圧電モーター、液体噴射装置及び時計
【課題】コストが高騰することなく、長期間の駆動を行っても回転特性の低下を抑制することができる圧電モーター、液体噴射装置及び時計を提供する。
【解決手段】圧電体層と該圧電体層を挟んで両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極６０とを有する圧電素子と、該圧電素子が固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーター１０と、前記振動部材の端面が当接されて回転駆動する回転軸３と、前記圧電アクチュエーター１０を前記回転軸側に向かって付勢する付勢手段と、を具備する圧電モーターであって、前記圧電素子に駆動信号を印加すると共に、前記駆動信号の電圧をオフセットする制御部３００を有する。
【解決手段】圧電体層と該圧電体層を挟んで両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極６０とを有する圧電素子と、該圧電素子が固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーター１０と、前記振動部材の端面が当接されて回転駆動する回転軸３と、前記圧電アクチュエーター１０を前記回転軸側に向かって付勢する付勢手段と、を具備する圧電モーターであって、前記圧電素子に駆動信号を印加すると共に、前記駆動信号の電圧をオフセットする制御部３００を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子によって被駆動部を駆動する圧電モーター、圧電モーターを用いた液体噴射装置及び圧電モーターを用いた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電モーターは、圧電素子を具備する圧電アクチュエーターによって回転軸を回転駆動させるものである。ここで、圧電モーターに用いられる圧電アクチュエーターは、振動部材と、振動部材の一方面又は両面側に保持された圧電素子とを具備する。圧電素子は、振動部材側に設けられた第１電極と、圧電体層と第１電極とは反対側に設けられた第２電極とで構成されている。
【０００３】
このような圧電アクチュエーターでは、圧電素子の第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、圧電素子を振動部材の面内方向において縦振動及び屈曲振動させることで、振動部材の端部を面内で回転駆動させる。そして、圧電アクチュエーターを付勢ばねによって回転軸に向かって付勢しながら、振動部材の端部を回転軸に当接させることで回転軸を回転させる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６７４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、振動部材の端部と回転軸との間の当接時の摩擦によって、回転軸が摩耗し、摩耗によって圧電アクチュエーターと回転軸との距離が離れ、付勢ばねの付勢力が弱まって回転軸のトルクや回転数が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
また、回転軸の摩耗量に基づいて、付勢ばねの付勢力を調整する調整手段を設けることも考えられるものの、調整手段を設けると装置が大型化してしまうと共にコストが高騰してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、コストが高騰することなく、長期間の駆動を行っても回転特性の低下を抑制することができる圧電モーター、液体噴射装置及び時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と該圧電体層を挟んで両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極とを有する圧電素子と、該圧電素子が固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、前記振動部材の端面が当接されて回転駆動する回転軸と、前記圧電アクチュエーターを前記回転軸側に向かって付勢する付勢手段と、を具備する圧電モーターであって、前記圧電素子に駆動信号を印加すると共に、前記駆動信号の電圧をオフセットする制御部を有することを特徴とする圧電モーターにある。
【０００９】
かかる態様では、圧電素子を駆動する駆動信号の電圧をオフセットすることで、駆動信号を示す駆動波形の電圧を正方向又は負方向にシフトさせることができ、圧電素子をオフセット前に比べて伸張又は収縮させて、反らせた状態で駆動することができる。これにより、振動部材が回転軸に当接する領域をずらすことができ、回転軸の局所的な摩耗の進行を抑制することができる。これにより、付勢力を機械的に調整する大がかりな調整手段等が不要となり、低コストで長期間の駆動に耐久性を有する圧電モーターを実現できる。
【００１０】
ここで、前記振動部材には、両面にそれぞれ前記圧電素子が設けられていると共に、前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに異なる電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することが好ましい。これによれば、圧電アクチュエーターを圧電素子と振動部材の積層方向で容易に且つ確実に反らせることができる。
【００１１】
また、前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに逆符号となる同じ電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することが好ましい。これによれば、オフセット前の駆動信号で駆動した圧電アクチュエーターと同じ寸法で反らせて駆動することができ、回転特性を均一に保つことができる。
【００１２】
また、前記振動部材の端面が、前記回転軸の外周面に当接するように配置されていることが好ましい。これによれば、圧電アクチュエーターが外周面に当接することによって、圧電アクチュエーターの反りにより回転特性が変化するのを抑制できる。
【００１３】
また、前記振動部材の端面が、前記回転軸の軸方向端面に当接するように配置されていてもよい。これによれば、圧電アクチュエーターが端面に当接することで、圧電アクチュエーターの反りにより回転数やトルクなどの回転特性を可変させることができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の圧電モーターを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様では、低コスト化、小型化及び長寿命化した液体噴射装置を実現できる。
【００１５】
ここで、前記圧電モーターが、液体が噴射される被噴射媒体を搬送する給紙手段として用いられることが好ましい。これによれば、特に小型化及び長寿命化した液体噴射装置を実現できる。
【００１６】
また、本発明の他の態様は、上記態様の圧電モーターを具備することを特徴とする時計にある。かかる態様では、低コスト化、小型化及び長寿命化した時計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る圧電モーターの平面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電モーターの断面図である。
【図４】実施形態１に係る制御系を示す概略図である。
【図５】実施形態１に係る制御系を示す概略図である。
【図６】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図７】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【図８】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【図９】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図１０】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図１１】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図１２】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す断面図である。
【図１３】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す断面図である。
【図１４】実施形態２に係る圧電モーターの平面図である。
【図１５】一実施形態に係る記録装置の概略斜視図である。
【図１６】一実施形態に係る記録装置の要部拡大平面図である。
【図１７】一実施形態に係る時計の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図であり、図２は、圧電モーターの平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図である。
【００１９】
図示するように、本実施形態の圧電モーター１を構成する圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０と、振動部材２０の両面にそれぞれ接着された圧電素子３０とを具備する。
【００２０】
振動部材２０の両面にそれぞれ設けられた圧電素子３０は、圧電体層４０と、圧電体層４０の振動部材２０側に設けられた第１電極５０と、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられた第２電極６０と、を有する。
【００２１】
圧電体層４０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層４０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。もちろん、本実施形態の圧電体層４０は、上記した材料に限定されるものではないが、優れた電気機械変換作用を有する圧電体層４０として、鉛を含有するものが挙げられる。
【００２２】
第１電極５０は、圧電体層４０の振動部材２０側の面に亘って連続して設けられて、圧電素子３０の共通電極となっている。
【００２３】
第２電極６０は、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられており、溝部７０によって互いに電気的に隔離されて面内方向で複数に分割されている。
【００２４】
第２電極６０を分割する溝部７０は、圧電素子３０の幅（短手方向）をほぼ三等分するように形成された第１溝部７１と、第１溝部７１によって分割された３つの電極のうち短手方向両側の電極を長手方向でほぼ二等分するように形成された第２溝部７２とからなる。第２電極６０は、これら第１溝部７１及び第２溝部７２からなる溝部７０によって、短手方向中央部に長手方向に亘って設けられた縦振動用電極部６１と、この縦振動用電極部６１の短手方向両側に、縦振動用電極部６１を挟んで対角となるように配置されて対をなす２組の屈曲振動用電極部６２、６３との合計５つに分割されている。ここで、圧電素子３０は、第２電極６０の縦振動用電極部６１が設けられた領域が、圧電素子３０の長手方向の縦振動を励起する縦振動励起領域４１となっている。これに対して、縦振動励起領域４１の短手方向両側の屈曲振動用電極部６２、６３が設けられた領域が、それぞれ圧電素子３０の短手方向に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域４２、４３となっている。このため、第２電極６０は、分割されて各領域を個別に駆動するための個別電極として機能する。
【００２５】
このような圧電素子３０は、第１電極５０側が振動部材２０に接合されている。ここで、振動部材２０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属や樹脂材料で形成された板状部材からなる。本実施形態では、振動部材２０を導電性を有するステンレス鋼で形成し、２つの圧電素子３０の第１電極５０同士は、振動部材２０を介して電気的に導通される。ちなみに、第１電極５０と振動部材２０とを絶縁性の接着剤で接着したとしても、第１電極５０と振動部材２０とを互いに押圧した状態で接着することで両者を互いに電気的に導通することができる。すなわち、本実施形態の振動部材２０は、２つの圧電素子３０の第１電極５０同士を導通させる共通電極としても機能する。
【００２６】
