DE60220498T2

DE60220498T2 - Ansteuerschaltung für piezoelektrischen aktor

Info

Publication number: DE60220498T2
Application number: DE60220498T
Authority: DE
Inventors: Hidehiro Suwa-shi AKAHANE; Akihiro Suwa-shi SAWADA; Makoto Suwa-shi FURUHATA
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: EP1355412A4; JP4144356B2; US6841919B2; JPWO2002078165A1; USRE40709E1; CN1463485A; HK1057825A1; WO2002078165A1; EP1355412B1; EP1355412A1; CN1297062C; DE60220498D1; US20020171410A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktor mit einer piezoelektrischen Vorrichtung und eine Ansteuerschaltung für diesen.
STAND DER TECHNIK
Piezoelektrische Vorrichtungen haben ein herausragendes Ansprechvermögen und eine hervorragende Effizienz bei der Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie. Daher wurden in den letzten Jahren verschiedene Arten piezoelektrischen Aktoren entwickelt, die die piezoelektrische Wirkung piezoelektrischer Vorrichtungen nutzen. Diese piezoelektrischen Aktoren werden in Gebieten, wie für piezoelektrische Summer, Tintenstrahlköpfe für Drucker und Ultraschallmotoren verwendet. Die Verwendung von piezoelektrischen Aktoren in einem Kalenderanzeigemechanismus in Armbanduhren und anderen solchen Anwendungen, wo es einen großen Bedarf an Größenverringerungen gibt, wurde in den letzten Jahren auch untersucht.
Kalenderanzeigemechanismen für Armbanduhren sind bisher im Allgemeinen so konfiguriert, dass sie den Datumszähler durch indirekte Übertragung einer Rotationsantriebskraft von einem elektromagnetischen Schrittmotor auf den Datumszähler antreiben, und dies durch das Räderwerk des Uhrwerks. Armbanduhren werden an einem Band am Handgelenk getragen, und sind für eine bessere Tragfähigkeit vorzugsweise dünn. Es ist daher notwendig, auch den Kalenderanzeigemechanismus dünn zu gestalten.
Ein dünner Kalenderanzeigemechanismus ist auch vom Standpunkt der Verbesserung der Uhrenproduktionseffizienz wünschenswert. Erstens gibt es Uhren mit einem Kalenderanzeigemechanismus, der in der Uhr bereitgestellt ist, und es gibt Uhren, die nicht mit einem Kalenderanzeigemechanismus ausgestattet sind. Die gesamte Uhrenproduktionseffizienz kann verbessert werden, wenn ein allgemeines mechanisches System zum Vorrücken der Zeiger (das "Uhrwerk") in beiden Arten von Uhren verwendet werden kann. Der Grund ist, dass ein Produktionssystem verwendet werden kann, in dem zum Beispiel die Uhrwerke für beide Arten von Uhren massenproduziert und dann in die zwei Arten von Uhren eingebaut werden, und der Kalenderanzeigemechanismus dann nur in die eine Art von Uhr eingebaut wird. Zur Verwendung eines solchen Produktionssystems ist es jedoch notwendig, dass der Kalenderanzeigemechanismus auf der Oberseite des Uhrwerks angeordnet werden kann, das heißt, auf der Vorderseite. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Kalenderanzeigemechanismus so zu konfigurieren, dass er dünn genug ist, um auf die Vorderseite zu passen.
Während ein starker Wunsch nach einem dünneren Kalenderanzeigemechanismus besteht, sind die Schrittmotoren, die in dem Kalenderanzeigemechanismus verwendet werden, so konfiguriert, dass die Spule und der Rotor und solche Teile senkrecht zu der Anzeigefläche angeordnet sind, und es eine Beschränkung gibt, wie dünn diese gestaltet werden können. Herkömmliche Kalenderanzeigemechanismen, die einen Schrittmotor verwenden, sind daher für Armbanduhren nicht geeignet, die dünn gestaltet werden müssen.
Es ist auch besonders schwierig, wenn ein elektromagnetischer Schrittmotor als Energiequelle verwendet wird, einen Kalenderanzeigemechanismus dünn genug zu gestalten, um ihn an der Vorderseite anzuordnen. Es war daher notwendig, die Uhrwerke abhängig davon, ob ein Kalenderanzeigemechanismus enthalten ist oder nicht, separat zu entwerfen und herzustellen, wenn sowohl Uhren mit einem Kalenderanzeigemechanismus wie auch Uhren ohne Kalenderanzeigemechanismus hergestellt werden.
Unter Berücksichtigung dieses Hintergrundes war ein Aktor, der kein Schrittmotor ist, der zur Konfiguration eines dünnen Kalenderanzeigemechanismus geeignet ist, erwünscht. Dies hat zu den obengenannten piezoelektrischen Aktoren geführt, die zur Verwendung als solcher Aktor untersucht wurden.
Es gibt jedoch Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung eines piezoelektrischen Aktors in dem Kalenderanzeigemechanismus einer Uhr.
Erstens ist die Verschiebung der piezoelektrischen Vorrichtung von der Spannung des zugeleiteten Ansteuersignals abhängig, ist aber sehr gering und für gewöhnlich in der Größenordnung von Submikron. Die Verschiebung, die durch die piezoelektrische Vorrichtung erzeugt wird, wird daher durch einen Verstärkungsmechanismus verstärkt und auf das angesteuerte Teil übertragen. Wenn ein Verstärkungsmechanismus verwendet wird, wird jedoch auch Energie zum Ansteuern des Verstärkungsmechanismus verbraucht, was zu einem Problem geringerer Effizienz führt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass, wenn ein Verstärkungsmechanismus verwendet wird, die Vorrichtung größer wird. Ein weiteres Problem besteht darin, dass, wenn ein Verstärkungsmechanismus eingefügt wird, es schwierig wird, die Ansteuerungsleistung stabil auf das angesteuerte Teil zu übertragen.
Kleine tragbare Vorrichtungen, wie Armbanduhren, sind batteriebetrieben, und es ist daher notwendig, den Energieverbrauch und die Ansteuersignalspannung zu minimieren. Beim Einbau eines piezoelektrischen Aktors in solche tragbaren Vorrichtungen ist daher ein piezoelektrischer Aktor mit hoher Energieeffizienz und geringer Ansteuersignalspannung erforderlich.
Ein piezoelektrischer Aktor mit einer Membran, die aus einer dünnen rechteckigen piezoelektrischen Vorrichtung gebildet ist, an die ein Ansteuersignal angelegt wird, so dass sich die piezoelektrische Vorrichtung in Längsrichtung ausdehnt und zusammenzieht und Oszillationen in Längsrichtung hervorruft, und mechanisch sinusförmige Oszillationen durch die Oszillationen in Längsrichtung induziert, wurde als hocheffizienter Aktor vorgeschlagen, der in kompakten Vorrichtungen enthalten sein kann.
Durch Erzeugung sowohl der Oszillationen in Längsrichtung wie auch der sinusförmigen Oszllationen in der Membran bewegt diese Art von piezoelektrischem Aktor das Teil des piezoelektrischen Aktors, das mit dem angesteuerten Teil in Kontakt steht, in einem elliptischen Pfade. Obwohl dieser piezoelektrische Aktor klein und dünn ist, kann die Ansteuerung hocheffizient sein.
Während es relativ einfach ist, die Oszillationen in Längsrichtung, die durch die piezoelektrische Vorrichtung mit diesem piezoelektrischen Aktor erzeugt werden, zu steuern, indem die Spannung des Ansteuersignals gesteuert wird, ist die leichte und exakte Steuerung der sinusförmigen Oszillationen, die gemäß den mechanischen Eigenschaften der Membran induziert werden, schwierig. Es war daher schwierig, diese Art von piezoelektrischem Aktor mit Stabilität und hoher Effizienz anzusteuern.
US Patent Nr. 5233274 offenbart eine Ansteuerschaltung, in der eine Motoransteuerspannung mit einer bestimmten Frequenz an ein piezoelektrisches Element in einem Statorabschnitt angelegt wird, wobei die daraus resultierenden länglichen und Torsionsvibrationen effektiv sind, um einen Motorabschnitt zu drehen. Die Ansteuerschaltung hat einen Längsvibrationssensor zum Erfassen der Längsvibration in dem Statorabschnitt, einen Torsionsvibrationssensor zum Erfassen der Vibration in dem Statorabschnitt und eine Frequenzsteuerung zum Steuern der Frequenz der Motorantriebsspannung, so dass die Phasendifferenz zwischen den Erfassungssignalen der Längs- und Torsionsvibrationssensoren 90 Grad wird, so dass eine maximale Effizienz bereitgestellt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Ansteuerschaltung, die imstande ist, einen piezoelektrischen Aktor stabil und hocheffizient anzusteuern.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor bereit, von dem eine Hauptkomponente eine Membran ist, das heißt, eine Membran, die aus piezoelektrischen Elementen besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus und einem zweiten Oszillationsmodus mit einer anderen Oszillationsrichtung angelegt wird, wobei die Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor einen Treiber zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals, das ein Wechselstromsignal ist, an die Membran; und eine Frequenzsteuereinheit zum Erfassen eines elektrischen Signals von der Membran umfasst, das eine Oszillation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals, das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus darstellt, und zum Anwenden einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals zum Optimieren der Phasendifferenz zwischen diesen Signalen, wobei die Frequenzsteuereinheit eine Schaltung zur Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals ist, so dass die Phasendifferenz maximiert wird, wobei die Frequenzsteuereinheit eine Phasendifferenzdetektionsschaltung zum Detektieren einer Phasendifferenz zwischen einem elektrischen Signal, das eine Oszillation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und einem elektrischen Signal, das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus dar stellt, umfasst; sowie eine Schaltung zum Bestimmen einer Zeitableitung der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung erfasst wurde; und eine Schaltung zum Erhöhen der Ansteuerspannungssignalfrequenz, wenn die Zeitableitung positiv ist, und zum Senken der Ansteuerspannungssignalfrequenz, wenn sie negativ ist. Dies ist eine erste Ausführungsform einer piezoelektrischen Ansteuerschaltung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
Durch derartige optimale Steuerung der Phasendifferenz wird eine Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors bei beständig hoher Effizienz durch die vorliegende Erfindung möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Ansteuerschaltung des Weiteren einen spannungsgesteuerten Oszillator zum Zuleiten eines Ausgangssignals zu dem Treiber; und die Frequenzsteuereinheit steuert die Frequenz des Ansteuerspannungssignals durch Erhöhen oder Senken der Frequenzsteuerspannung, die an den spannungskontrollierten Oszillator angelegt wird, wobei die Frequenzsteuereinheit des Weiteren einen Speicher und Mittel zum Speichern des Spannungspegels der Frequenzsteuerspannung in dem Speicher enthält, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals zur Maximierung der Phasendifferenz gesteuert wird; und die Frequenzsteuereinheit bestimmt die Anfangsfrequenzsteuerspannung auf der Basis des Spannungspegels, der im Speicher gespeichert ist, wenn die Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals durch Erhöhen oder Senken der Frequenzsteuerspannung gestartet wird. Dies ist eine zweite Ausführungsform einer piezoelektrischen Ansteuerschaltung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor, von dem eine Hauptkomponente eine Membran ist, das heißt, eine Membran, die aus piezoelektrischen Elementen besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus und einem zweiten Oszillationsmodus mit einer anderen Oszillationsrichtung angelegt wird: einen Treiber zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals, das ein Wechselstromsignal ist, an die Membran; eine Frequenzsteuereinheit zum Erfassen eines elektrischen Signals von der Membran, das eine Oszillation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals, das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus darstellt, und zum Anwenden einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals zum Optimieren der Phasendifferenz zwischen diesen Signalen, wobei die Frequenzsteuereinheit eine Schaltung zum Anwenden einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals ist, so dass die Phasendifferenz auf eine Referenzphasendifferenz geht, und wobei die Frequenzsteuereinheit des Weiteren umfasst: ein Ansteuerungserfolgs-/-versagensbewertungsmittel zum Bestimmen, ob die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor erfolgreich war oder versagt hat; und ein Anfangsreferenzphasendifferenzeinstellmittel zum Senken der Referenzphasendifferenz bis Erfolg erzielt wird, wenn die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor versagt, und zum Erhöhen der Referenzphasendifferenz, wenn sie erfolgreich ist. Dies ist eine dritte Ausführungsform einer piezoelektrischen Ansteuerschaltung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
Das Anfangsreferenzphasendifferenzeinstellmittel kann für eine spezifizierte Periode den Prozess zum Erhöhen der Referenzphasendifferenz unterlassen, wenn die Referenzphasendifferenz, bei der die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor erfolgreich ist, für eine spezifische aufeinanderfolgende Anzahl von Wiederholungen dieselbe ist. Dies ist eine vierte Ausführungsform einer piezoelektrischen Ansteuerschaltung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Frequenzsteuereinheit einen Frequenzzähler zum Messen der Ansteuerspannungssignalfrequenz; und das Ansteuerungserfolgs-/-versagensbewertungsmittel bestimmt, davon ausgehend, ob die Frequenzmessung des Frequenzzählers innerhalb eines angemessenen Bereichs liegt oder nicht, ob die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor erfolgreich war oder versagt hat. Dies ist eine fünfte Ausführungsform einer piezoelektrischen Ansteuerschaltung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor, von dem eine Hauptkomponente eine Membran ist, das heißt, eine Membran, die aus piezoelektrischen Elementen besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus und einem zweiten Oszillationsmodus mit einer anderen Oszillationsrichtung angelegt wird: einen Treiber zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals, das ein Wechselstromsignal ist, an die Membran; und eine Frequenzsteuereinheit zum Erfassen eines elektrischen Signals von der Membran, das eine Oszillation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals, das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus darstellt, und zum Anwenden einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals zum Optimieren der Phasendifferenz zwischen diesen Signalen, wobei die Frequenzsteuereinheit eine Schaltung ist, die eine Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals anwendet, so dass die Phasendifferenz auf eine Referenzphasendifferenz geht, wobei die Frequenzsteuereinheit des Weiteren umfasst: ein Mittel zum Erhalten bei jeder Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor einer Änderung in der Phasendifferenz zwischen einem elektrischen Signal von der Membran, das eine Oszillation in dem Oszillationsmodus darstellt, und einem elektrischen Signal, das eine Oszillation in dem zweiten Oszillationsmodus darstellt, zu einem vorangehenden Ansteuerungsvorgang; und ein Mittel zum Erhöhen oder Senken der Referenzphasendifferenz entsprechend der Änderung in der Phasendifferenz. Dies ist eine sechste Ausführungsform einer piezoelektrischen Ansteuerschaltung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
Diese Erfindung stellt auch ein Steuerverfahren für eine Ansteuerschaltung bereit mit einem Treiber zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals, das ein Wechselstromsignal ist, an eine Membran eines piezoelektrischen Aktors, einem spannungsgesteuerten Oszillator zum Ausgeben eines Ansteuerspannungssignals mit einer Frequenz, die einer Frequenzsteuerspannung entspricht, an den Treiber, und einer Phasendifferenzdetektionsschaltung zum Empfangen eines elektrischen Signals von der Membran, das eine Oszillation in einem ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals, das eine Oszillation in einem zweiten Oszillationsmodus mit einer Oszillationsrichtung, die sich von dem ersten Oszillationsmodus unterscheidet, darstellt, und zum Erfassen einer Phasendifferenz dieser elektrischen Signale, wobei ein Ansteuerschaltungssteuerverfahren für den piezoelektrischen Aktor dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: einen Frequenzsteuerschritt zum Optimieren der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators auf der Basis der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung detektiert wird, und gekennzeichnet durch einen Frequenzsteuerschritt zum Erhöhen der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillatoos, wenn die Zeitableitung der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung erfasst wird, positiv ist, und zum Senken derselben, wenn diese negativ ist, bis eine Änderung in der Phasendifferenz im Laufe der Zeit in einem spezifischen Bereich liegt.
