【手続補正書】
【提出日】平成30年2月13日(2018.2.13)
【手続補正１】
【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】
本願の請求項１０に記載の技術によれば、請求項３、７乃至９のいずれかに記載の圧電アクチュエーター装置は、前記圧電電気共振振動の共振周波数と前記矩形波駆動電圧の駆動周波数の比が１．５乃至４．５の範囲となるように構成されている。
【手続補正２】
【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】
【図１】図１は、本明細書で開示する技術を適用することができる圧電アクチュエーター装置１００の構成例を模式的に示した図である。
【図２】図２は、駆動回路１０４の構成例を示した図である。
【図３】図３は、図１に示した圧電アクチュエーター装置１００の機械モデルを示した図である。
【図４Ａ】図４Ａは、駆動部材１０２の理想的な鋸波変位と駆動部材１０２の速度ｖ102と駆動対象物１０６に加わる摩擦力μＮを示した図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、駆動部材１０２の変位が理想的な鋸波でない場合の駆動部材１０２の速度波形を例示した図である。
【図５】図５は、圧電素子１０１にＰＷＭ波形の電圧を印加した際の実際の駆動部材１０２の変位ｘ102と速度ｖ102を示した図である。
【図６】図６は、他の構成例に係る、圧電素子１０１に駆動電圧を入力する駆動回路１０４´を示した図である。
【図７】図７は、図６に示した駆動回路１０４´を用いた圧電アクチュエーター装置７００の機械モデルを示した図である。
【図８】図８は、伝達関数の周波数応答を例示した図である。
【図９】図９は、駆動部１０７のインピーダンス特性の実測値と解析解として求めた周波数応答を含む系の比較を例示した図である。
【図１０】図１０は、圧電アクチュエーター装置７００のステップ応答を示した図である。
【図１１】図１１は、図６に示した駆動回路１０４´を利用した場合の圧電アクチュエーター装置７００における駆動部材１０２の位置及び速度の波形を示した図である。
【図１２】図１２は、図２に示した駆動回路１０４を利用した場合の圧電アクチュエーター装置１００における駆動部材１０２の位置及び速度の波形を示した図である。
【図１３】図１３は、圧電電気共振成分の周波数が合わないために、圧電機械共振成分の速度低下をキャンセルできない場合の駆動部材１０２の位置及び速度の波形を示した図である。
【図１４】図１４は、圧電電気共振成分の振幅が大き過ぎるため、その影響で速度低下が発生する場合の駆動部材１０２の位置及び速度の波形を示した図である。
【図１５】図１５は、図７に示した圧電アクチュエーター装置７００のステップ応答と速度を圧電機械共振振動と圧電電気共振振動に成分分解した例を示した図である。
【図１６】図１６は、インダクター２７のインダクタンスＬ0による圧電機械共振周波数と圧電電気共振周波数と、圧電機械共振周波数と圧電電気共振周波数の比を示した図である。
【図１７】図１７は、ＰＷＭ電圧のフーリエ変換の結果を示した図である。
【図１８】図１８は、デューティー比と圧電機械共振の振幅ψ1と圧電電気共振の振幅ψ2の比、周波数の関係を示した図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図４Ａ（Ａ）に示すように、駆動部材１０２が理想的な鋸波で動き出すと、駆動対象物１０６には摩擦力μＮが加わる。駆動部材１０２の速度ｖ102よりも駆動対象物１０６の速度ｖ106が遅い場合、駆動対象物１０６には駆動部材１０２の速度に追従する方向に摩擦力μＮが加わる。反対に、駆動部材１０２には摩擦力μＮが負荷となる。
【手続補正４】
【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】
時間ｔfとｔsの差分をできるだけ大きくすれば、その分時間ｔ１とｔ２が一定となる速度ｖ106を大きくすることができる。また、時間ｔfとｔsの差分が大きくても、ｔs間での速度が安定しなければ、速度が出ない（言い換えれば、駆動部材１０２の変位は、綺麗な鋸波形であることが好ましい）。
【手続補正５】
【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】
図６には、他の構成例に係る、圧電素子１０１に駆動電圧を入力する駆動回路１０４´を示している。図２に示した駆動回路１０４との相違点は、圧電素子１０１の両端にインダクター２７と抵抗２８を直列に接続している点である。図示しない駆動制御回路がスイッチ２１〜２４のスイッチング動作を制御するものとする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
