【手続補正書】
【提出日】平成19年5月10日(2007.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力に基づいて出力フォースが得られるダンパと、
ダンパの入力部とダンパの出力部との間における相対速度よりなり、ダンパ出力フォースを示すセンサ信号を発信するセンサと、
センサ信号およびダンパの減衰係数に基づいてダンパの入力部における速度を制御することにより、所期のダンパ出力フォースを発生させるためのコントローラとよりなることを特徴とするダンパシステム。
【請求項２】
ダンパが減衰係数を有してなり、
コントローラが、更にダンパの減衰係数を制御可能に変更するダンパコントローラよりなるものであることを特徴とする請求項１に記載のダンパシステム。
【請求項３】
ダンパコントローラは、センサ信号に基づいてダンパの減衰係数を変更可能であることを特徴とする請求項２に記載のダンパシステム。
【請求項４】
ダンパコントローラは、ダンパに係る流体の粘度を制御可能であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のダンパシステム。
【請求項５】
流体が磁気粘性流体であり、ダンパコントローラは、磁場を変更することにより、当該流体の粘度を変更可能であることを特徴とする請求項４に記載のダンパシステム。
【請求項６】
流体が電気粘性流体であり、ダンパコントローラは、電場を変更することにより、当該流体の粘度を変更可能であることを特徴とする請求項４に記載のダンパシステム。
【請求項７】
ダンパコントローラは、ダンパに係る孔径を制御することにより、減衰係数を制御可能であることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項８】
センサは、ダンパ入力とダンパ出力との間の差を判定可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項９】
センサは、ダンパに対する入力と、ダンパからの出力との間の速度差を判定可能であることを特徴とする請求項８に記載のダンパシステム。
【請求項１０】
センサは、ダンパからの出力フォースを計測可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１１】
センサは、ダンパに対する入力フォースを計測可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１２】
出力フォースがトルクよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１３】
出力フォースは線形力よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１４】
ダンパは、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度差との間に線形関係を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１５】
ダンパは、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度差との間に非線形関係を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１６】
出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度差との間の非線形関係は３次式であることを特徴とする請求項１５に記載のダンパシステム。
【請求項１７】
コントローラは、ダンパに対する入力速度を制御するシステムコントローラよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１８】
コントローラは、ダンパに対する入力フォースを制御するシステムコントローラよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１９】
センサ信号と基準信号とを比較するコンパレータを備えてなり、コントローラは、センサ信号と基準信号とを比較した結果に基づいてダンパに対する入力を制御可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２０】
更に、ダンパに対する入力フォースを発生する駆動源を備えてなることを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２１】
コントローラは、駆動源を制御することによりダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２０に記載のダンパシステム。
【請求項２２】
コントローラは、駆動源の速度を制御することによりダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２１に記載のダンパシステム。
【請求項２３】
コントローラは、駆動源に対する電流を制御することによってダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のダンパシステム。
【請求項２４】
少なくとも請求項１９に記載のダンパシステムにおいて、コントローラは、駆動源を制御するために、下記式に示すような制御信号ｕを発信するものであることを特徴とする請求項２１乃至請求項２３のいずれかに記載のダンパシステム。
【数１】
2007515697.tif 000001
〔式中、ｅは、センサ信号と基準信号とを比較した結果であり、
ｋｐ、ｋＩおよびｋＤは、コントローラのパラメータを示し、
ｔは、経過時間を示す。〕
【請求項２５】
コントローラは、駆動源に対する電圧を制御することにより、ダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のダンパシステム。
【請求項２６】
駆動源が、回転式駆動源よりなることを特徴とする請求項２０乃至請求項２５のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２７】
駆動源が、線形駆動源であることを特徴とする請求項２０乃至請求項２５のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２８】
請求項２０乃至請求項２７のいずれかに記載のダンパシステムを備えてなり、駆動源が、ダンパと直列に設けられていることを特徴とする直列式ダンパアクチュエータ。
【請求項２９】
更に負荷を備えてなり、ダンパは、駆動源を外部衝撃から保護するよう、当該駆動源を負荷から分離していることを特徴とする請求項２８に記載の直列式ダンパアクチュエータ。
【請求項３０】
入力に基づいて出力フォースを発生させるダンパを備えたダンパシステムの出力制御方法であって、
ダンパの入力部とダンパの出力部との間における相対速度に基づいて、ダンパ出力フォースを示すセンサ信号を得、
ダンパの入力部における速度を、センサ信号およびダンパの減衰係数に基づいて制御し、所期のダンパ出力フォースを発生させることを特徴とするダンパシステムの出力制御方法。
【請求項３１】
