JP2012135090A - Piezoelectric drive device, control method of piezoelectric drive device, and electronic clock - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法、電子時計に関する。 The present invention relates to a piezoelectric driving device, a control method for a piezoelectric driving device, and an electronic timepiece.
電子時計の運針のように一定角度のステップ運動をさせる場合、通常、電磁式のステッピングモーターを用いることが一般的であり、電子時計の駆動源として広く用いられている。電磁式ステッピングモーターを用いて時刻針(指針)を駆動する場合、磁界の影響によって誤動作したり停止する課題がある。また、駆動力が小さいために、多段の減速輪列を必要とし、小型化に不利であるという課題もある。 When a step movement of a constant angle is performed like a hand of an electronic timepiece, an electromagnetic stepping motor is generally used, and is widely used as a driving source of the electronic timepiece. When driving a time hand (pointer) using an electromagnetic stepping motor, there is a problem that it malfunctions or stops due to the influence of a magnetic field. In addition, since the driving force is small, a multistage reduction gear train is required, which is disadvantageous for downsizing.
これらの課題を解決するために、超音波モーター(圧電アクチュエーター)で指針を駆動する圧電駆動装置が知られている(特許文献1参照)。
特許文献1の圧電駆動装置は、被駆動体を駆動する圧電アクチュエーターと、被駆動体の駆動量を検出する駆動量検出手段と、圧電アクチュエーターへの駆動信号の供給を制御する駆動制御手段とを備えている。
In order to solve these problems, a piezoelectric drive device that drives a pointer with an ultrasonic motor (piezoelectric actuator) is known (see Patent Document 1).
The piezoelectric drive device of
駆動制御手段は、図10に示すように、入力時間t1の第1駆動信号を圧電アクチュエーターに入力し、前記駆動量検出手段によって被駆動体の駆動量が目標値に達したかを判定していた。前記特許文献1では、図10に示すように、第1駆動信号の入力のみで被駆動体が目標駆動量に達し、検出結果がONとなる状態を安定した制御状態としている。
As shown in FIG. 10, the drive control means inputs the first drive signal of the input time t1 to the piezoelectric actuator and determines whether the drive amount of the driven body has reached the target value by the drive amount detection means. It was. In
そして、この安定状態が所定期間継続した場合には、図11に示すように、第1駆動信号の入力時間t1を短くし、この駆動信号で検出結果がONとなればその第1駆動信号で所定期間継続して駆動していた。その後、さらに第1駆動信号の入力時間を短くし、入力エネルギーを減少して対応していた。 If this stable state continues for a predetermined period, as shown in FIG. 11, the input time t1 of the first drive signal is shortened, and if the detection result is turned ON by this drive signal, the first drive signal Driven continuously for a predetermined period. Thereafter, the input time of the first drive signal was further shortened to reduce the input energy.
一方、第1駆動信号の入力時の検出結果がOFFの場合には、図12に示すように、入力時間がt2であり、第1駆動信号よりも入力エネルギーの小さな第2駆動信号を、検出結果がONとなるまで繰り替えし入力していた。そして、次の第1駆動信号を入力する場合には、その入力時間を長くして入力エネルギーを増加した第1駆動信号を入力して対応していた。 On the other hand, when the detection result at the time of inputting the first drive signal is OFF, as shown in FIG. 12, the second drive signal whose input time is t2 and whose input energy is smaller than that of the first drive signal is detected. It was repeated and input until the result turned ON. When the next first drive signal is input, the first drive signal whose input energy is increased by extending the input time is input.
以上の動作を繰り返すことで、特許文献1の駆動制御手段は、第1駆動信号を入力しただけで検出結果がONとなる安定状態に制御していた。
By repeating the above operation, the drive control means of
ところで、前記特許文献1では、第1駆動信号が被駆動体を目標駆動量まで駆動させるのに足りない場合(エネルギー不足の場合)には、第2駆動信号を入力して駆動させるとともに、次の駆動ステップ時には第1駆動信号の入力エネルギーを増大させているので、即座に対応することができる。
By the way, in
一方、第1駆動信号が被駆動体を所定駆動量だけ駆動させるのに必要なエネルギーよりも大きい場合(エネルギー過剰の場合)には、その過剰なエネルギーの駆動信号を所定期間入力し続けるため、無駄なエネルギーを消費してしまい、省エネルギー化が不十分となるという問題があった。
例えば、圧電アクチュエーターで腕時計の指針を駆動する場合、時計の向きによって駆動に必要なエネルギーが変化する。すなわち、指針の駆動軸を垂直方向に向けている場合には、指針は水平面内を移動するため、その駆動に必要なエネルギーはほぼ一定である。
一方、指針の駆動軸が垂直方向から傾いている場合、指針はたとえば垂直面内を移動することになる。この場合、指針が下方に移動する場合と、上方に移動する場合とで駆動エネルギーが大きく異なるため、時計の向きによって指針を駆動するために必要なエネルギーが変動する。
On the other hand, when the first drive signal is larger than the energy required to drive the driven body by a predetermined drive amount (in the case of excessive energy), the drive signal with the excessive energy is continuously input for a predetermined period. There is a problem that wasteful energy is consumed and energy saving becomes insufficient.
For example, when a wristwatch is driven with a piezoelectric actuator, the energy required for driving changes depending on the direction of the watch. In other words, when the drive shaft of the pointer is oriented in the vertical direction, the pointer moves in a horizontal plane, so that the energy required for the drive is substantially constant.
On the other hand, when the driving shaft of the pointer is tilted from the vertical direction, the pointer moves, for example, in the vertical plane. In this case, since the driving energy differs greatly between when the pointer moves downward and when the pointer moves upward, the energy required to drive the pointer varies depending on the direction of the watch.
したがって、一時的に大きな駆動エネルギーが必要な状態であったために、第1駆動信号だけでは指針が駆動せず、第2駆動信号を入力して指針を駆動させ、以降の駆動ステップ時に第1駆動信号の入力エネルギーを増大させていた場合に、その後、指針を実際に駆動するために必要なエネルギーが低下していても、入力エネルギーが大きな第1駆動信号を供給し続けることになり、省エネルギー化を図ることができないという問題があった。 Accordingly, since a large amount of drive energy is temporarily required, the pointer is not driven only by the first drive signal, the second drive signal is input to drive the pointer, and the first drive is performed during the subsequent drive steps. If the input energy of the signal has been increased, the first drive signal with a large input energy will continue to be supplied even if the energy required to actually drive the pointer has subsequently decreased. There was a problem that could not be achieved.
本発明の目的は、被駆動体を駆動するために必要な最小限のエネルギーを入力するように制御でき、省エネルギー化を図ることができる圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法、電子時計を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric driving device, a piezoelectric driving device control method, and an electronic timepiece that can be controlled to input a minimum amount of energy necessary for driving a driven body and can save energy. There is to do.
本発明の圧電駆動装置は、圧電素子を有し、この圧電素子への駆動信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、前記被駆動体の駆動量が予め設定された設定値に達したか否かを検出する駆動量検出手段と、前記圧電アクチュエーターへの駆動信号の供給を制御する駆動制御手段と、を備え、前記駆動量検出手段は、前記圧電アクチュエーターに駆動信号が供給されるごとに前記被駆動体の駆動量を検出し、前記駆動制御手段は、前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回の入力エネルギーよりも小さくし、前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第2駆動信号を入力し、この第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーは前回入力した第1駆動信号と同じ入力エネルギーに維持し、前記第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第3駆動信号を前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達するまで繰り返し入力し、かつ、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回入力した第1駆動信号の入力エネルギーよりも大きくすることを特徴とする。 The piezoelectric drive device of the present invention includes a piezoelectric element having a piezoelectric element, and having a vibrating body that vibrates when a driving signal is supplied to the piezoelectric element, and transmitting the vibration of the vibrating body to the driven body, and the driven A driving amount detecting means for detecting whether or not the driving amount of the body has reached a preset set value; and a drive control means for controlling the supply of a driving signal to the piezoelectric actuator; The means detects the drive amount of the driven body every time a drive signal is supplied to the piezoelectric actuator, and the drive control means inputs the first drive signal to the piezoelectric actuator, When the drive amount reaches the set value, the input energy of the first drive signal to be input next is made smaller than the previous input energy, and the first drive signal is input to the piezoelectric actuator. After that, when the drive amount of the driven body does not reach the set value, a second drive signal having an input energy smaller than the input energy of the first drive signal is input, and the second drive signal is input. When the drive amount of the driven body reaches the set value, the input energy of the first drive signal input next is maintained at the same input energy as the first drive signal input last time, and the second drive When the driving amount of the driven body does not reach the set value due to the input of a signal, the driving amount of the driven body has a third driving signal having an input energy smaller than the input energy of the first driving signal. The input energy of the first drive signal that is repeatedly input until the set value is reached and that is input next is made larger than the input energy of the first drive signal that is input last time.