In einer eigenen bevorzugten Ausführungsform hat ein Steuerverfahren für eine Ansteuerschaltung einen Treiber zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals, das ein Wechselstromsignal ist, an eine Membran eines piezoelektrischen Aktors, einen spannungsgesteuerten Oszillator zum Ausgeben eines Ansteuerspannungssignals mit einer Frequenz, die einer Frequenzsteuerspannung entspricht, an den Treiber, und eine Phasendifferenzdetektionsschaltung zum Empfangen eines elektrischen Signals von der Membran, das eine Oszillation in einem ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals, das eine Oszillation in einem zweiten Oszillationsmodus mit einer Oszillationsrichtung, die sich von dem ersten Oszillationsmodus unterscheidet, darstellt, und zum Erfassen einer Phasendifferenz dieser elektrischen Signale, wobei ein Ansteuerschaltungssteuerverfahren für den piezoelektrischen Aktor dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: einen Frequenzsteuerschritt zum Optimieren der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators auf der Basis der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung detektiert wird, und zum Erhöhen der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators, bis die Phasendifferenz größer oder gleich einer Referenzphasendifferenz ist, und einen Schritt zum Bestimmen, ob die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors erfolgreich war oder versagt hat, und Korrigieren der Referenzphasendifferenz auf der Basis des Ergebnisses.
Zusätzlich zu den Moden, in welchen Produkte, die die zuvor beschriebene Ansteuerschaltung umfassen, hergestellt oder verkauft werden, kann die vorliegende Erfindung auch durch Moden, wie das Verteilen eines Programms zur Ausführung der zuvor beschriebenen Methoden an Benutzer über eine elektrische Kommunikationsschaltung oder Verteilen eines computerlesbaren Speichermediums, das ein solches Programm speichert, an Benutzer erreicht werden.
Von einem anderen Standpunkt aus stellt die vorliegende Erfindung eine tragbare elektronische Vorrichtung bereit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen piezoelektrischen Aktor von dem eine Hauptkomponente eine Membran ist, die aus piezoelektrischen Elementen besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus angelegt wird, und in einem zweiten Oszillationsmodus mit einer anderen Oszillationsrichtung oszilliert; und ein Ansteuerschaltung wie zuvor beschrieben umfasst.
Die tragbare elektronische Vorrichtung verwendet eine der zuvor beschriebenen sechs Ausführungsformen als Ansteuerschaltung, kann aber die zweite bis sechste Ausführungsform verwenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die tragbare elektronische Vorrichtung eine Armbanduhr, umfassend einen Rotor, der durch den piezoelektrischen Aktor zur Drehung angetrieben wird und einen Anzeigemechanismus, der mit dem Rotor verbunden ist, um Informationen bezüglich der Zeit anzuzeigen.
In einer eigenen bevorzugten Ausführungsform ist die tragbare elektronische Vorrichtung eine kontaktlose IC-Karte.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Hauptteile eines Kalenderanzeigemechanismus für eine Armbanduhr zeigt, in dem ein piezoelektrischer Aktor gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung eingebaut ist.
2 ist eine Schnittansicht, die die Grundkonfiguration derselben Armbanduhr zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die die Grundkonfiguration desselben Kalenderanzeigemechanismus zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die die ausführliche Konfiguration desselben piezoelektrischen Aktors zeigt.
5 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Membran desselben piezoelektrischen Aktors zeigt.
6 zeigt ein Beispiel von Elektroden, die auf der Oberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung in demselben piezoelektrischen Aktor gebildet sind.
7 und 8 zeigen Polarisierungszustände derselben piezoelektrischen Vorrichtung.
9 zeigt eine sinusförmige Oszillation, die in der Membran erzeugt wird.
10 zeigt die elliptische Bewegung, die in dem Endkontaktteil der Membran erzeugt wird.
11 bis 14 zeigen eine Änderung zu der Ansteuerungsfrequenz der Detektionssignale, die von den Oszillationsdetektionselektroden der Membran erhalten werden.
15 und 16 zeigen beispielhafte Anordnungen der Oszillationsdetektionselektroden der Membran.
17 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
18 zeigt Beispiele für eine Änderung in dem Pfad des Kontaktteils in der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der Ansteuerungsfrequenz.
19 zeigt Beispiele einer Änderung in der Drehzahl des Rotors und einer Änderung in der Phasendifferenz für die Oszillation in Längsrichtung und die sinusförmige Oszillation der Detektionssignale in derselben Ausführungsform, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals, das an die Membran angelegt wird, variiert.
20 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der ϕ-V Umwandlungsschaltung in 17 zeigt.
21 und 22 zeigen die Wellenform an jedem Teil derselben ϕ-V Umwandlungsschaltung.
23 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb derselben Ansteuerschaltung zeigt.
24 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Ansteuerschaltung in einem Beispiel zeigt, das nicht im Umfang dieser Erfindung liegt.
25 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb derselben Ansteuerschaltung zeigt.
26 und 27 zeigen die Veränderung in den Eigenschaften des piezoelektrischen Aktors aufgrund der Umgebungstemperatur.
28 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ansteuerschaltung in einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
29 zeigt ein Beispiel des Betriebs derselben Ansteuerschaltung.
30 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ansteuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
31 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb derselben Ansteuerschaltung zeigt.
32 und 33 zeigen Beispiele des Betriebs derselben Ansteuerschaltung.
34 zeigt das Aussehen einer kontaktlosen IC-Karte.
35 zeigt die Konfiguration des Restsummenanzeigezählers derselben Karte.
36 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration des Anzeigeteils für hohe Stellen derselben Karte zeigt.
37 ist eine Vorderansicht, die die Konfiguration des Anzeigeteils für niedere Stellen derselben Karte zeigt.
38 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration des Anzeigeteils für niedere Stellen derselben Karte zeigt.
39 und 40 sind Blockdiagramme, die alternative Ansteuerschaltungskonfigurationen zeigen.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Folge unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
[1] Ausführungsform 1
[1.1] Gesamtkonfiguration
1 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration eines Kalenderanzeigemechanismus einer Armbanduhr zeigt, in dem der piezoelektrische Aktor A gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung eingebaut ist.
Wie in 1 dargestellt ist, ist das Hauptteil des Kalenderanzeigemechanismus im Wesentlichen mit einem piezoelektrischen Aktor A gemäß der vorliegenden Ausführungsform, einem Rotor 100, der durch diesen piezoelektrischen Aktor A in Drehung versetzt wird, einem Untersetzungsräderwerk zum Herabsetzen der Drehzahl und Übertragen der Rotation des Rotors 100, und einem Datumszähler 50, der durch eine Antriebskraft, die durch das Untersetzungsräderwerk übertragen wird, angetrieben wird, konfiguriert. Das Untersetzungsräderwerk enthält ein Datumseinstell-Mittelrad 40 und ein Datumseinstellrad 60. Der piezoelektrische Aktor A hat eine flache rechteckige Membran 10; diese Membran 10 ist so angeordnet, dass ihr Ende mit der Außenfläche des Rotors 100 in Kontakt steht.
2 ist eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Uhr. Der Kalenderanzeigemechanismus mit dem piezoelektrischen Aktor A ist an dem schraffierten Teil in der Figur eingebaut. Ein scheibenförmiges Ziffernblatt 70 ist über diesem Kalenderanzeigemechanismus angeordnet. Ein Fenster 71 zur Anzeige des Datums ist an einem Teil an der Außenseite des Ziffernblattes 70 angeordnet, so dass das Datum an dem Datumszähler 50 durch das Fenster 71 erkennbar ist. Die Bewegungs- und Ansteuerschaltung (in der Figur nicht dargestellt) zum Ansteuern der Zeiger 72 ist unter dem Ziffernblatt 70 angeordnet.
3 ist eine Schnittansicht, die die ausführliche Konfiguration des in 1 dargestellten Kalenderanzeigemechanismus zeigt. Wie in 3 dargestellt ist, hat die Uhr eine Basisplatte 103, das heißt, eine erste Bodenplatte, und eine zweite Bodenplatte 103' auf einer anderen Höhe als die Basisplatte 103. Eine Welle 101, die den Rotor 100 des Kalenderanzeigemechanismus axial stützt, ragt von der Basisplatte 103 vor. Der Rotor 100 hat ein Lager (in der Figur nicht dargestellt) an seinem Boden, und das Ende der Welle 101 wird in dem Lager gehalten. Ein Zahnrad 100c, das koaxial zu dem Rotor 100 liegt und in Verbindung mit dem Rotor 100 dreht, ist an der Oberseite des Rotors 100 angeordnet.
Eine Welle 41, die das Datumseinstell-Mittelrad 40 axial stützt, ragt von der Basisplatte 103' vor. Ein Lager (in der Figur nicht dargestellt) ist an dem Boden des Datumseinstell-Mittelrads 40 angeordnet, und das Ende der Welle 41 wird in dem Lager gehalten. Das Datumseinstell-Mittelrad 40 hat ein Teil mit großem Durchmesser 4b und ein Teil mit kleinem Durchmesser 4a. Das Teil mit kleinem Durchmesser 4a ist zylindrisch mit einem etwas kleineren Durchmesser als das Teil mit großem Durchmesser 4b, und hat im Wesentlichen eine quadratische Kerbe 4c, die an seiner Außenfläche gebildet ist. Dieses Teil mit kleinem Durchmesser 4a ist an dem Teil mit großem Durchmesser 4b so befestigt, dass sie konzentrisch sind. Das obere Zahnrad 100c des Rotors 100 greift in das Teil mit großem Durchmesser 4b. Daher dreht das Datumseinstell-Mittelrad 40 mit dem Teil mit großem Durchmesser 4b und dem Teil mit kleinem Durchmesser 4a in Verbindung mit der Rotation des Rotors 100 auf der Welle 41 als Rotationsachse.
Der Datumszähler 50 ist ein Ring, der wie in 1 dargestellt ist geformt ist, und hat ein inneres Zahnrad 5a, das an der inneren Umfangsfläche gebildet ist. Das Datumseinstellrad 50 hat ein Fünfzahn-Zahnrad und steht mit dem inneren Zahnrad 5a in Eingriff. Wie in 3 dargestellt ist, ist eine Welle 61 in der Mitte des Datumseinstellrades 60 angeordnet, und sitzt mit Spiel in einem Durchgangsloch 62, das in der Basisplatte 103' gebildet ist. Das Durchgangsloch 62 ist länglich in die Umfangsrichtung des Datumszählers 50 gebildet.
Ein Ende einer Blattfeder 63 ist an der Basisplatte 103' befestigt und das andere Ende presst flexibel nach oben und nach rechts, wie in Fig. dargestellt ist, auf die Welle 61.
Die Blattfeder 63 spannt die Welle 61 und das Datumseinstellrad 60 vor. Die Vorspannwirkung dieser Blattfeder 63 verhindert auch ein Wackeln des Datumszählers 50.
Ein Ende einer Blattfeder 64 ist an der zweiten Basisplatte 103' verschraubt und ein Endteil 64a, das im Wesentlichen V-förmig gebogen ist, ist an dem anderen Ende gebildet. Ein Kontakt 65 ist so angeordnet, dass er mit der Blattfeder 64 in Kontakt steht, wenn das Datumseinstell-Mittelrad 40 dreht und das Endteil 64a in die Kerbe 4c eintritt. Eine spezifische Spannung wird an die Blattfeder 64 angelegt, und wenn sie mit dem Kontakt 65 in Kontakt gelangt, wird die Spannung auch an den Kontakt 65 angelegt. Es ist daher möglich, den Datumszählstatus durch Detektieren der Spannung des Kontakts 65 zu erfassen. Es sollte festgehalten werden, dass vorzugsweise auch ein manuelles Antriebszahnrad, das mit dem inneren Zahnrad 5a in Eingriff steht, bereitgestellt ist, so dass der Datumszähler 50 angetrieben werden kann, wenn ein Benutzer eine bestimmte Tätigkeit mit der Krone durchführt (in der Figur nicht dargestellt).
Wenn eine Ansteuerungsspannung von einer Ansteuerschaltung in der zuvor beschriebenen Konfiguration angelegt wird, oszilliert die Membran 10 des piezoelektrischen Aktors A innerhalb der Ebene, die die Oberflächen enthält. Die Oszillationen, die in dieser Membran 10 erzeugt werden, treffen auf die Außenfläche des Rotors 100, und der Rotor 100 wird im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt, wie durch den Pfeil in der Figur angezeigt ist. Diese Rotation des Rotors 100 wird durch das Datumseinstell-Mittelrad 40 auf das Datumseinstellrad 60 überragen, und dieses Datumseinstellrad 60 dreht den Datumszähler 50 im Uhrzeigersinn.
Es sollte hier festgehalten werden, dass die Energieübertragung von der Membran 10 auf den Rotor 100, von dem Rotor 100 auf das Untersetzungsräderwerk und von dem Unter setzungsräderwerk auf den Datenzähler 50 in jedem Fall eine Energieübertragung in die Richtung parallel zu der Oberfläche der Membran 10 ist. Es ist daher möglich, die Membran 10 und den Rotor 100 in derselben Ebene anzuordnen, anstatt eine Spule und einen Rotor in der Dickenrichtung zu stapeln, wie bei einem Schrittmotor nach dem Stand der Technik, und der Kalenderanzeigemechanismus kann daher dünner gestaltet werden. Wenn der Kalenderanzeigemechanismus dünn gestaltet wird, ist es ferner auch möglich, die Dicke D des schraffierten Teils zu verringern und die gesamte Uhr dünner zu machen.
Da es ferner mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, den Kalenderanzeigemechanismus in der schraffierten Fläche in 2 aufzunehmen, kann ein gemeinsames Uhrwerk 73 in Uhren verwendet werden, die einen Kalenderanzeigemechanismus haben, und in Uhren, die keinen Kalenderanzeigemechanismus haben, und die Produktivität kann erhöht werden.
