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公開番号2025154453
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024057459
出願日2024-03-29
発明の名称振動型駆動装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02N 2/06 20060101AFI20251002BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】振動型アクチュエータで十分な精度で速度を検出あるいは推定することが難しい。
【解決手段】弾性体と電気-機械エネルギー変換素子を備えた振動体および前記弾性体と接する接触体を有し、前記振動体に発生する振動により前記振動体と前記接触体とが相対的に移動する振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動は、前記電気-機械エネルギー変換素子に印加された電圧によって前記振動体に発生する第一の振動成分と、前記振動体と前記弾性体の接触により前記振動体に発生する第二の振動成分を含み、前記制御装置は、前記第二の振動成分に対応する信号を検知し、前記電圧に重畳電圧成分を重畳することによって前記第二の振動成分を相殺するとともに、前記重畳電圧成分に基づき前記前記振動体と前記接触体との間の速度を検出することを特徴とする制御装置を提供する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
弾性体と電気－機械エネルギー変換素子を備えた振動体および前記弾性体と接する接触体を有し、前記振動体に発生する振動により前記振動体と前記接触体とが相対的に移動する振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動は、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加された電圧によって前記振動体に発生する第一の振動成分と、前記振動体と前記弾性体の接触により前記振動体に発生する第二の振動成分を含み、前記制御装置は、前記第二の振動成分に対応する信号を検知し、前記電圧に重畳電圧成分を重畳することによって前記第二の振動成分を相殺するとともに、前記重畳電圧成分に基づき前記前記振動体と前記接触体との間の速度を検出することを特徴とする制御装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記重畳電圧成分は、前記第一の振動成分、または前記第一の振動成分と前記第二の振動成分のうち、前記振動体および前記接触体の接触面に垂直な方向の突き上げ振動成分の変位に対して所定の時間位相をもって重畳される交番電圧であることを特徴とする、請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記重畳電圧成分は、前記電圧のうち、前記第一の振動成分に含まれる前記振動体および前記接触体の接触面に平行な方向の送り振動成分を加振する前記電圧の成分に対して、所定の時間位相をもって重畳される送り振動の加振電圧成分を含むことを特徴とする、請求項１記載の制御装置。
【請求項４】
前記重畳電圧成分は、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加される電圧のいずれかの信号を基準に生成されることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項５】
前記電気－機械エネルギー変換素子は、互いに独立した第一の信号および第二の信号に基づく第一の駆動電圧および第二の駆動電圧が印加されるように構成されており、
前記第一の振動成分は、
前記第一の駆動電圧によって発生する第三の振動成分と前記第二の駆動電圧によって発生する第四の振動成分の和又は差の、一方に基づき発生する第一の方向の駆動振動と、他方に基づき発生する第二の方向の駆動振動を含み、
前記第二の振動成分は、前記第一の方向の駆動振動および前記第二の方向の駆動振動の少なくとも一方の振動成分を含み、
前記第二の振動成分に対応する信号は、前記第三の振動成分と同じ方向の振動を検知する第一の検知信号と、前記第四の振動成分と同じ方向の振動を検知する第二の検知信号に基づいて、前記第二の振動成分に対応する前記信号を検知することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項６】
前記第一の検知信号の振幅と、前記第二の検知信号の振幅の差から、前記第二の振動成分に対応する信号を検知することを特徴とする請求項５記載の制御装置。
【請求項７】
前記第二の振動成分に対応する信号は、前記第一の検知信号と前記第二の検知信号を用いて描くリサージュ図形における、傾斜によって変化するパラメータ、傾斜角、短径、長径、高さ、幅のパラメータの少なくとも１つから、検知することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
【請求項８】
前記リサージュ図形は第一軸を前記第一の検知信号、第二軸を前記第二の検知信号として描くことを特徴とする請求項７記載の制御装置。
【請求項９】
前記リサージュ図形は第一軸を前記第一の検知信号と前記第二の検知信号の和信号、第二軸を前記第一の検知信号と前記第二の検知信号の差信号として描くことを特徴とする請求項７記載の制御装置。
【請求項１０】
前記第一の検知信号の振幅および位相に基づくベクトルを第一の信号ベクトル、前記第二の検知信号の振幅および位相に基づくベクトルを第二の信号ベクトルとし、
前記第一の信号ベクトルと前記第二の信号ベクトルの和又は差のいずれか一方を第一の振動ベクトル、他方を第二の振動ベクトルとし、
前記第一の振動ベクトルと同方向のベクトル成分を同方向成分、前記第一の振動ベクトルの法線方向のベクトル成分を法線方向成分とし、
前記第一の信号ベクトルおよび前記第二の信号ベクトルそれぞれの前記同方向成分の差と、
前記第一の信号ベクトルおよび前記第二の信号ベクトルそれぞれの前記法線方向成分の差と、
前記第一の振動ベクトルの大きさに応じて設定する比から、前記第二の振動成分に対応する信号を検知することを特徴とする請求項５記載の制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は振動型駆動装置の位置、速度、および推力を検出および制御する装置に関するものである。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータの振動体の振動によって駆動される接触体の移動速度は、無負荷状態においては前記振動体の振動振幅に略比例しているため、簡易的な速度制御の用途では速度センサの代わりに前記振動振幅を検出する手段を用いて速度制御が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平５－３３６７６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では振動体の振動振幅を速度センサの代わりに用いて速度制御を行っている。しかし、移動体に外力が働いた場合には精度良く速度を検出することが出来なかった。
