(57)【要約】【課題】駆動制御を容易に実施できる圧電アクチュエータの提供。【解決手段】圧電アクチュエータ２０は、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２に入力する駆動信号Ｄ１，Ｄ２の位相差（駆動位相差）の正負の切替により、ロータを正方向および逆方向の両方に駆動可能であり、第１振動領域Ｒ１および第２振動領域Ｒ２のうち少なくとも位相遅れ駆動信号が供給される方に設けられた検出電極（２６１または２６２）により振動状態が検出され、この振動信号（Ｓ１またはＳ２）の駆動信号Ｄ１に対する位相差（検出位相差）を基に駆動制御されているので、単調増加または単調減少となる位相差特性を得ることができる。この検出位相差を駆動制御の設定値として駆動制御できるため、複雑なアルゴリズムを必要としないので回路規模が大きくならず、駆動信号の周波数制御を容易に実施することができる。【選択図】図９
2007221924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の圧電素子を備え、当該圧電素子の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータであって、
前記圧電素子を直径方向に沿って二分する二分線の両側の第１振動領域および第２振動領域には、それぞれ、駆動信号が供給される１つ以上の駆動電極が前記二分線について略線対称に設けられ、
前記駆動信号として、互いに所定の駆動位相差を有する２つがあり、前記駆動信号のうち互いの間で位相が進んでいる位相進み駆動信号が前記第１振動領域および前記第２振動領域の一方に供給され、前記駆動信号のうち互いの間で位相が遅れている位相遅れ駆動信号が前記第１振動領域および前記第２振動領域の他方に供給され、
前記第１振動領域および前記第２振動領域のうち少なくとも前記位相遅れ駆動信号が供給される方に、前記圧電素子の振動状態を検出して振動信号を出力する検出電極が設けられ、
前記位相進み駆動信号および前記位相遅れ駆動信号の一方と、前記振動信号との位相差である検出位相差に基いて駆動制御が行われる
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記駆動位相差の正負が切替可能に構成され、
前記検出電極は、前記第１振動領域および前記第２振動領域の両方にそれぞれ、前記二分線について略線対称にまたは前記圧電素子の円中心に対して互いに略点対称に配置されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記検出電極は、前記圧電素子の周方向に沿う形状とされている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記検出電極は、前記圧電素子の略中心に形成された孔の周縁に沿って配置されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【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において、
前記圧電素子を有する円環状の振動部と、前記振動部に連設され当該振動部を振動可能に支持する一対の支持部とを備え、
前記各支持部は、前記振動部の外周部における前記二分線と略直交する位置に設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
円環状の圧電素子を備え、前記圧電素子を直径方向に沿って二分する二分線の両側の第１振動領域および第２振動領域にそれぞれ、駆動信号が供給される１つ以上の駆動電極が前記二分線について略線対称に設けられるとともに、前記第１振動領域および前記第２振動領域の少なくとも一方に、前記圧電素子の振動状態を検出して振動信号を出力する検出電極が設けられた圧電アクチュエータ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、
前記駆動信号として、互いに所定の駆動位相差を有する２つを設け、前記駆動信号のうち互いの間で位相が進んでいる位相進み駆動信号を前記第１振動領域および前記第２振動領域の一方に供給し、前記駆動信号のうち互いの間で位相が遅れている位相遅れ駆動信号を前記第１振動領域および前記第２振動領域の他方に供給し、
前記位相進み駆動信号および前記位相遅れ駆動信号の一方と、前記振動信号との位相差である検出位相差を基に前記駆動信号の周波数を可変制御する
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７】
請求項６に記載の圧電アクチュエータの駆動制御方法において、
前記駆動位相差の正負を切替可能に構成し、
前記検出電極を、前記第１振動領域および前記第２振動領域の両方にそれぞれ、前記二分線について略線対称にまたは前記圧電素子の円中心に対して互いに略点対称に設け、
前記駆動位相差の正負の切替に応じて、前記第１振動領域および前記第２振動領域のうち前記位相遅れ駆動信号が供給される方に設けられた前記検出電極を用いる
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８】
請求項１から５のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えた
ことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項８に記載の電子機器は、計時部と、この計時部で計時された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。
【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、圧電アクチュエータの駆動制御方法、および電子機器に関する。
【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、応答性に優れているため、近年、圧電素子の振動を伝達して被駆動体を駆動する圧電アクチュエータが開発されている。
ここで、円環状の圧電素子を用いた圧電アクチュエータが知られ（特許文献１）、このような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。
この圧電アクチュエータの駆動方法は、圧電素子の直径方向に沿った二分線の両側にそれぞれ駆動電極を設け、これらの駆動電極に所定の位相差で駆動信号を供給し、圧電アクチュエータを共振状態とする。これにより、圧電アクチュエータは、各駆動電極が設けられた領域ごとに圧電素子の径方向に沿って内側から外側に、外側から内側に往復する呼吸振動と、各領域間における呼吸振動の位相差により二分線両側の領域が二分線と直交する方向に偏心揺動する屈曲振動とを励振する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８６８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような従来の円環型圧電アクチュエータの駆動では、圧電アクチュエータに生じた振動を検出していないため、共振状態を正確に捉えることができず、効率の良い駆動が難しい。そこで、振動を検出する検出電極を圧電素子に設け、その振動状態に基いて駆動周波数を制御することが考えられる。このように駆動周波数を制御する際は、駆動周波数を直接的に変化させると駆動の不安定を招くため、駆動信号に対する振動信号の位相差をフィードバックすることを通じて、駆動周波数を追従変化させる。つまり、駆動信号に対する振動信号の位相差が駆動制御の指標であり、この位相差が単調増加または単調減少でないと駆動周波数を上下する向きを規定できず、駆動制御が難しくなるが、検出電極を設ける位置などによっては、この位相差が単調増加または単調減少にならない。このような困難性から、従来、円環状の圧電アクチュエータにおいては、検出電極が設けられていなかった。このため、駆動周波数制御が適切に行われないことにより、圧電アクチュエータが過剰に励振して破損するなどのおそれがあった。
