JP3719249B2 - 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの駆動制御回路、時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法 - Google Patents
圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの駆動制御回路、時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を有する圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの駆動制御回路、時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、腕時計や携帯電話機などの携帯機器の分野に応用されている。携帯機器は、蓄電池や充電池などのバッテリによって駆動されるものである。このような携帯機器に圧電アクチュエータが組み込まれる場合、圧電アクチュエータによる消費電力が低く抑えられる必要がある。
【０００３】
そこで、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率が高く、携帯型機器のような小型機器への搭載を可能とするアクチュエータとして、従来技術（特許文献１）に示すようなものが提案されている。この従来技術には、薄板矩形状の圧電素子等から構成される振動板に駆動信号が印加されると、圧電素子を長手方向に伸縮させて縦振動を励振し、この縦振動によって機械的に屈曲振動を誘発させる圧電アクチュエータが開示されている。この圧電アクチュエータは、振動板に縦振動および屈曲振動の両者を生じさせることにより、駆動対象と接触する部位を楕円軌道に沿って移動させる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８６４６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した圧電アクチュエータにおいて、駆動信号が印加されたときに圧電素子の伸縮によって生じる縦振動は、駆動信号の電圧値により比較的容易に制御されるが、振動板の機械的な特性に応じて誘発される屈曲振動を正確に制御することは技術的に難しく、このため、圧電アクチュエータの振動を制御することが困難であるといった問題がある。特に、圧電アクチュエータの振動のうち、屈曲振動が正確に制御されないと、駆動対象と接触する部位が描く軌道が正常な楕円軌道から外れてしまう。これにより、圧電アクチュエータによる駆動対象の駆動量（例えば変位）が小さくなり、駆動効率（圧電アクチュエータに投入される電力に対する駆動量）が悪くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、振動が正確に制御される圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの振動を正確に制御することができる圧電アクチュエータの駆動制御回路、この駆動制御回路を備えた時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、交流電圧が印加されることにより第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じる板状の圧電素子を備えた振動板と、前記第１の振動モードの共振周波数の交流電圧が前記圧電素子に印加されたときに、前記圧電素子の面上のうち、振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された第１の電極と、前記第２の振動モードの共振周波数の交流電圧が前記圧電素子に印加されたときに、前記圧電素子の面上のうち、振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された第２の電極と、を具備し、前記第１の電極は、前記圧電素子に発生する第１の振動モードに大きく起因する電圧を検出し、前記第２の電極は、前記圧電素子に発生する第２の振動モードに大きく起因する電圧を検出することを特徴とする圧電アクチュエータを提供する。
また、上記目的を達成するために、本発明は、圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる駆動回路を制御する駆動制御回路において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得する第１の電圧取得手段と、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第２の電圧取得手段と、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する乗算手段と、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路を制御する周波数制御手段とを具備することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御回路を提供する。
【０００８】
さらにまた、上記目的を達成するために、本発明は、圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる駆動回路を制御する制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第１ステップと、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路を制御する第３ステップと、を具備する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法を提供する。
【０００９】
本発明に係る圧電アクチュエータの駆動制御回路および圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧が取得されるとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧が取得される。そして、前記第１の電圧と、前記第２の電圧とが乗算され、この乗算の結果として得られる乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路が制御される。
【００１０】
一般に、第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じる圧電アクチュエータは、駆動電圧の周波数に応じて振動状態が変化する。この振動状態が変化すると、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極に発生する第１の振動モードに大きく起因する第１の電圧の値と、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極に発生する第２の振動モードに大きく起因する第２の電圧の値とが変動する。すなわち、第１の電圧と第２の電圧との乗算値は、振動状態に依存し、かつ、圧電アクチュエータの振動状態は、駆動電圧の周波数に依存する。本発明に係る圧電アクチュエータの駆動制御回路および圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法によれば、乗算値に応じて圧電素子に印加される駆動電圧の周波数が変更されるようになっており、これにより、圧電アクチュエータの振動が正確に制御される。
【００１１】
ここで、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路において、前記周波数制御手段は、前記乗算電圧信号により示される乗算値が略最大となるように、前記駆動電圧の周波数を変更すべく前記駆動回路を制御することが望ましい。より具体的には、前記周波数制御手段は、前記乗算手段から出力された乗算値に対して一定時間の遅延を与えて、遅延乗算値として出力する遅延手段と、前記遅延乗算値と、当該遅延乗算値が前記遅延手段から出力されたときと略同時に前記乗算手段から出力された乗算値とを比較し、当該乗算値が前記遅延乗算値よりも大きい場合に、駆動電圧の周波数を高めるように前記駆動回路を制御する一方、当該乗算値が前記遅延乗算値以下の場合に、駆動電圧の周波数を低くするように前記駆動回路を制御する制御手段とを備える構成が望ましい。
【００１２】
一般に、乗算値が略最大となると、第１振動モードに起因する振幅と第２振動モードに起因する振幅とが略最大となる。すなわち、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路によれば、乗算値が略最大となるような周波数の駆動電圧が圧電素子に印加されるから、圧電アクチュエータの第１振動モードに起因する振幅と、第２モードに起因する振幅とが略最大となるため、駆動対象の駆動量（変位量）が大きくなり、駆動効率も向上する。
【００１３】
さらに、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路の他の望ましい構成として、前記周波数制御手段は、前記乗算値の目標値を出力する目標値出力手段と、前記目標値と、前記乗算手段から出力された乗算値とを比較して、当該乗算値が前記所定乗算値よりも大きい場合に、駆動電圧の周波数を低くするように前記駆動回路を制御する一方、当該乗算値が前記所定乗算値以下の場合に、駆動電圧の周波数を高めるように前記駆動回路を制御する制御手段とを備える構成が望ましい。ここで、前記目標値は、例えば前記圧電アクチュエータが駆動対象を駆動すべき変位量に応じて設定されるようにしても良い。この構成によれば、圧電アクチュエータの駆動時に必要となる駆動対象の変位量が得られるように、駆動電圧の周波数が変更される。
【００１４】
さらに、上述の圧電アクチュエータの駆動制御回路において、前記圧電アクチュエータは、長手方向を有し、前記第１の振動モードは、前記長手方向に伸縮する縦振動モードであり、前記第２の振動モードは、前記長手方向と直交する幅方向に屈曲する屈曲振動モードであることが好ましい。また、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路は、時計に設けられることが望ましく、さらに、携帯電話機などの携帯機器に設けられることも望ましい。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明は、時計要素を駆動する駆動体と、当該駆動体を駆動する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる時計の制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の電圧を取得する第１ステップと、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように制御する第３ステップとを備える時計の制御方法を提供する。
【００１６】
さらにまた、上記目的を達成するために、本発明は、携帯機器要素を駆動する駆動体と、当該駆動体を駆動する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる携帯機器の制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の電圧を取得する第１ステップと、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように制御する第３ステップとを備える携帯機器の制御方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態においては、腕時計のカレンダー表示機構に取り付けられた圧電アクチュエータが駆動される場合について例示する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る腕時計のカレンダー表示機構の主要構成を示す平面図である。本実施形態に係る圧電アクチュエータＡ１は、面内方向（図の紙面と平行な方向）に伸縮振動する振動板１０およびロータ１００から大略構成されている。ロータ１００は、地板１０３に回転自在に支持されるとともに、振動板１０と当接する位置に配置されており、振動板１０に生じる振動によってその外周面が叩かれると、図中矢印で示す方向に回転駆動されるようになっている。