Verschiedene Armbanduhren mit einer elektrischen Generatorfunktion wurden vor kurzem vorgeschlagen, und die Verringerung der gesamten Uhrengröße war bei dieser Art von Armbanduhr schwierig, da zwei große mechanische Elemente, der Erzeugungsmechanismus und ein Motormechanismus für das Uhrwerk, bereitgestellt werden müssen. Durch Verwendung eines piezoelektrischen Aktors A gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung anstelle eines Motors, kann ein dünnes Uhrwerk bereitgestellt werden und die Gesamtgröße der Uhr kann verringert werden.
[1.2] Einzelheiten des piezoelektrischen Aktors gemäß der Ausführungsform
4 ist eine Draufsicht, die die ausführliche Konfiguration des piezoelektrischen Aktors A zeigt. 5 ist eine Schnittansicht durch I-I' der Membran 10 in dem piezoelektrischen Aktor A. Wie in 4 dargestellt ist, ist die Membran 10 eine rechteckige Platte, die von zwei langen Seiten und zwei kurzen Seiten umgeben ist. Wie in 5 dargestellt ist, hat die Membran 10 eine lamellenförmige Struktur mit zwei rechteckigen flachen piezoelektrischen Elementen 30 und 31, zwischen welchen eine Verstärkungsplatte 32 aus rostfreiem Stahl mit im Wesentlichen derselben Form wie die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 angeordnet ist, die dünner als die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 ist.
Durch derartiges Anordnen einer Verstärkungsplatte 32 zwischen piezoelektrischen Elemente 30 und 31 wird eine Beschädigung der Membran 10, die durch eine übermäßige Amplitude in der Membran 10 oder zum Beispiel einen äußeren Schlag beim Herabfallen verursacht wird, verringert, und die Haltbarkeit kann verbessert werden. Ferner kann durch die Verwendung eines Teils, das dünner als die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 ist, für die Verstärkungsplatte 32 eine Interferenz mit der Oszillation der piezoelektrischen Elemente 30 und 31 signifikant vermieden werden.
Die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 können aus Materialien, wie Bleizirkonattitanat (PZT^TM), Quarz, Lihiumniobat, Bariumtitanat, Bleititanat, Bleimetaniobat, Polyvinylidenfluorid, Zinkbleiniobat und Skandiumbleiniobat hergestellt werden. Die chemische Formel für Zinkbleiniobat ist [Pb(Znl/3-Nb2/3)1-X (PbTiO3)X] (wobei X entsprechend der Zusammensetzung unterschiedlich ist, und X etwa 0,09 ist), und die chemische Formel für Skandiumbleiniobat ist [{Pb((Sc1/2-Nb1/2)1-X TiX O3] (wobei X entsprechend der Zusammensetzung unterschiedlich ist, und X etwa 0,09 ist).
Wie in 4 dargestellt ist, hat die Membran 10 einen Kontakt 36 an einer Ecke, wo eine lange Seite und eine kurze Seite schneiden. Dieser Kontakt 36 wird erreicht, indem die Verstärkungsplatte 32, die in 5 dargestellt ist, geschnitten oder auf andere Weise geformt wird, wodurch ein Endteil mit einer graduell abgerundeten Oberfläche von den piezoelektrischen Elementen 30 und 31 vorragt. Die Membran 10 ist so angeordnet, dass die Spitze dieses Kontakts 36 mit der Außenfläche des Rotors 100 in Kontakt steht, und die langen Seiten in einem Winkel von etwa 135 Grad zu dem Radius des Rotors 100 gehalten werden. Ein Stützelement 11 und eine Feder 300 sind an dem piezoelektrischen Aktor A angeordnet, um die Membran 10 in dieser Position zu halten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stützelement 11 integral mit der Verstärkungsplatte 32 durch Schneiden oder andersartiges Formen der Verstärkungsplatte 32 gebildet. Wie in der Figur dargestellt ist, ist dieses Stützelement 11 ein L-förmiges Element mit einem senkrechten Teil, das senkrecht von im Wesentlichen der Mitte der langen Seite der Membran 10 absteht, und einem horizontalen Teil, das von dem Ende dieses senkrechten Teils parallel zu der langen Seite zu dem Rotor 100 absteht. Ein Stift 39, der von der Basisplatte 103 absteht, wie in 1 und 3 dargestellt ist, geht durch ein Ende 38 an dem gegenüberliegenden Ende des horizontalen Teils von dem senkrechten Teil. Das Stützelement 11 und die Membran 10, die daran befestigt ist, können auf diesem Stift 39 als Rotationsachse drehen.
Ein Ende 300a der Feder 300 steht mit ungefähr dem mittleren Teil 11a des horizontalen Teils des Stützelements 11 in Eingriff. Ein Stift 300b, der von der Basisplatte 103 absteht (siehe 1 und 3), geht im Wesentlichen durch die Mitte der Feder 300. Die Feder 300 kann auf diesem Stift 300b als Rotationsachse drehen. Das andere Endteil 300c der Feder 300 an dem Ende, das dem Ende 300a gegenüberliegt, steht mit der Basisplatte 103 in Eingriff. Der Druck, mit dem der Kontakt 36 gegen die Außenfläche des Rotors 100 schiebt, kann in dieser Ausführungsform durch Ändern der Position dieses Endes 300c eingestellt werden.
Insbesondere, wenn das Ende 300c, wie in der Figur dargestellt ist, um den Stift 300b im Uhrzeigersinn verschoben wird, erhöht sich die Kraft, mit der das Ende 300a der Feder 300 das Teil 11a des Stützelements 11 nach oben schiebt, und diese Kraft nimmt ab, wenn das Ende 300c gegen den Uhrzeigersinn verschoben wird. Wenn die Kraft, die auf dem Stützelement 11 nach oben schiebt, zunimmt, erhöht sich die Kraft, die das Stützelement 11 um den Stift 39 gegen den Uhrzeigersinn drehen lässt, und die Kraft, durch die der Kontakt 36 den Rotor 100 schiebt, nimmt zu. Wenn andererseits die Kraft, die das Stützelement 11 nach oben schiebt, abnimmt, nimmt die Kraft, die das Stützelement 11 im Uhrzeigersinn drehen lässt, ab und die Kraft des Kontakts 36 gegen den Rotor 100 nimmt ab. Die Ansteuerungseigenschaften des piezoelektrischen Aktors A können somit durch Einstellen des Drucks, der durch den Kontakt 36 gegen den Rotor 100 ausgeübt wird, eingestellt werden.
Es ist festzuhalten, dass in dieser Ausführungsform der Kontakt 36, der gegen die Außenfläche des Rotors 100 schiebt, gekrümmt ist. Infolgedessen ändert sich der Kontakt zwischen der Außenfläche des Rotors 100, die eine gekrümmte Oberfläche ist, und der gekrümmte Kontakt 36 nicht nennenswert, selbst wenn die relativen Positionen des Rotors 100 und der Membran 10 zum Beispiel aufgrund dimensionaler Variationen variieren. Es ist daher möglich, einen stabilen Kontakt zwischen dem Rotor 100 und dem Kontakt 36 aufrechtzuerhalten. Ferner muss ein Schleifen oder Polieren nur bei dem Kontakt 36 angewendet werden, der mit dem Rotor 100 in dieser Ausführungsform in Kontakt steht, und daher ist eine Regulierung des Kontakts mit dem Rotor 100 einfach. Ein Leiter oder Nichtleiter kann für den Kontakt 36 verwendet werden, aber ein Kurzschluss der piezoelektrischen Elemente 30 und 31 kann verhindert werden, wenn ein Kontakt bei dem Rotor 100 vorhanden ist, der im Allgemeinen aus Metall besteht, wenn ein Nicht-Leiter verwendet wird.
[1.3] Konfiguration der Ansteuerschaltung und Elektroden, die auf der Membran angeordnet sind
Die Ansteuerungselektrode und Oszillationsdetektionselektroden, die an der Membran 10 angeordnet sind, werden anschließend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In dem Beispiel, das in 6 dargestellt ist, sind rechteckige Oszillationsdetektionselektroden T1, T2, T3 und T4 an den vier Ecken der Oberfläche des rechteckigen piezoelektrischen Elements 30 angeordnet. Obwohl in 6 nicht dargestellt, sind die Oszillationsdetektionselektroden T1, T2, T3 und T4, die mit diesen identisch sind, auch an der gegenüberliegenden Seite an den Ecken des piezoelektrischen Elements 31 angeordnet. Die Oszillationsdetektionselektrode T1, die auf dem piezoelektrischen Element 30 angeordnet ist, und die Oszillationsdetektionselektrode T1, die auf dem piezoelektrischen Element 31 angeordnet ist, sind verbunden, und ein Detektionssignal SD1, das eine Oszillation der Membran 10 darstellt, wird von einem Kontakt zwischen ihnen erhalten. Die Oszillationsdetektionselektrode T2, die auf dem piezoelektrischen Element 30 angeordnet ist, und die Oszillationsdetektionselektrode T2, die auf dem piezoelektrischen Element 31 angeordnet ist, sind ebenso verbunden, und ein Detektionssignal SD2, das eine Oszillation der Membran 10 darstellt, wird von einem Kontakt zwischen ihnen erhalten. Die anderen Oszillationsdetektionselektroden T3 und T4 sind gleich. Eine Ansteuerungselektrode 33 ist auf der Oberfläche des piezoelektrischen Elements 30 in der Fläche angeordnet, die nicht von den Oszillationsdetektionselektroden T1 bis T4 bedeckt ist. Es ist ein Spalt zwischen der Ansteuerungselektrode und den Oszillationsdetektionselektroden T1 bis T4 vorhanden, die somit elektrisch isoliert sind. Eine identische Ansteuerungselektrode 33 ist auch an der Oberfläche des piezoelektrischen Elements 31 angeordnet.
Piezoelektrische Elemente 30 und 31 sind jeweils in die Dickenrichtung polarisiert. 7 und 8 zeigen jeweils Beispiele der Polarisierungszustände von piezoelektrischen Elementen 30 und 31. In dieser Ausführungsform der Erfindung haben piezoelektrische Elemente 30 und 31 die Eigenschaft, sich in die Längsrichtung auszudehnen, wenn ein Feld in dieselbe Richtung wie jede Richtung einer Polarisierung empfangen wird, und sich zusammenzuziehen, wenn ein Feld in die Richtung entgegengesetzt zu der Richtung einer Polarisierung empfangen wird. Wenn daher die Anordnung der Polarisierungsrichtungen der zwei piezoelektrischen Elemente 30 und 31 unterschiedlich ist, wie in 7 und 8 dargestellt ist, ist auch das Verfahren zum Ansteuern jedes piezoelektrischen Elements unterschiedlich.
In dem Beispiel, das in 7 dargestellt ist, sind die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 in wechselseitig entgegengesetzte Richtungen polarisiert. In diesem Fall, wie in 6 dargestellt ist, ist die Verstärkungsplatte 32 geerdet, die Ansteuerungselektrode 33 auf dem piezoelektrischen Element 30 und die Ansteuerungselektrode 33 auf dem piezoelektrischen Element 31 sind verbunden, und ein Ansteuerspannungssignal SDR einer spezifischen Frequenz, die zwischen einer +V-Spannung und einer –V-Spannung wechselt, wird wiederholt zwischen diesem Kontakt und der Erdungsleitung angelegt. Wenn eine +V-Spannung zwischen der Erdungsleitung und dem Kontakt zwischen den zwei Ansteuerungselektroden 33 angelegt wird, wird ein Feld, das jeder Polarisierungsrichtung entgegengesetzt ist, an die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 angelegt, und daher ziehen sich die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 in Längsrichtung zusammen. Wenn andererseits eine –V-Spannung zwischen der Erdungsleitung und dem Kontakt zwischen den zwei Ansteuerungselektroden 33 angelegt wird, wird ein Feld in dieselbe Richtung wie die Polarisierungsrichtung an die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 angelegt, und daher dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 in Längsrichtung aus. Aufgrund dieses Verhaltens dehnt sich die Membran 10 infolge des Anlegens eines Ansteuerspannungssignals SDR einer spezifischen Frequenz in Längsrichtung aus und zieht sich zusammen. Diese Ausdehnungs- und Zusammenziehbewegung wird als Oszillation in Längsrichtung oder Oszillation in einem ersten Oszillationsmodus bezeichnet.
In dem Beispiel, das in 8 dargestellt ist, sind die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 in dieselbe Richtung polarisiert. In diesem Fall ist die Verstärkungsplatte 32 geerdet und eine erste Phase, in der eine +V-Spannung zwischen der Erdungsleitung und der Ansteuerungselektrode 33 auf dem piezoelektrischen Element 30 angelegt wird, und eine –V-Spannung zwischen der Erdungsleitung und der Ansteuerungselektrode 33 auf dem piezoelektrischen Element 31 angelegt wird, und eine zweite Phase, in der eine –V-Spannung zwischen der Erdungsleitung und der Ansteuerungselektrode 33 auf dem piezoelektrischen Element 30 angelegt wird, und eine +V-Spannung zwischen der Erdungsleitung und der Ansteuerungselektrode 33 auf dem piezoelektrischen Element 31 angelegt wird, werden bei einer spezifischen Frequenz wiederholt. In dieser ersten Phase ziehen sich die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 in Längsrichtung zusammen, da ein Feld in die Richtung entgegengesetzt zu jeder Polarisierungsrichtung an die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 angelegt wird. In der zweiten Phase dehnen sich andererseits die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 in Längsrichtung aus, da ein Feld derselben Richtung wie jede Polarisierungsrichtung an die piezoelektrischen Elemente 30 und 31 angelegt wird. Die Oszillation in Längsrichtung wird somit in der Membran 10 durch Anlegen solcher Ansteuerungsspannungen einer spezifischen Frequenz erzeugt.
Es sollte festgehalten werden, dass die Membran 10 im Wesentlichen linear symmetrisch um eine Symmetrieachse durch die Mitte in der Längsrichtung gebildet werden kann, aber nicht vollständig symmetrisch ist, da asymmetrische Komponenten darin enthalten sind, wie Kontakt 36. Wenn daher die Oszillation in Längsrichtung in der Membran 10 erzeugt wird, tritt ein Moment, das in die Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Membran 10 schwingt, mit einer Verzögerung zu dieser Oszillation in Längsrichtung auf. Dieses Moment erzeugt eine sinusförmige Oszillation in der Membran 10. Wie in 9 dargestellt ist. Diese sinusförmige Oszillation ist eine Bewegung, in der sich die Membran 10 in der Ebene bewegt, die die Oberflächen der Membran 10 senkrecht zu der Längsrichtung enthält. Wenn eine solche Oszillation in Längsrichtung und sinusförmige Oszillation in der Membran 10 erzeugt wird, bewegt sich der Kontakt 36 an dem Ende der Membran 10 in einem elliptischen Muster, wie in 10 dargestellt ist. Somit trifft der Kontakt 36, der sich auf diesem elliptischen Pfad bewegt, auf die Außenfläche des Rotors 100, und dieser wird somit in Drehung versetzt.
