(57)【要約】【課題】残留振動を確実に収斂させることが可能な、圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する制御装置を提供する。【解決手段】圧電トランスデューサー（１）の残留振動を抑制する制御装置は、容量性エネルギー蓄積部品（３３）と、スイッチユニット（３４）を含む。制御装置は、スイッチユニット（３４）により容量性エネルギー蓄積部品（３３）の電圧を圧電トランスデューサー（１）に与え圧電トランスデューサー（１）の残留振動を抑制する非運転モードで作動する。容量性エネルギー蓄積部品（３３）の容量値は、前記非運転モード下で、容量性エネルギー蓄積部品（３３）の電圧が圧電トランスデューサー（１）の電圧に略追随できるのに十分な大きさである。【選択図】図３
2012065308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等価質量ブロックを伴うシステムに適用される圧電トランスデューサー（１）の残留振動を抑制する制御装置であって、
容量性エネルギー蓄積部品（３３）と、
前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）と電気的に接続され、前記圧電トランスデューサー（１）と電気的に接続するためのスイッチユニット（３４）と、
を含み、
前記制御装置が非運転モードにおいて作動する際、前記スイッチユニット（３４）が前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）の電圧を前記圧電トランスデューサ―に与えて前記圧電トランスデューサー（１）の残留振動を減少させ、
前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）の容量値は、前記制御装置が前記非運転モードで作動する間、前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）の電圧を前記圧電トランスデューサー（１）の電圧に略追随させるのに十分な大きさであり、
前記非運転モードにおいて、前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）の電圧は、ＶＤＣを前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）の電圧、ｎを前記システムの電気機械比率、ＦＭを共振周波数において前記等価質量ブロックに加わる外力の振幅、ｄを前記スイッチユニット（３４）のデューティーサイクルとするとき、以下の式
【数１２】
2012065308.tif 000014
を満たすことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記圧電トランスデューサー（１）が第１の端子と第２の端子を有し、
前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）は、第３の端子と第４の端子を有し、
前記スイッチユニット（３４）は、前記第１、第３の端子間に接続された第１のスイッチ（３４１）と、前記第１、第４の端子間に接続された第２のスイッチ（３４２）と、前記第２、第４の端子間に接続された第３のスイッチ（３４３）と、前記第２、第３の端子間に接続された第４のスイッチ（３４４）と、含み、
前記スイッチユニット（３４）は、前記第１、第２のスイッチ（３４１、３４２）が交互に導通し、前記第３、第４のスイッチ（３４３、３４４）が交互に導通し、かつ前記第１、第３のスイッチ（３４１、３４３）が同時に導通するように作動することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記非運転モードにおいて、前記スイッチユニット（３４）は、更に、前記圧電トランスデューサー（１）から放出されたエネルギーにより前記容量性エネルギー蓄電部品（３３）が蓄電されることを可能にすることを更なる特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）と、前記第１、第４のスイッチ（３４１、３４４）のそれぞれとの間に電気的に接続されたダイオード（３５）と、
前記容量性エネルギー蓄積部品（３３）と並列に接続された抵抗（３６）と、を具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
