DE3733783A1

DE3733783A1 - Vibrations-antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE3733783A1
Application number: DE19873733783
Authority: DE
Inventors: Koji Iwata; Shigeru Okuma; Yoshimasa Kimura; Yoshihiro Kobata; Kiyoshi Kaneko
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1988-04-14
Also published as: DE3733783C2; US4953413A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vibrations-Antriebsvorrichtung.

Antriebsvorrichtungen, in denen für den Antrieb eines Rotors ein piezoelektrisches Element in Schwingungen versetzt wird, sind aus den US-PS 45 48 090 und 43 25 264 bekannt.

Bei diesen Vorrichtungen kann ein bewegbares Teil nicht zu einer zweidimensionalen Bewegung angetrieben werden, so daß als Vorrichtungen für den Antrieb des bewegbaren Teils in zweidimensionalen Richtungen Vorrichtungen in folgenden Ausführungen eingesetzt wurden:

Eine Vorrichtung, bei der parallel zu den Richtungen zweier zueinander senkrechter Achsen (X und Y) auf einer Ebene Führungsschienen angebracht sind und an der zur X-Achse parallelen Führungsschiene X die zur Y-Achse parallele Führungsschiene Y sowie an der Führungsschiene Y parallel zur Y- Achse ein bewegbarer Tisch bewegt wird, wodurch der bewegbare Tisch auf der ebenen Fläche in beliebiger Richtung bewegt wird, sowie eine Vorrichtung, bei der ein bewegbarer Tisch, der einen Druckmechanismus trägt, an einer zur X-Achse parallelen Führungsschiene bewegt wird und Druckpapier in einer zur Y-Achse parallelen Richtung versetzt wird, wodurch der bewegbare Tisch in den Richtungen der X-Achse und der Y-Achse in bezug auf das Druckpapier bewegt wird.

Die Vorrichtungen in den vorstehend beschriebenen Ausführungen wurden hauptsächlich in Druckgeräten bzw. Schreibern verwendet.

Bei diesen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik kann jedoch der bewegbare Tisch nur innerhalb eines festen Bereichs bewegt werden, der durch die Führungsschienen usw. bestimmt ist; bei dem Einsatz der Vorrichtungen als Druckvorrichtungen ist es zum Steigern der Druckgeschwindigkeit erforderlich, eine Vielzahl von bewegbaren Tischen mit jeweils einem Druckmechanismus vorzusehen, was zu komplizierteren Mechanismen führt.

Nach einem anderen Verfahren wurde ein Kurvenschreiber mit einer Antriebsquelle, die ein Drehantriebsteil wie ein Rad oder eine Raupe und einen Motor für dessen Antrieb aufweist, und mit einem auf der Antriebsquelle gelagerten Druckmechanismus versehen. Bei diesem Verfahren ist es jedoch erforderlich, daß der Antriebsmechanismus genau und robust ist, um einen hochgenauen Servomechanismus zu erhalten, was nachteiligerweise zu einem großen Gewicht oder hohen Kosten des Antriebsmechanismus geführt hat.

Mit der Erfindung soll eine Antriebsvorrichtung geschaffen werden, in der an einem Grundteil mehrere elektromechanische Energiewandlerelemente angebracht sind, an die ein Frequenzsignal angelegt wird, um sie in Schwingung zu versetzen, wobei deren Schwingungskräfte zu einer festen Fläche wie einer Bodenfläche übertragen werden, wodurch das Grundteil in der kombinierten bzw. resultierenden Richtung der Schwingungskräfte bewegt wird.

Ferner soll mit der Erfindung eine Antriebsvorrichtung geschaffen werden, in der elektromechanische Energiewandlerelemente für verschiedene Stellungen eines Grundteils angeordnet sind, an die Elemente ein Frequenzsignal angelegt wird, um die Elemente in Schwingungen zu versetzen, die Schwingungskräfte in den Elementen in verschiedenen Richtungen zu einer festen Fläche wie einer Bodenfläche übertragen werden, um das Grundteil in der resultierenden Richtung der Schwingungskräfte zu bewegen, und die Schwingungskräfte in den Elementen auf beliebige Weise eingestellt werden, um dadurch das Grundteil in irgendeiner beliebigen Richtung zu bewegen.

Erfindungsgemäß soll die Richtung und die Geschwindigkeit der Bewegung des Grundteils auf genaue Weise steuerbar sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1A ist eine Draufsicht, die den Aufbau einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 1B ist eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1A.

Fig. 1C ist eine Vorderansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung zeigt.