また、図１に示すように、振動部材２０は、上述のように圧電素子３０の第１電極５０側と同じ表面形状を有すると共に、長手方向の一端部側に圧電素子３０よりも突出するように延設された当接部２１が設けられている。また、振動部材２０の圧電素子３０の長手方向中央部には、圧電素子３０の短手方向両側に向かって延設された一対の腕部２２を有する。この腕部２２には、厚さ方向に貫通する貫通孔２３が設けられており、貫通孔２３を挿通させたねじ部材８６を介して詳しくは後述する保持部材８１に固定される。すなわち、圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０の腕部２２が保持部材８１に固定されることで、圧電素子３０は保持部材８１に対して腕部２２を基点として縦振動及び屈曲振動が可能となるように保持される。
【００２７】
一方、圧電モーター１には、装置本体２に軸を中心として回転自在となる回転軸３が設けられている。そして、この回転軸３に圧電アクチュエーター１０の楕円軌道を描くように回転駆動される当接部２１を当接させることで、回転軸３は回転される。本実施形態では、圧電アクチュエーター１０の当接部２１が楕円軌道を描く回転方向が、回転軸３の回転方向となるように、当接部２１が回転軸３の周方向の表面に当接するようにした。もちろん、当接部２１が、回転軸３の端面に当接するようにしてもよい。
【００２８】
また、圧電モーター１には、圧電アクチュエーター１０を回転軸３方向に向かって所定の圧力で押圧する付勢手段８０が設けられている。
【００２９】
付勢手段８０は、圧電アクチュエーター１０を保持する保持部材８１と、保持部材８１に一端が固定されたコイルばね等のばね部材８２と、ばね部材８２の他端に当接すると共に装置本体２に固定された支持ピン８３とを具備する。
【００３０】
保持部材８１は、圧電アクチュエーター１０の腕部２２が固定される一対の固定部８４と、固定部８４の間に一体的に設けられて装置本体２に対してスライド移動可能に支持されるスライド部８５とを具備する。固定部８４には、腕部２２の貫通孔２３に対応して、ねじ部材８６が螺合される雌ねじ部８７が形成されている。この雌ねじ部８７に腕部２２の貫通孔２３を挿通したねじ部材８６を螺合させることで、圧電アクチュエーター１０は保持部材８１に保持される。
【００３１】
スライド部８５には、厚さ方向に貫通し、且つスライド方向に延設された長孔である２つのスライド孔８８が設けられている。そして、各スライド孔８８に挿通されて装置本体２に固定されたスライドピン８９によってスライド部８５は装置本体２に対してスライド移動可能に支持されている。
【００３２】
ばね部材８２は、コイルばねからなり、固定部８４に一端が固定されると共に、装置本体２に固定された支持ピン８３の側面に他端が当接するように配置されている。また、ばね部材８２は、スライド部８５のスライド方向に沿って配置されている。このような、ばね部材８２は、圧電アクチュエーター１０を装置本体２に対して回転軸３に向かって付勢する。
【００３３】
なお、本実施形態では、ばね部材８２としてコイルばねを用いたが、ばね部材８２は特にこれに限定されず、例えば、板ばね等を用いるようにしてもよい。
【００３４】
このような付勢手段８０によって、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向（縦振動方向）が回転軸３の軸中心となるように、所定の圧力で回転軸３に押圧される。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向になるように配置され、回転軸３の径方向に向かってスライド移動可能に設けられている。したがって、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向となるように押圧される。
【００３５】
そして、上述のように、付勢手段８０によって圧電アクチュエーター１０の当接部２１を回転軸３に押圧しながら、圧電素子３０に縦振動及び屈曲振動を交互に行わせて当接部２１を楕円軌道を描くように回転駆動することで、回転軸３を回転駆動することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の圧電モーター１の制御系について図４〜図６を参照して説明する。なお、図４及び図５は、圧電モーターの制御系を示すブロック図であり、図６は、駆動信号を示す駆動波形である。
【００３７】
本実施形態の駆動信号を示す駆動波形は、共通電極である第１電極５０を基準電位（本実施形態では０Ｖ）として、個別電極である第２電極６０に印加されるものである。
【００３８】
図４に示すように、駆動信号を生成する制御部３００は、所定の周波数の駆動信号を生成する信号発生装置３０１と、ドライバー回路３０２とを具備する。信号発生装置３０１が生成する駆動信号としては、本実施形態では、交番電圧からなるアナログ信号や、矩形波のデジタル信号を用いることができる。本実施形態の信号発生装置３０１が生成する駆動信号は、図６に示すように、基準となる駆動信号４００である。
【００３９】
また、ドライバー回路３０２は、信号発生装置３０１が生成した基準となる駆動信号４００を移相する移相器３０３と、移相器３０３が生成した駆動信号を反転させる位相反転手段３０４と、各駆動信号をオフセットするオフセット手段３０５とを具備する。
【００４０】
信号発生装置３０１が生成した駆動信号４００は、オフセット手段によって電圧がオフセットされて圧電素子３０の縦振動用電極部６１に印加される。すなわち、信号発生装置３０１が生成した駆動信号４００は、圧電素子３０の縦振動に用いられる縦振動用駆動信号４００として利用される。
【００４１】
移相器３０３は、信号発生装置３０１から出力された駆動信号４００の位相を９０度遅らせる機能を有する。具体的には、移相器３０３は、圧電アクチュエーター１０に縦振動を行わせる基準となる駆動信号４００に対し、図６に示すように、位相が９０度遅れた屈曲振動を行わせる駆動信号である第１屈曲振動用駆動信号４０１を生成する。移相器３０３によって生成された第１屈曲振動用駆動信号４０１は、圧電素子３０の第１屈曲振動用電極部６２に印加される。
【００４２】
また、移相器３０３によって９０度位相が遅れた第１屈曲振動用駆動信号４０１は、位相反転手段３０４に入力される。位相反転手段３０４は、例えば、インバーター回路等で構成され、図６に示すように、移相器３０３からの第１屈曲振動用駆動信号４０１に対して位相が１８０度反転した屈曲振動用の駆動信号である第２屈曲振動用駆動信号４０２を生成する。位相反転手段３０４によって生成された第２屈曲振動用駆動信号４０２は、第２屈曲振動用電極部６３に印加される。
【００４３】
すなわち、基本的には、圧電素子３０の縦振動用電極部６１には、基準となる駆動信号４００が縦振動用駆動信号４００として印加され、第１屈曲振動用電極部６２には、縦振動用駆動信号４００に対して９０度位相を遅らせた第１屈曲振動用駆動信号４０１が印加される。また、圧電素子３０の第２屈曲振動用電極部６３には、第１屈曲振動用駆動信号４０１に対して１８０度反転した第２屈曲振動用駆動信号４０２が印加される。
【００４４】
ここで、このような制御部３００によって駆動される圧電アクチュエーター１０の基本動作について説明する。なお、図７及び図８は、圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【００４５】
制御部３００から出力された縦振動用駆動信号４００が圧電素子３０の縦振動用電極部６１に供給されると、図７（ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１０は振動部材２０の面方向において、縦振動励起領域４１が縦方向（長手方向）に伸張・収縮して、長手方向に縦振動する。
【００４６】
また、制御部３００から出力された互いに位相が反転する第１屈曲振動用駆動信号４０１及び第２屈曲振動用駆動信号４０２が、圧電素子３０の第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３にそれぞれ供給されると、屈曲振動励起領域４２、４３が伸張・収縮して、圧電アクチュエーター１０は屈曲駆動する。具体的には、圧電素子３０の短手方向で対角となる一方の組の屈曲振動励起領域４２を伸張させると同時に対角となる他方の一対の屈曲振動励起領域４３を収縮させる。これにより、図７（ｂ）に示すように圧電素子３０をＳ字状に変形させる。また、伸張していた屈曲振動励起領域４２を収縮させると同時に収縮していた屈曲振動励起領域４３を伸張させることで、図７（ｃ）に示すように、圧電素子３０を逆Ｓ字状に屈曲させる。この図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す屈曲変形を交互に繰り返させることで、圧電アクチュエーター１０はＳ字状及び逆Ｓ字状を交互に繰り返す屈曲振動する。
【００４７】
そして、上述のように、縦振動用駆動信号４００に対して、第１屈曲振動用駆動信号４０１及び第２屈曲振動用駆動信号４０２は、位相が９０度遅れているため、圧電アクチュエーター１０の長手方向一端部に設けられた当接部２１は、図８に示すように、楕円軌道を描くように回転駆動する。具体的には、圧電素子３０に、縦方向（長手方向）の伸張、Ｓ字状の屈曲、縦方向の収縮、逆Ｓ字状の屈曲の変形を順次繰り返し行わせることで、当接部２１を振動部材２０の面内において時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。
【００４８】
また、圧電素子３０に変形を行わせる際に、屈曲の順番を入れ替えることで、当接部２１を振動部材２０の面内において反時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。すなわち、縦振動用駆動信号４００に対して、第１屈曲振動用駆動信号４０１及び第２屈曲振動用駆動信号４０２の位相を９０度進めるようにすればよい。これは、例えば、図４に示すように、移相器３０３に、切換信号を出力する正逆切換信号源３０６を接続し、正逆切換信号源３０６からの切換信号により移相器３０３が屈曲振動用の駆動信号として、縦振動用の駆動信号の位相を９０度進めたものを生成するようにすればよい。このように、屈曲振動の駆動信号を、縦振動用の駆動信号に対して＋９０度または−９０度位相をずらすことにより、当接部２１が描く楕円軌道の方向を正逆反転させることができる。これにより回転軸３の回転方向を制御することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、振動部材２０の両面にそれぞれ圧電素子３０が設けられているが、２つの圧電素子３０の各縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２、４３は、圧電アクチュエーター１０を一方の圧電素子３０の第２電極６０側から平面視した際に重なるように配置されており、平面視した際に重なる領域において同じ方向の伸張・収縮を行わせることで、振動部材２０は面内方向に変形する。
【００５０】
一方、図４及び図５に戻り、制御部３００を構成するオフセット手段３０５についてさらに図９〜図１１を参照して説明する。なお、図９〜図１１、駆動信号を示す駆動波形である。
【００５１】
図４に示すように、オフセット手段３０５は、各駆動信号４００〜４０２（図６参照）を示す駆動波形の駆動電圧を正方向又は負方向にシフトさせるバイアス電圧を印加するものであり、バイアス電源生成部として機能する。また、オフセット手段３０５は、図９〜図１１に示すように、入力された基準となる駆動信号４００〜４０２に対して、異なるバイアス電圧（オフセット電圧）でオフセットした２種類のオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを生成する。例えば、図９〜図１１に示すように、オフセット手段３０５が、基準となる駆動信号４００〜４０２を正方向にシフトさせるバイアス電圧Ｖ１を印加した場合には、オフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａを生成する。また、オフセット手段３０５が、基準となる駆動信号４００〜４０２を負方向にシフトさせるバイアス電圧Ｖ２を印加した場合には、オフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂを生成する。すなわち、オフセット手段３０５は、振動部材２０の一方の圧電素子３０Ａに印加するオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａと、他方の圧電素子３０Ｂに印加するオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂとのオフセット量（オフセット電圧でありバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２）は、互いに異なるオフセット量（オフセット電圧）となるようにしている。
【００５２】