インダクタ（３７）が、前記圧電トランスデューサー（１）と、前記第１、第２のスイッチ（３４１、３４２）のそれぞれとの間に電気的に接続されることを更なる特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記圧電トランスデューサー（１）を流れる電流の方向を検出する電流センサが、前記インダクタ（３７）と前記圧電トランスデューサー（１）との間に電気的に接続され、
制御ユニットが、前記スイッチユニット（３４）と前記電流センサに電気的に接続され、
前記制御ユニットは、前記非運転モードにおいて、前記電流センサが、前記圧電トランスデューサー（１）を前記第１の端子から前記第２の端子に流れる電流を検出した場合に、前記第１、第３のスイッチ（３４１、３４３）が導通するように制御し、前記電流センサが、前記圧電トランスデューサー（１）を前記第２の端子から前記第１の端子に流れる電流を検出した場合に、前記第２、第４のスイッチ（３４２、３４４）が導通するように制御するよう作動することを更なる特徴とする請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記非運転モードにおいて、前記第２のスイッチ（３４２）が、前記第１のスイッチ（３４１）の導通終了後、所定の時間後に導通し、前記第３のスイッチ（３４３）が、前記第２のスイッチ（３４２）の導通終了後、所定の時間後に導通することで、前記圧電トランスデューサー（１）に蓄電するためのエネルギーを前記インダクタ（３７）が放出可能であることを更なる特徴とする請求項５または請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
電源制御ユニット（６３）が前記容量性エネルギー蓄電部品（６１）に電気的に接続され、
前記制御装置は更に、前記電源制御ユニット（６３）が前記容量性エネルギー蓄電部品（６１）に直流電圧を供給し、前記スイッチユニット（６２）が前記圧電トランスデューサー（５）を駆動して振動させるための駆動信号を出力する運転モードで作動可能であり、
前記電源制御ユニット（６３）は、前記非運転モードにおいて、前記容量性エネルギー蓄電部品（６１）への前記直流電圧の供給を停止し、
前記非運転モードにおける前記第１、第２のスイッチ（６２１、６２２）のそれぞれの導通角が、前記運転モードにおける前記第１、第２のスイッチ（６２１、６２２）のそれぞれの導通角に対して、略１８０度位相が異なることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項９】
前記電源制御ユニット（６３）が、
前記第３の端子と電気的に接続された第５の端子と、第６の端子を有するインダクタ（６３１）と、
アノードが前記第４の端子と電気的に接続され、カソードが前記第６の端子と電気的に接続され、前記アノードが更に外部の直流電源（７）の負の端子に電気的に接続されるダイオード（６３２）と、
前記第６の端子と、前記外部の直流電源（７）の正の端子との間に電気的に接続された電源制御スイッチ（６３３）と、
を具備し、
前記電源制御スイッチ（６３３）は、前記運転モードにおいて導通して、前記外部の直流電源（７）からのエネルギーが前記容量性エネルギー蓄積部品（６１）に前記インダクタ（６３１）を介して供給され、
前記電源制御スイッチ（６３３）は、前記非運転モードにおいて導通を停止して、前記外部の直流電源（７）から前記容量性エネルギー蓄積部品（６１）への接続を遮断することを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
変圧器（６４）が、前記スイッチユニット（６２）と前記圧電トランスデューサー（５）との間に接続され、前記スイッチユニット（６２）から出力された信号を増幅し、増幅された前記信号を圧電トランスデューサー（５）に供給することを更なる特徴とする請求項８または請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記容量性エネルギー蓄積部品（３３又は６１）の容量値は、前記圧電トランスデューサー（１又は５）の等価回路の静電キャパシタの容量値の１０分の１よりも大きくないことを更なる特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１２】
