JP4192949B2 - 圧電アクチュエータ駆動装置、電子機器、その駆動方法、その駆動制御プログラム、そのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータ駆動装置、電子機器、電子機器の駆動方法、電子機器の駆動制御プログラム、このプログラムを記録した記録媒体に関する。

圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性に優れている。このため、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。
この圧電アクチュエータとしては、圧電素子を有する振動体を主要構成要素とするものであり、例えば、この振動体を、一端に被駆動体と当接する突起部を有する板状の補強板と、この補強板の両面に貼設された圧電素子と、これら圧電素子の上面に設けられた駆動用電極およびこの駆動用電極と電気的に絶縁する検出用電極とで構成したものがある。そして、振動体の駆動用電極に所定の交流電圧を印加し、振動体をその長手方向に伸縮させる縦振動で励振させるとともに、この縦振動の振動方向と直交する方向に揺動する屈曲振動を誘発させる圧電アクチュエータの駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような駆動装置による駆動制御により、圧電アクチュエータは、振動体の突起部が楕円軌道を描くように回転し、該突起部と当接する被駆動体を駆動する。ここで、被駆動体を高効率で駆動するためには、圧電アクチュエータの振動体に設計上の最適な駆動周波数を有する交流電圧を印加して所定の縦振動および屈曲振動を生じさせる必要がある。しかしながら、駆動装置の回路特性や温度、駆動トルク等の影響により、常時設計上の最適な駆動周波数を印加することは困難である。このため、この駆動装置は、圧電素子に設けられた検出用電極から検出信号を検出し、この検出信号に基づいて駆動用電極に印加する交流電圧の駆動周波数を調整するフィードバック制御を実施している。

具体的に、駆動用電極に印加される交流電圧の位相と、検出用電極から検出される検出信号の位相との位相差、または、複数の検出用電極から検出される検出信号間の位相差が、駆動用電極に印加される交流電圧の駆動周波数に依存することが知られている。そこで、この駆動装置では、圧電アクチュエータの設計上の最適な駆動周波数に相当する前述の位相差を、目標位相差として予め設定しておき、検出した位相差が予め設定した目標位相差に近づくように、駆動用電極に印加する交流電圧の駆動周波数を調整する。このようなフィードバック制御を実施することにより、圧電アクチュエータの振動体に最適な駆動周波数を有する交流電圧を印加することが可能となり、圧電アクチュエータを所定の縦振動および屈曲振動で励振させ、被駆動体を高効率で駆動させることを可能としている。

しかし、特許文献１の駆動装置では、検出用電極から検出される検出信号に基づいてフィードバック制御を実施するため、何らかの要因で圧電アクチュエータの駆動開始（起動）に失敗してしまった場合や、駆動中に異常な駆動状態となってしまった場合などには、正常な検出信号が得られずに駆動周波数の調整が適切に実行できない可能性がある。
このような事態を回避して圧電アクチュエータを駆動させることができる駆動制御方法としては、圧電アクチュエータの起動に失敗したことや異常な駆動状態を検知した場合に、駆動信号の駆動周波数を初期値に戻し、この初期値から最適な駆動周波数に達するまで、駆動周波数を逐次変更（スイープ）しながら駆動信号を印加する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
この駆動制御方法によれば、圧電アクチュエータの起動時において、駆動しようとする被駆動体の駆動が検出されなかった場合に、駆動周波数を初期値である高い周波数に戻すとともに、低い周波数に向かってスイープし直すことで、駆動信号の駆動周波数を最適な駆動周波数に合致させることができるようになっている。
国際公開第０２／０７８１６５号パンフレット 特開平６−６９９０号公報

しかしながら、特許文献２の駆動制御方法では、圧電アクチュエータが正常に起動されたか否かの判断が、被駆動体の駆動を検出することで行われるため、被駆動体の駆動が検出されるまでの間は、起動に失敗していたとしても、駆動効率が良くない（最適でない）駆動周波数の駆動信号を印加し続けなければならない。このため、圧電アクチュエータの起動に失敗した場合には、再スイープを開始するか否かを判断するまでに時間が掛かるとともに、多くの電力を消費してしまうという問題がある。

本発明の目的は、迅速かつ省電力に駆動信号の最適化を実施することができる圧電アクチュエータ駆動装置、電子機器、その駆動方法、その駆動制御プログラム、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。

本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータの駆動装置であって、前記駆動信号を前記振動体の圧電素子に供給する駆動手段と、前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出手段と、前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を変更させる駆動周波数変更手段と、電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出手段と、前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に実行させるとともに、前記電圧検出手段で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更処理を再実行させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

なお、電源電圧および圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方の低下速度としては、駆動周波数の変更処理開始時点からの時間に基づいて算出される速度でもよく、また変更処理の変更回数に基づいて算出される速度でもよい。すなわち、低下速度とは、電源電圧や駆動電圧が低下する低下量を、その低下に要した時間または回数で除して算出した速度を意味する。
また、圧電アクチュエータの駆動電圧としては、電源から直接供給される電源電圧と同一の電圧でもよく、電源と圧電アクチュエータとの間に設けた昇圧回路等を介して昇圧された電圧でもよく、さらに降圧回路等を介して降圧された電圧でもよい。

このような本発明によれば、電源電圧や駆動電圧の低下速度が基準低下速度よりも速い場合、すなわち駆動効率が悪く電力消費量が多い駆動周波数で駆動している場合や、何らかの要因によって起動できない場合には、所定駆動周波数に戻してから駆動周波数変更を再実行（再スイープ）させることで、圧電アクチュエータの再起動が実行される。
従って、従来の駆動制御方法のように起動失敗を検出するまでの時間が長期化することなく、圧電アクチュエータの起動に失敗した場合などにおいて、電源電圧や駆動電圧の低下速度に基づいて起動失敗が即座に判断でき、この判断に要する時間が短縮化されるので、異常の検知から駆動信号の最適化までの処理を迅速に実行することができるとともに、電力消費量を低減して省電力化が実現できる。
また、圧電アクチュエータの起動に成功した場合でも、駆動中に何らかの要因（温度や駆動トルク等）により、駆動信号の駆動周波数が最適な駆動周波数からずれてしまうことがある。このような場合でも、最適な駆動周波数からずれたことにより駆動効率が大きく低下すれば、電源電圧や駆動電圧の低下速度が大きくなるため、この低下速度に基づいて再スイープすることで、圧電アクチュエータが再起動され、その駆動信号を最適な駆動周波数に合致させることができる。

この際、本発明の圧電アクチュエータの駆動装置では、前記基準低下速度は、前記圧電アクチュエータの所要の起動時間に基づいて設定されており、前記制御手段は、前記圧電アクチュエータの駆動開始時において、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方の低下速度に基づく前記駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に実行させることが好ましい。
ここで、圧電アクチュエータの所要の起動時間とは、圧電アクチュエータに駆動信号を印可してから被駆動体が駆動開始（回転開始）されるまでの時間を意味し、試験や実験等に基づいて予め設定しておくことができる。
なお、起動時間の定義としては、個々の圧電アクチュエータの振動特性や、被駆動体から作用する抵抗（回転トルク等）に応じ、設計上必要とされる駆動速度（回転速度等）に達するまでの時間であってもよく、このように定義した起動時間に基づいて基準低下速度を設定してもよい。さらに、これらの他に、被駆動体が所定の駆動状態（回転速度等）に達するまでの時間を起動時間として定義してもよい。
このような構成によれば、圧電アクチュエータの所要の起動時間に基づいて基準低下速度を設定することで、圧電アクチュエータの起動の成否がより高精度に判断でき、起動に失敗した場合の再スイープまでに要する時間をさらに短縮化することができる。
さらに、圧電アクチュエータの起動時間を、駆動信号の印可から被駆動体が駆動開始されるまでの時間に設定しておけば、電源電圧や駆動電圧が急激に降下したような場合にも、駆動開始されない周波数で駆動信号を印加し続けてしまう事態を回避でき、電力の消費をさらに抑制することができる。

