JP4058948B2

JP4058948B2 - 圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータ駆動制御回路、時計および携帯型電子機器

Info

Publication number: JP4058948B2
Application number: JP2002008744A
Authority: JP
Inventors: 誠古畑; 秀弘赤羽; 毅瀬戸
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP2003219667A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータ駆動制御回路、時計および携帯型電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性に優れていることから、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型電子機器の分野に応用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような携帯型電子機器は、バッテリを電源としている。そして、特に小型であり、かつ、軽量であることが求められる携帯型電子機器には、容量の小さなバッテリしか設けることができない。従って、携帯型電子機器に圧電アクチュエータを設けると、バッテリに蓄電された電気エネルギーがこの圧電アクチュエータによって消費されるため、携帯型電子機器の連続稼動時間が短くなってしまう。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、消費電力を低減できる圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータ駆動制御回路、時計および携帯型電子機器を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、回転可能な円盤の円周部に接触する接触部を備える圧電アクチュエータを、電圧の印加によって前記接触部とともに振動させて、前記円盤を回転させる第１ステップと、前記振動の速度成分が前記円盤の回転方向に一致する成分を有する場合に、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っているか否かを推定する第２ステップと、この推定結果が肯定である場合、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断させる第３ステップとを備える圧電アクチュエータの駆動方法を提供する。
【０００６】
また、上記目的を達成するために、本発明は、回転可能な円盤の円周部に接触する接触部を備える圧電アクチュエータを前記接触部とともに振動させて前記円盤を回転させるべく、前記圧電アクチュエータに対して電圧を印加させる第１の電圧印加手段と、前記振動の速度成分が前記円周部の回転方向に一致する成分を有する場合に、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っているか否かを推定し、この推定結果が肯定である場合、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断させる電圧中断手段とを備える圧電アクチュエータ駆動制御回路を提供する。
【０００７】
一般に、接触部の速度成分のうち、円周部の接線方向の速度成分が円周部の周速度を上回っている間は、接触部が円盤の円周部との摩擦により減速されるから、この速度成分も減速される。ここで、接触部が円盤に対して回転力を与えるのは、速度成分が円周部の周速度を上回っている期間だけである。従来にあっては、速度成分が円周部の周速度を下回っていても、接触部を円周部に接触させる極性の電圧が印加されている。これに対して、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法および圧電アクチュエータ駆動制御回路によれば、接触部の接線方向の速度成分が円周部の接線速度を下回った場合に、駆動電圧の印加が停止されるので、無駄な電力消費が防止される。ここで、上述した圧電アクチュエータの駆動方法および圧電アクチュエータ駆動制御回路において、接触部の接線方向の速度成分が円周部の接線速度を下回った場合に、接触部を円周部から離脱させる極性の電圧が圧電アクチュエータに対して印加される構成が望ましい。さらに説明すると、上述したように、接触部の接線方向の速度成分が円周部の接線速度を下回った場合に、接触部が円盤の円周部に接触していると、円盤の回転が抑制されてしまう。そこで、速やかに、接触部を円盤の円周部から離間させることにより、円盤の回転が抑制されるのが防止される。
【０００８】
なお、上述の圧電アクチュエータの駆動方法において、前記第２ステップでは、前記圧電アクチュエータに対する電圧印加を開始してから、予め定められた時間だけ経過したとき、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っていると推定することが望ましい。また、前記第２ステップにおいて、前記圧電アクチュエータが前記円盤を回転させたときにおける、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分の変動を時系列に示す速度特性と、前記円周部の周速度との予め測定された対応関係に従って、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が前記円周部の周速度よりも下回っているか否かが推定されることも望ましい。