本発明によれば、第1駆動信号の入力結果に応じて、以下A〜Cの3種類の制御が行われる。
(A)第1駆動信号のみの入力で、被駆動体の駆動量が設定値に達する場合
駆動制御手段は、前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回の入力エネルギーよりも小さくする。このため、第1駆動信号の入力エネルギーが徐々に低下し、第1駆動信号のみでは被駆動体の駆動量が設定値に達せず、第2駆動信号の入力で設定値に達する下記(B)の安定状態に制御されることになる。
According to the present invention, the following three types of control A to C are performed according to the input result of the first drive signal.
(A) When the drive amount of the driven body reaches a set value by inputting only the first drive signal After the drive control means inputs the first drive signal to the piezoelectric actuator, the drive amount of the driven body is When the set value is reached, the input energy of the first drive signal to be input next is made smaller than the previous input energy. For this reason, the input energy of the first drive signal gradually decreases, the drive amount of the driven body does not reach the set value only by the first drive signal, and reaches the set value by the input of the second drive signal (B) It will be controlled to the stable state.
(B)第1駆動信号および第2駆動信号の入力で被駆動体の駆動量が設定値に達する場合
この場合、駆動制御手段は、第1駆動信号の入力エネルギーを維持するため、第1駆動信号のみでは被駆動体の駆動量は設定値に達せず、第2駆動信号の入力で設定値に達する(B)の安定状態の制御が継続されることになる。
(B) When the drive amount of the driven body reaches the set value by the input of the first drive signal and the second drive signal In this case, the drive control means performs the first drive to maintain the input energy of the first drive signal. The drive amount of the driven body does not reach the set value only by the signal, and the control in the stable state (B) reaching the set value by the input of the second drive signal is continued.
(C)第1駆動信号、第2駆動信号、第3駆動信号の入力で被駆動体の駆動量が設定値に達する場合
この場合、駆動制御手段は、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回の入力エネルギーよりも大きくする。このため、第1駆動信号の入力エネルギーが徐々に増大し、それに伴い第3駆動信号の入力が不要となるため、第1駆動信号のみでは被駆動体の駆動量が設定値に達せず、第2駆動信号の入力で設定値に達する前記(B)の安定状態に制御されることになる。
(C) When the drive amount of the driven body reaches the set value by the input of the first drive signal, the second drive signal, and the third drive signal In this case, the drive control means inputs the first drive signal to be input next Make the energy larger than the previous input energy. For this reason, the input energy of the first drive signal gradually increases, and accordingly, the input of the third drive signal becomes unnecessary. Therefore, the drive amount of the driven body does not reach the set value with only the first drive signal, and the first drive signal does not reach the set value. It is controlled to the stable state (B) that reaches the set value when two drive signals are input.
以上のように、本発明によれば、被駆動体を駆動するためのエネルギーが変動して前記(A)や(C)の状態になった場合でも、最終的には前記(B)の制御状態に移行できる。そして、(B)の制御状態では、第1駆動信号のみでは被駆動体の駆動量が設定値となるのに必要なエネルギーが確保できず、第2駆動信号を入力することで被駆動体の駆動量を設定値にすることができる。このため、(A)のように第1駆動信号のみで被駆動体の駆動量が設定値に達する制御が継続することがなく、その分、余分なエネルギーを消費することも防止できる。
一方、(C)のように、第1〜3駆動信号まで入力して被駆動体の駆動量が設定値に達する制御、すなわち第1駆動信号の入力エネルギーが不足する制御が継続することもなく、第1,2の駆動信号の入力のみで駆動できる状態に早期に戻せるので、駆動時間を短時間に収めることができる。
以上のように、本発明は、第1駆動信号の入力エネルギーが過剰な場合にはエネルギーを減少させ、不足している場合には増加させているので、被駆動体の駆動に必要な適切なエネルギーを供給でき、被駆動体を確実に駆動でき、かつ、省エネルギー化も実現できる。
As described above, according to the present invention, even when the energy for driving the driven body fluctuates and the state (A) or (C) is reached, the control (B) is finally performed. Can transition to a state. In the control state of (B), the energy required for the driving amount of the driven body to become the set value cannot be ensured only by the first driving signal, and the second driving signal is input to input the second driving signal. The driving amount can be set to a set value. For this reason, the control that the drive amount of the driven body reaches the set value only by the first drive signal as in (A) does not continue, and it is possible to prevent the excessive energy consumption.
On the other hand, as in (C), the control in which the driving amount of the driven body reaches the set value by inputting the first to third driving signals, that is, the control in which the input energy of the first driving signal is insufficient is not continued. Since it is possible to quickly return to a state where it can be driven only by the input of the first and second drive signals, the drive time can be shortened.
As described above, the present invention reduces the energy when the input energy of the first drive signal is excessive, and increases the energy when the input energy is insufficient. Energy can be supplied, the driven body can be driven reliably, and energy saving can be realized.
なお、本発明において、被駆動体の駆動量が設定値に達するとは、被駆動体が回転体であれば、予め設定された角度分だけ被駆動体を回転させることであり、被駆動体が直線的に移動する部材である場合は、その部材の直線移動距離が設定長さ分だけ移動させることである。
そして、第1駆動信号を所定間隔(例えば1秒間隔)で出力することで、被駆動体を継続して設定量毎に駆動できる。したがって、被駆動体が歯車であれば、その歯車に連動する輪列に指針を設けることで、指針を圧電アクチュエーターで駆動する時計を構成できる。
In the present invention, the driving amount of the driven body reaches the set value means that if the driven body is a rotating body, the driven body is rotated by a preset angle. Is a member that moves linearly, the linear movement distance of the member is moved by the set length.
And a to-be-driven body can be continuously driven for every set amount by outputting a 1st drive signal at predetermined intervals (for example, 1 second interval). Therefore, if the driven body is a gear, it is possible to configure a timepiece in which the pointer is driven by the piezoelectric actuator by providing the pointer on the gear train linked to the gear.
本発明の圧電駆動装置において、前記駆動制御手段は、駆動信号の電圧を一定として駆動時間を制御することで前記入力エネルギーを制御することが好ましい。
入力エネルギーを制御する際に、駆動信号の電圧を一定として駆動時間で制御すれば、電圧を可変するための回路構成が不要になり、コストを低減できる。
なお、前記駆動制御手段は、駆動信号の駆動時間を一定として電圧を制御することで前記入力エネルギーを制御してもよい。この場合は、入力エネルギーを増加させるために駆動時間を長くする必要が無く、入力エネルギーの大小に関係なく駆動時間を一定にできるので、駆動時間を短くできる。
In the piezoelectric driving device of the present invention, it is preferable that the drive control means controls the input energy by controlling a drive time while keeping a voltage of a drive signal constant.
When the input energy is controlled, if the voltage of the drive signal is kept constant and controlled by the drive time, a circuit configuration for varying the voltage becomes unnecessary, and the cost can be reduced.
The drive control means may control the input energy by controlling the voltage with the drive time of the drive signal constant. In this case, it is not necessary to lengthen the driving time in order to increase the input energy, and the driving time can be made constant regardless of the magnitude of the input energy, so that the driving time can be shortened.
本発明の圧電駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記圧電アクチュエーターに駆動信号を入力した後、所定時間経過後に、前記駆動量検出手段によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達したか否かを判定し、前記所定時間は、圧電アクチュエーターへの駆動信号の入力を停止してから被駆動体を含む駆動系が停止するまでの時間よりも長いことが好ましい。 In the piezoelectric drive device of the present invention, the drive control means has reached the set value by the drive quantity detection means after the elapse of a predetermined time after inputting the drive signal to the piezoelectric actuator. The predetermined time is preferably longer than the time from when the drive signal input to the piezoelectric actuator is stopped until the drive system including the driven body stops.