また、本発明の圧電アクチュエータの駆動装置では、前記駆動周波数変更手段は、前記駆動信号と前記検出信号との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差と予め設定された目標位相差とを比較する比較手段とを有し、この比較結果に基づいて前記位相差が前記目標位相差に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を変更させることが好ましい。
このような構成によれば、位相差検出手段で検出した位相差と目標位相差との比較に基づいて、駆動周波数変更手段によってフィードバック制御が実施されるので、迅速に駆動周波数を変更することができる。すなわち、前述したように、駆動信号および検出信号の位相差と駆動電圧の駆動周波数との依存性が知られており、この依存性は、共振周波数をまたぐ駆動周波数領域において、大きな位相差（例えば、１８０°近く）から小さな位相差（例えば、０°近く）まで変化するものとなっている。このため、位相差と目標位相差との大小から、駆動周波数を増加させるか減少させるかが即座に決定でき、制御を迅速化させることができる。

この際、本発明の圧電アクチュエータの駆動装置では、前記制御手段は、目標振動状態を実現させるための周波数よりも高い周波数を開始周波数として前記駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に開始させることが好ましい。
ここで、目標振動状態を実現させるための周波数よりも高い周波数とは、最適な駆動周波数よりも高い周波数を意味し、この高い周波数を開始周波数として、この開始周波数から減少する方向に周波数をスイープさせた場合に、圧電アクチュエータの特性や回路特性、温度等の使用環境などの影響による誤差を考慮しても、最適な駆動周波数に合致させることができる範囲で適宜設定可能な周波数である。
このような構成によれば、駆動周波数を目標振動状態を実現させるための周波数よりも高い周波数である開始周波数から低い周波数に向かって減少させ（スイープさせ）ることで、電力消費を抑制しつつ、最適な駆動周波数に合致させることができる。すなわち、圧電アクチュエータに関して、共振周波数において消費電力が極大になり、この共振周波数よりも若干高い駆動周波数で駆動することで駆動効率が高くなることが知られている。このため、低い周波数から高い周波数に向かってスイープさせると共振周波数を通過することになるが、高い周波数から低い周波数に向かってスイープさせると共振周波数を通過しないので、高い周波数からスイープを開始させた方が電源の消費を抑制することができる。

さらに、本発明の圧電アクチュエータの駆動装置では、前記制御手段は、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方が予め設定した駆動停止電圧を下回るまでの時間を計測するタイマを有し、このタイマで計測した時間が予め設定した基準時間よりも短ければ、前記低下速度が前記基準低下速度よりも速いと判断することが好ましい。
このような構成によれば、タイマで計測した駆動停止電圧を下回るまでの時間と、電圧検出手段で検出した電源電圧や駆動電圧および駆動停止電圧との関係から、電源電圧や駆動電圧の低下速度を即座に算出することができ、圧電アクチュエータを再起動させるか否かを迅速に判断することができる。

また、本発明の圧電アクチュエータの駆動装置では、前記駆動周波数変更手段は、アップダウンカウンタを有し、このアップダウンカウンタのカウンタ値に基づいて前記駆動信号の駆動周波数を変更させ、前記制御手段は、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方の低下速度が前記基準低下速度よりも速いと判断した場合には、前記アップダウンカウンタのカウンタ値を初期化して前記駆動周波数変更処理を再実行させることが好ましい。
また、前記駆動周波数変更手段は、積分回路を有し、この積分回路の出力値に基づいて前記駆動信号の駆動周波数を変更させ、前記制御手段は、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方の低下速度が前記基準低下速度よりも速いと判断した場合には、前記積分回路の出力値を初期化して前記駆動周波数変更処理を再実行させるようにしてもよい。
これらの構成によれば、アップダウンカウンタのカウンタ値や積分回路の出力値に基づいて駆動信号の駆動周波数をスイープさせるとともに、カウンタ値（出力値）を初期化（リセット）することで、駆動周波数を初期値である所定駆動周波数に戻して圧電アクチュエータを再起動させることができ、駆動制御を容易に実施できるとともに、制御回路等を簡単な構造にすることができる。

一方、本発明の電子機器は、前記いずれかの圧電アクチュエータの駆動装置と、これにより駆動される圧電アクチュエータと、電源とを備えたことを特徴とする。
この際、本発明の電子機器は、前記圧電アクチュエータによって駆動される日付表示機構を備えた電子時計であることが望ましい。
このような構成によれば、電子時計の日付表示機構の駆動において、前述と同様の効果を奏することができるとともに、圧電アクチュエータによる電子時計の小型化および薄型化を促進させることができる。そして、圧電アクチュエータで駆動する日付表示機構は、常に駆動され続けるものではなく、１日のうちで限られた時間だけ駆動され、かつ所定の駆動量（回転量）だけ駆動されればよいため、駆動開始時に適切に圧電アクチュエータを駆動させることのできる本発明の駆動制御が適している。
また、腕時計などの携帯用電子時計では、電源である電池や二次電池の大きさ（容量）が限られているため、電力消費を抑制できることの効果は大きい。特に、二次電池の放電末期などでは、電源電圧や圧電アクチュエータの駆動電圧が低下しやすくなっているため、電圧の低下速度に基づいて再起動させることで、圧電アクチュエータの駆動を確実に実施することができる。

一方、本発明の電子機器の駆動方法は、圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータと、前記振動体の圧電素子に電力を供給する電源とを備えた電子機器を駆動する電子機器の駆動方法であって、前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出工程と、電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出工程と、前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更工程と、前記電圧検出工程で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更工程を再実行させる制御工程とを備えたことを特徴とする。

さらに、圧電アクチュエータの駆動方法として、圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータを、前記振動体の圧電素子に前記駆動信号を供給する駆動手段を用いて駆動する圧電アクチュエータの駆動方法であって、前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出工程と、電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出工程と、前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更工程と、前記電圧検出工程で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更工程を再実行させる制御工程とを備えた方法を採用してもよい。

このような本発明によれば、前述の駆動装置と同様に、異常の検知から駆動信号の最適化までの処理を迅速に実行することができるとともに、電力消費量を低減して省電力化が実現できる。

また、本発明の電子機器の駆動制御プログラムは、圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータと、前記振動体の圧電素子に電力を供給する電源とを備えた電子機器を駆動制御する電子機器の駆動制御プログラムであって、コンピュータを、前記駆動信号を前記振動体の圧電素子に供給する駆動手段と、前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出手段と、前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を変更させる駆動周波数変更手段と、電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出手段と、前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に実行させるとともに、前記電圧検出手段で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更処理を再実行させる制御手段とのうちの少なくとも制御手段として機能させることを特徴とする。

さらに、圧電アクチュエータの駆動制御プログラムとして、圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータを駆動制御する圧電アクチュエータの駆動制御プログラムであって、コンピュータを、前記駆動信号を前記振動体の圧電素子に供給する駆動手段と、前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出手段と、前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を変更させる駆動周波数変更手段と、電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出手段と、前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に実行させるとともに、前記電圧検出手段で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更処理を再実行させる制御手段とのうちの少なくとも制御手段として機能させるプログラムを採用してもよい。

このような本発明によれば、コンピュータを、電子機器の駆動制御手段である駆動手段、振動検出手段、位相差検出手段、駆動周波数変更手段、電圧検出手段、制御手段の一部または全部として機能させることで、前述の駆動装置と同様に、異常の検知から駆動信号の最適化までの処理を迅速に実行することができるとともに、電力消費量を低減して省電力化が実現できる。

一方、本発明の記録媒体は、前記した電子機器の駆動制御プログラム、または圧電アクチュエータの駆動制御プログラムがコンピュータにて読み取り可能に記録されたものでであることが好ましい。
このような構成によれば、圧電アクチュエータまたは電子機器の駆動制御プログラムを変更、改良した際にも、そのプログラムをコンピュータに容易に読み取らせて、プログラムをアップデートすることができる。

以上の本発明によれば、迅速かつ省電力に駆動信号の最適化を実施することができる圧電アクチュエータ駆動装置、電子機器、その駆動方法、その駆動制御プログラム、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。

［図１］本発明の第１実施形態に係る電子機器の概略構成を示す図。
［図２］前記電子機器における日付表示機構の詳細な構成を示す平面図。
［図３］本発明の圧電アクチュエータにおける振動状態を示す図。
［図４］前記圧電アクチュエータの駆動制御装置を示すブロック図。
［図５］前記圧電アクチュエータの駆動制御方法を説明するためのフローチャート。
［図６］前記駆動制御方法の一部を説明するためのフローチャート。
［図７］前記駆動制御装置の動作を示すタイミングチャート。
［図８］本発明の第２実施形態に係る電子機器の概略構成を示す図。
［図９］前記電子機器における動作を示すタイミングチャート。
［図１０］本発明の第３実施形態に係る電子機器を示す斜視図。
［図１１］前記電子機器における桁表示部を示す詳細構成正面図。

