(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第１の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第２の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電アクチュエータの駆動回路において、
交流信号である駆動電圧信号を前記振動板に印加するドライバと、
前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号とを検出し、これらの電気信号の位相差を最適化するための前記駆動電圧信号の周波数制御を行う周波数制御部とを具備し、
前記周波数制御部は、前記位相差がほぼ最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う回路であり、
前記第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号との位相差を検出する位相差検出回路と、
前記位相差検出回路によって検出される位相差の時間微分を求める回路と、
前記時間微分が正である場合には前記駆動電圧信号の周波数を上昇させ、負である場合には前記駆動電圧信号の周波数を低下させる回路とを具備する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項２】
前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器を具備し、
前記周波数制御部は、前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減することにより前記駆動電圧信号の周波数制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項３】
前記周波数制御部は、
メモリと、
前記位相差が最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行ったときの前記周波数制御電圧の電圧値を前記メモリに格納する手段を具備し、
前記周波数制御部は、前記周波数制御電圧の増減による前記駆動電圧信号の周波数制御を開始するときに、前記メモリに記憶された電圧値に基づいて、前記周波数制御電圧の初期値を決定する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項４】
圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第１の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第２の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電アクチュエータの駆動回路において、
交流信号である駆動電圧信号を前記振動板に印加するドライバと、
前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号とを検出し、これらの電気信号の位相差を最適化するための前記駆動電圧信号の周波数制御を行う周波数制御部とを具備し、
前記周波数制御部は、前記位相差が基準位相差となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う回路であり、
前記第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号との位相差を検出する位相差検出回路と、
前記位相差検出回路によって検出される位相差と前記基準位相差とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に応じて前記駆動電圧信号の周波数を増減する周波数調整回路と、
前記圧電アクチュエータの駆動に成功したか失敗したかを判定する駆動正否判定手段と、
前記圧電アクチュエータの駆動に失敗した場合には成功するまで前記基準位相差を低下させ、成功した場合には前記基準位相差を上昇させる初期基準位相差調整手段と、を具備する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項５】
前記周波数制御部は、
前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器をさらに具備し、
前記周波数調整回路は、前記比較回路の比較結果に基づいて前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減する電圧調整回路により構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項６】
前記初期基準位相差調整手段は、前記圧電アクチュエータの駆動に成功したときの基準位相差が所定回数連続して一致した場合に、前記基準位相差を上昇させる処理を一定期間省略する
ことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項７】
前記周波数制御部は、前記駆動電圧信号の周波数を測定する周波数カウンタを具備し、
前記駆動正否判定手段は、前記周波数カウンタの周波数測定結果が適正範囲に収まっているか否かにより前記圧電アクチュエータの駆動が成功したか失敗したかを判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項８】
前記周波数制御部は、
前記圧電アクチュエータの駆動が行われる度に、前記振動板から得られる前記第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号との位相差の前回の駆動時からの変化量を求める手段と、
前記位相差の変化量に応じて、前記基準位相差を増減する手段とを具備する
ことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの駆動回路。
【請求項９】
圧電アクチュエータの振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と前記第１振動モードとは振動方向の異なった第２振動モードでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路とを具備する駆動回路の制御方法において、
前記位相差検出回路によって検出される位相差に基づいて、前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を具備し、
前記周波数制御過程は、
前記位相差の時間的変化が所定範囲内に収まるまで、前記位相差検出回路によって検出される位相差の時間微分が正ならば前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させ、負ならば減少させる過程を具備する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動回路の制御方法。
【請求項１０】
圧電アクチュエータの振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と前記第１振動モードとは振動方向の異なった第２振動モードでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路とを具備する駆動回路の制御方法において、
前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を具備し、
前記周波数制御過程は、
前記位相差検出回路により検出された前記位相差が基準位相差以上になるまで前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させる過程と、
前記圧電アクチュエータの駆動に成功したか失敗したかを判定し、判定結果に基づいて前記基準位相差を修正する過程とを備えた
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動回路の制御方法。
【請求項１１】
圧電素子を主要な構成要素とし、駆動電圧信号が与えられることにより第１振動モードおよびこれとは振動方向の異なる第２振動モードで振動する振動板と、前記第１振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第１の振動検出電極と、前記第２振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第２の振動検出電極とを備え、請求項１乃至請求項８のいずれかの請求項に記載の駆動回路により駆動される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
前記第１振動モードは、縦振動モードであり、前記第２振動モードは、屈曲振動モードである、
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
前記圧電アクチュエータは、駆動機構のロータに当接する部材であって、前記振動板に生じる前記縦振動モードでの振動および前記屈曲振動モードでの振動により楕円軌道を描いて運動し、前記ロータを回転駆動する当接部を具備する
ことを特徴とする請求項１２に記載の圧電アクチュエータ
【請求項１４】
圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第１の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第２の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電アクチュエータと、請求項１乃至８のいずれかの請求項に記載の駆動回路とを具備する
ことを特徴とする携帯型電子機器。
【請求項１５】
前記携帯型電子機器は、前記圧電アクチュエータによって回転駆動されるロータと、前記ロータと連動し、時に関連した情報の表示を行う表示機構とを具備する腕時計である
ことを特徴とする請求項１４記載の携帯型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、圧電素子を有する圧電アクチュエータおよびその駆動回路に関する。
【従来技術】
【０００３】
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。このため、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あるいは超音波モータなどの分野に応用されている。そして、最近では、腕時計のカレンダ表示機構など、小型化の要請が強い用途への圧電アクチュエータの適用が検討されている。
【０００４】
これまでの腕時計のカレンダ表示機構は、電磁式のステップモータの回転駆動力を運針用の輪列を介して日車などに間欠的に伝達し、日車を送り駆動する構成のものが一般的である。ここで、腕時計は手首にベルトを巻き付けて携帯するものであるから、携帯に便利なように薄型化することが望まれている。そのため、カレンダ表示機構も薄型化する必要がある。
【０００５】
また、薄型のカレンダ表示機構は、時計の生産効率の向上という観点からも求められている。まず、時計にはカレンダ表示機構を備えた時計とカレンダ表示機構を備えていない時計とがある。このような２種類の時計間で運針を行う機械系（いわゆるムーブメント）を共通化することができれば、時計全体としての生産効率を高めることができる。例えば、これら２種類の時計のムーブメントをまとめて生産して２種類の時計の各々に組み込み、そのうちの一方の種類の時計にカレンダ表示機構を組み込む、といった生産形態を採ることができるからである。このような生産形態を採るためには、カレンダ表示機構をムーブメントの上、すなわち、文字板側に配置する必要がある。そのためには、文字板側に配置できる程の薄型のカレンダ表示機構を構成する必要がある。
【０００６】
以上のように、カレンダ表示機構の薄型化が従来から強く望まれていたが、カレンダ表示機構に用いられているステップモータは、コイルやロータといった部品を表示面とは垂直な方向に配置して構成されるため、その厚さを薄くするには限界がある。このため、ステップモータを用いた従来のカレンダ表示機構は、薄型化を必要とする腕時計には適していなかった。
【０００７】
