【手続補正書】
【提出日】平成20年5月30日(2008.5.30)
【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】
電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体に接触体が加圧接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子へ駆動用交番信号を印加することによって前記振動体に振動を発生させ、該振動によって前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、
前記駆動用交番信号の位相をシフトさせるシフト手段を有し、
前記シフト手段は、前記振動体と前記接触体との相対速度を減速又は反転する際に、前記駆動用交番信号の位相を、前記振動体に発生した振動の位相に対して0°より大きく180°未満の範囲で遅れるようにシフトすることを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記シフト手段は、前記振動体と前記接触体との相対速度を減速又は反転する際に、前記駆動用交番信号の位相を、前記振動体に発生した振動の位相に対して30°より大きく150°未満の範囲で遅れるようにシフトすることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
前記シフト手段は、前記振動体と前記接触体との相対速度を減速又は反転する際に、前記駆動用交番信号の位相を、前記振動体に発生した振動の位相に対して90°遅れるようにシフトすることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項４】
前記シフト手段によって前記駆動用交番信号の位相をシフトさせる前の前記駆動用交番信号の周波数が、前記振動体に発生した振動の位相が前記駆動用交番信号に対して90°より大きく180°未満の範囲で遅れる周波数に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項５】
前記振動体に発生した振動を検出する検出手段を有し、
前記シフト手段は、前記検出手段にて検出された振動の位相をもとに、前記駆動用交番信号の位相をシフトさせることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
前記振動体と前記接触体との相対速度を減速又は反転する際に、前記駆動用交番信号の周波数を、前記振動体に発生した振動の位相が前記駆動用交番信号に対して180°遅れる第１周波数まで高く変化させてから、前記シフト手段が前記駆動用交番信号の位相を前記第１周波数に対して90°進むようにシフトすることを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動体に接触体が加圧接触し、前記電気−機械エネルギー変換素子へ駆動用交番信号を印加することによって前記振動体に駆動振動を発生させ、該振動によって前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、前記駆動用交番信号の位相をシフトさせるシフト手段を有し、前記シフト手段は前記振動体と前記接触体との相対速度を減速又は反転する際に、前記駆動用交番信号の位相を、前記振動体に発生した振動の位相に対して0°より大きく180°未満の範囲で遅れるようにシフトすることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２９】
【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】
図１において、1、2は不図示の弾性体に接着され、交番信号としての交流電圧を印加することで不図示の例えばリング状振動体を振動させる圧電素子で、一方の圧電素子１と他方の圧電素子２とは、共振周波数における波長をλとすると、例えばλ/４の位置的位相を有して配置され、各圧電素子１、２には例えばλ/２の間隔で分極方向が交互に異なる領域が複数形成され、前記各領域には夫々電極が形成され、反対側の面には全面に電極が形成されている。３は不図示の振動体の振動を検出するための振動検出手段で、圧電素子、歪みゲージ、磁歪素子やレーザを用いた光学的なセンサ等が用いられる。４は不図示の振動体の振動によって移動する不図示の移動体の位置を検出するための位置検出手段、５は圧電素子１、２に90°位相の異なる交流電圧を供給する電力増幅手段、６は発振器、７は発振器６の出力信号を分周して２相のパルス信号を出力する駆動信号発生手段、８は駆動信号発生手段７からの２相のパルス信号の位相を、同じ位相方向に後述する CPU11から指令される位相だけシフトする位相シフト手段である。電力増幅手段５の例を図１４に示す。２８はMOSFETドライバで位相シフト手段８から入力されるパルス信号である信号DA に応じてQ1、Q2のMOSFETのゲート端子電圧をコントロールし、通常５V以下の振幅の信号DAを振幅が電源電圧Vccのパルス信号VAに増幅している。信号VAはインダクタンスLによって波形がなまり、ダイオードD1、D2によって電源電圧VccとGND電位でクリップしており、信号PAはこれによって台形形状の信号波形となりPZTに印加される。このようにダイオードでクリップしたのは、ダイオードの無い通常の方式ではコイルに蓄えられるエネルギーが邪魔をして信号PAの位相を高速に変更することが出来なくなることがあるため、インダクタのエネルギーをダイオードに流すことで信号PAの位相を高速に変更することを可能としたものである。
【手続補正３０】
【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】
そして、振動を打ち消すには、振動体の振動の位相に対して180°遅れた振動を振動体の振動に重ねるので、加振力の位相に対して90°遅れた信号が振動体の振動の位相に対して180°遅れた信号になればよいことになる。そこで、打ち消すために発生させる振動（振動体の振動に対して180°遅れた振動）に対して90°進んだ位相の加振力（加振に対して振動は90°遅れるので）を加えること、これは振動体の振動に対して180°遅れた振動に対して90°進んだ位相の加振力を加えることであり、つまり振動体の振動に対して90°遅れた位相の加振力を加えることで振動が減衰することになる。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