符号の説明

１…電子時計（電子機器）、９…二次電池（電源）、１０…日付表示機構、１２…振動体、１００，１００Ａ…駆動制御装置（駆動制御回路）、１１０…ドライバ（駆動手段）、１２０…駆動周波数変更手段、１２３…位相差ＤＣ変換回路（位相差検出手段）、１２４…位相差比較回路（比較手段）、１２６…アップダウンカウンタ、１３０…制御手段、１３１…制御回路、１３２…タイマ、Ａ…圧電アクチュエータ（駆動手段）。

［１．第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、後述する第２実施形態以降では、以下に説明する第１実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
［１−１．全体構成］
図１は、本実施形態における電子機器としての電子時計１の概略構成を示す図である。図２は、電子時計１における日付表示機構１０の詳細な構成を示す平面図である。
図１に示すように、電子時計１は、時刻を表示する指針２と、この指針２を駆動するステッピングモータ３とを備えた腕時計である。ステッピングモータ３の駆動は、発振回路４、分周回路５、および駆動回路６により制御される。発振回路４は、水晶振動子からなる基準発振源を有し、基準パルスを出力するものである。分周回路５は、発振回路４から出力された基準パルスを入力し、この基準パルスに基づいて基準信号（例えば１Ｈｚの信号）を生成する。駆動回路６は、分周回路５から出力された基準信号に基づいて、ステッピングモータ３を駆動するモータ駆動パルスを発生する。
電子時計１の日付表示機構１０は、圧電アクチュエータＡと、この圧電アクチュエータＡを駆動制御する駆動制御装置１００とを備えている。この駆動制御装置１００は、電子時計１の時刻（例えば、２４時）を検出して開閉するスイッチ８をトリガーとして作動し、日付表示機構１０を駆動するようになっている。

図２に示すように、日付表示機構１０の主要部は、圧電アクチュエータＡと、この圧電アクチュエータＡによって回転駆動される駆動対象としてのロータ２０と、ロータ２０の回転を減速しつつ伝達する減速輪列と、減速輪列を介して伝達される駆動力により回転する日車５０とから大略構成されている。減速輪列は、日回し中間車３０と日回し車４０とを備えている。これらの圧電アクチュエータＡ、ロータ２０、日回し中間車３０、および日回し車４０は、底板１１に支持されている。圧電アクチュエータＡは、扁平な短冊状の振動体１２を有しており、この振動体１２は、その先端の当接部１３がロータ２０の外周面と当接するように配置されている。

日付表示機構１０の上方には、円盤状の文字板７（図１）が設けられており、この文字板７の外周部の一部には日付を表示するための窓部７Ａが設けられ、窓部７Ａから日車５０の日付を覗けるようになっている。また、底板１１の下方（裏側）には、ステッピングモータ３に接続されて指針２を駆動する運針輪列や、電源としての二次電池９等が設けられている。二次電池９は、発電機９Ａ（図４）からの充電を受け、ステッピングモータ３や圧電アクチュエータＡ、駆動制御装置１００の各回路に電力を供給する。発電機９Ａは、ソーラー（太陽光）発電や回転錘の回転を利用した発電を行い、発電した電力を二次電池９に充電するものである。ここで、発電機９Ａとして直流電力を発電する太陽電池を用いた場合には、逆流防止回路を介して二次電池９に接続することが望ましく、発電機９Ａとして交流電力を発電する回転錘やゼンマイ等を用いた場合には、整流回路を介して二次電池９に接続することが望ましい。
なお、電源は、発電機９Ａで充電される二次電池９に限らず、一般的な一次電池（例えば、リチウムイオン電池）でもよい。

日回し中間車３０は、大径部３１と小径部３２とから構成されている。小径部３２は、大径部３１よりも若干小径の円筒形であり、その外周面には、略正方形状の切欠部３３が形成されている。この小径部３２は、大径部３１に対し、同心をなすように固着されている。大径部３１には、ロータ２０の上部の歯車２１が噛合している。したがって、大径部３１と小径部３２とからなる日回し中間車３０は、ロータ２０の回転に連動して回転する。
日回し中間車３０の側方の底板１１には、板バネ３４が設けられており、この板バネ３４の基端部が底板１１に固定され、先端部３４Ａが略Ｖ字状に折り曲げられて形成されている。板バネ３４の先端部３４Ａは、日回し中間車３０の切欠部３３に出入可能に設けられている。板バネ３４に近接した位置には、接触子３５が配置されており、この接触子３５は、日回し中間車３０が回転し、板バネ３４の先端部３４Ａが切欠部３３に入り込んだときに、板バネ３４と接触するようになっている。そして、板バネ３４には、所定の電圧が印加されており、接触子３５に接触すると、その電圧が接触子３５にも印加される。従って、接触子３５の電圧を検出することによって、日送り状態を検出でき、日車５０の１日分の回転量が検出できる。
なお、日車５０の回転量は、板バネ３４や接触子３５を用いたものに限らず、ロータ２０や日回し中間車３０の回転状態を検出して所定のパルス信号を出力するものなどが利用でき、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、ＭＲセンサ等の各種の回転エンコーダ等が利用できる。

日車５０は、リング状の形状をしており、その内周面に内歯車５１が形成されている。日回し車４０は、五歯の歯車を有しており、日車５０の内歯車５１に噛合している。また、日回し車４０の中心には、シャフト４１が設けられており、このシャフト４１は、底板１１に形成された貫通孔４２に遊挿されている。貫通孔４２は、日車５０の周回方向に沿って長く形成されている。そして、日回し車４０およびシャフト４１は、底板１１に固定された板バネ４３によって図２の右上方向に付勢されている。この板バネ４３の付勢作用によって日車５０の揺動も防止される。

圧電アクチュエータＡの振動体１２は、二長辺と二短辺とにより囲まれた長方形状の板である。また、振動体１２は、２枚の長方形かつ板状の圧電素子の間に、これらの圧電素子と略同形状であり、かつ圧電素子よりも肉厚の薄いステンレス鋼等の補強板を挟んだ積層構造を有している。圧電素子としては、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。
振動体１２は、一短辺の幅方向略中央部分に当接部１３を有している。この当接部１３は、補強板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から突出させている。振動体１２は、この当接部１３の先端をロータ２０の外周面に当接させる姿勢を保っている。振動体１２にこのような姿勢を維持させるために、支持部材１４と付勢部材１５とが圧電アクチュエータＡに設けられている。

圧電アクチュエータＡの支持部材１４は、補強板の切断成形等の方法により補強板と一体形成されたものである。この支持部材１４は、Ｌ字状の部材であり、振動体１２の一長辺の略中央から垂直に突出した垂直部と、この垂直部の先端から長辺に対して平行にロータ２０側に向けて延びた水平部とからなる。垂直部とは反対側の水平部の端部には、底板１１から突出したピンが貫通しており、このピンを回転軸として支持部材１４およびこれに固定された振動体１２が回転可能である。支持部材１４の水平部の略中央には、付勢部材１５の一端が係合されている。付勢部材１５は、その略中央部分を底板１１から突出したピンが貫通しており、このピンを回転軸として回動可能である。また、支持部材１４と反対側の付勢部材１５の端部は、底板１１に係合されており、この端部の位置を変えることにより振動体１２の当接部１３をロータ２０の外周面に押し当てる圧力が調整可能になっている。

以上の構成において、圧電アクチュエータＡの振動体１２は、駆動制御装置１００から所定の周波数の駆動信号が圧電素子に印加されることで第１の振動モードである縦振動と、この縦振動に誘発されて第２の振動モードである屈曲振動とが発生し、その板面を含む平面内において当接部１３が楕円軌道を描いて運動する。ロータ２０は、この振動体１２の当接部１３によってその外周面が叩かれ、図２中矢印で示すように、時計回りに回転駆動される。このロータ２０の回転は、日回し中間車３０を介して日回し車４０に伝達され、この日回し車４０が日車５０を時計回り方向に回転させる。このような振動体１２からロータ２０、ロータ２０から減速輪列（日回し中間車３０および日回し車４０）、減速輪列から日車５０への力の伝達は、いずれも振動体１２の底板１１面に平行な方向の力の伝達である。このため、ステッピングモータのようにコイルやロータを厚さ方向に積み重ねるのではなく、同一平面内に振動体１２およびロータ２０を配置し、日付表示機構１０を薄型化できる。そして、日付表示機構１０を薄型にできるため、電子時計１全体を薄型にできる。