【００１９】
カレンダー表示機構は、圧電アクチュエータＡ１と連結しており、その駆動力によって駆動される。カレンダー表示機構の主要部は、ロータ１００の回転を減速する減速輪列とリング状の日車５０から大略構成されている。また、減速輪列は、日回し中間車４０と日回し車６０とを備えている。ここで、上述したように振動板１０が面内方向に振動すると、振動板１０と当接しているロータ１００が時計回り方向に回転させられる。ロータ１００の回転は、日回し中間車４０を介して日回し車６０に伝達され、この日回し車６０が日車５０を時計回り方向に回転させる。
【００２０】
図２は、圧電アクチュエータＡ１の構成を示す上面図である。同図に示すように、圧電アクチュエータＡ１は、図の左右方向に長く形成された長板状の振動板１０と、この振動板１０を地板１０３（図１参照）に支持する支持部材１１とを備えている。振動板１０の長手方向の端部３５には、ステンレス鋼等から形成される突起部３６がロータ１００側に向けて突設されており、この突起部３６がロータ１００の外周面に接触している。一方、振動板１０の長手方向の端部３５の他端にも、突起部３６´が突設されている。このような突起部３６、３６´を設けることにより、振動板１０の全体に重量バランスにアンバランスさを持たせ、後述するように当該突起部３６が楕円軌道に沿って移動するようにしている。
【００２１】
振動板１０の長手方向の略中央には、支持部材１１の一端部３７が取り付けられている。支持部材１１の他端部３８は、ネジ３９により地板１０３（図１参照）に支持されている。この構成の下、支持部材１１は、その弾性力によって振動板１０をロータ１００側に付勢した状態で支持しており、これにより振動板１０の突起部３６はロータ１００の側面に当接させられている。このようにロータ１００に当接させられた突起部３６が変位すると、ロータ１００と突起部３６との間の摩擦によりロータ１００も突起部３６に伴って移動させられ、図２中矢印で示す方向に回転駆動される。
【００２２】
図３に示すように、振動板１０は、２つの長方形状の圧電素子３０，３１の間に、これらの圧電素子３０，３１とほぼ同形状であり、かつ圧電素子３０，３１よりも肉厚の小さいステンレス鋼などの補強板３２を配置した積層構造となっている。補強板３２としては、圧電素子３０，３１よりも肉厚の小さいものを用いることにより、圧電素子３０，３１の振動を極力妨げないようにしている。上下に配置された圧電素子３０，３１の面上には、それぞれ電極３３が形成されている。また、圧電素子３０の面上には、電極３３の他にも検出用電極が形成されているが、この検出用電極ついては、後述する。
【００２３】
ここで、圧電素子３０，３１としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ（商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。ここで、亜鉛ニオブ酸鉛の組成式は、［Ｐｂ（Ｚｎ1/3−Ｎｂ2/3）Ｏ3］1-X（ＰｂＴｉＯ3）X］、（但し、Xは組成により異なり、X=0.09程度）となり、スカンジウムニオブ酸鉛の組成式は、［｛Ｐｂ（（Ｓｃ1/2−Ｎｂ1/2）1-XＴｉX）Ｏ3｝、（但し、Xは組成により異なり、X=0.09程度）となる。
【００２４】
このような構成の振動板１０は、電極３３を介して圧電素子３０，３１に駆動電圧が印加されると、圧電素子３０，３１が伸縮することによって振動するようになっている。その際、図４に示すように、振動板１０が長手方向に伸縮する縦振動で振動するようになっており、これにより振動板１０は、図２中矢印で示す方向に振動することになる。このように圧電素子３０，３１に交流電圧が印加されて縦振動が励振されると、図５に示すように、振動板１０の重量バランスのアンバランスさによって振動板１０に幅方向の屈曲振動が誘発されることになる。具体的には、振動板１０が縦振動をした場合、その支点（無負荷時には重心）を中心とした回転モーメントが作用し、振動板１０に図示のような屈曲振動が誘発されるようになっている。このような縦振動と屈曲振動とが生じ、両者が結合されると、振動板１０の突起部３６におけるロータ１００の外周面との接触部分は、図６に示すように楕円軌道に沿って移動することになる。つまり、突起部３６におけるロータ１００との接触部分が大きく変位することになる。
【００２５】
このように、振動板１０は、縦振動と屈曲振動とが結合した振動を生じるが、この振動のうち、縦振動モードが優勢になるか、屈曲振動モードが優勢になるかは、圧電素子３０、３１に印加される駆動電圧の周波数に依存する。図７は、振動板１０の振動周波数とインピーダンスとの関係の一例を示す図である。同図に示すように、縦振動モードのインピーダンスの極小値である共振周波数ｆ１と、屈曲振動モードのインピーダンスの極小値である共振周波数ｆ２とは、互いに異なる値を有する。そこで、共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との間でインピーダンスが極大値となる周波数ｆ３と、屈曲振動モードの共振周波数ｆ２との間の周波数ｆ２´にて圧電素子３０、３１が駆動されれば、圧電素子３０、３１が縦振動するとともに、屈曲振動が誘発される。さらに、圧電素子３０、３１が屈曲振動モードの共振周波数ｆ２に近い周波数ｆ２´にて駆動されるため、大きな屈曲振動が誘発され、振動板１０の突起部３６がより大きな楕円を描くようになる。このように、突起部３６が描く楕円が大きくなるため、突起部３６によりロータ１００に加えられる回転力も大きくなり、駆動効率が高くなる。なお、この駆動効率は、圧電素子３０、３１に供給される電力に対するロータ１００の単位時間当たりの仕事（すなわち、回転数×負荷トルク）にて定義されるものとする。
【００２６】
ところで、上述した振動板１０の特性、すなわち、振動周波数とインピーダンスとの関係は、気温や発熱による温度上昇、突起部３６とロータ１００との接触圧などの使用状況により変動するものである。従って、設計時において、圧電素子３０、３１が周波数ｆ２´にて駆動されるように設計がなされていても、環境や使用状況などの変化により、実際の駆動時においては、周波数ｆ２´が必ずしも最大の駆動効率に対応する周波数であるとは限らない。すなわち、振動板１０の特性が変動すると、誘発される屈曲振動の振幅（変位）も変わってしまうため、突起部３６が正常な楕円を描かなくなり、ロータ１００が正常に駆動されなくなる場合がある。
【００２７】
本実施形態に係る駆動制御回路は、環境や使用状況が変化したとしても、ロータ１００が正常に駆動されるように、圧電アクチュエータＡ１（すなわち、振動板１０）の振動を正確に制御するものである。以下、この駆動制御回路が適用された圧電アクチュエータＡ１の駆動の駆動構成について詳述する。
【００２８】
図８は、圧電アクチュエータＡ１の駆動構成を示す図である。同図に示すように、圧電素子３０の面上には、圧電アクチュエータＡ１の振動のうち、縦振動モードに大きく起因して発生する電圧を検出するための検出用電極Ｔ１と、屈曲振動モードに大きく起因して発生する電圧を検出するための検出用電極Ｔ２が形成されている。ここで、検出用電極Ｔ１、Ｔ２の配置位置は、次のようにして決定されている。すなわち、圧電素子３０、３１が振動すると、その振動による変位（歪み）に応じた電圧が圧電素子３０、３１の面上に発生する。上述のように、圧電素子３０、３１を備えた振動板１０は、第１振動モードである縦振動モードと第２振動モードである屈曲振動モードとが結合した振動を生じるが、この振動のうち、縦振動モードが優勢であるか、屈曲振動モードが優勢であるかによって、圧電素子３０、３１の面上において電圧が最大となる位置が異なる。
【００２９】
図９は、圧電素子３０、３１に対して縦振動モードの共振周波数の駆動電圧が印加された場合（すなわち、縦振動モードが優勢である場合）に、圧電素子３０の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。また、図１０は、圧電素子３０、３１に対して屈曲振動モードの共振周波数の駆動電圧が印加された場合（すなわち、屈曲振動モードが優勢である場合）に、圧電素子３０の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。これらの図９および図１０において、図８に示す圧電素子３０の上面のうち、圧電素子３０の幅方向を半分に割ったときの図中下方の領域における電位分布が示されている。図９および図１０においては、等電位となる領域に同一の模様が付されている。より具体的には、電位の高い順に、黒塗り模様、格子模様、横線模様、縦線模様、左斜線模様、右斜線模様が付されている。
【００３０】
図９に示すように、振動板１０の振動のうち、縦振動モードが優勢である場合には、圧電素子３０の面上のうち、図面上方の中央付近の領域（領域Ｒ１にて示す）において最も電圧が高くなっている。一方、図１０に示すように、振動板１０の振動のうち、屈曲振動モードが優勢である場合には、図面右下付近の領域（領域Ｒ２にて示す）において、最も電圧が高くなっている。そこで、領域Ｒ１に検出用電極Ｔ１を配置し、領域Ｒ２に検出用電極Ｔ２を配置する。このように、検出用電極Ｔ１、Ｔ２が配置されれば、検出用電極Ｔ１からは、振動板１０の振動のうち、縦振動モードに大きく起因して発生する電圧が検出され、また、検出用電極Ｔ２からは、振動板１０の振動のうち、屈曲振動モードに大きく起因する電圧が検出される。
【００３１】
検出用電極Ｔ１、Ｔ２の夫々は、駆動制御回路８１に電気的に接続されており、この駆動制御回路８１が検出用電極Ｔ１の電圧を示す信号（以下、「第１検出電圧信号ＳＤ１」と称する）と、検出用電極Ｔ２の電圧を示す信号（以下、「第２検出電圧信号ＳＤ２」と称する）とを取得できるようになっている。駆動制御回路８１は、これらの第１検出電圧信号ＳＤ１と第２検出電圧信号ＳＤ２に応じて、駆動電圧の周波数を特定し、この周波数の駆動電圧が圧電素子３０、３１に印加されるように駆動回路８０を制御する。
【００３２】
さらに説明すると、図１１に示すように、検出用電極Ｔ１の電圧の実効値Ｖ１と、検出用電極Ｔ２の電圧の実効値Ｖ２とは、駆動電圧の周波数ｆに依存する。これは、縦振動モードに起因する振動振幅と屈曲振動モードに起因する振動振幅が駆動電圧の周波数ｆに依存するからである。また、同図に示すように、実効値Ｖ１と実効値Ｖ２とを乗算して得られる乗算値Ｍに依存して、ロータ１００の回転数も変動する。特に、乗算値Ｍが概ね最大となるような駆動電圧の周波数ｆに対応して、ロータ１００の回転数も略最大となっている。そこで、駆動制御回路８１は、最大の駆動効率を達成すべく、乗算値Ｍが略最大となるように駆動電圧の周波数ｆを調整する。
【００３３】
図１２は、駆動制御回路８１の回路構成を示すブロック図である。同図に示すように、駆動制御回路８１は、２つの電圧平均化回路２０１ａ、２０１ｂを備えている。電圧平均化回路２０１ａは、第１検出電圧信号ＳＤ１を受け取り、図示せぬ積分回路により検出用電極Ｔ１の電圧の実効値Ｖ１を特定し、乗算器２０２に出力する。電圧平均回路２０１ｂは、第２検出電圧信号ＳＤ２を受け取り、図示せぬ積分回路により検出用電極Ｔ２の電圧の実効値Ｖ２を特定し、乗算器２０２に出力する。
【００３４】
乗算器２０２は、実効値Ｖ１と実効値Ｖ２との乗算を行い、乗算結果である乗算値Ｍを示す信号を乗算電圧信号ＳＰＤとして遅延回路２０３および比較回路２０４に出力する。遅延回路２０３は、乗算電圧信号ＳＰＤを一定の時間ｔｐ（秒）だけ遅延させ、遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤとして比較回路２０４に出力する。
【００３５】
比較回路２０４は、乗算電圧信号ＳＰＤが示す乗算値Ｍと遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤが示す遅延乗算値Ｍｔｐとの大きさを比較し、この比較結果に応じた論理レベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。さらに詳述すると、比較回路２０４は、乗算値Ｍがｔｐ（秒）前の遅延乗算値Ｍｔｐよりも大きければ（すなわち、Ｍ＞Ｍｔｐ）、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。一方、比較回路２０４は、乗算値Ｍが遅延乗算値Ｍｔｐ以下の場合（すなわち、Ｍ≦Ｍｔｐ）には、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。
【００３６】