前記容量性エネルギー蓄積部品（３３又は６１）の容量値は、１ｐＦ〜１０μＦの範囲にあることを更なる特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関する。より詳しくは、圧電トランスデューサーの残留振動を抑制するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーキングセンサーは、通常、圧電トランスデューサーを取り付けたアルミニウムのケーシングを使用して実装される。駆動信号がパーキングセンサーに送られると、圧電トランスデューサーが圧電変換により電気エネルギーを機械的な力に変換し、アルミニウムのケーシングを振動させて超音波信号を発生させる。
【０００３】
超音波信号の放射後、パーキングセンサーはセンシングモードに移行し、障害物にぶつかった超音波信号の反射により発生するエコー信号を感知し続ける。そして、超音波信号の放射時点と、パーキングセンサーによるエコー信号の受信時点の時間差分を算出することにより、センサーと障害物の距離を推定する。
【０００４】
パーキングセンサーを装備した車両が障害物に衝突しそうになった場合、パーキングセンサーは、車両と障害物の距離を検知し、当該距離が所定値に近づくと、運転者への通知を開始する。通知の際の警告音は、障害物に接近していることを運転者が認識しやすいような、車両と障害物の距離に応じたリズムのビープ音などである。
【０００５】
しかしながら、超音波信号の放射後、圧電トランスデューサーとアルミニウムのケーシングの振動は弾性によりすぐには止まらない。残留振動は、そのエネルギーが摩擦力や他の抵抗力によって吸収されるとともに減衰する。
【０００６】
パーキングセンサーが残留振動を減衰させるのに必要なリカバリ時間により、障害物を感知する際のブラインド領域が形成される。ブラインド領域にある障害物は、これによって反射されたエコー信号がまだ残留振動中のパーキングセンサーに到達し、パーキングセンサーがエコー信号と残留振動を区別することができないため、感知できない可能性がある。
このため、パーキングセンサーが推定可能な最小距離を小さくするために、圧電トランスデューサーの機械的な残留振動を抑制する必要がある。
【０００７】
図１、図２を参照し説明する。圧電トランスデューサー１の残留振動を抑制する制御装置は、駆動回路２、残留振動制御回路３、スイッチ回路４を含む。
【０００８】
制御装置は、運転モードおよび非運転モードの両方で作動する。
運転モードでは、スイッチ回路４によって駆動回路２と圧電トランスデューサー１が電気的に接続され、駆動回路２が圧電トランスデューサー１を駆動して振動させるための駆動信号として正弦電流を出力する。
非運転モードでは、スイッチ回路４によって残留振動制御回路３と圧電トランスデューサー１が接続され、残留振動制御回路３が圧電トランスデューサー１の残留振動を抑制する。圧電トランスデューサー１が残留振動を起こしている間、圧電トランスデューサー１は圧電による電流を出力する。この電流は上記と同じく正弦電流であるが、その振幅は相対的に小さい。
【０００９】
従来の残留振動制御回路３’は、直流電源３１とスイッチユニット３２を含む。直流電源３１は、直流基準電圧を与える。スイッチユニット３２は、４つのスイッチ３２１〜３２４を含む。
【００１０】
非運転モードでは、圧電トランスデューサー１の電流が正である（電流が、スイッチ３２１、３２２のそれぞれと接続された圧電トランスデューサーの第１の端子から、スイッチ３２３、３２４のそれぞれと接続された圧電トランスデューサーの第２の端子に流れる）ときは、スイッチユニット３２は、スイッチ３２１、３２３が導通するように作動し、直流電源３１は正の直流基準電圧と同等の電圧を圧電トランスデューサー１に与える。
【００１１】
圧電トランスデューサー１の電流が負である（電流が、圧電トランスデューサーの第２の端子から第１の端子に流れる）とき、スイッチユニット３２は、スイッチ３２２、３２４が導通するように作動し、直流電源３１は負の直流基準電圧と同等の電圧を圧電トランスデューサー１に与える。
このように、圧電トランスデューサー１から出力される電流と、直流電源３１から与えられる電圧は同相であり、圧電トランスデューサー１の各残留振動サイクル間のエネルギー消失が、圧電トランスデューサー１の残留振動抑制のために最大化される。
【００１２】
