(57)【要約】高効率駆動状態になるまでの時間を短縮して消費電力を少なくし、安定した制御を行える圧電アクチュエータの駆動装置である。振動体５から縦振動と屈曲振動との検出信号を検出し、これら２つの信号間の位相差を検出する位相差検出手段（位相差−電圧変換回路５１）と、この位相差検出手段で検出された位相差と位相差基準値とを比較するとともに、この比較結果に基づいて圧電素子１７へ供給する駆動信号の周波数を制御する周波数制御手段５２〜５６と、圧電素子１７の検出信号の振幅を検出する振幅検出手段（振幅検出回路５７）とを備える。周波数制御手段は、振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて駆動信号の周波数を制御する。
2004088830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータの駆動方法であって、
前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、
前記検出信号の振幅を検出し、この振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動信号の周波数の２つの制御のうち、一方の制御は、駆動信号の周波数を増加又は減少する制御であり、他方の制御は、駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合の制御であることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を増加又は減少し、前記振幅と振幅基準値との比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を制御することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記振幅と振幅基準値とを比較して前記振幅が振幅基準値以上である場合には前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を小さくし、前記振幅と振幅基準値とを比較して前記振幅が振幅基準値より小さい場合には前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を大きくする、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記振動体から出力されて振動体の振動状態を表す検出信号と前記駆動信号の位相差を検出し、この位相差を位相差基準値と比較した結果に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、
前記検出信号の振幅を検出し、この振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記振動体から出力されて振動体の振動状態を表す複数の検出信号を検出し、複数の検出信号間の位相差を検出し、この位相差を位相差基準値と比較した結果に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、
前記検出信号のうち、少なくとも１つの検出信号の振幅を検出し、この振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記振動体は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで第１の振動モード及び第２の振動モードで振動し、
前記検出信号は、振動体から出力されて第１の振動モード及び／又は第２の振動モードでの振動状態を表す検出信号である、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項８】
所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、
前記駆動信号の周波数を制御する周波数制御手段と、前記検出信号の振幅を検出する振幅検出手段と、を備え、
前記周波数制御手段は、振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を制御するとともに、
前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記周波数制御手段は、駆動信号の周波数を増加又は減少する制御を行う周波数増減制御手段と、駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を制御する周波数増減割合制御手段とを備え、
前記周波数増減制御手段または周波数増減割合制御手段の一方は、振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を制御し、
前記周波数増減制御手段または周波数増減割合制御手段の他方は、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記周波数制御手段は、前記検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を増加又は減少する周波数増減制御手段と、前記振幅と振幅基準値との比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を制御する周波数増減割合制御手段とを備えることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号間の位相差または複数の検出信号間の位相差を検出する位相差検出手段を備え、
前記周波数制御手段は、前記位相差検出手段で検出された位相差と位相差基準値とを比較するとともに、この比較結果に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記位相差検出手段は前記位相差を検出しこの位相差に相当する電圧値を有する位相差電圧信号を出力する位相差−電圧変換回路であることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記周波数制御手段は、前記位相差を比較するための基準電圧と振幅を検出するための基準電圧とをそれぞれ出力する定電圧回路と、この定電圧回路で出力される位相比較用基準電圧と前記位相差−電圧変換回路から出力される位相差電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路と、この比較回路で出力される比較結果信号を受けて前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御する駆動制御部とを備え、前記振幅検出手段は、前記定電圧回路で出力される振幅検出用基準電圧と前記検出信号とを比較して振幅を検出する振幅検出回路であり、前記駆動制御部は、前記振幅検出回路で検出された振幅検出電圧が基準電圧以上である場合には所定時間当たりの前記周波数の変化割合を小さくし、前記振幅検出回路で検出された振幅検出電圧が基準電圧より小さい場合には所定時間当たりの前記周波数の変化割合を大きくする機能を有することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御部は、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路と、この駆動回路に入力される電圧に対応した周波数を出力する電圧制御発振器と、前記振幅と振幅基準値とを比較した結果に基づいて前記電圧制御発振器に供給する電圧を調整する電圧調整回路とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記電圧調整回路は、前記電圧制御発振器に出力する電圧を調整する電圧調整部と、出力するクロック信号の周波数を可変としたクロック回路と、このクロック回路で出力されるクロック信号に対応して前記電圧調整部へ信号を出力するとともに前記クロック信号の周波数を前記振幅検出回路で検出された振幅信号に基づいて変更する制御回路と、を備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記制御回路は前記振幅信号が基準電圧以上である場合には前記クロック回路から出力されるクロック信号を遅くし、前記振幅信号が基準電圧より小さい場合には前記クロック回路から出力されるクロック信号を速くすることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記電圧調整回路は、異なる時定数を有するとともに時定数に応じて前記電圧制御発振器に電圧を出力するループフィルタと、このループフィルタの時定数を前記振幅検出回路で検出された振幅信号に基づいて選択する制御回路とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