電圧調整回路２０５は、調整制御信号ＳＣＴを受け取り、この調整制御信号ＳＣＴの論理レベルに応じた電圧値の電圧制御信号ＳＶＣを電圧制御発振器（ＶＣＯ）２０６に出力する。より具体的には、電圧調整回路２０５は、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを受け取ると、電圧制御信号ＳＶＣの電圧値を上げ、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを受け取ると、電圧制御信号ＳＶＣの電圧値を下げるようになっている。
【００３７】
電圧制御発振器２０６は、図示せぬ発振回路を備え、電圧制御信号ＳＶＣの論理レベルに応じて発振回路が出力する信号の周波数を調整し、この周波数の信号を駆動周波数信号Ｓｄｒとして駆動回路８０に出力する。より具体的に説明すると、電圧制御発振器２０６は、電圧調整回路２０５からの電圧制御信号ＳＶＣの電圧値が上がったか否かを判別し、電圧制御信号ＳＶＣの電圧が上がった場合には、駆動周波数信号Ｓｄｒの周波数を上げて駆動回路８０に出力する。一方、電圧制御発振器２０６は、電圧制御信号ＳＶＣの電圧値が下がった場合には、駆動周波数信号Ｓｄｒを下げて駆動回路８０に出力する。駆動回路８０は、受け取った駆動周波数信号Ｓｄｒの周波数ｆを有する駆動電圧（交流電圧）を生成し、圧電素子３０、３１に印加する。なお、圧電アクチュエータＡ１の駆動開始時にあっては、電圧制御発振回路２０６は、予め設定された初期設定周波数の駆動周波数信号Ｓｄｒを駆動回路８０に出力するようになっている。
【００３８】
さて、このような構成の駆動制御回路８１によれば、圧電アクチュエータＡ１の駆動開始時にあっては、圧電素子３０、３１には、初期設定周波数の駆動電圧が印加され、これにより、振動板１０が振動する。この振動により、検出用電極Ｔ１には、縦振動モードに大きく起因する電圧が発生するとともに、検出用電極Ｔ２には、屈曲振動モードに大きく起因する電圧が発生する。そして、電圧平均化回路２０１ａからは、検出用電極Ｔ１に発生している電圧の実効値Ｖ１が出力される一方で、電圧平均化回路２０１ｂからは、検出用電極Ｔ２に発生している電圧の実効値Ｖ２が出力される。そして、これらの実効値Ｖ１と実効値Ｖ２とが乗算器２０２に入力されると、乗算器２０２は、実効値Ｖ１と実効値Ｖ２を乗算し、この乗算結果である乗算値Ｍを示す乗算電圧信号ＳＰＤを遅延回路２０３と比較回路２０４に出力する。
【００３９】
遅延回路２０３は、乗算電圧信号ＳＰＤを受け取ると、この信号を時間ｔｐ（秒）だけ遅延させ、遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤとして比較回路２０４に出力する。比較回路２０４は、乗算電圧信号ＳＰＤと遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤを受け取ると、乗算電圧信号ＳＰＤが示す乗算値Ｍと、遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤが示すｔｐ（秒）前の遅延乗算値Ｍｔｐの大きさを比較する。そして、乗算値Ｍが遅延乗算値Ｍｔｐよりも大きい場合、比較回路２０４は、駆動電圧の周波数ｆを高めるべく、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。一方、乗算値Ｍが遅延乗算値Ｍｔｐ以下の場合、駆動電圧の周波数ｆを低めるべく、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。これにより、駆動電圧の周波数ｆは、第１検出電圧信号ＳＤ１に対応する実効値Ｖ１と、第２検出電圧信号ＳＤ２に対応する実効値Ｖ２との乗算値Ｍがより最大値になるように制御される。さらに、乗算値Ｍが最大となるように制御されることにより、ロータ１００が略最大の回転数にて回転するようになるから、最大の駆動効率が達成される。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の駆動制御回路８１によれば、駆動効率（圧電アクチュエータＡ１に投入される電力量対ロータ１００の回転数）が最大となる。また、環境や使用状況が変化して、振動板１０の特性が変動したとしても、乗算値Ｍが最大となるように駆動電圧の周波数ｆが制御されるから、圧電アクチュエータＡ１を安定かつ高駆動効率で動作させることができ、圧電アクチュエータＡ１の振動を正確に制御することができる。
【００４１】
＜駆動電圧の周波数＞
ここで、本実施形態では、縦振動の歪みと屈曲振動の歪みとを監視して、圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するようにしている。このため、駆動制御回路８１から駆動回路８０に印加される駆動周波数信号Ｓｄｒの初期設定周波数は、予め設定される必要があり、以下その周波数の設定について述べる。
圧電アクチュエータＡ１の駆動特性を安定させるためには、振動板の先端の突起部が常に同じ楕円軌道を描いて周期的に運動するように、振動板における縦振動と屈曲振動の発生を安定させる必要がある。
この点に関し、文献「電子回路素子としての電気機械振動子とその応用」（コロナ社の第９頁）には、「長方形の振動板は、長辺と短辺との比率が１：０．２７２で縦振動と第２横振動が縮退する」ことが記載されている。なお、第２横振動とは、本実施形態における屈曲振動のことである。
そこで、本発明者らは、圧電素子の長辺対短辺の比を７：２近傍にある振動板で実験した結果、それぞれの振動による共振周波数は、縦振動：２８４．３ｋＨｚ、屈曲振動：２８８．６ｋＨｚとなり、共振周波数の比率が約１．０１５倍となって、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが略等しくなることが分かった。
そして、突起部が良好な楕円振動を起こす圧電アクチュエータを実現するためには、屈曲振動の共振周波数が縦振動の共振周波数に対して０．９７〜１．０３倍の範囲であればよいことが分かった。
【００４２】
ここで、この２つの周波数の差は、圧電素子の長辺対短辺の比を変更することにより変えることができ、長辺寸法を固定して短辺寸法を７対２の比率より小さくすると差は小さくなり、大きくすると差は大きくなる。これは、短辺の寸法を変えると、縦振動の共振周波数はあまり変化せず、屈曲振動の共振周波数が変化するからである。これらの共振周波数は、補強板や圧電素子のヤング率、さらに密度によっても変化するため、個々の振動板毎に異なるものである。このため、個々の振動板において最適化する必要があるものの、辺の比が７：２近傍に設定すれば共振周波数が略等しい値になる。
【００４３】
このような振動板において、突起部で大きな楕円運動を得るためには、縦振動および屈曲振動の両方を大きく振動させれば良いから、各共振周波数に近い周波数の駆動電圧を圧電素子に印加すればよいことになる。そこで、図７に示すように、駆動電圧の周波数ｆ２´は、縦振動の極小値ｆ１と屈曲振動の極小値ｆ２との間が良く、さらには反共振周波数ｆ３より高く、屈曲振動の極小値ｆ２より低い値とすることにより、突起部は大きな楕円振動が得られることになる。
そこで、駆動制御回路８１から駆動回路８０にある周波数ｆ２´の駆動周波数信号Ｓｄｒを印加した後は、駆動制御回路８１から駆動回路８０に印加される駆動周波数信号Ｓｄｒの周波数は、反共振周波数ｆ３から屈曲振動の極小値ｆ２の範囲で変化することになる。
さらに、支持部材１１は、縦振動と屈曲振動の両方の振動の節となる部分で支持することにより、振動による損失を小さくすることができる。
【００４４】
＜変形例＞
上述した実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変更可能である。そこで以下に、各種の変形例を説明する。
【００４５】
（変形例１）
上述した実施形態において、駆動制御回路８１は、乗算値Ｍを略最大とすべく、乗算値Ｍと遅延乗算値Ｍｔｐとの大小に応じて駆動電圧の周波数ｆを変更するように駆動回路８０を制御している。しかしながら、駆動制御回路８１は、予め駆動効率が最大となり得る乗算値の目標値（以下、「目標乗算値Ｍｔ」と称する）を記憶し、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔになるように、駆動電圧の周波数ｆを変更するように、実施形態が変形されても良い。
【００４６】
図１３は、本変形例に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態に係る駆動制御回路８１´は、実施形態の駆動制御回路８１が備える遅延回路２０３に代えて、定電圧回路２１０を備えている。この定電圧回路２１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの記憶手段を備え、目標乗算値Ｍｔを記憶しており、この目標乗算値Ｍｔを示す目標乗算電圧信号ＴＳＰＤを比較回路２０４に出力する。なお、定電圧回路２１０は、記憶手段に限らず、抵抗素子を備えても良い。具体的には、この抵抗素子は、目標乗算値Ｍｔに応じた信号振幅の目標乗算電圧信号ＴＳＰＤを出力するように抵抗値が調整されている。
【００４７】
さて、このような構成の下、比較回路２０４には目標乗算電圧信号ＴＳＰＤと乗算電圧信号ＳＰＤが入力される。比較回路２０４は、目標乗算電圧信号ＴＳＰＤにより示される目標乗算値Ｍｔと、乗算電圧信号ＳＰＤにより示される乗算値Ｍとを比較し、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔよりも小さい場合、駆動電圧の周波数ｆを高めるべく、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを出力する。一方、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔよりも大きい場合、駆動電圧の周波数ｆを下げるべく、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを出力する。これにより、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔになるように駆動電圧の周波数ｆが変更される。
【００４８】
ところで、図１１に示すように、ロータ１００の回転数は、乗算値Ｍの値に依存して変動していることから、目標乗算値Ｍｔを適宜変更すれば、ロータ１００の回転数を制御することが可能である。そこで、ロータ１００の必要な回転数に応じて定電圧回路２１０が記憶している目標乗算値Ｍｔが変更されるように本変形例を更に変形すれば、ロータ１００の回転数を正確に制御することができる。
【００４９】
（変形例２）
上述した実施形態において、圧電素子３０の上面には、検出用電極として検出用電極Ｔ１、Ｔ２の２つが配置されている場合を例示したが、４つの検出用電極を圧電素子３０の上面に配置しても良い。さらに説明すると、図９および図１０には、図８において圧電素子３０の幅方向を半分に割ったときの図面下方の領域における電位分布が示されている。図９および図１０に図示されていない、図８における図面上方の領域の電位分布は、図面下方の領域の電位分布と圧電素子３０の中心点に対して点対称となる。すなわち、振動板１０の振動のうち、縦振動モードが優勢である場合には、圧電素子３０の上面において電圧が高くなる領域が２つ（領域Ｒ１、Ｒ１´：図示せず）あり、屈曲振動モードが優勢である場合にも、電圧が高くなる領域が２つ（領域Ｒ２、Ｒ２´：図示せず）ある。そこで、領域Ｒ１、Ｒ１´、Ｒ２、Ｒ２´の夫々に検出用電極が配置されるように実施形態を変形しても良い。また、領域Ｒ１、Ｒ１´のうち、一の領域のみに検出用電極Ｔ１が配置されるとともに、領域Ｒ２、Ｒ２´のうち、一の領域のみに検出用電極Ｔ２が配置されるように、実施形態を変形しても良い。
【００５０】
さらに、図１４ないし図１６に示すように電極を配置してもよい。
図１４に示すように電極が形成された場合には、振動板は電極Iと電極IIに駆動電圧を印加することによって駆動される。電極Iで縦振動を起こし、電極IIを振動させ、電極IIIを振動させないことにより、縦方向の伸縮に対してアンバラスが生じ、屈曲振動が励振され、当接部に対してある方向（例えば、時計回り方向）の楕円軌道に沿った振動を発生させる。この際、電極IIIが検出用電極となる。当接部を正転／逆転させる場合には、上記のように構成さればよいが、特に１方向にのみ駆動させる場合には、電極Iと電極IIとを一体に形成してもよい。