【０００９】
上述の圧電アクチュエータの駆動方法において、前前記第３ステップによって、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断した後に、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったか否かを推定する第４ステップと、この推定結果が肯定である場合、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を再開する第５ステップとを備える構成が望ましい。より具体的には、前記第４ステップでは、前記第３ステップにおいて前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断してから、予め定められた時間だけ経過したとき、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったと推定する。さらにまた、前記第４ステップにおいて、前記圧電アクチュエータが前記円盤を回転させたときにおける、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分の変動を時系列に示す速度特性と、前記円周部の周速度との予め測定された対応関係に従って、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったか否かが推定されても良い。
【００１０】
一方、上述の圧電アクチュエータ駆動制御回路にあっては、前記電圧中断手段が前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断した後に、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったか否かを推定し、この推定結果が肯定である場合、前記圧電アクチュエータに対して前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧印加を再開する第２の電圧印加手段とを更に備える構成が望ましい。具体的には、前記第２の電圧印加手段は、前記電圧中断手段が前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断してから、予め定められた時間だけ経過したとき、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったと推定する。
【００１１】
一般に、圧電アクチュエータの接触部が円盤に接触し始めたときには、接触部の速度成分のうち、円周部の接線方向の速度成分は、円周速度よりも小さく、その後、接触部が円盤との摩擦力により加速され、この速度成分が概ね円盤の円周速度に到達する。従来にあっては、接触部が円盤に接触し始めたときから駆動電圧を圧電アクチュエータに印加していたが、この速度成分が周速度よりも小さい間は、この接触部が円盤に回転力を与えることはなく、圧電アクチュエータに無駄な電力が供給されることとなる。
【００１２】
これに対し、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法および圧電アクチュエータ駆動制御回路によれば、前記円盤の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったか否かが推定され、この推定結果が肯定的である場合、前記圧電アクチュエータに対する電圧印加が再開される。従って、接触部が円盤に対して回転力を加え得る期間だけ圧電アクチュエータに対して電力が供給されるから、圧電アクチュエータに無駄な電力が供給されることが防止される。
【００１３】
なお、上述の圧電アクチュエータ駆動制御回路にあっては、前記圧電アクチュエータが前記円盤を回転させたときにおける、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分の変動を時系列に示す速度特性と、前記円周部の周速度とを記憶する記憶手段と、を更に備え、前記電圧中断手段は、前記速度特性と前記周速度とから、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っているかを推定し、前記第２の電圧印加手段は、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったかを推定する構成も望ましい。この構成によれば、圧電アクチュエータ駆動制御回路が接触部および円盤の夫々の速度を検出する速度検出装置を備える必要がないから、圧電アクチュエータ駆動制御回路の構成が簡易になるとともに、圧電アクチュエータ駆動制御回路のサイズもコンパクトに抑えることができる。
【００１４】