前記所定時間を圧電アクチュエーターへの駆動信号の入力を停止してから被駆動体を含む駆動系が停止するまでの時間よりも長くしているので、駆動系が完全に停止してから駆動量を検出できるため、検出のタイムラグがまったく生じず、駆動系の慣性の影響を含んだ上で確実に判定ができる。このため、精度の高い検出が可能となる。
なお、前記所定時間は、被駆動体が一定時間間隔で駆動される場合には、当然、その一定時間間隔以内に設定する必要があり、具体的には一定時間間隔での次の駆動までに前記所定時間経過後の駆動量の検出処理と、その検出に基づく補正駆動などを行って所定の駆動量の駆動が完了するように設定する必要がある。従って、被駆動体が時計の指針であり、その指針が1秒運針の場合には前記所定時間は当然1秒以内に設定され、1秒より大きく設定されることはないし、指針が20秒運針の場合には前記所定時間は当然20秒以内に設定され、20秒より大きく設定されることはない。
Since the predetermined time is longer than the time from when the input of the drive signal to the piezoelectric actuator is stopped until the drive system including the driven body is stopped, the drive amount is reduced after the drive system is completely stopped. Since it can be detected, there is no detection time lag, and the determination can be made reliably including the influence of the inertia of the drive system. For this reason, highly accurate detection becomes possible.
In addition, when the driven body is driven at a fixed time interval, the predetermined time must be set within the fixed time interval, and specifically, until the next driving at the fixed time interval. It is necessary to set so that the driving of the predetermined driving amount is completed by performing the driving amount detection processing after the predetermined time elapses and the correction driving based on the detection. Accordingly, when the driven body is a pointer of a clock and the pointer is operated for 1 second, the predetermined time is naturally set within 1 second and is not set to be larger than 1 second. In this case, the predetermined time is naturally set within 20 seconds, and is not set longer than 20 seconds.
本発明の圧電駆動装置の制御方法は、圧電素子を有し、この圧電素子への駆動信号の供給により振動する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、前記被駆動体の駆動量が予め設定された設定値に達したか否かを検出する駆動量検出手段と、前記圧電アクチュエーターへの駆動信号の供給を制御する駆動制御手段と、を備えた圧電駆動装置の制御方法であって、前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回の入力エネルギーよりも小さくし、前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第2駆動信号を入力し、この第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーは前回入力した第1駆動信号と同じ入力エネルギーに維持し、前記第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第3駆動信号を前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達するまで繰り返し入力し、かつ、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回入力した第1駆動信号の入力エネルギーよりも大きくすることを特徴とする。
本発明によれば、前記圧電駆動装置と同じ作用効果を奏することができる。
A method for controlling a piezoelectric driving apparatus according to the present invention includes a piezoelectric actuator that includes a piezoelectric element, and includes a vibrating body that vibrates when a driving signal is supplied to the piezoelectric element, and transmits the vibration of the vibrating body to a driven body. A piezoelectric device comprising: a drive amount detection unit that detects whether or not the drive amount of the driven body has reached a preset value; and a drive control unit that controls supply of a drive signal to the piezoelectric actuator. A method of controlling a driving device, wherein after a first drive signal is input to the piezoelectric actuator, when a drive amount of the driven body reaches the set value, an input of a first drive signal to be input next If the drive amount of the driven body does not reach the set value after the energy is made smaller than the previous input energy and the first drive signal is input to the piezoelectric actuator, the first drive signal is input. When the second drive signal having an input energy smaller than the energy is input and the drive amount of the driven body reaches the set value by the input of the second drive signal, the first drive signal to be input next is input. The input energy is maintained at the same input energy as the first drive signal input last time, and when the drive amount of the driven body does not reach the set value due to the input of the second drive signal, A first driving signal having an input energy smaller than the input energy is repeatedly input until the driving amount of the driven body reaches the set value, and the input energy of the first driving signal to be input next is first input. It is characterized by being larger than the input energy of the drive signal.
According to the present invention, the same effect as the piezoelectric driving device can be obtained.
本発明の電子時計は、前記圧電駆動装置と、この圧電駆動装置で駆動される計時情報表示部とを備えることを特徴とする。
電子時計の計時情報表示部を前記圧電駆動装置で駆動すれば、ステッピングモーターを用いた場合に比べて薄型化できるとともに、計時情報表示部の駆動量を精度良く検出できるので、検出した駆動量に基づいて駆動を制御することで、計時情報の表示がずれてしまうことを防止でき、正確な指示を行うことができる。
The electronic timepiece of the invention includes the piezoelectric driving device and a time information display unit driven by the piezoelectric driving device.
If the time information display part of the electronic timepiece is driven by the piezoelectric driving device, it can be made thinner than when a stepping motor is used, and the drive amount of the time information display part can be detected with high accuracy. By controlling the driving based on this, it is possible to prevent the display of the timing information from being shifted, and it is possible to give an accurate instruction.
ここで、前記計時情報表示部は、前記圧電駆動装置で回転駆動される指針を備えて構成されることが好ましい。
圧電駆動装置で駆動される計時情報表示部としては、日車や曜車のようなカレンダー情報を表示するものでもよいが、時針、分針、秒針などの時刻を指示する指針を駆動する場合、指針の駆動量を精度良く検出でき、指示精度の高い電子時計を提供できる。
