JP4774827B2 - 圧電アクチュエータの駆動制御装置、電子機器および圧電アクチュエータの駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータの駆動制御装置、電子機器および圧電アクチュエータの駆動制御方法に関する。

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は、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ、電子時計、携帯機器等の各種電子機器の分野に応用されている。
ところで、圧電アクチュエータは、周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動するため、圧電アクチュエータを駆動可能な駆動信号の周波数も、周囲温度や負荷等に応じて変動する。
そのため、例えば、駆動電圧と電流の位相などを検出し、その位相差が所定範囲内になるまで駆動周波数をスイープさせて駆動信号の周波数を最適な値に制御する位相差フィードバック制御を行う超音波モータ駆動方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６４−８８７５号公報

ところで、温度変化が大きい環境内で駆動される場合や、大電力が加わったり、連続駆動が必要となって圧電素子が発熱してしまう場合には、温度変化に応じて駆動周波数を変動させなければならない。すなわち、図１３に示すように、圧電アクチュエータに加える電力が０．５Ｗ、２．５Ｗ、３．０Ｗの場合に連続駆動すると、圧電アクチュエータの表面温度が電力に応じて上昇し、温度変化に伴い駆動周波数も変更する必要があった。

しかしながら、位相差フィードバック制御方式を採用した超音波モータ（圧電アクチュエータ）の駆動制御装置では、積分制御であるために瞬時の周波数変動に対して周波数の追従が困難であった。すなわち、追従を高めると圧電アクチュエータが発振してしまうため、圧電素子の連続駆動による急激な温度変化等の瞬時の変動に対する追従が困難であった。

一方、圧電アクチュエータの振動状態を検出し、その検出信号の周波数をフィードバックして制御する周波数フィードバック制御方式を採用することも考えられる。
しかしながら、周波数フィードバック制御方式では、周波数安定度が低いため、周波数変動が生じてしまい最大効率で駆動することができないという問題があった。

さらに、常にフィードバック制御を行うと周波数変調が起こり、メカ共振音の発生原因になってしまうという問題もあった。

本発明の目的は、周波数安定度を犠牲にすることなく、瞬時の周波数変動に対しても追従が可能であり、かつメカ共振の発生も抑制できる圧電アクチュエータの駆動制御装置、圧電アクチュエータおよび駆動制御装置を備えた電子機器、圧電アクチュエータの駆動制御方法を提供することにある。

本発明は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータの駆動制御装置であって、前記圧電素子へ供給する駆動信号および前記振動体の振動状態を表す検出信号の位相差を検出する位相差検出手段と、前記検出信号の周波数を検出する周波数検出手段と、前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御する制御手段とを備えて構成され、前記制御手段は、位相差検出手段で検出された前記位相差および周波数検出手段で検出された前記周波数に基づいて前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御するフィードバック制御モードと、駆動信号の周波数を固定して制御する周波数固定制御モードとを選択して実行し、フィードバック制御モード時に、前記位相差の変動量が所定範囲内であり、かつ前記周波数の変動量が所定範囲内である状態が設定時間継続している場合には、周波数固定制御モードに切り替え、周波数固定制御モード時に、前記位相差の変動量または前記周波数の変動量の少なくとも一方が所定範囲外となった場合には、フィードバック制御モードに切り替えることを特徴とする。

駆動信号の周波数を制御する制御手段は、位相差に基づく位相差フィードバック制御と、周波数に基づく周波数フィードバック制御を併用しているので、駆動信号の周波数安定度が低下することを防止でき、かつ、瞬時の周波数変動に対しても追従して制御できる。このため、温度変化が大きい環境で使用している場合や、大電力・連続駆動などによって圧電アクチュエータが発熱して温度変化が大きくなった場合でも、圧電アクチュエータを安定して駆動することができる。
従って、従来は圧電アクチュエータの利用が難しかった温度変化が激しい環境での使用や、大電力でかつ連続駆動の用途にも利用することが可能となり、特に駆動源も小型化が必要な小型の電子機器の駆動源として様々な用途に利用することができる。

さらに、制御手段は、フィードバック制御モードの他に、駆動信号の周波数を固定する周波数固定制御モードを備え、各制御モードを切り替えて実行できるため、フィードバック制御を継続した際に発生するメカ共振を抑えて圧電アクチュエータを駆動することができる。

位相差および周波数の変動量が所定範囲内であることが設定時間、たとえば０．５〜１秒間継続している場合に、周波数固定制御モードに移行する。このため、温度変化なども殆ど無く安定した駆動状態になっている場合には周波数固定制御を行うことができ、駆動信号の周波数を固定していても、圧電アクチュエータを安定して駆動できる。
また、位相差および周波数の一方の変動量が所定範囲から外れた場合には、即座にフィードバック制御モードに移行する。このため、周波数固定制御モード時に温度変化等が生じても即座にフォードバック制御に戻してその状況に応じた周波数に調整でき、この点でも圧電アクチュエータを安定して駆動することができる。

本発明では、前記制御手段は、圧電アクチュエータの駆動開始時に実行される初期駆動制御モードを備え、初期駆動制御モード時は、駆動信号の周波数を所定範囲で掃引し、前記位相差検出手段で検出された位相差が所定値になった時点で掃引を停止し、前記フィードバック制御モードに切り替えることが好ましい。