さらに、上述の圧電アクチュエータ駆動制御回路において、前記記憶手段は、正常に動作する圧電アクチュエータが振動により前記円盤を回転させたときの、当該振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分と、当該正常に動作する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子の表面に屈曲振動の変位に応じて誘起される電位の電圧値とを対応付けて記憶し、駆動対象の圧電アクチュエータが備える圧電素子の表面に誘起される電位の電圧値を取得する電圧取得手段と、前記取得された電圧値と、前記記憶されている電圧値との差に応じて、前記駆動対象の圧電アクチュエータに対して印加する駆動電圧の周波数を調整する周波数制御手段とを備える構成も望ましい。
【００１５】
一般に、接触部の前記接線方向の速度成分は、屈曲振動の変位に依存し、また、この屈曲振動の変位は、圧電アクチュエータに印加される駆動電圧の周波数に依存する。従って、この構成によれば、駆動対象の圧電アクチュエータの電圧値が正常に動作する圧電アクチュエータの電圧値からずれた場合、すなわち、駆動対象である圧電アクチュエータの接触部の前記接線方向の速度成分が正常値よりもずれた場合に、そのずれを打ち消すように駆動電圧の周波数が調整されるから、駆動対象の圧電アクチュエータが正常に動作するように（具体的には、接触部の前記接線方向の速度成分が正常値となるように）駆動される。
【００１６】
なお、上述の圧電アクチュエータ駆動制御回路において、前記圧電アクチュエータに印加される電圧は、パルス電圧であっても良い。また、上述の圧電アクチュエータ駆動制御回路は、時刻を指し示す針や、日付を表示するためのカレンダ表示機構などの時計要素を備えた時計に設けられることが望ましく、また、圧電アクチュエータによって駆動される携帯型電子機器要素を備えた携帯型電子機器に設けられることも望ましい。
【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を駆動す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。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。このような突起部３６を設けることにより、振動板１０の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の長手方向の中央よりもややロータ１００側には、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。駆動回路８０は、駆動制御回路８２の制御の下、電極３３を介して駆動回路圧電素子３０，３１に電力を供給する。なお、駆動制御回路８２の詳細については、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（（Pb(Zn1/3-Nb2/3)03 1-x-Pb Ti03 x)xは組成により異なる。x=0.09程度）、スカンジウムニオブ酸鉛（（Pb((Sc1/2Nb1/2)1-x Tix)) 03)xは、組成により異なる。x=0.09程度）等の各種のものを用いることができる。
【００２４】
このような構成の振動板１０は、駆動回路８０から電極３３を介して圧電素子３０，３１に交流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に交流電圧を印加して縦振動を励振すると、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。
【００２５】
ところで、ロータ１００が圧電アクチュエータＡ１により回転駆動されると、ロータ１００の慣性力が圧電アクチュエータＡ１の慣性力よりも大きいため、図７に示すように、圧電アクチュエータＡ１が振動する期間内において、ロータ１００の接線速度（周速度）Ｖｒは、一定であるとみなされる。これに対して、ロータ１００が回転駆動された後の突起物３６の速度成分のうち、ロータ１００の円周の接線方向の速度成分である接線速度Ｖａは、その速度変動から次の４つの期間に分けて考えることができる。すなわち、加速期間Ｒ１と駆動期間Ｒ２と減速期間Ｒ３と離脱期間Ｒ４である。
【００２６】
加速期間Ｒ１、駆動期間Ｒ２、減速期間Ｒ３の夫々は、圧電アクチュエータＡ１が伸長することにより、突起部３６がロータ１００と接触している期間である。さらに説明すると、加速期間Ｒ１は、突起部３６がロータ１００と接触したときに、摩擦力によりロータ１００の回転運動に引きずられ、突起部３６の接線速度Ｖａが加速される期間である。そして、この加速期間Ｒ１において、突起部３６の接線速度Ｖａは、ロータ１００の接線速度Ｖｒと略等しくなる速度まで加速される。駆動期間Ｒ２は、突起部３６の接線速度Ｖａがロータ１００の接線速度Ｖｒを上回っている期間であり、この期間において、突起部３６の運動エネルギーがロータ１００に伝達され、このロータ１００が回転駆動させる（すなわち、ロータ１００に回転力が加えられる）。そして、減速期間Ｒ３は、突起部３６の接線速度Ｖａがロータ１００との摩擦力により減速し、ロータ１００の接線速度Ｖｒを下回る期間である。また、離脱期間Ｒ４は、突起部３６がロータ１００から離脱している期間である。さらに説明すると、離脱期間Ｒ４において、圧電アクチュエータＡ１が長手方向に縮むことにより、突起部３６がロータ１００から離脱する。また、突起部３６の接線速度Ｖａは、負の値となる。接線速度Ｖａが負の値であるとは、ロータ１００の回転方向に対して反対方向に運動することを意味する。これらの各期間Ｒ１〜Ｒ４の時間長は、例えばレーザドップラー振動計などの速度測定装置による突起部３６の速度測定結果から求められる。