このことから、振動を減衰させるには、最低でも振動体の振動位相に対して0°より大きく180°未満の位相遅れの加振力を供給しないと振動が減衰しないこと、最も高速に振動を減衰させる力で加振する場合には、振動体の振動位相に対して30°より大きく150°未満の位相遅れの加振力とする必要があること、より、最も高速に振動を減衰させるためには、振動体の振動位相に対して90°の位相遅れの加振力が必要であることがわかる。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
また、本実施の形態では２相の交流電圧で動作する振動型アクチュエータについて述べたが、３相以上の交流電圧を用いた場合でも同様の効果があるのは明白である。ここで、３相駆動の振動型アクチュエータについて簡単に説明する。上記した例では２相の９０°位相の異なる交流電圧で異なる位置又は振動モードの振動を２つ以上発生させ、これを合成することで移動体との接触部に楕円振動を形成し、振動体と移動体を相対運動させる振動型アクチュエータを用いていたが、３相駆動では例えば１２０°相互に位相の異なる交流電圧で異なる位置又は振動モードの振動を３つ以上発生させて振動体と移動体を相対運動させるものである。図１５は３相駆動の場合の振動型アクチュエータで振動を停止する際の各相に対応する定在性振動の振動状態と印加電圧の関係を示したタイミングチャートである。信号 SAはこの３相駆動の振動型アクチュエータに設けられた振動検出センサの出力信号で、信号SB'、信号SC'は振動検出センサがあった場合の振動検出信号を表している。振動検出センサを３相分設けるのは処理回路を複雑にするので、１つの相を検出して印加電圧信号PAの位相を設定すると共に、他の駆動相の印加電圧である信号PB、信号PCの位相は信号PAを基準として発生している。このような方法でも、振動検出センサの無い相に対応する定在性振動も信号SA と同様に減衰していくことを表している。信号PA、PB、PCは台形形状の波形であり、各信号間の位相差は１２０°になっている。時刻A-A'以前では振動型アクチュエータの振動体の各相の振動状態を表す信号SA、SB'、SC'と信号PA、PB、PCはほぼ１８０°の位相差になっており、これはこの振動体の振動周波数がこの振動体の共振周波数より十分高い周波数でこの振動体に接する移動体との相対運動速度が十分低い速度になっている状態を示している。時刻 A-A'に到達すると、振動の停止動作を開始している。時刻A-A'以降は信号PA、PB、PCは時刻A- A‘以前の印加電圧の位相に対してほぼ９０°進んだ位相の電圧となっている。これは振動型アクチュエータの振動体の各相の振動状態を表す信号SA、SB'、SC'の位相に対しては９０°遅れた位相である。これによって、各相の振動振幅が急速に減衰している。そして振動振幅が十分小さくなったことを時刻B-B'に検出し、その後の印加電圧PA、PB、PCは時刻B-B'の状態を保っている。これまで、一般的には、停止時には印加電圧を０Vにしたりオープン状態にしたり、インダクタのドライバ側のみ０Vにする方法が用いられていたが、最後に０Vにするための衝撃がPZTに加わることで、余分な振動が発生することがあった。しかし、図１５のように最後に印加電圧を固定することで、速やかに振動を停止させることが可能となった。また、最終的には消費電力を抑えるために電源を切ることが考えられるが、通常電源電圧は電源を切っても瞬時に０Vになるわけではないので、PZTに対する衝撃は少なく問題となることは少ない。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
つまり、振動体がバネによって固定部材に支持されている場合を想定すると、移動体が高速で移動している状態で急速に停止すると、振動体と移動体の間に相対的な力が働くため、振動体を支持するバネが変位し振動体と移動体の総質量とバネによる振動が発生してしまう。振動体の振動が十分減衰してから急速な振動減衰動作を行った方が、高速動作中に行なった場合よりも移動体と振動体との間に発生する相対的な力の大きさが小さいため、振動の残存時間が短くなる。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
最初に不図示の指令手段からの目標位置と位置検出手段４からの不図示の移動体の位置情報が目標位置に一致しないなら（Ｓ３１）、周波数、パルス幅、位相差を決定し４相のパルス信号を出力する（Ｓ３２）。尚、この位相差は移動方向に応じて決定される値である。４相のパルス信号は、90°ずつ位相のずれたパルス信号で、この４相のパルス信号が電力増幅手段1５によって昇圧され圧電素子１、２に印加される。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
また、電気―機械エネルギー変換素子へ印加する駆動用交番信号の位相を、振動体に発生した振動の位相に対して0°より大きく180°未満の範囲で遅れるようにシフトすることで振動体の振幅を安定して任意のカーブで減衰させることを可能とした。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３４】
本発明によれば、駆動用交番信号の位相を、振動体に発生した振動の位相に対して30°より大きく150°未満の範囲で遅れるようにシフトすることで、最大の振動減衰を実現する加振力を発生する交流電圧を印加した際にも振動体の振動を減衰させることが出来る。
【手続補正３７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
本発明によれば、駆動用交番信号の位相を、振動体に発生した振動の位相に対して90°遅れるようにシフトすることで、最も早く振動体の振動を減衰させることが出来、オーバーランが減るため高精度な位置決めが可能となる。
【手続補正３８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３７】
本発明によれば、上記振動体に発生した振動の位相を検出手段によって検出することで、振動の減衰をより正確に行なうことが出来る。
【手続補正４０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３８】
また、上記検出手段にて検出された振動の位相をもとに、駆動用交番信号の位相をシフトさせることで減衰の程度を確認しながら位相を決定できるので、振動体の振動振幅の減衰カーブを高精度に設定できる。
【手続補正４１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５１
【補正方法】削除
【補正の内容】