前記制御回路は前記振幅信号が基準電圧以上である場合には前記ループフィルタから出力される電圧の量を小さくし、前記振幅信号が基準電圧より小さい場合には前記ループフィルタから出力される電圧の量を大きくすることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１９】
所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、請求項８〜１８のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置と、前記圧電アクチュエータによって駆動される日付表示機構と、を備えたことを特徴とする電子時計。
【請求項２０】
所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、請求項８〜１８のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置と、を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２１】
所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムであって、
前記駆動装置に組み込まれたコンピュータを、
前記検出信号の振幅を検出する振幅検出手段、及び、
前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号または検出信号及び前記駆動信号に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する周波数制御手段として機能させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、電子時計、電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム及び記憶媒体に関する。
【背景技術】  圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性に優れていることから、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ、電子時計、携帯機器等の各種電子機器の分野に応用されている。
これらの分野に応用される圧電アクチュエータは小型化、薄型化が求められており、そのため、薄板矩形状の圧電素子と板状の振動体とを備え、圧電素子に電圧を供給することにより圧電素子を長手方向に伸縮させて縦振動を励振し、当該縦振動によって機械的に屈曲振動を誘発させる圧電アクチュエータが提案されている。
このような圧電アクチュエータでは、振動体に縦振動及び屈曲振動の両者を生じさせることにより、圧電アクチュエータにおいて駆動対象と接触する部位を楕円軌道で移動させる。これにより、この圧電アクチュエータは、小型薄型の構成でありながら、高効率の駆動を実現している。
前述の構成の圧電アクチュエータを駆動する従来技術が特開２００２−２９１２６４（段落番号［００５７］〜［００７５］、以下特許文献１という）に開示されている。
特許文献１は、圧電素子から検出された信号に基づいて振動の位相差を求め、この位相差が最適な駆動周波数（目標値）になるように圧電素子に供給する駆動信号を１パルスあたり一定量ずつ制御する構成である。ここで、図２１で示される通り、特許文献１では、所定範囲の周波数をロック時の駆動信号として採用し、この範囲内の一定値を目標値とし、この目標値の所定範囲ＦＬで位相制御を行う。
特許文献１では、圧電素子へ供給する駆動信号を制御するものが位相差のみであって、その位相差の制御は容易ではない。
つまり、位相差が目標値に達する高効率駆動状態になるまでの周波数の加減を一定の時間内で行うものであり、その制御量は１パルス当たり（所定時間あたり）一定とされている。
そのため、所定時間当たりの制御量が大きいと、目標値付近に達した後も周波数の加減が引き続き行われるため、駆動周波数のふらつきが大きくなり、周波数が目標値に収束するまでに時間がかかることになる。
場合によっては、制御値がオーバーシュートしてしまい、目標値と大きく外れた駆動周波数で圧電アクチュエータを制御することにもなる（図２１のＰｘ参照）。
逆に、所定時間当たりの制御量が小さいと、電源をオンにしてから目標値付近に達する高効率駆動状態になるまでに時間がかかりすぎ、これに伴って、消費電力も大きなものになる。
本発明の目的は、高効率駆動状態に達するまでの時間を短縮して消費電力を少なくし、安定した制御を行える圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、及びこの圧電アクチュエータを備えた電子時計、電子機器、圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラム、この制御プログラムを記憶した記録媒体を提供することにある。
【発明の開示】
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータの駆動方法であって、前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、前記圧電素子の検出信号の振幅を検出し、この振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする。
ここで、検出信号または検出信号及び駆動信号に基づいて圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するには、例えば、圧電素子を流れる電流値を検出し、電流基準値と比較して駆動信号の周波数を制御したり、複数の検出信号の位相差を位相差基準値と比較して制御したり、検出信号および駆動信号の位相差を位相差基準値と比較して制御するなどの、振動体の振動状態に応じて変化する電流値、位相差、振幅等に基づいて駆動信号の周波数を制御すればよい。
この構成の発明では、振動体の振動状態を表す検出信号に基づいて実施、または、検出信号及び駆動信号に基づいて実施する駆動信号の周波数制御に加え、検出信号の振幅に基づく駆動信号の周波数制御を行うという２系統の制御手法が採用される。
そのため、検出信号や検出信号及び駆動信号に基づく周波数制御の不具合を振幅に基づく周波数制御で補完することになり、高効率駆動状態に達するまでの時間を短縮して消費電力を少なくし、安定した制御を行える。
ここで、圧電アクチュエータの駆動方法にかかる本発明では、前記駆動信号の周波数の２つの制御のうち、一方の制御は、駆動信号の周波数を増加又は減少する制御であり、他方の制御は、駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合の制御であることを特徴とする。
この発明では、圧電素子へ出力する駆動信号の周波数の増減と、その増減の割合とをそれぞれ制御するため、目標値から大きく外れている場合には変化割合を大きくすることで迅速に目標値に近づけて制御を行え、目標値に近づいている場合には変化割合を小さくすることで、大きな変動がない安定した制御を行うことができる。従って、高効率の駆動状態になるまでの時間が短縮され、消費電力も軽減できるとともに、精度が高く安定した制御が行われる。
ここで、圧電アクチュエータの駆動方法にかかる本発明では、前記検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を増加又は減少し、前記振幅と振幅基準値との比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を制御する構成が好ましい。
この構成の発明では、圧電アクチュエータを起動した直後においては、例えば、位相差が位相差基準値より離れた場合のように、検出信号の値が基準値から離れた場合があるが、この場合には、前記駆動信号の周波数を増加又は減少して位相差を位相差基準値に近づけるようにする。
この際、圧電素子で検出される信号の振幅と振幅基準値とを比較した上で、前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を制御する。
そのため、圧電素子へ出力する駆動信号の周波数の増減と、その増減の割合とをそれぞれ制御することで、より精度の高い制御が行われる。
さらに、圧電アクチュエータの駆動方法にかかる本発明では、前記振幅と振幅基準値とを比較して前記振幅が振幅基準値以上である場合には前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を小さくし、前記振幅と振幅基準値とを比較して前記振幅が振幅基準値より小さい場合には前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を大きくする、構成が好ましい。
