波数指令８８に基づく周波数となる第３パルス信号１２５を生成する。そして、第３駆動回路１１８は第３パルス信号１２５に基づいて第２駆動信号５０を生成する。第３駆動回路１１８は第２駆動信号５０を第３圧電素子２５に印加する。
【０１０４】
ここで、第３ＰＷＭ波形生成部１１７の比較部にも、第１ＰＷＭ波形生成部７１の比較部７３と同様、第３目標パルスデューティー比信号１２４が示す目標パルスデューティー比についての所定値として伸縮駆動所定値が設定されている。第３目標パルスデューティー比信号１２４が示す目標パルスデューティー比がこの伸縮駆動所定値未満であるとき、第３ＰＷＭ波形生成部１１７の出力部は、伸縮駆動所定値に固定されたパルスデューティー比の第３パルス信号１２５を出力する。それに加え、出力部は、この第３パルス信号１２５を間欠にして出力する。このようにして間欠にされた第３パルス信号１２５を第３駆動回路１１８に入力すると、間欠的に生成された周期信号である第２駆動信号５０が出力される。
【０１０５】
このようにして間欠信号である第２駆動信号５０を用いることにより、低速でも安定して第３圧電素子２５を駆動し、駆動速度を遅くした状態でも安定してローター２を回転させることができる。
【０１０６】
第３ＰＷＭ波形生成部１１７の比較部に設定された目標パルスデューティー比の前記伸縮駆動所定値は、第１ＰＷＭ波形生成部７１の比較部７３や第２ＰＷＭ波形生成部７７の比較部に設定された屈曲駆動所定値と同じであってもよいが、両者を異ならせるのが好ましい。
【０１０７】
具体的には、振動体１７は、前述したように被駆動部であるローター２に当接する凸部２２を有している。駆動用圧電素子としての第１圧電素子２３〜第５圧電素子２７は、振動体１７を伸縮振動させる伸縮圧電素子としての第３圧電素子２５、および、振動体１７を屈曲振動させる屈曲圧電素子としての第１圧電素子２３、第２圧電素子２４、第４圧電素子２６および第５圧電素子２７と、を含んでいる。また、伸縮駆動信号である第２駆動信号５０は、第３圧電素子２５に印加され、屈曲駆動信号である第１駆動信号４８は、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に印加され、屈曲駆動信号である第３駆動信号５１は、第２圧電素子２４および第４圧電素子２６に印加される。
【０１０８】
このとき、第３駆動信号生成部１１６は、第２駆動信号５０の間欠デューティー比と、第１駆動信号４８および第３駆動信号５１の各間欠デューティー比とを、互いに同じにしてもよいが、異ならせることが好ましい。伸縮駆動と屈曲駆動とでは振動特性が異なることから、伸縮駆動所定値と屈曲駆動所定値とについても異ならせることにより、振動体１７の振動をより最適化することができる。
【０１０９】
具体的には、伸縮駆動信号である第２駆動信号５０の生成に用いる目標パルスデューティー比を伸縮駆動目標パルスデューティー比とし、屈曲駆動信号である第１駆動信号４８および第３駆動信号５１の生成に用いる目標パルスデューティー比を屈曲駆動目標パルスデューティー比としたとき、第１駆動信号生成部６６および第２駆動信号生成部６７は、屈曲駆動目標パルスデューティー比についての所定値である屈曲駆動所定値を、伸縮駆動目標パルスデューティー比についての所定値である伸縮駆動所定値より大きくすることが好ましい。伸縮駆動は、屈曲駆動に比べて、安定駆動可能な目標パルスデューティー比の範囲が広い。このため、屈曲駆動所定値が伸縮駆動所定値より大きいことにより、伸縮駆動については、屈曲駆動に比べて、目標パルスデューティー比のより広い範囲において連続駆動させることができる。これにより、安定した伸縮駆動を維持しやすくなる。
【０１１０】
さらに、第３駆動信号生成部１１６は、伸縮駆動所定値が０であるのが好ましい。つまり、伸縮駆動信号である第２駆動信号５０については、間欠にしないのが好ましい。伸縮駆動信号については、屈曲駆動信号とは異なり、ローター２を低速で駆動する場合であっても、目標パルスデューティー比を０％近づけるほど小さくする必要がない。このため、必要性が低い間欠駆動を避け、ローター２を安定して駆動することができる。
【０１１１】
その他、第３ＰＷＭ波形生成部１１７の構成については、第１ＰＷＭ波形生成部７１の構成および第２ＰＷＭ波形生成部７７の構成と同様である。
【０１１２】
周波数制御部６２には、第３駆動回路１１８で生成された第２駆動信号５０とピックアップ信号５２とが入力される。周波数制御部６２は、第２駆動信号５０とピックアップ信号５２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制御を行う。そして、周波数制御部６２は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８８を生成する。周波数制御部６２で生成された周波数指令８８は第１ＰＷＭ波形生成部７１、第２ＰＷＭ波形生成部７７および第３ＰＷＭ波形生成部１１７に送信される。第１ＰＷＭ波形生成部７１、第２ＰＷＭ波形生成部７７および第３ＰＷＭ波形生成部１１７は、それぞれ周波数指令８８に基づく周波数の第１パルス信号９１、第２パルス信号１１２および第３パルス信号１２５を生成する。第１パルス信号９１、第２パルス信号１１２および第３パルス信号１２５は、それぞれ第１駆動回路７２、第２駆動回路７８および第３駆動回路１１８に入力される。そして、上述のように、第３駆動回路１１８は、振動体１７に伸縮振動をさせる第２駆動信号５０を生成する。第１駆動回路７２および第２駆動回路７８は、振動体１７に屈曲振動をさせる第１駆動信号４８および第３駆動信号５１を生成する。