Die Amplitude der Oszillation in Längsrichtung und die Amplitude der sinusförmigen Oszillation unterscheiden sich gemäß der Position auf der Oberfläche der Membran 10. Das heißt, es tritt ein Phänomen auf, dass die Oszillation in Längsrichtung an bestimmten Positionen auf der Oberfläche erkennbar wird und die sinusförmige Oszillation an anderen Positionen erkennbar wird. Die Membran 10 hat auch eine Resonanzeigenschaft zu der Oszillation in Längsrichtung und eine Resonanzeigenschaft zu der sinusförmigen Oszillation. Die Resonanz in Bezug auf die Oszillation in Längsrichtung der Membran 10 und die Resonanz in Bezug auf die sinusförmige Oszillation wird durch die Form und das Material der Membran 10 bestimmt, aber die letztgenannte Resonanzfrequenz ist etwas höher als die erstgenannte Resonanzfrequenz.
In dieser bevorzugten Ausführungsform sind Oszillationsdetektionselektrodenpaare an mehreren Stellen auf den piezoelektrischen Elementen 30 und 31 der Membran 10 angeordnet, und die Oszillation in Längsrichtung und die sinusförmige Oszillation werden dadurch erfasst. 11 bis 14 zeigen die Spannungsamplitude der Detektionssignale von jeder der Oszillationsdetektionselektroden T1 bis T4, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, das zum Ansteuern der Elektrode 33 angelegt wird, geändert wird, wenn keine Last an die Membran 10 angeschlossen ist.
Unter Bezugnahme auf 6 sind die Oszillationsdetektionselektroden T1 und T3 an Positionen angeordnet, wo die Oszillation in Längsrichtung der Membran 10 erkennbar ist. Dadurch, wie in 11 und 13 dargestellt ist, ist die Amplitudenspannung der Detektionssignale, die von diesen Elektroden erhalten werden, nahe dem Resonanzfrequenzband fr (etwa 283,5 [kHz]) in Bezug auf die Oszillation in Längsrichtung der. Membran 10 am größten. Andererseits sind die Oszillationsdetektionselektroden T2 und T4 an Positionen angeordnet, wo die sinusförmige Oszillation der Membran 10 erkennbar ist. Dadurch, wie in 12 und 13 dargestellt ist, ist die Amplitudenspannung der Detektionssignale, die von diesen Elektroden erhalten werden, nahe dem Resonanzfrequenzband fr2 (etwa 287,5 [kHz]) in Bezug auf die sinusförmige Oszillation der Membran 10 am größten. Diese Tendenz ist dieselbe, wenn eine Last an die Membran 10 angeschlossen ist.
Verschiedene Verfahren zur Anordnung der Oszillationsdetektionselektroden in einer anderen Weise als in 6 dargestellt ist, sind ebenso möglich. 15 und 16 zeigen Beispiele dafür. Nur die Oszillationsdetektionselektroden T1 und T2, die in 6 dargestellt sind, sind in dem Beispiel bereitgestellt, das in 15 dargestellt ist. In dem Beispiel, das in 16 dargestellt ist, sind nur die Oszillationsdetektionselektroden T1 und T4, die in 6 dargestellt sind, bereitgestellt.
17 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Ansteuerschaltung 200 zeigt, die das Ansteuerspannungssignal SDR zu den Steuerelektroden 33 der Membran 10 in der vorliegenden Ausführungsform leitet. Diese Ansteuerschaltung 200 hat eine Funktion zur Steuerung der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, um im Wesentlichen die größte Phasendifferenz zwischen der Oszillation in Längsrichtung und der sinusförmigen Oszillation aufrechtzuerhalten, die in der Membran 10 erzeugt wird. Dieses Verfahren der Frequenzsteuerung wird verwendet, um die kinetische Energie der Membran 10 effizient zu dem Rotor 100 zu übertragen. Dies ist in der Folge ausführlich beschrieben.
18 zeigt ein Beispiel des Pfades, der durch den Kontakt 36 der Membran 10 beschrieben wird. Zur Beschreibung der x-Achse und z-Achse in der Figur ist die z-Achse die Achse für die Längsrichtung der Membran 10, wie in 10 dargestellt ist, und die x-Achse ist die Achse senkrecht zu der z-Achse in der Ebene, die die Oberflächen der Membran 10 enthält. In 18 ist Ra der Pfad des Kontakts 36, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR mit der Resonanzfrequenz fr der Oszillation in Längsrichtung übereinstimmt, und Rd ist der Pfad des Kontakts 36, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR mit der Resonanzfrequenz fr2 der sinusförmigen Oszillation übereinstimmt. Zusätzlich bezeichnen Rb und Rc den Pfad des Kontakts 36, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR eine Frequenz fb, fc, (fb < fc) zwischen fr und fr2 ist.
Da die sinusförmigen Oszillationen, die in der Membran 10 erzeugt werden, durch die Oszillation in Längsrichtung induziert werden, ist die Phase der sinusförmigen Oszillation relativ zu der Phase der Oszillation in Längsrichtung verzögert. Der Pfad des Kontakts 36 ist ein elliptischer Pfad mit einer Auswölbung, wie in 18 dargestellt ist, anstelle eines linearen Pfades, da eine Phasendifferenz zwischen der Oszillation in Längsrichtung und der sinusförmigen Oszillation vorhanden ist. Diese Phasendifferenz zwischen der Oszillation in Längsrichtung und der sinusförmigen Oszillation hängt von der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR ab. Wenn sich die Phasendifferenz entsprechend der Frequenz ändert, ändert sich die Form des elliptischen Pfades, der von dem Kontakt 36 beschrieben wird, und es wird auch angenommen, dass eine Änderung in der Rotationsantriebskraft auftritt, die an den Rotor 100 angelegt wird.
Wie auch in 18 dargestellt ist, bewegt sich die Orientierung des langen Durchmessers des elliptischen Pfades allmählich von der z-Achse weg und neigt sich in eine Ausrichtung parallel zu der x-Achse, wenn sich die Frequenz des Ansteuerspannungssignals von der Resonanzfrequenz fr der Oszillation in Längsrichtung zu der Resonanzfrequenz fr2 der sinusförmigen Oszillation bewegt. Wenn sich die Neigung des elliptischen Pfades des Kontakts 36 somit aufgrund der Änderung in der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR ändert, wird angenommen, dass sich die Größe der Rotationsantriebskraft, die an den Rotor 100 angelegt wird, auch ändert.
Indem den obengenannten Linien gedanklich gefolgt wurde, untersuchten die Erfinder ausführlich das Verhältnis zwischen der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR und der Rotation des Rotors 100. 19 zeigt die Frequenzeigenschaften der Membran 10, die infolge dieser Untersuchungen erhalten wurden; die horizontale Achse bezeichnet die Frequenz des Ansteuersignals, das an die Treiberelektroden der Membran 10 angelegt wurde, die erste vertikale Achse an der linken Seite bezeichnet die Phasen differenz, und die zweite vertikale Achse an der rechten Seite bezeichnet die Drehzahl des Rotors 100, der von dem Kontakt 36 angetrieben wird. Das Zeichen θ1 bezeichnet die Phasendifferenz zwischen der Phase des Ansteuerspannungssignals SDR, das an die Treiberelektroden 33 angelegt wird, und der Phase des Detektionssignals SD1, das von den Oszillationsdetektionselektroden T1 erhalten wird. Das Zeichen θ2 bezeichnet die Phasendifferenz zwischen der Phase des Ansteuerspannungssignals SDR, das an die Treiberelektroden 33 angelegt wird, und der Phase des Detektionssignals SD2, das von den Oszillationsdetektionselektroden T2 erhalten wird. Das Zeichen ϕ bezeichnet θ2-θ1, das heißt, die Phasendifferenz zwischen der Phase des Detektionssignals SD2, das von den Oszillationsdetektionselektroden T1 erhalten wird und der Phase des Detektionssignals SD2, das von den Oszillationsdetektionselektroden T2 erhalten wird. Diese Phasendifferenz ist gleich der Phasendifferenz zwischen der Phase der Oszillation in Längsrichtung und der Phase der sinusförmigen Oszillation. Das Zeichen V bezeichnet die Drehzahl des Rotors 100.
Wie aus 19 hervorgeht, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, das an die Membran 10 angelegt wird, nahe 287 kHz ist, ist die Phasendifferenz des Detektionssignals SD1 und des Detektionssignals SD2, das heißt, die Phasendifferenz ϕ der Oszillation in Längsrichtung und der sinusförmigen Oszillation, am größten, und die Drehzahl V des Rotors 100 ist zu diesem Zeitpunkt auch am höchsten.
Die Ansteuerschaltung 200, die in 17 dargestellt ist, wurde unter Berücksichtigung der Eigenschaften einer solchen Membran 10 gestaltet, und steuert die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, um die im Wesentlichen größte Phasendifferenz zwischen den Detektionssignalen SD1 und SD2 aufrechtzuerhalten.
Diese Ansteuerschaltung 200 hat einen Treiber 201, eine ϕ-V Umwandlungsschaltung 202, eine Verzögerungsschaltung 203, eine Vergleichsschaltung 204, eine Spannungseinstellschaltung 205 und einen VCO (spannungsgesteuerten Oszillator) 206.
Der Treiber 201 ist eine Schaltung zur Verstärkung des Ausgangssignals Sdr des VCO 206 und zum Anlegen des Ansteuerspannungssignals SDR an Treiberelektroden 33 der Membran 10. Es sollte festgehalten werden, dass in dem initialisierten Zustand der Treiber 201 ein Ansteuerspannungssignal SDR einer spezifischen Vorgabefrequenz ausgibt. Die Ausgabe dieses Ansteuerspannungssignals SDR bei der Vorgabefrequenz dient zur Einstellung der anfänglichen Oszillationen der Membran 10, das heißt, lässt die Membran 10 bei der Vorgabefrequenz im Initialisierungszustand oszillieren. Diese Initialisierung kann durch solche Verfahren wie die Eingabe eines Signals mit einer Vorgabefrequenz in den Treiber 201 oder Anlegen einer Frequenzsteuerspannung zum Oszillieren bei der Vorgabefrequenz an den VCO 206 erreicht werden.
Wenn die Membran 10 aufgrund des Anlegens des Ansteuerspannungssignals SDR oszilliert, werden das Detektionssignal SD1 und das Detektionssignal SD2 von den Oszillationsdetektionselektroden T1 und T2 der Membran 10 ausgegeben. Die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 ist eine Schaltung zum Ausgeben eines Signals entsprechend der Phasendifferenz des Detektionssignals SD1 und des Detektionssignals SD2, und hat, wie in 20 dargestellt ist, einen Phasendifferenzdetektor 202A und einen Durchschnittsspannungswandler 202B. 21 und 22 zeigen die Wellenformen an Teilen der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202. Der Phasendifferenzdetektor 202A erzeugt ein Phasendifferenzsignal SDD mit einer Impulsbreite gleich der Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2. Der Durchschnittspannungswandler 202B ermittelt den Durch schnitt der Phasendifferenzsignale SDD und gibt ein Phasendifferenzsignal SPD bei einem Pegel aus, der zu der Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 proportional ist. In dem Beispiel, das in 21 dargestellt ist, ist die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 gering. Daher wird ein Phasendifferenzsignal SDD mit einer kleinen Impulsbreite θ1 ausgegeben, und ein Phasendifferenzsignal SPD mit einem niederen Spannungspegel Vav1 wird ausgegeben. In dem Beispiel, das in 22 dargestellt ist, ist die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 groß. Daher wird ein Phasendifferenzsignal SDD mit einer großen Impulsbreite θ2 ausgegeben, und ein Phasendifferenzsignal SPD mit einem hohen Spannungspegel Vav2 wird ausgegeben.
Das Phasendifferenzsignal SPD wird zu einer Vergleichsschaltung 204 geleitet, eine bestimmte Zeit durch die Verzögerungsschaltung 203 verzögert, und zu der Vergleichsschaltung 204 als Signal DSPD geleitet.
Die Vergleichsschaltung 204 bestimmt die Differenz des Signals SPD und des Signals DSPD, bestimmt, ob die Zeitableitung der Phasendifferenz von Signalen SD1 und SD2 positiv oder negativ ist, und legt auf der Basis des Ergebnisses dieser Bestimmung ein Spannungseinstellsteuersignal SCT an die Spannungseinstellschaltung 205 an.
Die Spannungseinstellschaltung 205 erhöht oder senkt die Frequenzsteuerspannung SVC, die an den VCO 206 angelegt wird, entsprechend dem Spannungseinstellsteuersignal SCT, das von der Vergleichsschaltung 204 angelegt wird. Der VCO 206 oszilliert bei einer Frequenz, die durch diese Frequenzsteuerspannung SVC bestimmt wird, und gibt ein Signal Sdr an den Treiber 201 aus.
In der derart beschriebenen Ansteuerschaltung 200 wird eine Steuerung, die die Oszillationsfrequenz des VCO 206 erhöht, von der Vergleichsschaltung 204 angelegt, wenn die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 aufgrund einer Erhöhung der Oszillationsfrequenz des VCO 206 steigt. Zusätzlich, wenn die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 aufgrund einer Erhöhung in der Oszillationsfrequenz des VCO 206 steigt, wird eine Steuerung, die die Oszillationsfrequenz des VCO 206 senkt, von der Vergleichsschaltung 204 angewendet. Infolge des Anlegens einer solchen Steuerung oszilliert der VCO 206 bei einer Frequenz, die im Wesentlichsten die größte Phasendifferenz zwischen den Detektionssignalen SD1 und SD2 aufrechterhält.
[1.4] Betrieb dieser Ausführungsform
23 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Ansteuerschaltung 200 in der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform ist in der Folge anhand dieses Flussdiagramms beschrieben. Wenn ein Zeitpunkt, zu dem sich das Datum ändert und der Datumszähler 50 um einen Tag gedreht werden muss, eintritt, wird ein Betriebsstartbefehl an die Ansteuerschaltung 200 von einer in den Figuren nicht dargestellten Steuerschaltung ausgegeben, und das Initialisierungsansteuersignal wird an den Treiber 201 über eine bestimmte Zeitperiode angelegt. Während dieses Initialisierungsansteuersignal an den Treiber 201 angelegt wird, steigt die Frequenz des Initialisierungsansteuersignals allmählich im Laufe der Zeit. Der Bereich der Änderung in der Frequenz des Initialisierungsansteuersignals wird auf einen Frequenzbereich eingestellt, der ausreichend niederer als die Frequenz ist, bei der die Phasendifferenz der Oszillation in Längsrichtung und sinusförmigen Oszillation in der Membran 10 maximiert ist. Der Treiber 201 verstärkt das Vorgabeansteuersignal, das derart zugeführt wird, um es als Ansteuerspannungssignal SDR an die Membran 10 anzulegen. Dadurch beginnt die Membran 10 zu oszillieren, und die Frequenz steigt allmählich.
