【手続補正書】
【提出日】平成15年12月22日(2003.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動される移動手段と、この移動手段の実位置と目標位置との関係に応じて所定周期ごとに前記モータの制御用動作を行う制御手段とを有する位置制御装置において、
前記制御手段は、前記実位置が、前記所定周期における前記移動手段の駆動距離に応じて前記目標位置を挟んで設定された２つの停止許容位置間にあるときに前記モータの停止用動作を行うことを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
前記停止許容位置間の距離が、前記所定周期における前記移動手段の駆動距離よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記停止用動作を行った後に前記実位置が前記停止許容位置から所定距離を超えて外側に移動したときに、前記モータの再起動用動作を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の位置制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記停止用動作を行った後、前記所定周期よりも長い時間が経過してから前記再起動用動作を行うことを特徴とする請求項３に記載の位置制御装置。
【請求項５】
前記モータは、前記制御手段の再起動用動作によって前記移動手段を前記目標位置側に戻す方向に作動することを特徴とする請求項３又は４に記載の位置制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記再起動用動作を行った回数が所定回数を超えたときは、次回の再起動用動作を禁止することを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載の位置制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記目標位置が変更されたとき又は所定のリセット操作が行われたときに、前記再起動用動作の回数をリセットすることを特徴とする請求項６に記載の位置制御装置。
【請求項８】
モータによって駆動される移動手段と、この移動手段の実位置と目標位置との関係に応じて所定周期ごとに前記モータの制御用動作を行う制御手段とを有する位置制御装置において、
前記制御手段は、今回周期における前記実位置が前記目標位置に一致したとき又は今回周期における前記実位置が前記目標位置を挟んで前回周期における前記実位置の反対側にあるときに前記モータの停止用動作を行うことを特徴とする位置制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記停止用動作を行った後に前記実位置が前記目標位置から所定距離を超えて移動したときに、前記モータの再起動用動作を行うことを特徴とする請求項８に記載の位置制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記停止用動作を行った後、前記所定周期よりも長い時間が経過してから前記再起動用動作を行うことを特徴とする請求項９に記載の位置制御装置。
【請求項１１】
前記モータは、前記制御手段の再起動用動作によって前記移動手段を前記目標位置側に戻す方向に作動することを特徴とする請求項９又は１０に記載の位置制御装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記再起動用動作を行った回数が所定回数を超えたときは、次回の再起動用動作を禁止することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１つに記載の位置制御装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記目標位置が変更されたとき又は所定のリセット操作が行われたときに、前記再起動用動作の回数をリセットすることを特徴とする請求項１２に記載の位置制御装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記所定周期ごとに最終目標位置に近づいて設定される中間目標位置に前記実位置を一致させる制御用動作を行った後、前記停止用動作を行うことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の位置制御装置。
【請求項１５】
前記モータが、電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される振動体とこの振動体に接触する接触体とを相対移動させる振動型モータであることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載の位置制御装置。
【請求項１６】
前記停止用動作により、前記電気−機械エネルギー変換素子に印加する周波信号の振幅が零に設定されることを特徴とする請求項１５に記載の位置制御装置。
【請求項１７】
モータによって駆動される移動手段と、この移動手段の位置が所定の目標位置に達したときに、モータ駆動を停止する位置制御装置において、
前記モータの停止後、前記移動手段が所定量以上移動したときに前記モータを駆動して再度前記移動手段の前記目標位置への移動制御を行わせることを特徴とする位置制御装置。
【請求項１８】
モータによって駆動される移動手段と、この移動手段の位置が所定の目標位置を挟んだ所定の第１の範囲内に達したときに、モータ駆動を停止する位置制御装置において、
前記モータの停止後、前記移動手段が前記第１の範囲を含んだこの第１の範囲よりも広い第２の範囲を越えた位置に移動した際に、前記第１の範囲内への前記移動手段の前記モータによる移動制御を再開させることを特徴とする位置制御装置。
【請求項１９】
モータ駆動を停止した後所定時間、その後の前記移動手段の位置変化にかかわりなく前記移動手段の駆動を禁止する請求項１７又は１８に記載の位置制御装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１つに記載の位置制御装置を備えたことを特徴とする装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
さらに、停止しているときに移動部材に外部から振動が加わった場合、振動型モータの振動体と接触体との間には相対的な変位がほとんど無いが、移動部材の検出位置が振動して目標位置から外れたと判断されてしまい、モータが再起動されるおそれがある。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
まず、図２および図３には、本発明の第１実施形態である位置制御装置に用いられる振動型モータ１を示している。この図において、１５は圧電部材（電気−機械エネルギー変換素子）であり、後述する交流電圧発生手段１１からの９０度時間的位相がずれた２相の出力電圧がそれぞれ１５ａ，１５ｂに印加される。１６は円形の弾性部材（振動体）であり、一方の面には圧電部材１５が固着されており、他方の面には突起が形成されている。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
さらに詳述すると、圧電部材１５は、図３に示すように複数の電極に分割されており、図３の例は圧電部材１５の円形形状に沿って、５つの波が形成されるように圧電部材１５の分極方向が１／２波長毎に交互に反転するように決められている。電極区画１５ａ，１５ｂは位置的に１／４波長ずれており、これらに上述のように交流電圧発生手段１１からの９０度時間的位相のずれた２相の出力電圧を印加すると、電極区画１５ａ，１５ｂに対応する位置に５次の固有モードの定在波がそれぞれ形成され、この２つの定在波の合成によって、圧電部材１５の円形形状に沿って進行する波（進行波）が形成される。そして、弾性部材１６の突起部によって振動が拡大され、加圧接触されたロータ１７が弾性部材１６の外形に沿って回転する。