［１−２．圧電アクチュエータＡの駆動制御装置の構成］
先ず、駆動制御装置１００の構成を説明する前に、振動体１２の振動状態と印加される駆動信号の駆動周波数との関係について、図３に基づいて説明する。
図３は、駆動電圧信号の駆動周波数に対する、振動体１２の振動状態（検出信号と駆動電圧信号との位相差、圧電アクチュエータＡの消費電力、および駆動効率）の関係を示す図である。ここで、検出信号は、振動体１２の圧電素子に配置された振動検出手段としての振動検出電極（圧電素子）から得られる信号であり、振動体１２の振動を表すものである。同図において、実線で示された位相差、および破線で示された消費電力は、駆動電圧の駆動周波数の増加に伴って低下し、一点鎖線で示された駆動効率は、特定の駆動周波数（本実施形態では、２７６ｋＨｚ近傍の周波数）でピークを有するようになっている。すなわち、圧電アクチュエータＡの駆動効率は、駆動電圧の駆動周波数に依存し、駆動効率に優れた最適な駆動周波数（最適駆動周波数ｆ０、目標振動状態を実現させるための周波数）が存在することが分かる。
そして、最適駆動周波数ｆ０よりも小さい駆動周波数で圧電アクチュエータＡを駆動した場合には、消費電力が急激に増大し、駆動効率が著しく低下するとともに、最適駆動周波数ｆ０から外れた（図中、２７４ｋＨｚ未満や２７６．５ｋＨｚを超える範囲の）周波数では、駆動効率が０（ゼロ）、すなわち圧電アクチュエータＡが駆動できない、あるいは駆動できても設計通りに作動しないことになる。
なお、図３のグラフにおける数値は、特定の圧電アクチュエータＡに関する実測値を例示したものであって、本発明の圧電アクチュエータＡにおける駆動電圧信号の駆動周波数や、位相差、消費電力、駆動効率等を限定するものではない。

次に、本実施形態の駆動制御装置について、図４に基づいて説明する。
本実施形態の駆動制御装置１００は、ＩＣチップ上に回路として実装されたものであって、上述のような振動体１２の振動状態と駆動信号の駆動周波数との関係から、最適駆動周波数ｆ０となる位相差を目標位相差として設定し、駆動時に検出される位相差が目標位相差に近づくように、振動体１２に印加する駆動電圧信号の駆動周波数を変更して圧電アクチュエータＡをフィードバック制御する。また、駆動制御装置１００は、圧電アクチュエータＡの起動時に最適駆動周波数ｆ０よりも十分に高い周波数（初期周波数ｆｍａｘ）から順次周波数を減少させて、駆動電圧信号の駆動周波数を最適周波数ｆ０に合致させるスイープ制御を実施するものでもある。

図４は、本実施形態の駆動制御装置１００を示すブロック図である。
図４に示すように、圧電アクチュエータＡを駆動制御する駆動制御装置１００は、圧電アクチュエータＡに駆動信号を送る駆動手段としてのドライバ１１０と、圧電アクチュエータＡからの検出信号とドライバ１１０からの駆動信号を入力して駆動信号の駆動周波数を変更させる駆動周波数変更手段１２０と、駆動周波数変更手段１２０の動作を制御する制御手段１３０と、二次電池９から供給される電源電圧を検出する電圧検出手段としての電圧検出回路１４０とを備えている。また、図４中、ＣＲ発信回路１５０は、駆動周波数変更手段１２０および制御手段１３０に電子時計１の基本時計駆動信号（ＣＬＫ）を出力するもので、前記発信回路４と同一のものである。

駆動周波数変更手段１２０は、第１および第２の波形整形回路１２１，１２２と、位相差検出手段としての位相差ＤＣ変換回路１２３と、比較手段としての位相差比較回路１２４と、アップダウンカウンタ１２６と、ＤＡ変換回路１２７と、可変周波数発振回路１２８とを備えている。すなわち、駆動周波数変更手段１２０は、ドライバ１１０から振動体１２に出力される駆動信号と、この駆動信号を振動体１２の駆動電極に印加した結果、振動体１２の振動により振動検出電極から出力される検出信号とを検出し、これらの駆動信号と検出信号との位相差を検出するとともに、検出した位相差と最適駆動周波数ｆ０に基づいて設定した目標位相差とを比較し、比較結果に基づいて駆動信号の駆動周波数を変更し、この変更された駆動周波数信号をドライバ１１０に出力するものである。ドライバ１１０は、振動体１２の駆動電極と電気的に接続され、可変周波数発振回路１２８から出力される出力信号を増幅し、駆動信号を振動体１２の駆動電極に印加する回路である。

第１および第２の波形整形回路１２１，１２２は、それぞれドライバ１１０および振動体１２の振動検出電極と電気的に接続され、ドライバ１１０から出力される駆動信号、および振動検出電極から出力される検出信号を入力し、これらの駆動信号および検出信号の波形を整形し、整形した駆動信号および検出信号を位相差ＤＣ変換回路１２３に出力する回路である。
位相差ＤＣ変換回路１２３は、波形整形回路１２１，１２２にて整形された駆動信号および検出信号の位相差に応じた信号を出力する回路である。この位相差ＤＣ変換回路１２３は、図示しない位相差検出部と、平均電圧変換部とを備えている。位相差検出部は、駆動信号および検出信号の位相差に相当するパルス幅の位相差信号を生成し、この位相差信号を平均電圧変換部に出力する。平均電圧変換部は、位相差検出部から出力される位相差信号を平均化し、駆動信号および検出信号の位相差に比例したレベルの位相差信号を位相差比較回路１２４に出力する。

位相差比較回路１２４は、位相差ＤＣ変換回路１２３から出力される位相差信号の電圧値と、最適駆動周波数ｆ０に基づいて設定された目標位相差１２５に相当する比較電圧値とを比較して、比較結果である比較情報をアップダウンカウンタ１２６に出力する。この位相差比較回路１２４は、例えば、コンパレータ等から構成され、位相差信号の電圧値が比較電圧値以下である場合に、比較情報としてのハイレベルの信号（Ｈ）をアップダウンカウンタ１２６に出力する。また、位相差信号の電圧値が比較電圧値よりも大きい場合に比較情報としてのローレベルの信号（Ｌ）をアップダウンカウンタ１２６に出力する。これにより、ドライバ１１０から出力される駆動信号の駆動周波数を設計上の最適な駆動周波数ｆ０近傍にロックする駆動制御を実施する。

アップダウンカウンタ１２６は、位相差比較回路１２４から出力される比較情報（ＨまたはＬの信号）に基づいて、可変周波数発振回路１２８に駆動信号の駆動周波数を変更させる回路であり、図示しない２つのＡＮＤゲートを備えている。このＡＮＤゲートは、位相差比較回路１２４から出力される比較情報の信号（ＨまたはＬ）と、ＣＲ発信回路１５０から発信されるＣＬＫ信号とを入力し、このＣＬＫ信号の入力タイミングに応じて、比較情報がハイレベルの信号（Ｈ）であればアップカウント入力を実施し、比較情報がローレベルの信号（Ｌ）であればダウンカウント入力を実施する。アップダウンカウンタ１２６は、例えば、１２ビットのカウンタ等から構成されており、ＡＮＤゲートからのアップカウント入力またはダウンカウント入力により、カウンタ値をアップあるいはダウンし、１２ビットのカウンタ値をＤ／Ａ変換回路１２７に出力する。

Ｄ／Ａ変換回路１２７は、内部にアップダウンカウンタ１２６のカウンタ値に応じた周波数制御電圧値が設定されている。そして、このＤ／Ａ変換回路１２７は、アップダウンカウンタ１２６から出力されるカウンタ値を入力すると、このカウンタ値に応じた周波数制御電圧値に相当する周波数制御電圧信号を可変周波数発振回路１２８に出力する。
可変周波数発振回路１２８は、Ｄ／Ａ変換回路１２７から出力される周波数制御電圧信号に応じた周波数で発振し、その信号をドライバ１１０に出力する。そして、ドライバ１１０は、可変周波数発振回路１２８から出力される出力信号に応じた駆動周波数の駆動信号を振動体１２の駆動電極に印加する。