Wenn die festgesetzte Zeit verstrichen ist, endet die Zuleitung des Vorgabeansteuersignals und die Ansteuerschaltung 200 arbeitet entsprechend dem Ablauf, der in 21 dargestellt ist. Zunächst, wenn Detektionssignale SD1 und SD2 von den Oszillationsdetektionselektroden T1 und T2 aufgrund der Oszillation der Membran 10 ausgegeben werden, werden sie in die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 eingegeben (Schritt S1). Die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 erfasst die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 und gibt ein Durchschnittsphasendifferenzspannungssignal SPD mit einer Spannung Vϕ gleich der durchschnittlichen Phasendifferenz aus (Schritt S2). Wenn die Verzögerungsschaltung 203 dieses Durchschnittsphasendifferenzspannungssignal SPD empfängt (Schritt S3), gibt sie das von der ϕ-V Umwandlungsschaltung 203 in der Zeit tp zuvor empfangene Durchschnittsphasendifferenzspannungssignal SPD als Signal DSPD aus (Schritt S4). Wenn die Vergleichsschaltung 204 das Signal SPD und das Signal DSPD empfängt (Schritt S5), bestimmt sie, ob die Spannung Vϕ des Signals SPD größer als Vϕtp des Signals DSPD ist.
Es wird hier zum Beispiel angenommen, dass die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 ϕk ist, wie in 19 dargestellt ist, und ein Signal SPD mit der Spannung Vϕ, die diesem ϕk entspricht, an die Vergleichsschaltung 204 angelegt wird. Ferner ist zu dem Zeitpunkt, der um die Zeit tp früher ist, die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 ϕj, also kleiner ϕk, und ein Signal DSPD mit der Spannung Vϕtp, die dem entspricht, wird an die Vergleichsschaltung 204 angelegt. Das Ergebnis von Schritt S6 in diesem Fall ist JA, da Vϕ > Vϕtp. In diesem Fall sendet die Vergleichsschaltung 204 ein Hochpegelspannungseinstellsteuersignal SCT an die Spannungseinstellschaltung 205 (Schritt S7), und die Spannungseinstellschaltung 205 erhöht die Frequenzsteuerspannung SVC, die an den VCO 206 angelegt wird (Schritt S8, S11). Wenn die Frequenzsteuerspannung SVC derart ansteigt, steigt die Oszillationsfrequenz des VCO 206 (Schritte S12, S13).
Derselbe Betrieb wie zuvor beschrieben, wird solange wiederholt, bis die Phasendifferenz ϕ aufgrund eines Anstiegs in der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR steigt. Dadurch steigt das Ansteuerspannungssignal SDR allmählich, und die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 steigt dementsprechend allmählich (siehe Pfeil P in 19).
Wie als Beispiel in 19 dargestellt ist, ist die Phasendifferenz bei einer bestimmten Frequenz am größten (einer Frequenz nahe 287 kHz in 19), aber es gibt Fälle in dem obengenannten Betrieb, in welchen das Ansteuerspannungssignal SDR diese Frequenz übersteigt. Der folgende Betrieb gilt in solchen Fällen.
Zunächst, wenn die Phasendifferenz ϕ von Detektionssignalen SD1 und SD2 zu eine bestimmten Zeitpunkt ϕn ist, wie in 19 dargestellt ist, wird zum Beispiel ein Signal SPD mit einer Spannung Vϕ, die ϕn entspricht, an die Vergleichsschaltung 204 angelegt. Zu dem Zeitpunkt, der um die Zeit tp früher ist, ist die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 ϕm, also größer ϕn, und es wird ein Signal DSPD mit der Spannung Vϕtp, die dem entspricht, an die Vergleichsschaltung 204 angelegt. Das Ergebnis, das in diesem Fall in Schritt S6 gemeldet wird, ist NEIN, da Vϕ < Vϕtp. In diesem Fall sendet die Vergleichsschaltung 204 ein Spannungseinstellsteuersignal SCT an die Spannungseinstellschaltung 205 (Schritt S9), und die Spannungseinstellschaltung 205 senkt die Frequenzsteuerspannung SVC, die an den VCO 206 angelegt wird (Schritt S10, S11). Wenn die Frequenzsteuerspannung SVC somit fällt, fällt die Oszillationsfrequenz des VCO 206 (Schritt S12, S13). Dadurch steigt die Phasendifferenz ϕ wieder, die gefallen war, wie durch den Pfeil Q in 19 dargestellt ist.
Infolge einer Wiederholung einer solchen Steuerung wird die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR bei einer Frequenz gehalten, bei der die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2, das heißt, die Phasendifferenz der Oszillation in Längsrichtung und der sinusförmigen Oszillation der Membran 10, im Wesentlichen maximiert ist, und der Rotor 100 dreht bei der höchsten Drehzahl. Der Rotationsantrieb des Rotors 100 wird auch durch den Kalenderanzeigemechanismus übertragen, der in 1 dargestellt ist, und der Datumszähler 50 dreht nur um einen Winkel, der gleich einem Tag ist. Die Steuerschaltung sendet einen Antriebsstoppbefehl zu der Ansteuerschaltung 200, wenn sie aus einer Änderung in der Spannung des Kontakts 65 erfasst, dass der Datenzähler 50 sich um einen Winkel gedreht hat, der einem Tag entspricht. Dadurch stoppt die Ansteuerschaltung 200 die Ausgabe des Ansteuerspannungssignals SDR.
[2] Beispiel
Dieses Beispiel, das nicht im Umfang der Erfindung liegt, und die zuvor beschriebene erste Ausführungsform unterscheiden sich nur in der Konfiguration der Ansteuerschaltung, und die anderen Teile werden daher unter Bezugnahme auf dieselben Figuren wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
24 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ansteuerschaltung 200A gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ansteuerschaltung 200A hat keine Verzögerungsschaltung 203, wie sie in der Ansteuerschaltung 200 der ersten Ausführungsform verwendet wird. Die Ansteuerschaltung 200A hat stattdessen eine Konstantspannungsschaltung 210. Diese Konstantspannungsschaltung 210 gibt eine Referenzspannung SREF an die Vergleichsschaltung 204A aus. Diese Referenzspannung SREF ist eine Spannung mit demselben Pegel wie die Spannung, die von der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 ausgegeben wird, wenn die Phasendifferenz ϕ von Detektionssignalen SD1 und SD2, die von der Membran 10 erhalten werden, die Referenzphasendifferenz ϕd ist. Diese Referenzphasendifferenz ϕd ist eine Phasendifferenz, die etwas geringer als die maximale Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 von der Membran 10 ist. Wenn die Spannung SPD, die von der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 ausgeben wird, geringer als die Referenzspannung SREF ist, gibt die Vergleichsschaltung 204A ein Spannungseinstellbefehlssignal aus, das einen Anstieg in der Frequenzsteuerspannung SVC anweist, wodurch die Oszillationsfrequenz des VCO 206 steigt. Wenn die Spannung SPD geringer als die Referenzspannung SREF ist, gibt die Vergleichsschaltung 204A ein Spannungseinstellbefehlssignal aus, das eine Senkung in der Frequenzsteuerspannung SVC anweist, und die Oszillationsfrequenz des VCO 206 sinkt.
25 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Ansteuerschaltung 200A in der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform wird in der Folge anhand dieses Flussdiagramms beschrieben. Wenn die Detektionssignale SD1 und SD2 von der Membran 10 in die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 eingegeben werden (Schritt S21), erfasst die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 die Phasendifferenz ϕ dieser Detektionssignale SD1 und SD2 und gibt das Durchschnittsphasendifferenzspannungssignal SPD mit einer Spannung Vϕ gleich dieser durchschnittlichen Phasendifferenz aus (Schritt S22). Andererseits gibt die Konstantspannungsschaltung 210 konstant die Referenzspannung Vϕd aus (Schritt S23). Wenn die Vergleichsschaltung 204 das Durchschnittsphasendifferenzspannungssignal SPD und die Referenzspannung Vϕd empfängt (Schritt S24), bestimmt sie, ob die Spannung Vϕ des Signals SPD geringer als die Referenzspannung Vϕd ist (Schritt S25).
Wenn die Membran 10 zunächst zu oszillieren beginnt, sind die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR und die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 gering. Dadurch meldet der Schritt S25 JA. In diesem Fall gibt die Vergleichsschaltung 204 ein Hochpegel-Spannungseinstellsteuersignal SCT an die Spannungseinstellschaltung 205 aus (Schritt S26) und die Spannungseinstellschaltung 205 erhöht die Frequenzsteuerspannung SVC, die an den VCO 206 angelegt wird (Schritt S27, S30). Wenn die Frequenzsteuerspannung SVC dadurch steigt, steigt die Oszillationsfrequenz des VCO 206 (Schritt S31, S32).
Der zuvor beschriebene Betrieb wird wiederholt, wenn die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 geringer als die Referenzphasendifferenz ϕd ist und die Spannung Vϕ des Signals SDP geringer als die Referenzspannung Vϕd ist. Infolgedessen steigt die Oszillationsfrequenz des VCO 206 allmählich und die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 steigt. Wenn die Phasendifferenz ϕ die Referenzphasendifferenz ϕd übersteigt und die Spannung Vϕ des Signals SPD die Referenzspannung Vϕd übersteigt, meldet Schritt S25 NEIN.
In diesem Fall sendet die Vergleichsschaltung 204 ein Niederpegel-Spannungseinstellsteuersignal SCT zu der Spannungseinstellschaltung 205 (Schritt S28), und die Spannungseinstellschaltung 205 verringert die Frequenzsteuerspannung SVC, die an den VCO 206 angelegt wird (Schritt S29, S30). Dadurch fällt die Oszillationsfrequenz des VCO 206, wenn die Frequenzsteuerspannung SVC fällt (Schritt S31, S33).
Infolge der Wiederholung dieser Steuerung wird die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR bei einer Frequenz gehalten, bei der die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2, das heißt, die Phasendifferenz der Oszillation in Längsrichtung und der sinusförmigen Oszillation der Membran 10, auf die Referenzphasendifferenz ϕd geht, und der Rotor 100 dreht mit einer richtigen Drehzahl. Der Rotationsantrieb des Rotors 100 wird auch durch den Kalenderanzeigemechanismus, der in 1 dargestellt ist, übertragen, und der Datumszähler 50 dreht nur um einen Winkel, der einem Tag entspricht. Die Steuerschaltung sendet einen Ansteuerungsstoppbefehl zu der Ansteuerschaltung 200, wenn sie aus einer Änderung in der Spannung des Kontakts 65 erfasst, dass der Datumszähler 50 sich um einen Winkel entsprechend einem Tag gedreht hat. Dadurch stoppt die Ansteuerschaltung 200 die Ausgabe des Ansteuerspannungssignals SDR.
[3] Ausführungsform 3
In dem zuvor beschriebenen Beispiel wird die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR so gesteuert, dass die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2, die von der Membran 10 erhalten werden, auf die Referenzphasendifferenz ϕd geht. Für ein effizientes Antreiben des Rotors 100 mit einer solchen Frequenzsteuerung, muss die Referenzphasendifferenz ϕd so hoch wie möglich innerhalb eines Bereichs eingestellt werden, der die maximale Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2, die von der Membran 10 erhalten werden, nicht überschreitet. Die maximale Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 unterscheidet sich jedoch bei einzelnen piezoelektrischen Aktoren und selbst mit der Last und Temperatur. 26 zeigt die Frequenzeigenschaft der Ansteuerungseffizienz und der Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 bei einer Temperatur von 25°C, und 27 zeigt dieselbe Frequenzeigenschaft bei einer Temperatur von 60°C. Wenn die Referenzphasendifferenz ϕd auf 60° gestellt ist, kann die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, das diese Phasendifferenz erreicht, wenn die Temperatur 60°C ist, bestimmt werden. Die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, bei der die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 auf die Referenzphasendifferenz ϕd geht, kann jedoch nicht bestimmt werden, wenn die Temperatur 25°C ist.
Diese dritte Ausführungsform der Erfindung löst dieses Problem. 28 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ansteuerschaltung 200B der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Dieses Ansteuerschaltung 200B umfasst einen Frequenzzähler 211, eine Steuereinheit 212 und einen nicht flüchtigen Speicher 213, wie einen RAM, der durch eine Batterie gesichert ist, die der Konfiguration der Ansteuerschaltung 200A in der zweiten Ausführungsform hinzugefügt wurde (24).
Der Frequenzzähler 211 ist eine Schaltung zum Messen der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR. Der nicht flüchtige Speicher 213 hat die Aufgabe, die Referenzphasendifferenz ϕd zu speichern. Wenn ein piezoelektrischer Aktor gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Armbanduhr verwendet wird, wird eine ausreichend große Referenzphasendifferenz in dem nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert. Zum Beispiel wird zunächst die maximal mögliche Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 oder ein größerer Wert in dem nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert. Die Referenzphasendifferenz in diesem nicht flüchtigen Speicher 213 wird dann von der Steuereinheit 212 jedes Mal aktualisiert, wenn der Zeitrotor 100 angetrieben wird. Die Steuereinheit 212 bestimmt die Referenzphasendifferenz ϕd, wenn der Rotor 100 angetrieben wird, und weist die Konstantspannungsschaltung 210 an, die Referenzspannung SREF entsprechend dieser Referenzphasendifferenz ϕd auszugeben. Die Referenzphasendifferenz, die in dem nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert ist, wird als Referenz verwendet, um die Referenzphasendifferenz ϕd zu bestimmen. Die Steuereinheit 212 steuert auch die Optimierung der Referenzphasendifferenz in dem nicht flüchtigen Speicher 213.
Der Betrieb der Ansteuerschaltung 200B, wenn der Rotor 100 dreimal angetrieben wird, ist in 29 dargestellt.
Wenn der Rotor 100 das erste Mal angetrieben wird, wird ϕd7 als Referenzphasendifferenz im nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert. Die Steuereinheit 212 definiert daher ϕd8, das um ein bestimmtes Maß größer als ϕd7 ist, als Referenzphasendifferenz ϕd, und befiehlt der Konstantspannungsschaltung 210, eine entsprechende Referenzspannung SREF auszugeben. Wenn eine Referenzspannung SREF, die der Phasendifferenz ϕd8 entspricht, von der Konstantspannungsschaltung 210 ausgegeben wird, beginnt die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR zu steigen. Zunächst steigt auch die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 in Verbindung mit der Erhöhung in der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR. Sobald jedoch diese Phasendifferenz einen Maximalwert erreicht, sinkt die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 in Verbindung mit einem Anstieg in der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR. Die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR erreicht dann einen oberen Frequenzgrenzwert, ohne dass die Phasendifferenz ϕ die Referenzphasendifferenz ϕd8 erreicht.