そして、図５に示すように、オフセット手段３０５から出力された一方のオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａは振動部材２０の一方面に設けられた圧電素子３０Ａに印加される。これに対して、オフセット手段３０５から出力された他方のオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂは振動部材２０の他方の面に設けられた圧電素子３０Ｂに印加される。
【００５３】
なお、図４及び図５に示すように、オフセット手段３０５には、オフセット量指示手段３０７が接続されている。このオフセット量指示手段３０７は、例えば、所定のオフセット量指示プログラムが動作するパーソナルコンピューター等であり、オフセット手段３０５に駆動信号４００〜４０２のオフセット量を指示する指令信号を出力する。オフセット手段３０５は、オフセット量指示手段３０７からオフセット量を指示する指令信号を受け取ったら、指令信号に基づいた電圧値のバイアス電圧を基準となる駆動信号４００に印加する。なお、オフセット量指示手段３０７は、キー操作や圧電モーター１に接続される図示しないダイヤル操作によって、オフセット量を指示する指令信号を出力するものであってもよく、また、時間経過と共にオフセットする電圧を可変的に変更するように指示する指令信号を出力するものであってもよい。
【００５４】
ここで、オフセット手段３０５によって生成されたオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを各圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加した場合の圧電アクチュエーターの動作について説明する。なお、図１２は、圧電アクチュエーターの動作を示す断面図である。
【００５５】
オフセット手段３０５から出力されたオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａが一方の圧電素子３０Ａに印加されると、この圧電素子３０Ａは、縦方向（長手方向）にバイアス電圧Ｖ１の分だけ伸張した状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。これに対して、オフセット手段３０５から出力されたオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂが他方の圧電素子３０Ｂに印加されると、この圧電素子３０Ｂは縦方向（長手方向）にバイアス電圧Ｖ２の分だけ収縮した状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。すなわち、図１２（ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０Ａ側が凸、圧電素子３０Ｂ側が凹となるように反った状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。
【００５６】
また、オフセット量指示手段３０７によってオフセット手段３０５が駆動信号４００〜４０２に印加するバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２の符号を逆にすると、圧電素子３０Ａがバイアス電圧Ｖ１の分だけ収縮し、圧電素子３０Ｂがバイアス電圧Ｖ２の分だけ伸張する。この結果、図１２（ｂ）に示すように、圧電素子３０Ａ側が凹、圧電素子３０Ｂ側が凸となるように反った状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。
【００５７】
すなわち、圧電アクチュエーター１０は、基準となる駆動信号４００〜４０２で駆動した反りのない状態での駆動と、圧電素子３０Ａ側が凸となるように反った状態の駆動と、圧電素子３０Ａ側が凹となるように反った状態の駆動との３種類の駆動を行うことができる。そして、この反り量は、基準となる駆動信号４００〜４０２をオフセットするバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧値によって可変可能となる。
【００５８】
このように、圧電アクチュエーター１０を圧電素子３０Ａ、振動部材２０及び圧電素子３０Ｂの積層方向で反らせて駆動することで、振動部材２０の当接部２１が回転軸３に当接する領域を変更することができる。
【００５９】
すなわち、圧電アクチュエーター１０を常に基準となる駆動信号４００〜４０２で駆動すると、振動部材２０の当接部２１は、常に回転軸３の同じ領域に当接するため、回転軸３の摩耗が早く進行する。この回転軸３の摩耗により、圧電アクチュエーター１０は、回転軸３側に移動することになり、付勢手段８０による付勢力が低下する。この結果、回転軸３のトルクの低下、回転数の低下が生じる。これに対して、本発明では、圧電アクチュエーター１０を反らせて当接部２１が回転軸３に当接する領域を一定時間毎に変更することで、回転軸３の当接部２１に当接される領域が広くなり、摩耗の進行（当接する面が軸中心側に移動する進行）が遅くなる。したがって、駆動時間が長期経過しても、圧電アクチュエーター１０の回転軸３の中心側に移動する移動量が低く、トルクの低下及び回転数の低下を抑制することができる。また、回転軸３の寿命を延長することができるため、回転軸３の交換頻度を低減して、運用コストを低減することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、圧電素子３０Ａに印加するオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａの基準となる駆動信号４００〜４０２からのオフセット量（バイアス電圧Ｖ１）と、圧電素子３０Ｂに印加するオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂの駆動信号４００〜４０２からのオフセット量（バイアス電圧Ｖ２）とは、逆符号で且つ絶対値が同じとなるようにしている。このため、圧電素子３０Ａの伸張又は収縮する変化量と、圧電素子３０Ｂの伸張又は収縮する変化量とは反比例する。この結果、圧電アクチュエーター１０全体で基準となる駆動信号４００〜４０２で駆動した場合と略同じ長さで反らせることが可能となり、回転軸３のトルクや回転数などが変化するのを低減することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の圧電モーター１では、当接部２１が回転軸３に当接する領域を変更する大がかりな機械的な調整手段等を設けることなく、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号の電圧を異なる値でオフセットするだけで、当接部２１が回転軸３に当接する領域を変更して、駆動時間の経過に伴う回転軸３の摩耗を低減することができる。これにより、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、オフセット手段３０５によって、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに、それぞれ符号が逆で絶対値が同じバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２でオフセットした駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを印加するようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂのそれぞれに異なる絶対値となるバイアス電圧でオフセットした駆動信号を印加するようにしてもよい。すなわち、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加される駆動信号４００〜４０２やオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂの駆動電圧を、圧電素子３０Ａ、３０Ｂで同一の正方向又は負方向となるようにオフセット（第２オフセット）してもよい。
【００６３】
すなわち、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに同一の駆動信号４００〜４０２を印加する場合には、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号４００〜４０２に同一のバイアス電圧を印加して２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加される駆動電圧がそれぞれ同一方向にオフセットするようにすればよい。
【００６４】
例えば、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで示される駆動波形の駆動電圧を正方向にさらにオフセット（第２オフセット）した場合、圧電素子３０Ａ、３０Ｂは、図１３（ａ）に示すように、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した場合よりも第２オフセットしたバイアス電圧（オフセット電圧）の分だけ縦方向（圧電素子３０の長手方向）に伸張した状態で上述した縦振動及び屈曲振動を行う。なお、図１３は、圧電モーターの平面図である。
【００６５】
このように圧電アクチュエーター１０が長手方向に伸張すると、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した圧電アクチュエーター１０の当接部２１と腕部２３との距離に比べて、圧電アクチュエーター１０の当接部２１と腕部２２との距離が長くなる。ここで当接部２１は、付勢手段８０によって回転軸３に当接されて規制されるため、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで圧電アクチュエーター１０を駆動した際の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ１に比べて、第２オフセットした駆動信号で駆動した圧電アクチュエーター１０の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ２は短くなる。これにより、ばね部材８２が縮められて、付勢手段８０が圧電アクチュエーター１０（保持部材８１）を付勢する付勢力が増大する。この結果、圧電アクチュエーター１０により回転される回転軸３のトルクが高くなる。
【００６６】
一方、例えば、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで示される駆動波形の駆動電圧を負方向にさらにオフセット（第２オフセット）した場合、圧電素子３０Ａ、３０Ｂは、図１３（ｂ）に示すように、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した場合よりも第２オフセットしたバイアス電圧（オフセット電圧）の分だけ縦方向（圧電素子３０の長手方向）に収縮した状態で上述した縦振動及び屈曲振動を行う。
【００６７】
このように圧電アクチュエーター１０が長手方向に収縮すると、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した圧電アクチュエーター１の当接部２１と腕部２３との距離に比べて、圧電アクチュエーター１０の当接部２１と腕部２２との距離が短くなる。ここで当接部２１は、付勢手段８０によって回転軸３に当接されて規制されるため、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで圧電アクチュエーター１０を駆動した際の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ１に比べて、第２オフセットした駆動信号で駆動した圧電アクチュエーター１０の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ３は長くなる。これにより、ばね部材８２が伸びた状態で付勢することになり、付勢手段８０が圧電アクチュエーター１０（保持部材８１）を付勢する付勢力が減少する。この結果、圧電アクチュエーター１０により回転される回転軸３のトルクが低くなる。
【００６８】
このように、駆動信号４００〜４０２やオフセットされた駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂの駆動電圧をさらにオフセット（第２オフセット）するだけで、圧電アクチュエーター１０を回転軸３に向かって付勢する付勢力を調整することができ、回転軸３のトルクを調整することができる。また、当接部２１が楕円状に回転する軌道の外周側で回転軸３に当接すると、回転軸３の回転数は下がり、楕円軌道の中心側で回転軸３に当接すると回転数が高くなる。したがって、付勢力を調整することで、回転軸３の回転数も調整することができる。
【００６９】
