(57)【要約】【課題】制御回路等の構成を簡略化できるととともに、被駆動体の駆動量および圧電アクチュエータの電流値を容易に制御することができる圧電アクチュエータの駆動制御装置、電子機器、および圧電アクチュエータの駆動制御方法を提供すること。【解決手段】駆動制御装置において、ＰＷＭ信号源が制御パルス信号Ｂをパルス幅可変に出力することで、駆動パルス信号Ｉのパルス幅として選択される各設定パルス幅Ｎｒ，Ｗｄが選択される期間ｔ−ｎ、ｔ−ｗの比率が可変とされるため、これによってロータの回転数を自在に制御でき、また、圧電アクチュエータに流れる電流値も自在に制御できる。このような構成によれば、駆動信号のパルス幅や周波数それ自体を制御する場合のようにパルス幅や周波数を絞込むような困難性がなく、駆動制御を容易にできる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有しこの圧電素子への駆動パルス信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記駆動パルス信号を略一定の周波数とした際のパルス幅を予め設定された複数の設定パルス幅から選択して切替えるパルス幅選択手段を備え、
前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを第１駆動状態とする第１パルス幅と、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態とは異なる第２駆動状態とする第２パルス幅とが含まれ、
前記パルス幅選択手段により、一定期間における前記第１パルス幅が選択される第１パルス幅選択期間と前記第２パルス幅が選択される第２パルス幅選択期間との比率が可変とされる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動制御装置において、
前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態および前記第２駆動状態とは異なる第３駆動状態とする第３パルス幅が含まれ、
前記パルス幅選択手段により、一定期間内で前記第１パルス幅と前記第３パルス幅とに切替えられるとともに、一定期間内で前記第２パルス幅と前記第３パルス幅とに切替えられ、
一定期間における前記第１パルス幅選択期間と前記第３パルス幅が選択される第３パルス幅選択期間との比率、および、一定期間における前記第２パルス幅選択期間と前記第３パルス幅が選択される第３パルス幅選択期間との比率が、それぞれ可変とされる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動制御装置において、
前記パルス幅選択手段に制御信号を入力する制御信号源を備え、
前記制御信号は、複数の電圧で生成され、
前記設定パルス幅は、前記制御信号の電圧に応じて選択される
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動制御装置において、
前記圧電素子の一方の端子と高電圧部との間に接続された第１スイッチ手段と、
前記圧電素子の他方の端子と高電圧部との間に接続された第２スイッチ手段と、
前記圧電素子の他方の端子と低電圧部との間に接続された第３スイッチ手段と、
前記圧電素子の一方の端子と低電圧部との間に接続された第４スイッチ手段と、
前記第１から第４スイッチ手段を制御するゲートドライバとを備え、
前記ゲートドライバは、第１および第４スイッチ手段をオン、第２および第３スイッチ手段をオフにして前記圧電素子に第１方向の電荷を印加する状態と、第１および第４スイッチ手段をオフ、第２および第３スイッチ手段をオンにして前記圧電素子に前記第１方向とは逆方向の第２方向の電荷を印加する状態とを切り替えることで、前記圧電素子に交番駆動電圧を印加し、
前記パルス幅設定手段は、前記第１スイッチ手段と第４スイッチ手段とが前記圧電素子の一方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するため、および、前記第２スイッチ手段と第３スイッチ手段とが前記圧電素子の他方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するために、前記駆動パルス信号の周期に挿入するデットタイムを生成し、このデットタイムは、前記駆動パルス信号が前記設定パルス幅となるように、可変とされる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動制御装置において、
前記振動体は、２つの振動モードの混合による楕円振動を励振し、
前記駆動信号は、単相である
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項６】
圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータで駆動される被駆動体と、請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動制御装置とを備える
ことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項６の電子機器は、計時部と、前記計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計である
ことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
圧電素子を有しこの圧電素子への駆動パルス信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータの駆動制御方法であって、
前記駆動パルス信号を略一定の周波数とした際のパルス幅を予め設定された複数の設定パルス幅から選択して切替え、
前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを第１駆動状態とする第１パルス幅と、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態とは異なる第２駆動状態とする第２パルス幅とが含まれ、
一定期間における前記第１パルス幅が選択される第１パルス幅選択期間と前記第２パルス幅が選択される第２パルス幅選択期間との比率が可変とされる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電アクチュエータの駆動制御方法において、
前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態および前記第２駆動状態とは異なる第３駆動状態とする第３パルス幅が含まれ、
一定期間内で前記第１パルス幅と前記第３パルス幅とに切替えるとともに、一定期間内で前記第２パルス幅と前記第３パルス幅とに切替え、
一定期間における前記第１パルス幅選択期間と前記第３パルス幅が選択される第３パルス幅選択期間との比率、および、一定期間における前記第２パルス幅選択期間と前記第３パルス幅が選択される第３パルス幅選択期間との比率が、それぞれ可変とされる
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の圧電アクチュエータの駆動制御方法において、
前記設定パルス幅を、複数の電圧で生成された制御信号の当該電圧に応じて選択する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御方法。
【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制御方法において、
前記圧電素子の一方の端子と高電圧部との間に接続された第１スイッチ手段と、
前記圧電素子の他方の端子と高電圧部との間に接続された第２スイッチ手段と、
前記圧電素子の他方の端子と低電圧部との間に接続された第３スイッチ手段と、
前記圧電素子の一方の端子と低電圧部との間に接続された第４スイッチ手段と、
前記第１から第４スイッチ手段を制御するゲートドライバとを設け、
前記ゲートドライバは、第１および第４スイッチ手段をオン、第２および第３スイッチ手段をオフにして前記圧電素子に第１方向の電荷を印加する状態と、第１および第４スイッチ手段をオフ、第２および第３スイッチ手段をオンにして前記圧電素子に前記第１方向とは逆方向の第２方向の電荷を印加する状態とを切り替えることで、前記圧電素子に交番駆動電圧を印加し、
前記第１スイッチ手段と第４スイッチ手段とが前記圧電素子の一方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するため、および、前記第２スイッチ手段と第３スイッチ手段とが前記圧電素子の他方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するために、前記駆動パルス信号の周期に挿入するデットタイムを生成するに際して、前記駆動パルス信号が前記設定パルス幅となるように、当該デットタイムを可変に生成する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータの駆動制御装置、電子機器、および圧電アクチュエータの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、応答性などに優れているため、近年、圧電素子を有する振動体を備え、この振動体の振動をロータなどの被駆動体に伝達して駆動する圧電アクチュエータが開発されている。今後は、カメラ、プリンタ、電子時計、玩具などの各種の電子機器において、圧電アクチュエータの利用が拡大される見通しである。
この圧電アクチュエータの電流制御や被駆動体の駆動量の制御（スピードコントロール）には、電圧振幅可変駆動方式（例えば、特許文献１）や、ＰＷＭ（パルス幅変調方式  pulse width modulation）駆動方式（例えば、特許文献２）が使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２２２４７６号公報（明細書段落「００１１」）
【特許文献２】特開平４−１３３６６７号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような電圧振幅可変駆動方式では、電圧が直接制御されているため、トランジスタなどが発熱しやすく、回路効率の低下が問題となる。
また、特許文献２のようなＰＷＭ駆動方式では、圧電アクチュエータの駆動パルス信号のパルス幅を可変とするために、駆動パルス信号よりも十分に高い周波数での基準パルス信号が必要となるので、回路電流の増加を招くとともに、回路構成の難易度が高い。とりわけ、小型で周波数が非常に高い圧電アクチュエータのドライブ回路では貫通電流が生じやすく、スイッチング効率が低くなる。
すなわち、これらの駆動方式では、上記問題により、簡略な回路構成によって電流値や駆動量を自在に制御することが困難であった。
【０００５】
そもそも、圧電アクチュエータでは通常、共振周波数が用いられており、駆動周波数を共振点ないし、その極近傍という狭小な範囲（例えば１ｋＨｚの範囲）に制御することが非常に難しい。
また、図２５のグラフに、駆動周波数掃引時の位相差、ロータの回転数（駆動量）、電流値の変化を示した。このグラフに示された駆動周波数と電流値およびロータ回転数（駆動状態）との対応関係からわかるように、駆動周波数の制御によって、ロータの回転速度の制御や圧電アクチュエータの電流値を制御することは極めて難しく、これを実現すると回路構成の複雑化は避けられなかった。
【０００６】