Die Steuereinheit 212 erfasst, dass die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR die maximale Frequenz erreicht hat, aus den Messergebnissen von dem Frequenzzähler 211. Die Steuereinheit 212 nimmt zu diesem Zeitpunkt an, dass der Antrieb des Rotors 100 versagt hat, und teilt der Konstantspannungsschaltung 210 mit, die Referenzspannung SREF zu stoppen. Anschließend senkt die Steuereinheit 212 die Referenzphasendifferenz ϕd8 um ein bestimmtes Maß auf ϕd7 und teilt der Konstantspannungsschaltung 210 mit, eine entsprechende Referenzspannung SREF auszugeben und die Ansteuerschaltung 200B zu betreiben. In dem Beispiel, das in der Figur dargestellt ist, endet dieser Antriebsversuch auch in einem Versagen. Es wird auch versucht, den Rotor 100 durch die Ansteuerschaltung 200B anzutreiben, während die Referenzphasendifferenz auf ϕd6 eingestellt ist, aber dieser Versuch misslingt ebenso. Wenn die. Steuereinheit 212 dann die Referenzphasendifferenz um ein bestimmtes Maß von ϕd6 auf ϕd5 senkt und die Ansteuerschaltung 200B betreibt, und die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR die Frequenz f1 erreicht, wird der Rotor 100 mit optimaler Effizienz angetrieben. Wenn die Steuereinheit 212 erfasst, das der Antrieb des Rotors 100 normal geendet hat, speichert sie die Referenzphasendifferenz ϕd5 im nicht flüchtigen Speicher 213.
Anschließend wird der Betrieb beschrieben, wenn der Rotor ein zweites Mal danach angetrieben wird.
In diesem Fall versucht die Steuereinheit 212, den Rotor 100 mit Hilfe der Ansteuerschaltung 200B unter Verwendung von ϕd6, das ein bestimmtes Maß größer als ϕd5 ist, das im nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert ist, als Referenzphasendifferenz ϕd anzutreiben, aber dies endet in einem Versagen. Die Steuereinheit 212 senkt daher die Referenzphasendifferenz von ϕd6 auf ϕd5 und betreibt die Ansteuerschaltung 200B. Diese ϕd5 ist die Referenzphasendifferenz, bei der der Rotorantrieb das erste Mal erfolgreich war. Wenn der Rotor das zweite Mal angetrieben wird, ist jedoch die Phasendifferenz ϕd der Detektionssignale SD1 und SD2, die von der Membran 10 erhalten werden, insgesamt geringer, und der Antrieb des Rotors 100 unter Verwendung der Phasendifferenz ϕ5 versagt auch. Dadurch betreibt die Steuereinheit 212 die Ansteuerschaltung 200B unter Verwendung von ϕd4, die um ein spezifisches Maß geringer als ϕ5 ist, als Referenzphasendifferenz. In diesem Fall geht die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 auf die Referenzphasendifferenz ϕd4, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR die Frequenz f2 erreicht.
Infolgedessen wird der Rotor 100 mit optimaler Effizienz angetrieben. Wenn die Steuereinheit 212 erfasst, dass der Antrieb des Rotors 100 normal geendet hat, speichert sie die Referenzphasendifferenz ϕd4 im nicht flüchtigen Speicher 213.
Der Betrieb, wenn der Rotor ein drittes Mal danach angetrieben wird, wird anschließend beschrieben.
In diesem Fall versucht die Steuereineeit 212, den Rotor 100 mit Hilfe der Ansteuerschaltung 200B unter Verwendung von ϕd5, die um ein spezifisches Maß größer als ϕd4 ist, die im nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert ist, als Phasendifferenz ϕd anzutreiben. Der Rotorantrieb versagte das letzte Mal, als die Phasendifferenz ϕd5 war. In diesem dritten Versuch eines Rotorantriebs jedoch ist die Phasendifferenz ϕd der Detektionssignale SD1 und SD2, die von der Membran 10 erhalten werden, insgesamt höher, und der Antrieb des Rotors 100 unter Verwendung der Phasendifferenz ϕd5 ist erfolgreich. Wenn die Steuereinheit 212 erfasst, dass der Antrieb des Rotors 100 normal geendet hat, speichert sie die Referenzphasendifferenz ϕd5 im nicht flüchtigen Speicher 213.
Es wird festgehalten, dass der Antrieb des Rotors 100 erfolgreich ist, selbst wenn die Referenzphasendifferenz ϕd auf ϕd6 eingestellt ist, die um ein spezifisches Maß größer ist. Der Rotor 100 wird jedoch nicht unter Verwendung dieser Referenzphasendifferenz ϕd6 während des dritten Rotorantriebsvorganges angetrieben. Der Grund ist, dass der Datumszähler bereits unter Verwendung der Referenzphasendifferenz ϕd5 gedreht wurde, und das Antriebsziel erreicht wurde. Wenn keine Änderung in den Eigenschaften der Membran 10 eintritt, wenn der Rotor das vierte Mal angetrieben wird, wird der Rotor unter Verwendung der Phasendifferenz ϕd6 zu diesem Zeitpunkt angetrieben, die Referenzphasen differenz ϕd6 wird wahrscheinlich im nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert.
Wie zuvor beschrieben, verfolgt die vorliegende Ausführungsform Änderungen in den Eigenschaften des piezoelektrischen Aktors und kann den Rotor 100 mit extrem hoher Effizienz antreiben.
[4] Weitere Ausführungsform
30 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Ansteuerschaltung 200C für einen piezoelektrischen Aktor in einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. In 30 sind der VCO 206, der Treiber 201 und die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 dieselben wie in der Ansteuerschaltung 200 (18) in der ersten Ausführungsform und deren Beschreibung wird unterlassen.
Ein A/D-Wandler 214 ist eine Schaltung zum Umwandeln des Phasendifferenzsignals SPD, das von der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 ausgegeben wird, in einen digitalen Wert gemäß einem Befehl von einer Steuereinheit 212A. Die Betriebseinheit 215 ist eine Schaltung zum Bestimmen des digitalen Wertes DF der Frequenzsteuerspannung SVC, die dem VCO 206 gemäß einem Befehl von der Steuereinheit 212A zugeleitet wird. Der nicht flüchtige Speicher 213A ist ein Speicher, der den digitalen Wert DF für die Frequenzsteuerung und den digitalen Wert des Phasendifferenzsignals SPD speichert, wenn der Rotor 100 angetrieben wird: Die Steuereinheit 212A ist eine Vorrichtung zum Steuern jedes der zuvor beschriebenen Teile. Diese Steuereinheit 212A hat eine Funktion zur Berechnung eines optimalen digitalen Wertes DF für die Frequenzsteuerung mit Hilfe der Betriebseinheit 215, von dem angenommen wird, dass er die Antriebseffizienz des piezoelektrischen Aktors gegenüber der aktuellen verbessert, wenn die Ansteuerschaltung 200C zum Antreiben des Rotors 100 angesteuert wird, und den digitalen Wert DF aktualisiert.
31 ist ein Flussdiagramm dieses Aktualisierungsvorganges des digitalen Wertes DF. Die Steuereinheit 212A führt dieses Routine für den Rotorantrieb aus. Zuerst sendet die Steuereinheit 212A den digitalen Wert DF, der im nicht flüchtigen Speicher 213A gespeichert ist, direkt zu dem D/A-Wandler 216 durch die Betriebseinheit 215, wodurch dieser veranlasst wird, eine entsprechende Frequenzsteuerspannung SVC auszugeben (Schritt S31). Wenn diese Frequenzsteuerspannung SVC vom DIA-Wandler 208 [sic] ausgegeben wird, oszilliert der VCO 206 bei einer entsprechenden Frequenz und ein Ansteuerspannungssignal SDR mit derselben Frequenz wird an die Membran 10 angelegt. Die Membran 10 oszilliert somit und der Rotor 100 wird angetrieben. Während dieser Zeit wird die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2, die von der Membran 10 erhalten werden, von der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 erfasst und das Phasendifferenzsignal SPD wird ausgegeben.
Unter Verwendung dieser Zeit, während der Rotor angetrieben wird, unterstützt die Steuereinheit 212A einen Prozess zum Aktualisieren von DF und SPD in Vorbereitung für den nächsten Antrieb. Zuerst befiehlt die Steuereinheit 212A dem A/D-Wandler 214, dieses Phasendifferenzsignal SPD einer A/D-Umwandlung zu unterziehen (Schritt S32).
Anschließend aktualisiert die Steuereinheit 212A den digitalen Wert DF in nicht flüchtigen Speicher 213 gemäß dem folgenden Prozess. Zuerst subtrahiert sie den digitalen Wert (hier als SPDO angenommen) im nicht flüchtigen Speicher 213 von dem digitalen Wert (hier als SPDN angenommen) des Phasendifferenzsignals SPD, das dieses Mal erhalten wurde, um die Differenz P zu bestimmen. Anschließend erhält sie einen neuen digitalen Wert DFN aus der folgenden Gleichung unter Verwendung der Betriebsein heit 215 und speichert diesen als neuen DF im nicht flüchtigen Speicher 213 (Schritt S33). DFN = DFO + α·Pwobei α eine Konstante ist, die durch Tests und Simulationen optimiert ist.
Anschließend speichert die Steuereinheit 212A den digitalen Wert des Phasendifferenzsignals SPD, das dieses Mal erhalten wird, im nicht flüchtigen Speicher 213 (Schritt S34).
Der vorangehende Betrieb wird jedes Mal ausgeführt, wenn der piezoelektrische Aktor zur Optimierung der Ansteuerfrequenz der Membran 10 angesteuert wird.
32 und 33 zeigen beispielhafte Betriebe zur Optimierung des digitalen Wertes DF jeder Frequenzsteuerspannung.
Zunächst ist in dem Beispiel, das in 32 dargestellt ist, das Phasendifferenzsignal SPD, das von der Membran 10 während der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors erhalten wird, |P| größer als zum vorangehenden Antriebszeitpunkt. Wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR in diesem Fall unverändert bleibt, gibt es eine Möglichkeit, dass die Phasendifferenz ϕ plötzlich fällt. Daher wird in Vorbereitung für die nächste Ansteuerung der digitale Wert DF der Frequenzsteuerspannung nur |α·P| verringert.
Diese Ausführungsform erreicht auch die Wirkung, dass eine Änderung in den Eigenschaften des piezoelektrischen Aktors zum Ansteuern des Rotors 100 mit extrem hoher Effizienz verfolgt wird.
[5] Andere Anwendungen für einen piezoelektrischen Aktor gemäß der vorliegenden Erfindung
Der zuvor beschriebene Kalenderanzeigemechanismus einer Armbanduhr ist nicht die einzige Anwendung eines piezoelektrischen Aktors gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser piezoelektrische Aktor kann auch in einer Reihe von anderen Anwendungen verwendet werden. Beispiele dafür sind in der Folge beschrieben.
[5.1] Andere Anwendungen (1)
34 ist eine Schrägansicht, die das Erscheinungsbild einer kontaktlosen IC-Karte zeigt. Ein Restsummenanzeigezähler 401 zum Anzeigen der Restsumme ist an der Vorderseite der kontaktlosen IC-Karte 400 bereitgestellt. Der Restsummenanzeigezähler 401 zeigt eine vierstellige Restsumme an, und hat, wie in 35 dargestellt ist, ein Anzeigeteil 402 zum Anzeigen der zwei hohen Stellen und ein Anzeigeteil 403 zum Anzeigen der zwei niederen Stellen.
36 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration des Anzeigeteils 402 für die hohen Stellen zeigt. Das Anzeigeteil 402 für die hohen Stellen ist mit dem piezoelektrischen Aktor A1 durch einen dazwischen liegenden Rotor 100A verbunden und wird durch die Antriebskraft des Rotors 100 angetreiben. Die Hauptteile des Anzeigeteils 402 für die hohen Stellen enthalten ein Antriebszahnrad 402A mit einer Antriebsklinke 402A1, das eine Umdrehung dreht, wenn sich der Rotor 100A um 1/n Umdrehungen dreht, ein erstes Anzeigerad 402B für hohe Stellen, das bei jeder Umdrehung des Antriebszahnrades 402A um eine Graduierung dreht, ein zweites Anzeigerad 402C für hohe Stellen, das bei jeder Umdrehung des Anzeigerades 402B für hohe Stellen um eine Graduierung dreht, und eine Halteklinke 402D zum Stoppen des Anzeigerades 402B für hohe Stellen, wenn das erste Anzeigerad 402B für hohe Stellen nicht dreht. Es sollte festgehalten werden, dass eine Halteklinke, die in den Figuren nicht dargestellt ist, zum Stoppen des zweiten Anzeigerades 402C für hohe Stellen ebenso für das zweite Anzeigerad 402C für hohe Stellen bereitgestellt ist.
Das Antriebszahnrad 402A dreht um eine Umdrehung, wenn der Rotor 100A 1/n Umdrehungen dreht. Die Antriebsklinke 402A greift in das Vorschubzahnradteil 402B3 des ersten Anzeigerades 402B für hohe Stellen, und das erste Anzeigerad 402B für hohe Stellen dreht um eine Graduierung.
Es sollte festgehalten werden, dass die Drehung des Rotors 100A um 1/n Umdrehungen nur ein Betriebsbeispiel ist, und die Erfindung nicht darauf beschränkt sein soll. Ferner ist die Drehung des ersten Anzeigerades 402B für hohe Stellen um eine Graduierung, wenn das Antriebszahnrad 402A eine Umdrehung dreht, ebenso nur ein Beispiel für den Betrieb, und die Erfindung soll darauf nicht beschränkt sein.
Zusätzlich, wenn das erste Anzeigerad 402B für hohe Stellen dreht und um eine Umdrehung dreht, versetzt der Vorschubstift 402B2, der an dem ersten Anzeigerad 402B für hohe Stellen angeordnet ist, das Vorschubzahnrad 402B2 in Drehung, wodurch das Vorschubzahnrad 402C2 des zweiten Anzeigerades 402C für hohe Stellen gedreht wird, das mit dem Vorschubzahnrad 402B2 in Eingriff steht, und dadurch das zweite Anzeigerad 402 für hohe Stellen um eine Graduierung gedreht wird.
Das Anzeigeteil 402 für niedere Stellen ist mit dem piezoelektrischen Aktor A2 durch den dazwischen liegenden Rotor 100B verbunden und wird durch die Antriebskraft des Rotors 100B angetrieben. Die Hauptteile des Anzeigeteils 403 für niedere Stellen enthalten ein Antriebszahnrad 403A mit einer Antriebsklinke 403A1, das eine Umdrehung dreht, wenn sich der Rotor 100b um 1/n Umdrehungen dreht, ein erstes Anzeigerad 403B für niedere Stellen, das bei jeder Um drehung des Antriebszahnrades 402A um eine Graduierung dreht, ein zweites Anzeigerad 403C für niedere Stellen, das bei jeder Umdrehung des ersten Anzeigerades 403B für niedere Stellen um eine Graduierung dreht.
Eine Vorderansicht des Anzeigeteils 403 für niedere Stellen ist in 37 dargestellt, und eine Seitenansicht in 38.
Das erste Anzeigerad 403B für niedere Stellen hat ein Vorschubzahnradteil 403B1, das mit einer Antriebsklinke 403A1 des Antriebszahnrades 403A in Eingriff steht, und um eine Graduierung für jede eine Umdrehung des Antriebszahnrades 403A dreht.