圧電アクチュエータの駆動開始時に、駆動信号の周波数を所定範囲で掃引（スイープ）すれば、圧電アクチュエータを確実に駆動することができる。また、所定の位相差になった時点で掃引を停止してフィードバック制御モードに移行しているので、フィードバック制御モード開始時には前記掃引を停止した時点の駆動周波数から制御を開始することができ、適切な駆動状態を維持しつつ、フィードバック制御に移行することができる。

本発明では、前記位相差検出手段は、前記検出信号の位相を予め設定された位相差だけシフトする位相シフト器と、この位相シフト器の出力と駆動信号との位相を比較して位相差を出力する位相比較器と、位相比較器の出力信号が入力可能に構成されたローパスフィルタとを備えて構成され、前記制御手段は、フィードバック制御モードの開始時にローパスフィルタを作動し、前記位相比較器からローパスフィルタを介して入力される位相差と、前記周波数とに基づいて駆動信号の周波数をフィードバック制御し、フィードバック制御モードの終了時にローパスフィルタを停止してその時点の出力をローパスフィルタに保持することが好ましい。

位相シフト器に制御目標となる位相差を設定しておくことで、位相比較器からの出力が小さくなるように制御することで目標位相差に制御できる。そして、フィードバック制御モード時には位相比較器からの出力をローパスフィルタに入力しているので、目標位相差に対する変位量が積算され、制御手段はこの積算量に基づいて駆動信号の周波数を制御する。このため、駆動信号の周波数の安定度を高めた制御を実現できる。
その上、ローパスフィルタはフィードバック制御モード時のみ作動されるため、制御手段は、周波数固定制御モード時には位相比較器から直接出力される位相差に基づいてフォードバック制御モードへの移行を制御でき、変動があった場合に迅速にフィードバック制御モードに移行することができる。

本発明の駆動制御装置は、前記圧電素子に供給する駆動信号の電圧を制御して駆動対象の駆動速度を調整する電圧コントローラと、圧電アクチュエータを流れる電流値を検出する電流検出器と、駆動対象の目標駆動速度に基づいて設定される電流指令値および前記電流検出器で検出された電流値に基づいて前記電圧コントローラを制御する電流制御器と、を備えることが好ましい。

駆動信号の周波数制御は、圧電アクチュエータが最も効率的に駆動するように制御するが、振動体の変位量つまり駆動対象の駆動速度を調整するには、駆動信号の電圧値を制御する必要がある。
この際、駆動信号の電圧値を変更しても、温度変化等によって駆動信号の周波数が変化する場合には、圧電素子のインピーダンスも変化して流れる電流値が変化するため、目標となる駆動速度に調整することが難しい。
これに対し、本発明では、圧電アクチュエータ（圧電素子）を流れる電流値を検出し、目標駆動速度に応じて設定される電流指令値と比較しながら駆動信号の電圧値を制御しているので、単に駆動信号の電圧値を制御する場合に比べて、安定してかつ精度の高い駆動速度制御を行うことができる。

本発明の駆動制御装置は、前記圧電素子に供給する駆動電圧の電圧を制御して駆動対象の駆動速度を調整する電圧コントローラと、圧電アクチュエータで駆動される駆動対象の駆動速度を検出する駆動速度検出器と、駆動対象の目標駆動速度に基づいて設定される駆動速度指令値および前記駆動速度検出器で検出された駆動速度に基づいて前記電圧コントローラを制御する駆動速度制御器と、を備えることが好ましい。

本発明では、圧電アクチュエータで駆動される駆動対象（例えばロータ）の駆動速度（例えば回転数）を直接検出し、目標駆動速度に応じて設定される駆動速度指令値と比較しながら駆動信号の電圧値を制御しているので、圧電アクチュエータを流れる電流値に基づいて駆動信号の電圧値を制御する場合に比べて、より精度の高い駆動速度制御を行うことができる。

なお、圧電アクチュエータを流れる電流値と、駆動対象の駆動速度とを共に検出し、これらの検出値に基づいて駆動信号の電圧値を制御してもよい。
例えば、駆動制御装置は、前記圧電素子に供給する駆動信号の電圧を制御して駆動対象の駆動速度を調整する電圧コントローラと、圧電アクチュエータを流れる電流値を検出する電流検出器と、圧電アクチュエータで駆動される駆動対象の駆動速度を検出する駆動速度検出器と、駆動対象の目標駆動速度に基づいて設定される駆動速度指令値および前記駆動速度検出器で検出された駆動速度に基づいて電流指令値を出力する駆動速度制御器と、駆動速度制御器から入力される電流指令値および前記電流検出器で検出された電流値に基づいて前記電圧コントローラを制御する電流制御器と、を備えることが好ましい。
このような構成によれば、電流値および駆動速度の両方を検出して駆動信号の電圧を制御できるので、より高精度な速度調整を実現できる。

本発明の電子機器は、圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータで駆動される駆動対象と、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制御装置とを備えることを特徴とする。
この際、前記電子機器は、計時部と、該計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることが好ましい。

これらの電子機器や時計によれば、前記圧電アクチュエータの駆動制御装置を備えているので、周波数安定度を犠牲にすることなく、瞬時の周波数変動に対しても追従が可能な点など前記各発明と同じ作用効果を奏することができる。このため、圧電アクチュエータで駆動される駆動対象の制御も高精度に実現できる。
従って、例えば、時計の秒針のように連続して駆動が必要な駆動対象であっても、高精度に制御できる。このため、従来はステッピングモータが利用されていた時計の指針の駆動源として、圧電アクチュエータを利用することができ、時計の一層の薄型化が実現できると共に、圧電アクチュエータ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、時計の耐磁化を実現でき、携帯電話機などの磁気発生源の影響による時刻指示ずれを防止することができる。