この構成の発明では、前記検出信号や検出信号及び駆動信号に基づいて、例えば検出された位相差と位相差基準値とを比較した結果に基づいて位相差目標値に達するように、圧電素子に供給する駆動信号の周波数を増減する。ここで、圧電アクチュエータを起動した直後においては、圧電素子で検出される検出信号の振幅が振幅基準値より小さい場合があるが、この場合には、所定時間当たりの前記圧電素子への周波数の変化割合を大きくするため、例えば、位相差が位相差目標値付近に達する高効率駆動状態となるまでの時間が短縮される。目標値付近に達すると、圧電素子で検出される検出信号の振幅は振幅基準値以上となり、所定時間当たりの前記圧電素子への周波数の変化割合を小さくする。このため、駆動信号の周波数変動が小さくなり、安定した制御が行える。
また、圧電アクチュエータの駆動方法にかかる本発明では、前記振動体から出力されて振動体の振動状態を表す検出信号及び前記駆動信号の位相差を検出し、この位相差を位相差基準値と比較した結果に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、前記検出信号の振幅を検出し、この振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御することが好ましい。
さらに、圧電アクチュエータの駆動方法にかかる本発明では、前記振動体から出力されて振動体の振動状態を表す複数の検出信号を検出し、複数の検出信号間の位相差を検出し、この位相差を位相差基準値と比較した結果に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、前記検出信号のうち、少なくとも１つの検出信号の振幅を検出し、この振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御することとしてもよい。
圧電アクチュエータで駆動対象を回転駆動する場合、振動体から出力される検出信号および駆動信号の位相差や、振動体から出力される複数の検出信号の位相差は、駆動信号の周波数と駆動対象の回転数との相関に最も近い変化を生じる。このため、前記位相差に基づいて周波数制御を行えば、電流値等の他のパラメータによって駆動信号の周波数制御を行う場合に比べて、精度よく、かつ効率的に駆動制御を行うことができる。その上、電流値を測定するには、抵抗を設けて電圧値として検出しなければならず、回路構成が複雑になるが、振動体から出力される検出信号を検出すれば、その信号の位相および振幅を容易に取得できるので、回路構成も簡単にでき、容易に制御できる。
また、検出信号の位相は、振動状態によって変化するが、駆動信号の位相は一定であるため、検出信号および駆動信号の位相差を求めて制御すれば、位相差による駆動信号の周波数制御を容易に行うことができる。
一方、検出信号の振幅の変動は、駆動対象の駆動状態等に応じて変化するため、複数の検出信号を検出していれば、駆動対象等に応じて振幅の変化を検出しやすい検出信号の振幅を検出するように設定できるので、振幅に基づく周波数制御を容易に行うことができる。
また、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、前記振動体は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで第１の振動モード及び第２の振動モードで振動し、前記検出信号は、振動体から出力されて第１の振動モード及び／又は第２の振動モードでの振動状態を表す検出信号である、ことが好ましい。
ここで、第１の振動モードでの振動状態を表す検出信号や、第２の振動モードでの振動状態を表す検出信号とは、各振動モードの振動状態のみに対応した検出信号に限らず、主に各振動モードの振動状態の影響を受けるが、他の振動モードの成分も含まれる検出信号でもよい。
この構成の発明では、第１および第２の振動モードで振動体を振動させるので、例えば、圧電アクチュエータの当接部を楕円軌道で移動させることができ、駆動対象物を容易に回転駆動させることができる。そして、この駆動対象物によって、各検出信号の振幅の変動も相違するため、振幅の変動幅が大きくて検出しやすい検出信号を選択することで、制御が容易に行えるようになる。
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、前記駆動信号の周波数を制御する周波数制御手段と、前記検出信号の振幅を検出する振幅検出手段と、を備え、前記周波数制御手段は、前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を制御するとともに、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことを特徴とする
この構成の発明では、検出信号または検出信号及び前記駆動信号に基づいて圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するが、この周波数制御手段では、振幅検出手段で検出された検出信号の振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果も参照して前記駆動信号の周波数を制御する。
そのため、本発明は、高効率駆動状態に達するまでの時間を短縮して消費電力を少なくし、安定した制御を行える圧電アクチュエータの駆動装置を提供することができる。
ここで、圧電アクチュエータの駆動装置にかかる本発明では、前記周波数制御手段は、駆動信号の周波数を増加又は減少する制御を行う周波数増減制御手段と、駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を制御する周波数増減割合制御手段とを備え、前記周波数増減制御手段または周波数増減割合制御手段の一方は、振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を制御し、前記周波数増減制御手段または周波数増減割合制御手段の他方は、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことが好ましい。
この発明では、圧電素子へ出力する駆動信号の周波数の増減を制御する周波数増減制御手段と、その増減の割合を制御する周波数増減割合制御手段とを備えるため、目標値から大きく外れている場合には周波数増減割合制御手段によって変化割合を大きくすることで迅速に目標値に近づけて制御を行え、目標値に近づいている場合には周波数増減割合制御手段によって変化割合を小さくすることで、大きな変動がない安定した制御を行うことができる。従って、高効率の駆動状態になるまでの時間が短縮され、消費電力も軽減できるとともに、精度が高く安定した制御が行われる。
ここで、圧電アクチュエータの駆動装置にかかる本発明では、前記周波数制御手段は、前記検出信号及び前記駆動信号に基づいてまたは前記検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数を増加又は減少する周波数増減制御手段と、前記振幅と振幅基準値との比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数の増加又は減少の変化割合を制御する周波数増減割合制御手段とを備えることが好ましい。
この発明では、例えば、周波数増減制御手段は、検出信号および駆動信号の位相差等に基づいて駆動信号の周波数の増減を制御し、周波数増減割合制御手段は、検出信号の振幅に基づいてその増減の変化割合を制御できるので、振幅が小さくて位相差等が目標値から大きく離れていると判断できる場合には、変化割合を大きくして、迅速に目標値に近付けることができ、かつ、振幅が大きくて目標値に近いと判断できる場合には、変化割合を小さくして安定した制御を行うことができる。従って、圧電アクチュエータが高効率の駆動状態になるまでの時間が短縮され、消費電力も軽減できる。
また、圧電アクチュエータの駆動装置にかかる本発明では、前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号及び前記駆動信号間の位相差または複数の検出信号間の位相差を検出する位相差検出手段を備え、前記周波数制御手段は、前記位相差検出手段で検出された位相差と位相差基準値とを比較するとともに、この比較結果に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する、ことが好ましい。
位相差に基づいて周波数制御を行えば、前述のとおり、電流値等の他のパラメータによって駆動信号の周波数制御を行う場合に比べて、精度よく、かつ効率的に駆動制御を行うことができる上、回路構成も簡単にでき、容易に制御できる。
ここで、圧電アクチュエータの駆動装置にかかる本発明では、前記位相差検出手段は前記位相差を検出しこの位相差に相当する電圧値を有する位相差電圧信号を出力する位相差−電圧変換回路であることが好ましい。
この構成の発明では、位相差を電圧値に変換し、この電圧値に変換された信号を周波数制御手段に出力するため、周波数制御手段での高い精度の制御が容易となる。