また、特に駆動源として電磁式のステップモータを用いた場合には、文字板側に配置できる程の薄型のカレンダ表示機構を構成するのは困難である。このため、カレンダ表示機構を有する時計とカレンダ表示機構を有しない時計とを生産する場合に、カレンダ表示機構の有無によって運針を行う機械系を別々に設計して製造する必要があった。
このような背景の下、薄型のカレンダ表示機構を構成するのに適したステップモータ以外のアクチュエータが望まれていた。そして、このアクチュエータとして上述した圧電アクチュエータが検討されるに至ったのである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、この圧電アクチュエータを時計のカレンダ表示機構に適用するに当たって幾つかの問題があった。
【０００９】
まず、圧電素子の変位は供給される駆動信号の電圧値にもよるが微小であり、通常、サブミクロン程度である。このため、圧電素子に発生した変位を何らかの増幅機構によって増幅して駆動対象に伝達することが行われている。しかし、増幅機構を用いた場合、それ自身を動かすためにエネルギーが消費され、効率が低下するといった問題がある。また、増幅機構を用いた場合、装置のサイズが大きくなってしまうといった問題がある。また、増幅機構を介する場合、駆動対象に対して安定した駆動力を伝達することが困難となるという問題もある。
【００１０】
腕時計のような小型の携帯機器は電池によって駆動されるため、消費電力や駆動信号の電圧値を低く抑える必要がある。このような携帯機器に圧電アクチュエータを組み込む場合、エネルギー効率を高く、駆動信号の電圧値を低くした圧電アクチュエータが要求される。
【００１１】
そこで、高効率でありながら、小型機器への搭載を可能とするアクチュエータとして、薄板矩形状の圧電素子等から構成される振動板に駆動信号を印加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。
【００１２】
このような圧電アクチュエータでは、振動板に縦振動およ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、高効率の駆動を行うことができる。
【００１３】
しかし、この圧電アクチュエータでは、圧電素子によって生じる縦振動は、駆動信号の電圧値を制御することにより比較的容易に制御することができるものの、振動板の機械的な特性に応じて誘発される屈曲振動は容易かつ正確に制御することは困難である。従って、この種の圧電アクチュエータを高効率で安定して駆動することは困難であった。
【００１４】
この発明の目的は、高効率かつ安定に圧電アクチュエータの駆動を行うことができる駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成するため、この発明は、圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第１の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第２の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電アクチュエータの駆動回路において、交流信号である駆動電圧信号を前記振動板に印加するドライバと、前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号とを検出し、これらの電気信号の位相差を最適化するための前記駆動電圧信号の周波数制御を行う周波数制御部とを具備し、前記周波数制御部は、前記位相差がほぼ最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う回路であり、前記第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号との位相差を検出する位相差検出回路と、前記位相差検出回路によって検出される位相差の時間微分を求める回路と、前記時間微分が正である場合には前記駆動電圧信号の周波数を上昇させ、負である場合には前記駆動電圧信号の周波数を低下させる回路とを具備することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動回路を提供する。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第１の態様（基本態様）である。
【００１６】
かかる発明によれば、位相差を最大化する制御により、常に高い効率での圧電アクチュエータの駆動が行われる。
【００１７】
好ましい態様において、駆動回路は、前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器を具備し、前記周波数制御部は、前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減することにより前記駆動電圧信号の周波数制御を行う。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第２の態様である。
【００１８】
また、好ましい態様において、前記周波数制御部は、メモリと、前記位相差が最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行ったときの前記周波数制御電圧の電圧値を前記メモリに格納する手段を具備し、前記周波数制御部は、前記周波数制御電圧の増減による前記駆動電圧信号の周波数制御を開始するときに、前記メモリに記憶された電圧値に基づいて、前記周波数制御電圧の初期値を決定する。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第３の態様である。
【００１９】
この発明において、圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第１の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第２の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電アクチュエータの駆動回路において、交流信号である駆動電圧信号を前記振動板に印加するドライバと、前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号とを検出し、これらの電気信号の位相差を最適化するための前記駆動電圧信号の周波数制御を行う周波数制御部とを具備し、前記周波数制御部は、前記位相差が基準位相差となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う回路であり、前記第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号との位相差を検出する位相差検出回路と、前記位相差検出回路によって検出される位相差と前記基準位相差とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に応じて前記駆動電圧信号の周波数を増減する周波数調整回路と、前記圧電アクチュエータの駆動に成功したか失敗したかを判定する駆動正否判定手段と、前記圧電アクチュエータの駆動に失敗した場合には成功するまで前記基準位相差を低下させ、成功した場合には前記基準位相差を上昇させる初期基準位相差調整手段と、を具備することを特徴とする。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第４の態様（基本態様）である。
【００２０】
好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器をさらに具備し、前記周波数調整回路は、前記比較回路の比較結果に基づいて前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減する電圧調整回路により構成される。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第５の態様である。
【００２２】
前記初期基準位相差調整手段は、前記圧電アクチュエータの駆動に成功したときの基準位相差が所定回数連続して一致した場合に、前記基準位相差を上昇させる処理を一定期間省略してもよい。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第６の態様である。
【００２３】
好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記駆動電圧信号の周波数を測定する周波数カウンタを具備し、前記駆動正否判定手段は、前記周波数カウンタの周波数測定結果が適正範囲に収まっているか否かにより前記圧電アクチュエータの駆動が成功したか失敗したかを判定する。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第７の態様である。
【００２４】
好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記圧電アクチュエータの駆動が行われる度に、前記振動板から得られる前記第１振動モードでの振動を表す電気信号と第２振動モードでの振動を表す電気信号との位相差の前回の駆動時からの変化量を求める手段と、前記位相差の変化量に応じて、前記基準位相差を増減する手段とを具備する。これは本発明によって提供される圧電アクチュエータの駆動回路の第８の態様である。
また、この発明は、圧電アクチュエータの振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と前記第１振動モードとは振動方向の異なった第２振動モードでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路とを具備する駆動回路の制御方法において、前記位相差検出回路によって検出される位相差に基づいて、前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を具備し、前記周波数制御過程は、前記位相差の時間的変化が所定範囲内に収まるまで、前記位相差検出回路によって検出される位相差の時間微分が正ならば前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させ、負ならば減少させる過程を具備することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動回路の制御方法を提供する。
【００２５】
また、この発明は、圧電アクチュエータの振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第１振動モードでの振動を表す電気信号と前記第１振動モードとは振動方向の異なった第２振動モードでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路とを具備する駆動回路の制御方法において、前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を具備し、前記周波数制御過程は、前記位相差検出回路により検出された前記位相差が基準位相差以上になるまで前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させる過程と、前記圧電アクチュエータの駆動に成功したか失敗したかを判定し、判定結果に基づいて前記基準位相差を修正する過程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回路の制御方法を提供する。
【００２７】
この発明は、上記駆動回路と備える装置を製造したり販売するという態様の他、上記制御方法を実行するためのプログラムを電気通信回線を介してユーザに配布したり、そのような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ユーザに配布する、という態様でも実施され得る。
【００２８】
また、別の観点から、この発明は、圧電素子を主要な構成要素とし、駆動電圧信号が与えられることにより第１振動モードおよびこれとは振動方向の異なる第２振動モードで振動する振動板と、前記第１振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第１の振動検出電極と、前記第２振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第２の振動検出電極とを備え、上述の第１〜第８のいずれかの態様を採用した駆動回路により駆動されたことを特徴とする圧電アクチュエータを提供する。