このため、例えば、振動部材２０の当接部２１と回転軸３との摩耗によって、圧電アクチュエーター１０と回転軸３との距離が短くなったとしても、圧電アクチュエーター１０を駆動する駆動信号の電圧をオフセット（第２オフセット）させることで、圧電アクチュエーター１０を縦方向（付勢方向）に伸張させて、圧電アクチュエーター１０と回転軸３との距離を摩耗前と同じ距離にして、同じ付勢力で付勢させることができる。これにより、振動部材２０や回転軸３の摩耗に拘わらず、回転軸３を常に均一なトルクや回転数で回転させることができる。
【００７０】
また、回転軸３の回転の始めは付勢力を小さくし、回転数が上がるに従い付勢力を大きくするようにオフセット量を調整してもよい。これにより、始動性を向上して、短時間で所望の回転数まで回転させることが可能である。
【００７１】
（実施形態２）
図１４は、本発明の実施形態２に係る圧電モーターの分解斜視図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７２】
図１４に示すように、圧電モーター１Ａを構成する圧電アクチュエーター１０Ａに搭載された圧電素子３０Ｃは、第２電極６０Ａが溝部７０Ａによって３分割されている。具体的には、第２電極６０Ａは、圧電素子３０Ｃの対角に、Ｌ字状の溝部７０Ａが設けられることによって、電気的に接続されて中央に略Ｚ字状となるように駆動電極６４が形成されている。そして、駆動電極６４の外側の溝部７０Ａで分割された２つの電極は、駆動されない非駆動電極６５となっている。
【００７３】
一方、振動部材２０Ａには、圧電素子３０Ｃの長手方向一端部の駆動電極６４側に偏った位置に当接部２１Ａが設けられている。
【００７４】
そして、振動部材２０Ａの圧電素子３０Ｃの長手方向における中央部には、短手方向に延設された一対の腕部２２が設けられており、一方の腕部２２の先端部が装置本体２に固定されている。この装置本体２に固定された一方の腕部２２が、板ばね状になっており、圧電アクチュエーター１０Ａを回転軸に付勢する付勢手段としても機能する。
【００７５】
このような圧電アクチュエーター１０Ａでは、駆動電極６４に駆動信号が印加されることにより、圧電素子３０Ｃは振動部材２０Ａの面内で、駆動電極６４が設けられた対角線に沿って菱形となるように伸張・収縮する。そして、圧電アクチュエーター１０Ａの当接部２１Ａを、回転軸３の軸中心から偏心した位置に当接させると共に、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向とは交差する方向に配置することで、回転軸３は一方向のみに回転駆動される。
【００７６】
具体的には、圧電素子３０が対角線上に沿って伸張することで、当接部２１は、回転軸３の軸中心とは偏心した位置を押圧する。このとき、回転軸３は回転方向のみに移動可能であるため、当接部２１Ａによる押圧は、回転方向に変換される。そして、回転軸３の回転に伴い圧電アクチュエーター１０Ａの当接部２１Ａにも回転軸３の回転方向への圧力が印加されて、結果、当接部２１Ａは楕円軌道を描くように回転駆動される。
【００７７】
このような構成の圧電モーター１Ａであっても、上述した実施形態１と同様に、制御部３００によって、基準となる駆動信号に対して電圧をオフセットしたオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを圧電アクチュエーター１０Ａの２つの圧電素子３０Ｃに印加して駆動することで、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１及び２では、振動部材２０、２０Ａの両面に圧電素子３０（３０Ａ、３０Ｂ）、３０Ｃを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、振動部材２０、２０Ａの一方面のみに圧電素子３０（３０Ａ又は３０Ｂ）、３０Ｃを設けるようにしてもよい。このような場合であっても、一方面に設けられた圧電素子３０、３０Ｃに印加する駆動信号を所定の電圧でオフセットすれば、圧電アクチュエーターを圧電素子３０、３０Ｃと振動部材２０、２０Ａとの積層方向に反らせて、当接部２１、２１Ａが回転軸３に当接する領域をずらすことができる。
【００７９】
また、上述した実施形態１及び２では、振動部材２０、２０Ａの当接部２１、２１Ａが、回転軸３の外周面に当接されるようにしたが、特にこれに限定されず、当接部２１、２１Ａが、回転軸３の軸方向の端面に当接するようにしてもよい。この場合には、圧電アクチュエーター１０、１０Ａを積層方向で屈曲させることにより、当接部２１、２１Ａは、回転中心側又は回転中心とは反対側に当接するため、回転軸３の回転数を変更することができる。すなわち、当接部２１、２１Ａが回転軸の回転中心側に移動して当接すれば、回転軸３の回転速度は速まると共にトルクが低くなる。また、逆に当接部２１、２１Ａが回転軸の回転中心とは反対側に移動して当接すれば、回転速度は遅まると共にトルクは高くなる。
【００８０】
また、上述した実施形態の圧電モーター１、１Ａは、液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の駆動手段として用いることができる。ここで、実施形態１の圧電モーター１を用いたインクジェット式記録装置の一例を図１５及図１６に示す。なお、図１５は、一実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図であり、図１６は、要部を拡大した平面図である。
【００８１】
図１５に示すインクジェット式記録装置１００において、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッド１０１を有する記録ヘッドユニット１０２は、インク供給手段を構成するカートリッジ１０３が着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４は、記録装置本体１０５に取り付けられたキャリッジ軸１０６に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１０２は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８２】
そして、駆動モーター１０７の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト１０８を介してキャリッジ１０４に伝達されることで、記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４はキャリッジ軸１０６に沿って移動される。一方、記録装置本体１０５にはキャリッジ軸１０６に沿ってプラテン１０９が設けられており、給紙手段１１０によって給紙された紙等の被噴射媒体である記録シートＳがプラテン１０９に巻き掛けられて搬送される。記録シートＳは、プラテン１０９上でインクジェット式記録ヘッド１０１から吐出されたインクによって印刷される。そしてプラテン１０９上で印刷された記録シートＳは、プラテン１０９の給紙手段１１０とは反対側に設けられた排紙手段１２０によって排紙される。
【００８３】
図１６に示すように、給紙手段１１０は、給紙ローラー１１１と従動ローラー１１２とで構成されている。給紙ローラー１１１には、その端部に上述した圧電モーター１の回転軸３が固定されており、圧電アクチュエーター１０の駆動によって回転駆動される。また、給紙ローラー１１１には、同軸上に第１歯車１１３が設けられている。
【００８４】
排紙手段１２０は、排紙ローラー１２１と従動ローラー１２２とで構成されている。排紙ローラー１２１には同軸上に第２歯車１２３が設けられている。そして、給紙ローラー１１１の第１歯車１１３が、この第１歯車１１３に噛み合う第３歯車１３０、第３歯車１３０に噛み合う第４歯車１３１、第４歯車に噛み合う第５歯車１３２を介して排紙ローラー１２１の第２歯車１２３に噛み合うことで、給紙ローラー１１１を回転駆動する圧電モーター１の駆動力が、排紙ローラー１２１に伝達される。
【００８５】
なお、図１５及び図１６に示す例では、圧電モーター１によって、給紙手段１１０及び排紙手段１２０を回転駆動するものであるが、例えば、上述した実施形態の圧電モーター１を、キャリッジ１０４を移動させる駆動モーター１０７の代わりに用いることも可能である。もちろん、その他の駆動系、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０１にインクを供給するポンプ等に圧電モーター１を用いることもできる。また、本実施形態では、上述した実施形態１の圧電モーター１を用いたが、特にこれに限定されず、例えば、上述した実施形態２の圧電モーター１Ａを用いるようにしてもよい。
【００８６】
なお、本発明は、広く液体噴射装置全般を対象としたものであり、圧電モーターは、上述したインクジェット式記録装置以外の液体噴射装置に搭載することが可能である。その他の液体噴射装置としては、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射装置、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射装置等が挙げられる。
【００８７】
さらに、上述した実施形態の圧電モーター１、１Ａは、時計の駆動手段としても用いることができる。ここで、実施形態１の圧電モーター１を用いた時計の一例を図１７に示す。
【００８８】
図１７に示すように、時計２００を構成するカレンダー表示機能は、圧電モーター１に連結されており、その駆動力によって駆動される。
【００８９】
カレンダー表示機能の主要部は、圧電モーター１の回転軸３の回転を減速する減速輪列とリング状の日車２０１とを具備する。また、減速輪列は日回し中間車２０２と、日回し車２０３とを有する。
【００９０】
そして、上述の圧電モーター１の圧電アクチュエーター１０によって回転軸３を時計回りに回転駆動させると、回転軸３の回転は、日回し中間車２０２を介して日回し車２０３に伝達され、この日回し車２０３が日車２０１を時計回りに回転させる。これら圧電アクチュエーター１０から回転軸３、回転軸３から減速輪列（日回し中間車２０２、日回し車２０３）、減速輪列から日車２０１への力の伝達は、何れも面内方向で行われる。このためカレンダー表示機構を薄型化することができる。
【００９１】
また、日車２０１には、周方向に沿って日付を表す文字が印刷された円盤状の文字板２０４が固定されている。そして、時計２００の本体には、文字板２０４に設けられた一文字を露出する窓部２０５が設けられており、窓部２０５から日付が覗けるようになっている。なお、時計２００には、特に図示していないが、長針及び短針や、これら長針及び短針を駆動するムーブメント等が設けられている。
【００９２】
なお、圧電モーター１は、カレンダー表示機構だけではなく、時計の長針・短針等を駆動するムーブメントとして利用することができる。これら時計の長針・短針等を駆動する構造については従来周知の電磁モーター等の代わりに上述した圧電モーター１、１Ａを組み込むだけで可能である。
【００９３】
また、本発明は、広く圧電モーター全般を対象としたものであり、上述した液体噴射装置や時計以外の小型デバイスに利用することが可能である。圧電モーターを利用できる小型デバイスとしては、医療用ポンプ、カメラ、産業用や義手などのロボット等が挙げられる。
【符号の説明】
【００９４】
１、１Ａ 圧電モーター、 ３ 回転軸、 １０、１０Ａ 圧電アクチュエーター、 ２０、２０Ａ 振動部材、 ３０、３０Ａ、３０Ａ、３０Ｃ 圧電素子、 ４０ 圧電体層、 ５０ 第１電極、 ６０、６０Ａ 第２電極、 ７０、７０Ａ 溝部、 ８０ 付勢手段、 １００ 記録装置、 ２００ 時計、 ３００ 制御部、 ３０５ オフセット手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子によって被駆動部を駆動する圧電モーター、圧電モーターを用いた液体噴射装置及び圧電モーターを用いた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電モーターは、圧電素子を具備する圧電アクチュエーターによって回転軸を回転駆動させるものである。ここで、圧電モーターに用いられる圧電アクチュエーターは、振動部材と、振動部材の一方面又は両面側に保持された圧電素子とを具備する。圧電素子は、振動部材側に設けられた第１電極と、圧電体層と第１電極とは反対側に設けられた第２電極とで構成されている。
【０００３】
このような圧電アクチュエーターでは、圧電素子の第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、圧電素子を振動部材の面内方向において縦振動及び屈曲振動させることで、振動部材の端部を面内で回転駆動させる。そして、圧電アクチュエーターを付勢ばねによって回転軸に向かって付勢しながら、振動部材の端部を回転軸に当接させることで回転軸を回転させる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６７４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、振動部材の端部と回転軸との間の当接時の摩擦によって、回転軸が摩耗し、摩耗によって圧電アクチュエーターと回転軸との距離が離れ、付勢ばねの付勢力が弱まって回転軸のトルクや回転数が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