さらに、前記周波数制御手段は、前記位相差を比較するための基準電圧と振幅を検出するための基準電圧とをそれぞれ出力する定電圧回路と、この定電圧回路で出力される位相比較用基準電圧と前記位相差−電圧変換回路から出力される位相差電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路と、この比較回路で出力される比較結果信号を受けて前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御する駆動制御部とを備え、前記振幅検出手段は、前記定電圧回路で出力される振幅検出用基準電圧と前記圧電素子の検出信号とを比較して振幅を検出する振幅検出回路であり、前記駆動制御部は、前記振幅検出回路で検出された振幅検出電圧が基準電圧以上である場合には所定時間当たりの前記周波数の変化割合を小さくし、前記振幅検出回路で検出された振幅検出電圧が基準電圧より小さい場合には所定時間当たりの前記周波数の変化割合を大きくする機能を有する構成が好ましい。
この構成の発明では、定電圧回路において、位相差を比較するための基準電圧を比較回路に出力し、この比較回路では、位相差−電圧変換回路から出力される位相差電圧信号と前記基準電圧とを比較して比較結果信号を出力し、この比較結果信号が駆動制御部に送られる。
この信号を受けて駆動制御部では、圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御するが、この際、振幅検出電圧が基準電圧以上である場合には周波数の変化割合を小さくし、振幅検出電圧が基準電圧より小さい場合には周波数の変化割合を大きくするため、高効率駆動状態に達するまでの時間が短縮されるとともに、オーバーシュートすることがなくなって安定した制御が行える。
そのため、本発明では、振幅検出電圧と基準電圧との比較結果に基づいて駆動信号の周波数の変化割合を調整するという構成を採用することで、圧電アクチュエータの駆動制御を高精度に行うことができる。
その上、前記駆動制御部は、前記圧電素子に駆動信号を供給する駆動回路と、この駆動回路に入力される電圧に対応した周波数を出力する電圧制御発振器と、前記振幅と振幅基準値とを比較した結果に基づいて前記電圧制御発振器に供給する電圧を調整する電圧調整回路とを備えた構成が好ましい。
この構成の発明では、前述の構成の電圧制御発振器及び電圧調整回路を採用することで、圧電アクチュエータの駆動制御を高精度に行うことができる。
さらに、前記電圧調整回路は、前記電圧制御発振器に出力する電圧を調整する電圧調整部と、出力するクロック信号の周波数を可変としたクロック回路と、このクロック回路で出力されるクロック信号に対応して前記電圧調整部へ信号を出力するとともに前記クロック信号の周波数を前記振幅検出回路で検出された振幅信号に基づいて変更する制御回路と、を備えた構成が好ましい。
この構成の発明では、通常、制御回路としてよく用いられるクロック回路を利用して電圧調整回路を構成するため、当該電圧調整回路、ひいては、駆動装置の構造を簡易なものにできる。
その上、前記制御回路は前記振幅信号が基準電圧以上である場合には前記クロック回路から出力されるクロック信号を遅くし、前記振幅信号が基準電圧より小さい場合には前記クロック回路から出力されるクロック信号を速くする構成が好ましい。
この構成の発明では、振幅信号と基準電圧とを比較してクロック信号の速度を決定するため、より精度の高い制御を行うことができる。
また、前記電圧調整回路は、異なる時定数を有するとともに時定数に応じて前記電圧制御発振器に電圧を出力するループフィルタと、このループフィルタの時定数を前記振幅検出回路で検出された振幅信号も基づいて選択する制御回路とを備えた構成が好ましい。
この構成の発明では、位相同期回路としてよく用いられるループフィルタを利用して電圧調整回路を構成するため、当該電圧調整回路、ひいては、駆動装置の構造を簡単なものにできる。
その上、前記制御回路は前記振幅信号が基準電圧以上である場合には前記ループフィルタから出力される電圧の量を小さくし、前記振幅信号が基準電圧より小さい場合には前記ループフィルタから出力される電圧の量を大きくする構成が好ましい。
この構成の発明では、振幅信号と基準電圧とを比較してループフィルタで出力される電圧の量を調整するため、より精度の高い制御を行うことができる。
本発明の電子時計は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、前述の構成の圧電アクチュエータの駆動装置と、前記圧電アクチュエータによって駆動される日付表示機構と、を備えたことを特徴とする。
この構成の発明では、消費電力が少なく、安定した制御を短時間で達成できる電子時計を提供することができる。
本発明の電子機器は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部を有する圧電アクチュエータと、前述の構成の圧電アクチュエータの駆動装置と、を備えたことを特徴とする。
この構成の発明では、消費電力が少なく、安定した制御が短時間で達成できる電子機器を提供でき、特に小型で携帯するのに適した電子機器を提供することができる。
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置のプログラムは、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置のプログラムであって、前記駆動装置に組み込まれたコンピュータを、前記検出信号の振幅を検出する振幅検出手段、及び、前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号または検出信号及び前記駆動信号に基づいて前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を制御するとともに、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する周波数制御手段として機能させることを特徴とする。
また、本発明の記憶媒体は、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であることを特徴とする。
このような本発明によれば、駆動装置に組み込まれたコンピュータを前記各手段として機能させることで、前述と同様に、高効率駆動状態に達するまでの時間を短縮して消費電力を少なくし、安定した制御を行うことができる。そして、各手段をコンピュータで構成すれば、プログラムを変更するだけで、容易に条件を変更できるため、駆動対象等に応じた適切な制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１実施形態に係る電子時計における日付表示機構の主要部の構成を示す平面図である。
図２は、前記電子時計の概略構成を示す断面図である。
図３は、前記電子時計で用いられる圧電アクチュエータの構成要素である振動体を示す断面図である。
図４は、前記振動体を示す平面図である。
図５は、前記振動体の圧電素子に電圧を印加する際の概略構成図である。
図６は、圧電アクチュエータの駆動装置の内部構成を示すブロック図である。
図７は、（Ａ）は位相差−電圧変換回路の内部構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は電圧調整回路の内部構成を一例のブロック図であり、（Ｃ）は電圧調整回路の異なる例の内部構成を示すブロック図である。
図８は、図７（Ｂ）の電圧調整回路の詳細な内部構成を示すブロック図である。
図９は、位相差検出出力、クロック信号及び出力電圧の相互の関係を示すグラフである。
図１０は、図７（Ｂ）の電圧調整回路を用いて圧電アクチュエータを駆動する方法を説明するフローチャートである。
図１１は、図７（Ｂ）の電圧調整回路を用いて圧電アクチュエータを駆動する方法を説明するフローチャートである。
図１２は、図７（Ｃ）の電圧調整回路の詳細な内部構成を示すブロック図である。
図１３は、図７（Ｃ）の電圧調整回路を用いて圧電アクチュエータを駆動する方法を説明するフローチャートである。
図１４は、図７（Ｃ）の電圧調整回路を用いて圧電アクチュエータを駆動する方法を説明するフローチャートである。
図１５は、第１実施形態の効果を説明するための概念図である。
図１６は、本発明の第２実施形態に係る携帯機器（非接触型ＩＣカード）の外観斜視図である。
図１７は、非接触型ＩＣカードの上位桁表示部を示す詳細構成正面図である。
図１８は、上位桁表示部の詳細構成側面図である。
図１９は、下位桁表示部の詳細構成側面図である。
図２０は、下位桁表示部の詳細構成正面図である。
図２１は、従来例の課題を説明するための概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
まず、第１実施形態として、圧電アクチュエータによって駆動される日付表示機構を備えた電子時計を例示する。
［１．全体構成］
第１実施形態に係る電子時計１が図１及び図２に示されている。図１は圧電アクチュエータを組み込んだ日付表示機構の主要構成を示す平面図であり、図２は、その断面図である。