【０００５】
また、エンコーダ等を用いて速度検出する場合、停止状態を高速に検出することが困難だった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、
弾性体と電気－機械エネルギー変換素子を備えた振動体および前記弾性体と接する接触体を有し、前記振動体に発生する振動により前記振動体と前記接触体とが相対的に移動する振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動は、前記電気－機械エネルギー変換素子に印加された電圧によって前記振動体に発生する第一の振動成分と、前記振動体と前記弾性体の接触により前記振動体に発生する第二の振動成分を含み、前記制御装置は、前記第二の振動成分に対応する信号を検知し、前記電圧に重畳電圧成分を重畳することによって前記第二の振動成分を相殺するとともに、前記重畳電圧成分に基づき前記前記振動体と前記接触体との間の速度を検出することを特徴とする制御装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡素な構成で十分な精度で力（又はトルク）の発生に寄らず速度を推定する事が可能である。また、方向も含めた速度が検出可能なので停止状態の検出も高速に行う事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１の実施例の振動型アクチュエータの概略構成および振動形状の第１の例を示す図
第１の実施例の振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第１の例を示す図
振動体と接触体間の相対速度と振動体の振動軌跡の関係を示す模式図
第１の実施例に係る第二の振動成分を検知する第１および第２の例を説明する図
本発明の第１の実施例の振動アクチュエータの印加電圧と加振力および振動の応答と、摩擦加振力を相殺する重畳電圧とその生成手法を表現した複素平面図
本発明の第１の実施例の振動アクチュエータの印加電圧と加振力および振動の応答と、摩擦加振力を相殺する重畳電圧とその生成手法を表現した複素平面図
第１の実施例に係る速度と重畳電圧係数の関係を示す図
第一の実施例に係る重畳電圧成分の第２の例における、重畳電圧成分の生成手法を表す複素平面図
第一の実施例に係る重畳電圧成分の第２の例における、重畳電圧成分の生成手法を表す複素平面図
第１の実施例に係る第二の振動成分を検知する第４の例を説明する図
第１の実施例に係る振動波形から突き上げ振動方向の同方向成分および法線方向成分のベクトルの大きさの求め方を説明する図
第１の実施例に係る第二の振動成分を検知する第５の例を説明する図
第１の実施例に係る第二の振動成分を検知する第６および第７の例を説明する図
第１の実施例に係る駆動回路および振動体の等価回路モデルおよびこれを用いた振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第２の例を示す図
第１の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第３の例とここで用いる電流信号生成部５１の機能を説明する図
第１の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第４および第５の例を示す図
第１の実施例に係るＣＰＵ３４で実行される速度を制御する動作を示すフローチャート図
第１の実施例に係るＣＰＵ３４で実行される突き上げ振動振幅を制御する動作を示すフローチャート図
第１の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第６の例を示す図
第１の実施例に係る振動型アクチュエータの概略構成および振動形状の第２の例を示す図
第１の実施例に係る振動型アクチュエータの概略構成および振動形状の第３の例を示す図
第１の実施例に係る基準速度および速度変化に対する推力変化の比（β）を示す図
第２の実施例に係る振動型アクチュエータの概略構成の第１の例を示す図
第２の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第１の例を示す図
第２の実施例に係る第二の振動成分を検知する第１および第２の例を説明する図
本発明の第２の実施例の振動アクチュエータの印加電圧と加振力および振動の応答と、摩擦加振力を相殺する重畳電圧とその生成手法を表現した複素平面図
第２の実施例に係る第二の振動成分を検知する第３の例を説明する図
第２の実施例に係る振動波形から突き上げ振動方向の同方向成分および法線方向成分のベクトルの大きさの求め方を説明する図
第２の実施例に係る第二の振動成分を検知する第４の例を説明する図
第２の実施例に係る第二の振動成分を検知する第５および第６の例を説明する図
第２の実施例に係る駆動回路および振動体の等価回路モデルおよびこれを用いた振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第２の例を示す図
第２の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第３の例を示す図
第２の実施例に係るＣＰＵ３４で実行される速度を制御する動作を示すフローチャート図
第２の実施例に係る基準速度および速度変化に対するトルク変化の比（β）を示す図
第３の実施例に係る振動型アクチュエータの概略構成の例を示す図
第３の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成例を示す図
第４の実施例に係る振動型アクチュエータの概略構成、圧電体電極の電気接続および振動体の突起構造と圧電体の位置関係の第１の例を示す図
第４の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第１および第２の例を示す図
第４の実施例に係る振動型アクチュエータの振動体に設けられた突起構造と圧電体の位置関係の第２および第３の例を示す図
第４の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第３の例を示す図
第４の実施例に係る基準速度および速度変化に対するトルク変化の比（β）を示す図
第５の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第１および第２の例を示す図
第６の実施例に係る振動型アクチュエータの概略構成の例を示す図
第６の実施例に係る振動型アクチュエータの振動モードを示す図
第６の実施例に係る振動型アクチュエータの駆動装置の構成の第１および第２の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施するための振動型駆動装置は以下を備えている。
【００１０】
まず弾性体と電気－機械エネルギー変換素子を備えた振動体および弾性体と接する接触体を有する振動型アクチュエータと、振動型アクチュエータの制御装置を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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