さらに、図２６に、ＰＷＭ駆動方式において、駆動信号のパルス幅を掃引（デューティ比を掃引）した場合について示した。この場合も、駆動信号のパルス幅と電流値およびロータ回転数（駆動状態）との関係から、駆動制御が容易でないことがわかる。これは、駆動信号のパルス幅を可変とすることで駆動周波数が変わり、図２５のように駆動周波数が直接制御されることと略同様の結果となるためと考えられ、パルス幅を制御することによってロータの回転速度や圧電アクチュエータの電流値を制御することも、やはり難しい。また、実現できたとしても駆動制御装置の回路構成が複雑となってしまう。
【０００７】
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、駆動制御を行う回路等の構成を簡略化できるととともに、被駆動体の駆動量および圧電アクチュエータの電流値を容易に制御することができる圧電アクチュエータの駆動制御装置、電子機器、および圧電アクチュエータの駆動制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータの駆動制御装置は、圧電素子を有しこの圧電素子への駆動パルス信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータの駆動制御装置であって、前記駆動パルス信号を略一定の周波数とした際のパルス幅を予め設定された複数の設定パルス幅から選択して切替えるパルス幅選択手段を備え、前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを第１駆動状態とする第１パルス幅と、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態とは異なる第２駆動状態とする第２パルス幅とが含まれ、前記パルス幅選択手段により、一定期間における前記第１パルス幅が選択される第１パルス幅選択期間と前記第２パルス幅が選択される第２パルス幅選択期間との比率が可変とされることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを第１駆動状態、第２駆動状態とする第１パルス幅、第２パルス幅が予め設定されており、これらの第１パルス幅、第２パルス幅に関し、一定期間における第１パルス幅選択期間と第２パルス幅選択期間との比率（以下、各設定パルス幅が選択される期間の比率などとも言う）が可変とされる。本発明では、前記パルス幅選択手段を具備することにより、駆動制御装置の回路構成等を簡略にできる。このような簡略な構成によって、圧電アクチュエータにおける電流値、および被駆動体の駆動量を自在に制御することが可能となる。
すなわち、駆動信号の所定のパルス幅によって電圧が印加される期間が決まり、これによって圧電アクチュエータにおける電流値、および被駆動体の駆動量が決まるが、本発明では、ＰＷＭ駆動方式のように駆動信号のパルス幅を直接制御するのではなく、複数のパルス幅が選択される期間の比率を可変とすることで、各パルス幅により実現される圧電アクチュエータにおける電流値、被駆動体の駆動量などの駆動状態を平準化し、所望の駆動状態を得ている。
【００１０】
よって、本発明では、Ｄ級増幅器を用いるＰＷＭ駆動方式のようにパルス幅を可変とするために用いられ駆動パルス信号よりも高周波の基準信号は、不要である。このため、低電流化できるとともに設計も容易化でき、回路構成等の簡略化が図られる。
また、本発明では電圧を直接制御しないので、回路効率も低下しない。
さらに、本発明で可変とされるのは、各設定パルス幅が選択される期間の比率であって、本発明は駆動パルス信号のパルス幅の値や周波数の値を直接制御するものではないから、駆動に適するパルス幅や周波数を絞込むような困難性がない。駆動信号のパルスＤｕｔｙを可変した場合（図２６参照）などと比べて、本発明では、制御量（本発明では第１パルス幅選択期間と第２パルス幅選択期間との一定期間における比率）に対する電流または回転数の関係をほぼ線形とすることができるため、駆動制御を非常に容易にできる。
【００１１】
また、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御方法は、圧電素子を有しこの圧電素子への駆動パルス信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータの駆動制御方法であって、前記駆動パルス信号を略一定の周波数とした際のパルス幅を予め設定された複数の設定パルス幅から選択して切替え、前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを第１駆動状態とする第１パルス幅と、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態とは異なる第２駆動状態とする第２パルス幅とが含まれ、一定期間における前記第１パルス幅が選択される第１パルス幅選択期間と前記第２パルス幅が選択される第２パルス幅選択期間との比率が可変とされることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前述の駆動制御装置と同様、各設定パルス幅が選択される期間の比率が可変とされるから、このような簡略な制御回路等の構成により、被駆動体の駆動量および圧電アクチュエータの電流値を容易かつ自在に制御できる。
そして、前述と同様に、回路の低電流化が図られ、回路設計を容易化でき、かつ、回路効率が低下することもない。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータの駆動制御装置では、前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態および前記第２駆動状態とは異なる第３駆動状態とする第３パルス幅が含まれ、前記パルス幅選択手段により、一定期間内で前記第１パルス幅と前記第３パルス幅とに切替えられるとともに、一定期間内で前記第２パルス幅と前記第３パルス幅とに切替えられ、一定期間における前記第１パルス幅選択期間と前記第３パルス幅が選択される第３パルス幅選択期間との比率、および、一定期間における前記第２パルス幅選択期間と前記第３パルス幅選択期間との比率が、それぞれ可変とされることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御方法では、前記複数の設定パルス幅には、前記被駆動体および前記圧電アクチュエータのいずれかを前記第１駆動状態および前記第２駆動状態とは異なる第３駆動状態とする第３パルス幅が含まれ、一定期間内で前記第１パルス幅と前記第３パルス幅とに切替えるとともに、一定期間内で前記第２パルス幅と前記第３パルス幅とに切替え、一定期間における前記第１パルス幅選択期間と前記第３パルス幅が選択される第３パルス幅選択期間との比率、および、一定期間における前記第２パルス幅選択期間と前記第３パルス幅が選択される第３パルス幅選択期間との比率が、それぞれ可変とされることが好ましい。
【００１５】
これらの発明によれば、駆動パルス信号の周波数が３値化され、第１パルス幅選択期間および第３パルス幅選択期間の比率、また、第２パルス幅選択期間および第３パルス幅選択期間の比率がそれぞれ可変とされるので、分解能を高くできる。これにより、駆動特性をより一層線形に近似させることが可能となり、より適切な駆動制御が可能となる。
【００１６】
本発明の圧電アクチュエータの駆動制御装置では、前記パルス幅選択手段に制御信号を入力する制御信号源を備え、前記制御信号は、複数の電圧で生成され、前記設定パルス幅
は、前記制御信号の電圧に応じて選択されることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御方法では、前記設定パルス幅を、複数の電圧で生成された制御信号の当該電圧に応じて選択することが好ましい。
【００１８】
これらの発明によれば、制御信号を電圧の高低を伴うパルス信号などとし、この制御信号のパルス幅を可変とすることで、一定期間における駆動パルス信号の第１パルス幅選択期間と第２パルス幅選択期間との比率が可変とされるので、制御回路等の構成が簡略となり、また、低電流化できる。
ここで、複数の電圧として、低電圧、高電圧に加えて、高インピーダンス状態を含んで構成すれば、１の信号出力に３つの状態を持たせることができる。
【００１９】
本発明の圧電アクチュエータの駆動制御装置では、前記圧電素子の一方の端子と高電圧部との間に接続された第１スイッチ手段と、前記圧電素子の他方の端子と高電圧部との間に接続された第２スイッチ手段と、前記圧電素子の他方の端子と低電圧部との間に接続された第３スイッチ手段と、前記圧電素子の一方の端子と低電圧部との間に接続された第４スイッチ手段と、前記第１から第４スイッチ手段を制御するゲートドライバとを備え、前記ゲートドライバは、第１および第４スイッチ手段をオン、第２および第３スイッチ手段をオフにして前記圧電素子に第１方向の電荷を印加する状態と、第１および第４スイッチ手段をオフ、第２および第３スイッチ手段をオンにして前記圧電素子に前記第１方向とは逆方向の第２方向の電荷を印加する状態とを切り替えることで、前記圧電素子に交番駆動電圧を印加し、前記パルス幅設定手段は、前記第１スイッチ手段と第４スイッチ手段とが前記圧電素子の一方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するため、および、前記第２スイッチ手段と第３スイッチ手段とが前記圧電素子の他方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するために、前記駆動パルス信号の周期に挿入するデットタイムを生成し、このデットタイムは、前記駆動パルス信号が前記設定パルス幅となるように、可変とされることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御方法では、前記圧電素子の一方の端子と高電圧部との間に接続された第１スイッチ手段と、前記圧電素子の他方の端子と高電圧部との間に接続された第２スイッチ手段と、前記圧電素子の他方の端子と低電圧部との間に接続された第３スイッチ手段と、前記圧電素子の一方の端子と低電圧部との間に接続された第４スイッチ手段と、前記第１から第４スイッチ手段を制御するゲートドライバとを設け、前記ゲートドライバは、第１および第４スイッチ手段をオン、第２および第３スイッチ手段をオフにして前記圧電素子に第１方向の電荷を印加する状態と、第１および第４スイッチ手段をオフ、第２および第３スイッチ手段をオンにして前記圧電素子に前記第１方向とは逆方向の第２方向の電荷を印加する状態とを切り替えることで、前記圧電素子に交番駆動電圧を印加し、前記第１スイッチ手段と第４スイッチ手段とが前記圧電素子の一方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するため、および、前記第２スイッチ手段と第３スイッチ手段とが前記圧電素子の他方の端子に同時に通電する貫通電流を抑制するために、前記駆動パルス信号の周期に挿入するデットタイムを生成するに際して、前記駆動パルス信号が前記設定パルス幅となるように、当該デットタイムを可変に生成することが好ましい。
【００２１】
これらの発明によれば、デットタイムの長さを調節することで、駆動パルス信号のパルス幅を可変とすることを実現でき、別途、パルス幅を可変とする構成を設ける必要がない。
【００２２】
本発明の圧電アクチュエータの駆動制御装置では、前記振動体は、２つの振動モードの混合による楕円振動を励振し、前記駆動信号は、単相であることが好ましい。
ここで、例えば平面略矩形状の振動体に関しては、当該振動体の長手方向に沿って伸縮する縦振動における共振点と、前記長手方向に対して屈曲する屈曲振動における共振点との間の周波数の駆動信号が供給されることにより、当該振動体の一部における楕円振動が実現する。
この発明によれば、単相の駆動信号による楕円振動により、ロータなどの被駆動体を高効率で駆動できるとともに、位相が異なる複数の駆動信号を用いる場合と比べて駆動制御装置の回路等の構成を簡略にできる。