図１及び図２に示されるように、日付表示機構３０は、日付を表示する日車３１と、駆動力を伝達して日車３１を回転させる動力伝達機構３２と、駆動力を動力伝達機構３２に与える振動体５とを備える。
なお、図示はしないが、この日付表示機構３０は、時計のケースに収納され、日車３１の一部がケースに形成された窓から視認可能となっている。
日車３１は、リング状の平板部材で、表面に日付表示３１Ａが印刷やその他の方法により形成されている。また、日車３１の内周側には日車３１を回転させるための日送り歯３３が形成されている。日送り歯３３は、一つの歯の間隔（ピッチ）が日付表示３１Ａの一日分になっており、つまり日送り歯３３を一つ送ると日付表示３１Ａが一つ送られて、日付が変わるように設定されている。
動力伝達機構３２は、日送り歯３３に噛合する日回し車３６と、日回し車３６に噛合する日回し中間車３５と、日回し中間車３５に噛合して被駆動体としてのロータ３７を一体的に備える伝え車３４とを備える。
日回し車３６は、周囲に５つのつめ部４２を有し、そのピッチが日送り歯３３と噛合するように設定されている。日回し車３６の回転軸は、基板４４に設けられた長孔４４Ａに回転可能に支持されている。また、基板４４には、一端が固定された押さえ板４３が取り付けられており、この押さえ板４３の他端は日回し車３６の回転軸に当接されている。この押さえ板４３により、日回し車３６は、日回し中間車３５側に付勢されている。
日回し中間車３５は、日回し車３６のつめ部４２が当接される円盤状の日送り部４０と、日送り部４０と一体的に形成された歯車３９とを備えている。日送り部４０には、周囲に一箇所凹部４１が設けられている。
伝え車３４は、歯車３９と噛合するロータかな３８と、このロータかな３８に一体的に形成されるロータ３７とを備えている。ロータ３７の外周には、例えば圧力角２０°のインボリュート曲線からなる歯形状部が等間隔に配置された凹凸部（図示せず）が形成されている。ロータ３７は、シリコンウェハーで構成され、エッチング加工によって形成されている。また、ロータ３７及びロータかな３８は接着やろう付けなどによって結合されている。
このような日付表示機構３０は、以下のように動作する。
振動体５に電圧が繰り返し印加されると、振動体５は、その両側に設けられた凸部２０が楕円軌道を描くように振動する。振動体５が伸長した時に楕円軌道の一部において、凸部２０がロータ３７の凹凸部に噛合し、ロータ３７を間欠回転させる。これを繰り返すことによりロータ３７を所定の回転数で回転させる。
日回し中間車３５は、２４時間で一周するように設定されているので、２４時間経過ごとに日送り部４０の凹部４１が日回し車３６との当接部に位置する。日回し車３６の回転軸は押さえ板４３によって付勢されているので、つめ部４２が凹部４１に係合する。この時につめ部４２が日送り歯３３を図５中の矢印Ｃ方向に押すことにより日車３１を回転させる。これにより、日車３１の日付表示３１Ａが一日分送られて時計の外部からは日付が変更されて表示されることとなる。
［２．圧電アクチュエータ］
本実施形態では、ロータ３７及び振動体５を備えて圧電アクチュエータ１０が構成されている。
振動体５は、略矩形平板状に形成された補強板１６と、この補強板１６の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子１７と、補強板１６をケース側に取り付けるための腕部１８とを備える。
補強板１６は、硬度５００ＨＶのＳＵＳ３０１などのステンレス鋼、その他の材料から構成され、略矩形状の長辺と短辺とがほぼ７対２の比で形成されている。また、図３及び図４に示される通り、補強板１６の対角線上の長さ方向両端には、当接部としての凸部２０が一体的に形成されている。凸部２０の先端は、ロータ３７の凹凸部（図示せず）と同様に例えば圧力角２０°のインボリュート曲線で形成されている。
圧電素子１７は、補強板１６の両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子１７の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
また、圧電素子１７の両面には、ニッケルメッキ層及び金メッキ層などの電極１９が形成されている。
図５に示される通り、これらの電極１９を介して圧電素子１７に、駆動装置５０から駆動信号が供給されるようになっている。
圧電素子１７の分極方向が逆の場合には、上面、中央、下面の電位が各々＋Ｖ、０、＋Ｖ（もしくは−Ｖ、０、−Ｖ）となるように駆動装置５０から駆動信号を印加すれば、板状の圧電素子１７が伸び縮みするように変位することになり（図４の想像線参照）、本実施形態ではこのような伸縮による変位を利用している。なお、圧電素子１７の分極方向を同一となるようにした場合、上面、中央、下面の電位が各々＋Ｖ、０、−Ｖ（もしくは−Ｖ、０、＋Ｖ）となるように電圧を印加すればよい。
図４に示される通り、電極１９は、圧電素子１７の幅方向一側から中央部にかけて形成される電極１９Ａと、圧電素子１７の幅方向他側において長手方向略中央で分割形成される２つの電極１９Ｂ，１９Ｃとを備えている。
これらの電極１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃには、それぞれ図示しないリード線が接続されている。ここで、電極１９Ａは振動体５を振動させるために電圧を供給するための駆動用電極を構成するものであり、電極１９Ｂは振動体５に発生する縦振動を検出する検出用電極を構成し、電極１９Ｃは屈曲振動を検出する検出用電極を構成する。
このように構成される振動体５は、駆動装置５０から電極１９Ａを介して圧電素子１７に交流の駆動信号が印加されると、圧電素子１７には、長手方向に伸縮する振動が発生する。その際、圧電素子１７が長手方向に伸縮することにより、振動体５が長手方向に伸縮する縦振動を起こすようになっており、これにより振動体５は第１の振動モードで振動することになる。このように圧電素子１７への駆動信号の印加によって振動体５が電気的に縦振動で励振すると、振動体５の重量バランスのアンバランスさによって振動体５の重心を中心とした回転モーメントが発生する。この回転モーメントによって振動体５が幅方向に揺動する屈曲振動が誘発されるようになっている。この屈曲振動は第１の振動モードとは振動方向の異なる第２の振動モードである。
各振動の共振周波数と印加される駆動信号の周波数との関係は、印加される駆動信号の電圧値が一定であるとき、各振動の振幅は各振動の共振周波数を最大として駆動信号の周波数が共振周波数から離れると、次第に小さくなる特性となる。また、振動体５の屈曲振動は、縦振動時の重力アンバランスで誘発されるため、縦振動の振幅の大きさ等により縦振動との位相差がずれる。即ち、駆動信号の周波数によって縦振動の位相と屈曲振動の位相の差が変化する特性を有している。必要な駆動を得るためには、各々の振動をどの程度の振幅で、かつ、どの程度の位相差で励振させるかを設定する必要があるが、これらは上述した如く、振動体５の特性から圧電素子１７に印加される駆動信号の周波数に依存される。
［３．圧電アクチュエータの駆動装置及び駆動方法］
次に、駆動装置５０の構成を図６に基づいて説明する。
図６において、駆動装置５０は、圧電素子１７の２カ所で検出される縦検出信号と屈曲検出信号との位相差を検出する位相差−電圧変換回路５１と、位相差を比較するための基準電圧と振幅信号を検出するための基準電圧とをそれぞれ出力する定電圧回路５２と、この定電圧回路５２で出力される位相比較用基準電圧と位相差−電圧変換回路５１から出力される位相差電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路５３と、比較結果信号を受けて圧電素子１７に供給する駆動電圧を制御する電圧調整回路５４と、この電圧調整回路５４で出力された電圧に対応して駆動回路５５に出力する周波数を調整する電圧制御発振器５６と、定電圧回路５２で出力される振幅検出用基準電圧と圧電素子１７の振幅信号とを比較して振幅信号を検出する振幅検出回路５７と、を備えている。
振幅検出回路５７は、振幅信号を検出するものであれば具体的な構成を問うものではなく、例えば、一定時間内で一定振幅の数を検出するものでもよく、あるいは、単純に振幅レベルを検出するものや、振幅のピークレベルを検出するものでもよい。
ここで、本実施形態では、駆動回路５５、電圧制御発振器５６及び電圧調整回路５４を備えて圧電素子１７に供給する駆動信号の周波数を制御する駆動制御部が構成される。そして、この駆動制御部と、定電圧回路５２と、比較回路５３とを備えて周波数制御手段が構成される。また、本実施形態では、後述するように、電圧調整回路５４に、比較回路５３から出力される信号と、振幅検出回路５７から出力される信号を入力することで、各検出信号の位相差に基づく周波数制御（周波数増減制御）と、検出信号の振幅に基づく周波数制御（周波数増減割合制御）とを同時に行っている。従って、本実施形態では、周波数制御手段のうち、主に電圧調整回路５４により、駆動信号の周波数の増減を制御する周波数増減制御手段および駆動信号の周波数の増減割合を制御する周波数増減割合制御手段が構成される。