【０１１３】
振動体１７は、伸縮振動と屈曲振動とを組み合わせて、ローター２を移動させる。そして、第３駆動回路１１８は、振動体１７に伸縮振動させる第２駆動信号５０を生成する。第１駆動回路７２および第２駆動回路７８は、振動体１７に屈曲振動させる第１駆動信号４８および第３駆動信号５１を生成する。
【０１１４】
以上のように、本実施形態に係る圧電駆動装置である圧電モーター１は、駆動用圧電素子である第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８が印加されることにより振動する振動体１７と、振動体１７の振動により駆動される被駆動部であるローター２と、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８を印加する第１電圧制御部５８と、を有する。また、第１電圧制御部５８は、入力される目標駆動信号８６に基づいて第１目標パルスデューティー比信号８７を生成するパルスデューティー比信号生成部である第１駆動電圧制御部６８と、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比の第１パルス信号９１を生成するパルス信号生成部である第１ＰＷＭ波形生成部７１と、第１パルス信号９１を用いて第１駆動信号４８を生成する第１駆動回路７２と、を備える。さらに、第１ＰＷＭ波形生成部７１は、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比と屈曲駆動所定値とを比較して比較結果を出力する比較部７３と、比較結果に基づいて第１パルス信号９１を間欠にして出力する出力部７４と、を備える。また、第１駆動回路７２は、間欠にして出力された第１パルス信号９１を用いて、間欠的に生成された周期信号を第１駆動信号４８として生成する。
【０１１５】
このような圧電モーター１によれば、第１パルス信号９１を間欠にすることで、第１駆動信号４８も間欠信号として生成することができ、第１駆動信号４８の見かけの振幅を下げることができる。これにより、低速でも安定して第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を駆動することができる。その結果、駆動速度が小さい場合でも、ローター２を安定して駆動することができる。また、第１パルス信号９１のパルスデューティー比を必要以上に小さくする必要がなくなる。このため、第１パルス信号９１の波形が崩れるのを抑制することができ、第１駆動信号４８の波形が崩れるのを抑制することができる。かかる観点でも、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を安定して駆動することができる。
【０１１６】
そして、目標パルスデューティー比が屈曲駆動所定値未満であるという結果が比較結果に含まれるとき、出力部７４は、第１パルス信号９１を間欠にして出力する。これにより、目標パルスデューティー比が小さい場合でも、第１パルス信号９１のパルスデューティー比を必要以上に小さくすることなく、第１駆動信号４８の見かけの振幅を下げることができる。その結果、第１駆動信号４８の波形が崩れるのを抑制し、低速でも安定して第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を駆動することができる。
【０１１７】
次に、上述した圧電モーター１の制御方法について、図１８にて説明する。
第１ＰＷＭ波形生成部７１、第２ＰＷＭ波形生成部７７および第３ＰＷＭ波形生成部１１７の制御方法は、いずれも略同じである。したがって、以下では、第１ＰＷＭ波形生成部７１の制御方法について説明し、第２ＰＷＭ波形生成部７７および第３ＰＷＭ波形生成部１１７の制御方法については、その説明を省略する。
【０１１８】
図１８は、実施形態に係る圧電駆動装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【０１１９】
図１８に示す圧電駆動装置の制御方法は、速度制御部６５により、目標駆動電圧を設定する目標駆動電圧設定工程と、第１駆動電圧制御部６８により、目標パルスデューティー比を示す目標パルスデューティー比信号８７を生成する目標パルスデューティー比信号生成工程と、目標パルスデューティー比と屈曲駆動所定値とを比較する目標パルスデューティー比比較工程と、目標パルスデューティー比および比較結果に基づき、第１パルス信号９１を生成する間欠パルス信号生成工程および連続パルス信号生成工程と、第１パルス信号９１に基づいて第１駆動信号４８を生成し、出力する間欠駆動信号出力工程および連続駆動信号出力工程と、を有する。