非特許文献１には、圧電トランスデューサーによるエネルギーハーベスティング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】“Ｖｅｌｏｃｉｔｙ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ”，Ｙ．Ｐ．Ｌｉｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｉｅｓ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｑｕａｌｉｔｙ（ＩＣＲＥＰＱ），Ａｐｒｉｌ，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の残留振動制御回路３’は、非運転モードの初期段階では圧電トランスデューサー１の残留振動を抑制するが、残留振動が非常に小さいレベルになってくると、直流電源３１のエネルギーがスイッチ３２を介して圧電トランスデューサー１の振動の収束を妨げる可能性があり、圧電トランスデューサー１を再び振動させてしまう可能性もある。
また、非特許文献１は、圧電トランスデューサーからエネルギーを得るエネルギーハーベスティング装置について開示しているが、このエネルギーハーベスティング装置は、スーパー（ウルトラ）キャパシタを発生エネルギーの蓄電に使用するものである。
【００１５】
本発明の目的は、残留振動を確実に収斂させることが可能な、圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述した目的を達成するため、等価質量ブロックを伴うシステムに適用される圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する本発明の制御装置は、容量性エネルギー蓄積部品とスイッチユニットを含む。スイッチユニットは、容量性エネルギー蓄積部品と電気的に接続され、また、圧電トランスデューサーと電気的に接続するためのものである。制御装置は、スイッチユニットにより容量性エネルギー蓄積部品の電圧を圧電トランスデューサーに与え、圧電トランスデューサーの残留振動を減少させる非運転モードで作動できる。容量性エネルギー蓄積部品の容量値は、制御装置が非運転モードで作動する間、容量性エネルギー蓄積部品の電圧を圧電トランスデューサーの電圧に略追随させるのに十分な大きさである。
非運転モードにおける容量性エネルギー蓄積部品の電圧は、以下の式に従う。
【数１】
2012065308.tif 000003
ここで、ＶＤＣは容量性エネルギー蓄積部品の電圧、ｎはシステムの電気機械比率、ＦＭは共振周波数で等価質量ブロックに加わる外力の振幅、ｄはスイッチユニットのデューティーサイクルである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、残留振動を確実に収斂させることが可能な、圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する制御装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する制御装置のブロック図
【図２】図１の制御装置に適用される従来の残留振動制御回路の回路図
【図３】非運転モードで圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する本発明の制御装置の第１の実施形態の残留振動制御回路の回路図
【図４】第１の実施形態に係る圧電トランスデューサーの電流とスイッチユニットの状態を示す波形図
【図５】第１の実施形態に係る容量性エネルギー蓄積部品の電圧を示す波形図
【図６】圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する本発明の第２の実施形態の制御装置の回路図
【図７】第２の実施形態に係る圧電トランスデューサーの電流、電源制御ユニット、スイッチユニットの状態を示す波形図
【図８】第２の実施形態に係る容量性エネルギー蓄積部品の電圧を示す波形図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明について、図を参照しながら以下２つの好適な実施形態により詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１から図３を参照し説明する。圧電トランスデューサーの残留振動を抑制する本発明の第１の実施形態の制御装置は、駆動回路２、残留振動制御回路３、スイッチ回路４を含む。
制御装置は、運転モードと非運転モードの両方で作動する。
【００２１】
運転モードでは、スイッチ回路４により、駆動回路２と圧電トランスデューサー１が電気的に接続され、駆動回路２が、圧電トランスデューサー１を駆動して振動させるための駆動信号として正弦電流を出力する。