【００２７】
より具体的には、図８に示すように、２つのレーザドップラー振動計３００−Ｘ、３００−Ｙを用いることにより、各期間Ｒ１〜Ｒ４の時間長を求めることが可能である。レーザドップラー振動計３００−Ｘは、振動駆動されている圧電アクチュエータＡ１の突起物３６に向けてＸ軸方向からレーザ光Ｒｘを照射し、その戻り光のドップラーシフト量から突起部３６のＸ軸方向の運動速度を一定時間毎に検出し順次出力する。
【００２８】
一方、レーザドップラー振動計３００−Ｙは、振動駆動されている圧電アクチュエータＡ１の突起部３６に向けてＸ軸方向から２つのレーザ光Ｒｙ１、Ｒｙ２を照射する。ここで、レーザ光Ｒｙ２は、レーザ光Ｒｙ１をビームスプリッタなどで分割することで得られたものであり、位相がレーザ光Ｒｙ１と同位相となっている。レーザドップラー振動計３００−Ｙは、夫々の戻り光を干渉させて得られる干渉縞（フリンジ）の時間変動から、突起部３６のＹ軸方向の運動速度を一定時間毎に検出し、各時間毎にＹ軸速度信号として出力する。このように、レーザドップラー振動計３００−ＸからのＸ軸速度信号と、３００−Ｙの夫々からのＹ軸速度信号とから、突起部３６の接線速度Ｖａが求められ、これにより、図７に示すような速度特性が得られる。そして、この速度特性と、別途測定したロータ１００の接線速度Ｖｒとから、加速期間Ｒ１と駆動期間Ｒ２と減速期間Ｒ３と離脱期間Ｒ４の夫々の時間長が特定される。
【００２９】
本実施形態において、駆動制御回路８２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御部と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶部とを備えている。この記憶部には、各期間Ｒ１〜Ｒ４の時間長と、突起部３６が楕円軌道を一周するに要する時間長Ｔ（以下、単に「周期Ｔ」と称する）が記憶されている。なお、記憶部に記憶されている各期間Ｒ１〜Ｒ４の時間長と周期Ｔは、正常動作する圧電アクチュエータＡ１に対する測定によって得られた測定値であっても、多数の圧電アクチュエータＡ１に対して測定を行って得られた測定値の平均値であっても良く、また、理論的に求められた設計値であっても良い。
【００３０】
このような構成の下、駆動制御回路８２が各期間Ｒ１〜Ｒ４における圧電アクチュエータＡ１への印加電圧を調整すべく駆動回路８０を制御することにより、圧電アクチュエータＡ１を駆動するための電力が削減されるようになっている。詳述すると、図９に示すように、駆動制御回路８２は、ロータ１００を一定の接線速度Ｖｒで回転運動させるべく、駆動回路８０を制御して圧電アクチュエータＡ１を周期Ｔに相当する時間が経過するまで通常駆動する。具体的には、駆動制御回路８０は、圧電アクチュエータＡ１への印加電圧ｖが一周期のステップパルスとなるように駆動回路８０を制御する。圧電アクチュエータＡ１は、正電圧が印加されると、長手方向に伸長するようになっており、突起部３６がロータ１００に接触する一方、負電圧が印加されると、圧電アクチュエータＡ１が長手方向に縮み、突起部３６がロータ１００から離脱する。これにより、圧電アクチュエータＡ１の突起部３６が楕円軌道に沿って一周だけ運動し、ロータ１００が回転駆動される。
【００３１】
次いで、駆動制御回路８２は、時刻Ｔから加速期間Ｒ１に相当する時間が経過するまで（時刻ｔ１）、圧電アクチュエータＡ１に対して電圧を印加しないようにする。時刻Ｔ〜ｔ１において、圧電アクチュエータＡ１の突起部３６は、ロータ１００に接触しているから、このロータ１００の回転運動に引きずられることにより加速され、突起部３６の接線速度Ｖａもロータ１００の接線速度Ｖｒに略等しくなる。
【００３２】
次に駆動制御回路８２は、時刻ｔ１から駆動期間Ｒ２に相当する時間が経過するまで（時刻ｔ２）、駆動回路８０を制御して圧電アクチュエータＡ１に対して正電圧を印加する。すなわち、圧電アクチュエータＡ１が駆動回路８０により振動駆動されるから、突起部３６の運動エネルギーが増大し、接線速度Ｖａがロータ１００の接線速度Ｖｒよりも大きくなる。従って、突起部３６により圧電アクチュエータＡ１のロータ１００に運動エネルギーが伝達され、ロータ１００の回転運動が維持されることとなる。
【００３３】
駆動制御回路８２は、時刻ｔ２から減速期間Ｒ３に相当する時間が経過するまで（時刻ｔ３）、圧電アクチュエータＡ１に対して電圧を印加しないようにする。時刻ｔ２〜ｔ３にあっては、突起部３６がロータ１００との接触による摩擦により減速され、突起部３６の接線速度Ｖａは、ロータ１００の接線速度Ｖｒを下回る。
【００３４】
そして、駆動制御回路８２は、時刻ｔ３から離脱期間Ｒ４に相当する時間が経過するまで（時刻ｔ４）、駆動回路８０を制御して、圧電アクチュエータＡ１に負電圧を印加する。これにより、圧電アクチュエータＡ１が長手方向に縮むため、突起部３６がロータ１００から離脱する。このように、離脱期間Ｒ４において負電圧を印加することで、摩擦により減速した突起部３６が速やかにロータ１００から離脱するから、この突起部３６がロータ１００の回転運動を抑止するのが防止される。
【００３５】