【００２３】
本発明の電子機器は、圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータで駆動される被駆動体と、前述の圧電アクチュエータの駆動制御装置とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、前述の圧電アクチュエータの駆動制御装置を備えたことにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。すなわち、回路等の構成が簡略な本発明の駆動制御装置を採用することにより、スピード（トルク）コントロールを自在にでき、機器動作の応答性、精度を高められるとともに、静音性も改善できる。
本発明の電子機器としては、例えば、携帯電話、パーソナル・コンピュータ、可動玩具、携帯情報端末（ＰＤＡ）、カメラ等を例示できる。
【００２４】
本発明の電子機器は、計時部と、前記計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることが好ましい。
この発明によれば、圧電アクチュエータで計時部や計時情報表示部を構成する歯車等を駆動することが可能となる。本発明の前述した圧電アクチュエータでこの歯車等を介して時、分、秒などを表示すれば、被駆動体の駆動状態を一定に制御でき、正確な運針を図ることができる。
なお、このような時刻に係る構成に限らず、日、月、曜などのカレンダ情報の計時部および計時情報表示部について、圧電アクチュエータを使用することもできる。
加えて、圧電アクチュエータにおける利点、すなわち、磁気の影響を受けない、応答性が高く微小送りが可能、小型薄型化に有利、高トルクなどを実現できる。
【００２５】
なお、前述した圧電アクチュエータの駆動制御装置は、ハードウェアで実現することもできるが、制御プログラムを用いて実現することもできる。
その制御プログラムでは、前記駆動制御装置に組み込まれたコンピュータを、前記パルス幅選択手段として機能させればよい。
このように構成すれば、前述の駆動制御装置と同様の作用効果を奏し、プログラムの構成を簡略にでき、被駆動体の駆動量および圧電アクチュエータの電流値を容易に制御することができる。
ここで、前記制御プログラムは、ネットワークなどを介してコンピュータに組み込んでもよいし、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を介して組み込んでもよい。
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、モデル展開時の製造コストを大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、一定期間における各設定パルス幅が選択される期間の比率を可変とする簡易な構成により、被駆動体の駆動状態の制御、および圧電アクチュエータにおける電流値の制御を容易に行うことができる。
加えて、回路構成等を簡略にでき、また、回路効率が低下せず、低電流化も図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
〔第１実施形態〕
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。
なお、電子機器の実施形態として、圧電アクチュエータによって駆動されるクロノグラフ秒針を備えた電子時計を例示する。
【００２８】
［１．全体構成］
図１は、本実施形態に係る電子時計１を示す平面図である。電子時計１は、計時部としてのムーブメント２と、通常時刻を表示するための計時情報表示部としての文字板３、時針４、分針５、秒針６のほか、クロノグラフ時間を示す秒クロノグラフ針７Ａ、分クロノグラフ針７Ｂを備えている。
時針４、分針５、秒針６は、通常のアナログクォーツと同様のものであって、水晶振動子が組み込まれた回路基板と、コイル、ステータ、ロータを有するステッピングモータと、駆動輪列と、電池とによって駆動される。
【００２９】
［２．秒クロノグラフ針７Ａの駆動機構］
秒クロノグラフ針７Ａを駆動する駆動機構は、圧電アクチュエータ（超音波モータ）２０と、この圧電アクチュエータ２０によって回転駆動される被駆動体としてのロータ３０と、ロータ３０の回転を減速しつつ伝達する減速輪列４０とを備えて構成されている。
減速輪列４０は、ロータ３０と同軸に配置されてロータ３０と一体的に回転する歯車４１と、この歯車４１に噛合し、かつ、秒クロノグラフ針７Ａの回転軸に固定された歯車４２とで構成されている。
なお、圧電アクチュエータ２０、ロータ３０および歯車４１は、図２，３に示すように、圧電アクチュエータユニット１０としてユニット化されている。
【００３０】
［３．圧電アクチュエータユニットの構成］
圧電アクチュエータユニット１０は、電子時計１の地板などに固定される支持プレート１１と、支持プレート１１に固定された圧電アクチュエータ２０と、支持プレート１１に回転自在に取り付けられたロータ３０および歯車４１とを備えて構成されている。
なお、歯車４１の回転は、歯車４１の上方に配置された回転センサ１５によって検出可能に構成されている。
【００３１】
支持プレート１１は、軽量化のために孔１２が形成されており、かつ、ネジ等の固定部材１３によって地板などに固定されている。また、支持プレート１１には圧電アクチュエータ２０が取り付けられるスペーサ１４が固定されている。
【００３２】
［４．圧電アクチュエータの構成］
圧電アクチュエータ２０は、図２，３に示すように、略矩形板状の補強板２１と、補強板２１の両面に接着される圧電素子２２とを有する振動体２０Ａを備えている。
補強板２１には、長手方向略中央で幅方向両側にそれぞれ突出する腕部２３が形成されており、これらの腕部２３がビス２４によって前記スペーサ１４に固定されている。なお、補強板２１は、導電性金属で形成されており、腕部２３は圧電素子２２に駆動パルス信号を印加するための電極としても利用されている。
補強板２１の長手方向一方の端部、具体的にはロータ３０に対向する端部には、補強板２１の長手方向に沿って突出する突起２５が形成され、突起２５は、ロータ３０の側面に当接されている。この突起２５は、ロータ３０の外周面に対して所定の力で当接するように、ロータ３０との相対位置が設定されており、突起２５とロータ３０側面との間に適切な摩擦力が発生することで、振動体２０Ａの振動が効率良くロータ３０に伝達されるようになっている。
【００３３】
なお、本実施形態では、ロータ３０の外周面には溝３１（図２）が形成され、この溝３１部分に突起２５が配置されている。この溝３１により、電子時計１が落下した場合のように圧電アクチュエータ２０に衝撃が加わった際に、突起２５がロータ３０の当接面から外れないようにガイドすることができる。
【００３４】
圧電素子２２は、略矩形板状に形成され、補強板２１両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子２２の両面には、めっき、スパッタ、蒸着等によって電極が形成されている。
なお、圧電素子２２の補強板２１側の面には、その全面に１つの電極が形成され、この電極に接触する補強板２１および腕部２３を介して駆動制御装置５０（図４）に電気的に接続されている。
また、圧電素子２２の表面側の面には、図３に示すように、５つに分割された電極が形成されている。すなわち、圧電素子２２の表面側の電極は、圧電素子２２の幅方向にほぼ三等分され、その中央の電極によって駆動電極２２１が形成されている。また、駆動電極２２１の両側の電極は、圧電素子２２の長手方向にぼほ二等分され、圧電素子の対角上でそれぞれ対となる駆動電極２２２および駆動電極２２３が形成されている。
これらの駆動電極２２１，２２２，２２３はそれぞれリード線などによって駆動制御装置５０に接続され（図４中、Ｐ１〜Ｐ３参照）、補強板２１（図４中、Ｎ参照）との間で電圧が印加される。なお、駆動制御装置５０における電源は、駆動電極２２１と補強板２１との間の電圧印加用と、駆動電極２２２と補強板２１との間の電圧印加用と、駆動電極２２３と補強板２１との間の電圧印加用との３つ、設けられている。
【００３５】
このような電子時計１では、駆動制御装置５０（図４）によって圧電アクチュエータ２０に単相の駆動パルス信号が供給され、ロータ３０が回転駆動される。
ここで、秒クロノグラフ針７Ａを正方向に回転させるか、逆方向に回転させるかによって圧電素子２２に設けられた駆動電極２２２，２２３が選択的に用いられ、この際の振動体２０Ａの振動挙動に応じてロータ３０が両方向に回転駆動される。
すなわち、振動体２０Ａの正方向挙動による正方向への駆動時は、駆動電極２２１と駆動電極２２２とが電圧印加の対象となり、圧電素子２２の伸縮による縦一次振動と屈曲二次振動との混合モードにおける位相差により、振動体２０Ａは楕円振動を励振する。これにより、振動体２０Ａの突起２５は圧電素子２２の長手方向の中心線に対して傾斜した略楕円軌跡Ｅ（図３）を描く。この軌跡Ｅの一部で突起２５がロータ３０を押圧することによりロータ３０は正方向（図３中、＋方向）に回転する。
一方、振動体２０Ａの逆方向挙動によるロータ３０の逆方向への駆動時は、駆動電極２２２の代わりに駆動電極２２３が電圧印加の対象となり、駆動電極２２２と駆動電極２２３とが圧電素子２２の長手方向の中心線を軸として線対称の位置関係にあるから、突起２５の軌跡は駆動電極２２２に電圧印加した場合とは略線対称に傾斜する略楕円軌跡となり、ロータ３０は逆方向（図３中、−方向）に回転する。
このようなロータ３０の回転により、ロータ３０と一体の歯車４１も回転し、歯車４１の回転に伴い歯車４２が回転し、秒クロノグラフ針７Ａが正方向または逆方向に駆動する。
なお、振動体２０Ａの振動状態を示す検出信号（振動信号）は、ロータ３０の正転時には駆動信号が印加されない駆動電極２２３を介して検出され、ロータ３０の逆転時には、駆動信号が印加されない駆動電極２２２を介して検出される。
【００３６】
［５．圧電アクチュエータの駆動装置の構成］
次に、圧電アクチュエータ２０の駆動制御装置５０の構成を図４に基いて説明する。
図４において、駆動制御装置５０は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）５１と、パルス幅選択手段を含んで構成されるパルスコントロール回路５２と、ゲートドライバ５３と、電源５４と、スイッチ回路５５と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５６と、信号増幅器（ＡＭＰ）５７と、位相差検出手段６０と、コントローラ６５、制御信号源としてのＰＷＭ信号源６６とを備えて構成されている。
【００３７】
電圧制御発振器５１は、印加される電圧に応じて、駆動パルス信号を生成するための基準パルス信号を周波数可変に出力する発振器であって、この基準パルス信号に応じたスイッチ回路５５におけるスイッチングにより、電圧が交番する駆動パルス信号が生成され、圧電アクチュエータ２０に供給される。ここで、基準パルス信号および駆動パルス信号の周波数は略一定とされている。
ところで、基準パルス信号および駆動パルス信号の周波数（駆動周波数）については、振動体２０Ａにおける縦振動の共振点と屈曲振動の共振点などを考慮して決められる。
図５（Ａ）に、振動体２０Ａにおける駆動周波数とインピーダンスとの関係を示し、図５（Ｂ）には、振動体２０Ａにおける駆動周波数と縦振動の振幅および屈曲振動の振幅との関係を示した。
図５（Ａ）に示すように、駆動周波数に対してインピーダンスが極小であって振幅が最大となる共振点が二点現れ、これらのうち周波数の低い方が縦振動の共振点、高い方が屈曲振動の共振点となる。