本発明は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータの駆動制御方法であって、前記圧電素子へ供給する駆動信号および前記振動体の振動状態を表す検出信号の位相差を検出する位相差検出工程と、前記検出信号の周波数を検出する周波数検出工程と、前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御する周波数制御工程とを備えて構成され、前記周波数制御工程は、位相差検出工程で検出された前記位相差および周波数検出工程で検出された前記周波数に基づいて前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御するフィードバック制御工程と、駆動信号の周波数を固定して制御する周波数固定制御工程とを選択して実行し、フィードバック制御工程の実行時に、前記位相差の変動量が所定範囲内であり、かつ前記周波数の変動量が所定範囲内である状態が設定時間継続している場合には、周波数固定制御工程に切り替えて実行し、周波数固定制御工程の実行時に、前記位相差の変動量または前記周波数の変動量の少なくとも一方が所定範囲外となった場合には、フィードバック制御工程に切り替えて実行することを特徴とする。
このような駆動制御方法によって、前記圧電アクチュエータの駆動制御装置と同様の作用効果を奏することができる。

前記圧電アクチュエータの駆動制御装置は、ハードウェアで実現することもできるが、制御プログラムを用いて実現することもできる。
圧電アクチュエータの駆動制御装置の制御プログラムは、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータの駆動制御装置の制御プログラムであって、前記駆動制御装置に組み込まれたコンピュータを、前記圧電素子へ供給する駆動信号および前記振動体の振動状態を表す検出信号の位相差を検出する位相差検出手段と、前記検出信号の周波数を検出する周波数検出手段と、前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御する制御手段として機能させ、前記制御手段は、位相差検出手段で検出された前記位相差および周波数検出手段で検出された前記周波数に基づいて前記圧電素子に供給
する駆動信号の周波数を制御するフィードバック制御モードと、駆動信号の周波数を固定して制御する周波数固定制御モードとを選択して実行し、フィードバック制御モード時に、前記位相差の変動量が所定範囲内であり、かつ前記周波数の変動量が所定範囲内である状態が設定時間継続している場合には、周波数固定制御モードに切り替え、周波数固定制御モード時に、前記位相差の変動量または前記周波数の変動量の少なくとも一方が所定範囲外となった場合には、フィードバック制御モードに切り替えるように機能させればよい。
このように構成すれば、駆動制御装置に組み込まれたコンピュータを前記各手段として機能させることで、前述の駆動制御装置と同様の作用効果を奏することができる。
ここで、前記制御プログラムは、ネットワークなどを介してコンピュータに組み込んでもよいし、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を介して組み込んでもよい。

本発明の圧電アクチュエータの駆動制御装置、電子機器、圧電アクチュエータの駆動制御方法によれば、周波数安定度を犠牲にすることなく、瞬時の周波数変動に対しても追従が可能で、かつメカ共振音の発生も抑えることができる。

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。
まず、電子機器の実施形態として、圧電アクチュエータによって駆動されるクロノグラフ秒針を備えた電子時計を例示する。

［１．全体構成］
図１は、本実施形態にかかる電子時計１を示す平面図である。電子時計１は、通常時刻を表示するための時針２、分針３、秒針４のほか、クロノグラフ時間を示す秒クロノグラフ針（秒ＣＧ針）５、分クロノグラフ針（分ＣＧ針）６を備えている。

［２．秒クロノグラフ針５の駆動機構］
秒クロノグラフ針５を駆動する駆動機構は、圧電アクチュエータ２０と、この圧電アクチュエータ２０によって回転駆動される駆動対象（被駆動体）としてのロータ３０と、ロータ３０の回転を減速しつつ伝達する減速輪列４０とを備えて構成されている。
減速輪列４０は、ロータ３０と同軸に配置されてロータ３０と一体的に回転する歯車４１と、この歯車４１に噛合し、かつ、秒クロノグラフ針５の回転軸に固定された歯車４２とで構成されている。
なお、圧電アクチュエータ２０と、ロータ３０および歯車４１は、図２，３に示すように、圧電アクチュエータユニット１０としてユニット化されている。

［３．圧電アクチュエータユニットの構成］
圧電アクチュエータユニット１０は、電子時計１の地板などに固定される支持プレート１１と、支持プレート１１に固定された圧電アクチュエータ２０と、支持プレート１１に回転自在に取り付けられたロータ３０および歯車４１とを備えて構成されている。

支持プレート１１は、軽量化のために孔１２が形成されており、かつ、ネジ等の固定部材１３によって地板などに固定されている。また、支持プレート１１には圧電アクチュエータ２０が取り付けられるスペーサ１４が固定されている。

［４．圧電アクチュエータの構成］
圧電アクチュエータ２０は、図２，３に示すように、略矩形板状の補強板２１と、補強板２１の両面に接着された圧電素子２２とからなる振動体２０Ａを備えている。
補強板２１の長手方向略中央には、両側に突出する腕部２３が形成されており、これらの各腕部２３がビス２４によって前記スペーサ１４に固定されている。なお、腕部２３を備える補強板２１は、導電性金属で構成されており、前記腕部２３は圧電素子２２に駆動信号を印加するための電極としても利用されている。
補強板２１の長手方向一方の端部、具体的にはロータ３０に対向する端部には、補強板２１の長手方向に沿って突出する突起２５が形成されている。突起２５は、ロータ３０の側面に当接されており、この突起２５により駆動対象に当接する当接部が構成されている。