このように、本実施形態の駆動制御回路８２は、突起部３６がロータ１００に接触している期間のうち、ロータ１００に運動エネルギーを伝達すべき駆動期間Ｒ２の間だけ圧電アクチュエータＡ１に正電圧が印加されるように駆動回路８０を制御する。これに対して、圧電アクチュエータＡ１を通常駆動した場合、図９に示すように、突起部３６がロータ１００に接触している期間にわたり、圧電アクチュエータＡ１に対して正電圧が印加される。従って、本実施形態によれば、圧電アクチュエータＡ１を常時通常駆動する場合に比べて、駆動に要する電力が削減される。例えば、突起部３６がロータ１００に接触している期間をＴａ、加速期間Ｒ１の時間長をＴ１、駆動期間Ｒ２の時間長をＴ２、減速期間Ｒ３の時間長をＴ３とし、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔａ／２とすると、印加電力が一定（＝Ｐ）であれば、
（駆動期間Ｒ２だけ駆動するときの電力）／（通常駆動に要する電力）＝（Ｔ２×Ｐ）／（Ｔａ×Ｐ）＝１／２
となり、本実施形態の駆動によれば、圧電アクチュエータＡ１を駆動するときの電力が通常駆動に要する電力の半分に抑えられることなる。なお、本実施形態では、駆動制御回路８２がＣＰＵや記憶装置などを備え、デジタルに処理を行う場合について例示したが、これに限らず、駆動制御回路８２は、複数の電気回路により構成されていても良い。
【００３６】
＜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。
【００３７】
（変形例１）
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、任意の携帯型電子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。
【００３８】
（変形例２）
上述した実施形態において、圧電アクチュエータＡ１には、パルス電圧が印加される場合を例示したが、これに限らない。すなわち、図１０に示すように、駆動期間Ｒ２および離脱期間Ｒ４において、電圧波形が正弦波となるように本実施形態を変形しても良く、また、複数のパルス電圧が印加されるように本実施形態を変形しても良い。また、図１１に示すように、印加電圧値に応じた疎密を有する微少電圧パルスが印加されるようにしても良い。すなわち、駆動回路８０は、印加電圧値を大きくする場合には、微少パルスを密に印加する。このような構成にすることで、駆動区間Ｒ２および離脱区間Ｒ４において、印加電圧値が細かく調整されるから、印加電圧を加えるべきタイミングをより正確に調整することができる。また、この構成により、駆動制御回路８２が印加電圧値の大きさを調整できる。従って、駆動区間Ｒ２において、駆動制御回路８２がロータ１００に運動エネルギーを伝達すべきタイミングにあわせて、より大きな印加電圧が圧電アクチュエータＡ１に印加されるように駆動回路８０を制御することができ、これにより、圧電アクチュエータＡ１がロータ１００を駆動する時の駆動力を大きくすることができる。
【００３９】
（変形例３）
上述した実施形態においては、圧電アクチュエータＡ１の突起部３６が予め測定された楕円軌道に沿って移動するものとした。しかしながら、圧電アクチュエータＡ１がカレンダー機構に取り付けられる際に、その取り付け方によっては、突起部３６の移動が楕円軌道に沿わなくなり、ロータ１００の駆動に支障が生じるといったことが起こり得る。そこで、圧電アクチュエータＡ１が駆動されたときに、突起部３６が楕円軌道から外れて移動するような場合、駆動制御回路８２は、突起部３６の軌道が補正されるように駆動回路８０を制御することが望ましい。より具体的に説明すると、図１２に示すように、圧電アクチュエータＡ１の上面には、電極３３の他に、微少電極３３ａ、３３ｂが設けられている。微少電極３３ａは、圧電アクチュエータＡ１の一端部に設けられる一方で、微少電極３３ｂは、他端部に設けられると共に、微少電極３３ａ、３３ｂの夫々は、圧電アクチュエータＡ１の長手方向の中心点に対して点対象になるように設けられている。微少電極３３ａ、３３ｂの夫々は、駆動制御回路８２に接続されており、駆動制御回路８２は、微少電極３３ａ、３３ｂの夫々の電圧値を検出し、この検出結果に応じて圧電アクチュエータＡ１に印加する電圧の周波数を調整する。
【００４０】
さらに詳述すると、微少電極３３ａ、３３ｂに誘起される電位の電圧値は、圧電アクチュエータＡ１の屈曲振動の変位に応じたものである。また、屈曲振動の変位は、圧電アクチュエータＡ１に印加される電圧の周波数に依存する。そこで、正常に動作する圧電アクチュエータＡ１の突起部３６に対する楕円軌道の測定時に、微少電極３３ａ、３３ｂの夫々の電圧値応答特性を測定するようにし、そして、この測定された電圧値応答特性を駆動制御回路８２に記憶させておく。この構成の下、駆動制御回路８２が圧電アクチュエータＡ１を駆動すべく駆動回路８０を制御するときに、微少電極３３ａ、３３ｂから検出される電圧値と、上述の電圧値応答特性とを比較して、両者のずれが大きい場合に圧電アクチュエータＡ１に印加される電圧の周波数を調整すべく駆動回路８０を制御する。そして、駆動回路８０は、駆動制御回路８２の制御の下、圧電アクチュエータＡ１への印加電圧の周波数を調整する。これにより、圧電アクチュエータＡ１の屈曲振動の変位が調整され、突起部３２が楕円軌道に沿って移動するように調整される。すなわち、突起部３６の接線速度Ｖａが正常値よりもずれたとしても、そのずれを打ち消すように印加電圧の周波数が調整されるから、突起部３６の接線速度Ｖａが正常値となるように駆動される。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、消費電力を低減できる圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータ駆動制御回路、時計および携帯型電子機器が提供される。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】腕時計における圧電アクチュエータを備えた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全体構成を示す平面図である。