また、回転軸の摩耗量に基づいて、付勢ばねの付勢力を調整する調整手段を設けることも考えられるものの、調整手段を設けると装置が大型化してしまうと共にコストが高騰してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、コストが高騰することなく、長期間の駆動を行っても回転特性の低下を抑制することができる圧電モーター、液体噴射装置及び時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と該圧電体層を挟んで両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極とを有する圧電素子と、該圧電素子が固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、前記振動部材の端面が当接されて回転駆動する回転軸と、前記圧電アクチュエーターを前記回転軸側に向かって付勢する付勢手段と、を具備する圧電モーターであって、前記圧電素子に駆動信号を印加すると共に、前記駆動信号の電圧をオフセットする制御部を有することを特徴とする圧電モーターにある。
【０００９】
かかる態様では、圧電素子を駆動する駆動信号の電圧をオフセットすることで、駆動信号を示す駆動波形の電圧を正方向又は負方向にシフトさせることができ、圧電素子をオフセット前に比べて伸張又は収縮させて、反らせた状態で駆動することができる。これにより、振動部材が回転軸に当接する領域をずらすことができ、回転軸の局所的な摩耗の進行を抑制することができる。これにより、付勢力を機械的に調整する大がかりな調整手段等が不要となり、低コストで長期間の駆動に耐久性を有する圧電モーターを実現できる。
【００１０】
ここで、前記振動部材には、両面にそれぞれ前記圧電素子が設けられていると共に、前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに異なる電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することが好ましい。これによれば、圧電アクチュエーターを圧電素子と振動部材の積層方向で容易に且つ確実に反らせることができる。
【００１１】
また、前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに逆符号となる同じ電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することが好ましい。これによれば、オフセット前の駆動信号で駆動した圧電アクチュエーターと同じ寸法で反らせて駆動することができ、回転特性を均一に保つことができる。
【００１２】
また、前記振動部材の端面が、前記回転軸の外周面に当接するように配置されていることが好ましい。これによれば、圧電アクチュエーターが外周面に当接することによって、圧電アクチュエーターの反りにより回転特性が変化するのを抑制できる。
【００１３】
また、前記振動部材の端面が、前記回転軸の軸方向端面に当接するように配置されていてもよい。これによれば、圧電アクチュエーターが端面に当接することで、圧電アクチュエーターの反りにより回転数やトルクなどの回転特性を可変させることができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の圧電モーターを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様では、低コスト化、小型化及び長寿命化した液体噴射装置を実現できる。
【００１５】
ここで、前記圧電モーターが、液体が噴射される被噴射媒体を搬送する給紙手段として用いられることが好ましい。これによれば、特に小型化及び長寿命化した液体噴射装置を実現できる。
【００１６】
また、本発明の他の態様は、上記態様の圧電モーターを具備することを特徴とする時計にある。かかる態様では、低コスト化、小型化及び長寿命化した時計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る圧電モーターの平面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電モーターの断面図である。
【図４】実施形態１に係る制御系を示す概略図である。
【図５】実施形態１に係る制御系を示す概略図である。
【図６】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図７】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【図８】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【図９】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図１０】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図１１】実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。
【図１２】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す断面図である。
【図１３】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す断面図である。
【図１４】実施形態２に係る圧電モーターの平面図である。
【図１５】一実施形態に係る記録装置の概略斜視図である。
【図１６】一実施形態に係る記録装置の要部拡大平面図である。
【図１７】一実施形態に係る時計の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電モーターの分解斜視図であり、図２は、圧電モーターの平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図である。
【００１９】
図示するように、本実施形態の圧電モーター１を構成する圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０と、振動部材２０の両面にそれぞれ接着された圧電素子３０とを具備する。
【００２０】
振動部材２０の両面にそれぞれ設けられた圧電素子３０は、圧電体層４０と、圧電体層４０の振動部材２０側に設けられた第１電極５０と、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられた第２電極６０と、を有する。
【００２１】
圧電体層４０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層４０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。もちろん、本実施形態の圧電体層４０は、上記した材料に限定されるものではないが、優れた電気機械変換作用を有する圧電体層４０として、鉛を含有するものが挙げられる。
【００２２】
第１電極５０は、圧電体層４０の振動部材２０側の面に亘って連続して設けられて、圧電素子３０の共通電極となっている。
【００２３】
第２電極６０は、圧電体層４０の第１電極５０とは反対側に設けられており、溝部７０によって互いに電気的に隔離されて面内方向で複数に分割されている。
【００２４】
第２電極６０を分割する溝部７０は、圧電素子３０の幅（短手方向）をほぼ三等分するように形成された第１溝部７１と、第１溝部７１によって分割された３つの電極のうち短手方向両側の電極を長手方向でほぼ二等分するように形成された第２溝部７２とからなる。第２電極６０は、これら第１溝部７１及び第２溝部７２からなる溝部７０によって、短手方向中央部に長手方向に亘って設けられた縦振動用電極部６１と、この縦振動用電極部６１の短手方向両側に、縦振動用電極部６１を挟んで対角となるように配置されて対をなす２組の屈曲振動用電極部６２、６３との合計５つに分割されている。ここで、圧電素子３０は、第２電極６０の縦振動用電極部６１が設けられた領域が、圧電素子３０の長手方向の縦振動を励起する縦振動励起領域４１となっている。これに対して、縦振動励起領域４１の短手方向両側の屈曲振動用電極部６２、６３が設けられた領域が、それぞれ圧電素子３０の短手方向に屈曲振動を励起する屈曲振動励起領域４２、４３となっている。このため、第２電極６０は、分割されて各領域を個別に駆動するための個別電極として機能する。
【００２５】
このような圧電素子３０は、第１電極５０側が振動部材２０に接合されている。ここで、振動部材２０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属や樹脂材料で形成された板状部材からなる。本実施形態では、振動部材２０を導電性を有するステンレス鋼で形成し、２つの圧電素子３０の第１電極５０同士は、振動部材２０を介して電気的に導通される。ちなみに、第１電極５０と振動部材２０とを絶縁性の接着剤で接着したとしても、第１電極５０と振動部材２０とを互いに押圧した状態で接着することで両者を互いに電気的に導通することができる。すなわち、本実施形態の振動部材２０は、２つの圧電素子３０の第１電極５０同士を導通させる共通電極としても機能する。
【００２６】
また、図１に示すように、振動部材２０は、上述のように圧電素子３０の第１電極５０側と同じ表面形状を有すると共に、長手方向の一端部側に圧電素子３０よりも突出するように延設された当接部２１が設けられている。また、振動部材２０の圧電素子３０の長手方向中央部には、圧電素子３０の短手方向両側に向かって延設された一対の腕部２２を有する。この腕部２２には、厚さ方向に貫通する貫通孔２３が設けられており、貫通孔２３を挿通させたねじ部材８６を介して詳しくは後述する保持部材８１に固定される。すなわち、圧電アクチュエーター１０は、振動部材２０の腕部２２が保持部材８１に固定されることで、圧電素子３０は保持部材８１に対して腕部２２を基点として縦振動及び屈曲振動が可能となるように保持される。
【００２７】
一方、圧電モーター１には、装置本体２に軸を中心として回転自在となる回転軸３が設けられている。そして、この回転軸３に圧電アクチュエーター１０の楕円軌道を描くように回転駆動される当接部２１を当接させることで、回転軸３は回転される。本実施形態では、圧電アクチュエーター１０の当接部２１が楕円軌道を描く回転方向が、回転軸３の回転方向となるように、当接部２１が回転軸３の周方向の表面に当接するようにした。もちろん、当接部２１が、回転軸３の端面に当接するようにしてもよい。
【００２８】
また、圧電モーター１には、圧電アクチュエーター１０を回転軸３方向に向かって所定の圧力で押圧する付勢手段８０が設けられている。
【００２９】
付勢手段８０は、圧電アクチュエーター１０を保持する保持部材８１と、保持部材８１に一端が固定されたコイルばね等のばね部材８２と、ばね部材８２の他端に当接すると共に装置本体２に固定された支持ピン８３とを具備する。
【００３０】
保持部材８１は、圧電アクチュエーター１０の腕部２２が固定される一対の固定部８４と、固定部８４の間に一体的に設けられて装置本体２に対してスライド移動可能に支持されるスライド部８５とを具備する。固定部８４には、腕部２２の貫通孔２３に対応して、ねじ部材８６が螺合される雌ねじ部８７が形成されている。この雌ねじ部８７に腕部２２の貫通孔２３を挿通したねじ部材８６を螺合させることで、圧電アクチュエーター１０は保持部材８１に保持される。
【００３１】
スライド部８５には、厚さ方向に貫通し、且つスライド方向に延設された長孔である２つのスライド孔８８が設けられている。そして、各スライド孔８８に挿通されて装置本体２に固定されたスライドピン８９によってスライド部８５は装置本体２に対してスライド移動可能に支持されている。
【００３２】
ばね部材８２は、コイルばねからなり、固定部８４に一端が固定されると共に、装置本体２に固定された支持ピン８３の側面に他端が当接するように配置されている。また、ばね部材８２は、スライド部８５のスライド方向に沿って配置されている。このような、ばね部材８２は、圧電アクチュエーター１０を装置本体２に対して回転軸３に向かって付勢する。
【００３３】
なお、本実施形態では、ばね部材８２としてコイルばねを用いたが、ばね部材８２は特にこれに限定されず、例えば、板ばね等を用いるようにしてもよい。
【００３４】