【０００５】
以上に鑑みて、本発明の目的は、駆動制御を容易に行うことができる圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの駆動制御方法、および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧電アクチュエータは、円環状の圧電素子を備え、当該圧電素子の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエータであって、前記圧電素子を直径方向に沿って二分する二分線の両側の第１振動領域および第２振動領域には、それぞれ、駆動信号が供給される１つ以上の駆動電極が前記二分線について略線対称に設けられ、前記駆動信号として、互いに所定の駆動位相差を有する２つがあり、前記駆動信号のうち互いの間で位相が進んでいる位相進み駆動信号が前記第１振動領域および前記第２振動領域の一方に供給され、前記駆動信号のうち互いの間で位相が遅れている位相遅れ駆動信号が前記第１振動領域および前記第２振動領域の他方に供給され、前記第１振動領域および前記第２振動領域のうち少なくとも前記位相遅れ駆動信号が供給される方に、前記圧電素子の振動状態を検出して振動信号を出力する検出電極が設けられ、前記位相進み駆動信号および前記位相遅れ駆動信号の一方と、前記振動信号との位相差である検出位相差に基いて駆動制御が行われることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御方法は、円環状の圧電素子を備え、前記圧電素子を直径方向に沿って二分する二分線の両側の第１振動領域および第２振動領域にそれぞれ、駆動信号が供給される１つ以上の駆動電極が前記二分線について略線対称に設けられるとともに、前記第１振動領域および前記第２振動領域の少なくとも一方に、前記圧電素子の振動状態を検出して振動信号を出力する検出電極が設けられた圧電アクチュエータ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、前記駆動信号として、互いに所定の駆動位相差を有する２つを設け、前記駆動信号のうち互いの間で位相が進んでいる位相進み駆動信号を前記第１振動領域および前記第２振動領域の一方に供給し、前記駆動信号のうち互いの間で位相が遅れている位相遅れ駆動信号を前記第１振動領域および前記第２振動領域の他方に供給し、前記位相進み駆動信号および前記位相遅れ駆動信号の一方と、前記振動信号との位相差である検出位相差を基に前記駆動信号の周波数を可変制御することを特徴とする。
【０００８】
この円環型の圧電アクチュエータは、互いに所定の駆動位相差を有する駆動信号が第１、第２振動領域内にそれぞれ供給されることにより、第１、第２振動領域ごとに圧電素子の径方向に拡縮する呼吸振動と、第１、第２振動領域間における呼吸振動の位相差により二分線の両側の領域が二分線と直交する方向に偏心する屈曲振動とを励振する。そして、圧電アクチュエータの一部が楕円状の軌跡で運動するため、この部分に被駆動体を配置することによって、楕円軌跡との接線方向に被駆動体を高効率で駆動することができる。このような圧電アクチュエータにおいて、駆動信号に対する振動信号の検出位相差を基に駆動制御しようとした場合、駆動信号が所定の駆動位相差を有し、圧電素子における歪の分布が二分線について非対称であることから、検出電極を圧電素子の何処に配置するかについて決めかねるという問題がある。
【０００９】
ここで、駆動位相差（例えば９０°）と、検出電極を設ける位置との関係について、本件出願人が鋭意探求した結果、位相遅れ駆動信号が供給される振動領域に検出電極を設け、この検出電極が出力する振動信号と駆動信号との検出位相差を得ることにより、駆動効率が良好な範囲において、検出位相差が単調増加または単調減少になるという新たな知見を得た。
すなわち、前記の発明によれば、振動信号と駆動信号との位相差特性を単調増加または単調減少とすることができ、この検出位相差に基いて、複雑なアルゴリズムを必要とすることなく、駆動信号の周波数制御を容易に実施することができる。そして、このように駆動信号の周波数を制御することにより、周囲温度の変化や、連続駆動による発熱、被駆動体との摩擦による経時変化などによる共振点の変動にも対応でき、安定的に駆動できる。
そして、このように駆動信号の周波数制御を振動信号と駆動信号との検出位相差のみで規定できるため、駆動回路の構成を簡略にでき、これによって、低コスト化できるとともに、故障発生も低減できるなど信頼性を向上させることができる。
なお、第１、第２振動領域には、複数の駆動電極が含まれていてもよい。
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記駆動位相差の正負が切替可能に構成され、前記検出電極は、前記第１振動領域および前記第２振動領域の両方にそれぞれ、前記二分線について略線対称にまたは前記圧電素子の円中心に対して互いに略点対称に配置されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御方法では、前記駆動位相差の正負を切替可能に構成し、前記検出電極を、前記第１振動領域および前記第２振動領域の両方にそれぞれ、前記二分線について略線対称にまたは前記圧電素子の円中心に対して互いに略点対称に設け、前記駆動位相差の正負の切替に応じて、前記第１振動領域および前記第２振動領域のうち前記位相遅れ駆動信号が供給される方に設けられた前記検出電極を用いることが好ましい。
【００１２】
ここで、第１、第２振動領域にそれぞれ供給される駆動信号の駆動位相差の正負の切替によって、圧電アクチュエータの振動挙動が二分線について略線対称に切り替えられ、被駆動体が正方向および逆方向に駆動される。また、このように二相の駆動信号間の位相差の正負が切り替えられると、位相差進み駆動信号と位相差遅れ駆動信号とが相互に入れ替わるが、第１、第２振動領域のうち位相差遅れ駆動信号が供給される側に設けられた検出電極を使用することは前述と同様である。
【００１３】
前述のように、駆動信号が所定の駆動位相差を有し、圧電素子における歪の分布が二分線に対して非対称であるため、もし検出電極が第１、第２振動領域の片方にしか設けられていないとすると、駆動位相差の正負が切替わった際に振動状態を適切に検出することが困難となるが、本発明によれば、駆動位相差の正負が切替わっても、検出電極の一方を用いることによって、駆動制御を問題なく行うことができる。
また、各検出電極が対称に設けられ、駆動位相差が正の場合でも負の場合でも歪を同様に検出できるので、検出位相差に基いて駆動信号の周波数を制御することにより、駆動位相差が正の場合と負の場合とにおける駆動性能を略同等にすることなどが可能となる。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記検出電極は、前記圧電素子の周方向に沿う形状とされていることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、検出電極が圧電素子の周方向に沿う形状とされているので、圧電素子の径方向に拡縮する呼吸振動モードだけでなく、この呼吸振動の第１、第２振動領域における位相差により第１、第２振動領域が二分線と直交する方向に偏心する偏心モードについても、検出電極が設けられた部位における受動的な歪として各検出電極によって検出可能となる。すなわち、偏心モードは圧電素子の円中心が二分線と直交する方向に往来する状態であって、検出電極が周方向に沿っていることにより、第１、第２振動領域のうち一方では外周側が内周側に近接し、他方では内周側が外周側に近接する状態を検知できるので、偏心モードの変位を検出できる。このように、検出電極により、呼吸振動モードと偏心モードとの両方の振動状態を検出でき、これに基いて駆動信号の周波数を適切に制御できる。また、検出電極が設けられた圧電素子の部位に、呼吸振動による歪と偏心による歪とが重畳するので、振動信号の電圧を大きく確保でき、振動状態を良好に検出できる。