【手続補正５】
【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】
すなわち、比較演算手段９からの出力が−ΔＰ〜＋ΔＰの間になると、比較手段１３ａ，１３ｂの出力がＨｉになり、論理積素子（ＡＮＤ）１３ｃの出力がＨｉになる。そして、タイミング発生手段１０が出力するタイミング信号に同期してＤフリップ・フロップ１３ｄがＡＮＤ１３ｃの出力（Ｈｉ）を検出してＨｉを出力し、交流電圧発生手段１１に停止指令を出力する。停止指令を受けた交流電圧発生手段１１は、交流電圧の振幅を零にし、振動型モータ１の回転を停止させてステージ３を目標位置の近傍に停止させる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
このように構成された位置制御装置を用いれば、タイミング発生手段１０が発生するタイミングパルス信号の立ち上がり時点で、ステージ３が目標位置を中心とした−ΔＰ〜＋ΔＰの範囲に入っていれば振動型モータ１の停止制御を行うので、ΔＰを適当な値（タイミングパルスの周期内でステージ３が移動する距離よりも長い距離に対応する値：例えば、１０μｍ）に設定すれば、タイミングパルス間隔が短くなくても又はリニアスケール５の目盛り間隔が小さくても、ステージ３を目標位置の近傍に確実に、かつ従来のように何度も停止と再起動とを繰り返すことなく速やかに停止させることができる。