圧電素子２２は、略矩形板状に形成され、補強板２１両面の略矩形状部分に接着されている。この圧電素子２２の両面には、めっき層によって電極が形成されている。
なお、圧電素子２２の補強板２１側の面には、その全面に１つの電極が形成され、この電極に接触する補強板２１および腕部２３を介して図示しない駆動制御装置に電気的に接続されている。
また、圧電素子２２の表面側の面には、図３にも示すように、５つに分割された電極が形成されている。すなわち、圧電素子２２の表面側の電極は、圧電素子２２の幅方向にほぼ三等分され、その中央の電極によって駆動電極２２１が形成されている。また、駆動電極２２１の両側の電極は、圧電素子２２の長手方向にほぼ二等分され、圧電素子の対角上でそれぞれ対となる駆動電極２２２および駆動電極２２３が形成されている。
これらの駆動電極２２１，２２２，２２３もそれぞれリード線などによって図示しない駆動制御装置に接続されている。

このような圧電アクチュエータ２０では、駆動電極２２２，２２３を使い分けることにより、ロータ３０を両方向に回転駆動することができる。
すなわち、駆動電極２２１と駆動電極２２２とを電圧印加の対象として圧電素子２２に電圧を印加すると、振動体２０Ａは縦振動および屈曲振動を励振し、振動体２０Ａの突起２５が圧電素子２２の長手方向の中心線に対して傾斜した楕円軌跡を描く。そして、突起２５の押圧により、ロータ３０は順方向に回転する。一方、駆動電極２２２の代わりに駆動電極２２３を電圧印加の対象とした場合には、駆動電極２２２と駆動電極２２３とは、圧電素子２２の長手方向の中心線を軸として線対称の位置関係にあるから、駆動電極２２３に電圧を印加することにより、縦振動に対する交差方向が駆動電極２２２に電圧印加した場合とは線対称となる屈曲振動が誘発される。したがって、振動体２０Ａの突起２５の軌跡は、駆動電極２２２に電圧印加した場合とは線対称に傾斜する楕円軌跡となり、ロータ３０は反対方向に回転駆動される。

ロータ３０は、円盤状に形成されている。なお、本実施形態では、ロータ３０の外周面には溝３１が形成され、この溝３１部分に前記突起２５が配置されている。この溝３１によって、時計１が落下等して圧電アクチュエータ２０に衝撃が加わった際に、突起２５がロータ３０の当接面から外れないようにガイドすることができる。
但し、圧電アクチュエータ２０およびロータ３０は共に支持プレート１１に取り付けられており、衝撃が加わった際にも圧電アクチュエータ２０およびロータ３０が相対的にずれてしまうことは殆ど無いため、溝３１を設けずにロータ３０の外周面をフラットに形成し、その外周面に突起２５を当接させてもよい。

この圧電アクチュエータ２０の突起２５は、ロータ３０の外周面に対して所定の力で当接するように、圧電アクチュエータ２０およびロータ３０の相対位置が設定されている。これにより突起２５とロータ３０側面との間に適切な摩擦力が発生し、圧電アクチュエータ２０の駆動力の伝達効率が良好となる。

このような時計１では、駆動制御装置が圧電アクチュエータ２０への駆動信号を制御することにより、所定の周波数の駆動信号が印加されると、圧電アクチュエータ２０は、縦一次振動モードと屈曲二次振動モードとを組み合わせた振動を励振する。突起２５は、これらの振動モードを組み合わせた略楕円軌道を描いて振動し、その振動軌道の一部でロータ３０を押圧することによりロータ３０を回転駆動する。
ロータ３０が回転駆動すると、ロータ３０と一体の歯車４１も回転し、歯車４１の回転に伴い歯車４２が回転し、秒クロノグラフ針５を作動する。

なお、歯車４１の回転は、歯車４１の上方に配置された回転センサ１５によって検出可能に構成されている。従って、本実施形態では、回転センサ１５によって駆動対象の回転数つまり駆動速度を検出する駆動速度検出器が構成されている。

［５．圧電アクチュエータの駆動制御装置の構成］
次に、圧電アクチュエータ２０の駆動制御装置５０の構成を図４に基づいて説明する。
図４において、駆動制御装置５０は、電圧制御発振器５１、デットタイム生成回路５２、ゲートドライバ５３、電源５４、スイッチ回路５５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５６、信号増幅器（ＡＭＰ）５７、コンパレータ（ＣＭＰ）５８、位相シフト器５９、位相比較器６０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１、周波数電圧変換器６２、制御手段である制御器６３を備えて構成されている。

電圧制御発振器５１は、印加される電圧によって出力する信号の周波数を可変できる発振器であり、圧電アクチュエータ２０の駆動信号を生成している。
デットタイム生成回路５２は、後述するスイッチ回路５５の切替タイミングを制御して貫通電流を抑制するためのデットタイムを生成し、このデットタイムが追加された駆動信号を出力する回路である。