【００２９】
好ましい態様において、前記第１振動モードは、縦振動モードであり、前記第２振動モードは、屈曲振動モードである。
【００３０】
好ましい態様において、前記圧電アクチュエータは、駆動機構のロータに当接する部材であって、前記振動板に生じる前記縦振動モードでの振動および前記屈曲振動モードでの振動により楕円軌道を描いて運動し、前記ロータを回転駆動する当接部を具備する。
【００３１】
また、別の観点から、この発明は、圧電アクチュエータと、駆動回路とを具備し、前記圧電アクチュエータは、圧電素子により構成され、交流信号が与えられることにより第１の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第２の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とするものであり、前記駆動回路は、上述の第１〜第８のいずれかの態様を採用した駆動回路であることを特徴とする携帯型電子機器を提供する。
【００３２】
好ましい態様において、前記携帯型電子機器は、前記圧電アクチュエータによって回転駆動されるロータと、前記ロータと連動し、時に関連した情報の表示を行う表示機構とを具備する腕時計である。
【００３３】
また、別の好ましい態様において、前記携帯型電子機器は非接触ＩＣカードである。
【発明の実施の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
［１］第１実施形態
［１．１］全体構成
図１は、この発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータＡが組み込まれた腕時計のカレンダ表示機構の構成を示す平面図である。
【００３５】
図１に示すように、カレンダ表示機構の主要部は、本実施形態に係る圧電アクチュエータＡと、この圧電アクチュエータＡによって回転駆動されるロータ１００と、ロータ１００の回転を減速しつつ伝達する減速輪列と、減速輪列を介して伝達される駆動力により回転する日車５０とから大略構成されている。減速輪列は、日回し中間車４０と日回し車６０とを備えている。圧電アクチュエータＡは、扁平な短冊状の振動板１０を有しており、この振動板１０は、その先端部がロータ１００の外周面と当接するように配置されている。
【００３６】
図２は図１に示す時計の断面図である。図において、網目部分に、圧電アクチュエータＡを備えたカレンダ表示機構が組み込まれている。このカレンダ表示機構の上方には、円盤状の文字板７０が設けられている。この文字板７０の外周部の一部には日付を表示するための窓部７１が設けられており、窓部７１から日車５０の日付を覗けるようになっている。また、文字板７０の下方には、針７２を駆動するムーブメント７３および駆動回路（図示せず）が設けられている。
【００３７】
図３は、図１におけるカレンダ表示機構の詳細な構成を示す断面図である。図３に示すように、時計は、第１の底板である地板１０３と、この地板１０３と段違いに配置された第２の底板１０３’とを有している。地板１０３には、カレンダ表示機構のロータ１００を軸支するためのシャフト１０１が起立している。ロータ１００は、その下面に軸受（図示せず）を有しており、シャフト１０１の先端部が同軸受内に収容されている。従って、ロータ１００は、このシャフト１０１を回転軸として回動することができる。ロータ１００の上部には、ロータ１００と同軸をなし、ロータ１００とともに回転する歯車１００ｃが設けられている。
【００３８】
底板１０３’には、日回し中間車４０を軸支するためのシャフト４１が起立している。日回し中間車４０の下面には軸受（図示せず）が設けられており、シャフト４１の先端部が同軸受内に収容されている。日回し中間車４０は、大径部４ｂと小径部４ａとから構成されている。小径部４ａは、大径部４ｂ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４ｃが形成されている。この小径部４ａは、大径部４ｂに対し、同心をなすように固着されている。大径部４ｂには、ロータ１００の上部の歯車１００ｃが歯合している。従って、大径部４ｂと小径部４ａとからなる日回し中間車４０は、ロータ１００の回転に連動し、シャフト４１を回転軸として回転する。
【００３９】
日車５０は、図１に示すようにリング状の形状をしており、その内周面に内歯車５ａが形成されている。日回し車６０は五歯の歯車を有しており、内歯車５ａに噛合している。また、図３に示すように、日回し車６０の中心にはシャフト６１が設けられており、これは、底板１０３’に形成された貫通孔６２に遊挿されている。貫通孔６２は日車５０の周回方向に沿って長く形成されている。
【００４０】
板バネ６３は、その一端が底板１０３’に固定され、他端はシャフト６１を図１の右上方向に弾圧している。そして、板バネ６３は、シャフト６１および日回し車６０を付勢する。この板バネ６３の付勢作用によって日車５０の揺動も防止される。
【００４１】
板バネ６４は、一端が底板１０３’にねじ止めされており、その他端には略Ｖ字状に折り曲げられた先端部６４ａが形成されている。また、接触子６５は、日回し中間車４０が回転し先端部６４ａが切欠部４ｃに入り込んだときに板バネ６４と接触するように配置されている。板バネ６４には所定の電圧が印加されており、接触子６５に接触すると、その電圧が接触子６５にも印加される。従って、接触子６５の電圧を検出することによって、日送り状態を検出することができる。なお、内歯車５ａに噛合する手動駆動車を設け、ユーザが竜頭（図示せず）に対して所定の操作を行うと、日車５０を駆動するようにしてもよい。
【００４２】
以上の構成において、圧電アクチュエータＡの振動板１０は、駆動回路から駆動電圧が印加されることにより、その板面を含む平面内において振動する。ロータ１００は、この振動板１０に生じる振動によってその外周面が叩かれ、図中矢印で示すように時計廻りに回転駆動される。このロータ１００の回転は、日回し中間車４０を介して日回し車６０に伝達され、この日回し車６０が日車５０を時計回り方向に回転させる。
【００４３】
ここで、振動板１０からロータ１００、ロータ１００から減速輪列、減速輪列から日車５０への力の伝達は、いずれも振動板１０の板面に平行な方向の力の伝達である。このため、従来のステップモータのようにコイルやロータを厚さ方向に積み重ねるのではなく、同一平面内に振動板１０およびロータ１００を配置し、カレンダ表示機構を薄型化することができる。そして、カレンダ表示機構を薄型にすることができるため、網目部分の厚さＤを薄くして、時計全体を薄型にすることができる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、図２における網目部分にカレンダ表示機構を収めることができるため、カレンダ表示機構のある時計と、カレンダ表示機構のない時計との間でムーブメント７３を共通化することができ、生産性を高めることができる。
【００４５】
昨今、発電機能を備えた腕時計が種々提案されているが、このような腕時計においては、発電機構と運針駆動用のモータ機構といった少なくとも２つの大きな構成要素を搭載しなくてはならず、時計全体を小型化するのが困難である。しかし、モータの代わりに、本実施形態に係る圧電アクチュエータＡを用いれば、運針駆動機構を薄型化することができ、時計全体を小型化することもできる。
［１．２］本実施形態に係る圧電アクチュエータの詳細
図４は、圧電アクチュエータＡの詳細な構成を示す平面図である。また、図５は、圧電アクチュエータＡにおける振動板１０のＩ−Ｉ’線断面図である。図４に示すように、振動板１０は、二長辺と二短辺とにより囲まれた長方形状の板である。また、振動板１０は、図５に示すように、２枚の長方形かつ板状の圧電素子３０および３１の間に、これらの圧電素子３０および３１とほぼ同形状であり、かつ圧電素子３０および３１よりも肉厚の薄いステンレス鋼などの補強板３２を挟んだ積層構造を有している。
【００４６】
このように圧電素子３０、３１の間に補強板３２を配置することにより、振動板１０の過振幅や落下などによる外部からの衝撃力に起因する振動板１０の損傷を低減し、耐久性を向上させることができる。また、補強板３２として圧電素子３０、３１よりも肉厚の薄いものを用いることにより、圧電素子３０，３１の振動を極力妨げないようにすることができる。
【００４７】
圧電素子３０、３１としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ（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の各種のものを用いることができる。ここで、亜鉛ニオブ酸鉛の組成式は、［Ｐｂ（Ｚｎ１／３−Ｎｂ２／３）Ｏ３］１−Ｘ（ＰｂＴｉＯ３）Ｘ］、（但し、Ｘは組成により異なり、Ｘ＝０．０９程度）となり、スカンジウムニオブ酸鉛の組成式は、［｛Ｐｂ（（Ｓｃ１／２−Ｎｂ１／２）１−Ｘ ＴｉＸ）Ｏ３｝、（但し、Ｘは組成により異なり、Ｘ＝０．０９程度）となる。
【００４８】
図４に示すように、振動板１０は、その一長辺と一短辺とが交わる一頂点に当接部３６を有している。この当接部３６は、図５における補強板３２を切断成形する等の方法により得られたものであり、緩やかな曲面を持った先端部分を圧電素子３０および３１から突出させている。振動板１０は、この当接部３６の先端をロータ１００の外周面に当接させ、その長辺がロータ１００の半径と約１３５度の角度をなすような姿勢を保っている。振動板１０にこのような姿勢を維持させるために、支持部材１１とバネ部材３００とが圧電アクチュエータＡに設けられている。
【００４９】
好ましい態様において、支持部材１１は、補強板３２の切断成形等の方法により補強板３２と一体形成されたものである。この支持部材１１は、図示の通り、Ｌ字状の部材であり、振動板１０の一長辺のほぼ中央から垂直に突出した垂直部と、この垂直部の先端から長辺に対して平行にロータ１００側に向けて延びた水平部とからなる。ここで、水平部の両端うち垂直部とは反対側の端部３８には、図１および図３における地板１０３から突出したピン３９が貫通している。支持部材１１およびこれに固定された振動板１０は、このピン３９を回転軸として回転可能である。
【００５０】
支持部材１１の水平部のほぼ中央の部位１１ａには、バネ部材３００の一端部３００ａが係合されている。バネ部材３００は、そのほぼ中央部分を地板１０３（図１および図３参照）から突出したピン３００ｂが貫通している。バネ部材３００は、このピン３００ｂを回転軸として回動可能である。また、バネ部材３００における端部３００ａとは反対側の他端部３００ｃは、地板１０３に係合している。本実施形態においては、この端部３００ｃの位置を変えることにより当接部３６をロータ１００の外周面に押し当てる圧力が調整される。
【００５１】
具体的には、端部３００ｃをピン３００ｂを中心として図中時計回りに変位させれば、バネ部材３００の一端部３００ａが支持部材１１の部位１１ａを上方側に押圧する力が増加し、他端部３００ｃを反時計回りに変位させればその押圧力が減少する。ここで、支持部材１１を上方側に押圧する力が増加すると、支持部材１１はピン３９を中心として図中反時計回りに回動使用とする力が増大するため、当接部３６５がロータ１００を押圧する力が増大する。一方、支持部材１１を上方側に押圧する力が減少すると、支持部材１１は時計回りに回動しようとする力が減少するため、当接部３６がロータ１００を押圧する力が減少する。このように当接部３６がロータ１００に付与する押圧力を調整することにより、圧電アクチュエータＡの駆動特性の調整等が可能となる。
【００５２】
また、本実施形態においては、このようにしてロータ１００の外周面に押し当てられる当接部３６が曲面形状を有している。このため、ロータ１００と振動板１０の位置関係が、寸法ばらつき等によりばらついた場合であっても、曲面であるロータ１００の外周面と曲面形状の当接部３６との接触状態はさほど変化しない。従って、ロータ１００と当接部３６の接触を安定した状態に維持することができる。また、本実施形態においては、ロータ１００と接触する当接部３６に対してのみ研磨等の作業を行えばよいので、ロータ１００との接触部の管理が容易である。当接部３６としては、導体または非導体のものを用いることができるが、非導体から形成するようにすれば、一般的に金属から形成されるロータ１００と接触しても圧電素子３０，３１が短絡しないようにすることができる。