Here, it is preferable that the timing information display unit includes a pointer that is rotationally driven by the piezoelectric driving device.
The timekeeping information display unit driven by the piezoelectric drive device may display calendar information such as a date indicator or day indicator, but when driving an indicator indicating time such as an hour hand, minute hand, second hand, etc. Can be detected with high accuracy, and an electronic timepiece with high indication accuracy can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[全体構成]
図1は、本実施形態における圧電駆動装置を用いた電子機器としての電子時計1の概略構成を示す平面図であり、図2はその要部の断面図である。
なお、図1は、電子時計1の時刻表示側とは反対側(裏蓋側)から見た図であり、この図1において、上方向(中心から時刻修正機構80に向かう方向)が電子時計1の3時方向、下方向(中心から回転伝達装置40に向かう方向)が9時方向、右方向(中心から圧電アクチュエーター20に向かう方向とは反対方向)が12時方向、左方向(中心から圧電アクチュエーター20に向かう方向)が6時方向となっている。図2は、電子時計1の時刻表示側を下(地板3側)、裏蓋側を上(輪列受4側)にした図となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[overall structure]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an
1 is a view of the
図1に示すように、電子時計1は、時刻を表示する指針を駆動する圧電駆動装置10と、電池2と、IC5と、水晶振動子6とを備えている。IC5、水晶振動子6等は、図示しない回路基板に設けられている。電池2は、電池押え部で保持されている。
また、本実施形態の電子時計1は、指針として時針および分針を備えた二針式の腕時計である。
As shown in FIG. 1, the
The
[圧電駆動装置の構成]
図1,2に示すように、指針を駆動する圧電駆動装置10は、圧電アクチュエーター20と、圧電アクチュエーター20の出力を回転対象物である指針まで伝達する回転伝達装置40とを備えている。
[Configuration of Piezoelectric Drive Device]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[圧電アクチュエーターの構成]
圧電アクチュエーター20は、振動体21と、ローター30とを備えて構成されている。振動体21は、図2に示すように、2枚の長方形かつ板状の圧電素子22の間に、これらの圧電素子22と略同形状であり、かつ圧電素子22よりも肉厚の薄いステンレス鋼等の補強板23を挟んで接着した積層構造を有している。
圧電素子22としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT(商標))、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
[Configuration of piezoelectric actuator]
The
Examples of the
振動体21は、一短辺の幅方向端部に当接部25を有している。この当接部25は、補強板23を切断成形する等の方法により得られたものであり、緩やかな曲面を持った先端部分を圧電素子22から突出させている。振動体21は、この当接部25の先端をローター30の外周面に当接させる姿勢を保っている。
なお、本実施形態では、当接部25は、振動体21の幅方向の中心軸に対して偏心した位置に形成されているため、圧電アクチュエーター20は、振動体21の幅方向の重量バランスがアンバランスとされ、屈曲振動が生じやすいように構成されている。なお、振動体21の他の短辺には、前記当接部25と同様の突起部26が振動体21の平面中心に対して対象となる位置に形成され、前記振動体21の屈曲振動がより生じやすいようにされている。
The vibrating
In the present embodiment, the
圧電アクチュエーター20の長手方向の一側面には支持部27が形成されている。支持部27は、補強板23と一体形成されたものである。この支持部27は、地板などにネジ等で固定されている。
また、支持部27には圧電素子用回路基板が取り付けられ、圧電素子22の表面に設けられる駆動電極に、回路基板が伸ばされて回路基板の表面に配置されているリード線が接続され、圧電素子22を駆動可能に構成されている。
A
In addition, a circuit board for piezoelectric elements is attached to the
このような振動体21の駆動電極に、所定周波数の電圧を印加すると、圧電素子22が長手方向に沿って伸縮する縦一次振動モードの振動を励振する。このとき、振動体21の対角線上両端には当接部25、突起部26が設けられているので、振動体21は全体として長手方向中心線に対して重量がアンバランスとなる。このアンバランスにより、振動体21は長手方向に略直交する方向に屈曲する屈曲二次振動モードの振動を励振する。したがって、振動体21は、これらの縦一次振動モードおよび屈曲二次振動モードを組み合わせた振動を励振し、当接部25は、略楕円軌道を描いて振動する。
When a voltage having a predetermined frequency is applied to the drive electrode of the vibrating
[ローターの構成]
前記振動体21に当接して駆動されるローター30は、ローター案内体320に回転自在に保持されている。このローター30およびローター案内体320によってローターブロックが構成されている。また、ローター30には、ローター30と一体で回転するローター歯車31が設けられている。
[Configuration of rotor]
The
ローター案内体320は、図1に示すように、揺動軸321を中心に揺動自在に配置され、押圧バネ35の一端がローター案内体320のピン322に当接されている。
押圧バネ35の他端は地板などに設けられた固定ピン36に係止され、固定ピン36およびローター案内体320間に配置された押圧バネ35が撓んでローター案内体320を付勢するようにされている。
As shown in FIG. 1, the
The other end of the
このローター案内体320が押圧バネ35によって付勢されることで、ローター30は圧電アクチュエーター20の当接部25に所定の当接力(接触圧)で当接されている。このため、前記圧電アクチュエーター20の振動体21が振動し、当接部25が略楕円軌道を描いて振動すると、この当接部25が側面に当接されたローター30も回転する。本実施形態では、図1において、ローター30は時計回りに回転する。従って、本実施形態では、ローター30が回転される一方の所定方向とは、図1における時計回り方向となる。
By urging the
[回転伝達装置の構成]
回転伝達装置40は、ローター30の回転エネルギーを回転対象物に伝達するものであり、図1〜3に示すように、回転検出車41と、弾性装置42と、回転規制装置43と、三番車44と、二番車45と、日の裏車46と、筒車47とを備えている。
[Configuration of rotation transmission device]
The
[回転検出車の構成]
回転検出車41は、前記ローター歯車31に噛み合うカナ411と、カナ411と一体に回転する歯車412とを備え、地板3および輪列受4で回転自在に支持されている。
歯車412は、中心軸に配置されたボス部412Aと、外周に配置された円環状のリム部412Bと、ボス部412Aからリム部412Bに向かって放射状に複数本設けられたスポーク部412Cを備えて構成されている。このため、ボス部412Aおよびリム部412B間は、スポーク部412Cを除いて孔が形成されている。
[Configuration of rotation detection vehicle]
The
The
[弾性装置の構成]
弾性装置42は、カナ421と、軸422と、バネ係止部材423と、回転規制装置43のゼネバ駆動車431に固定された軸受けリング424と係止ピン425と、渦巻バネ426と、カバー427とを備えている。ゼネバ駆動車431は中心部に固定された軸受けリング424により軸422に対して回転可能に配置されている。
カナ421は、地板3および輪列受4に回転自在に支持された軸422と一体に回転し、前記回転検出車41の歯車412に噛み合っている。
[Configuration of elastic device]
The
The
バネ係止部材423は、軸422に嵌合されて一体に回転し、前記渦巻バネ426の内周側の端部が係止されている。この渦巻バネ426の外周側の端部は、前記係止ピン425に係止されている。従って、本実施形態では、一体で回転するカナ421、軸422、バネ係止部材423によって、ローター30からの回転が回転検出車41を介して伝達されるローター伝達車が構成されている。このローター伝達車に渦巻バネ426の一端が係合されている。
カバー427は、軸422に対して所定平面位置にて固定されており、バネ426の中間部が輪列受4側に飛び出してくることを防止している。さらにカバー427は、上記所定平面位置にて軸422に固定されていることにより、図3に図示するように、渦巻きバネ426の外端を固定した係止ピン425を側面で度決めして位置決めすることができる。この位置決めにより渦巻きバネ426の弾性力によりゼネバ駆動車431を所定回転位置、すなわち係止ピン425がカバー427の側壁に度当たりしている位置に保持されるものである。
The
The
渦巻バネ426は、断面矩形状の薄板ばね素線を図3における平面視で中央側から外周側に向かって反時計回りの渦巻状に巻いて形成されている。この渦巻バネ426は、カナ421、軸422、バネ係止部材423が、ゼネバ駆動車431よりも時計回りに先行して回転することにより、巻き数が増える方向に弾性変形して、カナ421に伝達された駆動力を弾性エネルギーとして蓄積することができる。
The
また、前記渦巻バネ426は、初期撓み(初期弾性変形)を持たせた状態で、バネ係止部材423および係止ピン425に係止されている。具体的には、圧電アクチュエーター20が停止されている状態、すなわちカナ421、軸422、カバー427が停止している状態において、前記初期撓みによる弾性力は、ゼネバ駆動車431の係止ピン425がカバー427の側壁に確実に当接する程度に設定されている。この状態においては、ゼネバ被駆動車435の歯436と歯437とがゼネバ駆動車431の規制部433に当接しており、ゼネバ被駆動車435は回転方向に位置決めされているとともに、ゼネバ被駆動車435側からの回転力が生じてもゼネバ被駆動車435の回転は禁止されている。さらに上記のように初期撓みを持たせると、時針、分針等の指針が重たい(慣性モーメントが大きい)場合であっても、針を駆動しやすくなる。
Further, the
[回転規制装置の構成]
回転規制装置43は、ローター30の回転エネルギーが弾性装置42を介して伝達されるように配置される。すなわち、この回転規制装置43は、ローター30および弾性装置42とともに、当該ローター30の回転エネルギーを伝達する直列経路を構成する。このような回転規制装置43は、非可逆歯形伝達装置であるゼネバ歯車装置で構成され、ゼネバ駆動車(原動歯車)431と、ゼネバ駆動車431によって回転するゼネバ被駆動車(従動歯車)435とを備えている。