すなわち、縦振動の縦共振周波数ｆｒ１と屈曲振動の屈曲共振周波数ｆｒ２との間で振動体２０Ａを駆動すると、縦振動および屈曲振動双方の振幅が確保され、圧電アクチュエータ２０は高効率で駆動する。なお、縦共振周波数ｆｒ１と屈曲共振周波数ｆｒ２とを互いに近接させることで、縦振動および屈曲振動の振幅がより大きくなる駆動周波数を設定することができる。
【００３８】
図４に戻り、パルスコントロール回路５２は、基準パルス信号についてデットタイムを生成し、このデットタイムが追加された基準パルス信号を出力する回路である。このパルスコントロール回路５２は、後述するスイッチ回路５５の切替タイミングを制御して貫通電流を抑制するためのデットタイムを生成するデットタイム生成回路５２１と、ロータ３０の回転方向を切替えるとともに、その指令値を出力する正逆回転回路５２２および電流制御回路５２３と、駆動信号の周期にデットタイムを挿入して駆動信号のデューティを規定する電流制限回路５２４とを有して構成されている。
正逆回転回路５２２は、制御信号に基づいて、ロータ３０の回転方向を切替える指令値を第２ゲートドライバ５３Ｂに出力する。具体的に、ロータ３０の正回転時には、駆動電極２２１，２２２にそれぞれ対応する指令値を第２ゲートドライバ５３Ｂに出力し、ロータ３０の逆回転時には、駆動電極２２１，２２３にそれぞれ対応する信号を選択して第２ゲートドライバ５３Ｂに出力する。
【００３９】
このようなパルスコントロール回路５２において基準パルス信号の所定周期にデットタイムが挿入されることによって基準パルス信号のパルス幅は可変とされており、予め設定された複数の設定パルス幅である第１パルス幅、第２パルス幅のいずれかが基準パルス信号のパルス幅として選択される。これを通じて、駆動パルス信号のパルス幅も第１パルス幅、第２パルス幅のいずれかとなる。
【００４０】
ここで、第１パルス幅、第２パルス幅は、所定の駆動条件において、ロータ３０をそれぞれ、第１駆動状態、第２駆動状態とするものである。これについては、駆動パルス信号のパルス幅掃引に係る前掲の図２６において、第１駆動状態ｄ１、第２駆動状態ｄ２として示した。
ロータ３０の第１駆動状態ｄ１とは、本実施形態では、回転数が６２５ｒｐｍ近傍の低速回転となる駆動状態であって、このときの駆動信号のパルス幅に基いて、第１パルス幅はデューティ比が１２．５％に設定されている。
一方、ロータ３０の第２駆動状態ｄ２は、本実施形態では、回転数が２４００ｒｐｍ近傍の高速回転となる駆動状態であり、このときの駆動信号のパルス幅に基いて、第２パルス幅はデューティ比９５％に設定されている。
ここで、本実施形態では、ロータ３０の回転数に変動が少なく回転特性が安定している６２５ｒｐｍおよび２４００ｒｐｍ近傍をロータ３０の第１駆動状態ｄ１、第２駆動状態ｄ２としてそれぞれ選定したが、ロータ３０のこれ以外の回転数をそれぞれ、第１駆動状態、第２駆動状態として選定してもよい。
【００４１】
なお、本実施形態では、ロータ３０の回転数に基いて第１、第２パルス幅を設定したが、圧電アクチュエータ２０における電流値に応じて第１駆動状態、第２駆動状態を規定し、各電流値を実現する駆動信号のパルス幅をそれぞれ、第１、第２パルス幅として設定することもできる。
【００４２】
ゲートドライバ５３は、パルスコントロール回路５２から出力された基準パルス信号に基いてスイッチ回路５５のオンオフを制御する手段であり、本実施形態では第１ゲートドライバ５３Ａおよび第２ゲートドライバ５３Ｂを備えている。
そして、パルスコントロール回路５２から第２ゲートドライバ５３Ｂに入力される駆動信号はインバータ（ＮＯＴ回路）ＩＶを経由し、第１ゲートドライバ５３Ａに入力される駆動信号とは電圧レベルが反転した信号となっている。
電源５４は、本実施形態では、ロータ３０の正逆回転時に使用される第１電源５４１と、ロータ３０の正回転時のみ使用される第２電源５４２と、ロータ３０の逆回転時のみ使用される第３電源５４３とからなり、これらの第１、第２、第３電源５４１，５４２，５４３により、圧電アクチュエータ２０に対して電源ＶＤＤおよびＶＳＳ間の電位差の電圧、または電源ＶＤＤおよびＧＮＤ間の電位差の電源電圧が印加される。
【００４３】
スイッチ回路５５は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるスイッチ５５１，５５２，５５５，５５７と、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるスイッチ５５３，５５４，５５６，５５８とで構成されている。これらの各スイッチ５５１〜５５６は、第１ゲートドライバ５３Ａ、第２ゲートドライバ５３Ｂによってゲートに加えられる電圧が制御されることで、オンオフ制御されている。
なお、第２ゲートドライバ５３Ｂは、正逆回転回路５２２に接続されており、ロータ３０の正回転時には、スイッチ５５２，５５３（図４中、Ｐ１）およびスイッチ５５５，５５６（Ｐ２）のみを駆動する。
【００４４】
すなわち、ロータ３０の正回転時には、スイッチ５５１，５５４を駆動する第１ゲートドライバ５３Ａと、スイッチ５５２，５５３（Ｐ１）およびスイッチ５５５，５５６（Ｐ２）を駆動する第２ゲートドライバ５３Ｂとは、互いに反転した駆動信号で動作するため、同じＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５１，５５２は、一方のスイッチ５５１がオンされている場合には他方のスイッチ５５２はオフされる。なお、同じＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５１，５５５についても同様である。
【００４５】
また、同様に、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５３，５５４は、一方のスイッチ５５３がオンされている場合には他方のスイッチ５５４はオフされる（ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５６，５５４についても同様）。
そして、直列に接続されたスイッチ５５１，５５４は、一方がオンの場合、他方がオフされる。同様に、直列に接続されたスイッチ５５２，５５３、あるいは、スイッチ５５５，５５６も、一方がオンの場合、他方がオフされる。
これらのスイッチ５５１〜５５４（あるいはスイッチ５５１，５５５，５５６，５５４）は、第１ゲートドライバ５３Ａ、第２ゲートドライバ５３Ｂにより、圧電素子２２に対してブリッジ接続される。具体的に、圧電素子２２の一方の端子２２ＡとＶＤＤとの間にスイッチ５５１が接続され、圧電素子２２の他方の端子２２ＢとＶＤＤとの間にスイッチ５５２（あるいはスイッチ５５５）が接続され、圧電素子２２の他方の端子２２ＢとＶＳＳまたはＧＮＤとの間にスイッチ５５３（あるいはスイッチ５５６）が接続され、圧電素子２２の一方の端子２２ＡとＶＳＳまたはＧＮＤとの間にスイッチ５５４が接続されている。これらブリッジ接続されるスイッチ５５１〜５５４およびスイッチ５５１，５５５，５５６，５５４はそれぞれ第１〜第４スイッチ手段を構成する。
このようなブリッジの対角に位置する一対のスイッチ５５１，５５３（またはスイッチ５５１，５５６）で構成されるスイッチ回路と、他の一対のスイッチ５５２，５５４（またはスイッチ５５５，５５４）で構成されるスイッチ回路とは、交互にオンオフ制御される。これにより、電源５４によって印加される所定の電源電圧は交番する矩形波電圧に変換され、圧電アクチュエータ２０に印加される。すなわち、第１電源５４１および第２電源５４２により、駆動電極２２１，２２２と補強板２１（図２）との間で圧電素子２２に交流電圧が印加され、ロータ３０は正方向に回転する。
【００４６】
一方、ロータ３０の逆回転時には、第２ゲートドライバ５３Ｂは、スイッチ５５５，５５６（Ｐ２）の代わりにスイッチ５５７，５５８（Ｐ３）を駆動し、スイッチ５５１，５５２，５５３，５５４（またはスイッチ５５１，５５７，５５８，５５４）が、圧電素子２２に対してブリッジ接続される。具体的に、圧電素子２２の一方の端子２２ＡとＶＤＤとの間にスイッチ５５１が接続され、圧電素子２２の他方の端子２２ＢとＶＤＤとの間にスイッチ５５２（あるいはスイッチ５５７）が接続され、圧電素子２２の他方の端子２２ＢとＶＳＳまたはＧＮＤとの間にスイッチ５５３（あるいはスイッチ５５８）が接続され、圧電素子２２の一方の端子２２ＡとＶＳＳまたはＧＮＤとの間にスイッチ５５４が接続されている。これらブリッジ接続されるスイッチ５５１，５５２，５５３，５５４およびスイッチ５５１，５５７，５５８，５５４は、それぞれ第１〜第４スイッチ手段を構成する。
このようなブリッジの対角に位置する一対のスイッチ５５１，５５３（およびスイッチ５５１，５５８）で構成されるスイッチ回路と、スイッチ５５４，５５２（またはスイッチ５５４，５５７）で構成されるスイッチ回路とが、交互にオンオフ制御される。すなわち、第１電源５４１および第３電源５４３により、駆動電極２２１，２２３と補強板２１（図２）との間で圧電素子２２に交流電圧が印加され、ロータ３０が逆方向に回転する。
【００４７】
ここで、各スイッチ５５１〜５５８のオンオフを切替える際に、直列に接続されたスイッチ５５１，５５４や、スイッチ５５２，５５３（あるいはスイッチ５５５，５５６やスイッチ５５７，５５８）が同時にオンとなってしまうと、貫通電流が流れてしまう。この貫通電流は、圧電アクチュエータ２０の駆動動作に利用されないために消費電力の浪費になり、かつ、スイッチ素子の焼き付け等の原因となってしまう。このため、パルスコントロール回路５２において、一方のスイッチがオフされてから、所定時間（デットタイム）経過後に他方のスイッチをオンすることで、貫通電流を防止している。
【００４８】
バンドパスフィルタ（単峰フィルタ）５６は、圧電アクチュエータ２０の振動状態に基いて検出される検出信号を、所定の周波数範囲に含まれる周波数の検出信号だけ通過させ、それ以外の周波数の信号を減衰させるフィルタである。
なお、検出信号は、ロータ３０の正転逆転に応じて、駆動電極２２２，２２３のうち駆動信号が供給されない一方を通じて（図５のＰ２，Ｐ３参照）検出される。ここで、検出信号は、腕部２３（図５中、Ｎ）における電位を基準信号として、この基準信号に対する駆動電極２２２の電位の差、あるいは基準信号に対する駆動電極２２３の電位の差、つまりは、腕部２３に対する駆動電極２２２，２２３の差動信号により検出される。
バンドパスフィルタ５６を通過した検出信号は、信号増幅器５７で増幅され、コンパレータで所定の閾値と比較されて２値化されて位相シフト器６２に出力される。
【００４９】
位相差検出手段６０は、位相制御器６１、位相シフト器６２、位相比較器６３、およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）６４を備えて構成されている。
位相制御器６１は、検出信号の２周期ごとに、所定の目標位相差に基いて予め値が設定された制御信号を位相シフト器６２に出力する。この制御信号に応じて、位相シフト器６２は検出信号の位相をシフトする。
【００５０】
位相比較器６３は、位相シフト器６２から出力された検出信号の位相と、電圧制御発振器５１から出力された駆動信号の位相とを比較し、その位相差をローパスフィルタ６４に出力する。ここで、前述の通り、位相シフト器６２は、検出信号の位相を、目標とされる位相差分だけシフトしており、位相比較器６３の出力が零に近づくほど目標位相差に近づいていることになる。
【００５１】
ローパスフィルタ６４は、所定の周波数以下の周波数の信号だけ通過させ、所定の周波数以上の周波数の信号は減衰させるフィルタであり、積分回路として機能する。
以上の位相差検出手段６０によれば、位相シフト器６２でシフトされた検出信号の位相と駆動信号の位相との差分、すなわち目標位相差との偏差（大小）がローパスフィルタ６４を介してコントローラ６５に出力される。
【００５２】
コントローラ６５は、入力された目標位相差との偏差を解消するように、電圧制御発振器５１に電圧信号を出力するとともに、パルスコントロール回路５２に指令値を出力する。