【００５１】
図１５は、図１４の電極Iを無くしたものである。電極IIに駆動電圧を印加することによっても縦振動を発生させることができる。この場合においても、電極IIIが検出用電極となる。
【００５２】
図１６は、全面電極Iで駆動する場合を示している。この振動体は、形状的なアンバラス（当接部）により屈曲振動を励振させる。破線で示すように、検出用電極（電極III）を形成するようにしてもよい。
【００５３】
（変形例３）
上述した実施形態において、腕時計のカレンダー機構に組み込まれた圧電アクチュエータＡ１の駆動に本発明を適用した場合について例示したが、本発明は、第１の振動モードと第２の振動モードが結合した振動を生じるアクチュエータであれば、任意の携帯機器および固定装置に組み込まれたアクチュエータの駆動に適用可能である。例えば、腕時計の他に、携帯電話機が備えるバイブレータの瑶動に用いられる薄型アクチュエータの駆動や、絵本やグリーディングカードの中のキャラクターを動かすための薄型アクチュエータの駆動などがある。
【００５４】
（変形例４）
実施形態にて説明した駆動制御回路８１は、図１７に示すようにデジタル回路により構成されるようにしても良い。図１７は、本変形例に係る駆動制御回路８１の機能的構成を示すブロック図である。同図において、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３００は、駆動制御回路８１の各部の動作を制御するものである。ＲＯＭ３０２（Read Only Memory）は、ＣＰＵ３００により実行される制御プログラムや、後述する駆動周波数補正処理のためのプログラムなどの各種プログラム、各種データなどを記憶する。ＲＡＭ（Random Access Memory）３０４は、ＣＰＵ３００のワークエリアとして使用され、各種データを一時的に記憶する。
【００５５】
また、同図に示すように、駆動制御回路８１は、２つのＡ／Ｄコンバータ３０６ａ、３０６ｂを備えている。Ａ／Ｄコンバータ３０６ａは、ＣＰＵ３００から実行指示信号を受け取ると、電圧平均化回路２０１ａから検出用電極Ｔ１の電圧の実効値Ｖ１を受け取り、Ａ／Ｄ変換して、実効値信号ＤＶ１として掛算機３０８に出力する。また、Ａ／Ｄコンバータ３０６ｂは、ＣＰＵ３００の制御の下、電圧平均化回路２０１ｂから検出用電極Ｔ２の電圧の実効値Ｖ２を受け取り、Ａ／Ｄ変換して、実効値信号ＤＶ２として掛算機３０８に出力する。
【００５６】
掛算機３０８は、ＣＰＵ３００の制御の下、受け取った実効値信号ＤＶ１、ＤＶ２の夫々が示す実効電圧値の掛算を実行し、この演算結果を掛算信号ＤＰとしてＣＰＵ３００に出力する。ＣＰＵ３００は、受け取った掛算信号ＤＰをＲＡＭ３０４に記憶させる一方、掛算信号ＤＰに従って、駆動回路８０に指示されるべき駆動電圧の周波数ｆを特定し、この特定結果をＲＡＭ３０４に記憶させる一方で、周波数指示信号ＤＦとしてＤ／Ａコンバータ３１０に出力する。Ｄ／Ａコンバータ３１０は、受け取った周波数指示信号ＤＦをＤ／Ａ変換し、電圧制御信号ＳＶＣとして電圧制御発振器２０６に出力する。電圧制御発振器２０６は、受け取った電圧制御信号ＳＶＣにより示される周波数の駆動周波数信号Ｓｄｒを駆動回路８０に出力する。
【００５７】
さて、このような構成の下、駆動制御回路８１は、図１８に示す駆動周波数補正処理を一定時間間隔ごとに間欠的に実行することにより、圧電アクチュエータＡ１に印加される駆動電圧の周波数ｆが最適な値となるように、駆動回路８０を制御する。具体的には、図１８に示すように、駆動制御回路８１のＣＰＵ３００は、Ａ／Ｄコンバータ３０６ａ、３０６ｂの夫々に実行指示信号を出力し（ステップＳａ１）、Ａ／Ｄコンバータ３０６ａに実効値信号ＤＶ１を出力させると共に、Ａ／Ｄコンバータ３０６ｂに実効値信号ＤＶ２を出力させる。次いで、ＣＰＵ３００は、掛算機３０８に実効値信号ＤＶ１、ＤＶ２の夫々が示す実効電圧値の掛算を行わせ、この演算結果を掛算信号ＤＰとして掛算機３０８から受け取る（ステップＳａ２）。
【００５８】
また、ＣＰＵ３００は、ＲＡＭ３０４に記憶されている前回の掛算信号ＤＰ（以下、ＲＡＭ３０４から読み出した掛算信号を前掛算信号ＢＤＰと称し、掛算機３０８から受け取った掛算信号ＤＰと区別する）を読み出す（ステップＳａ３）。そして、ＣＰＵ３００は、掛算信号ＤＰが示す掛算値から前掛算信号ＢＤＰが示す掛算値を減算して差分値ΔＰを算出する（ステップＳａ４）。次に、ＣＰＵ３００は、駆動電圧の周波数ｆを差分値ΔＰに従って補正すべく、次の処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ３００は、ＲＡＭ３０４から前回の周波数指示信号ＤＦ（以下、ＲＡＭ３０４から読み出した掛算信号を前周波数指示信号ＤＦＯと称する）が示す駆動周波数と、ステップＳａ５にて算出した差分値ΔＰとから、
ＤＦＯ＋α×ΔＰ （α：正の実数）
を算出し（ステップＳａ５）、この演算結果として得られる周波数値を周波数指示信号ＤＦとしてＤ／Ａ変換コンバータ３１０に出力する（ステップＳａ６）。そして、ＣＰＵ３００は、掛算機３０８から今回受け取った掛算信号ＤＰにてＲＡＭ３０４に記憶されている掛算信号ＤＰを更新するとともに、今回の周波数指示信号ＤＦにてＲＡＭ３０４に記憶されている周波数指示信号ＤＦを更新する（ステップＳａ７）。
【００５９】
この一連の処理により、ステップＳａ４において算出された差分値ΔＰが負の値であれば、前回指示された周波数よりも低い周波数が電圧制御発振器２０６に指示され、これとは逆に、差分値ΔＰが正の値であれば、前回指示された周波数よりも高い周波数が電圧制御発振器２０６に指示されることとなる。これにより、駆動電圧の周波数ｆは、第１検出電圧信号ＳＤ１に対応する実効値Ｖ１と、第２検出電圧信号ＳＤ２に対応する実効値Ｖ２との乗算値Ｍがより最大値になるように制御される。さらに、乗算値Ｍが最大となるように制御されることにより、ロータ１００が略最大の回転数にて回転するようになるから、最大の駆動効率が達成されることとなる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動が正確に制御される圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの振動を正確に制御することができる圧電アクチュエータの駆動制御回路、この駆動制御回路を備えた時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圧電アクチュエータを備えた腕時計のカレンダー表示機構の主要構成を示す平面図である。
【図２】 前記圧電アクチュエータの構成を示す図である。
【図３】 前記圧電アクチュエータの構成要素である振動板を示す側断面図である。
【図４】 前記振動板が縦振動する様子を示す図である。
【図５】 前記振動板が縦振動することにより誘発される屈曲振動を説明するための図である。
【図６】 前記振動板の振動時における前記振動板の一端側に設けられた突起部の軌道を説明するための図である。
【図７】 前記振動板の振動周波数とインピーダンスとの関係の一例を示す図である。
【図８】 前記圧電アクチュエータの駆動構成を示す図である。
【図９】 前記圧電アクチュエータを縦振動の共振周波数にて駆動した場合に、前記振動板に設けられた圧電素子の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。
【図１０】 前記圧電アクチュエータを屈曲振動の共振周波数にて駆動した場合に、前記振動板に設けられた圧電素子の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。
【図１１】 本発明の実施形態に係る乗算値とロータ１００の回転数と駆動電圧の周波数との関係を示す図である。
【図１２】 本発明の実施形態に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】 本発明の第１の変形例に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】 本発明の第２の変形例に係る振動板の表面の電極を示す平面図である。
【図１５】 本発明の第２の変形例に係る振動板の表面の電極を示す平面図である。
【図１６】 本発明の第２の変形例に係る振動板の表面の電極を示す平面図である。
【図１７】 本発明の第４の変形例に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１８】 同駆動周波数補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ１…圧電アクチュエータ、Ｔ１、Ｔ２…検出用電極、１０…振動板、３０、３１…圧電素子、８０…駆動回路、８１、８１´…駆動制御回路、１００…ロータ、２０１ａ、２０１ｂ…電圧平均化回路、２０２…乗算器、２０３…遅延回路、２０４…比較回路、２０５…電圧調整回路、２０６…電圧制御発振器、２１０…定電圧回路、３００・・・ＣＰＵ、３０６ａ、３０６ｂ・・・Ａ／Ｄコンバータ、３０８・・・掛算機、３１０・・・Ｄ／Ａコンバータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を有する圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの駆動制御回路、時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、腕時計や携帯電話機などの携帯機器の分野に応用されている。携帯機器は、蓄電池や充電池などのバッテリによって駆動されるものである。このような携帯機器に圧電アクチュエータが組み込まれる場合、圧電アクチュエータによる消費電力が低く抑えられる必要がある。
【０００３】
そこで、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率が高く、携帯型機器のような小型機器への搭載を可能とするアクチュエータとして、従来技術（特許文献１）に示すようなものが提案されている。この従来技術には、薄板矩形状の圧電素子等から構成される振動板に駆動信号が印加されると、圧電素子を長手方向に伸縮させて縦振動を励振し、この縦振動によって機械的に屈曲振動を誘発させる圧電アクチュエータが開示されている。この圧電アクチュエータは、振動板に縦振動および屈曲振動の両者を生じさせることにより、駆動対象と接触する部位を楕円軌道に沿って移動させる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８６４６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した圧電アクチュエータにおいて、駆動信号が印加されたときに圧電素子の伸縮によって生じる縦振動は、駆動信号の電圧値により比較的容易に制御されるが、振動板の機械的な特性に応じて誘発される屈曲振動を正確に制御することは技術的に難しく、このため、圧電アクチュエータの振動を制御することが困難であるといった問題がある。特に、圧電アクチュエータの振動のうち、屈曲振動が正確に制御されないと、駆動対象と接触する部位が描く軌道が正常な楕円軌道から外れてしまう。これにより、圧電アクチュエータによる駆動対象の駆動量（例えば変位）が小さくなり、駆動効率（圧電アクチュエータに投入される電力に対する駆動量）が悪くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、振動が正確に制御される圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの振動を正確に制御することができる圧電アクチュエータの駆動制御回路、この駆動制御回路を備えた時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、交流電圧が印加されることにより第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じる板状の圧電素子を備えた振動板と、前記第１の振動モードの共振周波数の交流電圧が前記圧電素子に印加されたときに、前記圧電素子の面上のうち、振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された第１の電極と、前記第２の振動モードの共振周波数の交流電圧が前記圧電素子に印加されたときに、前記圧電素子の面上のうち、振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された第２の電極と、を具備し、前記第１の電極は、前記圧電素子に発生する第１の振動モードに大きく起因する電圧を検出し、前記第２の電極は、前記圧電素子に発生する第２の振動モードに大きく起因する電圧を検出することを特徴とする圧電アクチュエータを提供する。