【００１６】
ここで、圧電素子の径方向における検出電極の幅寸法は、二分線に沿った方向における検出電極の長さ寸法よりも小さいことが好ましい。これにより、呼吸振動による変位と比べて変位量が小さい偏心による変位を良好に検出でき、検出位相差に基く駆動制御を適切に行うことができる。
【００１７】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記検出電極は、前記圧電素子の略中心に形成された孔の周縁に沿って配置されていることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、円環状である圧電素子の孔の周縁、すなわち圧電素子の内周部に検出電極が配置されており、振動の腹となる圧電素子の外周側には駆動電極を配置してこの駆動電極が設けられた部位を能動的に変位させることができるので、検出電極を設けることによって圧電アクチュエータの出力が低下することを防止できる。
また、駆動電極や検出電極は、圧電素子の表面にめっき、スパッタ、蒸着などで形成した電極をエッチング溝などで分割することなどで形成されるが、圧電素子の周方向に沿ってエッチング溝を１本形成することで駆動電極と検出電極とを分割形成する場合、検出電極を外周側に配置した場合は内周側に配置した場合と比べて検出電極が大面積となり、そのぶん駆動電極の面積が小さくなる。これは出力の関係上、得策ではないことからも、検出電極を圧電素子の内周側に配置することが好ましい。
【００１９】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記圧電素子を有する円環状の振動部と、前記振動部に連設され当該振動部を振動可能に支持する一対の支持部とを備え、前記各支持部は、前記振動部の外周部における前記二分線と略直交する位置に設けられていることが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、第１、第２振動領域それぞれにおける周方向略中央で振動部が支持されることにより、第１、第２振動領域ごとに振動をバランスよく励振でき、振動部が支持されることによる振動の減衰を極力抑制できる。
なお、振動部の構造としては、例えば、２つの圧電素子の間に円環状の補強板が介装されたものを例示でき、この場合、金属板のプレスなどにより、補強板に支持部を容易に形成できる。
【００２１】
本発明の電子機器は、前述の圧電アクチュエータのいずれか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、駆動制御に適した位相差特性を得ることができるから、駆動制御を容易に実施でき、低コスト化を促進できるとともに、信頼性向上にも繋げることができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、計時部と、この計時部で計時された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。
ここで、圧電アクチュエータは、例えば、カレンダや時分秒などの表示装置における駆動部として組み込まれる。当該圧電アクチュエータは円環状の圧電素子を備えるため特にトルクが大きく、分厚い指針や日車なども駆動可能となるので、時計の重厚感および高級感を高めることができる。また、駆動周波数の制御により安定駆動できるため、周囲温度の変化や姿勢変化により振動特性が変化しやすい腕時計にも好適である。
なお、時計に圧電アクチュエータを組み込む利点としては、ステッピングモータなどと比べて、磁気の影響を受けない、応答性が高く微小送りが可能、小型化・薄型化に有利、高トルクなどが挙げられる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、検出電極による振動信号と駆動信号との位相差が駆動制御に適したものとなるので、この位相差に基き、駆動制御を容易に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、以降の説明では、既に説明した構成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化する。
【００２５】
［１．全体構成］
図１は、本実施形態に係る電子時計１の外観図である。電子時計１は、計時部としてのムーブメント２と、時分秒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、文字板３に設けられた窓部３Ａから日付を表示する日付表示装置１０を備えた腕時計（ウォッチ）である。
【００２６】
［２．日付表示装置の構成］
図２は、底板１Ａに支持された日付表示装置１０を示す平面図である。日付表示装置１０は、圧電アクチュエータ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、減速輪列４０を介して伝達される駆動力により回転する日車５０とを備えて大略構成されている。
ロータ３０は、日の変わり目、あるいは日付補正時に圧電アクチュエータ２０により回転駆動される。ロータ３０には、板バネ３１が設けられ、この板バネ３１によってロータ３０が圧電アクチュエータ２０側に付勢されることで、圧電アクチュエータ２０とロータ３０との間に適切な摩擦力が発生し、圧電アクチュエータ２０のロータ３０への振動の伝達効率が良好となっている。
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、歯車４１に噛合する日回し中間車４２と、日回し車４３とで構成されている。
【００２７】
なお、底板１Ａの下方（裏側）には、水晶振動子が発振するパルス信号で動作するステッピングモータや（図示せず）、ステッピングモータに接続されて時針４、分針５、秒針６を駆動する運針輪列（図示せず）や、電池１Ｂ等が設けられている。電池１Ｂは、ステッピングモータや圧電アクチュエータ２０、圧電アクチュエータ２０に交流電圧を印加する駆動回路（図示せず）などの各回路に電力を供給する。
【００２８】
日回し中間車４２は、大径部４２１と小径部４２２とから構成されている。小径部４２２は、大径部４２１よりも若干小径の円筒形であり、その外周面には、略正方形状の切欠部４２３が形成されている。この小径部４２２は、大径部４２１に対し、同心をなすように固着されている。大径部４２１には、ロータ３０の上部の歯車４１が噛合していることにより、日回し中間車４２は、ロータ３０の回転に連動して回転する。
【００２９】
日回し中間車４２の側方の底板１Ａには、板バネ４２４が設けられており、この板バネ４２４の基端部が底板１Ａに固定され、先端部が略Ｖ字状に折り曲げられて形成されている。板バネ４２４の先端部は、日回し中間車４２の切欠部４２３に出入可能に設けられている。板バネ４２４に近接した位置には、接触子４２５が配置されており、この接触子４２５は、日回し中間車４２が回転し板バネ４２４の先端部が切欠部４２３に入り込んだときに、板バネ４２４と接触するようになっている。そして、板バネ４２４には、所定の電圧が印加されており、板バネ４２４が接触子４２５に接触すると、その電圧が接触子４２５にも印加される。従って、接触子４２５の電圧を検出することによって、日送り状態を検出でき、日車５０の１日分の回転量が検出できる。