【００５３】
ＰＷＭ信号源６６は、外部からの入力に応じて、ロータ３０の駆動状態を制御する制御パルス信号をコントローラ６５に出力する。このパルス信号は、パルス幅可変なＰＷＭ信号となっている。
この制御パルス信号は、コントローラ６５を介してパルスコントロール回路５２に出力され、この制御パルス信号の電圧の高低に応じて、パルスコントロール回路５２で出力する基準パルス信号のパルス幅が選択される。
【００５４】
［６．圧電アクチュエータの駆動制御］
次に、このような構成の駆動制御装置５０の駆動制御において特徴的な、ＰＷＭ信号源６６およびパルスコントロール回路５２の動作について説明する。
図６は、図４におけるＡ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの各箇所における信号波形をそれぞれ示し、駆動制御装置５０におけるタイミングチャートとして参照できる。
図６中、Ａは、電圧制御発振器５１から出力される基準パルス信号を示し、ここでは、基準パルス信号Ａの周波数は略一定であり、また、基準パルス信号Ａのパルス幅は、第２パルス幅と略同様のパルス幅で略一定となっている。
また、図６中、Ｂは、ＰＷＭ信号源６６から出力される制御パルス信号を示す。
なお、基準パルス信号Ａと制御パルス信号Ｂとの周波数の差は、図６に示したよりも実際は大きく、駆動制御装置５０における低電流化などの点で、制御パルス信号Ｂの周波数は、基準パルス信号Ａの１／２０〜１／１００程度が好適である。
また、図６におけるパルス幅については、作図上、模式的に示しており、図７に、駆動パルス信号Ｉの波形を具体的に示した。
【００５５】
基準パルス信号Ａは、パルスコントロール回路５２に入力され、このパルスコントロール回路５２においてパルス幅が変化し、各スイッチ５５１〜５５８では、図６中のＣ〜Ｆにそれぞれ示すような波形でオンオフ制御が行われる。すなわち、ブリッジの対角に配置されたスイッチ（図４中、ＣとＥ（Ｅ２，Ｅ３もＥに同じ））、あるいはＦとＤ（Ｄ２，Ｄ３もＤに同じ）のそれぞれのオンオフのタイミングは一致し、これらスイッチが交互にオンオフ制御されることで、印加電圧が交番する駆動パルス信号Ｉが圧電アクチュエータ２０に供給され、圧電素子２２の伸縮により振動体２０Ａが振動する。
一方、図６中、Ｇは位相シフト器６２に入力される検出信号（振動信号）を示し、Ｈは、位相シフト器６２の出力を示す。
【００５６】
［６−１．駆動パルス信号のパルス幅の選択］
電圧制御発振器５１から出力された基準パルス信号Ａはパルスコントロール回路５２に入力され、このパルスコントロール回路５２で基準パルス信号Ａのパルス幅は、ＰＷＭ信号源６６からコントローラ６５を介してパルスコントロール回路５２に入力された制御パルス信号Ｂの電圧に応じて、第１パルス幅、第２パルス幅のいずれかが選択され、切り替えられる。これに伴い、駆動パルス信号Ｉのパルス幅も、第１パルス幅または第２パルス幅が選択され、切り替えられる。
すなわち、図６に示すように、制御パルス信号ＢがＬｏ（電圧が低）であるときは、第１パルス幅（Ｎｒ（Narrow））が選択され、制御パルス信号ＢがＨｉ（電圧が高）であるときは、第２パルス幅（Ｗｄ（wide））が選択される。
駆動パルス信号Ｉのパルス幅が第２パルス幅（Ｗｄ）である場合には、駆動パルス信号Ｉのパルス幅が広く、電圧が印加される期間が長いため、圧電素子２２の押圧によるロータ３０のトルクが大となり、ロータ３０は高速で回転する。
一方、駆動パルス信号Ｉのパルス幅が第１パルス幅（Ｎｒ）である場合には、駆動パルス信号Ｉのパルス幅は狭く、電圧が印加される期間が短いため、圧電素子２２の押圧によるロータ３０のトルクが小となり、ロータ３０は振動体２０Ａとの摩擦などにより、低速で回転する。
【００５７】
ここで、パルス幅の切り替えは、パルスコントロール回路５２における基準パルス信号Ａについてのデットタイムの設定により行われる。図６には、第２パルス幅（Ｗｄ）が選択された際のデットタイムを作図上、示していないが、パルスコントロール回路５２において基準パルス信号Ａに設定されたデットタイムは、図７に示した駆動パルス信号Ｉのデューティ比に表れている。
図７（Ａ）は、第２パルス幅（Ｗｄ）が選択された際の駆動パルス信号Ｉの波形を示し、図７（Ｂ）は、第１パルス幅（Ｎｒ）が選択された際の駆動パルス信号Ｉの波形を示す。
図７（Ａ）に示すように、第２パルス幅（Ｗｄ）が選択された際には、駆動パルス信号Ｉのデューティ比は９５％であり、電圧が印加されない５％に相当する期間は、パルスコントロール回路５２で基準パルス信号Ａの周期に挿入されたデットタイムによるものである。
一方、図７（Ｂ）に示すように、第１パルス幅（Ｎｒ）が選択された際には、駆動パルス信号Ｉのデューティ比は１２．５％であり、電圧が印加されない８７．５％に相当する期間は、パルスコントロール回路５２で基準パルス信号Ａの周期に挿入されたデットタイムによるものである。このように、第１パルス幅（Ｎｒ）が選択された際には、貫通電流を防止するために必要となる期間よりもデットタイムを長くすることでスイッチ５５１〜５５８の非通電期間を長くし、第１パルス幅（Ｎｒ）を実現している。
【００５８】
［６−２．各設定パルス幅選択期間の比率について］
次に、駆動パルス信号Ｉにおいて第１パルス幅、第２パルス幅の各選択期間の比率が可変とされることについて、説明する。
前述のように、制御パルス信号Ｂのパルス幅は可変とされているため、パルス幅（Ｈｉの部分）で決まるデューティ比は、図６に「３０％」、「６０％」、「９０％」と示したように、変化する。
そして、この制御パルス信号ＢのＨｉ，Ｌｏの状態は、駆動パルス信号Ｉの第２パルス幅（Ｗｄ）、第１パルス幅（Ｎｒ）とそれぞれ対応するから、制御パルス信号Ｂのデューティ比の変化に伴って、一定期間ｔにおいて、駆動パルス信号Ｉのパルス幅として第２パルス幅（Ｗｄ）が選択される期間ｔ−ｗと、第１パルス幅（Ｎｒ）が選択される期間ｔ−ｎとの比率が変わるのである。
これにより、ロータ３０の駆動においては、第１駆動状態ｄ１（低速回転）とされる期間と第２駆動状態ｄ２（高速回転）とされる期間との比率が変化し、ロータ３０は、第１駆動状態ｄ１と第２駆動状態ｄ２とが平準化された状態で駆動される。
【００５９】
ここで、図８は、制御パルス信号Ｂのデューティ比と、ロータ３０の回転数および圧電アクチュエータ２０における電流値との関係を示すグラフである。
このグラフから把握されるように、ロータ３０の回転数および圧電アクチュエータ２０の電流値は、制御パルス信号Ｂのデューティ比に対してほぼ線形に変化しているため、この制御パルス信号Ｂのデューティ比は容易に決めることができる。
つまり、ＰＷＭ方式において駆動信号のパルス幅を掃引した場合（図２６）はロータ回転数および電流値と駆動パルス信号のパルス幅との関係が線形ではない場合と比べて、ロータ３０の回転数および圧電アクチュエータ２０の電流値の制御を容易に実施できる。つまり、制御パルス信号Ｂのデューティ比を、０〜１００の間で任意に決めることで、ロータ３０の回転数（および圧電アクチュエータ２０の電流値）を自在にコントロールできる。
【００６０】
［７．本実施形態による効果］
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）圧電アクチュエータ２０を駆動する駆動制御装置５０において、ロータ３０を第１駆動状態ｄ１、第２駆動状態ｄ２とする第１パルス幅Ｎｒ、第２パルス幅Ｗｄが予め設定されており、これらの第１パルス幅Ｎｒ、第２パルス幅Ｗｄに関し、一定期間ｔにおいて選択される期間ｔ−ｎ、ｔ−ｗの比率が可変とされる。本実施形態の駆動制御装置５０は、パルス幅デットタイム生成回路（パルス幅選択手段）５２を具備することにより、制御回路が簡略に構成されている。このような簡略な構成によって、ロータ３０の駆動量を自在に制御することが可能となる。これにより、圧電アクチュエータ２０が駆動する秒クロノグラフ針７Ａの動作の応答性、精度を高めることができる。
ここで、第２パルス幅Ｗｄがロータ３０回転数の極大値近傍であることにより、この第２パルス幅Ｗｄが選択される期間ｔ−ｗの一定期間ｔにおける比率を大きくすることで、ロータ３０を高効率で駆動することが可能となる。
【００６１】
（２）加えて、駆動制御装置５０では、各設定パルス幅が選択される期間ｔ−ｎ、ｔ−ｗの比率が可変とされるだけで、駆動パルス信号Ｉのパルス幅の値や周波数の値を直接制御するものではないから、駆動に適するパルス幅や周波数を絞込むような困難性がない。すなわち、期間ｔ−ｎと期間ｔ−ｗとの一定期間ｔにおける比率を切り替えることによってほぼ線形の駆動特性を実現でき、駆動制御を容易にできる。
また、本実施形態では、Ｄ級増幅器を用いるＰＷＭ駆動方式のようにパルス幅を可変とするために用いられ駆動パルス信号Ｉよりも高周波の基準信号は不要である。このため、低電流化できるとともに設計も容易化でき、回路等構成の簡略化が図られる。
さらに、本発明では電圧を直接制御しないので、回路効率も低下しない。
【００６２】
（３）また、制御パルス信号Ｂのパルス幅を可変とすることで、一定期間ｔにおける第１パルス幅Ｎｒが選択される期間ｔ−ｎと第２パルス幅Ｗｄが選択される期間ｔ−ｗとの比率が可変とされるので、駆動制御装置５０の回路構成が簡略となり、また、低電流化できる。
【００６３】
（４）さらに、駆動制御装置５０では、位相シフト器６２、位相比較器６３などによって位相差フィードバック制御が実施されるため、圧電アクチュエータ２０の電流値、ロータ３０の駆動量を所望の値に制御可能となる。
【００６４】
（５）振動体２０Ａの駆動周波数が縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数との間にあることで、縦振動と屈曲振動との振幅を大きくでき、駆動効率を向上させることができる。
そのうえ、このように共振を利用する場合には駆動周波数の範囲が狭く、駆動周波数の制御が困難であるため、圧電アクチュエータ２０を本実施形態の駆動制御装置５０で制御することによって得られる効果は大きい。
また、駆動制御装置５０は、圧電アクチュエータ２０以外にも、共振を利用する圧電アクチュエータの駆動制御装置として、汎用的に利用できる。
【００６５】
（６）そして、通常、電子時計１における時針４、分針５、秒針６などの駆動手段はステッピングモータであるが、このステッピングモータを圧電アクチュエータ２０に置き換えることが可能となり、これによって電子時計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２０は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１の高耐磁化をも図ることができる。
【００６６】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略する。
図９は、本実施形態における圧電アクチュエータ２０の駆動制御装置５０Ａの構成を示すブロック図である。
前述の第１実施形態における駆動制御装置５０では、駆動パルス信号のパルス幅として第１パルス幅、第２パルス幅のいずれかが選択されていたが、本実施形態の駆動制御装置５０Ａでは、制御パルス信号が３値化され、駆動パルス信号のパルス幅として第１パルス幅、第２パルス幅、第３パルス幅のいずれかが選択される点が第１実施形態とは相違する。
【００６７】
パルスコントロール回路５２では、第１パルス幅、第２パルス幅に加えて、これら第１パルス幅と第２パルス幅との間の略中間の値となる第３パルス幅、の３つの設定パルス幅が設定されており、これらの設定パルス幅のいずれかで、基準パルス信号が出力される。
具体的に、本実施形態では、第１パルス幅および第３パルス幅は、第１実施形態と同様、デューティ比１２．５％および９５％とされ、第３パルス幅は、デューティ比５０％と
されている。