Fig. 2 veranschaulicht eine Antriebskraft an einem bewegbaren Tisch nach Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Blockdarstellung einer Steuerschaltung der Antriebsvorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 4 und 5 sind Schaltungs- und Blockdarstellungen, die jeweils ein Beispiel für einen in Fig. 3 dargestellten Lageerfassungsmechanismus zeigen.

Fig. 6 zeigt den Aufbau des Kopfendes einer in Fig. 1 gezeigten Antriebsquelle.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel für die Antriebsquelle.

Fig. 8 ist eine Unteransicht einer Antriebsvorrichtung mit Antriebsquellen gemäß Fig. 7.

Fig. 9A und 9B sind Programmablaufdiagramme für ein Programm, das in einer in Fig. 3 gezeigten Rechen- und Steuerschaltung enthalten ist.

Fig. 10 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine Phasensteuerschaltung 13-1 und eine Spannungssteuerschaltung 13-2 zeigt, die in Fig. 3 gezeigt sind.

Die Fig. 1A und 1B sind eine Draufsicht bzw. eine Vorderansicht, die den Aufbau der Antriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigen. In diesen Figuren ist mit 1 ein bewegbarer Tisch bezeichnet, an dem drei Kugeln 2, 3 und 4 drehbar mittels Kugelaufnahmen 2′, 3′ und 4′ angebracht sind, die an den Tisch angebaut sind. Der Tisch 1 ist auf einer ebenen Fläche 5 in allen Richtungen bewegbar. Gemäß Fig. 1A sind an den jeweiligen Ecken des gleichseitig dreieckigen Tisches 1 Antriebsquellen 6, 7 und 8 unter einem gegenseitigen Winkel von 120°C angebracht. Gemäß Fig. 1B dehnen sich die Antriebsquellen 6, 7 und 8 in ihrer Längsrichtung, nämlich in X-Richtung aus und stoßen gegen die ebene Fläche 5, wodurch als Reaktion hierauf der Tisch 1 bewegt wird. In der Fig. 1B ist der Pfeil X nur für die Antriebsquelle 6 abgebildet, jedoch gilt dies auch für die Antriebsquelle 7 und 8.

Die Kräfte, mit denen die Antriebsquellen 6, 7 und 8 sich in ihrer Längsrichtung ausdehnen, sind durch Vektoren

dargestellt, zu der ebenen Fläche parallele Komponenten sind durch Vektoren

dargestellt und zu der ebenen Fläche 5 senkrechte Komponenten sind durch Vektoren

dargestellt; die nachstehende Beschreibung basiert auf diesen Definitionen.

In diesem Fall sind die Komponenten, die den Tisch 1 auf der ebenen Fläche 5 bewegen, die zu der ebenen Fläche 5 parallelen Komponenten

Die Fig. 2 zeigt einen Zustand, bei dem die zu der ebenen Fläche 5 parallelen Vektoren

an einem Flächen- Schwerpunkt W des Tisches 1 unter einem gegenseitigen Winkel von 120′ wirken. Wenn die Vektoren

an dem Schwerpunkt W selektiv zur Wirkung gebracht werden, wird der Schwerpunkt W, nämlich der Tisch 1 auf der ebenen Fläche 5 bewegt. Falls beispielsweise zum Bewegen des Schwerpunktes W nach rechts nur der Vektor wirksam wird, wird als Reaktion hierauf der Schwerpunkt W nach rechts bewegt, wobei die wirksame Kraft in diesem Fall durch l gegeben ist, nämlich durch das Multiplizieren des Vektors a mit einer Konstanten l (0 < l < 1). Ferner kann zum Erzeugen eines Vektors für das Bewegen des Schwerpunktes W nach unten zu 1/2 und kombiniert werden

Zum Erzeugen eines Vektors für das Bewegen des Schwerpunktes W nach links können und kombiniert werden

Zum Bewegen des Schwerpunktes W durch einen Vektor

miteinander kombiniert werden

Gemäß der vorstehenden Beschreibung können zum Bewegen des Schwerpunktes W durch einen bestimmten Vektor die Vektoren

unter Multiplizieren derselben mit einer bestimmten Konstante selektiv an dem Schwerpunkt zur Wirkung gebracht werden. D. h., der Vektor ergibt sich zu

wobei 0 ≦ l, m, n ≦ 1 gilt und l, m und n Konstanten sind. Auf diese Weise kann der Schwerpunkt W in allen Richtungen auf der ebenen Fläche 5 durch eine Kraft mit einer Größe in einem gleichmäßigen Sechseck bewegt werden, das die Vektoren

als Ecken enthält.