このような付勢手段８０によって、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向（縦振動方向）が回転軸３の軸中心となるように、所定の圧力で回転軸３に押圧される。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向になるように配置され、回転軸３の径方向に向かってスライド移動可能に設けられている。したがって、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向となるように押圧される。
【００３５】
そして、上述のように、付勢手段８０によって圧電アクチュエーター１０の当接部２１を回転軸３に押圧しながら、圧電素子３０に縦振動及び屈曲振動を交互に行わせて当接部２１を楕円軌道を描くように回転駆動することで、回転軸３を回転駆動することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の圧電モーター１の制御系について図４〜図６を参照して説明する。なお、図４及び図５は、圧電モーターの制御系を示すブロック図であり、図６は、駆動信号を示す駆動波形である。
【００３７】
本実施形態の駆動信号を示す駆動波形は、共通電極である第１電極５０を基準電位（本実施形態では０Ｖ）として、個別電極である第２電極６０に印加されるものである。
【００３８】
図４に示すように、駆動信号を生成する制御部３００は、所定の周波数の駆動信号を生成する信号発生装置３０１と、ドライバー回路３０２とを具備する。信号発生装置３０１が生成する駆動信号としては、本実施形態では、交番電圧からなるアナログ信号や、矩形波のデジタル信号を用いることができる。本実施形態の信号発生装置３０１が生成する駆動信号は、図６に示すように、基準となる駆動信号４００である。
【００３９】
また、ドライバー回路３０２は、信号発生装置３０１が生成した基準となる駆動信号４００を移相する移相器３０３と、移相器３０３が生成した駆動信号を反転させる位相反転手段３０４と、各駆動信号をオフセットするオフセット手段３０５とを具備する。
【００４０】
信号発生装置３０１が生成した駆動信号４００は、オフセット手段によって電圧がオフセットされて圧電素子３０の縦振動用電極部６１に印加される。すなわち、信号発生装置３０１が生成した駆動信号４００は、圧電素子３０の縦振動に用いられる縦振動用駆動信号４００として利用される。
【００４１】
移相器３０３は、信号発生装置３０１から出力された駆動信号４００の位相を９０度遅らせる機能を有する。具体的には、移相器３０３は、圧電アクチュエーター１０に縦振動を行わせる基準となる駆動信号４００に対し、図６に示すように、位相が９０度遅れた屈曲振動を行わせる駆動信号である第１屈曲振動用駆動信号４０１を生成する。移相器３０３によって生成された第１屈曲振動用駆動信号４０１は、圧電素子３０の第１屈曲振動用電極部６２に印加される。
【００４２】
また、移相器３０３によって９０度位相が遅れた第１屈曲振動用駆動信号４０１は、位相反転手段３０４に入力される。位相反転手段３０４は、例えば、インバーター回路等で構成され、図６に示すように、移相器３０３からの第１屈曲振動用駆動信号４０１に対して位相が１８０度反転した屈曲振動用の駆動信号である第２屈曲振動用駆動信号４０２を生成する。位相反転手段３０４によって生成された第２屈曲振動用駆動信号４０２は、第２屈曲振動用電極部６３に印加される。
【００４３】
すなわち、基本的には、圧電素子３０の縦振動用電極部６１には、基準となる駆動信号４００が縦振動用駆動信号４００として印加され、第１屈曲振動用電極部６２には、縦振動用駆動信号４００に対して９０度位相を遅らせた第１屈曲振動用駆動信号４０１が印加される。また、圧電素子３０の第２屈曲振動用電極部６３には、第１屈曲振動用駆動信号４０１に対して１８０度反転した第２屈曲振動用駆動信号４０２が印加される。
【００４４】
ここで、このような制御部３００によって駆動される圧電アクチュエーター１０の基本動作について説明する。なお、図７及び図８は、圧電アクチュエーターの動作を示す平面図である。
【００４５】
制御部３００から出力された縦振動用駆動信号４００が圧電素子３０の縦振動用電極部６１に供給されると、図７（ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１０は振動部材２０の面方向において、縦振動励起領域４１が縦方向（長手方向）に伸張・収縮して、長手方向に縦振動する。
【００４６】
また、制御部３００から出力された互いに位相が反転する第１屈曲振動用駆動信号４０１及び第２屈曲振動用駆動信号４０２が、圧電素子３０の第１屈曲振動用電極部６２及び第２屈曲振動用電極部６３にそれぞれ供給されると、屈曲振動励起領域４２、４３が伸張・収縮して、圧電アクチュエーター１０は屈曲駆動する。具体的には、圧電素子３０の短手方向で対角となる一方の組の屈曲振動励起領域４２を伸張させると同時に対角となる他方の一対の屈曲振動励起領域４３を収縮させる。これにより、図７（ｂ）に示すように圧電素子３０をＳ字状に変形させる。また、伸張していた屈曲振動励起領域４２を収縮させると同時に収縮していた屈曲振動励起領域４３を伸張させることで、図７（ｃ）に示すように、圧電素子３０を逆Ｓ字状に屈曲させる。この図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す屈曲変形を交互に繰り返させることで、圧電アクチュエーター１０はＳ字状及び逆Ｓ字状を交互に繰り返す屈曲振動する。
【００４７】
そして、上述のように、縦振動用駆動信号４００に対して、第１屈曲振動用駆動信号４０１及び第２屈曲振動用駆動信号４０２は、位相が９０度遅れているため、圧電アクチュエーター１０の長手方向一端部に設けられた当接部２１は、図８に示すように、楕円軌道を描くように回転駆動する。具体的には、圧電素子３０に、縦方向（長手方向）の伸張、Ｓ字状の屈曲、縦方向の収縮、逆Ｓ字状の屈曲の変形を順次繰り返し行わせることで、当接部２１を振動部材２０の面内において時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。
【００４８】
また、圧電素子３０に変形を行わせる際に、屈曲の順番を入れ替えることで、当接部２１を振動部材２０の面内において反時計方向に楕円軌道を描くように回転駆動することができる。すなわち、縦振動用駆動信号４００に対して、第１屈曲振動用駆動信号４０１及び第２屈曲振動用駆動信号４０２の位相を９０度進めるようにすればよい。これは、例えば、図４に示すように、移相器３０３に、切換信号を出力する正逆切換信号源３０６を接続し、正逆切換信号源３０６からの切換信号により移相器３０３が屈曲振動用の駆動信号として、縦振動用の駆動信号の位相を９０度進めたものを生成するようにすればよい。このように、屈曲振動の駆動信号を、縦振動用の駆動信号に対して＋９０度または−９０度位相をずらすことにより、当接部２１が描く楕円軌道の方向を正逆反転させることができる。これにより回転軸３の回転方向を制御することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、振動部材２０の両面にそれぞれ圧電素子３０が設けられているが、２つの圧電素子３０の各縦振動励起領域４１及び屈曲振動励起領域４２、４３は、圧電アクチュエーター１０を一方の圧電素子３０の第２電極６０側から平面視した際に重なるように配置されており、平面視した際に重なる領域において同じ方向の伸張・収縮を行わせることで、振動部材２０は面内方向に変形する。
【００５０】
一方、図４及び図５に戻り、制御部３００を構成するオフセット手段３０５についてさらに図９〜図１１を参照して説明する。なお、図９〜図１１、駆動信号を示す駆動波形である。
【００５１】
図４に示すように、オフセット手段３０５は、各駆動信号４００〜４０２（図６参照）を示す駆動波形の駆動電圧を正方向又は負方向にシフトさせるバイアス電圧を印加するものであり、バイアス電源生成部として機能する。また、オフセット手段３０５は、図９〜図１１に示すように、入力された基準となる駆動信号４００〜４０２に対して、異なるバイアス電圧（オフセット電圧）でオフセットした２種類のオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを生成する。例えば、図９〜図１１に示すように、オフセット手段３０５が、基準となる駆動信号４００〜４０２を正方向にシフトさせるバイアス電圧Ｖ１を印加した場合には、オフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａを生成する。また、オフセット手段３０５が、基準となる駆動信号４００〜４０２を負方向にシフトさせるバイアス電圧Ｖ２を印加した場合には、オフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂを生成する。すなわち、オフセット手段３０５は、振動部材２０の一方の圧電素子３０Ａに印加するオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａと、他方の圧電素子３０Ｂに印加するオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂとのオフセット量（オフセット電圧でありバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２）は、互いに異なるオフセット量（オフセット電圧）となるようにしている。
【００５２】
そして、図５に示すように、オフセット手段３０５から出力された一方のオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａは振動部材２０の一方面に設けられた圧電素子３０Ａに印加される。これに対して、オフセット手段３０５から出力された他方のオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂは振動部材２０の他方の面に設けられた圧電素子３０Ｂに印加される。
【００５３】
なお、図４及び図５に示すように、オフセット手段３０５には、オフセット量指示手段３０７が接続されている。このオフセット量指示手段３０７は、例えば、所定のオフセット量指示プログラムが動作するパーソナルコンピューター等であり、オフセット手段３０５に駆動信号４００〜４０２のオフセット量を指示する指令信号を出力する。オフセット手段３０５は、オフセット量指示手段３０７からオフセット量を指示する指令信号を受け取ったら、指令信号に基づいた電圧値のバイアス電圧を基準となる駆動信号４００に印加する。なお、オフセット量指示手段３０７は、キー操作や圧電モーター１に接続される図示しないダイヤル操作によって、オフセット量を指示する指令信号を出力するものであってもよく、また、時間経過と共にオフセットする電圧を可変的に変更するように指示する指令信号を出力するものであってもよい。
【００５４】
ここで、オフセット手段３０５によって生成されたオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを各圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加した場合の圧電アクチュエーターの動作について説明する。なお、図１２は、圧電アクチュエーターの動作を示す断面図である。
【００５５】
オフセット手段３０５から出力されたオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａが一方の圧電素子３０Ａに印加されると、この圧電素子３０Ａは、縦方向（長手方向）にバイアス電圧Ｖ１の分だけ伸張した状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。これに対して、オフセット手段３０５から出力されたオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂが他方の圧電素子３０Ｂに印加されると、この圧電素子３０Ｂは縦方向（長手方向）にバイアス電圧Ｖ２の分だけ収縮した状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。すなわち、図１２（ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１０は、圧電素子３０Ａ側が凸、圧電素子３０Ｂ側が凹となるように反った状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。
【００５６】
また、オフセット量指示手段３０７によってオフセット手段３０５が駆動信号４００〜４０２に印加するバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２の符号を逆にすると、圧電素子３０Ａがバイアス電圧Ｖ１の分だけ収縮し、圧電素子３０Ｂがバイアス電圧Ｖ２の分だけ伸張する。この結果、図１２（ｂ）に示すように、圧電素子３０Ａ側が凹、圧電素子３０Ｂ側が凸となるように反った状態で縦振動及び屈曲振動が行われる。
【００５７】