ゲートドライバ５３は、デットタイム生成回路５２から出力された駆動信号に基づいてスイッチ回路５５のオンオフを制御するドライブ回路であり、本実施形態では２つのゲートドライバ５３Ａ，５３Ｂを備えている。
そして、デットタイム生成回路５２からゲートドライバ５３Ｂに入力される駆動信号はインバータ（ＮＯＴゲート）６４を経由するため、ゲートドライバ５３Ａに入力される駆動信号が反転した信号とされている。
電源５４は、圧電アクチュエータ２０に対して電圧ＶＤＤおよびＶＳＳ間の電位差の電圧または電圧ＶＤＤおよびＧＮＤ間の電位差の電源電圧を印加するものである。

スイッチ回路５５は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるスイッチ５５Ａ，５５Ｂと、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで構成されるスイッチ５５Ｃ，５５Ｄとで構成されている。これらの各スイッチ５５Ａ〜５５Ｄは、ゲートドライバ５３Ａ，５３Ｂによってゲートに加えられる電圧が制御されることで、オンオフ制御されている。
すなわち、スイッチ５５Ａ，５５Ｃを駆動するゲートドライバ５３Ａと、スイッチ５５Ｂ，５５Ｃを駆動するゲートドライバ５３Ｂとは、互いに反転した駆動信号で動作するため、同じＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５Ａ，５５Ｂは、一方のスイッチ５５Ａがオンされている場合には他方のスイッチ５５Ｂはオフされる。
同様に、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチ５５Ｃ，５５Ｄは、一方のスイッチ５５Ｃがオンされている場合には他方のスイッチ５５Ｄはオフされる。
また、直列に接続されたスイッチ５５Ａ，５５Ｃでは、ゲートドライバ５３Ａから同じ駆動信号が入力されるため、一方がオンの場合、他方がオフされる。同様に、直列に接続されたスイッチ５５Ｂ，５５Ｄでも、一方がオンの場合、他方がオフされる。

これらのスイッチ５５Ａ〜５５Ｄは、圧電アクチュエータ（超音波モータ）２０に対してブリッジ接続され、前記ゲートドライバ５３Ａ，５５Ｂによってブリッジの対角に位置する一対のスイッチ５５Ａ，５５Ｄで構成されるスイッチ回路と、他の一対のスイッチ５５Ｂ，５５Ｃで構成されるスイッチ回路とを交互にオンオフ制御することで、電源５４によって印加される所定の電源電圧を交番する矩形波電圧に変換して圧電アクチュエータ２０に印加するものである。

なお、各スイッチ回路のオンオフを切り替える際に、直列に接続されたスイッチ５５Ａ，５５Ｃや、スイッチ５５Ｂ，５５Ｄが同時にオンになってしまうと、各スイッチ５５Ａ，５５Ｃや、スイッチ５５Ｂ，５５Ｄに貫通電流が流れてしまう。この貫通電流は、圧電アクチュエータ２０の駆動動作に利用されないために消費電力の浪費になり、かつ、スイッチ素子の焼き付け等の原因となってしまう。このため、前記デットタイム生成回路５２において、一方のスイッチ回路がオフされてから、所定時間（デットタイム）経過後に他方のスイッチ回路をオンすることで、同時に各スイッチ回路がオンされることを防止するためのデットタイムを設定している。

バンドパスフィルタ（単峰フィルタ）５６は、圧電アクチュエータ２０の振動状態に基づいて検出される検出信号（振動信号）を、所定の周波数範囲に含まれる周波数の検出信号だけ通過させ、それ以外の周波数の信号を減衰させるフィルタである。
このバンドパスフィルタ５６を通過した検出信号は、信号増幅器５７で増幅され、コンパレータ５８で所定の閾値と比較されて２値化される。

位相シフト器５９は、コンパレータ５８で２値化された信号を、あらかじめ設定された位相差分シフトする。なお、位相シフト器５９に設定される位相差は、圧電アクチュエータ２０が共振状態となって最も効率的に振動する際の駆動信号と検出信号の位相差である。
位相比較器６０は、位相シフト器５９から出力された信号の位相と、電圧制御発振器５１から出力される駆動信号の位相とを比較し、その位相差情報を出力する。ここで、前述の通り、位相シフト器５９は、検出信号の位相を、目標とされる位相差分だけシフトしているので、位相比較器６０の出力が零に近づくほど目標位相差に近づいていることになる。

ローパスフィルタ６１は、所定の周波数以下の周波数の信号だけ通過させ、所定の周波数以上の周波数の信号は減衰させるフィルタであり、積分回路として機能する。
従って、本実施形態では、位相シフト器５９、位相比較器６０、ローパスフィルタによって位相差検出手段が構成されている。
また、ローパスフィルタ６１は、制御器６３によって作動が制御されている。このため、制御器６３は、ローパスフィルタ６１が作動されている時には、ローパスフィルタ６１の出力に基づいて電圧制御発振器５１に加える制御電圧を設定し、ローパスフィルタ６１が停止されている時には、位相比較器６０から直接入力される出力に基づいて制御電圧を設定している。

また、位相シフト器５９の出力は、周波数電圧変換器６２に入力されている。周波数電圧変換器６２は、位相シフト器５９からの出力信号の周波数に応じた電圧を出力しており、この周波数電圧変換器６２によって周波数検出手段が構成されている。