Als Antriebsquellen 6, 7 und 8 sind z. B. geschichtete bzw. laminierte piezoelektrische Elemente zu nennen. Bei den laminierten piezoelektrischen Elementen wird der piezoelektrische Gegeneffekt des Erzeugens mechanischer Spannung bei dem Anlegen einer Spannung an eine bestimmte Art von Keramikmaterial genutzt. Wenn eine Spannung an die Antriebsquellen 6, 7 und 8 angelegt wird, dehnen sie sich in der Richtung des Pfeils X nach Fig. 1B aus, wobei die Kopfenden der Antriebsquellen 6, 7 und 8 gegen die ebene Fläche 5 stoßen und als deren Rückwirkung der Tisch 1 auf der ebenen Fläche 5 bewegt wird. Wenn die Spannung an den Antriebsquellen 6, 7 und 8 abgeschaltet wird, ziehen sich die Antriebsquellen wieder zusammen, wobei sie ihre ursprüngliche Länge annehmen. Wenn keine Spannung an die Antriebsquellen angelegt wird, besteht zwischen der jeweiligen Antriebsquelle und der ebenen Fläche 5 ein kleiner Spalt, während bei dem Anlegen einer Spannung an die Antriebsquellen sich diese ausdehnen und mit ihrem Kopfenden gegen die ebene Fläche 5 stoßen, so daß als Reaktion hierauf der Tisch 1 auf der ebenen Fläche 5 bewegt wird. Zum Verändern der von den Antriebsquellen hervorgerufenen Kräfte kann die an die Antriebsquellen angelegte Spannung verändert werden. Dadurch können die Konstanten l, m und n in der vorstehend angeführten Gleichung

verändert werden, so daß der Tisch 1 in allen Richtungen mit veränderbaren Geschwindigkeiten bewegt werden kann.

Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem zur gleichmäßigen Führung die Kugeln 2, 3 und 4 vorgesehen sind, jedoch ist ein Antrieb auch dann möglich, wenn die Kugeln nicht vorgesehen sind.

Ferner wurde ein Aufbau beschrieben, bei dem die drei Antriebsquellen unter einem gegenseitigen Winkel von 120° angeordnet sind, jedoch kann der Winkel auf geeignete Weise in Abhängigkeit von dem Gesamtaufbau gewählt werden. Weiterhin können mehr als drei Antriebsquellen verwendet werden.

Es wird nun die Gestaltung der Kopfenden der Antriebsquellen 6, 7 und 8 beschrieben.

Die Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht des Kopfendenbereichs der jeweiligen Antriebsquelle 6, 7 oder 8. Gemäß der Darstellung ist in demjenigen Bereich einer jeden Antriebsquelle, der mit der Boden- bzw. Auflagefläche in Berührung kommt, ein Schlitz ausgebildet, um auf mechanische Weise eine zusammengesetzte Resonanz herbeizuführen und eine Schwingungsamplitude zu vergrößern. Bei Versuchen mit der Antriebsvorrichtung wurde ein Ausschnitt in der Weise angebracht, daß ein Teil mit einer Dicke (t) von ungefähr 1 mm und einer Länge (l) von ungefähr 5 mm in dem mit der Boden-Auflagefläche in Berührung kommenden Bereich des Kopfendes eines Resonanzzylinders aus Aluminium gebildet wurde, wodurch ein gutes Ergebnis erzielt wurde. Nimmt man an, daß der Ansatzwinkel der mit dem Ausschnitt versehenen Antriebsquellen in bezug auf die Auflagefläche γ ist, ergaben sich hinsichtlich der Bewegungsgeschwindigkeit folgende Eigenschaften:

Bei γ = 80° bis 50° war die Bewegungsgeschwindigkeit auf einer Papierfläche hoch und auf einer Metallplatte niedrig.

Bei q = 30° bis 10° war die Bewegungsgeschwindigkeit auf einer Papierfläche "0" und auf einer Metallplatte hoch.

Infolgedessen kann abhängig von der Auflagefläche ein optimaler Ansatzwinkel gewählt werden.

Es wird nun ein Beispiel für die Ansteuerung der Antriebsquellen 6, 7 und 8 beschrieben.