すなわち、圧電アクチュエーター１０は、基準となる駆動信号４００〜４０２で駆動した反りのない状態での駆動と、圧電素子３０Ａ側が凸となるように反った状態の駆動と、圧電素子３０Ａ側が凹となるように反った状態の駆動との３種類の駆動を行うことができる。そして、この反り量は、基準となる駆動信号４００〜４０２をオフセットするバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧値によって可変可能となる。
【００５８】
このように、圧電アクチュエーター１０を圧電素子３０Ａ、振動部材２０及び圧電素子３０Ｂの積層方向で反らせて駆動することで、振動部材２０の当接部２１が回転軸３に当接する領域を変更することができる。
【００５９】
すなわち、圧電アクチュエーター１０を常に基準となる駆動信号４００〜４０２で駆動すると、振動部材２０の当接部２１は、常に回転軸３の同じ領域に当接するため、回転軸３の摩耗が早く進行する。この回転軸３の摩耗により、圧電アクチュエーター１０は、回転軸３側に移動することになり、付勢手段８０による付勢力が低下する。この結果、回転軸３のトルクの低下、回転数の低下が生じる。これに対して、本発明では、圧電アクチュエーター１０を反らせて当接部２１が回転軸３に当接する領域を一定時間毎に変更することで、回転軸３の当接部２１に当接される領域が広くなり、摩耗の進行（当接する面が軸中心側に移動する進行）が遅くなる。したがって、駆動時間が長期経過しても、圧電アクチュエーター１０の回転軸３の中心側に移動する移動量が低く、トルクの低下及び回転数の低下を抑制することができる。また、回転軸３の寿命を延長することができるため、回転軸３の交換頻度を低減して、運用コストを低減することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、圧電素子３０Ａに印加するオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａの基準となる駆動信号４００〜４０２からのオフセット量（バイアス電圧Ｖ１）と、圧電素子３０Ｂに印加するオフセット駆動信号４００Ｂ〜４０２Ｂの駆動信号４００〜４０２からのオフセット量（バイアス電圧Ｖ２）とは、逆符号で且つ絶対値が同じとなるようにしている。このため、圧電素子３０Ａの伸張又は収縮する変化量と、圧電素子３０Ｂの伸張又は収縮する変化量とは反比例する。この結果、圧電アクチュエーター１０全体で基準となる駆動信号４００〜４０２で駆動した場合と略同じ長さで反らせることが可能となり、回転軸３のトルクや回転数などが変化するのを低減することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の圧電モーター１では、当接部２１が回転軸３に当接する領域を変更する大がかりな機械的な調整手段等を設けることなく、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号の電圧を異なる値でオフセットするだけで、当接部２１が回転軸３に当接する領域を変更して、駆動時間の経過に伴う回転軸３の摩耗を低減することができる。これにより、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、オフセット手段３０５によって、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに、それぞれ符号が逆で絶対値が同じバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２でオフセットした駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを印加するようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂのそれぞれに異なる絶対値となるバイアス電圧でオフセットした駆動信号を印加するようにしてもよい。すなわち、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加される駆動信号４００〜４０２やオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂの駆動電圧を、圧電素子３０Ａ、３０Ｂで同一の正方向又は負方向となるようにオフセット（第２オフセット）してもよい。
【００６３】
すなわち、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに同一の駆動信号４００〜４０２を印加する場合には、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号４００〜４０２に同一のバイアス電圧を印加して２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加される駆動電圧がそれぞれ同一方向にオフセットするようにすればよい。
【００６４】
例えば、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで示される駆動波形の駆動電圧を正方向にさらにオフセット（第２オフセット）した場合、圧電素子３０Ａ、３０Ｂは、図１３（ａ）に示すように、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した場合よりも第２オフセットしたバイアス電圧（オフセット電圧）の分だけ縦方向（圧電素子３０の長手方向）に伸張した状態で上述した縦振動及び屈曲振動を行う。なお、図１３は、圧電モーターの平面図である。
【００６５】
このように圧電アクチュエーター１０が長手方向に伸張すると、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した圧電アクチュエーター１０の当接部２１と腕部２３との距離に比べて、圧電アクチュエーター１０の当接部２１と腕部２２との距離が長くなる。ここで当接部２１は、付勢手段８０によって回転軸３に当接されて規制されるため、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで圧電アクチュエーター１０を駆動した際の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ１に比べて、第２オフセットした駆動信号で駆動した圧電アクチュエーター１０の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ２は短くなる。これにより、ばね部材８２が縮められて、付勢手段８０が圧電アクチュエーター１０（保持部材８１）を付勢する付勢力が増大する。この結果、圧電アクチュエーター１０により回転される回転軸３のトルクが高くなる。
【００６６】
一方、例えば、２つの圧電素子３０Ａ、３０Ｂに印加する駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで示される駆動波形の駆動電圧を負方向にさらにオフセット（第２オフセット）した場合、圧電素子３０Ａ、３０Ｂは、図１３（ｂ）に示すように、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した場合よりも第２オフセットしたバイアス電圧（オフセット電圧）の分だけ縦方向（圧電素子３０の長手方向）に収縮した状態で上述した縦振動及び屈曲振動を行う。
【００６７】
このように圧電アクチュエーター１０が長手方向に収縮すると、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで駆動した圧電アクチュエーター１の当接部２１と腕部２３との距離に比べて、圧電アクチュエーター１０の当接部２１と腕部２２との距離が短くなる。ここで当接部２１は、付勢手段８０によって回転軸３に当接されて規制されるため、駆動信号４００〜４０２、４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂで圧電アクチュエーター１０を駆動した際の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ１に比べて、第２オフセットした駆動信号で駆動した圧電アクチュエーター１０の腕部２２（固定部８４）と支持ピン８３との距離Ｌ３は長くなる。これにより、ばね部材８２が伸びた状態で付勢することになり、付勢手段８０が圧電アクチュエーター１０（保持部材８１）を付勢する付勢力が減少する。この結果、圧電アクチュエーター１０により回転される回転軸３のトルクが低くなる。
【００６８】
このように、駆動信号４００〜４０２やオフセットされた駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂの駆動電圧をさらにオフセット（第２オフセット）するだけで、圧電アクチュエーター１０を回転軸３に向かって付勢する付勢力を調整することができ、回転軸３のトルクを調整することができる。また、当接部２１が楕円状に回転する軌道の外周側で回転軸３に当接すると、回転軸３の回転数は下がり、楕円軌道の中心側で回転軸３に当接すると回転数が高くなる。したがって、付勢力を調整することで、回転軸３の回転数も調整することができる。
【００６９】
このため、例えば、振動部材２０の当接部２１と回転軸３との摩耗によって、圧電アクチュエーター１０と回転軸３との距離が短くなったとしても、圧電アクチュエーター１０を駆動する駆動信号の電圧をオフセット（第２オフセット）させることで、圧電アクチュエーター１０を縦方向（付勢方向）に伸張させて、圧電アクチュエーター１０と回転軸３との距離を摩耗前と同じ距離にして、同じ付勢力で付勢させることができる。これにより、振動部材２０や回転軸３の摩耗に拘わらず、回転軸３を常に均一なトルクや回転数で回転させることができる。
【００７０】
また、回転軸３の回転の始めは付勢力を小さくし、回転数が上がるに従い付勢力を大きくするようにオフセット量を調整してもよい。これにより、始動性を向上して、短時間で所望の回転数まで回転させることが可能である。
【００７１】
（実施形態２）
図１４は、本発明の実施形態２に係る圧電モーターの分解斜視図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７２】
図１４に示すように、圧電モーター１Ａを構成する圧電アクチュエーター１０Ａに搭載された圧電素子３０Ｃは、第２電極６０Ａが溝部７０Ａによって３分割されている。具体的には、第２電極６０Ａは、圧電素子３０Ｃの対角に、Ｌ字状の溝部７０Ａが設けられることによって、電気的に接続されて中央に略Ｚ字状となるように駆動電極６４が形成されている。そして、駆動電極６４の外側の溝部７０Ａで分割された２つの電極は、駆動されない非駆動電極６５となっている。
【００７３】
一方、振動部材２０Ａには、圧電素子３０Ｃの長手方向一端部の駆動電極６４側に偏った位置に当接部２１Ａが設けられている。
【００７４】
そして、振動部材２０Ａの圧電素子３０Ｃの長手方向における中央部には、短手方向に延設された一対の腕部２２が設けられており、一方の腕部２２の先端部が装置本体２に固定されている。この装置本体２に固定された一方の腕部２２が、板ばね状になっており、圧電アクチュエーター１０Ａを回転軸に付勢する付勢手段としても機能する。
【００７５】
このような圧電アクチュエーター１０Ａでは、駆動電極６４に駆動信号が印加されることにより、圧電素子３０Ｃは振動部材２０Ａの面内で、駆動電極６４が設けられた対角線に沿って菱形となるように伸張・収縮する。そして、圧電アクチュエーター１０Ａの当接部２１Ａを、回転軸３の軸中心から偏心した位置に当接させると共に、圧電素子３０の長手方向が回転軸３の径方向とは交差する方向に配置することで、回転軸３は一方向のみに回転駆動される。
【００７６】
具体的には、圧電素子３０が対角線上に沿って伸張することで、当接部２１は、回転軸３の軸中心とは偏心した位置を押圧する。このとき、回転軸３は回転方向のみに移動可能であるため、当接部２１Ａによる押圧は、回転方向に変換される。そして、回転軸３の回転に伴い圧電アクチュエーター１０Ａの当接部２１Ａにも回転軸３の回転方向への圧力が印加されて、結果、当接部２１Ａは楕円軌道を描くように回転駆動される。
【００７７】
このような構成の圧電モーター１Ａであっても、上述した実施形態１と同様に、制御部３００によって、基準となる駆動信号に対して電圧をオフセットしたオフセット駆動信号４００Ａ〜４０２Ａ、４００Ｂ〜４０２Ｂを圧電アクチュエーター１０Ａの２つの圧電素子３０Ｃに印加して駆動することで、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１及び２では、振動部材２０、２０Ａの両面に圧電素子３０（３０Ａ、３０Ｂ）、３０Ｃを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、振動部材２０、２０Ａの一方面のみに圧電素子３０（３０Ａ又は３０Ｂ）、３０Ｃを設けるようにしてもよい。このような場合であっても、一方面に設けられた圧電素子３０、３０Ｃに印加する駆動信号を所定の電圧でオフセットすれば、圧電アクチュエーターを圧電素子３０、３０Ｃと振動部材２０、２０Ａとの積層方向に反らせて、当接部２１、２１Ａが回転軸３に当接する領域をずらすことができる。