位相差−電圧変換回路５１は、位相差検出手段を構成するものであって、図７（Ａ）に示される通り、圧電素子１７からそれぞれ出力される縦検出信号と屈曲検出信号との波形を整形する波形整形部５１１と、この波形整形部５１１でそれぞれ整形された２つの波形の位相差を比較する位相差比較部５１２と、この位相差比較部５１２で比較された位相差に相当する電圧値をＤＣ変換して位相差電圧信号を出力する位相差−ＤＣ変換器５１３とを備えている。
定電圧回路５２は、縦検出信号と屈曲検出信号との最適な位相差に相当する電圧値を有する位相比較用基準電圧を比較回路５３に出力するとともに検出信号の最適な振幅値（目標値）に相当する電圧値を有する振幅検出用基準電圧を振幅検出回路５７に出力する構成である。
電圧調整回路５４は、比較回路５３から出力された信号に基づいて圧電素子１７に供給する交流電圧を制御する電圧制御機能と、振幅検出回路５７で出力された信号に基づいて圧電素子１７への所定時間当たりの電圧制御量を調整する制御速度調整機能とを有する。
ここで、電圧調整回路５４としては、図７（Ｂ）に示される構成と図７（Ｃ）に示される構成との２通りの構成を採用することができる。
図７（Ｂ）及び図８には電圧調整回路５４の一例が示されている。図７（Ｂ）及び図８において、電圧調整回路５４は、電圧制御発振器５６に出力する電圧を調整する電圧調整部５４１と、出力するクロック信号の周波数を可変としたクロック回路５４２と、このクロック回路５４２で出力されるクロック信号に対応して電圧調整部５４１へ信号を出力する制御回路５４３とを備え、この制御回路５４３はクロック信号の周波数を振幅検出回路５７で検出された振幅信号に基づいて変更する。
電圧調整部５４１は、位相差検出信号が目標値より低い場合には電圧値を上げるアップカウントとなり位相差検出信号が目標値より高い場合には電圧値を下げるダウンカウントとなるアップダウンカウンタ（ＵＤカウンタ）５４４と、このＵＤカウンタ５４４から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器５４５とを備えている。
制御回路５４３は、ＮＡＮＤゲート５４３Ａ，５４３Ｂを備え、振幅信号が基準電圧以上である場合にはクロック回路５４２から出力されるクロック信号を遅クロック（例えば、１ｋＨｚ）とし、振幅信号が基準電圧より小さい場合にはクロック回路５４２から出力されるクロック信号を速クロック（例えば、１００ｋＨｚ）とする構成である。
ＮＡＮＤゲート５４３Ａ，５４３Ｂは、ハイレベルの信号及びローレベルの信号と、クロック回路５４２から出力されるパルス信号とを入力し、このパルス信号の入力タイミングに応じてアップダウンカウンタ５４４に信号を出力する。
ＵＤカウンタ５４４は、ＮＡＮＤゲート５４３Ａ，５４３Ｂを介して入力される情報を積算する。このＵＤカウンタ５４４は、例えば、１２ビットのカウンタ等から構成されており、ＮＡＮＤゲート５４３Ａ，５４３Ｂからの信号により、カウンタ値をアップあるいはダウンする。
Ｄ／Ａ変換器５４５は、内部にＵＤカウンタ５４４のカウンタ値に応じた周波数制御電圧値が設定されている。そして、このＤ／Ａ変換器５４５は、ＵＤカウンタ５４４から出力されるカウンタ値を入力すると、このカウンタ値に応じた周波数制御電圧値に相当する周波数制御電圧を電圧制御発振器５６に出力する。
ここで、図９には、位相差検出出力と、制御回路５４３で制御される速度の異なる２種類のクロック信号と、ＵＤカウンタ５４４で制御される電圧との関係が示されている。
図９において、早クロック（クロック速度を速くすること）を選択すると、所定時間当たりのカウント数が大きいため、変化する電圧値も大きくなるが、遅クロック（クロック速度を遅くすること）を選択すると、所定時間当たりのカウント数が小さいため、変化する電圧値が小さくなる。また、位相差検出出力がＬ（低い）の場合には電圧が目標電圧に対して低いため、アップカウントクロックを入力し、位相差検出出力がＨ（高い）の場合には電圧が目標電圧に対して高いため、ダウンカウントロックを入力する。これらの制御を、目標電圧を中心に行う。
次に、図７（Ｂ）及び図８で示される電圧調整回路５４を用いて圧電アクチュエータの駆動方法について、図１０及び図１１のフローチャートに基づいて説明する。
図１０において、電源を投入すると、比較回路５３から出力される信号はＬであり、振幅検出回路５７で出力される信号はＬであるため、通常のクロック（例えば、１００ｋＨｚ）でカウントアップする（Ｓ１０１）。
その後、Ｄ／Ａ変換器５４５からカウント数に応じた電圧が出力され、その電圧値に対応した周波数が電圧制御発振器５６から出力され（Ｓ１０２）、この周波数で圧電素子１７が駆動される（Ｓ１０３）。
圧電素子１７の検出用電極１９Ｃ、１９Ｄから縦振動の検出信号を読み込み（Ｓ１０４）、振幅検出信号を出力する（Ｓ１０５）。ここで、振幅検出電圧と基準電圧との値を比較し（Ｓ１０６）、振幅検出電圧が基準電圧以上であれば、制御回路５４３でクロック速度を遅くし（Ｓ１０７）、振幅検出電圧が基準電圧より小さければ、制御回路５４３でクロック速度を早くする（Ｓ１０８）。
その後、図１１に示される通り、検出用電極１９Ｃ、１９Ｄから縦振動検出信号及び屈曲振動検出信号の双方を読み込み（Ｓ１０９）、位相差電圧を出力する（Ｓ１１０）。
ここで、位相差検出電圧と基準電圧とを比較し（Ｓ１１１）、位相差検出電圧が基準電圧以上であれば（Ｈ）、ＵＤカウンタをダウンカウントし（Ｓ１１２）、電圧制御発振器５６に出力する電圧を下げ、位相差検出電圧が基準電圧より小さければ（Ｌ）、ＵＤカウンタをアップカウントし（Ｓ１１３）、電圧制御発振器５６に出力する電圧を上げる。これらの工程が終了したら、Ｓ１０１で示されるステップに戻る。
次に、電圧調整回路５４が図７（Ｃ）に示される構成である場合について説明する。
図７（Ｃ）及び図１２には電圧調整回路５４の他の例が示されている。
図７（Ｃ）及び図１２において、電圧調整回路５４は、異なる時定数（例えば、１ｍｓｅｃ、１００ｍｓｅｃ）となる２個の抵抗Ｒ１，Ｒ２を有するとともにこれらの時定数に応じて電圧制御発振器５６に電圧を出力するループフィルタ５４６と、このループフィルタ５４６の時定数を振幅検出回路５７で検出された振幅信号に基づいて選択する制御回路５４７とを備える。
ループフィルタ５４６はコンデンサＣ１を備え、このコンデンサＣ１に充電あるいは放電することで、電圧制御発振器５６に出力する電圧を調整する。
制御回路５４７は振幅信号が基準電圧以上である場合には時定数が小さくなるような抵抗Ｒ１を選択してループフィルタ５４６から出力される電圧の量を小さくし、振幅信号が基準電圧より小さい場合には時定数が大きくなるような抵抗Ｒ２を選択してループフィルタ５４６から出力される電圧の量を大きくする構成である。
次に、図７（Ｃ）及び図１２で示される電圧調整回路５４を用いて圧電アクチュエータの駆動方法について、図１３及び図１４のフローチャートに基づいて説明する。
図１３において、電源を投入すると、比較回路５３から出力される信号はＬであり、振幅検出回路５７で出力される信号はＬであるため、ループフィルタ５４６は通常の時定数（例えば、１００ｍｓｅｃ）で充電する（Ｓ２０１）。その後、ループフィルタ５４６の出力に応じた電圧が出力され、その電圧値に対応した周波数が電圧制御発振器５６から出力され（Ｓ２０２）、この周波数で圧電素子１７が駆動される（Ｓ２０３）。
さらに、圧電素子１７の検出用電極１９Ｃ、１９Ｄから縦振動の検出信号を読み込み（Ｓ２０４）、振幅検出信号を出力する（Ｓ２０５）。
ここで、振幅検出電圧と基準電圧との値を比較し（Ｓ２０６）、振幅検出電圧が基準電圧以上であれば、制御回路５４３でループフィルタ５４６の時定数を小さなもの（例えば、１ｍｓｅｃ）を選択してループフィルタ５４６から出力される電圧の量を小さくし（Ｓ２０７）、振幅検出電圧が基準電圧より小さければ、制御回路５４３でループフィルタ５４６の時定数を大きなもの（例えば、１００ｍｓｅｃ）を選択してループフィルタ５４６から出力される電圧の量を大きくする（Ｓ２０８）。
その後、図１３で示される通り、検出用電極１９Ｃ、１９Ｄから縦振動検出信号及び屈曲振動検出信号の双方を読み込み（Ｓ２０９）、位相差電圧を出力する（Ｓ２１０）。
ここで、位相差検出電圧と基準電圧とを比較し（Ｓ２１１）、位相差検出電圧が基準電圧以上であれば（Ｈ）、ループフィルタ５４６で充電し（Ｓ２１２）、電圧制御発振器５６に出力する電圧を下げ、位相差検出電圧が基準電圧より小さければ（Ｌ）、ループフィルタ５４６から放電し（Ｓ２１３）、電圧制御発振器５６に出力する電圧を上げる。これらの工程が終了したら、Ｓ２０１で示されるステップに戻る。
［４．第１実施形態の効果］