【０１２０】
図１８のステップＳ１は、目標駆動電圧設定工程である。この工程では、速度制御部６５において、ローター２の目標駆動速度に対応した目標駆動電圧を生成し、さらに、この目標駆動電圧に対応する目標駆動信号８６を生成して、第１駆動電圧制御部６８に出力する。
【０１２１】
図１８のステップＳ２は、目標パルスデューティー比信号生成工程である。この工程では、目標駆動信号８６が示す目標駆動電圧に基づいて、第１駆動電圧制御部６８により、目標パルスデューティー比を算出する。そして、目標パルスデューティー比を示す第１目標パルスデューティー比信号８７を生成する。第１駆動電圧制御部６８は、生成した第１目標パルスデューティー比信号８７を第１ＰＷＭ波形生成部７１に出力する。
【０１２２】
図１８のステップＳ３は、目標パルスデューティー比比較工程である。この工程では、比較部７３により、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比と、間欠駆動を行うか否かのしきい値となる屈曲駆動所定値と、を比較する。具体的には、目標パルスデューティー比が屈曲駆動所定値未満であるか否かを判断する。そして、屈曲駆動所定値以上であった場合は、出力部７４から出力する第１パルス信号９１を間欠にしない。一方、屈曲駆動所定値未満であった場合には、出力部７４から出力する第１パルス信号９１を間欠にする。そして、比較結果を含む比較結果信号８９を出力部７４に出力する。
【０１２３】
図１８のステップＳ４１は、間欠パルス信号生成工程である。比較部７３において目標パルスデューティー比が屈曲駆動所定値未満であった場合、第１目標パルスデューティー比信号８７に基づき、出力部７４により、第１パルス信号９１を生成する。また、比較結果信号８９に基づき、出力部７４により、第１パルス信号９１の間欠デューティー比を設定する。これにより、この間欠デューティー比で間欠にした波形の第１パルス信号９１を生成する。
【０１２４】
なお、第１パルス信号９１を間欠にする場合には、目標パルスデューティー比と間欠デューティー比との関係に基づいて、まず、第１パルス信号９１の間欠デューティー比を設定し、それに基づいて第１駆動信号４８の間欠デューティー比が調整される。
【０１２５】
図１８のステップＳ５１は、間欠駆動信号出力工程である。出力部７４において間欠にした波形の第１パルス信号９１が生成され、出力されると、第１駆動回路７２において間欠にした波形の第１駆動信号４８が生成される。そして、この第１駆動信号４８を第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に出力する。
【０１２６】
図１８のステップＳ４２は、連続パルス信号生成工程である。比較部７３において目標パルスデューティー比が屈曲駆動所定値以上であった場合、第１目標パルスデューティー比信号８７に基づき、出力部７４により、第１パルス信号９１を生成する。また、比較結果信号８９に基づき、出力部７４により、第１パルス信号９１を連続信号とする。これにより、連続した波形の第１パルス信号９１を生成する。
【０１２７】
図１８のステップＳ５２は、連続駆動信号出力工程である。出力部７４において連続した波形の第１パルス信号９１が生成され、出力されると、第１駆動回路７２において連続した波形の第１駆動信号４８が生成される。そして、この第１駆動信号４８を第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に出力する。
【０１２８】
以上のように、本実施形態に係る圧電駆動装置である圧電モーター１の制御方法は、駆動用圧電素子である第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８が印加されることにより振動する振動体１７と、振動体１７の振動により駆動される被駆動部であるローター２と、第１目標パルスデューティー比信号８７に基づいて生成される第１パルス信号９１を用いて第１駆動信号４８を生成する第１駆動信号生成部６６と、を有する方法である。そして、この方法では、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比が屈曲駆動所定値未満であるとき、第１駆動信号生成部６６が生成する第１駆動信号４８は、間欠的に生成された周期信号である。
【０１２９】
このような制御方法によれば、第１駆動信号４８を間欠にすることで、第１駆動信号４８の見かけの振幅を下げることができる。これにより、低速でも安定して第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を駆動することができる。その結果、駆動速度が小さい場合でも、ローター２を安定して駆動することができる。また、第１駆動信号４８を間欠にするときには、第１パルス信号９１についても間欠にする必要がある。そうすると、第１パルス信号９１のパルスデューティー比を必要以上に小さくする必要がなくなる。このため、第１パルス信号９１の波形が崩れるのを抑制することができ、第１駆動信号４８の波形が崩れるのを抑制することができる。かかる観点でも、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を安定して駆動することができる。