ここで、第１パルス幅は、図２６に示されたように、ロータ３０を低速回転させる第１駆動状態ｄ１とするもので、第２パルス幅は、ロータ３０を高速回転させる第２駆動状態ｄ２とするもので、第３パルス幅は、ロータ３０を２１００ｒｐｍ近傍の中高速で回転させる第３駆動状態ｄ３とするものとなっている。
【００６８】
図１０は、駆動制御装置５０Ａの駆動制御におけるタイミングチャートである。
本実施形態において、ＰＷＭ信号源６６が出力する制御信号Ｂは、Ｈｉ（電圧が高）、Ｌｏ（電圧が低）に加えて、高インピーダンス（Ｈｉｚ）の３つの状態を有する。この制御信号ＢがＬｏのときは駆動パルス信号Ｉのパルス幅は第１パルス幅Ｎｒ（Narrow）が選択され、制御信号ＢがＨｉｚのときは第３パルス幅Ｍｄ（Medium）が選択され、制御信号ＢがＨｉのときは、第２パルス幅Ｗｄ（Wide）が選択される。
そして、制御信号Ｂは、ＬｏとＨｉｚ、ＨｉｚとＨｉ、の間でそれぞれ切替可能に構成される。
ＰＷＭ信号源６６は、制御信号Ｂの信号状態をＬｏとＨｉｚとに切り替える第１モードＭ１と、ＨｉｚとＨｉとを切り替える第２モードＭ２との２つのモードを有し、外部入力に応じて、これらのモードＭ１、Ｍ２が適宜選択されるようになっている。
【００６９】
本実施形態の駆動制御装置５０Ａの動作について説明する。
図１０において、当初、ＰＷＭ信号源６６は、第１モードＭ１であり、制御信号ＢはＬｏとＨｉｚとの間でスイッチングされる。制御信号Ｂにおいて、一定期間ｔ（Ｌｏ＋Ｈｉｚ）におけるＨｉｚである期間の比率が５０％以上となると（図１０中、３０％、６０％と変化した後）、ＰＷＭ信号源６６は第２モードＭ２に移行し、制御信号Ｂは、ＨｉｚとＨｉとの間でスイッチングされる。なお、第２モードＭ２において、３０％と図示したのは、一定期間ｔ（Ｈｉｚ＋Ｈｉ）においてＨｉである期間の比率である。
【００７０】
このような制御信号Ｂのスイッチング制御により、制御信号Ｂのモードが第１モードＭ１のときは、駆動パルス信号Ｉのパルス幅として第１パルス幅Ｎｒと第３パルス幅Ｍｄとがそれぞれ選択される期間ｔ−ｎ、ｔ−ｍの比率が可変とされる。
また、制御信号Ｂのモードが第２モードＭ２のときは、駆動パルス信号Ｉのパルス幅として第３パルス幅Ｍｄと第２パルス幅Ｗｄとがそれぞれ選択される期間ｔ−ｍ、ｔ−ｗの比率が可変とされる。
【００７１】
なお、本実施形態における制御信号Ｂのデューティ比（ここでは、モードＭ１，Ｍ２それぞれにおける一定期間ｔでのＨｉｚ期間の比率、および一定期間ｔでのＨｉ期間の比率を言う）、ロータ３０の回転数、圧電素子２２に流れる電流値との関係については、前掲の図８に示されている。ロータ３０の回転数および圧電アクチュエータ２０に流れる電流値は、制御信号Ｂのデューティ比に対してほぼ線形に変化しており、本実施形態で述べたような第１〜第３パルス幅による３値制御の場合、第１実施形態のような第１、第２パルス幅による２値制御の場合よりも、より線形に近似した駆動特性を実現できる。
【００７２】
本実施形態によれば、前述の効果に加えて、次のような効果を奏する。
（７）駆動パルス信号Ｉのパルス幅が第１、第２、第３パルス幅に３値化され、制御信号Ｂのスイッチングにより、第１パルス幅選択期間ｔ−ｎおよび第３パルス幅選択期間ｔ−ｍの比率、また、第３パルス幅選択期間ｔ−ｍおよび第２パルス幅選択期間ｔ−ｗの比率がそれぞれ可変とされるので、分解能を高くできる。これにより、駆動特性をより一層線形に近似させることが可能となり、より適切な駆動制御が可能となる。
【００７３】
（８）また、制御信号Ｂの信号状態として、低電圧、高電圧、高インピーダンス状態の３状態を採用したため、１の信号出力に３つの状態を持たせることができる。
【００７４】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図１１を参照して説明する。
第１実施形態および第２実施形態では、圧電アクチュエータ２０を最大効率で駆動するための駆動制御を行っていたが、本実施形態は、圧電アクチュエータ２０で駆動される被駆動体の駆動量を調整可能に駆動制御する点で前記各実施形態とは相違する。
図１１は、本実施形態の駆動制御装置５０Ｂを示す。
駆動制御装置５０Ｂは、前述の駆動制御装置５０（図４）の構成に加えて、圧電アクチュエータ２０部分を流れる電流を検出する電流検出器７１と、電流指令値を出力する電流指令値源７２と、電流検出器７１で検出された電流値と、電流指令値源７２から出力された電流指令値とに基いて、ＰＷＭ信号源６６に対して制御信号を出力する電流制御器７３とを備える。
【００７５】
そして、電流制御器７３からの出力信号を基に、ＰＷＭ信号源６６において制御パルス信号のパルス幅が決められる。つまり、本実施形態では、圧電アクチュエータ２０の電流値によるフィードバック制御が行われる。
【００７６】
このような本実施形態では、前述の効果に加えて、次のような効果も得られる。
（９）ＰＷＭ信号源６６が出力する制御パルス信号のパルス幅が圧電アクチュエータ２０における電流値を基に調整可能となるので、これらパルス幅の調整によって圧電アクチュエータ２０における振動状態を制御可能となり、これによって被駆動体の駆動量（ロータの場合は回転数）などを制御することができる。このため、速度調整（スピードコントロール）あるいはトルクのコントロールが必要な被駆動体の駆動源としても圧電アクチュエータ２０を利用できる。なお、このような圧電アクチュエータ２０のスピード（あるいはトルク）のコントロールにより、歯車４１，４２に駆動力が伝達される際に歯同士が当たることによる音の発生も抑制でき、静音化にも寄与できる。
また、このような電流値のフィードバックにより、圧電アクチュエータ２０を安定して駆動制御することができる。
【００７７】
〔第４実施形態〕
次に本発明の第４実施形態について、図１２を参照して説明する。
本実施形態では、第３実施形態とは異なる手段により、第３実施形態と略同様に、圧電アクチュエータ２０の被駆動体であるロータの回転数が調整可能に駆動制御される。
【００７８】
図１２は、本実施形態の駆動制御装置５０Ｃを示す。
駆動制御装置５０Ｃは、前述の駆動制御装置５０（図４）の構成に加えて、ロータの回転数を検出する回転数検出器８１と、回転数指令値を出力する回転数指令値源８２と、回転数検出器８１で検出された回転数と、回転数指令値源８２から出力された回転数指令値とに基いて、ＰＷＭ信号源６６に対して制御信号を出力する回転数制御器８３とを備える。
回転数検出器８１は、例えば、第１実施形態においてロータ３０と一体の歯車４１（図２）の回転数を検出する回転センサ１５を含んで構成される。
【００７９】
このような本実施形態では、前記第１，２実施形態で得られる効果に加えて、次のような効果も得られる。
（１０）前記第３実施形態では、圧電アクチュエータ２０を流れる電流値に基づいてＰＷＭ信号源６６が制御を行っていたが、圧電アクチュエータ２０は摩擦によってロータ３０を回転駆動するため、すべり等が生じる可能性もあり、電流値の制御だけでは多少の誤差が生じる虞があった。これに対して本実施形態の構成によれば、直接ロータ３０ないし歯車４１の回転数を検出しているので、より正確な駆動制御を行うことができる。
【００８０】
〔第５実施形態〕
次に本発明の第５実施形態について、図１３を参照して説明する。
本実施形態の駆動制御装置５０Ｄは、第３実施形態の電流値に基づく駆動制御と、第４実施形態の回転数に基づく駆動制御とを組み合わせたものである。
すなわち、駆動制御装置５０Ｄは、電流検出器７１、電流制御器７３、回転数検出器８１、回転数指令値源８２、回転数制御器８３を備えている。
【００８１】
回転数制御器８３は、回転数指令値源８２からの回転数指令値と、回転数検出器８１で検出される回転数とに基いて電流制御器７３に電流指令値を出力する。
電流制御器７３は、回転数制御器８３からの電流指令値と、電流検出器７１で検出された電流値とに基づいてＰＷＭ信号源６６に制御信号を出力する。
従って、本実施形態におけるフィードバック制御では、ロータ回転数に基づく制御ループがメジャーループとされ、電流値に基づく制御ループがマイナーループとされている。
【００８２】
このような本実施形態では、前記第１〜４の各実施形態で得られる効果に加えて、次のような効果も得られる。
（１１）圧電アクチュエータ２０によって回転駆動されるロータ３０の回転数と、圧電アクチュエータ２０を流れる電流値との２つのパラメータに基づいて圧電アクチュエータ２０における振動状態を制御しているので、ロータの回転数（回転速度）をより正確に制御することができる。
【００８３】
〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態における駆動制御装置５０Ｅを示している。
駆動制御装置５０Ｅは、前述の位相シフト器、位相比較器、ローパスフィルタなどを備えていないが、その他の構成は、第１実施形態における駆動制御装置５０と同様に構成されている。
【００８４】
本実施形態では、前記各実施形態のような位相制御が行われないが、ＰＷＭ信号源６６からの制御パルス信号Ｂがコントローラ６５を介してパルスコントロール回路５２に入力されることにより、各設定パルス幅が選択される期間ｔ−ｎ、ｔ−ｗなどの比率が可変とされて、圧電アクチュエータの電流値、およびロータの駆動状態を任意の状態とすることができる点では、前記各実施形態と相違しない。
本実施形態によれば、第１、第２実施形態で述べた効果と同様の効果が得られる。
また、駆動制御装置の回路構成を一層簡略化できる。
【００８５】
〔第７実施形態〕
次に、本発明の第７実施形態について説明する。前記各実施形態では、時計に組み込まれた圧電アクチュエータの駆動制御について説明したが、本実施形態では、プリンタに組み込まれた圧電アクチュエータの駆動制御について説明する。
図１５は、本実施形態に係るプリンタ８の概略図である。プリンタ８は、印刷用紙を収容する引き出し式の用紙トレイ８Ａと、印刷された紙ＰＰを受け取る出力トレイ８Ｂと、筐体８Ｃ内部に設置され、紙送り手段を構成するローラ８０とを備える。
ローラ８０は、用紙トレイ８Ａ内の紙を図示しない印刷駆動部に送るものである。
【００８６】
ローラ８０を駆動する駆動機構は、第１実施形態で示した圧電アクチュエータユニット１０（図２、図３）を有して構成され、圧電アクチュエータ２０の駆動力がローラ８０の回転軸に固定された歯車８０Ａに伝達される。本実施形態では、圧電アクチュエータユニット１０内の歯車４１と歯車８０Ａとにより減速輪列４０´が構成されている。
なお、前記各実施形態と同様、圧電素子２２に設けられた駆動電極２２１，２２２，２２３が選択的に用いられることにより、ロータ３０が両方向に駆動され、正方向と逆方向との両方向に紙送り可能とされている。
【００８７】
図１６に示す本実施形態の駆動制御装置５０Ｆは、第５実施形態の駆動制御装置５０Ｄ（図１３）が行っていた電流値および回転数に基く駆動制御に加えて、ロータ３０の位置制御を実施するものである。
駆動制御装置５０Ｆは、位置制御に関する構成として、ロータの位置を検出する位置検出器９１と、位置指令値を出力する位置指令値源９２と、位置検出器９１で検出されたロータの位置および位置指令値源９２から入力された位置指令値に基いて回転数制御器８３に対して制御信号を出力する位置制御器９３とを備えている。
【００８８】
位置検出器９１は、例えばロータ３０と一体の歯車４１（図２）に対向配置され、歯車４１およびロータ３０の位置を検出するロータリエンコーダなどを含んで構成され、検出された回転数を通じてロータ３０の位置を検出する。
【００８９】
位置指令値源９２には、プリンタ８外部から入力された印刷指示情報における紙送り量が図示しない印刷駆動制御部を介して与えられ、位置指令値源９２は、その紙送り量を指令値として位置制御器９３に出力する。なお、図示しない印刷駆動制御部において、印刷指示情報における紙送り量は位置検出器９１の出力値（Ｃｏｕｎｔ）に変換される。