Die Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung hierfür. In der Fig. 3 ist mit 11 eine Befehls-Bedienungseinheit für die Eingabe von Betriebsfehlern durch die Bedienungsperson bezeichnet. An der Bedienungseinheit 11 werden Befehle mittels Tasten, eines Hebels oder dergleichen zum Befehlen der Richtung und der Geschwindigkeit eingegeben. Mit 12 ist eine Rechen- und Steuerschaltung bezeichnet, die die Befehlssignale aus der Bedienungseinheit 11 aufnimmt und nachfolgend beschriebene Schaltungen 13, 14, 15 und 18 sowie die Antriebsquellen 6, 7 und 8 steuert. Die Rechen- und Steuerschaltung 12 enthält einen Mikrocomputer. Mit 13 ist eine Geschwindigkeits-Steuerschaltung zum Steuern der Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebsquellen 6, 7 und 8 bei deren elektrischer Ansteuerung bezeichnet. Mit 14 ist eine Richtungs-Steuerschaltung für das Bestimmen der Richtung der Bewegung durch die Antriebsquellen bezeichnet. Mit 15 ist eine Hochfrequenz-Treiberschaltung für die Ansteuerung von Vibratoren 16 bezeichnet, die in die Antriebsquellen 6, 7 und 8 eingebaut sind. Mit 16 sind die Vibratoren für die Schwingungserregung in den Antriebsquellen 6, 7 und 8 bezeichnet. Die Vibratoren 16 können beispielsweise gemäß den vorangehenden Ausführungen PZT-Elemente als piezoelektrische Elemente oder dergleichen sein. Mit 17 ist ein Element (PZT oder dergleichen) zur Umsetzung mechanischer Schwingungen in elektrische Signale, nämlich ein Sensor für das Erfassen sowohl der von dem Vibrator 16 in der Antriebsquelle 6, 7 oder 8 hervorgerufenen Schwingung als auch einer durch den Rückprall dieser Schwingung an der Auflagefläche hervorgerufenen Schwingung, für das Umsetzen der Schwingungen in ein elektrisches Signal, für das Ermitteln, wieviel der ersten Schwingung an der Auflagefläche zurückgeprallt ist, und für das Zuführen des Erfassungssignals zu der Rechen- und Steuerschaltung 12 bezeichnet.

Mit 18 ist eine Antriebskraft-Detektorschaltung bezeichnet, die das mit dem Sensor 17 erfaßte Signal verstärkt und der Rechen- und Steuerschaltung 12 als Information darüber zuführt, wie groß die aufgebrachte Kraft ist.

Es wird nun die Funktionsweise beschrieben. Als Beispiel sei angenommen, daß die Antriebsvorrichtung in der Richtung nach Fig. 1A bewegt wird. D. h., wenn die Vorrichtung mit der Antriebsquelle 6 als vorderer Bereich und den Antriebsquellen 7 und 8 als hinterer Bereich bewegt wird und wenn die Antriebsquellen 7 und 8 mit der gleichen Amplitude für den Anstoß an die Auflagefläche schwingen, wird durch die sich daraus ergebende Reaktions- bzw. Rückstoßkraft an dem Tisch 1 eine Kraft in Gegenrichtung zu den Vektoren

ausgeübt und der Tisch in der Richtung des Vektors bewegt. Dabei wird die Antriebsquelle 6 nicht in Schwingungen versetzt. Diese Bewegung kann auf einfache Weise durch Beenden des Schwingens der Antriebsquellen 7 und 8 beendet werden, jedoch wird in manchen Fällen infolge eines Nachschwingens der Antriebsquellen 7 und 8 infolge der gesamten Trägheit die Bewegung nicht mit hoher Genauigkeit abgebrochen. Infolgedessen kann die Antriebsquelle 6 in Schwingungen versetzt werden, um als Bremse zu wirken, und damit zu einer plötzlichen Bremsung ein Vektor in Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, wodurch der bewegbare Tisch an einer gewünschten Stelle angehalten wird. Falls zum Bewegen des Tisches in einer gegenüber dem Vektor nach oben abgewinkelten Richtung entweder die Schwingung der Antriebsquelle 8 unterbrochen oder deren Schwingungsamplitude verringert wird und die Schwingung der Antriebsquelle 7 fortgesetzt wird oder die Schwingungsamplitude verstärkt und die Vektorrichtung des Tisches 1 abgewinkelt wird, wird der Tisch in der gegenüber dem Vektor nach oben abgewinkelten Richtung bewegt. Wenn ferner der bewegbare Tisch in der Gegenrichtung, nämlich in einer gegenüber dem Vektor a nach unten abgewinkelten Richtung bewegt werden soll, wird der Tisch in dieser Richtung bewegt, wenn die Schwingungen der Antriebsquellen 7 und 8 auf zu der vorstehend beschriebenen Weise entgegengesetzte Weise gesteuert werden.