［１．３］振動板に設けられた電極および駆動回路の構成
次に、図６を参照し、振動板１０に設けられた駆動電極と振動検出電極について説明する。図６に示す例では、長方形状の振動検出電極Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４が、長方形をなす圧電素子３０の表面の４隅の各位置に各々配置されている。図６では、図示を省略したが、これらと同様な振動検出電極Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４が、これらと対向するように、圧電素子３１の表面に配置されている。ここで、圧電素子３０に配置された振動検出電極Ｔ１と圧電素子３１に配置された振動検出電極Ｔ１とが接続され、この接続点から振動板１０の振動を表す検出信号ＳＤ１が得られる。同様に、圧電素子３０に配置された振動検出電極Ｔ２と圧電素子３１に配置された振動検出電極Ｔ２とが接続され、この接続点から振動板１０の振動を表す検出信号ＳＤ２が得られる。他の振動検出電極Ｔ３、Ｔ４についても同様である。圧電素子３０の表面のうち振動検出電極Ｔ１〜Ｔ４によって覆われていない領域は、駆動電極３３が配置されている。ここで、駆動電極３３と、振動検出電極Ｔ１〜Ｔ４との間には空隙があり、両者は電気的に絶縁されている。圧電素子３１の表面にも同様な駆動電極３３が設けられている。
【００５３】
圧電素子３０および３１は、各々厚さ方向に分極している。図７および図８は、各々、圧電素子３０および３１の分極状態の一例を示している。本実施形態において、圧電素子３０および３１は、各々分極方向と一致する方向の電界を受けると長手方向に延び、分極方向と逆の方向の電界を受けると長手方向に縮む性質を有している。従って、図７および図８に示すように、２枚の圧電素子の分極方向の組み合わせが異なっている場合には、各圧電素子の駆動の方法も異なったものとなる。
【００５４】
図７に示す例では、圧電素子３０および３１は、相互に逆方向に分極している。この場合、図６に示すように、補強板３２を接地するとともに、圧電素子３０側の駆動電極３３と圧電素子３１側の駆動電極３３とを接続し、この接続点と接地線との間に、電圧＋Ｖと電圧−Ｖとを交互に繰り返す所定周波数の駆動電圧信号ＳＤＲを印加する。ここで、２枚の駆動電極３３の接続点と接地線との間に電圧＋Ｖを印加したときには、圧電素子３０および３１に対し、各々の分極方向とは逆方向の電界が与えられるので、圧電素子３０および３１は、長手方向に縮む。これに対し、２枚の駆動電極３３の接続点と接地線との間に電圧−Ｖを印加したときには、圧電素子３０および３１に対し、各々の分極方向と同一方向の電界が与えられるので、圧電素子３０および３１は、長手方向に延びる。このような次第であるから、所定周波数の駆動電圧信号ＳＤＲが与えられることにより、振動板１０は、その長手方向に沿って伸縮運動する。この伸縮運動を縦振動または第１の振動モードでの振動と呼ぶ。
【００５５】
図８に示す例では、圧電素子３０および３１は、同一方向に分極している。この場合、補強板３２を接地し、圧電素子３０側の駆動電極３３と接地線との間に電圧＋Ｖを印加するとともに圧電素子３１側の駆動電極３３と接地線との間に電圧−Ｖを印加する第１フェーズと、圧電素子３０側の駆動電極３３と接地線との間に電圧−Ｖを印加するとともに圧電素子３１側の駆動電極３３と接地線との間に電圧＋Ｖを印加する第２フェースとを、所定周波数で交互に繰り返す。ここで、第１フェーズにおいては、圧電素子３０および３１に対し、各々の分極方向とは逆方向の電界が与えられるので、圧電素子３０および３１は、長手方向に縮む。これに対し、第２フェーズにおいては、圧電素子３０および３１に対し、各々の分極方向と同一方向の電界が与えられるので、圧電素子３０および３１は、長手方向に延びる。従って、このような所定周波数の駆動電圧が与えられることにより、振動板１０に縦振動が発生する。
【００５６】
ところで、振動板１０は、その中心を通り、かつ、長手方向を向いた直線を対称軸としてほぼ線対称であるということができるが、当接部３６などの非対称要素を含んでいるため、完全な対称形ではない。このため、振動板１０に縦振動が発生すると、この縦振動から遅れて、振動板１０をその長手方向に直交する方向に振るモーメントが発生する。このモーメントにより、振動板１０に屈曲振動が発生する。この屈曲振動は、図９に示すように、振動板１０の板面を含む平面内において、振動板１０がその長手方向と直交する方向に振れるような運動である。このようにして縦振動と屈曲振動が振動板１０に発生すると、振動板１０の先端の当接部３６は、図１０に示すような楕円軌道を描いて運動する。ロータ１００は、この楕円軌道を描いて運動する当接部３６によって外周面が叩かれ、回転駆動されるのである。
【００５７】
縦振動の振幅と屈曲振動の振幅は、振動板１０の板面上の位置により異なる。板面上のある位置においては縦振動が顕著であり、別の位置では屈曲振動が顕著である、という現象が生じる。また、振動体１０は、縦振動に対する共振特性と屈曲振動に対する共振特性と有している。ここで、振動板１０の縦振動に対する共振特性と屈曲振動に対する共振特性は、振動板１０の形状、材質により決定されるが、後者の共振周波数は前者の共振周波数よりも若干高めである。
【００５８】
本実施形態では、振動板１０における圧電素子３０および３１の複数箇所に振動検出電極対が配置されており、これらにより縦振動と屈曲振動が検出される。図１１〜図１４は、振動板１０に負荷が接続されていない状態において駆動電極３３に与える駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を変化させたときの各振動検出電極Ｔ１〜Ｔ４の検出信号の電圧振幅を表している。
【００５９】
図６において、振動検出電極Ｔ１およびＴ３は、振動板１０において縦振動が顕著に現れる位置に設けられている。このため、図１１および図１３に示すように、これらの電極から得られる検出信号の振幅電圧は、振動板１０の縦振動に関する共振周波数帯ｆｒ（およそ２８３．５［ｋＨｚ］）付近において極大となる。一方、振動検出電極Ｔ２およびＴ４は、振動板１０において屈曲振動が顕著に現れる位置に設けられている。このため、図１２および図１４に示すように、これらの電極から得られる検出信号の振幅電圧は、振動板１０の屈曲振動に関する共振周波数帯ｆｒ２（およそ２８７．５［ｋＨｚ］）付近において極大となる。以上の傾向は、振動板１０に負荷が接続されている状態においても同様である。
【００６０】
振動検出電極の配置の仕方は、図６に示されるものの他、各種考えられる。図１５および図１６は、その例を示すものである。図１５に示す例では、図６における振動検出電極Ｔ１およびＴ２のみが設けられている。また、図１６に示す例では、図６における振動検出電極Ｔ１およびＴ４のみが設けられている。
【００６１】
図１７は本実施形態において振動板１０の駆動電極３３に駆動信号ＳＤＲを供給する駆動回路２００の構成を示すブロック図である。この駆動回路２００は、振動板１０に発生する縦振動と屈曲振動の位相差がほぼ最大値を維持するように駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を制御する機能を有している。このような周波数制御を行うのは、振動板１０の運動エネルギを効率的にロータ１００に伝達するためである。以下、この点について詳述する。
【００６２】
図１８は、振動板１０の当接部３６が描く軌道を例示している。同図におけるｘ軸およびｚ軸について説明すると、前掲図１０に示されているように、ｚ軸は振動板１０の長手方向の軸であり、ｘ軸は振動板１０の板面を含む平面内においてｚ軸と直交する軸である。図１８において、Ｒａは、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が縦振動の共振周波数ｆｒと一致しているときの当接部３６の軌道、Ｒｄは、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が屈曲振動の共振周波数ｆｒ２と一致しているときの当接部３６の軌道を表している。そして、ＲｂおよびＲｃは、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数がｆｒとｆｒ２の中間の周波数ｆｂ、ｆｃ（ｆｂ＜ｆｃ）であるときの当接部３６の軌道を表している。
【００６３】
振動板１０に発生する屈曲振動は、縦振動によって引き起こされるものであるため、屈曲振動の位相は縦振動の位相よりも遅れる。当接部３６の軌道が直線軌道ではなく、図１８に示すように膨らみを持った楕円軌道になるのは、縦振動と屈曲振動との間に位相差があるからである。この縦振動と屈曲振動の位相差は、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数に依存する。そして、周波数に応じて位相差が変化すると、当接部３６が描く楕円軌道の形状に変化が生じ、ロータ１００に与えられる回転駆動力に変化が生じると考えられる。
【００６４】
また、図１８に示すように、駆動電圧信号の周波数が縦振動の共振周波数ｆｒから離れて屈曲振動の共振周波数ｆｒ２に近づくに従い、楕円軌道の長径の向きは、ｚ軸から次第に離れ、ｘ軸に平行な向きに傾いてゆく。このように駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の変化により、当接部３６の楕円軌道の向きが変化すると、これに応じて、ロータ１００に与えられる回転駆動力の大きさも変化すると考えられる。
【００６５】
本願発明者は、以上の考えに従い、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数とロータ１００の回転との関係を詳細に調べた。図１９はその結果得られた振動板１０の周波数特性を示したものであり、横軸は振動板１０の駆動電極に与えられる駆動信号の周波数、左側の第１の縦軸は位相差、右側の第２の縦軸は当接部３６によって駆動されるロータ１００の回転速度を表している。グラフθ１は、駆動電極３３に与えられる駆動電圧信号ＳＤＲの位相と振動検出電極Ｔ１から得られる検出信号ＳＤ１の位相との位相差を表している。グラフθ２は、駆動電極３３に与えられる駆動電圧信号ＳＤＲの位相と振動検出電極Ｔ２から得られる検出信号ＳＤ２の位相との位相差を表している。グラフφは、θ２−θ１、すなわち、振動検出電極Ｔ１から得られる検出信号ＳＤ１の位相と振動検出電極Ｔ２から得られる検出
信号ＳＤ２の位相との位相差を表している。この位相差は、縦振動の位相と屈曲振動の位相との位相差に相当する。そして、グラフＶは、ロータ１００の回転速度を表している。
【００６６】
図１９によると、振動板１０に与えられる駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が２８７ｋＨｚ付近であるときに、検出信号ＳＤ１と検出信号ＳＤ２の位相差、すなわち、縦振動と屈曲振動の位相差φが最大となり、かつ、このときにロータ１００の回転速度Ｖが最大となるこことが分かる。
【００６７】
図１７に示す駆動回路２００は、このような振動板１０の特性に鑑みて設計されたものであり、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差がほぼ最大値を維持するように、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数制御を行うものである。
【００６８】
この駆動回路２００は、ドライバ２０１と、φ−Ｖ変換回路２０２と、遅延回路２０３と、比較回路２０４と、電圧調整回路２０５と、ＶＣＯ（電圧制御発振器）２０６とを備えている。
【００６９】
ドライバ２０１は、ＶＣＯ２０６の出力信号Ｓｄｒを増幅し、駆動電圧信号ＳＤＲを振動板１０の駆動電極３３に印加する回路である。なお、初期状態において、ドライバ２０１は、所定の初期周波数を有する駆動電圧信号ＳＤＲを出力する。この初期周波数を有する駆動電圧信号ＳＤＲの出力は、振動板１０の振動の初期設定、すなわち、初期状態におおいて振動板１０を初期周波数で振動させることを目的としている。この初期設定は、上記以外に、例えばドライバ２０１に初期周波数を有する信号を入力したり、あるいは初期周波数で発振するための周波数制御電圧をＶＣＯ２０６に与える、といった方法により行ってもよい。
【００７０】