【図３】前記圧電アクチュエータの駆動構成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】前記圧電アクチュエータの突起部の動作の様子を示す図である。
【図７】ロータの接線速度と圧電アクチュエータの突起部の接線速度との時間特性を示す図である。
【図８】同圧電アクチュエータの突起部の接線速度との時間特性の測定方法を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの駆動方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の変形例２に係る圧電アクチュエータの駆動方法を説明するための図である。
【図１１】同圧電アクチュエータの駆動方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の変形例３に係る圧電アクチュエータの駆動構成を示す図である。
【符号の説明】
Ａ１…圧電アクチュエータ、１０…振動板、１１…支持部材、３６…突起部、３０…圧電素子、３２…補強板、３３…電極、３３ａ、３３ｂ…微少電極、８０…駆動回路、８２…駆動制御回路、１００…ロータ

Claims

回転可能な円盤の円周部に接触する接触部を備える圧電アクチュエータを、電圧の印加によって前記接触部とともに振動させて、前記円盤を回転させる第１ステップと、
前記振動の速度成分が前記円盤の回転方向に一致する成分を有する場合に、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っているか否かを推定する第２ステップと、
この推定結果が肯定である場合、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断させる第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の駆動方法。
前記第３のステップでは、前記接触部を前記円周部から離脱させる極性の電圧を前記圧電アクチュエータに対して印加する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
前記第２ステップでは、
前記圧電アクチュエータに対する電圧印加を開始してから、予め定められた時間だけ経過したとき、
前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っていると推定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
前記第２ステップにおいて、前記圧電アクチュエータが前記円盤を回転させたときにおける、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分の変動を時系列に示す速度特性と、前記円周部の周速度との予め測定された対応関係に従って、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が前記円周部の周速度よりも下回っているか否かが推定される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
前記第３ステップによって、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断した後に、
前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったか否かを推定する第４ステップと、
この推定結果が肯定である場合、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を再開する第５ステップと
を具備することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
前記第４ステップでは、
前記第３ステップにおいて前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断してから、予め定められた時間だけ経過したとき、
前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったと推定する
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方法。
前記第４ステップにおいて、前記圧電アクチュエータが前記円盤を回転させたときにおける、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分の変動を時系列に示す速度特性と、前記円周部の周速度との予め測定された対応関係に従って、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったか否かが推定される
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方法。