制御手段である制御器６３は、入力される各信号（電圧）を加算したり、乗算するための加算器、乗算器を備えて構成されている。すなわち、制御器６３は、圧電アクチュエータ２０の振動状態を表す検出信号に基づく位相比較器６０やローパスフィルタ６１から入力される位相差情報と、周波数電圧変換器６２から入力される周波数情報によって駆動信号の周波数を設定するための電圧を制御している。
そして、制御器６３から出力される電圧信号によって電圧制御発振器５１から出力される駆動信号の周波数が調整されている。

［６．圧電アクチュエータの駆動制御手順］
このような構成の駆動制御装置５０における圧電アクチュエータ２０の駆動制御手順に関し、図５〜８に示すフローチャートおよび図９のタイミングチャートに基づいて説明する。

［６−１．駆動制御全体］
駆動制御装置５０は、図５に示すように、圧電アクチュエータ２０の起動時に実行される初期駆動制御工程（ステップ１、以下ステップを「Ｓ」と略す）と、初期駆動制御工程Ｓ１後に実行されるフィードバック制御工程Ｓ２および周波数固定制御工程Ｓ３とを備えている。
フィードバック制御工程Ｓ２および周波数固定制御工程Ｓ３の切り替えは、後述するように所定の条件を満たすか否かによって制御される。すなわち、圧電アクチュエータ２０の振動状態を表す検出信号の周波数変動と、駆動信号および検出信号の位相差変動とがいずれも小さくなって安定した制御状態になっている場合には周波数固定制御工程Ｓ３が実行され、周波数変動や位相差変動が大きくなってきた場合にはフィードバック制御工程Ｓ２が実行されるように制御されている。

［６−２．初期駆動制御工程］
初期駆動制御工程Ｓ１では、図６に示すように、制御器６３は、まず、ローパスフィルタ６１を停止し、その出力を初期化する（Ｓ１１）。
次に、制御器６３は、電圧制御発振器５１に入力する電圧を制御し、電圧制御発振器５１から出力される駆動信号の周波数をfminからfmaxまで掃引（スイープ）する（Ｓ１２）。たとえば、fmin＝230kHz、fmax＝280kHzの場合、駆動信号の周波数を230kHzから280kHzまで変化させる。

駆動信号の周波数がスイープされている間、制御器６３は、位相比較器６０からの出力が「０」、つまり駆動信号と検出信号の位相差が予め位相シフト器５９に設定されている所定値になったか否かを判断する（Ｓ１３）。
そして、制御器６３は、位相比較器６０の出力が「０」になるまで、駆動信号の周波数スイープを継続し、出力が「０」になった時点で初期駆動制御工程を終了し、フィードバック制御工程Ｓ２を実施する（Ｓ１４）。
なお、Ｓ１１でローパスフィルタ６１を停止しているのは、初期駆動制御工程Ｓ１では駆動信号の周波数をスイープさせながら、直接位相比較器６０の出力を検出して最適駆動位相となる周波数にロックさせる処理を行うため、ローパスフィルタ６１を作動させる必要がなく、かつ、作動させたままにしておくと、積分回路であるローパスフィルタ６１の値が増大し、次にローパスフィルタ６１の出力に基づいて制御する際に異常な制御値になってしまうという問題が生じるためである。

［６−３．フィードバック制御工程］
フィードバック制御工程Ｓ２では、制御器６３は、図７に示すように、まずローパスフィルタ６１を起動する（Ｓ２１）。また、制御器６３は、タイマカウントＮを「０」にして初期化する（Ｓ２２）。
そして、制御器６３は、駆動信号および検出信号の位相差と、検出信号の周波数とに基づいて駆動信号の周波数を制御するフィードバック制御を開始する（Ｓ２３）。
すなわち、ローパスフィルタ６１の出力に基づく位相差フィードバック制御によって、駆動信号の周波数の安定度を高め、最大効率での駆動を可能にしている。また、位相差フィードバック制御では瞬時の周波数変動に対しては追従が困難であるが、周波数電圧変換器６２の出力に基づく周波数フィードバック制御を併用することによって、瞬時の周波数変動に対しても追従して制御でき、温度変化が大きい環境で使用している場合や、大電力・連続駆動などによって圧電アクチュエータ２０が発熱して温度変化が大きくなった場合でも安定した駆動を可能にしている。

制御器６３は、フィードバック制御の継続中に、制御状況を検出して周波数固定制御工程Ｓ３に移行するか否かを判断している。
すなわち、制御器６３は、周波数電圧変換器６２から入力される電圧値の微分値VFD を求め（Ｓ２４）、さらに、位相比較器６０から入力される位相差の微分値VPD を求める（Ｓ２５）。
そして、制御器６３は、微分値VFD つまり検出信号の周波数変動量が所定範囲VFmin からVFmax の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ２６）。ここで、たとえば、VFmin は周波数が−５００Ｈｚに該当する電圧であり、VFmax は＋５００Ｈｚに該当する電圧である。

制御器６３は、検出信号の周波数変動が所定範囲、たとえば±５００Ｈｚの範囲内であった場合、つまり周波数変動が少なく安定している場合には（Ｓ２６でＹＥＳ）、微分値VPD つまり位相差変動量が所定範囲VPmin からVPmax の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ２７）。ここで、たとえば、VPmin は位相差が−５度であり、VPmax は＋５度である。