ゼネバ駆動車431は、中央部に固定された軸受けリング424を介して前記軸422に対して回転自在に支持されている。そして、ゼネバ駆動車431の回転軸を中心とした対称位置つまりゼネバ駆動車431の回転方向に180度間隔の2箇所に、ゼネバ被駆動車435に係合する爪(歯)432が設けられている。また、この2つの爪432の間にある円弧状の外周面により、規制部433が構成されている。この規制部433の中心軸からの半径は、爪(歯)432の歯底円半径よりも大きく、かつ、歯先円半径よりも小さく設定されている。
[Configuration of rotation restricting device]
The
The
ゼネバ被駆動車435は、その外周面において回転方向に72度間隔の5箇所に形成された歯436と、各歯436に対応して形成された歯437と、中心軸に設けられたカナ438とを備えている。
歯436と歯437との間隔は、歯436を基準にその反回転方向に配置された歯437との間隔は20度程度と小さな小間隔とされ、回転方向に配置された歯437との間隔は50度程度と大きな大間隔とされている。
そして、前記大間隔部分を挟む2つの歯437,436がゼネバ駆動車431の規制部433に当接している状態では、ゼネバ被駆動車435は回転方向および反回転方向のいずれにも回転することができない。すなわち、ゼネバ被駆動車435は、ゼネバ駆動車431で回転が規制された状態とされている。
The Geneva driven
The distance between the
When the two
このゼネバ被駆動車435の回転規制状態は、ゼネバ駆動車431が回転して爪432が歯436に当接するまで継続される。本実施形態では、ゼネバ駆動車431が120度回転する間は、ゼネバ被駆動車435の回転が規制される。
そして、ゼネバ駆動車431の爪432が、ゼネバ被駆動車435の歯436に当接した状態からさらにゼネバ駆動車431が回転すると、ゼネバ被駆動車435も連動して回転する。そして、各歯437,436が規制部433に当接している状態に戻った位置でゼネバ被駆動車435の回転は停止する。
すなわち、本実施形態では、ゼネバ駆動車431が180度回転すると、そのうちの120度回転している間(規制範囲)は、ゼネバ被駆動車435は回転が規制されて停止しているが、残りの60度回転する間(駆動範囲)は、ゼネバ駆動車431に連動してゼネバ被駆動車435が72度回転する。すなわち、ゼネバ被駆動車435は、ゼネバ駆動車431の回転に伴い間欠的に回転する。
The rotation restriction state of the Geneva driven
When the
In other words, in this embodiment, when the Geneva driven
以上のように、ゼネバ駆動車431からの回転によってゼネバ被駆動車435は間欠的に回転し、かつ、その回転角度は所定角度に設定されている。一方、ゼネバ被駆動車435側が回転しても、その回転はゼネバ駆動車431に規制されてゼネバ駆動車431側には伝達されない。従って、ゼネバ駆動車431およびゼネバ被駆動車435は、非可逆歯形伝達装置とされ、ゼネバ駆動車431の回転に伴ってゼネバ被駆動車435が所定角度(72度)回転し、前記所定角度回転した際には前記ゼネバ被駆動車435からゼネバ駆動車431への駆動を禁止する回転規制装置を構成している。
As described above, the Geneva driven
さらに、前記爪432は、その先端がゼネバ駆動車431の回転方向に向かって傾斜して形成されており、左右非対称の歯形形状とされている。このため、ゼネバ駆動車431が図3の矢印方向に回転してゼネバ被駆動車435の歯436に当接すると、爪432は歯436をゼネバ被駆動車435の回転方向に押すため、ゼネバ被駆動車435は回転駆動される。
一方、ゼネバ駆動車431が逆方向に回転する場合、爪432が歯437に当接するが、爪432の先端において歯436に当接する側とは反対側の面が傾斜して形成されていることで、爪432は歯437をゼネバ被駆動車435の回転中心方向に押すため、ゼネバ被駆動車435に回転を伝達できないように構成されている。
Further, the
On the other hand, when the
[ゼネバ被駆動車以降の輪列の構成]
ゼネバ被駆動車435のカナ438は、図1〜3に示すように、三番車44に噛み合い、三番車44のカナ441は、二番車45に噛み合っている。さらに、二番車45には二番カナ451が設けられ、この二番カナ451は日の裏車46に噛み合い、日の裏車46のカナ461は筒車47に噛み合っている。
二番車45の二番カナ451の先端には図示しない分針が取り付けられる。また、筒車47の先端には図示しない時針が取り付けられる。これらの各歯車44〜46は、地板3および輪列受4に軸支されている。
なお、秒針を設ける場合には、通常の時計と同様に、四番車や、四番車と一体に回転する秒カナを二番カナ451内に配置して秒針を取り付ければよい。ただし、本実施形態では、秒針が設けられていないため、二番カナ451の内部には二番カナ451を回転自在に支持する軸部材48が設けられている。
[Configuration of train wheel after Geneva driven vehicle]
As shown in FIGS. 1 to 3, the
A minute hand (not shown) is attached to the tip of the
When a second hand is provided, the second hand may be attached by placing the second hand or the second hand that rotates integrally with the fourth hand in the
[回転検出装置の構成]
本実施形態の電子時計1は、回転検出車41の回転を検出する回転検出装置70(図4参照)を備えている。
回転検出装置70は、回転検出車41のスポーク部412Cあるいはスポーク部412C間の孔部分を検出することで、回転検出車41が所定角度回転したかを検出している。
具体的には、回転検出装置70は、LED等の発光素子およびフォトトランジスター等の受光素子を備えた反射型や透過型の光センサーが用いられる。本実施形態では、反射型の光センサーが用いられ、歯車412の裏蓋側から光を投射し、孔を通して地板3で反射した光あるいはスポーク部412Cで反射した光を受光するように設定し、その受光素子の出力で回転検出を行っている。
[Configuration of rotation detector]
The
The
Specifically, the
より具体的には、本実施形態では、回転検出装置70からの回転検出車41の孔を通して地板3で反射した光を受光素子で受光して検出するように構成されている。このため、スポーク部412Cが回転方向に45度間隔で形成されている場合、前記孔を透過する反射光の検出も回転検出車41が45度回転する毎に、受光素子の出力が所定値以上となるオン状態と、所定値未満となるオフ状態とに変化することになる。従って、受光素子の出力を所定の閾値と比較することで、回転検出車41が45度回転したか否かを検出できる。
なお、一般に、反射型光センサーでは、光センサーの受発光面から反射面まで所定の距離が必要となる。従って、スポーク部412Cで反射させる場合に比べて、地板3で反射させるほうが、光センサーを地板3に近づけて配置でき、その分、時計1を薄型化できる利点がある。
More specifically, in the present embodiment, the light reflected by the
In general, a reflective optical sensor requires a predetermined distance from the light receiving / emitting surface of the optical sensor to the reflective surface. Therefore, compared with the case of reflecting by the
なお、回転検出装置70は、回転検出車41の移動量(回転角度)を検出するものに限らず、例えば、ローター30やローター歯車31の移動量を直接検出するものでもよい。すなわち、ローター30から渦巻バネ426の手前に設けられ、ローター30またはローター30と共に回転する部材の移動量を検出すればよい。
また、回転検出装置70としては、光センサーの他、ばね等によるメカ接点、磁気センサーによるものなど、ローター30や回転検出車41の回転量(回転角度)を検出可能な各種センサーが利用できる。
したがって、回転検出装置70によって、圧電アクチュエーター20によって駆動される被駆動体であるローター30やローター歯車31の駆動量を検出する駆動量検出手段が構成されている。
Note that the
In addition to the optical sensor, various sensors capable of detecting the rotation amount (rotation angle) of the
Accordingly, the
[時刻修正機構の構成]
本実施形態の電子時計1においても、リュウズ操作で時刻を修正する時刻修正機構80が設けられている。この時刻修正機構80は、従来から利用されているものであり、リュウズ操作で回転する巻真81、オシドリ82、カンヌキ83、ツヅミ車84および小鉄車85等を備えている。
そして、リュウズを引き出し、オシドリ82、カンヌキ83の動作でツヅミ車84を小鉄車85にかみ合わせた状態でリュウズを回転し、小鉄車85のカナ851に噛み合っている日の裏車46をリュウズ操作で回転する。すると、前記ゼネバ被駆動車435がゼネバ駆動車431で回転が規制されているため、三番車44、二番車45は回転せず、二番車45に対して二番カナ451が滑って回転し、分針の指示が修正される。また、日の裏車46の回転により筒車47も回転するため、時針の指示も連動して修正される。
[Configuration of time correction mechanism]
Also in the
Then, the crown is pulled out and the
[時計の回路構成]
次に、時計1の回路構成について、図4に基づいて説明する。
時計1の駆動回路は、一次電池や二次電池等の各種電池2からなる電源101によって駆動される発振回路102、分周回路103、制御回路104を備えている。
発振回路102は、水晶振動子6等の基準発振源を有し、発振信号を分周回路103に出力する。
分周回路103は、発振回路102から出力された発振信号が入力され、この発振信号に基づいて時計基準信号(例えば1Hzの信号)を出力する。
[Circuit configuration of the watch]
Next, the circuit configuration of the
The driving circuit of the
The
The
制御回路104は、分周回路103から出力された基準信号に基づいて時刻をカウントするとともに、時計仕様にあった時計駆動信号の出力を時計駆動回路106に指示する。
例えば、時計1が時針、分針、秒針を備える場合のように1秒ごとにステップ運針を行う場合には、制御回路104は、時計駆動信号を1秒に1回出力するように時計駆動回路106に指示する。
一方、本実施形態のように、時計1が時針および分針の2針時計であり、分針を20秒間隔で2度ずつ送る場合には、制御回路104は、時計駆動信号を20秒に1回出力するように時計駆動回路106に指示する。
The