非運転モードでは、スイッチ回路４により、残留振動制御回路３と圧電トランスデューサー１が電気的に接続され、残留振動制御回路３は、圧電トランスデューサー１の残留振動を抑制する。圧電トランスデューサー１の残留振動が続いている間、圧電トランスデューサー１は、圧電による電流を出力する。この電流は上記と同じく正弦電流であるが、振幅は相対的に小さい。
【００２２】
圧電トランスデューサー１は、第１の端子と第２の端子を有する。
残留振動制御回路３は、容量性エネルギー蓄積部品３３、スイッチユニット３４、ダイオード３５、抵抗３６、インダクタ３７、電流センサ３８、制御ユニット３９を含む。
容量性エネルギー蓄積部品３３は、第３の端子と第４の端子を有する。
この実施形態では、容量性エネルギー蓄積部品３３はキャパシタである。
【００２３】
非運転モード下で、スイッチユニット３４は、第１、第３の端子間に接続された第１のスイッチ３４１、第１、第４の端子間に接続された第２のスイッチ３４２、第２、第４の端子間に接続された第３のスイッチ３４３、第２、第３の端子間に接続された第４のスイッチ３４４を含む。
ダイオード３５は、カソードが容量性エネルギー蓄積部品３３に電気的に接続され、アノードが第１、第４のスイッチ３４１、３４４のそれぞれに電気的に接続される。すなわち、ダイオード３５は、第１、第４のスイッチ３４１、３４４から容量性エネルギー蓄積部品３３の第３の端子への電流路を形成する。
【００２４】
抵抗３６は、容量性エネルギー蓄積部品３３と並列に接続される。
インダクタ３７は、圧電トランスデューサー１と、第１、第２のスイッチ３４１、３４２のそれぞれとの間に電気的に接続される。
電流センサ３８は、インダクタ３７と圧電トランスデューサー１の間に電気的に接続され、圧電トランスデューサー１を流れる電流の方向を検出する。
制御ユニット３９は、スイッチユニット３４および電流センサ３８に電気的に接続される。
【００２５】
図３、図４を参照して説明する。図４において、波形８１は、圧電トランスデューサー１の電流を示す。波形８２は、第１、第３のスイッチ３４１、３４３の状態を示す。波形８３は、第２、第４のスイッチ３４２、３４４の状態を示す。
波形８２、８３において、高レベルは、スイッチ３４１から３４４が導通している（オン）状態、低レベルは、非導通（オフ）の状態を示す。
【００２６】
非運転モードにおいて、電流センサ３８は、圧電トランスデューサー１を流れる電流の方向を検出する。
制御ユニット３９は非運転モードで作動し、電流センサ３８が圧電トランスデューサー１に正の電流、すなわち、第１の端子から第２の端子の方向へ電流が流れるのを検出すると、第１、第３のスイッチ３４１、３４３が導通するよう制御し、電流センサ３８が圧電トランスデューサー１に負の電流、すなわち、第２の端子から第１の端子の方向へ電流が流れるのを検出すると、第２、第４のスイッチ３４２、３４４が導通するように制御する。
【００２７】
その結果、スイッチユニット３４は、圧電トランスデューサー１が放出するエネルギーにより容量性エネルギー蓄積部品３３が蓄電されるように（第１、第２のスイッチ３４１、３４２が交互に導通し、第３、第４のスイッチ３４３、３４４が交互に導通し、かつ、第１、第３のスイッチ３４１、３４３を同時に導通するように）作動するよう制御される。
さらに、圧電トランスデューサー１の電圧が正（すなわち、圧電トランスデューサー１に正の電流が流れる位相）では、容量性エネルギー蓄電部品３３は、同等の正の電圧を圧電トランスデューサー１に与え、圧電トランスデューサー１の電圧が負（圧電トランスデューサー１に負の電流が流れる位相）では、容量性エネルギー蓄電部品３３は、同等の負の電圧を圧電トランスデューサー１に与え、圧電トランスデューサー１の残留振動を抑制する。
【００２８】
また、非運転モードでは、第２のスイッチ３４２が、第１のスイッチ３４１の導通の終了から所定の時間Ｔ（図４では理解を容易とするため時間Ｔは拡大して表示されている）後に導通し、第３のスイッチ３４３が、第２のスイッチ３４２の導通の終了から所定の時間Ｔ後に導通し、インダクタ３７がエネルギーを放出して圧電トランスデューサー１に蓄電できるようにすることが好ましい。これによって、スイッチユニット３４のスイッチング損失が減少する。
【００２９】
図３から図５を参照して説明する。波形８４は、容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧を示す。