【００３０】
なお、日車５０の回転量は、板バネ４２４や接触子４２５を用いたものに限らず、ロータ３０や日回し中間車４２の回転状態を検出して所定のパルス信号を出力するものなどを利用でき、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、ＭＲセンサ等の各種の回転エンコーダ等が利用できる。
【００３１】
日車５０は、リング状であり、その内周面に内歯車５１が形成されている。日回し車４３は、五歯の歯車を有しており、日車５０の内歯車５１に噛合している。また、日回し車４３の中心には、シャフト４３１が設けられており、このシャフト４３１は、底板１Ａに形成された貫通孔１Ｃに遊挿されている。貫通孔１Ｃは、日車５０の周回方向に沿って長く形成されている。そして、日回し車４３およびシャフト４３１は、底板１Ａに固定された板バネ４３２によって図２の右上方向に付勢されている。この板バネ４３２の付勢作用によって日車５０の揺動も防止される。
【００３２】
［３．圧電アクチュエータの構成］
次に、圧電アクチュエータ２０について説明する。圧電アクチュエータ２０は、日付の変わり目に、あるいは、日付補正時に起動され、交流電圧による二相の駆動信号が供給されることにより、ロータ３０を駆動する。なお、ロータ３０と圧電アクチュエータ２０とは、平面的に並べて配置されている。
図３は、図２の部分拡大図であり、図４は、圧電アクチュエータ２０の斜視図である。
【００３３】
圧電アクチュエータ２０は、図４に示すように、中央に孔２０Ｃを有する円環状であり、補強板２３の表裏に圧電素子２１，２２が積層された圧電振動体２０Ａと、駆動制御回路１００（図６）が実装された図示しない回路基板とを備えている。
圧電アクチュエータ２０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５）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。
【００３４】
圧電素子２１，２２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（登録商標））、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から任意に選択した材料により、円環状に形成されている。
これらの圧電素子２１，２２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、圧電振動体２０Ａの振動状態を検出する検出電極２６１とが設けられている。圧電アクチュエータ２０の駆動時、検出電極２６１が設けられた部位も変位して誘電分極が生じることにより、この検出電極２６１から、変位（歪）の状態に応じた交流電圧が駆動信号と同じ周波数で振動信号として出力される。この振動信号の電圧は、圧電アクチュエータ２０が共振状態の場合、例えば駆動信号の電圧の１０倍程度と高くなっている。
【００３５】
一方、第２振動領域Ｒ２にも、二分線Ｌ１を挟んで、振動領域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。
このように、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２の両方にそれぞれ設けられた検出電極２６１，２６２は、いずれも、孔２０Ｃの周縁に沿って、圧電素子２１，２２の周方向に沿う形状であり、また、圧電素子２１，２２の径方向における幅寸法Ｗよりも、二分線Ｌ１に沿った方向における長さ寸法Ｌの方が大きくなっている。
【００３６】
これらの駆動電極２５１，２５２および検出電極２６１，２６２は、具体的に、圧電素子２１，２２の表面にニッケルあるいは金などによるめっき、スパッタ、蒸着等をして電極面を形成し、この電極面をエッチング等による溝２７１〜２７３によって分割することにより形成されている。すなわち、二分線Ｌ１に沿った溝２７１，２７２により、第１振動領域Ｒ１と第２振動領域Ｒ２とが分けられ、周方向に沿った溝２７３により、駆動電極２５１と検出電極２６１とが、また、駆動電極２５２と検出電極２６２とが、それぞれ分けられている。
なお、底板１Ａと対向する圧電素子２２も、表側の圧電素子２１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２１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２０Ｃの中を通した導線２８０，２８１，２８２，２８３により、駆動制御回路１００（図６）に接続されている。このように孔２０Ｃの中に配線を通すことにより、振動体をコンパクトに設置することができる。また圧電アクチュエータ２０は円環状でかつ薄型であるため、孔２０Ｃの中に指針を通すこともでき、従来は困難であった多針表示も可能である。
【００３７】
補強板２３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２１，２２が接着される円環状の本体２３１と、本体２３１に連設されて本体２３１を振動可能に支持する一対の支持固定部２３２とを一体に有する。この補強板２３は、圧電素子２１，２２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２３１は、圧電素子２１，２２への電圧印加により振動し、圧電素子２１，２２と共に振動部２０Ｂを構成する。本体２３１の二分線Ｌ１両端側には、二分線Ｌ１に沿って突出する突起２３１Ａ，２３１Ｂがそれぞれ形成され、一方の突起２３１Ａがロータ３０の側面に当接される。このとき、突起２３１Ａ，２３１Ｂは、ロータ３０外周に対する法線上に配置される。
【００３８】
支持固定部２３２は、底板１Ａにネジ２３２Ｃ（図４）で固定される固定部２３２Ｂと、振動部２０Ｂ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２３２Ｅおよび底板１Ａに設けられた切り欠き部２８５によって自由に振動することができる部位２３２Ｄからなる可振動部２３２Ａと、からなっている。可振動部２３２Ａを設けることにより、振動部２０Ｂの振動エネルギーの固定部２３２Ｂへの伝達を低減でき、駆動効率の向上を図ることができる。
【００３９】
［４．圧電アクチュエータの駆動制御回路の構成および作用］
図６は、圧電アクチュエータ２０の駆動制御回路１００のブロック図である。駆動制御回路１００は、大別して、波形整形・インピーダンス整合部１１０、フィルタ・移相部１２０、電力増幅部１３０、圧電アクチュエータ２０に駆動信号を供給する駆動部１４０、および速度調整手段１５０を備えて構成されている。
速度調整手段１５０は、ロータ３０の回転量を検出する接触子４２５と、ロータ３０の目標回転速度を設定する目標値設定部１５１と、接触子４２５で検出された回転速度および前記目標値の差に基づく制御信号を出力するＣＰＵからなる制御指示部１５２と、駆動信号制御部１６０とを備えている。
【００４０】
波形整形・インピーダンス整合部１１０は、具体的な回路図は省略するが、保護ダイオードや、抵抗、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、カップリングコンデンサなどを備えて構成されている。波形整形・インピーダンス整合部１１０の入力端子には、圧電アクチュエータ２０に設けられた検出電極２６１，２６２のいずれかがスイッチ１１１を介して接続される。スイッチ１１１は、正逆切替信号源１４２からの制御信号により切り替えられる。
【００４１】