制御手段１３０は、電圧検出回路１４０で検出した電源電圧に基づいて、駆動周波数変更手段１２０による駆動信号の駆動周波数変更処理を制御する。すなわち、制御手段１３０は、後述する圧電アクチュエータＡの起動工程におけるスイープ制御と、圧電アクチュエータＡの間欠駆動制御の二種類の制御を実施する。
この制御手段１３０は、制御回路１３１と、タイマ１３２とを備えている。タイマ１３２は、ＣＲ発信回路１５０から発信されるＣＬＫ信号とを入力し、このＣＬＫ信号に応じて時間情報を制御回路１３１に出力する。制御回路１３１は、スイープ制御中や間欠駆動制御中に、時間情報をリセットする指令をタイマ１３２に出力する。また、制御回路１３１には、電圧検出回路１４０からの電源電圧信号が入力し、この電源電圧信号によって制御回路１３１は、二次電池９の電源電圧値を検知する。

そして、制御回路１３１は、電圧検出回路１４０からの電源電圧信号およびタイマ１３２からの時間情報に基づいて、アップダウンカウンタ１２６またはドライバ１１０に制御信号を出力する。すなわち、圧電アクチュエータＡのスイープ制御を実施する際には、制御回路１３１は、アップダウンカウンタ１２６に初期化信号を出力し、カウンタ値を０にして駆動信号の駆動周波数を初期周波数ｆｍａｘに初期化する。また、圧電アクチュエータＡの間欠駆動制御を実施する際には、制御回路１３１は、ドライバ１１０に停止信号または再開信号を出力し、ドライバ１１０から圧電アクチュエータＡへの駆動信号の出力を停止または再開させる。
このような制御回路１３１による制御は、電源電圧に基づいて実施されるもので、具体的には、圧電アクチュエータＡの起動時、または電源電圧の低下速度が基準低下速度よりも早い場合には、スイープ制御が実施される。そして、圧電アクチュエータＡの起動後で、電源電圧の低下速度が基準低下速度よりも遅い場合には、間欠駆動制御が実施される。

また、制御回路１３１は、スイッチ８からの駆動開始信号をトリガーとして作動し、ＣＲ発信回路１５０から発信されるＣＬＫ信に基づいて、圧電アクチュエータＡを起動させる。また、制御回路１３１には、前記日付表示機構１０の回転検出手段である板バネ３４および接触子３５からの回転検出信号が入力し、この信号に基づいて制御回路１３１は、ドライバ１１０に停止信号を送り、圧電アクチュエータＡの駆動を完了させるようになっている。
すなわち、日付表示機構１０の板バネ３４と接触子３５との接触回数から、日回し中間車３０の回転数が検出され、検出した回転数が回転検出信号として制御回路１３１に入力する。これにより、圧電アクチュエータＡの所定の駆動量、つまり日車５０の１日分の回転量が検出できる。なお、日車５０の回転量は、板バネ３４や接触子３５を用いたものに限らず、ロータ２０や日回し中間車３０の回転状態を検出して所定のパルス信号を出力するものなどが利用でき、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、ＭＲセンサ等の各種の回転エンコーダ等が利用できる。

なお、駆動周波数変更手段１２０は、アップダウンカウンタ１２６に替えて図示しない積分回路を備えていてもよく、この積分回路の出力値に基づいて駆動信号の駆動周波数を変更させるように構成されてもよい。積分回路は、コンデンサを有して構成され、このコンデンサに蓄積された電荷の量を出力値としてＤ／Ａ変換回路１２７に出力することで、駆動信号の駆動周波数が変更される。そして、駆動信号の駆動周波数を初期化する場合には、制御回路１３１からの指令によりコンデンサの電荷を放電して、電荷が０の状態に対して設定した初期周波数ｆｍａｘに初期化するようにすればよい。

［１−３．圧電アクチュエータＡの駆動制御方法］
図５は、圧電アクチュエータＡの駆動制御方法を説明するためのフローチャートである。図６は、駆動制御方法の一部を説明するためのフローチャートである。図７は、駆動制御装置１００の動作を示すタイミングチャートである。
以下に、図５〜７を参照して、上述した駆動制御装置１００による圧電アクチュエータＡの駆動方法を説明する。
スイッチ８からの駆動開始信号を受けた制御回路１３１は、駆動開始信号をドライバ１１０に出力し、圧電アクチュエータＡの駆動を開始させる（ステップＳ１）。

次に、図６に示すステップＳ２の起動工程において、制御回路１３１は、電圧検出回路１４０に指令し、電源電圧の測定を開始させる（ステップＳ２１、電圧検出工程）。
そして、制御回路１３１は、アップダウンカウンタ１２６に初期化信号を出力し、カウンタ値を０にして駆動信号の駆動周波数を初期周波数（所定駆動周波数）ｆｍａｘにセットする（ステップＳ２２）。

続くステップＳ２３において、制御回路１３１は、タイマ１３２からの時間信号と、電圧検出回路１４０からの電源電圧信号とに基づいて、電源電圧の低下速度が基準低下速度よりも速いか否かを判断する。ここで、基準低下速度は、図７に示すように、駆動開始電圧Ｖ１から駆動停止電圧Ｖ２まで電源電圧が低下するのに要する時間が基準時間ｔ０の場合の低下速度である。ここで、基準時間ｔ０は、圧電アクチュエータＡの起動時間に基づいて設定されており、例えば、起動時間が１ｍｓｅｃ程度の圧電アクチュエータＡの場合に、基準時間ｔ０は２ｍｓｅｃ程度に設定されている。すなわち、電源電圧が駆動停止電圧Ｖ２まで低下する時間ｔが、基準時間ｔ０よりも短い場合に電源電圧の低下速度が基準低下速度よりも速いと判断され、基準時間ｔ０よりも長い場合に電源電圧の低下速度が基準低下速度よりも速いと判断される。

ステップＳ２３（制御工程）において、電源電圧の低下速度が基準低下速度よりも速い（「Ｙｅｓ」）、つまり図７において、実線で示すように電圧が早期に低下し、基準時間ｔ０よりも短い時間ｔ１で駆動停止電圧Ｖ２まで低下してしまった場合には、再度ステップＳ２２に戻り、駆動周波数を初期周波数ｆｍａｘから再度スイープさせる。すなわち、電源電圧がすぐに低下してしまう（駆動効率が悪い）ことから、圧電アクチュエータＡの起動に失敗したと判断し、再起動させることになる。この再起動させる場合には、所定の時間だけ圧電アクチュエータＡを停止させておき、電源電圧が駆動開始電圧Ｖ１に回復するまで待機する。ここで、圧電アクチュエータＡの起動に失敗したと判断される場合としては、ドライバ１１０から駆動信号を印加しているにも関わらず圧電アクチュエータＡが駆動開始できない場合や、スイープの途中で検出信号がばらついたことで、駆動周波数が最適駆動周波数ｆ０を飛び越えてしまい最適駆動周波数ｆ０よりも低い周波数の駆動信号になってしまう場合などが考えられる。このような場合には、駆動効率が悪くなってしまうため、電源電圧が急激に低下することになる。ここで、圧電アクチュエータＡが駆動開始できない、あるいは検出信号がばらつく原因としては、静電気によるノイズや、衝撃、振動などで圧電アクチュエータＡの振動状態が一時的に変化することなどが挙げられる。
また、ステップＳ２３において、電源電圧の低下速度が基準低下速度よりも遅い（「Ｎｏ」）、つまり図７において、一点鎖線で示すように電圧が基準時間ｔ０よりも長い時間ｔ２で駆動停止電圧Ｖ２まで低下する場合には、圧電アクチュエータＡの起動に成功したと判断し、次のステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２４において、駆動周波数が逐次減少される駆動信号と検出信号との位相差を目標位相差と比較し、位相差が目標位相差に達するまでの間、すなわちステップＳ２４で「Ｎｏ」と判定した場合には、ステップＳ２５の駆動周波数手段において、アップダウンカウンタ１２６のカウンタ値が増加し、カウンタ値に対応して駆動周波数が逐次減少させる周波数のスイープを行い（駆動周波数変更工程）、ステップＳ２３に戻って再度電源電圧の低下速度を判断する。
一方、ステップＳ２４において、位相差が目標位相差に達した場合（「Ｙｅｓ」）、つまり位相差比較回路１２４にて位相差が目標位相差を上回ったと判断した場合には、次のステップＳ２６に移行する。
ステップＳ２６において、目標位相差に達した時点の周波数（最適駆動周波数ｆ０）に駆動信号の駆動周波数をロックして、図５のステップＳ３に移行して圧電アクチュエータＡの駆動を継続させる。
以上のステップＳ２１〜Ｓ２６によって圧電アクチュエータＡのスイープ制御が実行される。