ダンパは減衰係数を有してなり、更に、ダンパの減衰係数を制御可能に変更することを特徴とする請求項３０に記載の出力制御方法。
【請求項３２】
ダンパの減衰係数をセンサ信号に基づいて変更することにより、減衰係数を制御可能に変更することを特徴とする請求項３１に記載の出力制御方法。
【請求項３３】
ダンパに係る流体の粘度を変更することにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の出力制御方法。
【請求項３４】
流体が磁気粘性流体であると共に、磁場を変更することにより当該流体の粘度を変更し、これにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３３に記載の出力制御方法。
【請求項３５】
流体が電気粘性流体であると共に、電場を変更することにより当該流体の粘度を変更し、これにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３３に記載の出力制御方法。
【請求項３６】
ダンパに係る孔径を制御することにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３１乃至請求項３５のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項３７】
センサ信号を供給し、更に、ダンパ入力とダンパ出力との間の差を判定することを特徴とする請求項３０乃至請求項３６のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項３８】
センサ信号を供給し、更に、ダンパに対する入力と、ダンパからの出力との間の速度差を判定することを特徴とする請求項３７に記載の出力制御方法。
【請求項３９】
センサ信号を供給し、更に、ダンパからの出力フォースを計測することを特徴とする請求項３０乃至請求項３８のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４０】
センサ信号を供給し、更に、ダンパに対する入力フォースを計測することを特徴とする請求項３０乃至請求項３９のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４１】
出力フォースがトルクよりなることを特徴とする請求項３０乃至請求項４０のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４２】
出力フォースは線形力よりなることを特徴とする請求項３０乃至請求項４０のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４３】
ダンパが、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度の差との間に線形関係を有することを特徴とする請求項３０乃至請求項４２のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４４】
ダンパが、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度の差との間に非線形関係を有することを特徴とする請求項３０乃至請求項４２のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４５】
出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度の差との間の非線形関係は３次式であることを特徴とする請求項４４に記載の出力制御方法。
【請求項４６】
ダンパに対する入力速度を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４５のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４７】
ダンパに対する力の入力を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４６のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４８】
更に、センサ信号と基準信号とを比較し、ダンパに対する入力を、センサ信号と基準信号とを比較した結果に基づいて制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４７のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４９】
ダンパに対する駆動源からの出力を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４８のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項５０】
駆動源の速度を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項４９に記載の出力制御方法。
【請求項５１】
駆動源が回転式駆動源よりなることを特徴とする請求項４９または請求項５０に記載の出力制御方法。
【請求項５２】
更に、駆動源を負荷における外部衝撃から保護するよう、ダンパシステムを、当該駆動源と負荷との間に設けることを特徴とする請求項３０乃至請求項５１のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項５３】
モータと、
負荷からモータを分離させるよう、前記モータと直列に接続されるダンパと、
ダンパの入力部とダンパの出力部との間における、ダンパ出力フォースを示す相対速度を計測し、これによりセンサ信号を生成するセンサと、
前記センサとモータとの間に接続される、センサ信号およびダンパの減衰係数に基づいてモータを制御し、入力部と出力部との間で所期の相対速度を実現し、これにより、所期のアクチュエータ出力フォースを発生させる力フィードバックコントローラと
よりなることを特徴とする直列式ダンパアクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
以下、本発明について、非限定的な実施例により、添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の直列式ダンパアクチュエータシステム１０の一実施態様を示す概略図であり、ロータリー直列式ダンパアクチュエータ１２と、制御基板１４との二つの主要部に分かれたシステムが図示されている。直列式ダンパアクチュエータ１２にはロータリー負荷１６が配設されており、直列式ダンパアクチュエータ１２と制御基板１４との間には増幅器１８が配設されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
ダンパセンサ２４は、ダンパ２２の入力部と出力部との相対速度に関する情報よりなるセンサ信号３４を生成する。このセンサ信号３４は、閉ループ系を構成するフィードバック制御を介して制御基板１４に伝達される。このセンサ２４は、例えば力変換器とすることができ、ダンパ２２の両端にまたがって配設された位置センサによって実現されてもよい。位置センサからの位置情報は、ダンパ２２の入力部と出力部との相対速度の判定に利用することができる。相対速度情報が用いられることによって、下記式１により、ダンパ２２の出力フォースが算出される（減衰係数ｂは既知であると仮定する）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