なお、圧電アクチュエータ２０の検出用電極２６１，２６２から得られた検出信号は、出力インピーダンスが非常に高い。また、駆動条件によっては想定電位の範囲を超える電位が出力される場合もある。このため、検出信号は、図示略の保護ダイオードを介して、ＦＥＴに入力されている。この信号は、ＦＥＴで増幅され、次段のフィルタ・移相部１２０に信号を伝達するのに充分な電流が得られる。ここで、波形整形・インピーダンス整合部１１０に入力される検出信号の波形を図７（Ｂ）に示し、波形整形・インピーダンス整合部１１０の出力信号の波形を図７（Ｃ）に示す。
【００４２】
フィルタ・移相部１２０は、波形整形・インピーダンス整合部１１０からの入力信号を積分し、検出信号の急激な変動を吸収する積分回路や、検出信号の不要な低周波成分を除去するハイパスフィルタなどを備えて構成されている。このような構成では、積分回路のローパス特性により、フィルタ・移相部１２０全体としてはバンドパス特性となっている。
【００４３】
フィルタ・移相部１２０の出力信号の波形を図７（Ｄ）に示す。フィルタ・移相部１２０は、図７（Ｂ）に示す検出信号の位相を、圧電アクチュエータ２０の共振周波数付近で図７（Ｄ）の様に所定角度変化させる。この所定角度は、フィルタ・移相部１２０の設定値として予め設定されている。
フィルタ・移相部１２０で変化させる位相の所定角度は、具体的には圧電アクチュエータ２０の駆動特性および要求される駆動条件に応じて、略最大効率の駆動状態となる駆動周波数を実現するように設定される。なお、圧電アクチュエータ２０の共振周波数は、圧電素子２１，２２や補強板２３の材料特性や寸法などによって設定される。例えば、本実施形態では、圧電アクチュエータ２０の共振周波数は、約１０８〜約１１０ｋＨｚとなっている。
なお、共振状態では、略最大の駆動効率となるが、共振点付近であれば、圧電アクチュエータ２０として駆動可能である。ただし、圧電アクチュエータ２０は共振を利用するものであるため、共振点から大きく外れると、圧電アクチュエータ２０の振動振幅が非常に小さくなり、ロータ３０を殆ど駆動できない。
本実施形態では、フィルタ・移相部１２０による移相量は所定の値に決められ、予めメモリに記憶されている。ただし、圧電アクチュエータ２０の起動時に、実際にロータ３０を駆動することなどで駆動に適した移相量を実測し、この際に求めた移相量をフィルタ・移相部１２０に設定してもよい。
【００４４】
電力増幅部１３０は、演算増幅器や、抵抗、ＦＥＴで構成されるプッシュプル回路、出力側抵抗などを備えて構成されている。
フィルタ・移相部１２０から出力された信号は、電力増幅部１３０において電圧および電流が増幅され、出力される。出力された信号は、駆動部１４０を介して圧電アクチュエータ２０の駆動電極２５１，２５２に入力される。演算増幅器の出力信号を図７（Ｅ）に示し、駆動信号制御部１６０の駆動信号を図７（Ｆ）に示す。
【００４５】
駆動部１４０は、電力増幅部１３０からの出力信号の位相を変化させる移相部１４１と、移相部１４１の移相の向きを切り替える正逆切替信号源１４２と、圧電アクチュエータ２０に交番する駆動電圧として駆動信号を供給する２つのドライバ１４３，１４４とを備えている。一方のドライバ１４３は、圧電アクチュエータ２０の第１振動領域Ｒ１に設けられた駆動電極２５１に接続され、他方のドライバ１４４は、圧電アクチュエータ２０の第２振動領域Ｒ２に設けられた駆動電極２５２に接続されている。
【００４６】
ここで、ドライバ１４３には、電力増幅部１３０から出力された信号がそのまま入力され、この信号がドライバ１４３で交番電圧とされて圧電アクチュエータ２０に供給されるが、ドライバ１４４には、電力増幅部１３０から出力された信号が移相部１４１を介して入力されており、電力増幅部１３０から出力された信号の位相が所定角度変更される。
移相部１４１における移相量は、本実施形態では９０°となっており、この移相量は正逆切替信号源１４２からの制御信号により、その正負が切り替えられる。
【００４７】
正逆切替信号源１４２は、日の変わり目を示す指令値の入力により、ロータ３０の回転方向を正方向＋（図３）とする制御信号を移相部１４１に入力し、一方、日付補正時に応じた指令値の入力により、ロータ３０の回転方向を逆方向−（図３）とする制御信号を移相部１４１に入力する。
図８（Ａ）は、ロータ３０の回転方向が＋のときにドライバ１４３，１４４にそれぞれ入力される信号Ｄ１，Ｄ２（＋）を示し、信号Ｄ１の位相が０°のとき、移相部１４１の移相量は＋９０°となる。このとき、信号Ｄ１，Ｄ２（＋）の間において、信号Ｄ１を位相差進み駆動信号といい、信号Ｄ２（＋）を位相差遅れ駆動信号という。
一方、図８（Ｂ）は、ロータ３０の回転方向が−のときにドライバ１４３，１４４にそれぞれ入力される信号Ｄ１，Ｄ２（−）を示し、信号Ｄ１の位相が０°のとき、移相部１４１の移相量は−９０°となる。このとき、信号Ｄ１，Ｄ２（−）の間において、信号Ｄ１を位相差遅れ駆動信号といい、信号Ｄ２（−）を位相差進み駆動信号という。
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Ｘ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Ｘに基くものとなる。
なお、図８（Ａ）、（Ｂ）に示した波形は、図７（Ｆ）に基くが、これよりも模式的に示されている。
【００４８】
また、正逆切替信号源１４２は、ロータ３０の回転方向に応じてスイッチ１１１を切り替えており、このスイッチ１１１の切り替えにより、ロータ３０の＋方向への正転時には圧電アクチュエータ２０の検出電極２６１が波形整形・インピーダンス整合部１１０に接続され、ロータ３０の−方向への逆転時には圧電アクチュエータ２０の検出電極２６２が波形整形・インピーダンス整合部１１０に接続される。
【００４９】
次に、速度調整手段１５０において、接触子４２５からの検出信号は、制御指示部１５２に送られ、ロータ３０の回転速度が検出される。また、制御指示部１５２には、ロータ３０の目標回転速度を設定する目標値設定部１５１からの目標値も入力される。この目標値設定部１５１で設定される目標値は、利用者が手動で設定してもよいし、ロータ３０で駆動される機器の状態に応じて自動的に設定されるものでもよい。
【００５０】
制御指示部１５２は、目標値設定部１５１から入力された目標値と、接触子４２５から入力された現在の回転速度とを比較し、その差を無くすための制御信号（パルス信号）を駆動信号制御部１６０に出力する。制御信号PWMinは、例えば、3KHzのパルス信号が利用でき、このパルス信号のデューティ比を前記目標値および実際の回転速度の差に応じて可変することで、ブレーキオフ状態（本実施形態では制御信号PWMinがＨレベル信号の状態）、ブレーキオン状態（本実施形態では制御信号PWMinがＨレベル信号の状態）の割合を変えて圧電アクチュエータ２０の速度を制御する。従って、この制御信号PWMinはいわゆるパルス幅制御を行う信号であり、圧電アクチュエータ２０は基本的にパルス幅制御によって調速されている。
【００５１】
ロータ３０の回転速度は、接触子４２５で検出されて制御指示部１５２に入力される。制御指示部１５２は、目標値設定部１５１で設定された目標値と前記回転速度とを比較し、その速度差に応じた制御信号PWMin を出力する。本実施形態では、図７（Ａ）に示すように、制御指示部１５２から出力される制御信号PWMin は、圧電アクチュエータ２０にブレーキを掛けて速度を抑える場合にローレベル信号となり、ブレーキを解除する場合にハイレベル信号となるように設定されている。従って、制御指示部１５２は、圧電アクチュエータ２０を減速する場合には、ブレーキオン制御となるローレベル信号の割合を多くし、増速する場合にはハイレベル信号の割合が多くなるように、制御信号PWMin のデューティ比を制御する。