【００９０】
本実施形態では、位置指令値源９２からの指令値と位置検出器９１で検出されたロータ３０位置とが位置制御器９３に入力され、位置制御器９３は、これらの入力に応じた位置制御量を回転数制御器８３に出力する。そして、回転数制御器８３は、位置制御器９３の位置制御量と、電流制御器７３で検出された電流とに応じた回転数制御量を電流制御器７３に出力し、電流制御器７３は、回転数制御量と電流検出器７１で検出された電流とに応じた電流制御量をＰＷＭ信号源６６に出力する。ＰＷＭ信号源６６は、電流制御器７３の電流制御量に基いてコントローラ６５に制御パルス信号Ｂを入力する。
【００９１】
図１７は、本実施形態のプリンタ８の紙送り制御の例として、位置制御器９３からコントローラ６５に出力する操作信号の出力（図１７中、破線）を示す。図１７において、横軸は制御開始からの応答時間であり、縦軸はロータ３０の位置である。このグラフに示すように、紙送り量指令値（ここでは６０Ｃｏｕｎｔ、図１７の一点鎖線）が入力された際には、位置制御器９３の出力（Ｄｕｔｙ％）を略最大としており、ロータ３０が制御開始位置Ｘ０から目標位置Ｘ２に近づくにつれて位置制御器９３の出力を下げ、ロータ３０を目標位置Ｘ２に停止させている。
ここで、位置制御器９３の出力は、ロータ３０の位置のフィードバックにより、図１０に示した第１パルス幅Ｎｒ、第２パルス幅Ｍｄ、第３パルス幅Ｗｄが選択されるそれぞれの期間ｔ−ｎ、ｔ−ｍ、ｔ−ｗの一定期間ｔにおける比率をモードＭ１，Ｍ２に応じてスイッチングすることにより、可変に制御されている。
【００９２】
この位置制御器９３の出力を図１７の例によって具体的に見ると、制御開始前におけるＤｕｔｙ比０％の状態から指令値が入力されると即、Ｄｕｔｙを略１００％に設定し、圧電アクチュエータ２０を高速に起動する。その後、徐々にＤｕｔｙを０％近傍まで下げ、ロータ３０の回転速度を低速にして目標位置Ｘ２の近傍位置Ｘ１においてロータ３０の慣性力を小さくして発振を防止したうえで、ロータ３０をこの近傍位置Ｘ１から例えばＤｕｔｙ１０％程度で送って位置出しし、目標位置Ｘ２に停止させる。このような速度制御を実施することにより、圧電アクチュエータユニット１０の歯車４１や紙送りローラ８０の歯車８０Ａなどの歯同士が当たる音の発生を抑制できる。
【００９３】
本実施形態によれば、前述の第１〜第５実施形態で述べた効果に加え、次のような効果を奏する。
（１２）圧電アクチュエータ２０によって回転駆動されるロータ３０の回転数と、ロータ３０の位置と、そして圧電アクチュエータ２０を流れる電流値との３つのパラメータに基づいて圧電アクチュエータ２０における振動状態を制御するため、ロータ３０のスピードコントロールをより一層正確に実施できる。
【００９４】
（１３）駆動制御装置５０Ｆはスピードコントロールを実現するため、位置出し精度が求められるプリンタ８の紙送り機構に適用できる。また、圧電アクチュエータユニット１０は薄型、小型であって、回路構成が簡略であるため、プリンタの小型化および低コスト化が図られる。
（１４）さらに、第１〜第３パルス幅の３値による駆動制御により、駆動特性が線形に一層近似し、より正確なスピードコントロールが可能となるので、紙送りの応答性および位置出し精度が向上するとともに、静音性をも改善できる。
【００９５】
〔本発明の変形例〕
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。
【００９６】
〔第１変形例〕
前述の各実施形態では、圧電アクチュエータ２０は圧電アクチュエータユニット１０として構成され、ユニット１０内に組み込まれたロータ３０、歯車４１の回転を介して秒クロノグラフ針７Ａや紙送りローラ８０が駆動されていたが、圧電アクチュエータ２０によってこれらを直接駆動してもよい。
図１８は、圧電アクチュエータ２０の突起２５がローラ８０の回転軸８０Ｂの側面に直接当接するように圧電アクチュエータ２０をプリンタ８に組み込んだ例を示す。圧電アクチュエータの高トルクという特徴により、このようにロータ３０や減速輪列４０などを介さないダイレクトな駆動も可能である。なお、前述の圧電アクチュエータ２０は補強板２１の表裏に圧電素子２２が１枚ずつ貼り合わせられた３層構造であったが、これに限らず、補強板２１の片面に圧電素子２２が１枚だけ貼り合わされていてもよい。また、補強板２１の表裏両面にそれぞれ圧電素子２２を２枚〜１０枚程度、あるいはそれ以上の枚数貼り合わせた多層構造の振動体を有する圧電アクチュエータを用いることによって、更なる高トルク化が図られ、このようなダイレクト駆動により一層適する。このようなダイレクト駆動の場合、歯車等を介さないことで静音性が向上する。
【００９７】
〔第２変形例〕
以上では、平面矩形状の振動体を有する圧電アクチュエータを例示したが、圧電アクチュエータの構成はこれに限らず、本発明の駆動制御装置および駆動制御方法は、例えば略円環状の振動体を有する圧電アクチュエータにも適用し得る。このような円環状の圧電素子を用いた圧電アクチュエータでは、矩形状などの長手方向を有する形状に圧電素子が形成されている場合よりも圧電素子の電気機械結合係数が大きいため、寸法に比して大きな出力が得られる。
【００９８】
図１９は、略円環状の圧電アクチュエータ１２０がプリンタ８に組み込まれた例を示し、図２０、図２１は、圧電アクチュエータ１２０の斜視図、平面図である。圧電アクチュエータ１２０は、中央に孔１２０Ｃを有する円環状であり、補強板１２３の表裏に圧電素子１２１，１２２が積層された振動体１２０Ａを備えている。
圧電アクチュエータ１２０には、所定の位相差を有する駆動信号がそれぞれ供給される領域として、直径に沿った二分線Ｌ１（図２１）を境に、第１振動領域Ｒ１と第２振動領域Ｒ２とがそれぞれ略半円形状に設けられている。
【００９９】
圧電素子１２１，１２２の表面において、第１振動領域Ｒ１には、駆動信号が供給される円弧状の駆動電極２５１と、これよりも内周側に、振動体１２０Ａの振動状態を検出する検出電極２６１とが設けられている。一方、第２振動領域Ｒ２にも、二分線Ｌ１を挟んで、駆動電極２５１および検出電極２６１と線対称になるように、駆動電極２５２および検出電極２６２が設けられている。
なお、図２０において裏面側の圧電素子１２２も、表側の圧電素子１２１と同様に第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２が設けられており、第１振動領域Ｒ１には駆動電極２５１および検出電極２６１が設けられ、第２振動領域Ｒ２には駆動電極２５２および検出電極２６２が設けられている。そして、圧電素子２２側の電極と、圧電素子２２側の電極とは、リード線などで互いに導通されている。例えば、駆動電極２５１の裏面側には、駆動電極２５１が配置され、これらは互いに導通され、共に同じ駆動信号で同時に伸縮する。
これらの駆動電極２５１，２５２および検出電極２６１，２６２は、孔１２０Ｃの中を通した導線２８０，２８１，２８２，２８３により、駆動制御装置５０Ｇ（図２２）に接続されている。
【０１００】
補強板１２３は、ステンレス鋼、その他の導電性材料から形成され、圧電素子１２１，１２２が接着される円環状の本体１２３１と、本体１２３１に連設されて本体１２３１を振動可能に支持する一対の支持固定部１２３２とを一体に有する。この補強板１２３は、圧電素子１２１，１２２の駆動電極２５１，２５２および検出電極２６１，２６２に対する共通の電極としてグランド（ＧＮＤ）に接続されている。
本体１２３１の二分線Ｌ１両端側には、二分線Ｌ１に沿って突出する突起１２３１Ａ，１２３１Ｂがそれぞれ形成され、一方の突起１２３１Ａが紙送りローラ８０の回転軸８０Ｂの側面に当接される。このとき、突起１２３１Ａ，１２３１Ｂは、回転軸８０Ｂ外周に対する法線上に配置される。
【０１０１】
支持固定部１２３２は、プリンタ８内部に取り付けられるベースにネジで固定される固定部１２３２Ｂと、本体１２３１の外周部において二分線Ｌ１と略直交する位置に設けられる括れ部１２３２Ｅおよび切り欠き部２８５によって自由に振動することができる可振動部１２３２Ａとを有する。
【０１０２】
図２２は、本変形例における駆動制御装置５０Ｇの構成を示す。駆動制御装置５０Ｇは、駆動電極２５１および駆動電極２５２にそれぞれ供給される互いに位相差を有する２つの駆動信号を生成してそれぞれ供給するものとして構成され、補強板１２３に接続される（端子２２Ａ）第１ゲートドライバ５３Ａと、駆動電極２５１に接続される（端子２２Ｂ）第２ゲートドライバ５３Ｂと、駆動電極２５２に接続される（端子２２Ｃ）第３ゲートドライバ５３Ｃとが設けられている。これら第１、第２、第３ゲートドライバ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃにはそれぞれ、スイッチ５５１，５５４、スイッチ５５２，５５３、スイッチ５５５，５５６が設けられている。また、紙送りの正転時および逆転時に使用される電源５４５，５４６が設けられている。
【０１０３】
これらのスイッチ５５１〜５５４（あるいはスイッチ５５１，５５５，５５６，５５４）は、第１ゲートドライバ５３Ａ、第２ゲートドライバ５３Ｂ、および第３ゲートドライバ５３Ｃにより、圧電素子１２１，１２２に対してブリッジ接続される。このようなブリッジの対角に位置する一対のスイッチ５５１，５５３（またはスイッチ５５１，５５６）で構成されるスイッチ回路と、他の一対のスイッチ５５２，５５４（またはスイッチ５５５，５５４）で構成されるスイッチ回路とは、交互にオンオフ制御される。これにより、電源５４によって印加される所定の電源電圧が交番する矩形波電圧に変換され、圧電アクチュエータ２０に印加される。すなわち、電源５４５，５４６により、駆動電極２５１，２５２と補強板１２３との間で圧電素子１２１，１２２に交流電圧が印加され、ロータ３０が駆動される。
【０１０４】
また、駆動制御装置５０Ｇは、パルスコントロール回路５２から第３ゲートドライバ５３Ｃに入力される基準パルス信号の位相をシフトする位相変換器５２２Ａと、圧電アクチュエータ２０の振動検出に際し、検出電極２６１および検出電極２６２の一方を選択するセレクタ５８とを備えている。
駆動制御装置５０Ｇのその他の構成は第１実施形態における駆動制御装置５０と略同様に構成されている。
【０１０５】
位相変換器５２２Ａは、位相をシフトするものであり、正逆回転回路５２２からの制御信号の入力により、位相をシフトする向きが切替可能に構成されている。
ここで、第１ゲートドライバ５３Ａには、パルスコントロール回路５２から出力された信号がそのまま入力され、第２ゲートドライバ５３Ｂには、インバータＩＶにより電圧レベルが反転された信号が入力される。一方、第３ゲートドライバ５３Ｃには、パルスコントロール回路５２からの信号が位相変換器５２２Ａを介して入力されており、パルスコントロール回路５２から出力された信号の位相が位相変換器５２２Ａにより所定角度変更される。
位相変換器５２２Ａにおける位相シフト量（移相量）は、本実施形態では９０°となっており、この位相シフト量は正逆回転回路５２２からの制御信号により、その正負が切り替えられる。
【０１０６】
正逆回転回路５２２は、正方向への紙送り操作を示す指令値が入力されると、ロータ３０の回転方向を正方向とする制御信号を位相変換器５２２Ａおよびセレクタ５８に入力し、逆方向への紙送り操作を示す指令値が入力されると、ロータ３０の回転方向を逆方向とする制御信号を位相変換器５２２Ａおよびセレクタ５８に入力する。
図２３（Ａ）は、ロータ３０の回転方向が正のときに第１、第２ゲートドライバ５３Ａ，５３Ｂに入力される信号Ｄ１と、第３ゲートドライバ５３Ｃに入力される信号Ｄ２（＋）とを示し、信号Ｄ１の位相が０°のとき、位相変換器５２２Ａの移相量は＋９０°となる。
一方、図２３（Ｂ）は、ロータ３０の回転方向が−のときに第１、第２ゲートドライバ５３Ａ，５３Ｂに入力される信号Ｄ１と、第３ゲートドライバ５３Ｃに入力される信号Ｄ２（−）とを示し、信号Ｄ１の位相が０°のとき、位相変換器５２２Ａの移相量は−９０°となる。