次に、上記の圧電方程式（４）、（５）を連立させて応力Ｔを消去すると、電束密度Ｄは下式（１２）に示す通りとなる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
上式（６）を用いて上式（１２）を変形すると、圧電素子１０１の端子間電圧Ｖ1は下式（１３）に示す通りとなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
実際に圧電素子１０１に矩形波電圧を印加した際の、駆動部材１０２の応答について考える。上式（２０）より、ｘ＝ｅλtとおくと、下式（２８）に示す通りとなる。但し、λは微分方程式の特性解である。この場合の特性方程式は下式（２９）である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】
図１１（Ａ）、（Ｂ）には、図６に示した駆動回路１０４´を利用した場合の圧電アクチュエーター装置７００における駆動部材１０２の位置及び速度の波形をそれぞれ示している。図１１に示す波形は、上式（３６）、（３８）から得られる圧電アクチュエーター装置７００の応答波形の解析解である。図１１（Ｂ）では、第１の成分と第２の成分の速度を足し合わせたものが、駆動部材１０２の速度となる。また、図１２（Ａ）、（Ｂ）には、図１１との比較として、図２に示した駆動回路１０４を利用した場合の圧電アクチュエーター装置１００における駆動部材１０２の位置及び速度の波形をそれぞれ示している。図１２に示す波形は、上式（１）から得られる圧電アクチュエーター装置１００の応答波形の解析解である。摩擦力項は考慮していない。各図ともに、ＰＷＭ駆動周波数とデューティー比は各条件で最適となるように調整しており、横軸は１周期分で正規化している。但し、各定数の値を、ｋ＝２０００００００［Ｎ／ｍ］、ｃv＝８［Ｎ・ｓ／ｍ］、ｍ2＝１×１０-4［ｋｇ］、Ｒ0＝４．５［Ω］、Ｌ0＝３１［μＨ］、Ａ＝１．３、Ｂ＝８×１０-8とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５７】
（ｃ１）圧電電気共振成分の周波数が合わず、圧電機械共振成分の速度低下をキャンセルできないことについて
図１３（Ａ）、（Ｂ）には、圧電電気共振成分の周波数が合わないために、圧電機械共振成分の速度低下をキャンセルできない場合の駆動部材１０２の位置及び速度の波形をそれぞれ示している。但し、各定数の値を、ｋ＝２０００００００［Ｎ／ｍ］、ｃv＝８［Ｎ・ｓ／ｍ］、ｍ2＝１×１０-4［ｋｇ］、Ｒ0＝７［Ω］、Ｌ0＝３１［μＨ］、Ａ＝１．３、Ｂ＝８×１０-8とする。また、矩形波駆動電圧Ｖ0の駆動周波数を５３．１［ｋＨｚ］、そのデューティー比を０．６７とする。この場合の圧電機械共振（第１の成分）の共振周波数ｆn1は６７．２［ｋＨｚ］、圧電電気共振（第２の成分）の共振周波数ｆn2は２２５．４［ｋＨｚ］となる。図１３（Ｂ）に示すように、駆動部材１０２の速度の圧電機械共振成分（第１の成分）は２つの山１３０１、１３０２を持つ波形となるが、圧電電気共振成分（第２の成分）は圧電機械共振（第１の成分）の山１３０２の波形による速度低下をキャンセルせず、反対に速度低下を促進する方向に働いている。したがって、図１１（Ｂ）に示したような圧電電気共振成分で速度低下をキャンセルするという効果を発揮することができない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８７】
圧電機械共振と圧電電気共振それぞれの振幅ψ1、ψ2は、圧電素子１０１への入力であるＰＷＭ電圧との共振に関係がある。図１７には、ＰＷＭ電圧のフーリエ変換の結果を示している。同図中の横軸は長時間電圧のデューティー比であり、０．６〜０．８で確認している。また、縦軸はフーリエ変換の測定周波数／駆動周波数＝１で正規化している。図１７に示すように、デューティーが３分の２のときは、測定周波数が駆動周波数の３倍のフーリエ変換の振幅が０になることが分かる。また、デューティーが４分の３のときは、測定周波数が駆動周波数の４倍のフーリエ変換の振幅が０になることが分かる。つまり、短時間電圧の周期を持つ周波数は振幅を持たないことが分かる。また、駆動周波数の整数倍以外の駆動周波数では振幅を持たない。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
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