従って、第１実施形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態の圧電アクチュエータの駆動装置５０は、振動体５から縦振動と屈曲振動との検出信号を検出し、これら２つの信号間の位相差を検出する位相差検出手段と、この位相差検出手段で検出された位相差と位相差基準値とを比較するとともに、この比較結果に基づいて圧電素子１７へ供給する駆動信号の周波数を制御する周波数制御手段と、圧電素子１７の検出信号の振幅を検出する振幅検出手段と、を備え、周波数制御手段は、前記振幅と振幅基準値とを比較し、この比較結果に基づいて前記駆動信号の周波数を制御する構成であるため、位相差に基づく駆動信号の周波数制御に加え、検出信号の振幅に基づく駆動信号の周波数制御を併せて行うことになる。そのため、位相差に基づく周波数制御の不具合を振幅に基づく周波数制御で補完することになり、高効率駆動状態に達するまでの時間を短縮して消費電力を少なくし、安定した制御を行える。
（２）位相差検出手段は位相差を検出しこの位相差に相当する電圧値を有する位相差電圧信号を出力する位相差−電圧変換回路５１であるため、位相差を電圧値に変換し、この電圧値に変換された信号を周波数制御手段に出力するため、周波数制御手段での高い精度の制御が容易となる。
（３）周波数制御手段は、位相差を比較するための基準電圧と振幅を検出するための基準電圧とをそれぞれ出力する定電圧回路５２と、この定電圧回路５２で出力される位相比較用基準電圧と位相差−電圧変換回路５１から出力される位相差電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路５３と、この比較回路５３で出力される比較結果信号を受けて圧電素子１７に供給する駆動信号の周波数を制御する駆動制御部とを備え、振幅検出手段は定電圧回路５２で出力される振幅検出用基準電圧と圧電素子１７の検出信号とを比較して振幅を検出する振幅検出回路５７であり、駆動制御部は、振幅検出回路５７で検出された振幅検出電圧が基準電圧以上である場合には所定時間当たりの周波数の変化割合を小さくし、振幅検出回路５７で検出された振幅検出電圧が基準電圧より小さい場合には所定時間当たりの周波数の変化割合を大きくする構成としたので、駆動制御部において、圧電素子１７に供給する駆動信号の周波数を制御する際、振幅検出電圧が基準電圧以上である場合には周波数の変化割合を小さくし、振幅検出電圧が基準電圧より小さい場合には周波数の変化割合を大きくするため、高効率駆動状態に達するまでの時間が短縮される他、図１５に示される通り、制御電圧が目標位相差電圧付近でのふらつきが小さくなって、オーバーシュートすることがなくなり、安定した駆動制御が行える。
そのため、振幅検出電圧と基準電圧との比較結果に基づいて駆動信号の周波数の変化割合を調整するという構成を採用することで、圧電アクチュエータ１０の駆動制御を高精度に行うことができる。
（４）駆動制御部は、圧電素子１７に駆動信号を供給する駆動回路５５と、この駆動回路５５に入力される電圧に対応した周波数を出力する電圧制御発振器５６と、振幅と振幅基準値とを比較した結果に基づいて電圧制御発振器５６に供給する電圧を調整する電圧調整回路５４とを備えて構成したから、電圧制御発振器５６及び電圧調整回路５４を採用することで、圧電アクチュエータ１０の駆動制御を高精度に行うことができる。
（５）電圧調整回路５４を、電圧制御発振器５６に出力する電圧を調整する電圧調整部５４１と、出力するクロック信号の周波数を可変としたクロック回路５４２と、このクロック回路５４２で出力されるクロック信号に対応して電圧調整部５４１へ信号を出力するとともにクロック信号の周波数を振幅検出回路５７で検出された振幅信号に基づいて変更する制御回路５４３とを備えた構成とすれば、制御回路としてよく用いられるクロック回路５４２を利用しているため、駆動装置５０の構造を簡易なものにできる。特に、電圧調整部５４１はＵＤカウンタ５４４を備えた構成としたので、外付け部品が不要とされ、スイープ速度を容易に可変することができるので、ＩＣ化が有利となる。
（６）制御回路５４３を、振幅信号が基準電圧以上である場合にはクロック回路５４２から出力されるクロック信号を遅くし、振幅信号が基準電圧より小さい場合にはクロック回路５４２から出力されるクロック信号を速くする構成としたので、振幅信号と基準電圧とを比較してクロック信号の速度を決定するため、より精度の高い制御並びに安定した駆動制御を行うことができる。
（７）電圧調整回路５４を、異なる２つの時定数を有するとともに時定数に応じて電圧制御発振器に電圧を出力するループフィルタ５４６と、このループフィルタ５４６の時定数を振幅検出回路５７で検出された振幅信号に基づいて選択する制御回路５４７とを備えた構成とすれば、位相同期回路としてよく用いられるループフィルタ５４６を利用して駆動装置５０を構成でき、ディスクリートパーツで構成が容易となり、駆動装置５０の構造を簡単なものにし、装置のコストを安くできる。
（８）制御回路５４３は振幅信号が基準電圧以上である場合にはループフィルタ５４６から出力される電圧の量を小さくし、振幅信号が基準電圧より小さい場合にはループフィルタ５４６から出力される電圧の量を大きくする構成としているので、振幅信号と基準電圧とを比較してループフィルタ５４６で出力される電圧の量を調整するため、より精度の高い制御を行うことができる。
（９）制御回路５４３は、早クロックと遅クロックとの２種類を選択可能としたので、制御回路５４３自体の構造を簡易なものにできる。
（１０）制御回路５４７は、異なる２つの時定数を有するループフィルタ５４６を切換可能としたので、制御回路５４７自体の構造を簡易なものにできる。
（１１）電子時計を、圧電素子１７を有する振動体５及びこの振動体５に設けられるとともに駆動対象に当接される凸部２０を有する圧電アクチュエータ１０と、前述の構成の駆動装置５０と、圧電アクチュエータ１０によって駆動される日付表示機構３０と、を備えて構成したので、消費電力が少なく、安定した制御を短時間で達成できる電子時計を提供することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図１６から図２０に基づいて説明する。
第２実施形態は圧電アクチュエータの駆動装置５０を携帯型の電子機器（携帯機器）に適用した点で第１実施形態と相違するものであるが、圧電アクチュエータの駆動装置５０の構成は第１実施形態と同じである。ここで、第２実施形態の説明中、第１実施形態と同一の構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
［５．第２実施形態の構成］
第２実施形態では、携帯機器は決済機能を有する非接触型ＩＣカードであり、このＩＣカードに圧電アクチュエータ１０及び駆動装置５０が設けられている。
図１６は非接触型ＩＣカードの外観斜視図である。
図１６において、非接触型ＩＣカード４００の表面側には、残金表示を行う残金表示カウンタ４０１が設けられている。
残金表示カウンタ４０１は、４桁の残金を表示するものであり、図１７に示される通り、上位２桁を表示する上位桁表示部４０２と、下位２桁を表示する下位桁表示部４０３とを備えている。
図１８は上位桁表示部４０２の詳細な構成を示す側面図である。
図１８において、上位桁表示部４０２は、ロータ１００Ａを介して圧電アクチュエータ１０に連結されており、ロータ１００Ａの駆動力によって駆動される。上位桁表示部４０２の主要部は、送り爪４０２Ａ１を有し、ロータ１００Ａが１／ｎ回転すると１回転する駆動ギア４０２Ａと、駆動ギア４０２Ａの１回転で１目盛分回転する第１上位桁表示車４０２Ｂと、第１上位桁表示車４０２Ｂの１回転で１目盛分回転する第２上位桁表示車４０２Ｃと、第１上位桁表示車４０２Ｂの非回転時に第１上位桁表示車４０２Ｂを固定する固定部材４０２Ｄとを備えている。なお、第２上位桁表示車４０２Ｂについても、第２上位桁表示車４０２Ｃを固定する図示しない固定部材が設けられている。
駆動ギア４０２Ａは、ロータ１００Ａが１／ｎ回転すると１回転する。そして送り爪４０２Ａ１は、第１上位桁表示車４０２Ｂの送りギア部４０２Ｂ３に噛合しており、第１上位桁表示車４０２Ｂは１目盛分回転することとなる。さらに、第１上位桁表示車４０２Ｂが回転し、１回転すると、第１上位桁表示車４０２Ｂに設けられている送りピン４０２Ｂ１が送りギア４０２Ｂ２を回転させ、送りギア４０２Ｂ２が噛合している第２上位桁表示車４０２Ｃの送りギア４０２Ｃ１を回転させ、第２上位桁表示車４０２Ｃを１目盛分回転させることとなる。
図１９は下位桁表示部４０３の詳細な構成を示す側面図であり、図２０は下位桁表示部４０３の詳細な構成を示す正面図である。
図１９及び図２０において、下位桁表示部４０３は、ロータ１００Ｂを介して圧電アクチュエータ１０に連結されており、ロータ１００Ｂの駆動力によって駆動される。下位桁表示部４０３の主要部は、送り爪４０３Ａ１を有しロータ１００Ｂが１／ｎ回転すると１回転する駆動ギア４０３Ａと、駆動ギア４０３Ａの１回転で１目盛分回転する第１下位桁表示車４０３Ｂと、第１下位桁表示車４０３Ｂの１回転で１目盛分回転する第２下位桁表示車４０３Ｃとを備えている。