また、上記目的を達成するために、本発明は、圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる駆動回路を制御する駆動制御回路において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得する第１の電圧取得手段と、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第２の電圧取得手段と、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する乗算手段と、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路を制御する周波数制御手段とを具備することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御回路を提供する。
【０００８】
さらにまた、上記目的を達成するために、本発明は、圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる駆動回路を制御する制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第１ステップと、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路を制御する第３ステップと、を具備する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法を提供する。
【０００９】
本発明に係る圧電アクチュエータの駆動制御回路および圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧が取得されるとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧が取得される。そして、前記第１の電圧と、前記第２の電圧とが乗算され、この乗算の結果として得られる乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路が制御される。
【００１０】
一般に、第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じる圧電アクチュエータは、駆動電圧の周波数に応じて振動状態が変化する。この振動状態が変化すると、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極に発生する第１の振動モードに大きく起因する第１の電圧の値と、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極に発生する第２の振動モードに大きく起因する第２の電圧の値とが変動する。すなわち、第１の電圧と第２の電圧との乗算値は、振動状態に依存し、かつ、圧電アクチュエータの振動状態は、駆動電圧の周波数に依存する。本発明に係る圧電アクチュエータの駆動制御回路および圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法によれば、乗算値に応じて圧電素子に印加される駆動電圧の周波数が変更されるようになっており、これにより、圧電アクチュエータの振動が正確に制御される。
【００１１】
ここで、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路において、前記周波数制御手段は、前記乗算電圧信号により示される乗算値が略最大となるように、前記駆動電圧の周波数を変更すべく前記駆動回路を制御することが望ましい。より具体的には、前記周波数制御手段は、前記乗算手段から出力された乗算値に対して一定時間の遅延を与えて、遅延乗算値として出力する遅延手段と、前記遅延乗算値と、当該遅延乗算値が前記遅延手段から出力されたときと略同時に前記乗算手段から出力された乗算値とを比較し、当該乗算値が前記遅延乗算値よりも大きい場合に、駆動電圧の周波数を高めるように前記駆動回路を制御する一方、当該乗算値が前記遅延乗算値以下の場合に、駆動電圧の周波数を低くするように前記駆動回路を制御する制御手段とを備える構成が望ましい。
【００１２】
一般に、乗算値が略最大となると、第１振動モードに起因する振幅と第２振動モードに起因する振幅とが略最大となる。すなわち、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路によれば、乗算値が略最大となるような周波数の駆動電圧が圧電素子に印加されるから、圧電アクチュエータの第１振動モードに起因する振幅と、第２モードに起因する振幅とが略最大となるため、駆動対象の駆動量（変位量）が大きくなり、駆動効率も向上する。
【００１３】
さらに、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路の他の望ましい構成として、前記周波数制御手段は、前記乗算値の目標値を出力する目標値出力手段と、前記目標値と、前記乗算手段から出力された乗算値とを比較して、当該乗算値が前記所定乗算値よりも大きい場合に、駆動電圧の周波数を低くするように前記駆動回路を制御する一方、当該乗算値が前記所定乗算値以下の場合に、駆動電圧の周波数を高めるように前記駆動回路を制御する制御手段とを備える構成が望ましい。ここで、前記目標値は、例えば前記圧電アクチュエータが駆動対象を駆動すべき変位量に応じて設定されるようにしても良い。この構成によれば、圧電アクチュエータの駆動時に必要となる駆動対象の変位量が得られるように、駆動電圧の周波数が変更される。
【００１４】
さらに、上述の圧電アクチュエータの駆動制御回路において、前記圧電アクチュエータは、長手方向を有し、前記第１の振動モードは、前記長手方向に伸縮する縦振動モードであり、前記第２の振動モードは、前記長手方向と直交する幅方向に屈曲する屈曲振動モードであることが好ましい。また、上述した圧電アクチュエータの駆動制御回路は、時計に設けられることが望ましく、さらに、携帯電話機などの携帯機器に設けられることも望ましい。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明は、時計要素を駆動する駆動体と、当該駆動体を駆動する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる時計の制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の電圧を取得する第１ステップと、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように制御する第３ステップとを備える時計の制御方法を提供する。
【００１６】
さらにまた、上記目的を達成するために、本発明は、携帯機器要素を駆動する駆動体と、当該駆動体を駆動する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる携帯機器の制御方法において、前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の電圧を取得する第１ステップと、前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように制御する第３ステップとを備える携帯機器の制御方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態においては、腕時計のカレンダー表示機構に取り付けられた圧電アクチュエータが駆動される場合について例示する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る腕時計のカレンダー表示機構の主要構成を示す平面図である。本実施形態に係る圧電アクチュエータＡ１は、面内方向（図の紙面と平行な方向）に伸縮振動する振動板１０およびロータ１００から大略構成されている。ロータ１００は、地板１０３に回転自在に支持されるとともに、振動板１０と当接する位置に配置されており、振動板１０に生じる振動によってその外周面が叩かれると、図中矢印で示す方向に回転駆動されるようになっている。
【００１９】
カレンダー表示機構は、圧電アクチュエータＡ１と連結しており、その駆動力によって駆動される。カレンダー表示機構の主要部は、ロータ１００の回転を減速する減速輪列とリング状の日車５０から大略構成されている。また、減速輪列は、日回し中間車４０と日回し車６０とを備えている。ここで、上述したように振動板１０が面内方向に振動すると、振動板１０と当接しているロータ１００が時計回り方向に回転させられる。ロータ１００の回転は、日回し中間車４０を介して日回し車６０に伝達され、この日回し車６０が日車５０を時計回り方向に回転させる。
【００２０】
図２は、圧電アクチュエータＡ１の構成を示す上面図である。同図に示すように、圧電アクチュエータＡ１は、図の左右方向に長く形成された長板状の振動板１０と、この振動板１０を地板１０３（図１参照）に支持する支持部材１１とを備えている。振動板１０の長手方向の端部３５には、ステンレス鋼等から形成される突起部３６がロータ１００側に向けて突設されており、この突起部３６がロータ１００の外周面に接触している。一方、振動板１０の長手方向の端部３５の他端にも、突起部３６´が突設されている。このような突起部３６、３６´を設けることにより、振動板１０の全体に重量バランスにアンバランスさを持たせ、後述するように当該突起部３６が楕円軌道に沿って移動するようにしている。
【００２１】
振動板１０の長手方向の略中央には、支持部材１１の一端部３７が取り付けられている。支持部材１１の他端部３８は、ネジ３９により地板１０３（図１参照）に支持されている。この構成の下、支持部材１１は、その弾性力によって振動板１０をロータ１００側に付勢した状態で支持しており、これにより振動板１０の突起部３６はロータ１００の側面に当接させられている。このようにロータ１００に当接させられた突起部３６が変位すると、ロータ１００と突起部３６との間の摩擦によりロータ１００も突起部３６に伴って移動させられ、図２中矢印で示す方向に回転駆動される。
【００２２】
図３に示すように、振動板１０は、２つの長方形状の圧電素子３０，３１の間に、これらの圧電素子３０，３１とほぼ同形状であり、かつ圧電素子３０，３１よりも肉厚の小さいステンレス鋼などの補強板３２を配置した積層構造となっている。補強板３２としては、圧電素子３０，３１よりも肉厚の小さいものを用いることにより、圧電素子３０，３１の振動を極力妨げないようにしている。上下に配置された圧電素子３０，３１の面上には、それぞれ電極３３が形成されている。また、圧電素子３０の面上には、電極３３の他にも検出用電極が形成されているが、この検出用電極ついては、後述する。
【００２３】
ここで、圧電素子３０，３１としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ（商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。ここで、亜鉛ニオブ酸鉛の組成式は、［Ｐｂ（Ｚｎ1/3−Ｎｂ2/3）Ｏ3］1-X（ＰｂＴｉＯ3）X］、（但し、Xは組成により異なり、X=0.09程度）となり、スカンジウムニオブ酸鉛の組成式は、［｛Ｐｂ（（Ｓｃ1/2−Ｎｂ1/2）1-XＴｉX）Ｏ3｝、（但し、Xは組成により異なり、X=0.09程度）となる。
【００２４】
このような構成の振動板１０は、電極３３を介して圧電素子３０，３１に駆動電圧が印加されると、圧電素子３０，３１が伸縮することによって振動するようになっている。その際、図４に示すように、振動板１０が長手方向に伸縮する縦振動で振動するようになっており、これにより振動板１０は、図２中矢印で示す方向に振動することになる。このように圧電素子３０，３１に交流電圧が印加されて縦振動が励振されると、図５に示すように、振動板１０の重量バランスのアンバランスさによって振動板１０に幅方向の屈曲振動が誘発されることになる。具体的には、振動板１０が縦振動をした場合、その支点（無負荷時には重心）を中心とした回転モーメントが作用し、振動板１０に図示のような屈曲振動が誘発されるようになっている。このような縦振動と屈曲振動とが生じ、両者が結合されると、振動板１０の突起部３６におけるロータ１００の外周面との接触部分は、図６に示すように楕円軌道に沿って移動することになる。つまり、突起部３６におけるロータ１００との接触部分が大きく変位することになる。