以上のようにして起動に成功し、最適駆動周波数ｆ０近傍で駆動されている圧電アクチュエータＡは、後述するステップＳ３において、日回し中間車３０の回転数が所定の回転数を上回った場合に完了される。
また、所定の回転数に達するまでの間、つまりステップＳ３で「Ｎｏ」と判定した場合には、ステップＳ４において、電源電圧Ｖと最低動作電圧Ｖ２とを比較し、電源電圧Ｖが最低動作電圧Ｖ２を上回っている間、圧電アクチュエータＡの駆動を継続する。つまりステップＳ４において、「Ｙｅｓ」と判定した場合に、日回し中間車３０の回転数が所定の回転数を上回るまでの間、ドライバ１１０は、駆動信号を印加し続け、圧電アクチュエータＡが作動し続ける。そして、圧電アクチュエータＡが作動し続けることで、図７に示すように、電池電圧Ｖは、徐々に低下することになる。
制御回路１３１は、ステップＳ４において、「Ｎｏ」と判定した場合、すなわち、電源電圧Ｖが最低動作電圧Ｖ２を下回った場合には、駆動停止を指令する駆動停止信号をドライバ１１０に出力し、圧電アクチュエータＡの駆動を停止させる（ステップＳ５）。そして、圧電アクチュエータＡの駆動を停止させることで、図７に示すように、電池電圧Ｖは、徐々に回復することになる。

これに続いてステップＳ６において、電源電圧Ｖが駆動開始電圧Ｖ１を下回っている間、つまりステップＳ６において、「Ｎｏ」と判定した場合には、制御回路１３１は、圧電アクチュエータＡの駆動を停止させた状態を維持し、電源電圧Ｖが駆動開始電圧Ｖ１に回復するまで待機することになる。
そして、電源電圧Ｖが駆動開始電圧Ｖ１を上回った場合、つまりステップＳ６において、「Ｙｅｓ」と判定した場合に、制御回路１３１は、駆動再開を指令する駆動再開信号をドライバ１１０に出力し、圧電アクチュエータＡの駆動を再開させる（ステップＳ７）。このように圧電アクチュエータＡの駆動を再開した後にステップＳ３に戻り、日回し中間車３０の回転数が所定の回転数を上回るまでの間、圧電アクチュエータＡが間欠駆動される。
以上のように、ステップＳ４〜Ｓ７で圧電アクチュエータＡの駆動停止および再開を繰り返すことで、間欠駆動制御が実行される。また間欠駆動中においては、駆動周波数変更手段１２０の位相差比較回路１２４で検出信号と駆動信号との位相差が比較されるとともに、アップダウンカウンタ１２６のカウント値が変更され、これに基づいて駆動信号の駆動周波数が最適駆動周波数ｆ０から外れないように調整されるフィードバック制御が実行されている。

そして、制御回路１３１は、ステップＳ３において、回転検出手段から入力した回転検出信号に基づき、日回し中間車３０の回転数が所定の回転数を上回ったかどうか、つまり日車５０が１日分だけ回転したかどうかを判断する。日車５０の回転数が不足している場合、つまりステップＳ１０において、「Ｎｏ」と判定した場合には、圧電アクチュエータＡの駆動を継続し、日車５０が所定量だけ回転してステップＳ３で「Ｙｅｓ」と判定した場合には、駆動停止信号をドライバ１１０に出力して圧電アクチュエータＡの駆動を停止させ、駆動制御を完了する。
なお、以上の駆動制御において、日車５０の回転量が所定量に達するまでに、電池電圧Ｖが最低動作電圧Ｖ２を下回ることがなければ、圧電アクチュエータＡは、その駆動開始から駆動完了まで停止されることなく駆動されることになる。

また、前述のステップＳ２１〜Ｓ２６までのスイープ制御は、圧電アクチュエータＡの起動時のみに実行されるものに限らず、間欠駆動中に実行するようにしてもよい。
すなわち、起動時にスイープ制御により駆動信号の駆動周波数を最適駆動周波数ｆ０に合致させたとしても、駆動中に何らかの理由で駆動周波数が最適駆動周波数ｆ０からずれてしまう場合がある。ここで、圧電アクチュエータＡの駆動周波数が最適駆動周波数ｆ０からずれてしまう原因としては、静電気によるノイズや、衝撃、振動などで圧電アクチュエータＡの振動状態が一時的に変化することなどが挙げられる。また、駆動周波数が最適駆動周波数ｆ０からずれるのではなく、温度や駆動トルクの変動などにより、最適駆動周波数ｆ０自体の周波数が変動してしまう場合がある。このような場合には、駆動信号の駆動周波数をフィードバック制御により調整したとしても、駆動効率が悪化するために消費電力が大きくなってしまい、電源電圧が低下しやすくなる。このため、間欠駆動中においても、制御回路１３１は、タイマ１３２からの時間信号と、電圧検出回路１４０からの電源電圧信号とに基づいて電源電圧の低下速度を監視し、低下速度が基準低下速度よりも速くなった場合には、ステップＳ２１〜Ｓ２６までのスイープ制御を再度実行する。このようにすることで、圧電アクチュエータＡの駆動効率を常時安定させることができる。

［１−４．第１実施形態の効果］
上述した実施形態では、以下のような効果がある。
（１）すなわち、圧電アクチュエータＡの起動に失敗した場合などの駆動効率が悪化した場合に、電源電圧の低下速度に基づいて駆動効率の悪化を即座に判断することで、すぐに再起動（再スイープ）させることができ、この判断に要する時間が従来よりも短縮化されるので、異常の検知から駆動信号の最適化までの処理を迅速に実行することができるとともに、電力消費量を低減して省電力化が実現できる。

（２）また、圧電アクチュエータＡの駆動中に何らかの要因により駆動信号の駆動周波数が最適駆動周波数ｆ０からずれてしまった場合でも、最適駆動周波数ｆ０からずれたことにより駆動効率が大きく低下すれば、電源電圧の低下速度が大きくなるため、この低下速度に基づいて再スイープすることで、圧電アクチュエータＡの駆動信号を最適な駆動周波数に合致させることができる。

（３）さらに、圧電アクチュエータＡの起動時間に基づいて基準低下速度（基準時間ｔ０）を設定することで、圧電アクチュエータＡの起動の成否がより高精度に判断でき、起動に失敗した場合の再スイープまでに要する時間をさらに短縮化することができる。

（４）また、位相差の比較に基づいてフィードバック制御するようにしたので、位相差ＤＣ変換回路１２３で検出した検出信号および駆動電圧信号の位相差と、目標位相差との大小から、位相差比較回路１２４において、駆動周波数を増加させるか減少させるかが即座に決定でき、駆動制御を迅速化することができる。

（５）また、スイープ制御において、初期周波数ｆｍａｘから低い周波数に向かって減少させる、すなわち消費電力が小さい高い周波数側からスイープさせることで、共振周波数を通過しないために電力消費を抑制しつつ、最適駆動周波数ｆ０に合致させることができる。

（６）また、タイマ１３２で計測した駆動停止電圧Ｖ２を下回るまでの時間と、電圧検出回路１４０で検出した電源電圧との関係から、電源電圧の低下速度を即座に算出することができ、圧電アクチュエータＡを再起動させるか否かを迅速に判断することができる。

（７）アップダウンカウンタ１２６のカウンタ値（または、積分回路の出力値）に基づいて駆動信号の駆動周波数をスイープさせるとともに、カウンタ値を初期化（リセット）することで、駆動周波数を初期周波数ｆｍａｘに戻して圧電アクチュエータＡを再起動させることができ、スイープ制御を容易に実施できるとともに、駆動制御装置１００の回路を簡単な構造にすることができる。