For example, when the
On the other hand, when the
また、制御回路104は、前述の回転検出装置70と接続され、回転検出装置70から出力される検出信号をトリガーとして、時計駆動回路106の動作を制御する。
そして、前記制御回路104は、回転検出装置70から検出信号が出力されると、つまりローター30が所定量移動したことを検出すると、時計駆動回路106に対して駆動信号の出力を停止させる制御つまり圧電アクチュエーター20を停止させる制御を行う。
The
When the detection signal is output from the
例えば、秒針を1秒間隔でステップ運針する場合、制御回路104は時計駆動回路106に対して1秒毎に駆動信号を出力するように指示する。この場合、回転検出装置70は、秒針が1秒分つまり6度回転するのに対応する所定角度だけローター30が回転することを検出するように設定され、回転検出装置70でローター30が前記所定角度回転したことを検出すると、制御回路104は時計駆動回路106に対して駆動信号の出力を停止させる。このため、圧電アクチュエーター20は1秒間隔で秒針を1秒分移動させる量だけ駆動する。
For example, when the second hand is stepped at intervals of 1 second, the
また、二針時計のように、20秒間隔で分針を2度ずつ送る場合は、制御回路104は時計駆動回路106に対して20秒毎に駆動信号を出力するように指示する。この場合、回転検出装置70は、分針が20秒分つまり2度回転するのに対応する所定角度だけローター30が回転することを検出するように設定され、回転検出装置70でローター30が前記所定角度回転したことを検出すると、制御回路104は時計駆動回路106に対して駆動信号の出力を停止させる。
Further, when the minute hand is sent twice every 20 seconds as in a two-hand timepiece, the
また、制御回路104には、リューズやボタンなどの時刻修正機構80の操作を検出する操作検出部109が接続されている。操作検出部109は、時刻修正機構80の所定の操作を検出すると、その操作を検出して所定の信号を制御回路104に送る。制御回路104は、操作検出部109からの信号に基づいて、時計駆動回路106に対し、駆動信号の出力つまり圧電アクチュエーター20の駆動開始や、駆動信号の出力停止つまり圧電アクチュエーター20の駆動停止を指示する。
The
例えば、時刻修正のために、リューズを引き出した際には、指針の運針を停止する必要がある。このため、操作検出部109がリューズの引き出し操作の検出信号を出力すると、制御回路104は、圧電アクチュエーター20の駆動を停止する制御信号を時計駆動回路106に出力する。一方、操作検出部109がリューズの押し込み操作の検出信号を出力すると、制御回路104は、圧電アクチュエーター20の駆動を開始する制御信号を時計駆動回路106に出力する。
従って、制御回路104によって、圧電アクチュエーター20の駆動を制御する駆動制御手段が構成されている。
For example, when the crown is pulled out to correct the time, it is necessary to stop the hand movement of the pointer. For this reason, when the
Therefore, the
時計駆動回路106は、制御回路104からの制御信号を受けて、圧電アクチュエーター20の駆動信号を出力する。具体的には、時計駆動回路106は、交流信号(パルス信号)によって圧電アクチュエーター20の圧電素子22に所定周波数の駆動電圧を印加させて駆動する。
なお、圧電アクチュエーター20の駆動周波数の制御方法は特に限定せず、例えば、特許文献(特開2006−20445号公報)に開示されているように、圧電素子22へ供給される駆動信号の周波数を、駆動可能な周波数範囲を含む広い範囲でスイープ(変化)させ、確実に圧電アクチュエーター20を駆動させる方法でも良いし、特許文献(特開2006−33912号公報)に開示されているように、圧電素子22に供給される駆動信号の周波数と圧電素子22の振動状態から得られる検出信号との位相差を駆動に適した所定の目標位相差となるように駆動信号の周波数を変更させる方法でも良いし、あらかじめ温度毎に設定された固定周波数で駆動させる方法でも良い。
The
The method for controlling the drive frequency of the
また、圧電アクチュエーター20の圧電素子22に電圧印加の対象となっていない検出電極を設け、この検出電極から出力される検出信号を制御回路104にフィードバックして前記駆動信号の周波数を制御してもよい。この検出信号によって、制御回路104は、圧電アクチュエーター20の駆動状態を確認して、駆動信号の周波数をフィードバック制御できる。
In addition, a detection electrode that is not subject to voltage application is provided on the
圧電アクチュエーター20の出力は、前述の通り、回転伝達装置40を介して伝達される。
この回転伝達装置40は、圧電アクチュエーター20から出力される回転エネルギーを時刻表示に適した移動量に変換して計時情報表示部である時刻表示部(指針)110に伝達する。本実施形態では、ローター歯車31から回転検出車41、ゼネバ駆動車431までは増速輪列とされ、ゼネバ被駆動車435から三番車44、二番車45、日の裏車46、筒車47までは減速輪列であるため、所定の増減速比で圧電アクチュエーター20の移動量(ローター30の回転量)を時刻表示の移動量に変化する。
The output of the
The
[圧電アクチュエーターの駆動制御方法の詳細]
次に、圧電アクチュエーター20の駆動制御の詳細について、図5のフローチャートおよび図6〜8を参照して説明する。
前述したように、制御回路104の制御により、時計駆動回路106は、20秒間隔で駆動信号を出力する。この際、時計駆動回路106は、まず第1駆動信号を入力する(ステップS1)。本実施形態では、前述のとおり、駆動信号として所定周波数の交流信号を用いており、駆動信号(交流信号)の入力時間を調整することで入力エネルギーを設定している。このため、第1駆動信号は、入力時間T1の交流信号に設定されている。
[Details of piezoelectric actuator drive control method]
Next, details of drive control of the
As described above, under the control of the
第1駆動信号が入力されると、制御回路104は、回転検出装置70を作動して回転検出車41つまりはローター30が前記所定角度回転したか否か、つまり被駆動体(ローター30)の駆動量が目標駆動量に達したか否かを判定する(ステップS2)。
なお、制御回路104は、図6に示すように、回転検出車41の速度が低下して駆動停止状態となるタイミングで回転検出装置70を作動させている。すなわち、駆動信号の入力が停止しても、慣性によって回転検出車41の回転は継続し、多少オーバーランする。したがって、駆動信号の入力停止後、所定時間経過してから回転検出装置70を作動させることで、回転検出車41の駆動停止後に回転検出車41が所定の位置に達したか否かを正確に検出することができる。なお、回転検出車41のオーバーランは、入力する駆動信号のエネルギー(入力時間)に連動するため、駆動信号の入力時間が長くなるほど、回転検出装置70を作動させるまでの所定時間も長くする必要がある。
When the first drive signal is input, the
As shown in FIG. 6, the
ステップS2で「No」と判定された場合、つまり、第1駆動信号の入力のみではローター30が所定角度まで回転しなかった場合、制御回路104は時計駆動回路106を介して第2駆動信号を圧電アクチュエーター20に入力する(ステップS3)。
第2駆動信号は、入力時間T2の信号である。この入力時間T2は、T1よりも短い時間(例えば1/4)に設定されており、第2駆動信号の入力エネルギーは第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さい。
If “No” is determined in step S2, that is, if the
The second drive signal is a signal having an input time T2. This input time T2 is set to a time (for example, 1/4) shorter than T1, and the input energy of the second drive signal is smaller than the input energy of the first drive signal.
そして、制御回路104は、第2駆動信号によって回転する回転検出車41が停止するタイミングで回転検出装置70を作動させ、回転検出車41つまりはローター30が前記所定角度まで回転したか否かを判定する(ステップS4)。
Then, the
ステップS4で「Yes」と判定された場合、つまり、図6に示すように、第1駆動信号だけではローター30が所定角度まで回転しなかった(検出結果OFF)が、第2駆動信号を追加して入力したことでローター30が所定角度まで回転した場合(検出結果ON)、制御回路104は駆動信号の出力を終了する。
If “Yes” is determined in step S4, that is, as shown in FIG. 6, the
そして、制御回路104は、20秒間隔で行われる次の駆動信号の出力処理を行う際には、ステップS1の処理から繰り返し実行する。なお、本実施形態は、この図6の状態を、理想の安定状態と設定しているので、図6の状態であった場合は、第1駆動信号の入力時間T1を修正することなく、次の駆動処理が行われる。
The
一方、ステップS4で「No」と判定された場合は、図7に示すように、第3駆動信号を圧電アクチュエーター20に入力する(ステップS5)。
第3駆動信号は、入力時間T3の信号である。この入力時間T3は、T1よりも短い時間(例えば1/4)に設定されており、第3駆動信号の入力エネルギーは第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さい。なお、第2,3駆動信号の入力時間T2,T3は、通常、同じ時間に設定すればよいが、異ならせてもよい。例えばT2>T3に設定してもよい。
On the other hand, if “No” is determined in step S4, the third drive signal is input to the
The third drive signal is a signal having an input time T3. This input time T3 is set to a time (for example, 1/4) shorter than T1, and the input energy of the third drive signal is smaller than the input energy of the first drive signal. Note that the input times T2 and T3 of the second and third drive signals are usually set to the same time, but may be different. For example, T2> T3 may be set.