【００２５】
このように、振動板１０は、縦振動と屈曲振動とが結合した振動を生じるが、この振動のうち、縦振動モードが優勢になるか、屈曲振動モードが優勢になるかは、圧電素子３０、３１に印加される駆動電圧の周波数に依存する。図７は、振動板１０の振動周波数とインピーダンスとの関係の一例を示す図である。同図に示すように、縦振動モードのインピーダンスの極小値である共振周波数ｆ１と、屈曲振動モードのインピーダンスの極小値である共振周波数ｆ２とは、互いに異なる値を有する。そこで、共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との間でインピーダンスが極大値となる周波数ｆ３と、屈曲振動モードの共振周波数ｆ２との間の周波数ｆ２´にて圧電素子３０、３１が駆動されれば、圧電素子３０、３１が縦振動するとともに、屈曲振動が誘発される。さらに、圧電素子３０、３１が屈曲振動モードの共振周波数ｆ２に近い周波数ｆ２´にて駆動されるため、大きな屈曲振動が誘発され、振動板１０の突起部３６がより大きな楕円を描くようになる。このように、突起部３６が描く楕円が大きくなるため、突起部３６によりロータ１００に加えられる回転力も大きくなり、駆動効率が高くなる。なお、この駆動効率は、圧電素子３０、３１に供給される電力に対するロータ１００の単位時間当たりの仕事（すなわち、回転数×負荷トルク）にて定義されるものとする。
【００２６】
ところで、上述した振動板１０の特性、すなわち、振動周波数とインピーダンスとの関係は、気温や発熱による温度上昇、突起部３６とロータ１００との接触圧などの使用状況により変動するものである。従って、設計時において、圧電素子３０、３１が周波数ｆ２´にて駆動されるように設計がなされていても、環境や使用状況などの変化により、実際の駆動時においては、周波数ｆ２´が必ずしも最大の駆動効率に対応する周波数であるとは限らない。すなわち、振動板１０の特性が変動すると、誘発される屈曲振動の振幅（変位）も変わってしまうため、突起部３６が正常な楕円を描かなくなり、ロータ１００が正常に駆動されなくなる場合がある。
【００２７】
本実施形態に係る駆動制御回路は、環境や使用状況が変化したとしても、ロータ１００が正常に駆動されるように、圧電アクチュエータＡ１（すなわち、振動板１０）の振動を正確に制御するものである。以下、この駆動制御回路が適用された圧電アクチュエータＡ１の駆動の駆動構成について詳述する。
【００２８】
図８は、圧電アクチュエータＡ１の駆動構成を示す図である。同図に示すように、圧電素子３０の面上には、圧電アクチュエータＡ１の振動のうち、縦振動モードに大きく起因して発生する電圧を検出するための検出用電極Ｔ１と、屈曲振動モードに大きく起因して発生する電圧を検出するための検出用電極Ｔ２が形成されている。ここで、検出用電極Ｔ１、Ｔ２の配置位置は、次のようにして決定されている。すなわち、圧電素子３０、３１が振動すると、その振動による変位（歪み）に応じた電圧が圧電素子３０、３１の面上に発生する。上述のように、圧電素子３０、３１を備えた振動板１０は、第１振動モードである縦振動モードと第２振動モードである屈曲振動モードとが結合した振動を生じるが、この振動のうち、縦振動モードが優勢であるか、屈曲振動モードが優勢であるかによって、圧電素子３０、３１の面上において電圧が最大となる位置が異なる。
【００２９】
図９は、圧電素子３０、３１に対して縦振動モードの共振周波数の駆動電圧が印加された場合（すなわち、縦振動モードが優勢である場合）に、圧電素子３０の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。また、図１０は、圧電素子３０、３１に対して屈曲振動モードの共振周波数の駆動電圧が印加された場合（すなわち、屈曲振動モードが優勢である場合）に、圧電素子３０の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。これらの図９および図１０において、図８に示す圧電素子３０の上面のうち、圧電素子３０の幅方向を半分に割ったときの図中下方の領域における電位分布が示されている。図９および図１０においては、等電位となる領域に同一の模様が付されている。より具体的には、電位の高い順に、黒塗り模様、格子模様、横線模様、縦線模様、左斜線模様、右斜線模様が付されている。
【００３０】
図９に示すように、振動板１０の振動のうち、縦振動モードが優勢である場合には、圧電素子３０の面上のうち、図面上方の中央付近の領域（領域Ｒ１にて示す）において最も電圧が高くなっている。一方、図１０に示すように、振動板１０の振動のうち、屈曲振動モードが優勢である場合には、図面右下付近の領域（領域Ｒ２にて示す）において、最も電圧が高くなっている。そこで、領域Ｒ１に検出用電極Ｔ１を配置し、領域Ｒ２に検出用電極Ｔ２を配置する。このように、検出用電極Ｔ１、Ｔ２が配置されれば、検出用電極Ｔ１からは、振動板１０の振動のうち、縦振動モードに大きく起因して発生する電圧が検出され、また、検出用電極Ｔ２からは、振動板１０の振動のうち、屈曲振動モードに大きく起因する電圧が検出される。
【００３１】
検出用電極Ｔ１、Ｔ２の夫々は、駆動制御回路８１に電気的に接続されており、この駆動制御回路８１が検出用電極Ｔ１の電圧を示す信号（以下、「第１検出電圧信号ＳＤ１」と称する）と、検出用電極Ｔ２の電圧を示す信号（以下、「第２検出電圧信号ＳＤ２」と称する）とを取得できるようになっている。駆動制御回路８１は、これらの第１検出電圧信号ＳＤ１と第２検出電圧信号ＳＤ２に応じて、駆動電圧の周波数を特定し、この周波数の駆動電圧が圧電素子３０、３１に印加されるように駆動回路８０を制御する。
【００３２】
さらに説明すると、図１１に示すように、検出用電極Ｔ１の電圧の実効値Ｖ１と、検出用電極Ｔ２の電圧の実効値Ｖ２とは、駆動電圧の周波数ｆに依存する。これは、縦振動モードに起因する振動振幅と屈曲振動モードに起因する振動振幅が駆動電圧の周波数ｆに依存するからである。また、同図に示すように、実効値Ｖ１と実効値Ｖ２とを乗算して得られる乗算値Ｍに依存して、ロータ１００の回転数も変動する。特に、乗算値Ｍが概ね最大となるような駆動電圧の周波数ｆに対応して、ロータ１００の回転数も略最大となっている。そこで、駆動制御回路８１は、最大の駆動効率を達成すべく、乗算値Ｍが略最大となるように駆動電圧の周波数ｆを調整する。
【００３３】
図１２は、駆動制御回路８１の回路構成を示すブロック図である。同図に示すように、駆動制御回路８１は、２つの電圧平均化回路２０１ａ、２０１ｂを備えている。電圧平均化回路２０１ａは、第１検出電圧信号ＳＤ１を受け取り、図示せぬ積分回路により検出用電極Ｔ１の電圧の実効値Ｖ１を特定し、乗算器２０２に出力する。電圧平均回路２０１ｂは、第２検出電圧信号ＳＤ２を受け取り、図示せぬ積分回路により検出用電極Ｔ２の電圧の実効値Ｖ２を特定し、乗算器２０２に出力する。
【００３４】
乗算器２０２は、実効値Ｖ１と実効値Ｖ２との乗算を行い、乗算結果である乗算値Ｍを示す信号を乗算電圧信号ＳＰＤとして遅延回路２０３および比較回路２０４に出力する。遅延回路２０３は、乗算電圧信号ＳＰＤを一定の時間ｔｐ（秒）だけ遅延させ、遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤとして比較回路２０４に出力する。
【００３５】
比較回路２０４は、乗算電圧信号ＳＰＤが示す乗算値Ｍと遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤが示す遅延乗算値Ｍｔｐとの大きさを比較し、この比較結果に応じた論理レベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。さらに詳述すると、比較回路２０４は、乗算値Ｍがｔｐ（秒）前の遅延乗算値Ｍｔｐよりも大きければ（すなわち、Ｍ＞Ｍｔｐ）、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。一方、比較回路２０４は、乗算値Ｍが遅延乗算値Ｍｔｐ以下の場合（すなわち、Ｍ≦Ｍｔｐ）には、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。
【００３６】
電圧調整回路２０５は、調整制御信号ＳＣＴを受け取り、この調整制御信号ＳＣＴの論理レベルに応じた電圧値の電圧制御信号ＳＶＣを電圧制御発振器（ＶＣＯ）２０６に出力する。より具体的には、電圧調整回路２０５は、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを受け取ると、電圧制御信号ＳＶＣの電圧値を上げ、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを受け取ると、電圧制御信号ＳＶＣの電圧値を下げるようになっている。
【００３７】
電圧制御発振器２０６は、図示せぬ発振回路を備え、電圧制御信号ＳＶＣの論理レベルに応じて発振回路が出力する信号の周波数を調整し、この周波数の信号を駆動周波数信号Ｓｄｒとして駆動回路８０に出力する。より具体的に説明すると、電圧制御発振器２０６は、電圧調整回路２０５からの電圧制御信号ＳＶＣの電圧値が上がったか否かを判別し、電圧制御信号ＳＶＣの電圧が上がった場合には、駆動周波数信号Ｓｄｒの周波数を上げて駆動回路８０に出力する。一方、電圧制御発振器２０６は、電圧制御信号ＳＶＣの電圧値が下がった場合には、駆動周波数信号Ｓｄｒを下げて駆動回路８０に出力する。駆動回路８０は、受け取った駆動周波数信号Ｓｄｒの周波数ｆを有する駆動電圧（交流電圧）を生成し、圧電素子３０、３１に印加する。なお、圧電アクチュエータＡ１の駆動開始時にあっては、電圧制御発振回路２０６は、予め設定された初期設定周波数の駆動周波数信号Ｓｄｒを駆動回路８０に出力するようになっている。
【００３８】
さて、このような構成の駆動制御回路８１によれば、圧電アクチュエータＡ１の駆動開始時にあっては、圧電素子３０、３１には、初期設定周波数の駆動電圧が印加され、これにより、振動板１０が振動する。この振動により、検出用電極Ｔ１には、縦振動モードに大きく起因する電圧が発生するとともに、検出用電極Ｔ２には、屈曲振動モードに大きく起因する電圧が発生する。そして、電圧平均化回路２０１ａからは、検出用電極Ｔ１に発生している電圧の実効値Ｖ１が出力される一方で、電圧平均化回路２０１ｂからは、検出用電極Ｔ２に発生している電圧の実効値Ｖ２が出力される。そして、これらの実効値Ｖ１と実効値Ｖ２とが乗算器２０２に入力されると、乗算器２０２は、実効値Ｖ１と実効値Ｖ２を乗算し、この乗算結果である乗算値Ｍを示す乗算電圧信号ＳＰＤを遅延回路２０３と比較回路２０４に出力する。
【００３９】
遅延回路２０３は、乗算電圧信号ＳＰＤを受け取ると、この信号を時間ｔｐ（秒）だけ遅延させ、遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤとして比較回路２０４に出力する。比較回路２０４は、乗算電圧信号ＳＰＤと遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤを受け取ると、乗算電圧信号ＳＰＤが示す乗算値Ｍと、遅延乗算電圧信号ＤＳＰＤが示すｔｐ（秒）前の遅延乗算値Ｍｔｐの大きさを比較する。そして、乗算値Ｍが遅延乗算値Ｍｔｐよりも大きい場合、比較回路２０４は、駆動電圧の周波数ｆを高めるべく、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。一方、乗算値Ｍが遅延乗算値Ｍｔｐ以下の場合、駆動電圧の周波数ｆを低めるべく、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを電圧調整回路２０５に出力する。これにより、駆動電圧の周波数ｆは、第１検出電圧信号ＳＤ１に対応する実効値Ｖ１と、第２検出電圧信号ＳＤ２に対応する実効値Ｖ２との乗算値Ｍがより最大値になるように制御される。さらに、乗算値Ｍが最大となるように制御されることにより、ロータ１００が略最大の回転数にて回転するようになるから、最大の駆動効率が達成される。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の駆動制御回路８１によれば、駆動効率（圧電アクチュエータＡ１に投入される電力量対ロータ１００の回転数）が最大となる。また、環境や使用状況が変化して、振動板１０の特性が変動したとしても、乗算値Ｍが最大となるように駆動電圧の周波数ｆが制御されるから、圧電アクチュエータＡ１を安定かつ高駆動効率で動作させることができ、圧電アクチュエータＡ１の振動を正確に制御することができる。