【手続補正７】
【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】
本実施形態によれば、ステージ３の移動速度が速く１回の割り込み周期の間にステージ３が数カウンタパルス分進んで、前回の割り込み周期から今回の割り込み周期の間に目標位置を通り越してしまうような場合でも、ステージ３が目標位置を中心とした−ΔＰ〜＋ΔＰの範囲内に入ることによって振動型モータ１の停止制御が行われるので、ΔＰを適当な値（例えば、１０μｍ）に設定すれば、位置制御プログラムの処理時間が長く割り込み周期が長くても又はリニアスケール５の目盛り間隔が小さくても、ステージ３を目標位置の近傍に確実かつ速やかに停止させることができる。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
２３ａは比較演算手段９からの出力をゼロと比較するコンパレータ、２３ｅはＤフリップフロップであり、タイミング発生手段１０からのタイミング信号の立ち上がりでコンパレータ２３ａの出力をラッチする。２３ｆは排他的論理和素子（ＥＸＯＲ）で、Ｄフリップフロップ２３ｅの出力とコンパレータ２３ａの出力の排他的論理和をとっている。２３ｇはＲＳフリップフロップで、上記タイミング信号の立ち上がりでＳ入力がＨｉならば出力をＨｉにして交流電圧発生手段１１に停止を指示し、Ｒ入力がＨｉならばその停止を解除するように動作する。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
ここで、ＥＸＯＲ２３ｆの出力がＨｉになりタイミング信号の立ち上がりで交流電圧発生手段１１に停止を指示するのは、Ｄフリップフロップ２３ｅとコンパレータ２３ａの出力が異なる場合である。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
つまり、コンパレータ２３ａの出力は比較演算手段９の出力の符号が正の場合にＨｉとなり、負の場合にＬｏとなるから、比較演算手段９の出力の符号が変化したときに交流電圧発生手段１１に停止が指示されることになる。従って、ステージ３の移動速度が速くても、目標位置を読み飛ばしてしまうことなく、ステージ３を目標位置に到達させた後に確実に停止させることができる。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
３３ａ，３３ｂ，３３ｈ，３３ｉはそれぞれコンパレータで、３３ｃは論理積素子（ＡＮＤ）、３３ｊは論理和素子（ＯＲ）である。３３ｇはＲＳフリップフロップである。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
コンパレータ３３ａ，３３ｂとＡＮＤ３３ｃは、比較演算手段９からの入力が−ΔＰ１〜＋ΔＰ１の範囲であるときにのみＡＮＤ３３ｃの出力がＨｉになり、ＲＳフリップフロップ３３ｇのＳ入力をＨｉにして交流電圧発生手段１１に停止を指示するように構成されている。これにより、第１実施形態と同様に、ステージ３の移動速度が速くても、ΔＰ１を適当な値に設定することで確実な停止動作を実現することができる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
一方、コンパレータ３３ｈ，３３ｉとＯＲ３３ｊは、比較演算手段９からの入力が−ΔＰ２〜＋ΔＰ２の範囲から外れるとＯＲ３３ｊの出力がＨｉになり、ＲＳフリップフロップ３３ｇのＲ入力をＨｉにしてタイミング発生手段１０からのタイミング信号に同期して交流電圧発生手段１１に停止解除を指令するように構成されている。これにより、第１実施形態では、ステージ３が−ΔＰ１〜＋ΔＰ１の範囲の境界近傍に停止している場合、軽度の振動でもΔＰ１越えたと判断して振動型モータ１が再起動されることになるが、−ΔＰ２＜−ΔＰ１，＋ΔＰ１＜＋ΔＰ２として、−ΔＰ２，＋ΔＰ２を適当な値に設定しておけば、このようなことがなくなり、停止時の安定性が改善される。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
本実施形態では、基本的には第５実施形態と同様に、比較演算手段９からの入力が−ΔＰ１〜＋ΔＰ１の範囲で交流電圧発生手段１１に停止が指示され、比較演算手段９からの入力が−ΔＰ２〜＋ΔＰ２の範囲から外れると停止解除が指示されるように構成されている。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
具体的には、Ｄフリップフロップ４３ｌ，４３ｍによってシフトレジスタを構成し、交流電圧発生手段１１への停止信号をタイミング信号の２クロック分遅延させ、ＡＮＤ４３ｋによって２クロック遅れた停止信号とＯＲ４３ｊからの再起動信号の論理積をとってＲＳフリップフロップ４３ｇのＲ入力に入れることで、少なくともステージ３が停止してから２クロック分の時間の間は再起動できないようにしている。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
なお、再起動の禁止時間は、上記シフトレジスタを構成するＤフリップフロップの数を変えたり、タイマを用いて別途時間を計測して上記遅延時間を設定したりすることによって任意の時間に設定できる。


【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
本実施形態によれば、ステージ３の停止時に発生する機械的な振動が大きくても、この振動がある程度おさまってから振動型モータ１を再起動するか否かを決定できるので、ΔＰ１、ΔＰ２を比較的小さな値、例えば１０μｍ、４０μｍに設定でき、位置精度や位置分解能を改善することができる。


【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
本実施形態では、第６実施形態のものに加えて、ステージ３の剛性が弱く、制御の安定性が悪い場合でも確実に停止させる手段として、プリセット可能なダウンカウンタ５３ｎを設けている。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
ダウンカウンタ５３ｎのＬＤ入力には再起動許可信号が入っており、この信号がＨｉになると、予め設定されている上限の再起動回数がＤａｔａ入力からダウンカウンタ５３ｎに入力される。これにより、＝０出力はＨｉになる。