残留振動制御回路３と、圧電トランスデューサーからエネルギーを得る非特許文献１のエネルギーハーベスティング装置とは明確に異なる。
相違点は、残留振動制御回路３の容量性エネルギー蓄積部品３３の容量値が、非運転モード下で、容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧が圧電トランスデューサー１の電圧に略追従できるものとすれば十分である点である。
これにより、容量性エネルギー蓄積部品３３は、圧電トランスデューサー１から放出されるエネルギーによって蓄電され、抵抗３６が容量性エネルギー蓄積部品３３により放出されるエネルギーの放電経路として機能する。
【００３０】
非運転モード下で圧電トランスデューサー１の電圧は、その残留振動の振幅によって変化する。すなわち、圧電トランスデューサー１の残留振動振幅が大きいほど、容量性エネルギー蓄積部品３３は多くのエネルギーを獲得し、容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧は高くなる。
一方、圧電トランスデューサー１の残留振動振幅が小さいほど、容量性エネルギー蓄積部品３３のエネルギー獲得量は小さくなり、容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧が低くなる。さらに、容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧は、圧電トランスデューサー１の残留振動が抑制された後は略ゼロまで減少する。
【００３１】
前述のエネルギーハーベスティング装置は、以上に説明した特性を有しないスーパー（ウルトラ）キャパシタを使用するものである。
【００３２】
図１から図３を参照して説明する。圧電トランスデューサー１は等価質量ブロック（図示しない）を有するシステム（図示しない）に適用（apply）される。
シングルモードの支配方程式は式（１）で表わされる。
【数２】
2012065308.tif 000004
ここで、ｕは等価質量ブロックの変位、Ｍは等価質量ブロックの質量、Ｄはシステムの機械的減衰、Ｋはシステムの剛性、ｆは等価質量ブロックにかかる外力、ｎはシステムの電気機械比率、ｖｐは圧電トランスデューサー１の電圧を示す。
【００３３】
短絡条件（すなわち、ｖｐ＝０）では、圧電トランスデューサー１は周波数領域において力学的に式（２）〜（４）を満たす。
【数３】
2012065308.tif 000005
【数４】
2012065308.tif 000006
【数５】
2012065308.tif 000007
ここで、ωは角周波数、ωγは共振角周波数、ＵMshortは共振周波数における圧電トランスデューサー１の変位振幅、ＦＭは共振周波数において圧電トランスデューサー１にかかる外力振幅である。
【００３４】
非運転モードでは、圧電トランスデューサー１の電圧は、容量性エネルギー蓄積部品３３とスイッチユニット３４によって決定される。フーリエ定理によれば、圧電トランスデューサー１の一次高調波電圧は次式（５）を満たす。
【数６】
2012065308.tif 000008
ここで、ＶＤＣは容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧、ｄは第１〜第４のスイッチ３４１〜３４４のデューティーサイクル、ｓｉｇｎｅ（ｘ）は圧電トランスデューサー１の電流変化を示すシグナル関数である。
【００３５】
式（５）のｖｐを式（１）に代入すると、圧電トランスデューサー１は周波数領域で力学的に次式（６）、（７）を満たす。
【数７】
2012065308.tif 000009
【数８】
2012065308.tif 000010
ここで、ＵＭは圧電トランスデューサー１の周波数領域での変位振幅を示す。
【００３６】
式（７）と式（４）を比較すると、圧電トランスデューサー１の変位の理論的減衰は次式（８）を満たす。
【数９】
2012065308.tif 000011
式（８）によれば、圧電トランスデューサー１の残留振動は、次式（９）が満たされるとき抑制される。満たさない場合には、残留振動が発生する。
【数１０】
2012065308.tif 000012
【００３７】