（８）また、圧電アクチュエータＡにより日付表示機構１０を駆動することで、小型薄型の構成でありながら、高効率の駆動を実現でき、電子時計１の小型化が実現できる。さらに、圧電アクチュエータＡで駆動する日付表示機構１０は、常時駆動され続けるものではなく、１日のうちで限られた時間だけ駆動され、かつ所定の駆動量（回転量）だけ駆動されればよいため、駆動開始時に適切に圧電アクチュエータＡを起動させることのできるスイープ制御が適している。

（９）さらに、腕時計である電子時計１では、電源である二次電池９の大きさ（容量）が限られているため、電力消費を抑制できることの効果は大きい。特に、二次電池９の放電末期などでは、電源電圧が低下しやすくなっているため、電圧の低下速度に基づいて再起動させることで、圧電アクチュエータＡの駆動を確実に実施することができる。

［２．第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図８、図９に基づいて説明する。
本実施形態における電子機器としての電子時計１の構成は、前記第１実施形態と略同様であり、その詳細説明を省略する。そして、本実施形態の電子時計１は、電源９と時刻表示部および日付表示機構１０との関係、および時刻表示部（指針２）の駆動タイミングと日付表示機構１０の駆動タイミングとの関係に特徴がある。この特徴部分について、以下に詳しく説明する。

［２−１．電源および圧電アクチュエータＡの駆動制御装置の構成］
図８は、本実施形態における電子機器としての電子時計１の概略構成を示す図である。
図８において、電子時計１の電源である大容量コンデンサ（二次電池）９は、昇圧回路９Ｂ、補助コンデンサ９Ｃ、および定電圧回路９Ｄを介して時刻表示部の駆動部である発振回路４、分周回路５、駆動回路６、およびステッピングモータ３に接続されている。一方、大容量コンデンサ９は、前記第１実施形態における図４に示したものと同様の制御手段１３０および電圧検出回路（電圧検出手段）１４０を介して日付表示機構１０の駆動制御回路１００Ａに接続されている。そして、発信回路４からの基本時計駆動信号が制御手段１３０のタイマ１３２に入力するようになっている。以上のように、大容量コンデンサ９に充電された電源電圧を昇圧回路９Ｂで昇圧し、かつ補助コンデンサ９Ｃに一旦充電してから時刻表示部の駆動部に印加することで、ステッピングモータ３に安定した駆動電圧を供給することができ、指針２の運針を安定化させることができる。

［２−２．圧電アクチュエータＡの駆動制御方法］
本実施形態における圧電アクチュエータＡの駆動制御方法は、電子時計１における圧電アクチュエータＡ以外の負荷に応じて、負荷が重ならないような動作タイミングで圧電アクチュエータＡの駆動を制御するものである。
ここで、電子時計１における圧電アクチュエータＡ以外の負荷としては、時刻表示部のステッピングモータ３の駆動パルスや、アラームやブザー等の駆動パルス、振動モータの駆動パルス、指針２等の移動部材の位置検出用光学位置検出装置における発光ダイオードの駆動パルス等、電源電圧への負荷が大きい（重負荷な）ものが例示される。そして、以下では、重負荷なものの代表としてステッピングモータ３（秒モータ）を駆動する駆動パルスのタイミングに基づいて、圧電アクチュエータＡの駆動および圧電アクチュエータＡの駆動制御における電圧検出のタイミングを制御する制御方法について説明する。

図９は、電子時計１における動作を示すタイミングチャートである。
図９において、ステッピングモータ３（秒モータ）は、分周回路５からの１Ｈｚの基準信号に基づいた駆動パルスＤ１で駆動されているため、１秒間隔のタイミングで電圧降下が起きている。このような電圧降下が起きたタイミングで圧電アクチュエータＡを起動させようとすると、実際の電源電圧は低下していないにもかかわらず、電源電圧が低下したものと判定され、前記駆動周波数変更手段１２０による駆動周波数変更が頻繁に実行されてしまう。このため、本実施形態の駆動制御方法では、発信回路４からの基本時計駆動信号に基づいて、電圧検出回路１４０による電圧低下の検出タイミングＤ３が、ステッピングモータ３（秒モータ）の駆動パルスＤ１のタイミングからずれるように設定されている。つまり、１Ｈｚの基準信号の間隔（略１秒間）の間に電圧検出回路１４０による電圧の検出が実行され、ステッピングモータ３の駆動パルスが出力される直前から直後までの間には、電圧の検出が実行されないようになっている。そして、圧電アクチュエータＡの駆動タイミングＤ２も検出タイミングＤ３と同様に、ステッピングモータ３の駆動パルスＤ１のタイミングからずれるように設定されている。

以上のような本実施形態によれば、電圧低下の検出タイミングＤ３が、電源電圧への負荷が大きい駆動が実行されるタイミング（駆動パルスＤ１のタイミング）からずらされていることで、このような重負荷による影響を回避でき、電源電圧が低下しておらず正常動作しているにもかかわらず、不必要に圧電アクチュエータＡの駆動周波数の変更が実行されることを防止できる。従って、電子時計１において、指針２の運針を安定化させることができるとともに、無駄な電力消費を防止してさらなる省電力化が実現できる。

［３．第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図１０、１１に基づいて説明する。
本実施形態は駆動制御装置１００（駆動制御回路１００Ａ）を携帯型の電子機器に適用した点で第１、第２実施形態と相違するものであるが、圧電アクチュエータの駆動装置の構成は前記実施形態のいずれかと同じである。ここで、第３実施形態の説明中、前記実施形態と同一の構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。

［３−１．電子機器の構成］
本実施形態において、電子機器（携帯機器）は、決済機能を有する非接触型ＩＣカード２００であり、このＩＣカード２００に圧電アクチュエータＡおよび駆動装置２１０が設けられている。
図１０は、非接触型ＩＣカード２００の外観斜視図である。
図１０において、非接触型ＩＣカード２００の表面側には、残金表示を行う残金表示カウンタ２０１が設けられている。
残金表示カウンタ２０１は、４桁の残金を表示するものであり、図１１に示される通り、上位２桁を表示する上位桁表示部２０２と、下位２桁を表示する下位桁表示部２０３とを備えている。

上位桁表示部２０２は、ロータ２０Ａを介して圧電アクチュエータＡに連結されており、ロータ２０Ａの駆動力によって駆動される。上位桁表示部２０２の主要部は、送り爪を有し、ロータ２０Ａが１／ｎ回転すると１回転する駆動ギア２０２Ａと、駆動ギア２０２Ａの１回転で１目盛分回転する第１上位桁表示車２０２Ｂと、第１上位桁表示車２０２Ｂの１回転で１目盛分回転する第２上位桁表示車２０２Ｃと、第１上位桁表示車２０２Ｂの非回転時に第１上位桁表示車２０２Ｂを固定する固定部材２０２Ｄとを備えている。なお、第２上位桁表示車２０２Ｂについても、第２上位桁表示車２０２Ｃを固定する図示しない固定部材が設けられている。
駆動ギア２０２Ａは、ロータ２０Ａが１／ｎ回転すると１回転する。そして、駆動ギア２０２Ａの送り爪は、第１上位桁表示車２０２Ｂの送りギア部に噛合しており、第１上位桁表示車２０２Ｂは１目盛分回転することとなる。さらに、第１上位桁表示車２０２Ｂが回転し、１回転すると、第１上位桁表示車２０２Ｂに設けられている送りピンが送りギアを回転させ、第２上位桁表示車２０２Ｃの送りギアを回転させ、第２上位桁表示車２０２Ｃを１目盛分回転させることとなる。

下位桁表示部２０３は、ロータ２０Ｂを介して圧電アクチュエータＡに連結されており、ロータ２０Ｂの駆動力によって駆動される。下位桁表示部２０３の主要部は、送り爪を有しロータ２０Ｂが１／ｎ回転すると１回転する駆動ギア２０３Ａと、駆動ギア２０３Ａの１回転で１目盛分回転する第１下位桁表示車２０３Ｂと、第１下位桁表示車２０３Ｂの１回転で１目盛分回転する第２下位桁表示車２０３Ｃとを備えている。
第１下位桁表示車２０３Ｂは、駆動ギア２０３Ａの送り爪に噛合する送りギア部を有しており、駆動ギア２０３Ａの１回転で１目盛分回転する。そして、第１下位桁表示車２０３Ｂには、送りピンが設けられており、第１下位桁表示車２０３Ｂが１回転する毎に、送りギアを回転させ、第２下位桁表示車２０３Ｃを１目盛分回転させる。この場合において、第１下位桁表示車２０３Ｂおよび第２下位桁表示車２０３Ｃの固定部材（不図示）は、非回転時にそれぞれの送りギア部に噛合して第１下位桁表示車２０３Ｂおよび第２下位桁表示車２０３Ｃを固定する。