Ein Vorschubstift 403B2 ist auch auf dem ersten Anzeigerad 403B für niedere Stellen bereitgestellt, um das Vorschubzahnrad 403B3 jedes Mal zu drehen, wenn das erste Anzeigerad 403B für niedere Stellen eine Umdrehung dreht, und dadurch das zweite Anzeigerad 403C für niedere Stellen um eine Graduierung zu drehen.
Eine Halteklinke 403d des ersten Anzeigerades 403B für niedere Stellen steht mit dem Vorschubzahnradteil 403B1 in Eingriff, wenn dieses nicht dreht, um das erste Anzeigerad 403B für niedere Stellen zu stoppen. Die Halteklinke 403E des zweiten Anzeigerades 403C für niedere Stellen steht mit dem Vorschubzahnradteil 403F in Eingriff, wenn das zweite Anzeigerad 403C für niedere Stellen nicht dreht, um das zweite Anzeigerad 493C für niedere Stellen zu stoppen.
In dieser Konfiguration sind der Aktor A1 und Aktor A2 so eingestellt, das sie synchron durch die Ansteuerschaltung 200B angesteuert werden, und die Ansteuerschaltung 200B wird angetrieben, wenn ein Antriebssteuersignal gleich dem Transaktionsmaß von einem IC-Karten-Chip eingegeben wird, der in den Figuren nicht dargestellt ist.
Ein Restsummenanzeige kann somit selbst bei einer dünnen kontaktlosen IC-Karte erreicht werden, und da die Anzeige präsentiert werden kann, selbst wenn sie nicht angesteuert wird, ohne eine Energiequelle zu benötigen, kann die Summe mit geringem Energieverbrauch angezeigt werden, und die Summe bis zu diesem Punkt kann angezeigt werden, selbst wenn die Energiezufuhr erschöpft ist.
[5.2] Andere Anwendungen (2)
Ein piezoelektrischer Aktor und eine Ansteuerschaltung dafür gemäß der vorliegenden Erfindung sind auch für Anwendungen geeignet, wie die Rotation eines angetriebenen Teils nur um einen bestimmten Winkel entsprechend einer bestimmten Art von Auslöser. In einer vorangehenden Ausführungsform wurde die vorliegende Erfindung bei einem Kalenderanzeigemechanismus als Beispiel eines Anzeigemechanismus für Informationen in Bezug auf die Zeit verwendet. Im Wesentlichen steuert in jeder der obengenannten Ausführungsformen die Ansteuerschaltung einen piezoelektrischen Aktor an, wenn der Zeitpunkt erreicht ist, zu dem das Datum vorgerückt werden sollte, und dieser piezoelektrische Aktor treibt den Kalenderanzeigemechanismus der Armbanduhr an und dreht den Datumszähler in einem Ausmaß, das einem Tag entspricht. Zusätzlich haben Armbanduhren auch einen Anzeigemechanismus für Informationen, die sich auf die Zeit beziehen, und die Anwendung des piezoelektrischen Aktors bei solchen Anzeigemechanismen ist ebenso möglich. Ein Antriebsmechanismus für einen Sekundenzeiger zur Angabe von Sekunden ist ein solches Beispiel. Die vorliegende Erfindung kann bei dem Sekundenzeigerantriebsmechanismus durch derartiges Konfigurieren des Sekundenzeigerantriebssystems angewendet werden, dass es mit einem Rotor verbunden ist, der durch den piezoelektrischen Aktor in den obengenannten Ausführungsformen in Drehung versetzt wird. Bei einer solchen Konfiguration wird der piezoelektrische Aktor durch die Ansteuerschaltung auch jedes Mal angesteuert, wenn die Taktschaltung das Verstreichen einer Sekunde anzeigt. Die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors dauert in diesem Fall, bis die Antriebskraft des piezoelektrischen Aktors durch den Rotor auf den Sekundenzeigerantriebsmechanismus übertragen wird und der Sekundenzeiger um eine Sekunde vorrückt.
[6] Variationen der Ausführungsformen
[6.1] Erste Variation
Zum Konvergieren der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR auf die Frequenz, bei der die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2, die von der Membran 10 erhalten werden, am größten ist, bestimmt die zuvor beschriebene erste Ausführungsform die Zeitableitung dieser Phasendifferenz, erhöht die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, wenn die Zeitableitung positiv ist, und senkt die Frequenz, wenn sie negativ ist. Zur raschen Maximierung der Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 ist es hier effektiv, die Verstärkung der geschlossenen Schleife (siehe 17) zu erhöhen, die aus der Membran 10, der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202, der Verzögerungsschaltung 203, der Vergleichsschaltung 204, der Spannungseinstellschaltung 205, dem VCO 206 und dem Treiber 201 besteht. Wenn jedoch die Verstärkung dieser geschlossenen Schleife zu hoch ist, reagiert die geschlossene Schleife übermäßig auf geringe Änderungen in der Phasendifferenz und eine Frequenz, bei der die Phasendifferenz ein extrem hoher Wert ist, der nicht das Maximum ist, kann erfasst werden, so dass das Abtasten der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR stoppt. Zur Behandlung dieses Problems führt diese Variation ein Schleifenfilter mit einem einstellbaren Filterkoeffizienten an einer geeigneten Stelle in der geschlossenen Schleife ein. Durch Einstellen des Filterkoeffizienten des Schleifenfilters kann diese Variation die Verstärkung der geschlossenen Schleife so einstellen, dass die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 rasch auf das wahre Maximum gesteuert werden kann.
[6.2] Zweite Variation
Wenn die Anfangsfrequenz des Ansteuerspannungssignals SDR in der obengenannten ersten Ausführungsform gering ist, wird die Zeit, die notwendig ist, um die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR auf die Frequenz zu bringen, bei der die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 maximiert ist, länger. Wenn daher in der vorliegenden Variation die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR zu der Frequenz konvergiert, bei der die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 während des Antriebs des Rotors 100 maximiert ist, wird die Frequenzsteuerspannung SVC zu diesem Zeitpunkt in einen digitalen Wert umgewandelt und im Speicher gespeichert. Wenn dann der Rotor 100 das nächste Mal angetrieben wird, wird der digitale Wert, der im Speicher gespeichert ist, in eine analoge Spannung umgewandelt, und eine Frequenzsteuerspannung SVC, die um ein bestimmtes Maß tiefer ist, wird an den VCO 206 angelegt, um die Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals SDR zu starten. Somit kann die Zeit verkürzt werden, die notwendig ist, damit die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR die Frequenz erreicht, bei der die Phasendifferenz der Detektionssignale SD1 und SD2 maximiert ist.
[6.3] Dritte Variation
Die Oszillation in Längsrichtung und die sinusförmige Oszillation können separat mit einem piezoelektrischen Aktor in jeder der obengenannten Ausführungsformen erfasst werden, da Elektroden zum Erfassen der Oszillation in Längsrichtung und Elektroden zum Erfassen der sinusförmigen Oszillation separat bereitgestellt sind. Eine Variation, die diese Eigenschaft nutzt, ist in 39 dargestellt.
In dieser Ansteuerschaltung 200D, die in 39 dargestellt ist, ist eine Verstärkungssteuerschaltung 251 der Ansteuerschaltung (siehe 17) in der ersten Ausführungsform hinzugefügt.
Für eine angemessene Ansteuerung des Rotors 100 muss die Amplitude wohl der Oszillation in Längsrichtung wie auch der sinusförmigen Oszillation hoch genug sein, um die Oberflächenrauheit des Rotors 100 zu überwinden Daher erhöht die Verstärkungssteuerschaltung 251 der vorliegenden Variation die Verstärkung des Treibers 201, um das Ansteuerspannungssignal SDR zu erhöhen, wenn die Größe entweder des Detektionssignals SD1 der Oszillation in Längsrichtung oder des Detektionssignals SD2 der sinusförmigen Oszillation, die von der Membran 10 erhalten werden, kleiner oder gleich einem Schwellenwert ist. Die automatische Verstärkungssteuerung, die beide Detektionssignale SD1 und SD2 auf diese Weise verwendet, kann den Antrieb des Rotors 100 mit Hilfe des Kontakts 36 stabilisieren.
Es sollte festgehalten werden, dass diese Variation auch bei den Ansteuerschaltungen der anderen Ausführungsformen angewendet werden kann, und nicht nur in der ersten Ausführungsform.
[6.4] Vierte Variation
Wie bei der ersten obengenannten Variation, verwendet die Variation, die in 40 dargestellt ist, auch die Möglichkeit, die Oszillation in Längsrichtung und die sinusförmigen Oszillation separat zu erfassen. Diese Ansteuerschaltung 200E, die in 40 dargestellt ist, fügt eine Versagensdetektionsschaltung 252 der Ansteuerschaltung (siehe 17) in der ersten Ausführungsform hinzu.
Die Amplitude des Detektionssignals SD1 oder SD2 sinkt, wenn die Membran 10 zum Beispiel aufgrund eines Risses versagt, der sich in den piezoelektrischen Elementen der Membran 10 entwickelt. Wenn ein derartiges Phänomen durch die Versagensdetektionsschaltung 252 bestätigt wird, wird ein Signal, das dies anzeigt, zu der Armbanduhrsteuereinheit zur Anzeige eines Versagens gesendet.
Diese Variation hat den Effekt, dass eine rasche Information des Benutzers möglich ist, wenn eine Reparatur des piezoelektrischen Aktors notwendig geworden ist.
Es sollte festgehalten werden, dass diese Variation auch bei den Ansteuerschaltungen der zweiten bis vierten Ausführungsform angewendet werden kann, und nicht nur in der ersten Ausführungsform.
[6.5] Fünfte Variation
Wenn die zuvor beschriebene dritte Ausführungsform eine Referenzphasendifferenz einstellt, um die Ansteuerschaltung zu betreiben, und den piezoelektrischen Aktor erfolgreich antreibt, erhöht sie die Referenzphasendifferenz um ein spezifisches Maß, wenn die Ansteuerschaltung das nächste Mal angesteuert wird, und versucht, den piezoelektrischen Aktor anzusteuern. Wenn daher keine Änderung im Laufe der Zeit in den Eigenschaften des piezoelektrischen Aktors eintritt, versagt die Ansteuerung bei dem ersten Ansteuerschaltungsbetrieb und die Ansteuerung ist das zweite Mal erfolgreich, wenn die Ansteuerschaltung arbeitet, und diese Sequenz wird immer dann wiederholt, wenn der piezoelektrische Aktor angesteuert wird. Bedingungen, wie diese sind nicht wünschenswert, wenn diese Ausführungsform bei einer Vorrichtung verwendet wird, die den piezoelektrischen Aktor in relativ kurzen Zeitintervallen ansteuert. Die vorliegende Variation bietet eine Verbesserung.
In der vorliegenden Variation speichert die Steuereinheit 212 der Ansteuerschaltung 200B die Referenzphasendifferenz, bei der die Ansteuerung erfolgreich war, im nicht flüchtigen Speicher 213 jedes Mal, wenn der piezoelektrische Aktor angesteuert wird. Wenn der piezoelektrische Aktor angesteuert werden soll, liest die Steuereinheit 212 eine spezifische Zahl der vergangenen Referenzphasendifferenzen, die im nicht flüchtigen Speicher 213 gespeichert sind, und bestimmt, ob die Referenzphasendifferenzen dieselben sind. Wenn die Bestimmung JA ergibt, bestimmt die Steuereinheit 212, dass die Eigenschaften des piezoelektrischen Aktors im Laufe der Zeit stabil sind, und unterlässt für eine spezifische Periode danach den Prozess zur Erhöhung der anfänglichen Referenzphasendifferenz von der Referenzphasendifferenz, die zur vorangehenden Ansteuerungszeit verwendet wurde. Nachdem diese spezifische Periode verstrichen ist, nimmt sie den Prozess zur Erhöhung der anfänglichen Referenzphasendifferenz von der Referenzphasendifferenz, die in der vorangehenden Ansteuerungszeit verwendet wurde, wieder auf.
[6.6] Sechste Variation
In der zweiten bis vierten Ausführungsform wird die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR gesteuert, um die größtmögliche Phasendifferenz ϕ in dem Bereich zu erreichen, in dem die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 mit einer Erhöhung in der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR steigt (Bereich, in dem die Neigung positiv ist). Die Ausführungsformen der Erfindung sollen jedoch nicht darauf beschränkt sein. Das heißt, es ist auch möglich, die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR zu steuern, um die größtmögliche Phasendifferenz ϕ in dem Bereich zu erreichen, in dem die Phasendifferenz ϕ der Detektionssignale SD1 und SD2 mit einer Erhöhung in der Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR sinkt (Bereich, in dem die Neigung negativ ist).
[6.7] Siebente Variation
Eine Variation, in der ein Teil der Ansteuerschaltung durch Software in der ersten bis dritten obengenannten Ausführungsform gesteuert wird, ist ebenso denkbar. Beispiele für eine Software-Steuerung in diesem Fall sind in der Folge beschrieben.
< Variation von Ausführungsform 1 (17)>
In dieser Variation sind Komponenten, die nicht die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202, der VCO 206 und der Treiber 201 sind, durch eine CPU und einen Speicher ersetzt. Der Speicher wird zur Datenspeicherung und Programmspeicherung verwendet. Ein A/D-Wandler ist auch nach der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 angeordnet, und ein D/A-Wandler ist vor dem VCO 206 angeordnet.
In dieser Variation führt die CPU den folgenden Prozess nach Routinen aus, die im Speicher gespeichert sind, wenn ein Ansteuerungsbefehl für den piezoelektrischen Aktor erfasst wird.
S31: Der digitale Wert, der an den D/A-Wandler angelegt wird, wird über eine spezifische Zeit erhöht, um die Oszillationsfrequenz des VCO 206 auf den Anfangswert anzuheben.
S32: Die Phasendifferenz ϕ wird von dem A/D-Wandler erhalten und deren Zeitableitung ermittelt.
S33: Der digitale Wert, der an den D/A-Wandler angelegt wird, wird erhöht, wenn die Zeitableitung positiv ist, und gesenkt, wenn sie negativ ist.
S34: Die Verarbeitung endet, wenn die Änderung in der Phasendifferenz ϕ innerhalb eines spezifischen Toleranz bereichs liegt, andernfalls kehrt die Verarbeitung zu Schritt S32 zurück.
< Variation des Beispiels (24)>
In dieser Variation sind Komponenten, die nicht die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202, der VCO 206 und der Treiber 201 sind, durch eine CPU und einen Speicher ersetzt. Der Speicher wird zur Datenspeicherung und Programmspeicherung verwendet. Ein A/D-Wandler ist auch nach der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 angeordnet, und ein D/A-Wandler ist vor dem VCO 206 angeordnet.
In dieser Variation führt die CPU den folgenden Prozess nach Routinen aus, die im Speicher gespeichert sind, wenn ein Ansteuerungsbefehl für den piezoelektrischen Aktor erfasst wird.