すなわち、信号Ｄ１と信号Ｄ２（＋または−）との間には＋９０°または−９０°の駆動位相差θが与えられており、これら信号Ｄ１，Ｄ２が供給される圧電アクチュエータ２０の第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２の振動挙動も、この駆動位相差θに基くものとなる。
【０１０７】
セレクタ５８は、正逆回転回路５２２から入力される制御信号に基いて、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２の間で、第１振動領域Ｒ１の位相差が遅れている正転時には、検出電極２６１から検出信号Ｓ１をバンドパスフィルタ５６に出力し、第２振動領域Ｒ２の位相差が遅れている逆転時には、検出電極２６２から検出信号Ｓ２をバンドパスフィルタ５６に出力する。
【０１０８】
次に、図２４を参照して圧電アクチュエータ２０の動作について説明する。圧電アクチュエータ２０は、紙送りの指令時に起動され、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２には、駆動制御装置５０Ｇを通じて、正の位相差を有する駆動信号Ｄ１，Ｄ２（＋）あるいは負の位相差を有するＤ１，Ｄ２（−）がそれぞれ供給される（図２３参照）。これにより、各圧電素子１２１，１２２の厚み方向に電界が生じ、圧電素子１２１，１２２は弾性体である補強板１２３とともに、電界の方向と直交する方向、すなわち圧電素子１２１，１２２の径方向に伸縮するいわゆる呼吸振動を励振する。この呼吸振動の腹は振動体１２０Ａの周方向に沿った外周部全体である。
ここで、駆動信号Ｄ１，Ｄ２（＋または−）に位相差があることにより、図９に一点鎖線、二点鎖線で別々に示したように、第１振動領域Ｒ１における振動挙動と第２振動領域Ｒ２における振動挙動とは非対称となる。
このような第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２間における呼吸振動の位相差により、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２は圧電アクチュエータ２０の円中心Ｏに対して偏心する。つまり、二分線Ｌ１と略直交する方向への屈曲変位により、図２４に示したように、圧電アクチュエータ２０中央の孔１２０Ｃの位置が円中心Ｏを通る二分線Ｌ１の両側を往復する。
【０１０９】
このように、圧電アクチュエータ２０は、呼吸振動と屈曲振動との混合モードで励振し、共振状態に近い状態で振動する。
ここで、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２に正の位相差の駆動信号Ｄ１，Ｄ２（＋）が供給されるとき、すなわち第１振動領域Ｒ１内には位相差進み駆動信号Ｄ１が供給され、第２振動領域Ｒ２内には位相差遅れ駆動信号Ｄ２（＋）が供給されるときは、突起１２３１Ａの振動軌跡は、図２４に＋で示したような、二分線Ｌ１に対して傾斜した略楕円状の軌跡となる。この振動軌跡との接線方向にロータ３０が間欠駆動され、突起１２３１Ａが所定の駆動周波数で楕円運動を続けることにより、紙送りローラ８０の回転軸８０Ｂは正方向に所定の速度で回転する。
【０１１０】
逆に、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２に負の位相差の駆動信号Ｄ１，Ｄ２（−）が供給されるとき、すなわち第１振動領域Ｒ１内には位相差遅れ駆動信号が供給され、第２振動領域Ｒ２内には位相差進み駆動信号が供給されるときは、突起１２３１Ａの振動軌跡は、図２４に−で示したように、二分線Ｌ１に対する傾斜の向きが＋の軌跡とは異なる略楕円状の軌跡となる。この−で示した軌跡と前述の＋で示した軌跡とは、二分線Ｌ１について略線対称であり、かつ互いに逆回りとなっている。これにより、回転軸８０Ｂが逆方向に回転する。
本実施形態によっても、前述した各実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態では、回転軸８０Ｂを直接駆動するものとしていたが、これに限らず、第７実施形態の圧電アクチュエータユニット１０のように、圧電アクチュエータ１２０をロータ３０、減速輪列４０などとユニット化し、紙送りローラ８０に設けられたギアに駆動力を伝達してもよい。また、本実施形態で示した圧電アクチュエータ１２０は、第１実施形態で示したような電子時計１における指針の駆動に利用してもよい。
【０１１１】
以上、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御に関し、各種の圧電アクチュエータおよび電子機器への適用例を示したが、駆動パルス信号のパルス幅として選択される設定パルス幅を決める際に参照される被駆動体の駆動量、圧電アクチュエータの振動状態を規定する電流値などは、前記各実施形態で示したものに限定されない。よって、第１パルス幅、第２パルス幅、第３パルス幅の具体的な数値も前記各実施形態に何ら限定されない。
【０１１２】
また、前記各実施形態では、一定期間ｔにおける駆動パルス信号の各設定パルス幅が選択される期間ｔ−ｎ、ｔ−ｗなどの比率が可変とされることにより、ロータ３０の回転数が自在に調整されていたが（スピードコントロール）、このような駆動パルス信号の各設定パルス幅選択期間ｔ−ｎ、ｔ−ｗ等の比率により、温度や負荷などの駆動条件が変化して駆動に適する周波数が変動した際などでも、圧電アクチュエータを所定の振動状態に保ち、また、被駆動体を所定の駆動状態に保つことが可能となる。
【０１１３】
さらに、設定パルス幅の数に関して、前記各実施形態では、２値または３値であったが、制御信号源から出力される制御信号の電圧レベルを多値化することなどで、設定パルス幅を４値、５値などとすることも検討できる。
【０１１４】
また、前記各実施形態において圧電アクチュエータ２０の具体的な構成や、駆動制御装置５０において本発明の主要部となる構成以外、例えば、電圧制御発振器５１や各スイッチ５５１〜５５８等の構成は実施にあたって適宜決められる。
なお、前記各実施形態では、パルス幅選択手段において、デットタイムが生成されていたが、パルス幅選択手段と、デットタイムを生成する手段とは、別々の回路やソフトウェアなどで構成されていてもよい。
【０１１５】
また、本発明は、前記実施形態の電子時計に適用されるものに限らず、各種の電子機器に適用可能であり、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、非接触ＩＣカード、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、プリンタの紙送り機構、乗り物並びに人形などの玩具類の駆動機構、超音波モータ等に本発明の駆動手段を用いてもよい。
【０１１６】
また、前記各実施形態では、圧電アクチュエータを電子時計１の時刻表示針（指針）の駆動に用いていたが、これに限らず、電子時計１の日付表示機構の駆動に用いてもよい。
また、時計の種類は腕時計に限定されず、懐中時計、掛け時計、置時計などに本発明を適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。
【０１１７】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１実施形態における時計の外観図。
【図２】前記実施形態における圧電アクチュエータユニットの斜視図。
【図３】前記実施形態における圧電アクチュエータユニットの平面図。
【図４】前記実施形態における圧電アクチュエータの駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図５】前記実施形態における振動体について、（Ａ）は、駆動周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は、駆動周波数と縦振動および屈曲振動の振幅との関係を示すグラフ。
【図６】前記実施形態における駆動制御装置のタイミングチャート。
【図７】前記実施形態における駆動パルス信号の波形を示す図。
【図８】前記実施形態において、駆動パルス信号のデューティ比と、ロータ回転数および圧電素子に流れる電流値との関係を示すグラフ。
【図９】本発明の第２実施形態における圧電アクチュエータの駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図１０】前記実施形態における駆動制御装置のタイミングチャート。
【図１１】本発明の第３実施形態における駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第４実施形態における駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第５実施形態における駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の第６実施形態における駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の第７実施形態におけるプリンタの概略構成図。
【図１６】前記実施形態における駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図１７】前記実施形態における位置制御器の出力と、ロータの位置とを示すタイミングチャート。
【図１８】本発明の第１変形例におけるプリンタの概略構成図。
【図１９】本発明の第２変形例におけるプリンタの概略構成図。
【図２０】前記変形例における圧電アクチュエータの斜視図。
【図２１】前記変形例における圧電アクチュエータの平面図。
【図２２】前記変形例における駆動制御装置の構成を示すブロック図。
【図２３】前記変形例における圧電アクチュエータの駆動信号の位相差を示す波形図。
【図２４】前記変形例における圧電アクチュエータの動作を示す平面図。
【図２５】駆動信号の周波数掃引時の位相差、ロータの回転数（駆動量）、電流値の変化を示すグラフ。
【図２６】駆動信号のパルス幅掃引時のロータの回転数（駆動量）、電流値の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【０１１９】
１・・・電子時計（電子機器）、２・・・ムーブメント（計時部）、３・・・文字板（計時情報表示部）、４・・・時針（計時情報表示部）、５・・・分針（計時情報表示部）、６・・・秒針（計時情報表示部）、７Ａ・・・秒クロノグラフ針（計時情報表示部）、７Ｂ・・・分クロノグラフ針（計時情報表示部）、８・・・プリンタ（電子機器）、２０，１２０・・・圧電アクチュエータ、２０Ａ，１２０Ａ・・・振動体、２２，１２１，１２２・・・圧電素子、２２Ａ・・・端子、２２Ｂ・・・端子、２２Ｃ・・・端子、３０・・・ロータ（被駆動体）、５０，５０Ａ〜５０Ｇ・・・駆動制御装置、５２・・・パルスコントロール回路、５３・・・ゲートドライバ、６６・・・ＰＷＭ信号源（制御信号源）、８０Ｂ・・・回転軸（被駆動体）、５５１〜５５８・・・スイッチ、Ｂ・・・制御パルス信号（制御信号）、ｄ１・・・第１駆動状態、ｄ２・・・第２駆動状態、ｄ３・・・第３駆動状態、Ｅ・・・略楕円軌跡、Ｉ・・・駆動パルス信号（駆動信号）、Ｎｒ・・・第１設定パルス幅、Ｍｄ・・・第３設定パルス幅、Ｗｄ・・・第２設定パルス幅、ｔ・・・一定期間、ｔ−ｎ・・・第１パルス幅選択期間、ｔ−ｍ・・・第３設定パルス幅選択期間、ｔ−ｗ・・・第２設定パルス幅選択期間。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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