駆動電圧信号ＳＤＲが与えられることにより振動板１０に振動が発生すると、振動板１０の振動検出電極Ｔ１およびＴ２から検出信号ＳＤ１およびＳＤ２が出力される。φ−Ｖ変換回路２０２は、この検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差に応じた信号を出力する回路であり、図２０に示すように、位相差検出部２０２Ａと、平均電圧変換部２０２Ｂとを備えている。図２１および図２２は、このφ−Ｖ変換回路２０２の各部の波形を示している。位相差検出部２０２Ａは、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差に相当するパルス幅の位相差信号ＳＤＤを生成する。平均電圧変換部２０２Ｂは、この位相差信号ＳＤＤを平均化し、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差に比例したレベルの位相差信号ＳＰＤを出力する。図２１に示す例では、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が小さい。このため、小さなパルス幅Δθ１を有する位相差信号ＳＤＤが出力され、小さな電圧値Ｖａｖ１を有する位相差信号ＳＰＤが出力される。一方、図２２に示す例では、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が大きい。このため、大きなパルス幅Δθ２を有する位相差信号ＳＤＤが出力され、大きな電圧値Ｖａｖ２を有する位相差信号ＳＰＤが出力される。
【００７１】
位相差信号ＳＰＤは、比較回路２０４に供給されるとともに、遅延回路２０３によって所定時間だけ遅延され、信号ＤＳＰＤとして比較回路２０４に供給される。
【００７２】
比較回路２０４は、信号ＳＰＤと信号ＤＳＰＤとの差分を求め、信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差の時間微分係数が正であるか負であるかを判定し、この判定結果に基づいて、電圧増減指令信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に与える回路である。
【００７３】
電圧調整回路２０５は、比較回路２０４から与えられる電圧増減指令信号ＳＣＴに従って、ＶＣＯ２０６に与える周波数制御電圧ＳＶＣを増減する。ＶＣＯ２０６は、この周波数制御電圧ＳＶＣに応じた周波数で発振し、信号Ｓｄｒをドライバ２０１に出力する。
【００７４】
以上説明した駆動回路２００において、ＶＣＯ２０６の発振周波数の増加により検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が増加するときには、比較回路２０４によりＶＣＯ２０６の発振周波数を高める制御が行われる。また、ＶＣＯ２０６の発振周波数の増加により検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が減少するときには、比較回路２０４によりＶＣＯ２０６の発振周波数を下げる制御が行われる。このような制御が行われる結果、ＶＣＯ２０６は、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差がほぼ最大値を維持するような周波数で発振するようになる。
［１．４］本実施形態の動作
図２３は本実施形態における駆動回路２００の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って本実施形態の動作を説明する。日付けが代わり、日車５０を１日分回転させるべき時刻になると、図示しない制御回路から駆動回路２００に動作開始の指示が与えられ、所定時間に亙り、ドライバ２０１に初期駆動信号が与えられる。初期駆動信号がドライバ２０１に与えられる間、初期駆動信号の周波数は時間経過に伴って徐々に上昇する。初期駆動信号の周波数の可変範囲は、振動板１０の縦振動と屈曲振動の位相差が最大となる周波数よりも十分に低い周波数範囲に設定されている。ドライバ２０１は、このようにして与えられる初期駆動信号を増幅し、駆動電圧信号ＳＤＲとして振動板１０に与える。この結果、振動板１０が振動を開始し、その周波数が徐々に増加してゆく。
【００７５】
所定時間が経過すると、初期駆動信号の供給が止まり、駆動回路２００は、図２１に示すフローに従って動作する。まず、振動板１０の振動により、振動検出電極Ｔ１およびＴ２から検出信号ＳＤ１およびＳＤ２が出力されると、これらはφ−Ｖ変換回路２０２に入力される（ステップＳ１）。φ−Ｖ変換回路２０２は、この検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φを検出し、平均位相差に相当する電圧値Ｖφを有する平均位相差電圧信号ＳＰＤを出力する（ステップＳ２）。遅延回路２０３は、この平均位相差電圧信号ＳＰＤを受け取ると（ステップＳ３）、その時点から時間ｔｐだけ前にφ−Ｖ変換回路２０２から受け取った平均位相差電圧信号ＳＰＤを信号ＤＳＰＤとして出力する（ステップＳ４）。比較回路２０４は、信号ＳＰＤおよび信号ＤＳＰＤを受け取ると（ステップＳ５）、信号ＳＰＤの電圧値Ｖφが信号ＤＳＰＤの電圧値Ｖφｔｐよりも大きいか否かを判断する。
【００７６】
ここで、例えば、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが図１９に示すφｋであり、このφｋに対応した電圧値Ｖφを有する信号ＳＰＤが比較回路２０４に与えられたとする。また、時間ｔｐだけ前の時刻において、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φがφｋよりも小さなφｊであり、これに対応した電圧値Ｖφｔｐを有する信号ＤＳＰＤが比較回路２０４に与えられたとする。この場合、Ｖφ＞Ｖφｔｐであることから、ステップＳ６の判断結果が「ＹＥＳ」となる。この場合、比較回路２０４はハイレベルの電圧増減指令信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に送り（ステップＳ７）、電圧調整回路２０５はＶＣＯ２０６に与える周波数制御電圧ＳＶＣを高くする（ステップＳ８、Ｓ１１）。このようにして周波数制御電圧ＳＶＣが高くなると、ＶＣＯ２０６の発振周波数は上昇する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。
【００７７】
駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の増加により位相差φが増加する、という傾向が維持される間は、以上と同様な動作が繰り返される。このため、駆動電圧信号ＳＤＲは次第に増加し、これに応じて、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが次第に増加してゆく（図１９の矢印Ｐ参照）。
【００７８】
図１９に例示するように、位相差φは、ある周波数（図１９では２８７ｋＨｚ付近の周波数）において最大となるが、上記の動作によって、駆動信号電圧ＳＤＲがこの周波数を越えてしまうことがある。この場合には次のような動作が行われる。
【００７９】
まず、例えば、ある時刻において、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが図１９に示すφｎであり、このφｎに対応した電圧値Ｖφを有する信号ＳＰＤが比較回路２０４に与えられたとする。また、時間ｔｐだけ前の時刻において、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φがφｎよりも大きなφｍであり、これに対応した電圧値Ｖφｔｐを有する信号ＤＳＰＤが比較回路２０４に与えられたとする。この場合、Ｖφ＜Ｖφｔｐであることから、ステップＳ６の判断結果が「ＮＯ」となる。この場合、比較回路２０４はローレベルの電圧増減指令信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に送り（ステップＳ９）、電圧調整回路２０５はＶＣＯ２０６に与える周波数制御電圧ＳＶＣを低くする（ステップＳ１０、Ｓ１１）。このようにして周波数制御電圧ＳＶＣが低くなると、ＶＣＯ２０６の発振周波数は低下する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。この結果、図１９において矢印Ｑによって示すように、一旦、減少した位相差φが再び増加する。
【００８０】
以上のような制御が繰り返される結果、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数は、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φ、すなわち、振動板１０の縦振動と屈曲振動の位相差がほぼ最大値となるような周波数に維持され、最高速の回転速度でロータ１００が回転する。そして、このロータ１００の回転駆動が図１に示すカレンダ表示機構により伝達され、日車５０が１日に相当する角度だけ回転する。制御回路は、日車５０が１日に相当する角度だけ回転したことを接触子６５の電圧の変化から検知すると、駆動回路２００に対して駆動停止の指令を送る。これにより駆動回路２００は、駆動電圧信号ＳＤＲの出力を終了する。
［２］第２実施形態
本実施形態と上記第１実施形態とは、駆動回路の構成が異なるのみであるので、他の部分については、第１実施形態と同一の図面を参照して説明する。
【００８１】
図２４は、本実施形態における駆動回路２００Ａの構成を示すブロック図である。この駆動回路２００Ａは、第１実施形態の駆動回路２００が持っているような遅延回路２０３を有していない。その代わりに、駆動回路２００Ａは、定電圧回路２１０を有している。この定電圧回路２１０は、基準電圧ＳＲＥＦを比較回路２０４Ａに出力する。ここで、基準電圧ＳＲＥＦは、振動板１０から得られる検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが基準位相差φｄであるときにφ−Ｖ変換回路２０２から出力される電圧と等しい大きさの電圧である。また、基準位相差φｄは、振動板１０から検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φの最大値よりも若干低めの位相差である。比較回路２０４Ａは、φ−Ｖ変換回路２０２から出力される電圧ＳＰＤが基準電圧ＳＲＥＦより小さいときには、周波数制御電圧ＳＶＣの増加を指令する電圧増減指令信号を送り、ＶＣＯ２０６の発振周波数を増加させる。また、比較回路２０４Ａは、電圧ＳＰＤが基準電圧ＳＲＥＦより大きいときには、周波数制御電圧ＳＶＣの減少を指令する電圧増減指令信号を送り、ＶＣＯ２０６の発振周波数を減少させる。
【００８２】
図２５は本実施形態における駆動回路２００Ａの動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに従って本実施形態の動作を説明する。振動板１０からの検出信号ＳＤ１およびＳＤ２がφ−Ｖ変換回路２０２に入力されると（ステップＳ２１）、φ−Ｖ変換回路２０２は、この検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φを検出し、平均位相差に相当する電圧値Ｖφを有する平均位相差電圧信号ＳＰＤを出力する（ステップＳ２２）。一方、定電圧回路２１０は、基準電圧Ｖφｄを常時出力している（ステップＳ２３）。比較回路２０４は、平均位相差電圧信号ＳＰＤおよび基準電圧値Ｖφｄを受け取ると（ステップＳ２４）、信号ＳＰＤの電圧値Ｖφが基準電圧Ｖφｄより小さいか否かを判断する（ステップＳ２５）。
【００８３】
ここで、振動板１０が振動を開始した当初においては、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数は低く、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差も小さい。このため、ステップＳ２５の判断結果が「ＹＥＳ」となる。この場合、比較回路２０４はハイレベルの電圧増減指令信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に送り（ステップＳ２６）、電圧調整回路２０５はＶＣＯ２０６に与える周波数制御電圧ＳＶＣを高くする（ステップＳ２７、Ｓ３０）。このようにして周波数制御電圧ＳＶＣが高くなると、ＶＣＯ２０６の発振周波数は上昇する（ステップＳ３１、Ｓ３２）。