容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧は、非運転モードでは、残留振動の振幅により変化する圧電トランスデューサー１の電圧に略追随するので、容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧の最大値は式（９）を満たすことが好ましく、その電圧が式（９）の上限値に近付くほど、制御装置による抑制効果が大きくなる。
また、容量性エネルギー蓄積部品３３の容量値は次式（１０）によって計算できる。
【数１１】
2012065308.tif 000013
ここで、Ｃは容量性エネルギー蓄積部品３３の容量値、Ｉ（ｔ）は容量性エネルギー蓄積部品３３の電流値である。
【００３８】
容量性エネルギー蓄積部品３３の容量値は、圧電トランスデューサー１の等価回路における静電コンデンサの容量値の１０分の１より大きくならないようにすることが好ましい。また、容量性エネルギー蓄積部品３３の容量値は１ｐＦ〜１０μＦの範囲であることが好ましい。
【００３９】
例えば、本実施形態を、カンチレバー（片持ち梁）システムの圧電トランスデューサーの残留振動の抑制に適用した場合、容量性エネルギー蓄積部品３３の容量値はμＦレベルであるが、それに限ることはない。その容量値は、カンチレバーシステムにおけるパラメータと、圧電トランスデューサーの寸法により決定される。
【００４０】
図２、図３を参照して説明する。従来の残留振動制御装置３’と比較すると、本実施形態の残留振動制御回路３は、直流電流電源３１に置き換えて、小さな容量の容量性エネルギー蓄積部品３３を用いている。
圧電トランスデューサー１の残留振動振幅が低レベルに減少したとき、容量性エネルギー蓄積部品３３の電圧も低レベルに減少する。そのため、容量性エネルギー蓄積部品３３のエネルギーは、圧電トランスデューサー１の振動の収斂をスイッチユニット３４を介して妨げることなく、圧電トランスデューサー１の残留振動は確実に収斂する。
【００４１】
［第２の実施形態］
図６に示すように、圧電トランスデューサー５の残留振動を抑制するための本発明の第２の実施形態の制御装置は、容量性エネルギー蓄積部品６１、スイッチユニット６２、電源制御ユニット６３、変圧器６４、制御ユニット６５を含む。
【００４２】
圧電トランスデューサー５は第１の端子と第２の端子を有する。また、容量性エネルギー蓄積部品６１は第３の端子と第４の端子を有する。
本実施形態において、容量性エネルギー蓄積部品６１はキャパシタである。
【００４３】
スイッチユニット６２は、第１、第３の端子間に接続された第１のスイッチ６２１、第１、第４の端子間に接続された第２のスイッチ６２２、第２、第４の端子間に接続された第３のスイッチ６２３、第２、第３の端子間に接続された第４のスイッチ６２４を含む。
【００４４】
電源制御ユニット６３は、インダクタ６３１と、ダイオード６３２、電源制御スイッチ６３３を含む。
インダクタ６３１は、第３の端子に電気的に接続された第５の端子と、第６の端子を有する。ダイオード６３２は、アノードが第４の端子に電気的に接続され、カソードが第６の端子に電気的に接続される。アノードは、更に、外部の直流電源７の負の端子に電気的に接続される。
電源制御スイッチ６３３は、第６の端子と、外部の直流電源７の正の端子間に接続される。
【００４５】
変圧器６４は、スイッチユニット６２と圧電トランスデューサー５間に電気的に接続される。
制御ユニット６５は、スイッチユニット６２と電源制御ユニット６３とに電気的に接続される。
【００４６】
図６、図７を参照して説明する。図７において、波形９１は、電源制御スイッチ６３３の状態を示し、波形９２は、第１、第３のスイッチ６２１、６２３の状態を示し、波形９３は、第２、第４のスイッチ６２２、６２４の状態を示し、波形９４は、圧電トランスデューサー５の電流を示す。
波形９１から９３において、高レベルは導通（オン）状態を、低レベルは非導通（オフ）状態を示す。
【００４７】
制御装置は、運転モードおよび非運転モードの両方で作動する。
運転モードにおいて、制御ユニット６５は、スイッチユニット６２と電源制御ユニット６３を制御して、電源制御スイッチ６３３を導通させ、第１、第２のスイッチ６２１、６２２を交互に導通させ、第３、第４のスイッチ６２３、６２４を交互に導通させ、かつ、第１、第３のスイッチ６２１、６２３を同時に導通させる。
【００４８】
これにより、電源制御ユニット６３は、容量性エネルギー蓄積部品６１に直流電圧を供給する（容量性エネルギー蓄積部品６１はこれにより充電される）。また、スイッチユニット６２は、容量性エネルギー蓄積部品６１の電圧に等しい振幅の駆動信号を出力する。