Mit der Geschwindigkeits-Steuerschaltung 13 kann beispielsweise der Spannungspegel der Ansteuerungswellen für die Ansteuerung des Vibrators gesteuert werden, um dadurch die Schwingungsamplitude zu steuern und die Geschwindigkeit zu verändern.

Ferner wird in der Richtungs-Steuerschaltung 14 die Ansteuerung der Antriebsquellen 6, 7 und 8 durch eingegebene Befehle für die Richtung nach rechts oder links gesteuert, wodurch die Richtung gesteuert wird. Es ist natürlich denkbar, daß diese Schaltung 14 in der Schaltung 12 enthalten ist.

Der Sensor 17 erfaßt mit einem bimorphen Sensorelement oder dergleichen die mechanischen Schwingungen, die durch die Schwingungskraft hervorgerufen werden, welche durch die Rückstoßkraft oder dergleichen an der Auflagefläche entsteht, und führt über die Antriebskraft-Detektorschaltung 18 zu der Rechen- und Steuerschaltung 12 das Ausmaß der Kraft zurück, mit der die Antriebsquellen 6, 7 und 8 gegen die Auflagefläche stoßen, wobei mit einem Computerprogramm ermittelt wird, ob eine Normal- oder Sollgeschwindigkeit eingehalten wird oder nicht, und an die Geschwindigkeits-Steuerschaltung 13 bei einer Geschwindigkeit über der Sollgeschwindigkeit ein Signal zur Geschwindigkeitsverringerung und bei einer Geschwindigkeit unter der Sollgeschwindigkeit ein Signal zur Geschwindigkeitssteigerung ausgegeben wird, wodurch der Tisch auf genauere Weise bewegt wird. Falls zu diesem Zeitpunkt infolge der Auflageflächen-Gegebenheiten (der Art, des Reibungskoeffizienten, der Temperatur und dergleichen der Auflagefläche) die Phase der in den Antriebsquellen hervorgerufenen Schwingungen und die Phase bis zum Abheben der Antriebsquellen in die Luft und Absenken derselben nicht miteinander übereinstimmen, ergibt dies einen Kraftverlust. Ferner ist manchmal die Richtung nicht festgelegt. Infolgedessen wird eine Phasensteuerung wie eine Phasenkopplungsregelung in der Weise genutzt, daß durch die mit dem Sensor 17 und der Detektorschaltung 18 zurückgeführte Information die Anstoßkraft maximal wird und daß die Richtung nicht unbestimmt wird, wobei eine Phaseneinstellung mittels einer Phasensteuerschaltung 13-1 vorgenommen wird.

In diesem Fall ist es auch möglich, die Phase an einer vorbestimmten Antriebsquelle absichtlich zu verändern und damit die Bewegungsrichtung zu ändern.

Falls fener zum Bewegen des Tisches in verschiedenerlei Richtungen zwischen den Richtungen der Vektoren

wie in Zwischenrichtungen zwischen den Richtungen der Vektoren

nach Fig. 1 an den Antriebsquellen 6, 7 und 8 die Richtung durch die Steuerung mit der Richtungs-Steuerschaltung 14 und die Phasen- und Spannungssteuerung mit der Geschwindigkeits- Steuerschaltung 13 verändert wird, kann der Tisch in einer frei veränderbaren Bewegungsrichtung bewegt werden. Falls beispielsweise der Tisch senkrecht zur Richtung des Vektors nach oben bewegt werden soll, während die Ausrichtung nach Fig. 1 aufrecht erhalten bleibt, werden von Antriebskraft-Detektorblöcken mit jeweils dem Sensor 17 und der Detektorschaltung 18 die Vektoren

erfaßt und von der Rechen- und Steuerschaltung 12 eine Berechnung zur Ermittlung eines resultierenden Vektors aus den Vektoren

und zum Ermitteln der gegenwärtigen Richtung ausgeführt, wonach dann gemäß dieser Information durch die Steuereinheiten 13 und 14 die Antriebsquellen 6, 7 und 8 derart gesteuert werden, daß ein Vektor in einer Richtung entsteht, in der der Tisch bewegt werden soll. Bei dem vorangehend beschriebenen Aufbau konnte der Tisch mit ungefähr 40 cm/s bewegt werden.