【００８４】
検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが基準位相差φｄよりも小さく、信号ＳＰＤの電圧値Ｖφが基準電圧Ｖφｄより小さい場合には、以上の動作が繰り返される。この結果、ＶＣＯ２０６の発振周波数が徐々に高められ、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが増加してゆく。そして、位相差φが基準位相差φｄを越え、信号ＳＰＤの電圧値Ｖφが基準電圧Ｖφｄを越えると、ステップＳ２５の判断結果が「ＮＯ」となる。
【００８５】
この場合、比較回路２０４はローレベルの電圧増減指令信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に送り（ステップＳ２８）、電圧調整回路２０５はＶＣＯ２０６に与える周波数制御電圧ＳＶＣを低くする（ステップＳ２９、Ｓ３０）。このようにして周波数制御電圧ＳＶＣが低くなると、ＶＣＯ２０６の発振周波数は低下する（ステップＳ３１、Ｓ３３）。
【００８６】
以上のような制御が繰り返される結果、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数は、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φ、すなわち、振動板１０の縦振動と屈曲振動の位相差が基準位相差φｄとなるような周波数に維持され、適切な回転速度でロータ１００が回転する。そして、このロータ１００の回転駆動が図１に示すカレンダ表示機構により伝達され、日車５０が１日に相当する角度だけ回転する。制御回路は、日車５０が１日に相当する角度だけ回転したことを接触子６５の電圧の変化から検知すると、駆動回路２００に対して駆動停止の指令を送る。これにより駆動回路２００は、駆動電圧信号ＳＤＲの出力を終了する。
［３］第３実施形態
上記第２実施形態では、振動板１０から得られる検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が基準位相差φｄとなるように駆動電圧信号ＳＤＲの周波数制御を行った。この周波数制御により効率的なロータ１００の駆動を行うためには、振動板１０から得られる検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差の最大値を越えない範囲でなるべく高めに基準位相差φｄを設定する必要がある。しかし、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差の最大値は、個々の圧電アクチュエータによっても異なるし、負荷や温度によっても異なる。図２６は、温度が２５℃における検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差と駆動効率の周波数特性を示しており、図２７は、温度６０℃のおける同様な周波数特性を示している。ここで、基準位相差φｄを６０°とした場合、温度が６０℃のときにはそのような位相差となる駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を求めることができる。しかし、温度２５℃のときには駆動信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が基準位相差φｄとなる駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を求めることはできない。
【００８７】
この発明の第３実施形態は、この問題を解決するものである。図２８は本実施形態における駆動回路２００Ｂの構成を示すブロック図である。この駆動回路２００Ｂは、上記第２実施形態（図２４）における駆動回路２００Ａに対し、周波数カウンタ２１１と、制御部２１２と、バッテリバックアップされたＲＡＭなどからなる不揮発性メモリ２１３とが追加された構成となっている。
【００８８】
ここで、周波数カウンタ２１１は、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を測定する回路である。不揮発性メモリ２１３は、基準位相差φｄを記憶する役割を担っている。本実施形態に係る圧電アクチュエータが腕時計に組み込まれるとき、不揮発性メモリ２１３には、十分に大きな基準位相差が格納される。例えば、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が取りうる最大値あるいはさらにそれよりも大きい値が最初に不揮発性メモリ２１３に格納される。その後、この不揮発性メモリ２１３内の基準位相差は、ロータ１００の駆動が行われる度に制御部２１２によって更新される。制御部２１２は、ロータ１００の駆動時、基準位相差φｄを決定し、この基準位相差φｄに対応した基準電圧ＳＲＥＦの出力を定電圧回路２１０に指示する。基準位相差φｄの決定に当たっては、不揮発性メモリ２１３に記憶された基準位相差が参照される。また、制御部２１２は、この不揮発性メモリ２１３内の基準位相差を最適化する制御を行う。
【００８９】
図２９には、３回に亙ってロータ１００の駆動が行われた場合を例に、駆動回路２００Ｂの動作が示されている。
【００９０】
第１回目のロータ１００の駆動時、不揮発性メモリ２１３には基準位相差としてφｄ７が記憶されている。このため、制御部２１２は、このφｄ７よりも所定量だけ大きなφｄ８を基準位相差φｄとし、これに対応した基準電圧ＳＲＥＦの出力を定電圧回路２１０に指示する。定電圧回路２１０によって位相差φｄ８に対応した基準電圧ＳＲＥＦが出力されると、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の増加が始まる。ここで、当初は、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の増加に伴って検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φも増加する。しかし、この位相差が最大値に到達した後は、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の増加に伴って検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φは減少してゆく。そして、位相差φが基準位相差φｄ８に到達することなく、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数は上限周波数に到達する。
【００９１】
制御部２１２は、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が上限周波数に到達したことを周波数カウンタ２１１の測定結果から検知する。このとき、制御部２１２は、ロータ１００の駆動が失敗したとみなし、基準電圧ＳＲＥＦの停止を定電圧回路２１０に指示する。次に制御部２１２は、基準位相差φｄ８を所定量だけ減少させてφｄ７とし、これに対応した基準電圧ＳＲＥＦの出力を定電圧回路２１０に指示し、駆動回路２００Ｂを動作させる。図示の例では、この駆動も失敗に終わる。さらに基準位相差をφｄ６として駆動回路２００Ｂによるロータ１００の駆動も試行されるが、これも失敗に終わる。そして、制御部２１２が基準位相差をφｄ６よりもさらに所定量だけ小さいφｄ５として駆動回路２００Ｂを動作させると、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が周波数ｆ１に到達したときに、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが基準位相差φｄ５となる。この結果、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数がこの周波数ｆ１に維持され、最適な効率でロータ１００の駆動が行われる。制御部２１２は、ロータ１００の駆動が正常終了したことを検知すると、基準位相差φｄ５を不揮発性メモリ２１３に格納する。
【００９２】
その後行われる第２回目のロータ駆動時の動作例は次の通りである。
【００９３】
制御部２１２は、不揮発性メモリ２１３に記憶されたφｄ５よりも所定量だけ大きなφｄ６を基準位相差φｄとし、駆動回路２００Ｂによるロータ１００の駆動を試行するが、これは失敗に終わる。そこで、制御部２１２は、基準位相差をφｄ６からφｄ５に下げて、駆動回路２００Ｂを動作させる。このφｄ５は、第１回目のロータ駆動を成功させた基準位相差である。ところが、第２回目のロータ駆動時には、振動板１０から得られる検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φｄが全体的に低くなっており、基準位相差φｄ５を用いたロータ１００の駆動も失敗してしまう。そこで、制御部２１２は、基準位相差をφｄ５よりもさらに所定量だけ小さいφｄ４として駆動回路２００Ｂを動作させる。この場合、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が周波数ｆ２に到達したときに、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが基準位相差φｄ４となる。この結果、最適な効率でロータ１００の駆動が行われる。制御部２１２は、ロータ１００の駆動が正常終了したことを検知すると、基準位相差φｄ４を不揮発性メモリ２１３に格納する。
【００９４】
その後行われる第３回目のロータ駆動時の動作例は次の通りである。
【００９５】
制御部２１２は、不揮発性メモリ２１３に記憶されたφｄ４よりも所定量だけ大きなφｄ５を基準位相差φｄとし、駆動回路２００Ｂによるロータ１００の駆動を試行する。前回、基準位相差をφｄ５としたときにはロータ駆動が失敗に終わっている。ところが、第３回目のロータ駆動時には、振動板１０から得られる検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φｄが全体的に高くなっており、基準位相差φｄ５を用いたロータ１００の駆動が成功する。制御部２１２は、ロータ１００の駆動が正常終了したことを検知すると、基準位相差φｄ５を不揮発性メモリ２１３に格納する。
【００９６】
なお、図示の例では、基準位相差φｄをさらに所定量だけ大きくしてφｄ６としてもロータ１００の駆動は成功する。しかし、第３回目のロータ駆動では、この基準位相差φｄ６を用いたロータ１００の駆動は行われない。既に基準位相差φｄ５を用いた駆動により日車が回転し、駆動の目的を達成しているからである。第４回目のロータ駆動において、振動板１０の特性に変化がなければ、その時点で基準位相差φｄ６によるロータ駆動が行われ、不揮発性メモリ２１３に基準位相差φｄ６が格納されることになろう。
【００９７】
以上説明したように、本実施形態によれば、圧電アクチュエータの特性が変化した場合においても、その変化に追従し、極力高い効率でロータ１００の駆動を行うことができる。
［４］第４実施形態
図３０はこの発明の第４実施形態における圧電アクチュエータの駆動回路２００Ｃの構成を示すブロック図である。図３０において、ＶＣＯ２０６、ドライバ２０１、φ−Ｖ変換回路２０２は、上記第１実施形態における駆動回路２００（図１７）のものと同様であるので、その説明を省略する。
【００９８】
Ａ／Ｄ変換器２１４は、制御部２１２Ａからの指令に従い、φ−Ｖ変換回路２０２から出力される位相差信号ＳＰＤをデジタル値に変換する回路である。演算部２１５は、制御部２１２Ａからの指令に従い、ＶＣＯ２０６に供給する周波数制御電圧ＳＶＣのデジタル値ＤＦを演算する回路である。不揮発性メモリ２１３Ａは、ロータ１００の駆動時における位相差信号ＳＰＤのデジタル値および周波数制御用のデジタル値ＤＦを記憶するためのメモリである。制御部２１２Ａは、以上説明した各部を制御する装置である。この制御部２１２Ａは、駆動回路２００Ｃを動作させてロータ１００を駆動するとき、現在よりも圧電アクチュエータの駆動効率を改善することができると考えられる周波数制御用のデジタル値ＤＦの最適値を演算部２１５により演算し、デジタル値ＤＦを更新する機能を有している。
【００９９】