【０１３０】
なお、屈曲駆動所定値は、第１駆動信号４８の振幅に対応する目標駆動電圧を高くする過程と、目標駆動電圧を低くする過程とで、異ならせるようにしてもよい。具体的には、第１駆動信号４８が連続信号である状態、すなわち間欠ではない状態から、目標パルスデューティー比を小さくする過程で間欠信号である状態に切り替えるとき、そのしきい値である屈曲駆動所定値を「第１屈曲駆動所定値（第１所定値）」とする。一方、第１駆動信号４８が間欠信号である状態から、目標パルスデューティー比を大きくする過程で連続信号である状態に切り替えるとき、そのしきい値である屈曲駆動所定値を「第２屈曲駆動所定値（第２所定値）」とする。このとき、第１屈曲駆動所定値と第２屈曲駆動所定値とが同じであってもよいが、本実施形態に係る第１駆動信号生成部６６は、第１屈曲駆動所定値と第２屈曲駆動所定値とを異ならせる。
【０１３１】
後者の場合、目標パルスデューティー比を小さくする過程と大きくする過程とで、振動特性が異なる振動体１７であっても、その振動特性に応じて第１駆動信号４８における連続信号と間欠信号とを切り替えるタイミングを最適化することができる。このため、低速でローター２を駆動する場合でも、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７を安定して駆動することができる。
【０１３２】
２．第２実施形態
次に、圧電モーターを備えるロボットの実施形態について説明する。
図１９は、圧電モーターを備えるロボットの構成を示す概略斜視図である。
【０１３３】
図１９に示すロボット１７１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１７１は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１７２と、ベース１７２に回動自在に連結された第１アーム１７３と、第１アーム１７３に回動自在に連結された第２アーム１７４と、第２アーム１７４に回動自在に連結された第３アーム１７５と、を有する。さらに、ロボット１７１は、第３アーム１７５に回動自在に連結された第４アーム１７６と、第４アーム１７６に回動自在に連結された第５アーム１７７と、第５アーム１７７に回動自在に連結された第６アーム１７８と、これら第１アーム１７３〜第６アーム１７８の駆動を制御する制御装置１８１と、を有する。
【０１３４】
また、第６アーム１７８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１７１に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１８２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駆動装置としての圧電モーター１８０が搭載されており、この圧電モーター１８０の駆動によって各第１アーム１７３〜第６アーム１７８が回動する。圧電モーター１８０は、エンドエフェクター１８２に搭載され、エンドエフェクター１８２の駆動に用いられてもよい。そして、この圧電モーター１８０に、前述した圧電モーター１が用いられている。
【０１３５】
制御装置１８１は、コンピューターで構成され、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリー、インターフェイス等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することで、ロボット１７１の各部の駆動を制御する。なお、前記プログラムは、インターフェイス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１８１の構成の全部または一部は、ロボット１７１の外部に設けられ、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。
【０１３６】
このように、ロボット１７１は、少なくとも、第１アーム１７３と、関節部において第１アーム１７３と接続している第２アーム１７４と、関節部に配置されている前述した圧電モーター１と、を有する。
【０１３７】