さらに、制御回路104は、第3駆動信号を入力した場合、次回の第1駆動信号の入力時間T1を前回の時間T1よりも時間Tβだけ長く設定する(ステップS6)。
これは、第1駆動信号および第2駆動信号を入力しても、ローター30が所定角度まで回転しなかったため、第1駆動信号の入力エネルギーが不足していると判断できるためである。そこで、ステップS6において、次回の第1駆動信号の入力エネルギーを増加させている。ここで、時間Tβは任意に設定できるが、通常、時間Tβは、T2またはT3と同程度とすればよい。
Further, when the third drive signal is input, the
This is because it can be determined that the input energy of the first drive signal is insufficient because the
そして、制御回路104は、第3駆動信号の入力によって、回転検出車41つまりはローター30が前記所定角度まで回転したか否かを再度判定する(ステップS4)。
図7に示すように、第1駆動信号および第2駆動信号の入力ではローター30が所定角度回転しなかった(検出結果OFF)が、第3駆動信号を入力したことでローター30が所定角度回転した場合(検出結果ON)、制御回路104は駆動信号の出力を終了する。
Then, the
As shown in FIG. 7, the
一方、第3駆動信号を入力しても、回転検出車41つまりはローター30が前記所定角度まで回転しなかった場合、S4,5,6を繰り返して実行する。すなわち、ローター30が所定角度回転するまで第3駆動信号の入力と、第1駆動信号の時間増加を繰り返し、ステップS4で「Yes」と判定された時点で駆動信号の出力を終了する。
On the other hand, even if the third drive signal is input, if the
また、図8に示すように、第1駆動信号の入力のみでローター30が前記所定角度回転し、ステップS2で「Yes」と判定された場合は、第1駆動信号の入力エネルギーは過剰である。
そこで、図9に示すように、次回の第1駆動信号の入力時間T1を前回の時間T1よりも時間Tαだけ短く設定する(ステップS7)。ここで、時間Tαは任意に設定できるが、通常、時間Tαは、T2またはT3と同程度とすればよい。
この入力時間を短くした第1駆動信号の入力で回転検出結果がOFFとなり、第2駆動信号の入力でONとなれば、前記図6の安定制御状態となる。
一方、新しい第1駆動信号でもステップS2で「Yes」となれば、さらに時間Tαだけ短い第1駆動信号に設定される。この制御を繰り返せば、図6,9の安定した制御状態に収束することになる。
Further, as shown in FIG. 8, when the
Therefore, as shown in FIG. 9, the next input time T1 of the first drive signal is set shorter than the previous time T1 by a time Tα (step S7). Here, the time Tα can be set arbitrarily, but usually the time Tα may be approximately the same as T2 or T3.
If the rotation detection result is turned OFF by the input of the first drive signal with the input time shortened and turned ON by the input of the second drive signal, the stable control state of FIG. 6 is reached.
On the other hand, even if the new first drive signal becomes “Yes” in step S2, it is set to the first drive signal that is shorter by the time Tα. If this control is repeated, it will converge to the stable control state of FIGS.
[本実施形態による効果]
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
(1)制御回路104は、前回第1駆動信号の入力のみで、回転検出車41が設定された目標駆動量まで回転した場合には第1駆動信号の入力時間を短く設定し、逆に、第1駆動信号および第2駆動信号を入力しても回転検出車41が設定された目標駆動量まで回転しない場合には第1駆動信号の入力時間を長く設定している。
このため、電子時計1の姿勢(向き)などによって、圧電アクチュエーター20で駆動される被駆動体の負荷が変動しても、第1駆動信号に加えて第2駆動信号を入力することで、回転検出車41が設定された目標駆動量まで回転する安定状態に制御することができる。
[Effects of this embodiment]
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
(1) The
For this reason, even if the load of the driven body driven by the
したがって、過剰なエネルギーの第1駆動信号の入力を防止できて省エネルギー化を図ることができるとともに、圧電アクチュエーター20の駆動時間も短くでき、秒針駆動のように、駆動間隔が短い被駆動体を継続して駆動する場合でも容易に制御できる。
すなわち、第1駆動信号のみで回転検出車41が目標角度まで回転(目標駆動量に達する)する場合、入力エネルギーが過剰であると判断できる。入力エネルギーが過剰であっても、ゼネバ歯車装置のような回転規制装置43を設けることで、指針の駆動量は一定角度に規制できるが、無駄な電力を消費することになる。このため、特に電池駆動の腕時計においては、電力消費量が増大することで持続時間も短くなり、利便性が低下する。
これに対し、本実施形態では、省エネルギー化を図ることができるので、腕時計においても持続時間を長くすることができる。
Accordingly, it is possible to prevent the input of the first drive signal with excessive energy and to save energy, and the drive time of the
That is, when the
On the other hand, in this embodiment, since energy saving can be achieved, the duration time can be extended even in a wristwatch.
また、第1および第2駆動信号を入力しても回転検出車41が目標角度まで回転しない場合は、目標角度に達するまで第3駆動信号(補正信号)を入力しており、確実に回転できるとともに、次回の第1駆動信号の入力時間を長くしているので、次回以降は回転検出車41が目標角度に達するまでに入力する駆動信号の数を少なくでき、その分、駆動制御時間を短くできる。したがって、一定時間間隔で被駆動体を駆動する場合、その時間間隔を短くでき、例えば、秒針を1秒間隔でステップ運針することも容易に実現できる。
Further, if the
(2)制御回路104は、圧電アクチュエーター20が第1駆動信号を入力し終わって所定時間経過後に、回転検出装置70で回転検出車41が目標角度まで回転したかを判定している。このため、被駆動体の駆動量の検出を高精度に行うことができる。
すなわち、圧電アクチュエーター20の駆動中に駆動量を検出すると、検出のタイムラグや駆動系の慣性によるオーバーランがあるため、検出した駆動量は、実際の駆動量とずれてしまう。このため、駆動制御の精度を向上することが難しい。
これに対し、本発明では、第1駆動信号を入力した後、回転検出車41が停止するタイミングを見計らって回転検出を行っているので、検出のタイムラグや駆動系の慣性によるオーバーランの影響を含んだ上で駆動量の判定を行うことができる。
(2) The
In other words, if the drive amount is detected while the
On the other hand, in the present invention, after the first drive signal is input, the rotation detection is performed in anticipation of the timing when the
(3)本実施形態では、第3駆動信号を入力する制御(ステップS5)を行うたびに、第1駆動信号の入力時間を増加させているので、ステップ運針において所定間隔で駆動する次回の駆動時には、更新された第1駆動信号を圧電アクチュエーター20に投入できる。このため、より迅速に目標駆動量まで駆動させることができ、指針のステップ運針を安定させることができる。
(3) In this embodiment, every time control (step S5) for inputting the third drive signal is performed, the input time of the first drive signal is increased. Sometimes, the updated first drive signal can be input to the
(4)圧電アクチュエーター20を駆動してから、回転検出車41が所定角度(45度)回転したことを回転検出装置70で検出して圧電アクチュエーター20の駆動が停止した後、例えば、振動体21の減衰振動やローター30等の慣性でゼネバ駆動車431がオーバーランしても、爪432とゼネバ被駆動車435との係合が外れた後はゼネバ被駆動車435の回転が余裕を持って規制されるため、ゼネバ被駆動車435は間欠駆動され、かつ、その回転角度を常に一定(本実施形態では72度)にすることができる。このため、ゼネバ被駆動車435の回転が伝達される指針の移動量も常に一定にでき、ステップ運針する指針の位置精度を確保できる。
(4) After the
(5)圧電素子22が矩形板状に形成されているので、圧電駆動装置10の薄型化を促進できる。
(5) Since the
(6)回転検出装置70が、回転検出車41つまりはローター30の移動量を検出しているので、指針の移動量も正確に設定できる。その理由は、次の通りである。
圧電アクチュエーター20の振動体21とローター30とは摩擦によってトルクを伝達しているので、圧電アクチュエーター20の駆動時間によってローター30の回転量を正確に設定することは難しい。本実施形態では、ローター30とダイレクトに駆動する回転検出車41の移動量を回転検出装置70で検出しており、回転検出装置70でローター30が所定量移動したことを検出した時点で駆動を停止しているので、ローター30つまりは指針を正確に移動できる。更に、ローター30と弾性装置42(特に渦巻バネ426)との間に回転検出車41を設けていることにより、ローター30の回転エネルギーが弾性エネルギーとして渦巻バネ426に蓄積される前の段階で当該ローター30の回転を検出できる。従って、圧電アクチュエーター20の駆動に応じたローター30の回転をより正確に検出でき、弾性装置42の後側(ローターとは反対側)に回転検出車41を設ける場合に比べて、当該ローター30および指針を一層正確に移動できる。
(6) Since the
Since the
[本発明の変形例]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、圧電アクチュエーターの構成としては、略矩形板状に形成されたものに限らず、平面略菱形の板状に形成されたものや、平面略平行四辺形の板状に形成されたものなどでもよい。さらには、トラス形状に形成された圧電アクチュエーターを用いてもよい。すなわち、圧電アクチュエーターの具体的な構成は実施にあたって適宜設定すればよい。
[Modification of the present invention]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, the configuration of the piezoelectric actuator is not limited to a substantially rectangular plate shape, but may be a substantially rhomboid plate shape or a substantially parallelogram plate shape. Good. Furthermore, a piezoelectric actuator formed in a truss shape may be used. In other words, the specific configuration of the piezoelectric actuator may be set as appropriate in implementation.