S41: Ein digitaler Wert, der dem Anfangswert der Frequenzsteuerspannung SVC entspricht, wird an den D/A-Wandler angelegt.
S32: Die Phasendifferenz ϕ wird von dem A/D-Wandler erhalten und der digitale Wert, der an den A/D-Wandler-angelegt wird, wird erhöht, wenn die Phasendifferenz geringer als die Referenzphasendifferenz ist, und wird gesenkt, wenn sie größer ist.
S33: Der Prozess endet, wenn die Phasendifferenz ϕ innerhalb eines spezifischen Toleranzbereichs der Referenzphasendifferenz liegt, andernfalls kehrt die Verarbeitung zu Schritt S42 zurück.
< Variation der Ausführungsform 3 (28)>
In dieser Variation sind Komponenten, die nicht der Frequenzzähler 211, die ϕ-V Umwandlungsschaltung 202, der VCO 206 und der Treiber 201 sind, durch eine CPU und einen Speicher ersetzt. Der Speicher wird zur Datenspeicherung und Programmspeicherung verwendet. Die Referenzphasendifferenz wird in Form von Daten im Speicher gespeichert. Ein A/D-Wandler ist auch nach der ϕ-V Umwandlungsschaltung 202 angeordnet, und ein D/A-Wandler ist vor dem VCO 206 angeordnet.
In dieser Variation führt die CPU den folgenden Prozess nach Routinen aus, die im Speicher gespeichert sind, wenn ein Ansteuerungsbefehl für den piezoelektrischen Aktor erfasst wird.
S51: Die Versagenszählung wird auf 0 initialisiert, und die Referenzphasendifferenz wird aus dem Speicher gelesen und um ein spezifisches Maß erhöht.
S52: Der digitale Wert, der an den D/A-Wandler angelegt wird, wird initialisiert.
S53: Ob die Phasendifferenz ϕ die Referenzphasendifferenz übersteigt, wird bestimmt, und der Prozess wechselt zu Schritt S56, wenn das Ergebnis JA ist.
S54: Der digitale Wert, der an den A/D-Wandler angelegt wird, wird um ein spezifisches Maß erhöht.
S55: Ob die Frequenz des Ansteuerspannungssignals SDR, das von dem Frequenzzähler 211 ausgegeben wird, kleiner oder gleich einem spezifischen Wert ist, wird bestimmt; wenn das Ergebnis JA ist, wird der digitale Wert, der an den D/A-Wandler angelegt wird, um ein spezifisches Maß erhöht (S55A), und die Routine kehrt zu Schritt S53 zurück; wenn das Ergebnis NEIN ist, wird die Versagenszählung um 1 erhöht, die Referenzphasendifferenz wird um ein spezifisches Maß gesenkt (S55B), und die Routine kehrt zu Schritt S52 zurück.
S56: Wenn die Versagenszählung 0 ist, wird die Referenzphasendifferenz um ein spezifisches Maß erhöht (Schritt S56R) und die Routine kehrt zu Schritt S52 zurück, andernfalls wird die Referenzphasendifferenz im Speicher gespeichert (Schritt S56B) und der Prozess endet.
Der Effekt kann auch durch Moden, wie die Verteilung der zuvor beschriebenen Routinen über eine elektrische Kommunikationsschaltung an Benutzer oder Speichern solcher Routinen in einem computerlesbaren Speichermedium, das an Benutzer verteilt wird, erreicht werden. Die Benutzer können die gewünschten, derart erhaltenen Routinen in den Ansteuerschaltungsspeicher schreiben.
[6.7] Siebente Variation
Armbanduhren und kontaktlose IC-Karten sind zuvor als die tragbaren Vorrichtungen beschrieben, aber es wird festgehalten, dass die vorliegende Erfindung bei jeder Art von tragbarere Vorrichtung angewendet werden kann, insofern als es eine tragbare elektronische Vorrichtung ist, die ein Ansteuersystem erfordert, und insbesondere ein rotierendes Ansteuersystem.
[6.8] Achte Variation
Ein Oszillationsmodus in Längsrichtung, der in die Längsrichtung des piezoelektrischen Aktors oszilliert, wird als erster Oszillationsmodus verwendet und ein sinusförmiger Oszillationsmodus, der dem ersten Oszillationsmodus entspricht, wird als der zweite Oszillationsmodus in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Insbesondere kann ein erster Oszillationsmodus in Längsrichtung, der ein Oszillationsmodus in Längsrichtung ist, der in Längsrichtung zu dem piezoelektrischen Aktor oszilliert, als erster Oszillationsmodus verwendet werden, und ein zweiter Oszillationsmodus in Längsrichtung, der in eine Richtung orthogonal zu dem ersten Oszillationsmodus oszilliert, kann als zweiter Oszillationsmodus verwendet werden.
Ferner ist es auch möglich, den obengenannten zweiten Oszillationsmodus in Längsrichtung als den ersten Oszillationsmodus zu verwenden, und einen sinusförmigen Oszillationsmodus, der dem zweiten Oszillationsmodus in Längsrichtung entspricht, zu verwenden.
Die Stellen der Oszillationsdetektionselektroden in diesen Fällen können anhand von Tests bestimmt werden.
[6.] Neunte Variation
Zusätzlich zur Verwendung einer Batterie (Primärzelle oder Sekundärzelle) als Energiequelle des Aktors können auch Konfigurationen verwendet werden, die eine Energiezufuhr mit einem internen Generatormechanismus mit einer Solarzelle, einem thermoelektrischen Generator, einem mechanischen Generator oder einer Speichervorrichtung (Kondensator oder Sekundärbatterie) verwenden.

Claims

Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor (A), von dem eine Hauptkomponente eine Membran (10) ist, das heißt, eine Membran (10), die aus piezoelektrischen Elementen (30, 31) besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus und einem zweiten Oszillationsmodus mit einer anderen Oszillationsrichtung angelegt wird, umfassend: einen Treiber (201) zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals (SDR), das ein Wechselstromsignal ist, an die Membran (10); und eine Frequenzsteuereinheit zum Erfassen eines elektrischen Signals (SD1) von der Membran (10), das eine Oszilhation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals (SD2), das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus darstellt, und zum Anwenden einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals (SDR) zum Optimieren der Phasendifferenz zwischen diesen Signalen, wobei die Frequenzsteuereinheit eine Schaltung zur Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals (SDR) ist, so dass die Phasendifferenz maximiert wird, wobei die Frequenzsteuereinheit umfasst: eine Phasendifferenzdetektionsschaltung zum Detektieren einer Phasendifferenz zwischen einem elektrischen Signal (SD1), das eine Oszillation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und einem elektrischen Signal (SD2), das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus darstellt; dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzsteuereinheit des Weiteren umfasst: eine Schaltung zum Bestimmen einer Zeitableitung der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung erfasst wurde; und eine Schaltung zum Erhöhen der Ansteuerspannungssignalfrequenz, wenn die Zeitableitung positiv ist, und zum Senken der Ansteuerspannungssignalfrequenz, wenn sie negativ ist.
Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet, dass sie des Weiteren einen spannungsgesteuerten Oszillator zum Zuleiten eines Ausgangssignals zu dem Treiber umfasst; wobei die Frequenzsteuereinheit die Frequenz des Ansteuerspannungssignals durch Erhöhen oder Senken der Frequenzsteuerspannung steuert, die an den spannungskontrollierten Oszillator angelegt wird, wobei die Frequenzsteuereinheit des Weiteren einen Speicher und Mittel zum Speichern des Spannungspegels der Frequenzsteuerspannung in dem Speicher enthält, wenn die Frequenz des Ansteuerspannungssignals zur Maximierung der Phasendifferenz gesteuert wird; und die Frequenzsteuereinheit die Anfangsfrequenzsteuerspannung auf der Basis des Spannungspegels bestimmt, der im Speicher gespeichert ist, wenn die Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals durch Erhöhen oder Senken der Frequenzsteuerspannung gestartet wird.
Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor (A), von dem eine Hauptkomponente eine Membran (10) ist, das heißt, eine Membran (10), die aus piezoelektrischen Elementen (30, 31) besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus und einem zweiten Oszillationsmodus mit ei ner anderen Oszillationsrichtung angelegt wird, umfassend: einen Treiber (201) zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals (SDR), das ein Wechselstromsignal ist, an die Membran (10); und eine Frequenzsteuereinheit zum Erfassen eines elektrischen Signals (SD1) von der Membran (10), das eine Oszillation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals (SD2), das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus darstellt, und zum Anwenden einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals (SDR) zum Optimieren der Phasendifferenz zwischen diesen Signalen, wobei die Frequenzsteuereinheit eine Schaltung zum Anwenden einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals ist, so dass die Phasendifferenz auf eine Referenzphasendifferenz geht, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzsteuereinheit des Weiteren umfasst: ein Ansteuerungserfolgs-/-versagensbewertungsmittel zum Bestimmen, ob die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor erfolgreich war oder versagt hat; und ein Anfangsreferenzphasendifferenzeinstellmittel zum Senken der Referenzphasendifferenz bis Erfolg erzielt wird, wenn die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor versagt, und zum Erhöhen der Referenzphasendifferenz, wenn sie erfolgreich ist.
Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor nach Anspruch 3, wobei das Anfangsreferenzphasendiffe renzeinstellmittel für eine spezifizierte Periode den Prozess zum Erhöhen der Referenzphasendifferenz unterlässt, wenn die Referenzphasendifferenz, bei der die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor erfolgreich ist, für eine spezifische aufeinanderfolgende Anzahl von Wiederholungen dieselbe ist.
Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Frequenzsteuereinheit mit einem Frequenzzähler zum Messen der Ansteuerspannungssignalfrequenz; und das Ansteuerungserfolgs-/-versagensbewertungsmittel davon ausgehend, ob die Frequenzmessung des Frequenzzählers innerhalb eines angemessenen Bereichs liegt oder nicht, bestimmt, ob die Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor erfolgreich war oder versagt hat.
Ansteuerschaltung für einen piezoelektrischen Aktor (A), von dem eine Hauptkomponente eine Membran (10) ist, das heißt, eine Membran (10), die aus piezoelektrischen Elementen (30, 31) besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus und einem zweiten Oszillationsmodus mit einer anderen Oszillationsrichtung angelegt wird, umfassend: einen Treiber (201) zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals (SDR), das ein Wechselstromsignal ist, an die Membran (10); und eine Frequenzsteuereinheit zum Erfassen eines elektrischen Signals (SD1) von der Membran (10), das eine Oszillation im ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals (SD2), das eine Oszillation im zweiten Oszillationsmodus darstellt, und zum Anwen den einer Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals (SDR) zum Optimieren der Phasendifferenz zwischen diesen Signalen, wobei die Frequenzsteuereinheit eine Schaltung ist, die eine Frequenzsteuerung des Ansteuerspannungssignals anwendet, so dass die Phasendifferenz auf eine Referenzphasendifferenz geht, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzsteuereinheit des Weiteren umfasst: ein Mittel zum Erhalten bei jeder Ansteuerung durch den piezoelektrischen Aktor einer Änderung in der Phasendifferenz zwischen einem elektrischen Signal von der Membran, das eine Oszillation in dem Oszillationsmodus darstellt, und einem elektrischen Signal, das eine Oszillation in dem zweiten Punktmatrix darstellt, zu einem vorangehenden Ansteuerungsvorgang; und ein Mittel zum Erhöhen oder Senken der Referenzphasendifferenz entsprechend der Änderung in der Phasendifferenz.
Steuerverfahren für eine Ansteuerschaltung mit einem Treiber (201) zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals (SDR), das ein Wechselstromsignal ist, an eine Membran (10) eines piezoelektrischen Aktors (A), einem spannungsgesteuerten Oszillator zum Ausgeben eines Ansteuerspannungssignals mit einer Frequenz, die einer Frequenzsteuerspannung entspricht, an den Treiber (201), und einer Phasendifferenzdetektionsschaltung zum Empfangen eines elektrischen Signals (SD1) von der Membran (10), das eine Oszillation in einem ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals (SD2), das eine Oszillation in einem zweiten Oszillationsmodus mit einer Oszillationsrichtung, die sich von dem ersten Oszillationsmodus unterscheidet, darstellt, und zum Erfassen einer Phasendifferenz die ser elektrischen Signale, wobei ein Ansteuerschaltungssteuerverfahren für den piezoelektrischen Aktor umfasst: einen Frequenzsteuerschritt zum Optimieren der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators auf der Basis der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung detektiert wird, und gekennzeichnet durch einen Frequenzsteuerschritt zum Erhöhen der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators, wenn die Zeitableitung der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung erfasst wird, positiv ist, und zum Senken derselben, wenn diese negativ ist, bis eine Änderung in der Phasendifferenz im Laufe der Zeit in einem spezifischen Bereich liegt.
Steuerverfahren für eine Ansteuerschaltung mit einem Treiber (201) zum Anlegen eines Ansteuerspannungssignals (SDR), das ein Wechselstromsignal ist, an eine Membran (10) eines piezoelektrischen Aktors (A), einem spannungsgesteuerten Oszillator zum Ausgeben eines Ansteuerspannungssignals mit einer Frequenz, die einer Frequenzsteuerspannung entspricht, an den Treiber (201), und einer Phasendifferenzdetektionsschaltung zum Empfangen eines elektrischen Signals (SD1) von der Membran (10), das eine Oszillation in einem ersten Oszillationsmodus darstellt, und eines elektrischen Signals (SD2), das eine Oszillation in einem zweiten Oszillationsmodus mit einer Oszillationsrichtung, die sich von dem ersten Oszillationsmodus unterscheidet, darstellt, und zum Erfassen einer Phasendifferenz dieser elektrischen Signale, wobei ein Ansteuerschaltungssteuerverfahren für den piezoelektrischen Aktor umfasst: einen Frequenzsteuerschritt zum Optimieren der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators auf der Basis der Phasendifferenz, die von der Phasendifferenzdetektionsschaltung detektiert wird, und zum Erhöhen der Oszillationsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators, bis die Phasendifferenz größer oder gleich einer Referenzphasendifferenz ist, und gekennzeichnet durch einen Schritt zum Bestimmen, ob die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors erfolgreich war oder versagt hat, und Korrigieren der Referenzphasendifferenz auf der Basis des Ergebnisses.
Tragbare elektronische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: einen piezoelektrischen Aktor von dem eine Hauptkomponente eine Membran ist, die aus piezoelektrischen Elementen besteht und oszilliert, wenn ein Wechselstromsignal in einem ersten Oszillationsmodus angelegt wird, und in einem zweiten Oszillationsmodus mit einer anderen Oszillationsrichtung oszilliert; und eine Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die tragbare elektronische Vorrichtung eine Armbanduhr ist, umfassend: einen Rotor, der durch den piezoelektrischen Aktor zur Drehung angetrieben wird; und einen Anzeigemechanismus, der mit dem Rotor verbunden ist, um Informationen bezüglich der Zeit anzuzeigen.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die tragbare elektronische Vorrichtung eine kontaktlose IC-Karte ist.