【００４１】
＜駆動電圧の周波数＞
ここで、本実施形態では、縦振動の歪みと屈曲振動の歪みとを監視して、圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するようにしている。このため、駆動制御回路８１から駆動回路８０に印加される駆動周波数信号Ｓｄｒの初期設定周波数は、予め設定される必要があり、以下その周波数の設定について述べる。
圧電アクチュエータＡ１の駆動特性を安定させるためには、振動板の先端の突起部が常に同じ楕円軌道を描いて周期的に運動するように、振動板における縦振動と屈曲振動の発生を安定させる必要がある。
この点に関し、文献「電子回路素子としての電気機械振動子とその応用」（コロナ社の第９頁）には、「長方形の振動板は、長辺と短辺との比率が１：０．２７２で縦振動と第２横振動が縮退する」ことが記載されている。なお、第２横振動とは、本実施形態における屈曲振動のことである。
そこで、本発明者らは、圧電素子の長辺対短辺の比を７：２近傍にある振動板で実験した結果、それぞれの振動による共振周波数は、縦振動：２８４．３ｋＨｚ、屈曲振動：２８８．６ｋＨｚとなり、共振周波数の比率が約１．０１５倍となって、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが略等しくなることが分かった。
そして、突起部が良好な楕円振動を起こす圧電アクチュエータを実現するためには、屈曲振動の共振周波数が縦振動の共振周波数に対して０．９７〜１．０３倍の範囲であればよいことが分かった。
【００４２】
ここで、この２つの周波数の差は、圧電素子の長辺対短辺の比を変更することにより変えることができ、長辺寸法を固定して短辺寸法を７対２の比率より小さくすると差は小さくなり、大きくすると差は大きくなる。これは、短辺の寸法を変えると、縦振動の共振周波数はあまり変化せず、屈曲振動の共振周波数が変化するからである。これらの共振周波数は、補強板や圧電素子のヤング率、さらに密度によっても変化するため、個々の振動板毎に異なるものである。このため、個々の振動板において最適化する必要があるものの、辺の比が７：２近傍に設定すれば共振周波数が略等しい値になる。
【００４３】
このような振動板において、突起部で大きな楕円運動を得るためには、縦振動および屈曲振動の両方を大きく振動させれば良いから、各共振周波数に近い周波数の駆動電圧を圧電素子に印加すればよいことになる。そこで、図７に示すように、駆動電圧の周波数ｆ２´は、縦振動の極小値ｆ１と屈曲振動の極小値ｆ２との間が良く、さらには反共振周波数ｆ３より高く、屈曲振動の極小値ｆ２より低い値とすることにより、突起部は大きな楕円振動が得られることになる。
そこで、駆動制御回路８１から駆動回路８０にある周波数ｆ２´の駆動周波数信号Ｓｄｒを印加した後は、駆動制御回路８１から駆動回路８０に印加される駆動周波数信号Ｓｄｒの周波数は、反共振周波数ｆ３から屈曲振動の極小値ｆ２の範囲で変化することになる。
さらに、支持部材１１は、縦振動と屈曲振動の両方の振動の節となる部分で支持することにより、振動による損失を小さくすることができる。
【００４４】
＜変形例＞
上述した実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変更可能である。そこで以下に、各種の変形例を説明する。
【００４５】
（変形例１）
上述した実施形態において、駆動制御回路８１は、乗算値Ｍを略最大とすべく、乗算値Ｍと遅延乗算値Ｍｔｐとの大小に応じて駆動電圧の周波数ｆを変更するように駆動回路８０を制御している。しかしながら、駆動制御回路８１は、予め駆動効率が最大となり得る乗算値の目標値（以下、「目標乗算値Ｍｔ」と称する）を記憶し、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔになるように、駆動電圧の周波数ｆを変更するように、実施形態が変形されても良い。
【００４６】
図１３は、本変形例に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態に係る駆動制御回路８１´は、実施形態の駆動制御回路８１が備える遅延回路２０３に代えて、定電圧回路２１０を備えている。この定電圧回路２１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの記憶手段を備え、目標乗算値Ｍｔを記憶しており、この目標乗算値Ｍｔを示す目標乗算電圧信号ＴＳＰＤを比較回路２０４に出力する。なお、定電圧回路２１０は、記憶手段に限らず、抵抗素子を備えても良い。具体的には、この抵抗素子は、目標乗算値Ｍｔに応じた信号振幅の目標乗算電圧信号ＴＳＰＤを出力するように抵抗値が調整されている。
【００４７】
さて、このような構成の下、比較回路２０４には目標乗算電圧信号ＴＳＰＤと乗算電圧信号ＳＰＤが入力される。比較回路２０４は、目標乗算電圧信号ＴＳＰＤにより示される目標乗算値Ｍｔと、乗算電圧信号ＳＰＤにより示される乗算値Ｍとを比較し、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔよりも小さい場合、駆動電圧の周波数ｆを高めるべく、Ｈレベルの調整制御信号ＳＣＴを出力する。一方、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔよりも大きい場合、駆動電圧の周波数ｆを下げるべく、Ｌレベルの調整制御信号ＳＣＴを出力する。これにより、乗算値Ｍが目標乗算値Ｍｔになるように駆動電圧の周波数ｆが変更される。
【００４８】
ところで、図１１に示すように、ロータ１００の回転数は、乗算値Ｍの値に依存して変動していることから、目標乗算値Ｍｔを適宜変更すれば、ロータ１００の回転数を制御することが可能である。そこで、ロータ１００の必要な回転数に応じて定電圧回路２１０が記憶している目標乗算値Ｍｔが変更されるように本変形例を更に変形すれば、ロータ１００の回転数を正確に制御することができる。
【００４９】
（変形例２）
上述した実施形態において、圧電素子３０の上面には、検出用電極として検出用電極Ｔ１、Ｔ２の２つが配置されている場合を例示したが、４つの検出用電極を圧電素子３０の上面に配置しても良い。さらに説明すると、図９および図１０には、図８において圧電素子３０の幅方向を半分に割ったときの図面下方の領域における電位分布が示されている。図９および図１０に図示されていない、図８における図面上方の領域の電位分布は、図面下方の領域の電位分布と圧電素子３０の中心点に対して点対称となる。すなわち、振動板１０の振動のうち、縦振動モードが優勢である場合には、圧電素子３０の上面において電圧が高くなる領域が２つ（領域Ｒ１、Ｒ１´：図示せず）あり、屈曲振動モードが優勢である場合にも、電圧が高くなる領域が２つ（領域Ｒ２、Ｒ２´：図示せず）ある。そこで、領域Ｒ１、Ｒ１´、Ｒ２、Ｒ２´の夫々に検出用電極が配置されるように実施形態を変形しても良い。また、領域Ｒ１、Ｒ１´のうち、一の領域のみに検出用電極Ｔ１が配置されるとともに、領域Ｒ２、Ｒ２´のうち、一の領域のみに検出用電極Ｔ２が配置されるように、実施形態を変形しても良い。
【００５０】
さらに、図１４ないし図１６に示すように電極を配置してもよい。
図１４に示すように電極が形成された場合には、振動板は電極Iと電極IIに駆動電圧を印加することによって駆動される。電極Iで縦振動を起こし、電極IIを振動させ、電極IIIを振動させないことにより、縦方向の伸縮に対してアンバラスが生じ、屈曲振動が励振され、当接部に対してある方向（例えば、時計回り方向）の楕円軌道に沿った振動を発生させる。この際、電極IIIが検出用電極となる。当接部を正転／逆転させる場合には、上記のように構成さればよいが、特に１方向にのみ駆動させる場合には、電極Iと電極IIとを一体に形成してもよい。
【００５１】
図１５は、図１４の電極Iを無くしたものである。電極IIに駆動電圧を印加することによっても縦振動を発生させることができる。この場合においても、電極IIIが検出用電極となる。
【００５２】
図１６は、全面電極Iで駆動する場合を示している。この振動体は、形状的なアンバラス（当接部）により屈曲振動を励振させる。破線で示すように、検出用電極（電極III）を形成するようにしてもよい。
【００５３】
（変形例３）
上述した実施形態において、腕時計のカレンダー機構に組み込まれた圧電アクチュエータＡ１の駆動に本発明を適用した場合について例示したが、本発明は、第１の振動モードと第２の振動モードが結合した振動を生じるアクチュエータであれば、任意の携帯機器および固定装置に組み込まれたアクチュエータの駆動に適用可能である。例えば、腕時計の他に、携帯電話機が備えるバイブレータの瑶動に用いられる薄型アクチュエータの駆動や、絵本やグリーディングカードの中のキャラクターを動かすための薄型アクチュエータの駆動などがある。
【００５４】
（変形例４）
実施形態にて説明した駆動制御回路８１は、図１７に示すようにデジタル回路により構成されるようにしても良い。図１７は、本変形例に係る駆動制御回路８１の機能的構成を示すブロック図である。同図において、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３００は、駆動制御回路８１の各部の動作を制御するものである。ＲＯＭ３０２（Read Only Memory）は、ＣＰＵ３００により実行される制御プログラムや、後述する駆動周波数補正処理のためのプログラムなどの各種プログラム、各種データなどを記憶する。ＲＡＭ（Random Access Memory）３０４は、ＣＰＵ３００のワークエリアとして使用され、各種データを一時的に記憶する。
【００５５】
また、同図に示すように、駆動制御回路８１は、２つのＡ／Ｄコンバータ３０６ａ、３０６ｂを備えている。Ａ／Ｄコンバータ３０６ａは、ＣＰＵ３００から実行指示信号を受け取ると、電圧平均化回路２０１ａから検出用電極Ｔ１の電圧の実効値Ｖ１を受け取り、Ａ／Ｄ変換して、実効値信号ＤＶ１として掛算機３０８に出力する。また、Ａ／Ｄコンバータ３０６ｂは、ＣＰＵ３００の制御の下、電圧平均化回路２０１ｂから検出用電極Ｔ２の電圧の実効値Ｖ２を受け取り、Ａ／Ｄ変換して、実効値信号ＤＶ２として掛算機３０８に出力する。
【００５６】
掛算機３０８は、ＣＰＵ３００の制御の下、受け取った実効値信号ＤＶ１、ＤＶ２の夫々が示す実効電圧値の掛算を実行し、この演算結果を掛算信号ＤＰとしてＣＰＵ３００に出力する。ＣＰＵ３００は、受け取った掛算信号ＤＰをＲＡＭ３０４に記憶させる一方、掛算信号ＤＰに従って、駆動回路８０に指示されるべき駆動電圧の周波数ｆを特定し、この特定結果をＲＡＭ３０４に記憶させる一方で、周波数指示信号ＤＦとしてＤ／Ａコンバータ３１０に出力する。Ｄ／Ａコンバータ３１０は、受け取った周波数指示信号ＤＦをＤ／Ａ変換し、電圧制御信号ＳＶＣとして電圧制御発振器２０６に出力する。電圧制御発振器２０６は、受け取った電圧制御信号ＳＶＣにより示される周波数の駆動周波数信号Ｓｄｒを駆動回路８０に出力する。
【００５７】
さて、このような構成の下、駆動制御回路８１は、図１８に示す駆動周波数補正処理を一定時間間隔ごとに間欠的に実行することにより、圧電アクチュエータＡ１に印加される駆動電圧の周波数ｆが最適な値となるように、駆動回路８０を制御する。具体的には、図１８に示すように、駆動制御回路８１のＣＰＵ３００は、Ａ／Ｄコンバータ３０６ａ、３０６ｂの夫々に実行指示信号を出力し（ステップＳａ１）、Ａ／Ｄコンバータ３０６ａに実効値信号ＤＶ１を出力させると共に、Ａ／Ｄコンバータ３０６ｂに実効値信号ＤＶ２を出力させる。次いで、ＣＰＵ３００は、掛算機３０８に実効値信号ＤＶ１、ＤＶ２の夫々が示す実効電圧値の掛算を行わせ、この演算結果を掛算信号ＤＰとして掛算機３０８から受け取る（ステップＳａ２）。
【００５８】