駆動信号は変圧器６４により増幅され、圧電トランスデューサー５を駆動し振動させる。
【００４９】
第１、第３のスイッチ６２１、６２３が導通すると、圧電トランスデューサー５を流れる電流は負になる（第２の端子から第１の端子に向かって電流が流れる）。また、第２、第４のスイッチ６２２、６２４が導通すると、圧電トランスデューサー５を流れる電流は正になる（第１の端子から第２の端子に向かって電流が流れる）。
【００５０】
非運転モードでは、制御ユニット６５は、スイッチユニット６２と電源制御ユニット６３を制御して、電源制御スイッチ６３３を非導通とし、第１、第２のスイッチ６２１、６２２を交互に導通させ、第３、第４のスイッチ６２３、６２４を交互に導通させ、かつ、第１、第３のスイッチ６２１、６２３を同時に導通させる。
さらに、非運転モードでの第１、第２のスイッチ６２１、６２２のそれぞれの導通角が、運転モードにおける第１、第２のスイッチ６２１、６２２のそれぞれの導通角に対して略１８０度位相が異なる。
【００５１】
これにより、電源制御ユニット６３は、容量性エネルギー蓄積部品６１への直流電流の供給を止める（これにより容量性エネルギー蓄積部品６１へそれ以上充電されなくなる）。
非運転モードにおいて、第１、第３のスイッチ６２１、６２３が導通するとき、容量性エネルギー蓄積部品６１はスイッチユニット６２を介して変圧器６４に同等の正の電圧を与える（このとき、圧電トランスデューサー５を流れる電流は正である）。第２、第４のスイッチ６２２、６２４が導通するとき、容量性エネルギー蓄積部品６１は、スイッチユニット６２を介して変圧器６４に負の電圧を与える（このとき、圧電トランスデューサー５を流れる電流は負である）。
変圧器６４は、容量性エネルギー蓄積部品６１の電圧を増幅し、増幅された電圧を圧電トランスデューサー５に与え、その残留振動を抑制する。
【００５２】
この実施形態において、変圧器６４は省略してもよい。この場合、第１の端子は、第１、第２のスイッチ６２１、６２２のそれぞれに直接電気的に接続され、第２の端子が、第３、第４のスイッチ６２３、６２４のそれぞれに直接電気的に接続される。
【００５３】
図６から図８を参照して説明する。波形９５は、容量性エネルギー蓄積部品６１の電圧を示す。
容量性エネルギー蓄積部品６１は、容量性エネルギー蓄積部品６１が運転モード下でプリチャージされることを可能とし、かつ、非運転モード下で、容量性エネルギー蓄積部品６１の電圧が圧電トランスデューサー５にかかる電圧に略追従することを可能とする十分な容量値であればよい。それによって、圧電トランスデューサー５が、容量性エネルギー蓄積部品６１によって蓄電される。
【００５４】
さらに、容量性エネルギー蓄積部品６１の電圧は、圧電トランスデューサー５の残留振動が抑制された後には略ゼロに減少する。
このように、圧電トランスデューサー５の振動の収束が妨げられることない。
【００５５】
非運転モード下では、容量性エネルギー蓄積部品６１の電圧が、残留振動振幅によって変化する圧電トランスデューサー５の電圧に略追従するので、容量性エネルギー蓄積部品６１の電圧の最大値は、式（９）を満足することが好ましく、電圧が式（９）の上限値に近づくほど、制御装置による抑制効果は大きくなる。
【００５６】
さらに、容量性エネルギー蓄積部品６１の容量値は、式（１０）によって算出可能である。
容量性エネルギー蓄積部品６１の容量値は、圧電トランスデューサー５の等価回路における静電キャパシタの容量値の１０分の１より大きくならないようにすることが好ましい。
また、容量性エネルギー蓄積部品６１の容量値は１ｐＦから１０μＦの範囲であることが好ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１、５………圧電トランスデューサー
２………駆動回路
３………残留振動制御回路
４………スイッチ回路
７………直流電源
３３、６１………容量性エネルギー蓄積部品
３４、６２………スイッチユニット
３５、６３２………ダイオード
３６………抵抗
３７、６３１………インダクタ
３８………電流センサ
３９、６５………制御ユニット
６３………電源制御ユニット
６４………変圧器
３４１、３４２、３４３、３４４、６２１、６２２、６２３、６２４………スイッチ
６３３………電源制御スイッチ
【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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