【００５２】
駆動信号制御部１６０は、ＦＥＴおよび負電源Ｖｄｄ間に直列に接続された振幅制限用抵抗と、この振幅制限用抵抗に並列に接続されたバイパス用スイッチであるＦＥＴと、このＦＥＴのオン、オフを制御する切替回路とを備えている。切替回路は、制御指示部１５２から入力される制御信号PWMinによってオン、オフされる。
【００５３】
以上説明した駆動制御回路１００では、ドライバ１４３，１４４を介して駆動信号が圧電アクチュエータ２０の駆動電極２５１，２５２に供給されると、圧電アクチュエータ２０の振動に応じた振動信号が検出用電極２６１，２６２から出力され、振動信号は、波形整形・インピーダンス整合部１１０、フィルタ・移相部１２０、電力増幅部１３０、駆動部１４０を介して圧電アクチュエータ２０の駆動電極に入力される。この信号のループで電圧ゲイン１以上の条件を満たせば、この回路は正帰還となり、ループの位相差が３６０度の整数倍になる周波数で発振が継続する。すなわち、圧電アクチュエータ２０が共振するように適宜移相して、振動信号の位相を駆動電極２５１，２５２に駆動信号として戻すことにより、圧電アクチュエータ２０を自励発振させることができる。
【００５４】
この信号ループについて図７を参照して説明する。検出電極２６１，２６２のいずれかから出力された検出信号は、波形整形・インピーダンス整合部１１０で増幅、波形整形される。この際、図７（Ｂ）に示すように制御信号PWMin がハイレベルおよびローレベル間で切り替わってノイズが発生すると、そのノイズも増幅される。
波形整形・インピーダンス整合部１１０で増幅、整形された信号は、フィルタ・移相部１２０で積分され、不要な高周波成分および低周波成分が除去される。入力信号が積分されることで、図７（Ｄ）に示すように、前記切替時のノイズも除去される。さらに、圧電アクチュエータ２０の共振周波数付近で回路１１０，１２０，１３０および圧電アクチュエータ２０で構成されるループの位相遅れが３６０度の整数倍となるように、信号の位相が変更される。
この信号は、電力増幅部１３０で増幅、整形され、図７（Ｅ）に示す略矩形波状のパルス信号とされる。このパルス信号により、電力増幅部１３０内のプッシュプル回路によって、出力する信号を正電位Ｖｃｃおよび負電源Ｖｄｄ間で切り替え、出力電流が増幅される。この駆動信号が圧電アクチュエータ２０の駆動電極２５１，２５２に入力される。
【００５５】
一方、ロータ３０の速度調整は以下の手順で行われる。
まず、制御指示部１５２は、接触子４２５で検出した回転速度および目標値設定部１５１の目標値の差に基づく制御信号PWMin を駆動信号制御部１６０に出力する。
駆動信号制御部１６０では、制御信号PWMin がハイレベル信号の場合、駆動信号制御部１６０内のＦＥＴが切替回路によってオンされる。このとき、ＦＥＴは負電源Ｖｄｄに直結し、駆動信号制御部１６０からの駆動信号は、図７（Ｆ）に示すように、正電位Ｖｃｃおよび負電源Ｖｄｄ間で変動する。
一方、駆動信号制御部１６０では、制御信号PWMin がローレベル信号の場合、駆動信号制御部１６０内のＦＥＴがオフとされ、これにより、ＦＥＴが振幅制限用抵抗を介して負電源Ｖｄｄに接続する。ここで、振幅制限用抵抗の抵抗値が電力増幅部１３０内の抵抗に比べて非常に大きいため、電力増幅部１３０からの出力信号（パルス信号）は負電源Ｖｄｄまで低下することができず、正電位から僅かに降下した電圧（振幅）となる。そして、駆動信号は変位（振幅）は小さいがその電圧値は僅かに変化しているため、圧電素子２１，２２も僅かに伸縮し、振動を継続する。すなわち、電力増幅部１３０内の抵抗と駆動信号制御部１６０内の抵抗との抵抗比を適切に設定すれば、駆動信号の電圧変位を圧電アクチュエータ２０が停止しない限界まで小さくできる。このため、圧電アクチュエータ２０は発振を継続し、かつ振動変位が小さくなるためにロータ３０の回転速度が低減、つまりブレーキを掛けることができる。従って、ロータ３０の速度調整と発振継続とを両立することができる。
【００５６】
［５．圧電アクチュエータの動作］
次に、図９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、日付の変わり目あるいは日付補正時に起動され、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２には、駆動制御回路１００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８参照）。これにより、各圧電素子２１，２２の厚み方向に電界が生じ、圧電素子２１，２２は弾性体である補強板２３とともに、電界の方向と直交する方向、すなわち圧電素子２１，２２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部２０Ｂの外周部全体である。
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９に示したように、圧電アクチュエータ２０中央の孔２０Ｃの位置が円中心Ｏを通る二分線Ｌ１の両側を往復する。
【００５７】
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２３１Ａの振動軌跡は、図９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２３１Ａが所定の駆動周波数で楕円運動を続けることにより、ロータ３０は＋方向（図３）に所定の速度で回転し、日車５０の回転により日付が変更される。
【００５８】
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２３１Ａの振動軌跡は、図９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、ロータ３０が逆方向−（図３）に回転し、日車５０の回転により日付が修正される。
【００５９】
ところで、自励駆動回路である駆動制御回路１００では、圧電アクチュエータ２０に入力する駆動信号と、出力される振動信号との検出位相差Ｙ（図７）に基いて駆動周波数の制御が行われていた。すなわち、フィルタ・移相部１２０において、所望の駆動状態となるように、移相していた。ここで、周囲温度の変化や発熱などにより、圧電アクチュエータ２０の共振点は変動し、また、ロータ３０との摩擦による磨耗、電子時計１の姿勢変化による負荷変動などが生じうる。これにより、駆動に適する駆動周波数が変わり、振動が過剰となって破損したり、逆に、ロータ３０を駆動できないなどの不都合が生じうる。これに対応して、駆動周波数を適切に制御する必要が生じるが、制御の容易さの点で、制御の指標となる位相差は、単調増加または単調減少（線形、リニア）であることが好ましい。
ここで、圧電アクチュエータ２０の振動状態を得る検出電極と、ロータ３０回転方向との関係において、図１０〜図１３に示すような位相差特性が得られた。
【００６０】
図１０、図１１は、ロータ３０を正方向＋に駆動させた際の位相差特性を示す。すなわち、図１０、図１１とも、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２に正の位相差を有する駆動信号Ｄ１，Ｄ２（＋）を入力した場合を示すが、図１０は、第１振動領域Ｒ１に設けられた検出電極２６１を用いた場合の位相差特性および振動信号Ｓ１の電圧を示し、図１１は、第２振動領域Ｒ２に設けられた検出電極２６２を用いた場合の位相差特性および振動信号Ｓ２の電圧を示している。これら図１０、図１１を比較すると、図１０では、駆動効率が良好となる駆動周波数が約１０８〜１１０ｋＨｚの範囲で、駆動信号Ｄ１に対する振動信号Ｓ１の位相差特性（検出位相差）が上下し単調増加とならないの対し、図１１では、駆動信号Ｄ１に対する振動信号Ｓ２の位相差特性（検出位相差）が同じ駆動周波数帯において単調増加となっている。また、図１０よりも図１１の方が、ゲイン（振動信号の電圧）が高い。すなわち、検出位相差が単調増加であるとき、検出位相差と駆動周波数とを１：１で対応付けることができるので、駆動制御が容易となる。つまり、値をテーブル化する必要がなく、また、検出位相差が逆転して目標位相差の周波数が２つ以上あるような場合に所定範囲でネグレクトすることによって異常動作を回避するなどの、複雑なアルゴリズムが不要となる。