そして、制御器６３は、駆動信号および検出信号の位相差が所定範囲、たとえば±５度の範囲内であれば、タイマカウント変数Ｎに１を加算する（Ｓ２８）。
次に、制御器６３は、変数Ｎが予め設定された設定値Countstopに達したか否かを判断し（Ｓ２９）、達していなければ前記Ｓ２４〜Ｓ２８を繰り返す。
一方、Ｓ２６やＳ２７で「Ｎｏ」と判断された場合には、タイマカウント変数Ｎは「０」にリセットされ（Ｓ３０）、前記Ｓ２４〜Ｓ２７を繰り返す。

制御器６３は、Ｓ２９で「Ｙｅｓ」と判断された場合には、変数Ｎが設定値Countstopに達するまでの設定時間、周波数変動および位相差変動が少ない状態、つまり安定したフィードバック制御が継続して行われていることになるため、ローパスフィルタ６１を停止してその出力を保持し（Ｓ３１）、フィードバック制御を終了して周波数固定制御工程Ｓ３に移行する（Ｓ３２）。
なお、制御器６３がたとえばシステムクロック１２５ｋＨｚで動作し、かつ前記設定値Countstopが「125000」とされていた場合、変数Ｎが０から125000まで更新される前記設定時間は、Countstop／システムクロック＝125000/125000＝１秒である。

［６−４．周波数固定制御工程］
周波数固定制御工程Ｓ３では、制御器６３は、まず、電圧制御発振器５１の電圧値（指令値）を維持する（Ｓ４１）。このため、電圧制御発振器５１から出力される駆動信号は周波数が固定された信号となり、周波数固定制御が実行される。

そして、制御器６３は、周波数固定制御の継続中に、制御状況を検出してフィードバック制御工程Ｓ２に移行するか否かを判断している。
すなわち、制御器６３は、フィードバック制御工程のＳ２４〜２７と同様に、周波数電圧変換器６２から入力される電圧値の微分値VFD を求め（Ｓ４２）、位相比較器６０から入力される位相差の微分値VPD を求め（Ｓ４３）、微分値VFD が所定範囲VFmin からVFmax の範囲内であるか否かを判断し（Ｓ４４）、微分値VPD が所定範囲VPmin からVPmax の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ４５）。

そして、制御器６３は、Ｓ４４、Ｓ４５でともに「ＹＥＳ」と判断された場合、つまり、周波数変動および位相差変動が少なく安定した制御が行われている場合には、周波数固定制御を継続し、Ｓ４２からＳ４５を繰り返す。
一方、制御器６３は、Ｓ４４またはＳ４５で「Ｎｏ」と判断された場合には、周波数固定制御では安定した制御が継続できないと判断し、周波数固定制御工程Ｓ３を終了してフィードバック制御工程Ｓ２に戻る（Ｓ４６）。

その後は、周波数変動および位相差変動の状態に応じてフィードバック制御工程Ｓ２および周波数固定制御工程Ｓ３が選択されて実施される。なお、周波数固定制御工程Ｓ３からフィードバック制御工程Ｓ２に戻った場合、ローパスフィルタ６１の起動時（Ｓ２１）に、前回Ｓ３１で保持された出力に基づいてフィードバック制御が開始される。

図９には、このような制御を行った場合に、図４に示すＡ〜Ｈまでの箇所における各信号波形を示す。

このような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）制御器６３は、フィードバック制御モード時には、ローパスフィルタ６１の出力に基づく位相差フィードバック制御と、周波数電圧変換器６２の出力に基づく周波数フィードバック制御を併用しているので、駆動信号の周波数安定度が低下することを防止でき、かつ、瞬時の周波数変動に対しても追従して制御できる。このため、温度変化が大きい環境で使用している場合や、大電力・連続駆動などによって圧電アクチュエータ２０が発熱して温度変化が大きくなった場合でも、圧電アクチュエータ２０を安定して駆動することができる。
従って、従来は圧電アクチュエータ２０の利用が難しかった温度変化が激しい環境での使用や、大電力でかつ連続駆動の用途にも利用することが可能となり、特に腕時計などの小型の電子機器の駆動源として様々な用途に利用することができる。

（２）また、常にフィードバック制御を行うと周波数変調が起こり、メカ共振音が発生する原因になるが、制御器６３は周波数変動や位相差変動を検出し、変動が少ない場合には、フィードバック制御工程Ｓ２の代わりに、電圧制御発振器５１の周波数を固定する周波数固定制御工程Ｓ３を実行しているので、メカ共振を抑えて圧電アクチュエータ２０を駆動することができる。

（３）さらに、位相差および周波数の変動量が所定範囲内であることが設定時間、たとえば０．５〜１秒間継続している場合のみ、周波数固定制御モードに移行するように条件を設定している。このため、温度変化なども殆ど無く安定した駆動状態になっている場合に周波数固定制御が実行されるため、駆動信号の周波数を固定していても、圧電アクチュエータを安定して駆動できる。
また、位相差および周波数の一方の変動量が所定範囲から外れた場合には、即座にフィードバック制御モードに移行する。このため、周波数固定制御モード時に温度変化等が生じても即座にフォードバック制御に戻してその状況に応じた周波数に調整でき、この点でも圧電アクチュエータを安定して駆動することができる。