図３１は、このデジタル値ＤＦの更新動作を示すフローチャートである。制御部２１２Ａは、ロータ駆動を行う度にこのフローを実行する。まず、制御部２１２Ａは、不揮発性メモリ２１３Ａに記憶されたデジタル値ＤＦをそのまま演算部２１５を介してＤ／Ａ変換器２１６に送り、これに対応した周波数制御電圧ＳＶＣを出力させる（ステップＳ３１）。この周波数制御電圧ＳＶＣがＤ／Ａ変換器２１６から出力されると、ＶＣＯ２０６はこれに応じた周波数で発振し、同周波数を有する駆動電圧信号ＳＤＲが振動板１０に与えられる。これにより振動板１０が振動し、ロータ１００の駆動が行われる。この間、振動板１０から得られる検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φがφ−Ｖ変換回路２０２によって検出され、位相差信号ＳＰＤが出力される。
【０１００】
このロータの駆動が行われる間を利用し、制御部２１２Ａは、次回の駆動に備えて、ＤＦおよびＳＰＤを更新するための処理を進める。まず、制御部２１２Ａは、この位相差信号ＳＰＤのＡ／Ｄ変換をＡ／Ｄ変換器２１４に指示する（ステップＳ３２）。
【０１０１】
次に制御部２１２Ａは、以下の手順により不揮発性メモリ２１３内のデジタル値ＤＦを更新する。まず、今回得られた位相差信号ＳＰＤのデジタル値（仮にＳＤＰＮとする）から不揮発性メモリ２１３内のデジタル値（仮にＳＰＤＯとする）を差し引いて差分ΔＰを求める。次に、演算部２１５を用いて下記式により新たなデジタル値ＤＦＮを求め、これを新たなＤＦとして不揮発性メモリ２１３に格納する（ステップＳ３３）。
【０１０２】
ＤＦＮ＝ＤＦＯ＋α・ΔＰ
ここで、αは実験やシミュレーションを経て最適化された定数である。
【０１０３】
次に、制御部２１２Ａは、今回得られた位相差信号ＳＰＤのデジタル値を不揮発性メモリ２１３に格納する（ステップＳ３４）。
【０１０４】
以上の動作が圧電アクチュエータの駆動の度に行われ、振動板１０の駆動周波数の最適化がなされる。
【０１０５】
図３２および図３３は、各々周波数制御電圧のデジタル値ＤＦが最適化される動作例を示している。
【０１０６】
まず、図３２に示す動作例では、圧電アクチュエータの駆動時に振動板１０から得られる位相差信号ＳＰＤが前回のよりも駆動時よりも｜ΔＰ｜だけ増加している。このような状況が続くとすると、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数のさらなる増加により位相差φが増加することが期待される。そこで、次回の駆動に備えて周波数制御電圧のデジタル値ＤＦが｜α・ΔＰ｜だけ増加される。
【０１０７】
これに対し、図３３に示す動作例では、圧電アクチュエータの駆動時に振動板１０から得られる位相差信号ＳＰＤが前回のよりも駆動時よりも｜ΔＰ｜だけ減少している。このような状況において、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数をそのままにしておくと、位相差φが急落するおそれがある。そこで、次回の駆動に備えて周波数制御電圧のデジタル値ＤＦが｜α・ΔＰ｜だけ減らされる。
【０１０８】
本実施形態においても、圧電アクチュエータの特性の変化に追従し、極力高い効率でロータ１００の駆動を行うことができる、という効果が得られる。
［５］本発明に係る圧電アクチュエータの他の用途
本発明に係る圧電アクチュエータの用途は、既に説明した腕時計のカレンダ表示機構だけではない。この圧電アクチュエータは、他にも様々な用途に適用可能である。以下、その例を挙げる。
［５．１］他の用途（その１）
図３４は、非接触型ＩＣカードの外観を示す斜視図である。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３５に示すように、上位２桁を表示する表示部４０２と、下位２桁を表示する表示部４０３とを備えている。
【０１０９】
図３６は、上位桁表示部４０２の構成を示す側面図である。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Ａ１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４０２Ａ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。
【０１１０】
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４０２Ａ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。
【０１１１】
なお、ロータ１００Ａを１／ｎ回転させるのは、動作の一例であり、これに限定するものではない。また、駆動ギア４０２Ａが１回転して、第１上位桁表示車４０２Ｂを１目盛分回転させるのも、動作の一例であり、これに限定するものではない。
【０１１２】
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４０２Ｂが送りギア４０２Ｂ２を回転させ、送りギア４０２Ｂが噛合している第２上位桁表示車４０２Ｃの送りギア４０２Ｃを回転させ、第２上位桁表示車４０２Ｃを１目盛分回転させる。
【０１１３】
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Ａ２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。
【０１１４】
図３７に下位桁表示部４０３の正面図を、図３８に側面図を示す。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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回転回転する毎に、送りギア４０３Ｂ３を回転させ、第２下位桁表示車４０３Ｃを１目盛分回転させる。
【０１１７】
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。また、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。
【０１１８】
この場合において、アクチュエータＡ１およびアクチュエータＡ２は、駆動回路２００Ｂにより同期して駆動されるように設定されており、駆動回路２００Ｂ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。
【０１１９】
以上のような薄型の非接触ＩＣカードにおいても、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、低消費電力で表示を行えるとともに、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。
［５．２］他の用途（その２）
本発明に係る圧電アクチュエータおよびその駆動回路は、何らかのトリガに応じて、被駆動物を一定角度だけ回転させるような用途に好適である。上記各実施形態では、時に関する情報の表示機構の一例であるカレンダ表示機構に本発明を適用した。要約すると、上記各実施形態では、日送りをすべき時刻になったときに、駆動回路が圧電アクチュエータを駆動し、この圧電アクチュエータにより、腕時計のカレンダ表示機構を駆動し、日車を１日分だけ回転させた。腕時計は、これ以外にも、時に関する情報の表示機構を備えており、そのような表示機構への圧電アクチュエータの適用が考えられる。秒を表示する秒針の駆動機構がその一例である。本発明を秒針の駆動機構に適用する場合、上記各実施形態において圧電アクチュエータによって回転駆動されるロータと連動するように秒針駆動系を構成すればよい。この構成によると、時計回路により１秒の計時が行われる度に、駆動回路により圧電アクチュエータの駆動が行われる。この圧電アクチュエータの駆動は、圧電アクチュエータの駆動力がロータを介して秒針駆動機構に伝えられ、秒針が１秒分だけ回転するまで行われる。
［６］各実施形態の変形例
［６．１］第１変形例
上記第１実施形態では、振動板１０から得られる検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が最大となるような周波数に駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を収束させるために、この位相差の時間微分を求め、時間微分が正であるときには駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を高め、負である場合には周波数を低くした。ここで、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差を迅速に最大値に到達させるためには、振動板１０、φ−Ｖ変換回路２０２、遅延回路２０３、比較回路２０４、電圧調整回路２０５、ＶＣＯ２０６およびドライバ２０１からなる閉ループ（図１７参照）のゲインを高くするのが効果的である。しかし、この閉ループゲインがあまりに高いと、閉ループが位相差の細かな増減に過剰に応答し、位相差が最大値でない極大値となる周波数を捉えて駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の掃引が停止してしまうことがある。本変形例は、このような事態に対処するために、閉ループ内の適当な位置にフィルタ係数の調整が可能なループフィルタを挿入するものである。本変形例によれば、ループフィルタのフィルタ係数を調整することにより、閉ループゲインを調整し、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差を迅速に真の最大値に至らせることができる。
［６．２］第２変形例
上記第１実施形態において、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の初期値が低いと、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が最大となるような周波数に到達させるための所要時間が長くなる。そこで、本変形例では、ロータ１００の駆動時、検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が最大となるような周波数に駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が収束した場合に、その時点における周波数制御電圧ＳＶＣをデジタル値に変換してメモリに記憶する。その次にロータ１００を駆動するときには、このメモリに記憶されたデジタル値をアナログ電圧に変換し、これよりも所定値だけ低い周波数制御電圧ＳＶＣをＶＣＯ２０６に与え、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数制御を開始する。このようにすることで、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差が最大となるような周波数に到達させるための所要時間を短縮することができる。
［６．３］第３変形例
上記各実施形態における圧電アクチュエータは、縦振動を検出するための電極と屈曲振動を検出する電極とが各々設けられているため、縦振動と横振動とを別個に求めることができる。この点を利用した変形例を図３９に示す。
【０１２０】
この図３９に示す駆動回路２００Ｄは、上記第１実施形態における駆動回路（図１７参照）に対し、利得制御回路２５１を追加したものである。
【０１２１】
ロータ１００を適切に駆動するためには、縦振動および屈曲振動の各々がロータ１００の表面の粗さを克服するに足る十分な振幅を有している必要がある。
【０１２２】
そこで、本変形例において利得制御回路２５１は、振動板１０から得られる縦振動の検出信号ＳＤ１と屈曲振動の検出信号ＳＤ２の少なくとも一方の大きさが閾値以下になっている場合にドライバ２０１の利得を増加させて駆動電圧信号ＳＤＲを大きくする。このような検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の両方を用いた自動利得制御により当接部３６によるロータ１００の駆動を安定化することができる。
【０１２３】
なお、この変形例は、上記第１実施形態だけでなく、第２〜第４実施形態における駆動回路にも勿論適用可能である。
［６．４］第４変形例
図４０に示す変形例も、上記第１変形例と同様、縦振動と横振動とを別個に求めることができるという利点を利用したものである。この図４０に示す駆動回路２００Ｅは、上記第１実施形態における駆動回路（図１７参照）に対し、故障判定回路２５２を追加したものである。
【０１２４】