駆動量検出手段の構成も前記実施形態のものに限らない。例えば、圧電アクチュエーター20に検出電極を設け、その検出電極から出力される検出信号を利用して圧電アクチュエーター20の駆動量を検出してもよいし、他の検出手段を用いてもよい。
The configuration of the drive amount detection means is not limited to that of the above embodiment. For example, a detection electrode may be provided on the
駆動対象(被駆動体)としては、回転駆動される歯車に限らず、ローター30などを介して直線的に移動するスライダー等の直線運動可能な移動体でもよい。
The driving target (driven body) is not limited to a gear that is rotationally driven, but may be a movable body that can move linearly, such as a slider that moves linearly via the
また、本発明の圧電駆動装置は、前記実施形態の電子時計1に適用されるものに限らない。すなわち、本発明の圧電駆動装置を採用した電子機器としては、腕時計、置時計、柱時計等の電子時計に限らず、各種の電子機器に本発明が適用可能であり、特に小型化が要求される携帯用の電子機器に好適である。ここで、各種の電子機器としては、時計機能を備えた電話、携帯電話、非接触ICカード、パソコン、携帯情報端末(PDA)、カメラ等が例示できる。また、時計機能を備えないカメラ、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話等の電子機器にも適用可能である。これらカメラ機能を備えた電子機器に適用する場合には、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明を用いることができる。さらに、計測機器のメーター指針の駆動機構や、可動玩具やマイクロロボットの駆動機構、自動車等のインパネ(instrumental panel)のメーター指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンターのインクジェットヘッド、超音波モーター等に本発明の圧電駆動装置を用いてもよい。要するに圧電アクチュエーターで駆動される駆動対象を有する各種の電子機器に適用できる。特に、本発明の圧電駆動装置は、ステッピングモーターなどに比べて耐磁性能に優れているため、耐磁性が要求される駆動源として広く利用できる。
Further, the piezoelectric driving device of the present invention is not limited to the one applied to the
また、前記実施形態では、圧電アクチュエーター20を電子時計1の指針の駆動に用いていたが、これに限らず、電子時計1の日車などのカレンダー機構の駆動に用いてもよい。このようにすれば、通常、指針や日車などを駆動するステッピングモーターを圧電アクチュエーターに置き換えることで、電子時計1の一層の薄型化が実現できるとともに、圧電アクチュエーターがステッピングモーターよりも磁性の影響を受けにくいことから、電子時計の高耐磁化をも図ることができる。
さらに、からくり時計のからくり、例えば時刻にあわせて人形などが動くからくり時計において、人形の駆動源として圧電アクチュエーターを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the
Further, in a mechanism of a timepiece clock, for example, a timepiece clock in which a doll moves according to time, a piezoelectric actuator may be used as a driving source of the doll.
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
The best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.
1…電子時計、10…圧電駆動装置、20…圧電アクチュエーター、21…振動体、22…圧電素子、30…ローター、31…ローター歯車、40…回転伝達装置、41…回転検出車、43…回転規制装置、70…回転検出装置、80…時刻修正機構、101…電源、104…制御回路、106…時計駆動回路、110…時刻表示部(指針)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記被駆動体の駆動量が予め設定された設定値に達したか否かを検出する駆動量検出手段と、
前記圧電アクチュエーターへの駆動信号の供給を制御する駆動制御手段と、を備え、
前記駆動量検出手段は、前記圧電アクチュエーターに駆動信号が供給されるごとに前記被駆動体の駆動量を検出し、
前記駆動制御手段は、
前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回の入力エネルギーよりも小さくし、
前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第2駆動信号を入力し、
この第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーは前回入力した第1駆動信号と同じ入力エネルギーに維持し、
前記第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第3駆動信号を前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達するまで繰り返し入力し、かつ、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回入力した第1駆動信号の入力エネルギーよりも大きくする
ことを特徴とする圧電駆動装置。 A piezoelectric actuator that has a piezoelectric element and includes a vibrating body that vibrates by supplying a driving signal to the piezoelectric element, and transmits the vibration of the vibrating body to a driven body;
Drive amount detection means for detecting whether or not the drive amount of the driven body has reached a preset value;
Drive control means for controlling supply of a drive signal to the piezoelectric actuator,
The drive amount detection means detects the drive amount of the driven body every time a drive signal is supplied to the piezoelectric actuator,
The drive control means includes
After the first drive signal is input to the piezoelectric actuator, when the drive amount of the driven body reaches the set value, the input energy of the first drive signal to be input next is smaller than the previous input energy. And
After the first drive signal is input to the piezoelectric actuator, if the drive amount of the driven body does not reach the set value, a second drive signal having an input energy smaller than the input energy of the first drive signal is output. Input,
When the drive amount of the driven body reaches the set value by the input of the second drive signal, the input energy of the first drive signal to be input next becomes the same input energy as the first drive signal input last time. Maintain,
When the driving amount of the driven body does not reach the set value due to the input of the second driving signal, a third driving signal having an input energy smaller than the input energy of the first driving signal is supplied to the driven body. A piezoelectric driving device characterized in that input is repeated until the driving amount reaches the set value, and the input energy of the first driving signal to be input next is made larger than the input energy of the first driving signal input last time.
前記駆動制御手段は、駆動信号の電圧を一定として駆動時間を制御することで前記入力エネルギーを制御することを特徴とする圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 1,
The piezoelectric drive device, wherein the drive control means controls the input energy by controlling a drive time with a voltage of a drive signal constant.
前記駆動制御手段は、
前記圧電アクチュエーターに駆動信号を入力した後、所定時間経過後に、前記駆動量検出手段によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達したか否かを判定し、
前記所定時間は、圧電アクチュエーターへの駆動信号の入力を停止してから被駆動体を含む駆動系が停止するまでの時間よりも長いことを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to claim 1 or 2,
The drive control means includes
After the drive signal is input to the piezoelectric actuator, it is determined whether the drive amount of the driven body has reached the set value by the drive amount detection means after a predetermined time has elapsed,
The piezoelectric drive device according to claim 1, wherein the predetermined time is longer than a time from when the input of the drive signal to the piezoelectric actuator is stopped until the drive system including the driven body is stopped.
前記被駆動体の駆動量が予め設定された設定値に達したか否かを検出する駆動量検出手段と、
前記圧電アクチュエーターへの駆動信号の供給を制御する駆動制御手段と、を備えた圧電駆動装置の制御方法であって、
前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回の入力エネルギーよりも小さくし、
前記圧電アクチュエーターに第1駆動信号を入力した後、前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第2駆動信号を入力し、
この第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達した場合には、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーは前回入力した第1駆動信号と同じ入力エネルギーに維持し、
前記第2駆動信号の入力によって前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達しない場合には、前記第1駆動信号の入力エネルギーよりも小さな入力エネルギーの第3駆動信号を前記被駆動体の駆動量が前記設定値に達するまで繰り返し入力し、かつ、次に入力する第1駆動信号の入力エネルギーを前回入力した第1駆動信号の入力エネルギーよりも大きくする
ことを特徴とする圧電駆動装置の制御方法。 A piezoelectric actuator that has a piezoelectric element and includes a vibrating body that vibrates by supplying a driving signal to the piezoelectric element, and transmits the vibration of the vibrating body to a driven body;
Drive amount detection means for detecting whether or not the drive amount of the driven body has reached a preset value;
A drive control means for controlling the supply of a drive signal to the piezoelectric actuator, and a method for controlling a piezoelectric drive device comprising:
After the first drive signal is input to the piezoelectric actuator, when the drive amount of the driven body reaches the set value, the input energy of the first drive signal to be input next is smaller than the previous input energy. And
After the first drive signal is input to the piezoelectric actuator, if the drive amount of the driven body does not reach the set value, a second drive signal having an input energy smaller than the input energy of the first drive signal is output. Input,
When the drive amount of the driven body reaches the set value by the input of the second drive signal, the input energy of the first drive signal to be input next becomes the same input energy as the first drive signal input last time. Maintain,
When the driving amount of the driven body does not reach the set value due to the input of the second driving signal, a third driving signal having an input energy smaller than the input energy of the first driving signal is supplied to the driven body. The piezoelectric drive device is characterized in that the drive energy is repeatedly input until the set value reaches the set value, and the input energy of the first drive signal to be input next is made larger than the input energy of the first drive signal input last time. Control method.
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