【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
比較演算手段９の出力が−ΔＰ２〜＋ΔＰ２の間に入っていなければ、ＲＳフリップフロップ５３ｇの出力は、タイミング発生手段１０からのタイミング信号の立ち上がりで、交流電圧発生手段１１に停止解除を指示する。そして、比較演算手段９の出力が−ΔＰ１〜＋ΔＰ１の間に入ると、交流電圧発生手段１１に停止が指示される。


【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
ここで、ステージ３の剛性が弱くて、停止しても十分に振動が収まらないために、目標位置との差が−ΔＰ２〜＋ΔＰ２の範囲から外れ、再度交流電圧発生手段１１に停止解除が指令されると、停止と停止解除とが繰り返されることになるが、ダウンカウンタ５３ｎのクロック入力に、停止する毎に立ち上がりパルスが入力されて、再起動回数がその立ち上がりパルスごとに１ずつ減算される。そして、ダウンカウンタ５３ｎのデータがゼロになると、＝０出力がＬｏになる。これにより、ＡＮＤ５３ｋの入力がＬｏになって、以後、再起動許可信号がＨｉになるまで再起動が禁止され、停止後の振動によってステージ３の位置が−ΔＰ２〜＋ΔＰ２に対応する位置の外に出ても、即振動型モータ１の再起動が行われることはなく、停止時の安定性を確保することができる。


【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
（第８実施形態）
図１０には、本発明の第８実施形態である位置制御装置を示している。本実施形態の位置制御装置においても、第１実施形態の装置と同様に、目標位置発生手段８が発生した信号に対応する目標位置とステージ３の実位置との差が、−ΔＰ〜＋ΔＰの範囲に入ったときに停止制御手段６３によって交流電圧発生手段１１に停止が指示され、ステージ３を停止させる。但し、ステージ３が移動している最中の動作が第１実施形態の装置と異なる。


【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
しかも、中間目標位置とステージ３の実位置とが一致しても振動型モータ１の停止指令は出力されないので、最終目標位置への移動途中で停止と起動とを繰り返すようなぎこちない動きをすることなく、最終目標位置までスムーズにステージ３を移動させることができる。


【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
なお、本実施形態では、交流電圧発生手段１１が出力する電圧の振幅を変えて振動型モータ１の回転速度を変化させていたが、代わりに交流電圧の周波数を変えて回転速度を変化させてもよい。


【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
図１３には、交流電圧の周波数と回転速度との関係を示しており、振動型モータ１の共振周波数（Ｆｒ）より高い周波数域では、共振周波数（Ｆｒ）に近いほど振動型モータ１の回転速度が速い。従って、電圧振幅を大きくする代わりに、周波数を振動型モータ１の共振周波数（Ｆｒ）より高い周波数域で共振周波数（Ｆｒ）に近い周波数にすれば、振動型モータ１の回転速度を速くすることができ、電圧振幅を小さくする代わりに周波数を共振周波数（Ｆｒ）より高い周波数域で共振周波数（Ｆｒ）から離すことによって振動型モータ１の回転速度を遅くすることができる。


【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
１１ｃは可変電源であり、演算指令手段１２からの電圧指令によって出力電圧が変わるように構成されている。Ｐ１，Ｐ２はＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲート端子に接続されており、トランスＴ１，Ｔ２の１次側の電流をスイッチングしている。トランスＴ１，Ｔ２の２次側は振動型モータ１の圧電部材１５ａ，１５ｂに接続されている。なお、２次側には、１００Ｖ程度の電圧が発生する。また、この電圧は、可変電源１１ｃの出力電圧によって変化し、電圧を大きくすることで振動型モータ１が速く回転するように構成されている。


【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
なお、上記各実施形態では、リニアスケール５を用いてステージ３の位置を検出したが、本願発明では、送りネジ２の回転角を検出するロータリーエンコーダ等を回転軸に直接取り付けて、ΔＰを１０角度秒等に設定してもよい。


【手続補正２８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
1998187245.tif 000001
【手続補正２９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
1998187245.tif 000002
【手続補正３０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
1998187245.tif 000003