Mit 19 und 20 sind Schaltungen für das Ermitteln der Lage des Tisches und das zweidimensionale Erfassen der Koordinaten gegenüber einem Bezugspunkt bezeichnet. Beispielsweise kann mit den Schaltungen 19 und 20 zweidimensional die gegenwärtige Lage gegenüber dem Bezugspunkt aus einer Impulsanzahl ermittelt werden, die mit einem Fotosensor 201 und einem Codier-Drehmelder 203 mit einem in Fig. 4 dargestellten Mechanismus erfaßt wird, der in den Kugelaufnahmen 2′, 3′ und 4′ angebracht ist, die die Kugeln 2, 3 und 4 nach Fig. 1 aufnehmen. Diese Lageerfassungsdaten (X, Y) werden durch den Mikrocomputer bzw. die Rechen- und Steuerschaltung 12 erfaßt und mit einer gewünschten Lage verglichen, wobei dann, wenn dazwischen ein Unterschied besteht, die Richtung zu der erwünschten Lage ermittelt wird und die Antriebsquellen 6 bis 8 derart ein- und ausgeschaltet werden, daß der Tisch in der gewünschten Richtung bewegt wird.

Die Lage kann zweidimensional auch auf die Weise erfaßt werden, daß der Tisch auf einem "Tablett" bewegt und an dem Tisch 1 nach Fig. 1 ein Lageerfassungsgriffel oder dergleichen angebracht wird. Beispielsweise wird auf einem in Fig. 5 dargestellten Tablett zur Erfassung durch elektromagnetische Induktion die Absolutlage auf dem Tablett mit einem an dem Tisch angebrachten Erfassungsgriffel festgestellt, wobei der Tisch 1 gemäß einem Befehl, der in die Steuerschaltung nach Fig. 3 eingegeben wird, die auf den Tisch aufgesetzt ist, auf freie Weise zu einer gewünschten Stelle bewegt werden kann. Ferner kann mit einem an dem Tisch 1 befestigten Aufzeichnungs- Tintenstift ein gewünschtes Zeichenbild oder eine gewünschte Figur in Übereinstimmung mit der Tischbewegung aufgezeichnet werden, während mit einem an dem Tisch 1 befestigten Bildleser unter Verwendung eines Vorlagenlese-CCD-Fotosensors eine Vorlage entsprechend der Tischbewegung gelesen werden kann.

Die Fig. 9A und 9B sind Programmablaufdiagramme, die ein Beispiel für das Programm in dem Computer der Rechen- und Steuerschaltung 12 zeigen. Nachstehend wird die diesem Programm entsprechende Funktion der Schaltung nach Fig. 3 beschrieben.

Die Rechen- und Steuerschaltung 12 beginnt von einem Schritt 1 an zu arbeiten, bei dem die von Hand an der Bedienungseinheit 11 eingestellten Werte l, m, n und s eingegeben werden, wonach bei einem Schritt 2 ein in der Phasensteuerschaltung 13-1 vorgesehener Hochfrequenzoszillator in Betrieb gesetzt wird und bei einem Schritt 3 die Verstärkung eines Verstärkers in einer Spannungssteuerschaltung 13-2 entsprechend der eingegebenen Information s eingestellt wird. In der Fig. 10, die ein Schaltbild für ein Beispiel der Phasensteuerschaltung 13-1 und der Spannungssteuerschaltung 13-2 ist, sind mit OS Oszillatoren und mit AMP 1 bis AMP 3 Verstärker bezeichnet. Bei den vorstehend beschriebenen Schritten nehmen die Verstärkungsfaktoren der Verstärker AMP 1 bis AMP 3 einen der Information s entsprechenden Wert an, wobei Impulse aus den Oszillatoren OS verstärkt werden, die Impuls gleicher Frequenz abgeben, wonach die verstärkten Signale (als "Frequenzsignale") in Treiberschaltungen 15-1 bis 15-3 der Hochfrequenz-Treiberschaltung 15 eingegeben werden.

Bei einem Schritt 4 werden die Verstärkungsfaktoren von Verstärkern, die die Treiberschaltungen 15-1 bis 15-3 bilden, entsprechend den eingegebenen Werten l, m und n eingestellt. Bei einem Schritt 5 wird ermittelt, ob durch die Bedienung der Bedienungseinheit 11 ein Antriebsbefehl eingegeben wurde; wenn kein Antriebsbefehl eingegeben wurde, kehrt das Programm wieder zu dem Schritt 1 zurück. Wenn ein Antriebsbefehl eingegeben wurde, werden bei einem Schritt 6 die Treiberschaltungen 15-1 bis 15-3 in Betrieb gesetzt. Auf diese Weise werden von den Treiberschaltungen die eingegebenen Frequenzsignale mit den den Einstellungswerten l, m und n entsprechenden Verstärkungsfaktoren verstärkt und die Vibratoren 16 angesteuert, wodurch die Antriebsquellen 6 bis 8 jeweils Antriebskräfte

ausüben und der Tisch 1 in der Richtung des Vektors

angetrieben bzw. bewegt wird.