【００６１】
一方、図１２、図１３は、ロータ３０を逆方向−に駆動させた際の位相差特性を示す。すなわち、図１２、図１３とも、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２に負の位相差を有する駆動信号Ｄ１，Ｄ２（−）を入力した場合を示すが、図１２は、第１振動領域Ｒ１に設けられた検出電極２６１を用いた場合の位相差特性および振動信号Ｓ１の電圧を示し、図１３は、第２振動領域Ｒ２に設けられた検出電極２６２を用いた場合の位相差特性および振動信号Ｓ２の電圧を示している。これら図１２、図１３を比較すると、図１２では、駆動効率が良好となる駆動周波数が約１０８〜１１０ｋＨｚの範囲で駆動信号Ｄ１に対する振動信号Ｓ２の位相差特性（検出位相差）が単調増加となっているのに対し、図１３では、駆動信号Ｄ１に対する振動信号Ｓ１の位相差特性（検出位相差）が同じ範囲で上下し単調増加とならない。また、図１３よりも図１２の方が、ゲイン（振動信号の電圧）が高い。
このように、検出電極２６１，２６２における振動信号Ｓ１，Ｓ２の位相や電圧が同じとはならないのは、これら検出電極２６１，２６２に近接する駆動電極２５１，２５２に供給する駆動信号に位相差（Ｄ１とＤ２（＋）、またはＤ１とＤ２（−））があることが一因と考えられる。
【００６２】
これらの図１０〜図１３から、検出位相差が単調増加となり、かつ振動信号の電圧レベルも高いのは、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２のうち、位相が遅れている駆動信号が供給された側の領域に設けられた検出電極（２６１または２６２）を用いた場合であることがわかる。
このため、ロータ３０の正逆に応じて、前述の駆動制御回路１００におけるスイッチ１１１が切り替えられ、検出２６１，２６２の一方が振動検出に用いられる。
なお、ロータ３０の正転時と逆転時とでは、ロータ３０との加圧条件や圧電素子２１，２２の材料特性、寸法、形状などにより、駆動に適した検出位相差が変わる。このため、ロータ３０の正転時、逆転時ごとに、フィルタ・移相部１２０に設定する移相量が設定される。図１０〜図１３で示した例では、駆動に適した駆動周波数を実現する検出位相差は、正転時では、約−６０°〜約＋６０°、逆転時では、約−９０°〜約−３０°であり、これらの値の範囲で、フィルタ・移相部１２０の移相量が設定される。
【００６３】
［６．本実施形態による効果］
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
（１）日表示装置１０の駆動部である圧電アクチュエータ２０では、所定の位相差を有する二相の駆動信号Ｄ１，Ｄ２（＋または−）がそれぞれ供給される第１振動領域Ｒ１および第２振動領域Ｒ２のうち少なくとも位相遅れ駆動信号が供給される方に設けられた検出電極（２６１または２６２）によって振動状態が検出されているので、この検出電極による振動信号の駆動信号Ｄ１に対する位相差（検出位相差）が単調増加となり、この検出位相差を駆動制御の設定パラメータとして駆動制御できる。このため、複雑なアルゴリズムが必要となって、回路規模が大きくなることなく、駆動信号Ｄ１，Ｄ２の周波数制御を容易に実施することができる。そして、このように駆動信号Ｄ１，Ｄ２の周波数を制御することにより、経時変化などによる共振点の変動にも対応でき、安定的に駆動できる。
また、このように駆動信号Ｄ１，Ｄ２の周波数制御を振動信号Ｓ１またはＳ２の駆動信号Ｄ１に対する検出位相差のみで規定できるため、駆動回路の構成を簡略にでき、これによって、低コスト化できるとともに、信頼性を向上させることができる。
【００６４】
（２）また、ロータ３０の正転モードと逆転モードとを有する圧電アクチュエータ２０にあって、第１振動領域Ｒ１および第２振動領域Ｒ２の両方にそれぞれ、検出電極２６１，２６２が二分線Ｌ１について略線対称に配置されているため、駆動信号が位相差（駆動位相差）を有することで歪の分布が二分線Ｌ１に非対称であるにも関わらず、正転モード時でも逆転モード時でも歪を同様に検出できる。このため、検出位相差に基いて駆動信号の周波数を制御し、正転時と逆転時との駆動性能を略同等としたり、所定の差を設けたりすることが可能となる。
【００６５】
（３）検出電極２６１および検出電極２６２が圧電素子２１，２２の周方向に沿う形状となっているため、径方向に伸縮する呼吸振動モードのみならず、この呼吸振動の位相差による偏心モードについても、検出電極２６１，２６２が設けられた部位における受動的な歪として各検出電極２６１，２６２で検出可能となる。このように、呼吸振動と偏心との両方の振動状態を検出でき、これに基いて駆動信号Ｄ１，Ｄ２の周波数を適切に制御できる。また、検出電極２６１，２６２が設けられた部位に、呼吸振動による歪に加えて、偏心による歪も生じるので、振動信号Ｓ１，Ｓ２の電圧を大きく確保でき、振動状態を良好に検出できる。
【００６６】
（４）圧電素子２１，２２の幅寸法Ｗが長さ寸法Ｌよりも小さいことにより、検出電極２６１，２６２が設けられた圧電素子２１，２２の部位において、呼吸振動よりも変位量が小さい偏心による変位をも検出でき、検出位相差に基く駆動制御を適切に行える。
【００６７】
（５）圧電素子２１，２２の内周側に検出電極２６１，２６２が配置され、円環型の圧電アクチュエータ２０において振動の腹となる外周側には駆動電極２５１，２５２を配置してこの駆動電極２５１，２５２が設けられた部位を能動的に変位させることができる。これにより、検出電極２６１，２６２を設けることによって出力が低下することを防止できる。また、検出電極２６１，２６２を外周側に配置した場合は内周側に配置した場合と比べて検出電極２６１，２６２が大面積となり、そのぶん駆動電極２５１，２５２の面積が小さくなり、出力の関係上、得策ではないが、検出電極２６１，２６２を圧電素子２１，２２の内周側に配置しているので、そのような不都合がない。
【００６８】
（６）各支持固定部２３は、振動部２０Ｂの外周部における二分線Ｌ１と略直交する位置に設けられているため、各振動領域Ｒ１，Ｒ２の周方向の略中央で振動部２０Ｂが支持され、各振動領域Ｒ１，Ｒ２ごとの振動をバランスよく励振できる。これにより、振動部２０Ｂを支持することによる振動の減衰を極力抑制できる。
【００６９】
〔本発明の変形例〕
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変形や改良が許容される。
【００７０】
図１４には、前述の圧電アクチュエータ２０の前記実施形態とは異なる組み込み例を示した。このように、日車５０に圧電アクチュエータ２０を直接当接させて駆動してもよい。圧電アクチュエータ２０は、円環状の圧電素子２１，２２を備え、トルクが大であることから、減速輪列４０（図２）を省略することも可能である。この圧電アクチュエータ２０は、スライダ６０を介して底板１Ａに取付けられており、底板１Ａに設けられた圧縮コイルバネ１１によって日車５０に加圧されている。
【００７１】
参考まで、図１５に、圧電アクチュエータ２０の取付構造に係る分解斜視図を示す。
スライダ６０は、圧電アクチュエータ２０の支持固定部２３がそれぞれ固定される一対の起立部６１と、これらの起立部６１の間に一体的に形成され、底板１Ａ（図１４）にスライド可能に支持されるスライド部６２とを備えている。