振動板１０を構成する圧電素子に割れなどが発生し、振動板１０が故障した場合、検出信号ＳＤ１またはＳＤ２の一方の振幅が小さくなる。故障判定回路２５２は、このような現象が認められた場合に、その旨を表す信号を腕時計の制御部に送り、故障の表示を行わせる。
【０１２５】
本変形例によれば、圧電アクチュエータの修理が必要になった場合にその旨をユーザに迅速に伝えることができるという効果が得られる。
なお、この変形例は、上記第１実施形態だけでなく、第２〜第４実施形態における駆動回路にも勿論適用可能である。
［６．５］第５変形例
上記第３実施形態では、ある基準位相差を設定して駆動回路を動作させ、圧電アクチュエータの駆動に成功した場合、その次の駆動時には、基準位相差を所定量だけ増加させて駆動回路を動作させ、圧電アクチュエータの駆動を試みた。従って、圧電アクチュエータの特性が時間的に変化しない場合には、圧電アクチュエータの駆動の度に、１回目の駆動回路の動作では駆動に失敗し、２回目の駆動回路の動作により駆動に成功する、ということが繰り返されることになる。比較的短い時間間隔で圧電アクチュエータの駆動を行うような装置に本実施形態が適用される場合、このような事態は好ましくない。本変形例は、この点を改善するものである。
【０１２６】
本変形例において、駆動回路２００Ｂの制御部２１２は、圧電アクチュエータの駆動が行われる度に、駆動が成功したときの基準位相差を不揮発性メモリ２１３に格納する。制御部２１２は、圧電アクチュエータの駆動を行うべきとき、不揮発性メモリ２１２に記憶された過去一定個数の基準位相差を読み出し、それらの基準位相差が同じであるか否かを判断する。この判断結果が「ＹＥＳ」である場合、制御部２１２は、圧電アクチュエータの特性が時間的に安定しているとみなし、その時点から一定時間、基準位相差の初期値を前回の駆動時の基準位相差から増加させる処理を省略する。一定時間が経過した後は、基準位相差の初期値を前回の駆動時の基準位相差から増加させる処理を再開する。
［６．６］第６変形例
上記第２〜第４実施形態では、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の増加に対して検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが増加する領域（正のスロープを描いている領域）内において、極力大きな位相差φが得られるように駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を制御した。しかし、本発明の実施の態様は、これに制限されるものではない。すなわち、駆動電圧信号ＳＤＲの周波数の増加に対して検出信号ＳＤ１およびＳＤ２の位相差φが減少する領域（負のスロープを描いている領域）内において、極力大きな位相差φが得られるように駆動電圧信号ＳＤＲの周波数を制御してもよい。
［６．７］第７変形例
上記第１〜第３実施形態に関しては、駆動回路の一部をソフトウェアにより制御する、という変形例が考えられる。この場合のソフトウエア制御の例を挙げると次の通りである。
＜第１実施形態（図１７）の変形例＞
この変形例では、φ−Ｖ変換回路２０２、ＶＣＯ２０６およびドライバ２０１以外の構成要素がＣＰＵとメモリに置き換えられる。メモリは、データ記憶およびプログラム記憶に用いられる。また、φ−Ｖ変換回路２０２の後段にＡ／Ｄ変換器が、ＶＣＯ２０６の前段にＤ／Ａ変換器が配置される。
【０１２７】
この変形例において、ＣＰＵは、圧電アクチュエータの駆動指令が与えられたとき、メモリに記憶されたルーチンに従い、以下の処理を実行する。
【０１２８】
Ｓ３１：Ｄ／Ａ変換器に与えるデジタル値を所定時間に亙って増加させ、ＶＣＯ２０６の発振周波数を初期値まで高める。
【０１２９】
Ｓ３２：Ａ／Ｄ変換器から位相差φを受け取り、その時間微分を求める。
Ｓ３３：時間微分が正ならばＤ／Ａ変換器に与えるデジタル値を増加させ、負ならば減少させる。
【０１３０】
Ｓ３４：位相差φの前回からの変化が所定の誤差範囲内に収まっている場合に処理を終了し、収まっていない場合にはステップＳ３２に戻る。
＜第２実施形態（図２４）の変形例＞
この変形例では、φ−Ｖ変換回路２０２、ＶＣＯ２０６およびドライバ２０１以外の構成要素がＣＰＵとメモリに置き換えられる。メモリは、データ記憶およびプログラム記憶に用いられる。また、φ−Ｖ変換回路２０２の後段にＡ／Ｄ変換器が、ＶＣＯ２０６の前段にＤ／Ａ変換器が配置される。
【０１３１】
この変形例において、ＣＰＵは、圧電アクチュエータの駆動指令が与えられたとき、メモリに記憶されたルーチンに従い、以下の処理を実行する。
【０１３２】
Ｓ４１：Ｄ／Ａ変換器に周波数制御電圧ＳＶＣの初期値に対応したデジタル値を与える。
【０１３３】
Ｓ４２：Ａ／Ｄ変換器から位相差φを受け取り、その位相差が基準位相差よりも小さい場合はＤ／Ａ変換器に与えるデジタル値を増加させ、大きい場合は減少させる。
Ｓ４３：位相差φが基準位相差を中心とした所定の誤差範囲内に収まっている場合に処理を終了し、収まっていない場合にはステップＳ４２に戻る。
＜第３実施形態（図２８）の変形例＞
この変形例では、周波数カウンタ２１１、φ−Ｖ変換回路２０２、ＶＣＯ２０６およびドライバ２０１以外の構成要素がＣＰＵとメモリに置き換えられる。メモリは、データ記憶およびプログラム記憶に用いられる。データとしては、基準位相差がメモリに記憶される。また、φ−Ｖ変換回路２０２の後段にＡ／Ｄ変換器が、ＶＣＯ２０６の前段にＤ／Ａ変換器が配置される。
【０１３４】
この変形例において、ＣＰＵは、圧電アクチュエータの駆動指令が与えられたとき、メモリに記憶されたルーチンに従い、以下の処理を実行する。
【０１３５】
Ｓ５１：失敗カウント値を「０」に初期設定し、メモリから基準位相差を読み出し、これを所定量だけ増加させる。
【０１３６】
Ｓ５２：Ｄ／Ａ変換器に与えるデジタル値を初期設定する。
【０１３７】
Ｓ５３：位相差φが基準位相差を越えたか否かを判断し、判断結果が「ＹＥＳ」である場合にはステップＳ５６にジャンプする。
【０１３８】
Ｓ５４：Ｄ／Ａ変換器に与えるデジタル値を所定量だけ増加させる。
Ｓ５５：周波数カウンタ２１１から出力される駆動電圧信号ＳＤＲの周波数が所定値以下か否かを判断し、判断結果が「ＹＥＳ」である場合にはＤ／Ａ変換器に与えるデジタル値を所定量だけ増加させ（Ｓ５５Ａ）、ステップＳ５３に戻り、「ＮＯ」である場合には失敗カウント値を「１」だけ増加させるとともに基準位相差を所定量だけ減少させ（Ｓ５５Ｂ）、ステップＳ５２に戻る。
【０１３９】
Ｓ５６：失敗カウント値が「０」の場合には基準位相差を所定量だけ増加させ（ステップＳ５６Ａ）、ステップＳ５２に戻り、そうでない場合には基準位相差をメモリに格納し（ステップＳ５６Ｂ）、処理を終了する。
【０１４０】
本発明は、以上説明した各ルーチンを電気通信回線を介してユーザに配布したり、そのようなルーチンをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納してユーザに配布する、という態様でも実施され得る。ユーザは、このようにして受け取った所望のルーチンを駆動回路のメモリに書き込むことができる。
［６．７］第７変形例
以上の説明においては、携帯型機器として、腕時計あるいは非接触ＩＣカードの場合について説明したが、駆動系、特に回転駆動系を必要とする携帯型電子機器であれば、どのような携帯型機器についても本発明の適用が可能である。
［６．８］第８変形例
上記各実施形態においては、第１振動モードとして圧電アクチュエータの長手方向に振動する縦振動モードを用い、第２振動モードとして第１振動モードに対応する屈曲振動モードを用いていたが、これに限られるものではない。
具体的には、第１振動モードとして圧電アクチュエータの長手方向に振動する縦振動モードである第１縦振動モードを用い、第２振動モードとして第１振動モードに直交する方向に振動する第２縦振動モードを用いてもよい。
【０１４１】
また、上述の第２縦振動モードを第１振動モードとして用い、第２縦振動モードに対応する屈曲振動モードを用いるようにすることもできる。
【０１４２】
これらの場合においても振動検出電極の位置は、実験により求めることが可能である。
［６．９］第９変形例
アクチュエータの電源としては、電池（一次電池および二次電池）の他、太陽電池、熱発電機、機械式発電機および蓄電装置（コンデンサあるいは二次電池）を有する発電機構内蔵型の電源を用いるように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】この発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータが組み込まれた腕時計のカレンダ表示機構の主要部の構成を示す平面図である。
【図２】同腕時計の概略構成を示す断面図である。
【図３】同カレンダ表示機構の主要部を示す断面図である。
【図４】同圧電アクチュエータの詳細な構成を示す平面図である。
【図５】同圧電アクチュエータの振動板の構成を示す断面図である。
【図６】 同圧電アクチュエータの圧電素子の表面に形成された電極の例を示す図である。
【図７】同圧電素子の分極状態を示す図である。
【図８】同圧電素子の分極状態を示す図である。
【図９】振動板に生じる屈曲振動を示す図である。
【図１０】振動板の先端の当接部に生じる楕円運動を示す図である。
【図１１】振動板の各振動検出電極から得られる検出信号の駆動周波数に対する変化を示す図である。
【図１２】振動板の各振動検出電極から得られる検出信号の駆動周波数に対する変化を示す図である。
【図１３】振動板の各振動検出電極から得られる検出信号の駆動周波数に対する変化を示す図である。
【図１４】振動板の各振動検出電極から得られる検出信号の駆動周波数に対する変化を示す図である。
【図１５】振動板における振動検出電極の配置例を示す図である。
【図１６】振動板における振動検出電極の配置例を示す図である。
【図１７】この発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１８】同実施形態における当接部の軌道の駆動周波数に対する変化を例示する図である。
【図１９】同実施形態において、振動板に与える駆動電圧信号の周波数を変化させた場合における縦振動および屈曲振動の各検出信号の位相差の変化と、ロータの回転速度の変化を例示する図である
【図２０】図１７におけるφ−Ｖ変換回路の構成を示すブロック図である。
【図２１】同φ−Ｖ変換回路の各部の波形を示す図である。
【図２２】同φ−Ｖ変換回路の各部の波形を示す図である。
【図２３】同駆動回路の動作を示すフローチャートである。
【図２４】この発明の第２実施形態における駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図２５】同駆動回路の動作を示すフローチャートである。
【図２６】圧電アクチュエータの特性の周囲温度に対する変化を説明する図である。
【図２７】圧電アクチュエータの特性の周囲温度に対する変化を説明する図である。
【図２８】この発明の第３実施形態における駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図２９】同駆動回路の動作例を示す図である。
【図３０】この発明の第４実施形態における駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図３１】同駆動回路の動作を示すフローチャートである。
【図３２】同駆動回路の動作例を示す図である。
【図３３】同駆動回路の動作例を示す図である。
【図３４】非接触ＩＣカードの外観を示す図である。
【図３５】同カードの残金表示カウンタの構成を示す図である。
【図３６】同カードの上位桁表示部の構成を示す側面図である。
【図３７】同カードの下位桁表示部の構成を示す正面図である。
【図３８】同カードの下位桁表示部の構成を示す側面図である。
【図３９】駆動回路の変形例を示すブロック図である。
【図４０】駆動回路の変形例を示すブロック図である。
【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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【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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