Ein Schritt 7 ist ein Regelungsvorgang, dessen Einzelheiten in der Fig. 9B dargestellt sind.

Bei dem Regelungsvorgang nach Fig. 9B werden zuerst bei einem Schritt 8 die mittels der Antriebskraft-Detektorschaltung erfaßten Ausgangssignale l′, m′ und n′ der Sensoren 17 aufgenommen. Bei einem Schritt 9 werden der Sollwert l und das erfaßte Ausgangssignal l′ miteinander verglichen; wenn l < l′ ermittelt wird, wird bei einem Schritt 10 der Verstärkungsfaktor der Treiberschaltung 15-1 um ein gewisses Ausmaß erhöht; wenn l < l′ ermittelt wird, wird bei einem Schritt 11 der Verstärkungsfaktor um ein gewisses Ausmaß verringert; wenn l = l′ ermittelt wird, bleibt der Verstärkungsfaktor unverändert und das Programm schreitet zu einem Schritt 13 weiter. Schritte 13 bis 15 sind den Schritten 9 bis 11 gleichartig, wobei bei diesen Schritten 13 bis 15 der Verstärkungsfaktor der Treiberschaltung 15-2 entsprechend dem Ergebnis des Vergleiches zwischen dem erfaßten Wert m′ und dem Sollwert m eingestellt wird. Gleichermaßen wird bei Schritten 16 bis 18 der Verstärkungsfaktor der Treiberschaltung 15-3 entsprechend dem Ergebnis des Vergleiches zwischen den Werten n′ und n eingestellt. Durch das Wiederholen dieser Schritte 8 bis 18 werden die Verstärkungsfaktoren derart eingestellt, daß l = l′, m = m′ und n = n′ gilt, so daß der Tisch 1 auf genaue Weise in der Richtung

angetrieben werden kann.

Bei einem Schritt 19 wird aus den erfaßten Ausgangssignalen l′, m′ und n′ der Wert

ermittelt, wonach bei einem Schritt 20

verglichen wird. Entsprechend diesem Vergleichsergebnis wird bei der Ermittlung

ein Schritt 21 ausgeführt und bei der Ermittlung von

ein Schritt 22 ausgeführt, wonach unter Wiederholung dieser Schritte 20 bis 22 der Verstärkungsfaktor der Spannungssteuerschaltung 13-2 derart eingestellt ist, daß sich

ergibt und die Bewegungsgeschwindigkeit mit dem Sollwert s in Übereinstimmung kommt. Bei einem Schritt 23 wird ermittelt, ob von der Bedienungseinheit 11 ein Stopbefehl abgegeben wird; wenn der Stopbefehl abgegeben wird, schreitet das Programm zu einem Schritt 24 nach Fig. 9A weiter, bei dem der Antrieb des bewegbaren Tisches 1 beendet wird; wenn kein Stopbefehl abgegeben wird, kehrt das Programm zu dem Schritt 8 zurück, so daß der vorstehend beschriebene Betriebsablauf wiederholt wird und der Tisch 1 in Richtungen gemäß den Sollwerten l, m und n mit einer Geschwindigkeit gemäß dem Sollwert s bewegt wird.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das auf einem anderen Antriebsprinzip basiert. Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen die Antriebsvorrichtung gemäß dem anderen Ausführungsbeispiel. Mit 101 und 102 sind Vibratoren bezeichnet, die an einer Schwingungsausbreitungsplatte 103 in der Form eines geschlossenen Ringes angebracht sind, wobei die Phase der Schwingungen der Vibratoren 101 und 102 derart gesteuert wird, daß an der Platte 103 eine Wanderwelle mit ebener Kurvenform erzeugt wird. Diese Einheiten sind an dem bewegbaren Tisch gemäß der Darstellung in Fig. 8 befestigt und die Wanderwellen mit der ebenen Kurvenform an den jeweiligen Einheiten werden auf geeignete Weise derart gesteuert, daß dadurch der Tisch zweidimensional angetrieben wird. D. h., bei der Erzeugung von Wanderwellen in gleicher Richtung werden Platten 103 a und 103 c rechtwinklig in der Richtung der Wanderwellen bewegt, während bei der Erzeugung von Wanderwellen in entgegengesetzten Richtungen die Platten 103 a und 103 c geschwenkt werden, um deren Richtung zu ändern. Ferner werden die Richtungen der Wanderwellen in den Platten 103 a, 103 b, 103 c und 103 d sowie das Einschaltverhältnis gesteuert, so daß dadurch ein Antrieb in irgendeiner beliebigen Richtung ermöglicht wird.