第１下位桁表示車４０３Ｂは、駆動ギア４０３Ａの送り爪４０３Ａ１に噛合する送りギア部４０３Ｂ１を有しており、駆動ギア４０３Ａの１回転で１目盛分回転する。そして、第１下位桁表示車４０３Ｂには、送りピン４０３Ｂ２が設けられており、第１下位桁表示車４０３Ｂが１回転する毎に、送りギア４０３Ｂを回転させ、第２下位桁表示車４０３Ｃを１目盛分回転させる。この場合において、第１下位桁表示車４０３Ｂの固定部材４０３Ｄは、非回転時に送りギア部４０３Ｂ１に噛合して第１下位桁表示車４０３Ｂを固定する。
第２下位桁表示車４０３Ｃの固定部材４０３Ｅは、第２下位桁表示車４０３Ｃの非回転時に送りギア部４０３Ｆに噛合して第２下位桁表示車４０３Ｃを固定する。この場合において、アクチュエータ１０は、駆動装置５０により同期して駆動されるように設定されており、駆動装置５０は、図示しないＩＣカードチップにより決済金額に相当する駆動制御信号が入力されることにより駆動されている。
第２実施形態の駆動装置５０の具体的な構造は第１実施形態の駆動装置５０と同じであるため、説明を省略する。
以上のような構成により、非接触ＩＣカードのような薄型の携帯機器においても、機械的に残金額表示を行うことができ、駆動時以外は、電源を必要とせずに、表示を行えるので、低商品電力で表示を行えると共に、電源が無くなった場合においても、それまでの表示を保持することができる。
［６．第２実施形態の効果］
従って、本発明の第２実施形態では、第１実施形態の（１）〜（１０）と同様の作用効果を奏する他に、次の作用効果を奏することができる。
（１２）携帯機器を、圧電素子１７を有する振動体５及びこの振動体５に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部２０を有する圧電アクチュエータ１０と、前述の構成の圧電アクチュエータの駆動装置５０とを備えたから、消費電力が少なく、安定した制御が短時間で達成できる携帯機器を提供することができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、圧電素子１７の２カ所の検出用電極１９Ｃ、１９Ｄで検出される縦振動と屈曲振動の検出信号から位相差を求め、この位相差に基づいて圧電アクチュエータの駆動を制御したが、本発明では、圧電素子１７で検出される検出信号と圧電素子１７へ出力する駆動信号との位相差を求め、この位相差に基づいて圧電アクチュエータの駆動を制御する構成としてもよい。
また、図７（Ｂ）で示される制御回路５４３では、早クロックと遅クロックとの２種類を選択して２段階に速度を切換可能としたが、本発明では、２段階に切り換えるものに限定されるものではなく、３段階あるいは４段階以上に切り換える構成としてもよい。
さらに、図７（Ｃ）で示される制御回路５４７では、異なる２つの時定数を有するループフィルタ５４６を切換可能としたが、本発明では、異なる３又は４以上の時定数を有するループフィルタ５４６を切換可能とする構成でもよい。
また、前記各実施形態では、ＵＤカウンタ５４４を所定電圧に設定し、この所定電圧に対して電圧を加減する構成であったが、本発明では、ＵＤカウンタ５４４を０からスタートしてもよい。
さらに、本発明では、制御部内の各手段等は、各種論理素子等のハードウェアで構成されたものや、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）等を備えたコンピュータを時計や携帯機器内に設け、このコンピュータに所定のプログラムやデータ（各記憶部に記憶されたデータ）を組み込んで各手段を実現させるように構成したものでもよい。
ここで、前記プログラムやデータは、時計や携帯機器内に組み込まれたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておけばよい。また、例えば、時計や携帯機器内のメモリに所定の制御プログラムやデータをインターネット等の通信手段や、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記録媒体を介してインストールしてもよい。そして、メモリに記憶されたプログラムでＣＰＵ等を動作させて、各手段を実現させればよい。なお、時計や携帯機器に所定のプログラム等をインストールするには、その時計や携帯機器にメモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けで時計や携帯機器に接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等を時計や携帯機器に接続して通信によってプログラム等を供給しインストールしてもよいし、無線によってプログラムを供給してインストールしてもよい。
このような記録媒体やインターネット等の通信手段で提供される制御プログラム等を時計や携帯機器に組み込めば、プログラムの変更のみで前記各発明の機能を実現できるため、工場出荷時あるいは利用者が希望する制御プログラムを選択して組み込むこともできる。この場合、プログラムの変更のみで制御形式の異なる各種の時計や携帯機器を製造できるため、部品の共通化等が図れ、バリエーション展開時の製造コストを大幅に低減できる。
また、本発明は、第１実施形態の電子時計や、第２実施形態の非接触ＩＣカードに適用されるものに限らない。すなわち、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法や、駆動装置を採用した電子機器としては、腕時計、置時計、柱時計等の電子時計に限らず、各種の電子機器に本発明が適用可能であり、特に小型化が要求される携帯用の電子機器に好適である。ここで、各種の電子機器としては、時計機能を備えた電話、携帯電話、パソコン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、カメラ等が例示できる。また、時計機能を備えないカメラ、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話等の電子機器にも適用可能である。これらカメラ機能を備えた電子機器に適用する場合には、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明の駆動手段を用いることができる。さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、可動玩具の駆動機構、自動車等のインパネ（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌ  ｐａｎｅｌ）のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ等に本発明の駆動手段を用いてもよい。
また、前記第１実施形態では、圧電アクチュエータを電子時計１の日付表示機構の駆動に用いていたが、これに限らず、電子時計１の時刻表示針（指針）の駆動に用いてもよい。このようにすれば、通常、指針を駆動するステッピングモータを圧電アクチュエータに置き換えることで、電子時計１の一層の薄型化が実現できるとともに、圧電アクチュエータがステッピングモータよりも磁性の影響を受けにくいことから、電子時計の高耐磁化をも図ることができる。
また、前記各実施形態では、検出信号および駆動信号間の位相差や、各検出信号間の位相差に基づいて駆動信号の周波数を制御していたが、例えば、圧電アクチュエータを駆動するドライバに抵抗を設け、圧電アクチュエータを流れる電流値の変化を、電圧値として検出することなどで、圧電アクチュエータを流れる電流値に基づいて駆動信号の周波数を制御してもよい。
さらに、複数の検出信号を検出している場合に、ある検出信号の振幅によって駆動信号の周波数の増減を制御し、他の検出信号の振幅と振幅基準値とを比較して駆動信号の周波数の増減の変化割合を制御してもよい。
また、検出信号の振幅によって駆動信号の周波数の増減を制御し、各信号の位相差や圧電アクチュエータを流れる電流値によって駆動信号の周波数の増減の変化割合を制御してもよい。
さらに、複数の検出信号を検出している場合、予め決められた１つの検出信号の振幅を検出して駆動信号の周波数の制御を行ってもよいが、駆動直後の一定期間、各検出信号の振幅を検出して記憶し、振幅の変化が大きいほうの検出信号の振幅に基づいて周波数制御を行うようにしてもよい。この場合には、振幅の変化が大きい検出信号に基づいて制御できるので、その変化を確実に検出できて効率的な制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】  本発明は、圧電アクチュエータの駆動を制御する際に、振動体の振動状態を表す検出信号や、この検出信号及び駆動信号に基づいて駆動信号の周波数を制御するとともに、検出信号の振幅に応じて前記周波数を制御しているので、高効率駆動状態になるまでの時間を短縮して消費電力を少なくし、安定した制御を行うことができる。従って、本発明は、圧電アクチュエータを組み込んだ電子時計や各種電子機器に利用できる。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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