システムコントローラ２８の一タイプ例としては、ＰＩＤ( ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例成分、ｉｎｔｅｇｒａｔｅ：積分成分、ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ：微分成分) コントローラーを挙げることができる。エラー信号（ｅ）３６が得られることにより、エラー信号（ｅ）３６を最小化するよう、駆動源制御信号（ｕ）３８を下記式に基づいて算出することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
駆動源２０の電流は、下記の関係に応じて、駆動源制御信号（ｕ）３８に基づいて制御される。
【数３】
2007515697.tif 000002
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
更に具体的には、回転駆動の場合には、
【数４】
2007515697.tif 000003
である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
この主実施態様におけるダンパ２２は、可制御減衰係数を有する磁気粘性流体を有するものである。システムコントローラ２８は、磁場を形成しまたは当該磁場の強度を変化させるための指令信号をダンパコントローラ２６に発することにより、ダンパ２２に係る減衰係数が所期の態様で増加または低減するよう、当該減衰係数を必要とされる出力の一般的な規模に応じて制御する（速度差を単独で制御することによっては実現することができない場合もあるため。）。ダンパ２２は、ダンパトルクと相対速度との間に線形関係を有する粘性ダンパとして機能するものである。システムコントローラ２８もまた、ダンパに大きなまたは小さな力が作用した時に、ダンパに係る減衰係数を増加または低減させることができる。従って、広い力範囲にわたって優れた力忠実性が発揮される。減衰係数が一定である場合には、ダンパは、システム全体のシステムオーダを増加させることがない。従って、当該システムの安定余裕に著しく影響することがない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図２に示されるすべてのシステム構成部分は、ダンパ２２と角度位置センサ５４を固定、内蔵している本体５０に接続されて支持されている。そして、ダンパ２２の出力部に接続された負荷によって発生し、出力シャフト５６を介して生起される応力が、駆動源２０だけでなく、この本体５０によっても支持されている。この応力は、二組のスラスト軸受け６４、６６を介して本体５０に伝達される。更に、本体５０が構成部分を内包し、環境から保護していることにより、前記システムは、信頼性および耐久性が向上したものとされている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
二つのエンコーダを、それぞれ、ダンパ２２に係る入力速度および出力速度の測定に利用することができる。そして、ダンパに係る相対速度は、デコーダによるこれら二つの測定値の差から得ることができる。ダンパにおける入力速度と出力速度との間における相対速度の計測は、一つのエンコーダで十分可能であるが、二つのエンコーダを用いて相対速度を得ることにより、システムコントローラが力制御を好ましい態様で実行することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図３は、図１に示すシステム１０の動作例を示すフローチャートである。基準信号としての基準電圧信号が入力される（ステップＳ１０２）。ダンパ２２の入力部と出力部との間における速度差がセンサ２４によって判定され、センサ信号３４が出力される（ステップＳ１０４）。基準電圧信号とセンサ信号３４がコンパレータ３０によって比較されて、エラー信号３６が出力される（ステップＳ１０６）。そして、その時点における駆動源制御信号３８はエラー信号３６によって変更が必要であるか否かの判定が行われる（ステップＳ１０８）。駆動源制御信号３８は、若しエラー信号が０でない場合、または著しい程度で０からずれてしまっている場合には、通常変更が必要となる（この「程度」は、システムの感度と許容誤差に応じて決定される。）。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
この時点における駆動源制御信号３８が出力される（ステップＳ１２０）。制御信号がステップＳ１１８において調整されている場合には、出力された駆動源制御信号３８は調整された制御信号である。一方、ステップＳ１０８において制御信号の変更が不要であると判定された場合には、プロセスは、駆動源制御信号３８を調整することなくステップＳ１０８からステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０において出力された制御信号に基づいて、駆動源の速度が、改変されるようまたは一定に維持されるよう、適宜制御される（ステップＳ１２２）。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図１に示した実施態様におけるトルク制御性能の判定のために実施された実験の結果を図４および図５に示す。図４Ａは、減衰係数がｂ＝０. １８ＮｍＳに設定された場合における、正弦波基準トルクに対する応答トルクを示す。図４Ｂは、減衰係数がｂ＝０. １８ＮｍＳに設定された場合における、方形波基準トルクに対する応答トルクを示す。両方の基準トルクの振幅は、４. ５ｉｎ−ｌｂｓ（０. ５１Ｎｍ）に設定した。図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、ダンパの減衰係数が倍（すなわち、ｂ＝０. ３６ＮｍＳに設定された）とされた場合における正弦波基準入力および方形波基準入力に対する応答トルクを示す。両方の基準トルクの振幅は、４倍の１８ｉｎ−ｌｂｓ（２. ０Ｎｍ）とした。図４および図５に示された結果によれば、ダンパアクチュエータシステムは優れたトルク制御性能を実現することができることが示されている。更に、システムコントローラによって減衰係数を制御させることによって、広い入力フォースの範囲にわたって優れたトルク制御が実行可能である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
上述した実施態様おいては、ダンパアクチュエータシステム１０によって回転出力が得られる。これは、モータ（例えば、電動式、油圧式、空気圧式など）、エンジン、アクチュエータまたはその他の駆動源のいずれかからの、ダンパ２２に対する回転入力を利用する。駆動源自体は、直線運動を直接発生するものであってもよい。この場合、当該直線運動は回転運動に変換されてダンパに入力される。