Vorstehend wurde ein System beschrieben, bei dem ein Mechanismus für das Erzeugen von Antriebskraft in bezug auf die Bewegungsrichtung eines bewegbaren Teils hinter dem Ort des Schwerpunktes des bewegbaren Teils angebracht ist und das bewegbare Teil durch Schieben angetrieben wird; alternativ kann aber auch der Mechanismus zum Erzeugen der Antriebskraft in bezug auf die Bewegungsrichtung vor dem Schwerpunkt des bewegbaren Teils angebracht sein und das bewegbare Teil durch Zug angetrieben werden.

Die Antriebsvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen ist einfach aufgebaut und enthält keinen Drehantriebsmechanismus, so daß ein kompakter Aufbau, ein geringes Gewicht und niedrige Kosten der Vorrichtung erreicht werden können.

Bei den Ausführungsbeispielen wird als Vibrator ein piezoelektrisches Element verwendet, jedoch kann stattdessen gleichermaßen ein elektrostriktives Element eingesetzt werden.

Es wird eine Antriebsvorrichtung mit einem Vibrator beschrieben, der durch das Anlegen eines elektrischen Signals in Schwingungen versetzt wird, wie beispielsweise ein piezoelektrisches Element; in der Antriebsvorrichtung ist an einer Grundplatte eine Antriebsquelle mit dem Vibrator angebracht, dessen Schwingungskraft zu einer Auflagefläche wie einer Bodenfläche übertragen wird, wobei die Grundplatte durch die an der Auflagefläche entstehende Gegenwirkungskraft angetrieben wird.

Claims

1. Antriebsvorrichtung mit einem Vibrator, der durch das Anlegen eines elektrischen Signals schwingt und durch dessen Schwingungskraft ein bewegbares Teil angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Grundplatte (1) eine Antriebsquelle (6 bis 8) mit dem Vibrator (16) angebracht ist, die die Schwingungen des Vibrators zu einer Auflagefläche (5) überträgt und deren Rückstoßkraft zu der Grundplatte überträgt, um durch die Rückstoßkraft die Grundplatte zu bewegen.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grundplatte (1) mehrere Antriebsquellen (6 bis 8) angebracht sind, daß die Grundplatte durch die aus den durch die Schwingungen der Antriebsquellen hervorgerufenen Rückstoßkräften zusammengesetzte Kraft bewegt wird und daß die Antriebsquellen bezüglich der Grundplatte derart angeordnet sind, daß die Richtungen der durch die Schwingungen der Antriebsquellen hervorgerufenen Rückstoßkräfte voneinander verschieden sind.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) die Form eines Polygons hat und die Antriebsquellen (6 bis 8) an bestimmten Ecken des Polygons angeordnet sind.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Wähleinrichtung (11, 12) für das selektive Betreiben der Antriebsquellen (6 bis 8).

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Antriebsquellen (6 bis 8) eine Einstelleinrichtung (13) für das Einstellen der von der jeweiligen Antriebsquelle erzeugten Vibrationskraft vorgesehen ist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (13) eine Spannungseinstelleinrichtung (13-2) für das beliebige Einstellen des Pegels einer an den jeweiligen Vibrator (16) angelegten Spannung aufweist.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Antriebsquelle (6 bis 8) ein Sensor (17) für das Erfassen der bei dem Vibrationskontakt der Antriebsquelle mit der Auflagefläche (5) durch die Schwingung der Antriebsquelle entstehenden Auflagekraft angebracht ist und daß die Einstelleinrichtung (13) einen vorbestimmten Sollwert und das Ausgangssignal des Sensors aufnimmt und das Anlegen eines elektrischen Signals an die Antriebsquelle derart steuert, daß das Ausgangssignal des Sensors einen Wert annimmt, der dem Sollwert entspricht.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator (16) ein piezoelektrisches Element ist.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kopfendbereich der Antriebsquelle (6 bis 8) nahe der Auflagefläche (5) ein Schlitz (Fig. 6) ausgebildet ist.