すなわち、ロボット１７１は、駆動用圧電素子である第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８が印加されることにより振動する振動体１７と、振動体１７の振動により駆動される被駆動部であるローター２と、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８を印加する第１電圧制御部５８と、を有する圧電モーター１を有している。そして、第１電圧制御部５８は、入力される目標駆動信号に基づいて第１目標パルスデューティー比信号８７を生成するパルスデューティー比信号生成部である第１駆動電圧制御部６８と、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比の第１パルス信号９１を生成するパルス信号生成部である第１ＰＷＭ波形生成部７１と、第１パルス信号９１を用いて第１駆動信号４８を生成する第１駆動回路７２と、を備える。さらに、第１ＰＷＭ波形生成部７１は、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比と屈曲駆動所定値とを比較して比較結果を出力する比較部７３と、比較結果に基づいて第１パルス信号９１を間欠にして出力する出力部７４と、を備える。また、第１駆動回路７２は、間欠にして出力された第１パルス信号９１を用いて、間欠的に生成された周期信号を第１駆動信号４８として生成する。すなわち、第１駆動信号生成部６６が生成する第１駆動信号４８は、間欠的に生成された周期信号である。
【０１３８】
このようなロボット１７１では、低速でも安定して駆動可能な圧電モーター１を有するため、優れた駆動特性を有する。
【０１３９】
３．第３実施形態
次に、圧電モーターを備えるプリンターの実施形態について説明する。
図２０は、圧電モーターを備えるプリンターの構成を示す概略斜視図である。
【０１４０】
図２０に示すプリンター１９１は、装置本体１９２と、装置本体１９２の内部に設けられている印刷機構１９３、給紙機構１９４及び制御装置１９５と、を備えている。また、装置本体１９２には、記録用紙１９６を設置するトレイ１９７と、記録用紙１９６を排出する排紙口１９８と、液晶ディスプレイ等の操作パネル２０１とが設けられている。
【０１４１】
印刷機構１９３は、ヘッドユニット２０２と、キャリッジモーター２０３と、キャリッジモーター２０３の駆動力によりヘッドユニット２０２を往復動させる往復動機構２０４と、を備えている。また、ヘッドユニット２０２は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド２０２ａと、ヘッド２０２ａにインクを供給するインクカートリッジ２０２ｂと、ヘッド２０２ａおよびインクカートリッジ２０２ｂを搭載したキャリッジ２０２ｃと、を有する。
【０１４２】
往復動機構２０４は、キャリッジ２０２ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸２０４ａと、キャリッジモーター２０３の駆動力によりキャリッジ２０２ｃをキャリッジガイド軸２０４ａ上で移動させるタイミングベルト２０４ｂと、を有する。また、給紙機構１９４は、互いに圧接している従動ローラー２０５および駆動ローラー２０６と、駆動ローラー２０６を駆動する圧電駆動装置としての圧電モーター２０７と、を有する。そして、この圧電モーター２０７に、前述した圧電モーター１が用いられている。
【０１４３】
このようなプリンター１９１では、給紙機構１９４が記録用紙１９６を一枚ずつヘッドユニット２０２の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット２０２が記録用紙１９６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１９６への印刷が行なわれる。
【０１４４】
制御装置１９５は、コンピューターで構成され、例えば、ＣＰＵ、メモリー、インターフェイス等を有する。そして、プロセッサーが、メモリーに格納されている所定のプログラムを実行することで、プリンター１９１の各部の駆動を制御する。このような制御は、例えば、インターフェイスを介してパーソナルコンピューター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、インターフェイス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１９５の構成の全部または一部は、プリンター１９１の外部に設けられ、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。
このように、プリンター１９１は、前述した圧電モーター１を有する。
【０１４５】
すなわち、プリンター１９１は、駆動用圧電素子である第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８が印加されることにより振動する振動体１７と、振動体１７の振動により駆動される被駆動部であるローター２と、第１圧電素子２３および第５圧電素子２７に第１駆動信号４８を印加する第１電圧制御部５８と、を有する圧電モーター１を有している。そして、第１電圧制御部５８は、入力される目標駆動信号に基づいて第１目標パルスデューティー比信号８７を生成するパルスデューティー比信号生成部である第１駆動電圧制御部６８と、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比の第１パルス信号９１を生成するパルス信号生成部である第１ＰＷＭ波形生成部７１と、第１パルス信号９１を用いて第１駆動信号４８を生成する第１駆動回路７２と、を備える。さらに、第１ＰＷＭ波形生成部７１は、第１目標パルスデューティー比信号８７が示す目標パルスデューティー比と屈曲駆動所定値とを比較して比較結果を出力する比較部７３と、比較結果に基づいて第１パルス信号９１を間欠にして出力する出力部７４と、を備える。また、第１駆動回路７２は、間欠にして出力された第１パルス信号９１を用いて、間欠的に生成された周期信号を第１駆動信号４８として生成する。