また、ＣＰＵ３００は、ＲＡＭ３０４に記憶されている前回の掛算信号ＤＰ（以下、ＲＡＭ３０４から読み出した掛算信号を前掛算信号ＢＤＰと称し、掛算機３０８から受け取った掛算信号ＤＰと区別する）を読み出す（ステップＳａ３）。そして、ＣＰＵ３００は、掛算信号ＤＰが示す掛算値から前掛算信号ＢＤＰが示す掛算値を減算して差分値ΔＰを算出する（ステップＳａ４）。次に、ＣＰＵ３００は、駆動電圧の周波数ｆを差分値ΔＰに従って補正すべく、次の処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ３００は、ＲＡＭ３０４から前回の周波数指示信号ＤＦ（以下、ＲＡＭ３０４から読み出した掛算信号を前周波数指示信号ＤＦＯと称する）が示す駆動周波数と、ステップＳａ５にて算出した差分値ΔＰとから、
ＤＦＯ＋α×ΔＰ （α：正の実数）
を算出し（ステップＳａ５）、この演算結果として得られる周波数値を周波数指示信号ＤＦとしてＤ／Ａ変換コンバータ３１０に出力する（ステップＳａ６）。そして、ＣＰＵ３００は、掛算機３０８から今回受け取った掛算信号ＤＰにてＲＡＭ３０４に記憶されている掛算信号ＤＰを更新するとともに、今回の周波数指示信号ＤＦにてＲＡＭ３０４に記憶されている周波数指示信号ＤＦを更新する（ステップＳａ７）。
【００５９】
この一連の処理により、ステップＳａ４において算出された差分値ΔＰが負の値であれば、前回指示された周波数よりも低い周波数が電圧制御発振器２０６に指示され、これとは逆に、差分値ΔＰが正の値であれば、前回指示された周波数よりも高い周波数が電圧制御発振器２０６に指示されることとなる。これにより、駆動電圧の周波数ｆは、第１検出電圧信号ＳＤ１に対応する実効値Ｖ１と、第２検出電圧信号ＳＤ２に対応する実効値Ｖ２との乗算値Ｍがより最大値になるように制御される。さらに、乗算値Ｍが最大となるように制御されることにより、ロータ１００が略最大の回転数にて回転するようになるから、最大の駆動効率が達成されることとなる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動が正確に制御される圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの振動を正確に制御することができる圧電アクチュエータの駆動制御回路、この駆動制御回路を備えた時計、携帯機器、圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法、時計の制御方法および携帯機器の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圧電アクチュエータを備えた腕時計のカレンダー表示機構の主要構成を示す平面図である。
【図２】 前記圧電アクチュエータの構成を示す図である。
【図３】 前記圧電アクチュエータの構成要素である振動板を示す側断面図である。
【図４】 前記振動板が縦振動する様子を示す図である。
【図５】 前記振動板が縦振動することにより誘発される屈曲振動を説明するための図である。
【図６】 前記振動板の振動時における前記振動板の一端側に設けられた突起部の軌道を説明するための図である。
【図７】 前記振動板の振動周波数とインピーダンスとの関係の一例を示す図である。
【図８】 前記圧電アクチュエータの駆動構成を示す図である。
【図９】 前記圧電アクチュエータを縦振動の共振周波数にて駆動した場合に、前記振動板に設けられた圧電素子の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。
【図１０】 前記圧電アクチュエータを屈曲振動の共振周波数にて駆動した場合に、前記振動板に設けられた圧電素子の面上に発生する電位分布の一例を等電位線にて示す図である。
【図１１】 本発明の実施形態に係る乗算値とロータ１００の回転数と駆動電圧の周波数との関係を示す図である。
【図１２】 本発明の実施形態に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】 本発明の第１の変形例に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】 本発明の第２の変形例に係る振動板の表面の電極を示す平面図である。
【図１５】 本発明の第２の変形例に係る振動板の表面の電極を示す平面図である。
【図１６】 本発明の第２の変形例に係る振動板の表面の電極を示す平面図である。
【図１７】 本発明の第４の変形例に係る駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１８】 同駆動周波数補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ１…圧電アクチュエータ、Ｔ１、Ｔ２…検出用電極、１０…振動板、３０、３１…圧電素子、８０…駆動回路、８１、８１´…駆動制御回路、１００…ロータ、２０１ａ、２０１ｂ…電圧平均化回路、２０２…乗算器、２０３…遅延回路、２０４…比較回路、２０５…電圧調整回路、２０６…電圧制御発振器、２１０…定電圧回路、３００・・・ＣＰＵ、３０６ａ、３０６ｂ・・・Ａ／Ｄコンバータ、３０８・・・掛算機、３１０・・・Ｄ／Ａコンバータ
Claims (12)
- 交流電圧が印加されることにより第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じる板状の圧電素子を備えた振動板と、
前記第１の振動モードの共振周波数の交流電圧が前記圧電素子に印加されたときに、前記圧電素子の面上のうち、振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された第１の電極と、
前記第２の振動モードの共振周波数の交流電圧が前記圧電素子に印加されたときに、前記圧電素子の面上のうち、振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された第２の電極と、を具備し、
前記第１の電極は、前記圧電素子に発生する第１の振動モードに大きく起因する電圧を検出し、前記第２の電極は、前記圧電素子に発生する第２の振動モードに大きく起因する電圧を検出する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる駆動回路を制御する駆動制御回路において、
前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得する第１の電圧取得手段と、
前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第２の電圧取得手段と、
前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する乗算手段と、
前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路を制御する周波数制御手段とを具備する
ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御回路。 - 前記周波数制御手段は、前記乗算値が略最大となるように、前記駆動電圧の周波数を変更すべく前記駆動回路を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動制御回路。 - 前記周波数制御手段は、前記乗算手段から出力された乗算値に対して一定時間の遅延を与え、遅延乗算値として出力する遅延手段と、
前記遅延乗算値と、当該遅延乗算値が前記遅延手段から出力されたときと略同時に前記乗算手段から出力された乗算値とを比較し、当該乗算値が前記遅延乗算値よりも大きい場合に、駆動電圧の周波数を高めるように前記駆動回路を制御する一方、当該乗算値が前記遅延乗算値以下の場合に、駆動電圧の周波数を低くするように前記駆動回路を制御する制御手段とを具備する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の圧電アクチュエータの駆動制御回路。 - 前記周波数制御手段は、前記乗算値の目標値を出力する目標値出力手段と、
前記目標値と、前記乗算手段から出力された乗算値とを比較して、当該乗算値が前記所定乗算値よりも大きい場合に、駆動電圧の周波数を低くするように前記駆動回路を制御する一方、当該乗算値が前記所定乗算値以下の場合に、駆動電圧の周波数を高めるように前記駆動回路を制御する制御手段とを具備する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動制御回路。 - 前記目標値は、前記圧電アクチュエータが駆動対象を駆動すべき変位量に応じて設定される
ことを特徴とする請求項５に記載の圧電アクチュエータの駆動制御回路。 - 前記圧電アクチュエータは、長手方向を有し、
前記第１の振動モードは、前記長手方向に伸縮する縦振動モードであり、
前記第２の振動モードは、前記長手方向と直交する幅方向に屈曲する屈曲振動モードである
ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動制御回路。 - 板状の圧電素子を備える圧電アクチュエータと、
前記圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる駆動回路と、
前記圧電アクチュエータの振動により駆動され、時計要素を駆動する駆動体とを備え、
前記駆動回路は、請求項２乃至７のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動制御回路により制御される
ことを特徴とする時計。 - 板状の圧電素子を備える圧電アクチュエータと、
前記圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる駆動回路と、
前記圧電アクチュエータの振動により駆動され、携帯機器要素を駆動する駆動体とを備え、
前記駆動回路は、請求項２乃至７のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動制御回路により制御される
ことを特徴とする携帯機器。 - 圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法において、
前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第１ステップと、
前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、
前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように前記駆動回路を制御する第３ステップと、を具備する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ駆動回路の制御方法。 - 時計要素を駆動する駆動体と、当該駆動体を駆動する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる時計の制御方法において、
前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第１ステップと、
前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、
前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように制御する第３ステップとを具備する
ことを特徴とする時計の制御方法。 - 携帯機器要素を駆動する駆動体と、当該駆動体を駆動する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子に交流電圧である駆動電圧を印加して、前記圧電アクチュエータに第１の振動モードと第２の振動モードとが結合した振動を生じさせる携帯機器の制御方法において、
前記第１の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第１の振動モードに大きく起因する電圧を示す第１の電圧を取得するとともに、前記第２の振動モードの共振周波数にて前記圧電アクチュエータを振動させたときに、前記圧電素子の面上のうち、当該振動の歪みにより発生する電圧が略最大となる箇所に配置された電極から第２の振動モードに大きく起因する電圧を示す第２の電圧を取得する第１ステップと、
前記第１の電圧に前記第２の電圧を乗算し、この乗算の結果である乗算値を出力する第２ステップと、
前記乗算値に応じて前記圧電素子に印加する駆動電圧の周波数を変更するように制御する第３ステップと、を具備する
ことを特徴とする携帯機器の制御方法。
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