各起立部６１には、一対のネジ孔６１１がそれぞれ形成されており、これらのネジ孔６１１に支持固定部２３を介してネジ６１２が螺合されることで、圧電アクチュエータ２０がスライダ６０に固定される。また、起立部６１のネジ孔６１１の間には、切り欠き部６２０が形成され、この切り欠き部６２０には、圧電アクチュエータ２０の支持固定部２３２の部位が対向する。
なお、起立部６１に固定された圧電アクチュエータ２０とスライド部６２との間には隙間があり、振動時に振動部２０Ｂがネジ６２２などに干渉しないようになっている。
【００７２】
スライド部６２は、底板１Ａ（図１４）に形成された図示しない溝に沿って配置され、起立部６１を互いに結ぶ方向との交差方向に延びる長孔６２１を有する。この長孔６２１には、２つのネジ６２２がそれぞれ挿通されて、底板１Ａに螺合される。すなわち、スライダ６０により、底板１Ａに対して圧電アクチュエータ２０がスライド可能に取付固定される。
【００７３】
そして、図１６は、前記実施形態などとは電極の切り分け形態が異なる圧電アクチュエータ７０を示した。圧電アクチュエータ７０は、前記の圧電アクチュエータ２０と同様、半円形状の第１，第２振動領域Ｒ１，Ｒ２を備えるが、圧電素子２１，２２に設けられた各電極が二分線Ｌ１と直交する線Ｌ２に沿って形成された溝２７４，２７５によって二等分されている。すなわち、第１振動領域Ｒ１には、２つの駆動電極２５５，２５６および２つの検出電極２６５，２６６が設けられ、第２振動領域Ｒ２には、２つの駆動電極２５７，２５８および２つの検出電極２６７，２６８が設けられている。このように、各領域Ｒ１，Ｒ２に１つ以上の駆動電極や検出電極が設けられていてもよい。例えば、振動検出の際のノイズを避けるために、ロータ３０と当接される突起２３１Ａと離間する側の検出電極２６５，２６７をロータ３０の正逆に応じて使用することや、第１、第２振動領域Ｒ１，Ｒ２ごとに、検出電極２６５，２６６の平均、検出電極２６７，２６８の平均などにより、振動検出の精度を向上させることなどを検討できる。また、円中心Ｏに対して点対称に配置された検出電極２６５，２６８、あるいは検出電極２６６，２６７をロータ３０の正逆に応じて用いてもよい。さらに検出電極２６５，２６６，２６７，２６８は孔２０Ｃの周縁に沿って配置されているが、孔２０Ｃとの間に他の電極や隙間を挟んでいても、検出電極が圧電素子の周方向に沿う形状であれば良い。この場合は駆動電極２５５，２５６，２５７，２５８の面積は少なくなるが、内孔を通した導線と振動領域Ｒ１，Ｒ２との接触状態の変動や、孔２０Ｃの周縁の圧電素子に欠けがある場合など、製造・組み立てに起因する検出電圧のバラつきを低減することができ、信頼性を向上する事ができる。   
【００７４】
なお、前記実施形態や変形例では、補強板の表裏に圧電素子が１枚ずつ貼り合わせられた３層構造のものを示したが、これに限らず、補強板の片面に圧電素子を１枚だけでもよく、また、補強部材の表裏両面に圧電素子を２枚〜１０枚程度、あるいはそれ以上の枚数貼り合わせて多層構造とすることにより、大パワー化を図ることもできる。
【００７５】
前記実施形態では、圧電振動体の圧電アクチュエータとしての組み込み例として腕時計を例示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも組み込むことができる。これらの各種時計において、時刻やカレンダ表示装置の駆動以外に、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。
さらに、電子時計以外に、カメラやプリンタ、可動玩具などの各種電子機器に組み込んでもよく、カメラのズーム機構やオートフォーカス機構、絞り調整機構、フィルムの巻き上げ機構、プリンタの紙送り機構やインクジェットヘッド、可動玩具類の駆動機構、姿勢補正機構、ハードディスクドライブやＣＤドライブなどのスピンドルモータ、ヘッド移動用のリニアモータ、超音波モータなどに、本発明の圧電アクチュエータを適宜使用できる。
【００７６】
またさらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、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、超音波モータ等に本発明の駆動制御装置を用いてもよい。あるいは、圧電アクチュエータとしてのみならず、電子機器の回路基板に実装される発振子などとしても本発明の圧電振動体を使用できる。
なお、被駆動体としては、回転駆動されるロータ、直線駆動されるリニア駆動体などを採用でき、被駆動体の駆動方向は限定されない。
【００７７】
以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、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および改良を加えることができるものである。
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】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態における電子時計の外観図。
【図２】前記実施形態における日表示装置の平面図。
【図３】図２の部分拡大図。
【図４】前記実施形態における圧電アクチュエータの斜視図。
【図５】前記実施形態における圧電アクチュエータの平面図。
【図６】前記実施形態における圧電アクチュエータの駆動制御回路のブロック図。
【図７】図６の駆動制御回路における各信号波形を示す波形図。
【図８】前記実施形態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９】前記実施形態における圧電アクチュエータの動作を示す平面図。
【図１０】前記実施形態における駆動信号に対する振動信号の位相差特性と振動の電圧を示すグラフ（正転時、位相進み駆動信号が入力される領域側に設けられた第１検出電極のデータ）。
【図１１】前記実施形態における駆動信号に対する振動信号の位相差特性と振動の電圧を示すグラフ（正転時、位相遅れ駆動信号が入力される領域側に設けられた第２検出電極のデータ）。
【図１２】前記実施形態における駆動信号に対する振動信号の位相差特性と振動の電圧を示すグラフ（逆転時、位相進み駆動信号が入力される領域側に設けられた第２検出電極のデータ）。
【図１３】前記実施形態における駆動信号に対する振動信号の位相差特性と振動の電圧を示すグラフ（逆転時、位相遅れ駆動信号が入力される領域側に設けられた第１検出電極のデータ）。
【図１４】本発明の変形例における圧電アクチュエータの組み込み例を示す図。
【図１５】前記変形例における圧電アクチュエータの分解斜視図。
【図１６】本発明の変形例における圧電アクチュエータの平面図。
【符号の説明】
【００７９】
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）、１０・・・日付表示装置（計時情報表示部）、２０，７０・・・圧電アクチュエータ、２０Ｂ・・・振動部、２０Ｃ・・・孔、２１，２２・・・圧電素子、３０・・・ロータ（被駆動体）、２３２・・・支持固定部（支持部）、２５１，２５２，２５５〜２５８・・・駆動電極、２６１，２６２，２６５〜２６８・・・検出電極、Ｄ１，Ｄ２・・・駆動信号、Ｌ１・・・二分線、Ｏ・・・円中心、Ｒ１・・・第１振動領域、Ｒ２・・・第２振動領域、Ｓ１，Ｓ２・・・振動信号。
【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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