【０１４６】
このようなプリンター１９１では、低速でも安定して駆動可能な圧電モーター１を有するため、優れた駆動特性を有する。
【０１４７】
なお、本実施形態では、圧電モーター２０７が給紙用の駆動ローラー２０６を駆動しているが、この他にも、例えば、キャリッジ２０２ｃを駆動してもよい。
【０１４８】
以上、本発明の圧電駆動装置の制御方法、圧電駆動装置およびロボット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、前記実施形態の各部の構成は、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、前記実施形態において、他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、前記実施形態に係る圧電駆動装置の制御方法には、任意の目的の工程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るようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１４９】
１…圧電モーター、２…ローター、３…駆動部、４…中心軸、５…外周面、６…圧電アクチュエーター、７…付勢部材、８…制御装置、１１…主面、１２…エンコーダー、１３…スケール、１４…光学素子、１５…発光素子、１６…撮像素子、１７…振動体、１８…支持部、１９…第１方向、２０…第２方向、２１…接続部、２１ａ…第１接続部、２１ｂ…第２接続部、２２…凸部、２３…第１圧電素子、２４…第２圧電素子、２５…第３圧電素子、２６…第４圧電素子、２７…第５圧電素子、２８…第６圧電素子、３１…第７圧電素子、３２…圧電素子ユニット、３３…基板、３４…第１１圧電素子、３５…第１２圧電素子、３６…第１３圧電素子、３７…第１４圧電素子、３８…第１５圧電素子、４１…第１６圧電素子、４２…第１７圧電素子、４３…保護層、４４…第１電極、４５…圧電体、４６…第２電極、４７…接着剤、４８…第１駆動信号、４８Ａ…連続信号、４８Ｂ…間欠信号、５０…第２駆動信号、５１…第３駆動信号、５２…ピックアップ信号、５３…第１矢印、５４…第２矢印、５５…第３矢印、５６…第４矢印、５７…電圧制御部、５８…第１電圧制御部、６１…第２電圧制御部、６２…周波数制御部、６３…位置指令制御部、６４…位置制御部、６５…速度制御部、６６…第１駆動信号生成部、６７…第２駆動信号生成部、６８…第１駆動電圧制御部、７１…第１ＰＷＭ波形生成部、７２…第１駆動回路、７２ａ…第１スイッチング素子、７２ｂ…第２スイッチング素子、７２ｃ…ＬＣ共振回路、７２ｄ…コイル、７２ｅ…コンデンサー、７３…比較部、７４…出力部、７５…第１フィードバック回路、７６…第２駆動電圧制御部、７７…第２ＰＷＭ波形生成部、７８…第２駆動回路、８３…第２フィードバック回路、８４…位置指令、８５…速度指令、８６…目標駆動信号、８７…第１目標パルスデューティー比信号、８８…周波数指令、８９…比較結果信号、９１…第１パルス信号、９２…第１パルス電圧、９３…第２パルス電圧、９４…パルス幅、９５…パルス期間、９６…第１反転パルス信号、９７…切替電圧、１０３…第１相関線、１０４…第２相関線、１０５…第３相関線、１１１…第２目標パルスデューティー比信号、１１２…第２パルス信号、１１４…ＰＵ電圧制御部、１１５…第３駆動信号生成部、１１６…第３駆動電圧制御部、１１７…第３ＰＷＭ波形生成部、１１８…第３駆動回路、１１９…第３フィードバック回路、１２３…電圧指令、１２４…第３目標パルスデューティー比信号、１２５…第３パルス信号、１７１…ロボット、１７２…ベース、１７３…第１アーム、１７４…第２アーム、１７５…第３アーム、１７６…第４アーム、１７７…第５アーム、１７８…第６アーム、１８０…圧電モーター、１８１…制御装置、１８２…エンドエフェクター、１９１…プリンター、１９２…装置本体、１９３…印刷機構、１９４…給紙機構、１９５…制御装置、１９６…記録用紙、１９７…トレイ、１９８…排紙口、２０１…操作パネル、２０２…ヘッドユニット、２０２ａ…ヘッド、２０２ｂ…インクカートリッジ、２０２ｃ…キャリッジ、２０３…キャリッジモーター、２０４…往復動機構、２０４ａ…キャリッジガイド軸、２０４ｂ…タイミングベルト、２０５…従動ローラー、２０６…駆動ローラー、２０７…圧電モーター、４８１…出力期間、４８２…中断期間、４８３…間欠周期、Ｓ１…ステップ、Ｓ２…ステップ、Ｓ３…ステップ、Ｓ４１…ステップ、Ｓ４２…ステップ、Ｓ５１…ステップ、Ｓ５２…ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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