【００７９】
また、上述した実施形態１及び２では、振動部材２０、２０Ａの当接部２１、２１Ａが、回転軸３の外周面に当接されるようにしたが、特にこれに限定されず、当接部２１、２１Ａが、回転軸３の軸方向の端面に当接するようにしてもよい。この場合には、圧電アクチュエーター１０、１０Ａを積層方向で屈曲させることにより、当接部２１、２１Ａは、回転中心側又は回転中心とは反対側に当接するため、回転軸３の回転数を変更することができる。すなわち、当接部２１、２１Ａが回転軸の回転中心側に移動して当接すれば、回転軸３の回転速度は速まると共にトルクが低くなる。また、逆に当接部２１、２１Ａが回転軸の回転中心とは反対側に移動して当接すれば、回転速度は遅まると共にトルクは高くなる。
【００８０】
また、上述した実施形態の圧電モーター１、１Ａは、液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の駆動手段として用いることができる。ここで、実施形態１の圧電モーター１を用いたインクジェット式記録装置の一例を図１５及図１６に示す。なお、図１５は、一実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図であり、図１６は、要部を拡大した平面図である。
【００８１】
図１５に示すインクジェット式記録装置１００において、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッド１０１を有する記録ヘッドユニット１０２は、インク供給手段を構成するカートリッジ１０３が着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４は、記録装置本体１０５に取り付けられたキャリッジ軸１０６に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１０２は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８２】
そして、駆動モーター１０７の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト１０８を介してキャリッジ１０４に伝達されることで、記録ヘッドユニット１０２を搭載したキャリッジ１０４はキャリッジ軸１０６に沿って移動される。一方、記録装置本体１０５にはキャリッジ軸１０６に沿ってプラテン１０９が設けられており、給紙手段１１０によって給紙された紙等の被噴射媒体である記録シートＳがプラテン１０９に巻き掛けられて搬送される。記録シートＳは、プラテン１０９上でインクジェット式記録ヘッド１０１から吐出されたインクによって印刷される。そしてプラテン１０９上で印刷された記録シートＳは、プラテン１０９の給紙手段１１０とは反対側に設けられた排紙手段１２０によって排紙される。
【００８３】
図１６に示すように、給紙手段１１０は、給紙ローラー１１１と従動ローラー１１２とで構成されている。給紙ローラー１１１には、その端部に上述した圧電モーター１の回転軸３が固定されており、圧電アクチュエーター１０の駆動によって回転駆動される。また、給紙ローラー１１１には、同軸上に第１歯車１１３が設けられている。
【００８４】
排紙手段１２０は、排紙ローラー１２１と従動ローラー１２２とで構成されている。排紙ローラー１２１には同軸上に第２歯車１２３が設けられている。そして、給紙ローラー１１１の第１歯車１１３が、この第１歯車１１３に噛み合う第３歯車１３０、第３歯車１３０に噛み合う第４歯車１３１、第４歯車に噛み合う第５歯車１３２を介して排紙ローラー１２１の第２歯車１２３に噛み合うことで、給紙ローラー１１１を回転駆動する圧電モーター１の駆動力が、排紙ローラー１２１に伝達される。
【００８５】
なお、図１５及び図１６に示す例では、圧電モーター１によって、給紙手段１１０及び排紙手段１２０を回転駆動するものであるが、例えば、上述した実施形態の圧電モーター１を、キャリッジ１０４を移動させる駆動モーター１０７の代わりに用いることも可能である。もちろん、その他の駆動系、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０１にインクを供給するポンプ等に圧電モーター１を用いることもできる。また、本実施形態では、上述した実施形態１の圧電モーター１を用いたが、特にこれに限定されず、例えば、上述した実施形態２の圧電モーター１Ａを用いるようにしてもよい。
【００８６】
なお、本発明は、広く液体噴射装置全般を対象としたものであり、圧電モーターは、上述したインクジェット式記録装置以外の液体噴射装置に搭載することが可能である。その他の液体噴射装置としては、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射装置、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射装置等が挙げられる。
【００８７】
さらに、上述した実施形態の圧電モーター１、１Ａは、時計の駆動手段としても用いることができる。ここで、実施形態１の圧電モーター１を用いた時計の一例を図１７に示す。
【００８８】
図１７に示すように、時計２００を構成するカレンダー表示機能は、圧電モーター１に連結されており、その駆動力によって駆動される。
【００８９】
カレンダー表示機能の主要部は、圧電モーター１の回転軸３の回転を減速する減速輪列とリング状の日車２０１とを具備する。また、減速輪列は日回し中間車２０２と、日回し車２０３とを有する。
【００９０】
そして、上述の圧電モーター１の圧電アクチュエーター１０によって回転軸３を時計回りに回転駆動させると、回転軸３の回転は、日回し中間車２０２を介して日回し車２０３に伝達され、この日回し車２０３が日車２０１を時計回りに回転させる。これら圧電アクチュエーター１０から回転軸３、回転軸３から減速輪列（日回し中間車２０２、日回し車２０３）、減速輪列から日車２０１への力の伝達は、何れも面内方向で行われる。このためカレンダー表示機構を薄型化することができる。
【００９１】
また、日車２０１には、周方向に沿って日付を表す文字が印刷された円盤状の文字板２０４が固定されている。そして、時計２００の本体には、文字板２０４に設けられた一文字を露出する窓部２０５が設けられており、窓部２０５から日付が覗けるようになっている。なお、時計２００には、特に図示していないが、長針及び短針や、これら長針及び短針を駆動するムーブメント等が設けられている。
【００９２】
なお、圧電モーター１は、カレンダー表示機構だけではなく、時計の長針・短針等を駆動するムーブメントとして利用することができる。これら時計の長針・短針等を駆動する構造については従来周知の電磁モーター等の代わりに上述した圧電モーター１、１Ａを組み込むだけで可能である。
【００９３】
また、本発明は、広く圧電モーター全般を対象としたものであり、上述した液体噴射装置や時計以外の小型デバイスに利用することが可能である。圧電モーターを利用できる小型デバイスとしては、医療用ポンプ、カメラ、産業用や義手などのロボット等が挙げられる。
【符号の説明】
【００９４】
１、１Ａ 圧電モーター、 ３ 回転軸、 １０、１０Ａ 圧電アクチュエーター、 ２０、２０Ａ 振動部材、 ３０、３０Ａ、３０Ａ、３０Ｃ 圧電素子、 ４０ 圧電体層、 ５０ 第１電極、 ６０、６０Ａ 第２電極、 ７０、７０Ａ 溝部、 ８０ 付勢手段、 １００ 記録装置、 ２００ 時計、 ３００ 制御部、 ３０５ オフセット手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と該圧電体層を挟んで両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極とを有する圧電素子と、該圧電素子が固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記振動部材の端面が当接されて回転駆動する回転軸と、
前記圧電アクチュエーターを前記回転軸側に向かって付勢する付勢手段と、を具備する圧電モーターであって、
前記圧電素子に駆動信号を印加すると共に、前記駆動信号の電圧をオフセットする制御部を有することを特徴とする圧電モーター。
【請求項２】
前記振動部材には、両面にそれぞれ前記圧電素子が設けられていると共に、前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに異なる電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することを特徴とする請求項１記載の圧電モーター。
【請求項３】
前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに逆符号となる同じ電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することを特徴とする請求項２記載の圧電モーター。
【請求項４】
前記振動部材の端面が、前記回転軸の外周面に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電モーター。
【請求項５】
前記振動部材の端面が、前記回転軸の軸方向端面に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電モーター。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の圧電モーターを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項７】
前記圧電モーターが、液体が噴射される被噴射媒体を搬送する給紙手段として用いられることを特徴とする請求項６記載の液体噴射装置。
【請求項８】
請求項１〜５の何れか一項に記載の圧電モーターを具備することを特徴とする時計。
【請求項１】
圧電体層と該圧電体層を挟んで両側にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極とを有する圧電素子と、該圧電素子が固定された振動部材と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記振動部材の端面が当接されて回転駆動する回転軸と、
前記圧電アクチュエーターを前記回転軸側に向かって付勢する付勢手段と、を具備する圧電モーターであって、
前記圧電素子に駆動信号を印加すると共に、前記駆動信号の電圧をオフセットする制御部を有することを特徴とする圧電モーター。
【請求項２】
前記振動部材には、両面にそれぞれ前記圧電素子が設けられていると共に、前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに異なる電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することを特徴とする請求項１記載の圧電モーター。
【請求項３】
前記制御部は、前記振動部材の一方面に設けられた前記圧電素子と、前記振動板の他方面に設けられた前記圧電素子とに、互いに逆符号となる同じ電圧でオフセットした前記駆動信号を印加することを特徴とする請求項２記載の圧電モーター。
【請求項４】
前記振動部材の端面が、前記回転軸の外周面に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電モーター。
【請求項５】
前記振動部材の端面が、前記回転軸の軸方向端面に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電モーター。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の圧電モーターを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項７】
前記圧電モーターが、液体が噴射される被噴射媒体を搬送する給紙手段として用いられることを特徴とする請求項６記載の液体噴射装置。
【請求項８】
請求項１〜５の何れか一項に記載の圧電モーターを具備することを特徴とする時計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２３３３３７（Ｐ２０１０−２３３３３７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７８７２（Ｐ２００９−７７８７２）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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