以上の非接触型ＩＣカード２００において、アクチュエータＡは、駆動装置２１０により同期して駆動されるように設定されており、駆動装置２１０は、図示しないＩＣカードチップにより決済金額に相当する駆動制御信号が入力されることにより駆動されている。この駆動装置２１０の具体的な構造は前記各実施形態における駆動制御装置１００と同じであるため、説明を省略する。
以上のような構成により、非接触ＩＣカードのような薄型の携帯機器においても、機械的に残金額表示を行うことができ、駆動時以外は、電源を必要とせずに、表示を行えるので、低商品電力で表示を行えると共に、電源が無くなった場合においても、それまでの表示を保持することができる。

［４．実施形態の変形］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
例えば、前記各実施形態では、腕時計である電子時計１および非接触型ＩＣカード２００について説明したが、電子時計としては腕時計に限定されず、置時計や柱時計等でもよい。また、電子機器としては、電子時計やＩＣカードに限らず、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、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の駆動手段を用いることができる。さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、可動玩具の駆動機構等に本発明の駆動手段を用いてもよい。
また、前記実施形態では、電子時計１の日付表示機構の駆動に駆動手段である圧電アクチュエータＡを用いたが、これに限らず、電子時計１の時刻表示針（指針）を本発明の駆動手段で駆動してもよい。このようにすれば、指針を駆動するステッピングモータ３を圧電アクチュエータＡに置き換えることで、電子時計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Ａがステッピングモータ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、本発明では、駆動制御装置１００内の各手段等を各種論理回路素子等のハードウェアで構成したが、これに限らず、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）等を備えたコンピュータを電子機器内に設け、このコンピュータに所定のプログラムやデータ（各記憶部に記憶されたデータ）を組み込んで各手段を実現させるように構成したものでもよい。
ここで、前記プログラムやデータは、電子機器内に組み込まれたＲＡＭやＲＯＭ等のメモリに予め記憶しておけばよい。また、例えば、電子機器内のメモリに所定の制御プログラムやデータをインターネット等の通信手段や、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記録媒体を介してインストールしてもよい。そして、メモリに記憶されたプログラムでＣＰＵ等を動作させて、各手段を実現させればよい。なお、時計や携帯機器に所定のプログラム等をインストールするには、その時計や携帯機器にメモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けで時計や携帯機器に接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等を時計や携帯機器に接続して通信によってプログラム等を供給しインストールしてもよいし、無線によってプログラムを供給してインストールしてもよい。

また、前記実施形態では、振動体１２の振動状態を表すものとして検出信号と駆動電圧信号との位相差を検出し、この位相差と目標位相差との比較に基づいて駆動信号の駆動周波数を変更するようにしたが、これに限定されない。すなわち、振動体１２の振動状態を表すものとしては、検出信号の電圧値や電流値を用いてもよく、これら検出信号の電圧値や電流値と、駆動信号の電圧値や電流値とを比較するようにしてもよい。
さらに、目標位相差は予め設定された一定値に限らず、振動体１２の振動状態に応じて、適宜変更可能に構成されていてもよい。

また、前記実施形態では、スイープ制御の際に、初期周波数ｆｍａｘである高い周波数から駆動周波数を減少させたが、これに限らず、低い周波数を初期値として、この初期値から周波数を増加させてもよい。さらに、前回（前日）駆動時の最適周波数ｆ０を記憶させておき、この前回値を初期値として用いてもよい。
さらに、前記実施形態では、タイマ１３２を用いて電源電圧の低下速度を算出するようにしたが、これに限らず、カウンタ等を用いてスイープ制御中の周波数変更処理回数をカウントし、このカウント値に基づいて電源電圧の低下速度を算出するようにしてもよい。

本発明は、圧電アクチュエータ駆動装置、電子機器、電子機器の駆動方法、電子機器の駆動制御プログラム、このプログラムを記録した記録媒体として利用できる。

Claims (12)

1. 圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータを駆動する圧電アクチュエータの駆動装置であって、
   前記駆動信号を前記振動体の圧電素子に供給する駆動手段と、
   前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出手段と、
   前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を変更させる駆動周波数変更手段と、
   電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出手段と、
   前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に実行させるとともに、前記電圧検出手段で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更処理を再実行させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
   前記基準低下速度は、前記圧電アクチュエータの所要の起動時間に基づいて設定されており、
   前記制御手段は、前記圧電アクチュエータの駆動開始時において、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方の低下速度に基づく前記駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に実行させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
   前記駆動周波数変更手段は、前記駆動信号と前記検出信号との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差と予め設定された目標位相差とを比較する比較手段とを有し、この比較結果に基づいて前記位相差が前記目標位相差に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を変更させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
   前記制御手段は、目標振動状態を実現させるための周波数よりも高い周波数を開始周波数として前記駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に開始させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
   前記制御手段は、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方が予め設定した駆動停止電圧を下回るまでの時間を計測するタイマを有し、このタイマで計測した時間が予め設定した基準時間よりも短ければ、前記低下速度が前記基準低下速度よりも速いと判断することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
   前記駆動周波数変更手段は、アップダウンカウンタを有し、このアップダウンカウンタのカウンタ値に基づいて前記駆動信号の駆動周波数を変更させ、
   前記制御手段は、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方の低下速度が前記基準低下速度よりも速いと判断した場合には、前記アップダウンカウンタのカウンタ値を初期化して前記駆動周波数変更処理を再実行させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置において、
   前記駆動周波数変更手段は、積分回路を有し、この積分回路の出力値に基づいて前記駆動信号の駆動周波数を変更させ、
   前記制御手段は、前記電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方の低下速度が前記基準低下速度よりも速いと判断した場合には、前記積分回路の出力値を初期化して前記駆動周波数変更処理を再実行させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動装置と、これにより駆動される圧電アクチュエータと、電源とを備えたことを特徴とする電子機器。
9. 請求項８に記載の電子機器において、
   前記圧電アクチュエータによって駆動される日付表示機構を備えた電子時計であることを特徴とする電子機器。
10. 圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータと、前記振動体の圧電素子に電力を供給する電源とを備えた電子機器を駆動する電子機器の駆動方法であって、
    前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出工程と、
    電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出工程と、
    前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更工程と、
    前記電圧検出工程で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更工程を再実行させる制御工程と
    を備えたことを特徴とする電子機器の駆動方法。
11. 圧電素子に所定の駆動周波数を有する駆動信号が与えられることにより振動する振動体を有した圧電アクチュエータと、前記振動体の圧電素子に電力を供給する電源とを備えた電子機器を駆動制御する電子機器の駆動制御プログラムであって、
    コンピュータを、
    前記駆動信号を前記振動体の圧電素子に供給する駆動手段と、
    前記振動体の振動を検出するとともに、検出した検出信号を出力する振動検出手段と、
    前記検出信号から検知される振動体の振動状態が目標振動状態に近づくように前記駆動信号の駆動周波数を変更させる駆動周波数変更手段と、
    電源電圧および前記圧電アクチュエータの駆動電圧のうちの少なくとも一方を検出する電圧検出手段と、
    前記駆動信号の駆動周波数を所定駆動周波数から増加または減少させる駆動周波数変更処理を前記駆動周波数変更手段に実行させるとともに、前記電圧検出手段で検出した電圧の低下速度に基づき、この低下速度が予め設定した基準低下速度よりも速い場合には、駆動周波数を前記所定駆動周波数に戻してから前記駆動周波数変更処理を再実行させる制御手段と
    のうちの少なくとも制御手段として機能させることを特徴とする電子機器の駆動制御プログラム。
12. 請求項１１に記載の電子機器の駆動制御プログラムがコンピュータにて読み取り可能に記録されたことを特徴とする記録媒体。

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