回転可能な円盤の円周部に接触する接触部を備える圧電アクチュエータを前記接触部とともに振動させて前記円盤を回転させるべく、前記圧電アクチュエータに対して電圧を印加させる第１の電圧印加手段と、
前記振動の速度成分が前記円周部の回転方向に一致する成分を有する場合に、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っているか否かを推定し、この推定結果が肯定である場合、前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断させる電圧中断手段と
を具備することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動制御回路。
前記電圧中断手段は、前記接触部を前記円周部から離脱させる極性の電圧を前記圧電アクチュエータに対して印加する
ことを特徴とする請求項８に記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路。
前記電圧中断手段は、前記第１の電圧印加手段が前記圧電アクチュエータに対する電圧印加を開始してから、予め定められた時間だけ経過したとき、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っていると推定する
ことを特徴とする請求項８または９に記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路。
前記電圧中断手段が前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断した後に、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったか否かを推定し、この推定結果が肯定である場合、前記圧電アクチュエータに対して前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧印加を再開する第２の電圧印加手段とを、更に
具備することを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路。
前記第２の電圧印加手段は、前記電圧中断手段が前記接触部を前記円周部に接触させる極性の電圧の印加を中断してから、予め定められた時間だけ経過したとき、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったと推定する
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路。
前記圧電アクチュエータが前記円盤を回転させたときにおける、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分の変動を時系列に示す速度特性と、前記円周部の周速度とを記憶する記憶手段と、を更に備え、
前記電圧中断手段は、前記速度特性と前記周速度とから、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分が、前記円周部の周速度よりも下回っているかを推定し、
前記第２の電圧印加手段は、前記円周部の周速度が、前記振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分よりも上回ったかを推定する
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路。
前記記憶手段は、正常に動作する圧電アクチュエータが振動により前記円盤を回転させたときの、当該振動の速度成分のうち、前記円周部の接線方向の速度成分と、当該正常に動作する圧電アクチュエータが備える板状の圧電素子の表面に屈曲振動の変位に応じて誘起される電位の電圧値とを対応付けて記憶し、
駆動対象の圧電アクチュエータが備える圧電素子の表面に誘起される電位の電圧値を取得する電圧取得手段と、
前記取得された電圧値と、前記記憶されている電圧値との差に応じて、前記駆動対象の圧電アクチュエータに対して印加する駆動電圧の周波数を調整する周波数制御手段と
を具備することを特徴とする請求項１３に記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路。
前記圧電アクチュエータに印加される電圧は、パルス電圧である
ことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路。
圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの振動により回転駆動され、時計要素を駆動する円盤とを備え、
前記圧電アクチュエータは、請求項８乃至１５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路により駆動される
ことを特徴とする時計。
圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの振動により回転駆動され、携帯型電子機器要素を駆動する円盤とを備え、
前記圧電アクチュエータは、請求項８乃至１５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ駆動制御回路により駆動される
ことを特徴とする携帯型電子機器。