（４）周波数固定制御工程Ｓ３を行っている場合も、位相比較器６０からの出力はわずかに変動し、ローパスフィルタ６１を作動させたままにしておくと、その誤差が積算されて飽和してしまい、フィードバック制御工程Ｓ２のＳ２１でローパスフィルタ６１を起動した際に、制御器６３からの出力値（指令値）が大きくずれてしまい、圧電アクチュエータ２０が駆動しないおそれがある。
これに対し、本実施形態では、フィードバック制御工程Ｓ２を終了する際にローパスフィルタ６１を停止し、周波数固定制御工程Ｓ３ではローパスフィルタ６１を停止した状態で制御を行っているので、フィードバック制御工程Ｓ２のＳ２１でローパスフィルタ６１を起動した際に、フィードバック制御時の状態に応じた適切な出力値（指令値）を出力でき、圧電アクチュエータ２０を安定して効率的に駆動することができる。
さらに、ローパスフィルタ６１はフィードバック制御モード時のみ作動されるため、周波数固定制御モード時には位相比較器６０から直接出力される位相差に基づいてフォードバック制御モードへの移行を制御でき、変動があった場合に迅速にフィードバック制御モードに移行することができる。

（５）本実施形態の圧電アクチュエータの駆動制御装置５０は、フィードバック制御工程Ｓ２を実施する前に初期駆動制御工程Ｓ１を行い、駆動信号の周波数を所定周波数範囲内でスイープさせているので、この周波数範囲内で駆動する圧電アクチュエータ２０であれば確実にかつ迅速に駆動することができる。

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について、図１０に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態において、前述した各実施形態と同一または同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略または簡略する。

第２実施形態の駆動制御装置５０Ａは、第１実施形態の駆動制御装置５０の構成に加えて、電源５４の電圧（ＶＤＤやＶＳＳ）を制御可能なコントローラ７１と、このコントローラ７１に対して制御信号を出力する電流制御器７２と、この電流制御器７２に対して電流指令値を入力する電流指令装置７３と、圧電アクチュエータ２０部分を流れる電流を検出する電流検出器７４とを備える。

前記第１実施形態では、圧電アクチュエータ２０を最大効率で駆動するための駆動信号の周波数制御を行っていたが、実際に圧電アクチュエータ２０で駆動される被駆動体（ロータ３０）の駆動速度を調整するには、圧電アクチュエータ２０に加える電圧をコントロールする必要がある。
このため、本実施形態では、ＶＤＤやＶＳＳをコントローラ７１で制御可能に構成している。また、圧電アクチュエータ２０の圧電素子２２は温度変化等で駆動周波数が変更されるとインピーダンスも変化してしまうため、圧電アクチュエータ２０に加える電圧を変化させても圧電素子２２を流れる電流が変化し、圧電アクチュエータ２０を安定して制御することが難しい。このため、本実施形態では、電流検出器７４で電流値を検出し、電流制御器７２では検出された電流値と電流指令装置７３で指令された電流指令値とを比較してコントローラ７１を制御するようにしている。

このような本実施形態では、前記第１実施形態で得られる効果に加えて、次のような効果も得られる。
（６）電源５４の電圧をコントロールするコントローラ７１を設けたので、圧電アクチュエータ２０の振動状態を制御して被駆動体の駆動速度などを制御することができる。このため、速度調整が必要な被駆動体の駆動源としても圧電アクチュエータ２０を利用できる。

（７）圧電アクチュエータ２０を流れる電流を検出する電流検出器７４と、検出電流および電流指令値に基づいてコントローラ７１を制御する電流制御器７２を設けたので、温度変化などで圧電素子２２のインピーダンスが変化した場合でも圧電アクチュエータ２０を安定かつ高精度で駆動制御することができる。

〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について、図１１に基づいて説明する。
第３実施形態の駆動制御装置５０Ｂは、第１実施形態の駆動制御装置５０の構成に加えて、電源５４の電圧値を制御可能なコントローラ７１と、このコントローラ７１に対して制御信号を出力する回転数制御器（駆動速度制御器）８２と、この回転数制御器８２に対して回転数指令値（駆動速度指令値）を入力する回転数指令装置（駆動速度指令装置）８３と、圧電アクチュエータ２０で回転駆動される部材の回転数を検出する回転数検出器（駆動速度検出器）８４とを備える。
回転数検出器８４は、例えば、第１実施形態においてロータ３０の回転数を検出する回転センサ１５によって構成される。

このような本実施形態では、前記第１，２実施形態で得られる効果に加えて、次のような効果も得られる。
（８）前記第２実施形態では、圧電アクチュエータ２０を流れる電流値に基づいてコントローラ７１を制御していたが、圧電アクチュエータ２０は摩擦によってロータ３０を回転駆動するため、すべり等が生じる可能性もあり、電流値の制御だけでは多少の誤差が生じる虞があった。これに対して第３実施形態の構成によれば、直接ロータ３０の回転数を検出しているので、より正確な駆動制御を行うことができる。

〔第４実施形態〕
次に本発明の第４実施形態について、図１２に基づいて説明する。
第４実施形態の駆動制御装置５０Ｃは、第２実施形態の電流値に基づく電源制御と、第３実施形態の回転数に基づく電源制御とを組み合わせたものである。
すなわち、駆動制御装置５０Ｃは、コントローラ７１、電流制御器７２、電流検出器７４、回転数制御器８２、回転数指令装置８３、回転数検出器８４を備えている。
回転数制御器８２は、回転数指令装置８３からの回転数指令値と回転数検出器８４で検出される回転数に基づいて電流制御器７２に電流指令値を出力する。
電流制御器７２は、回転数検出器８４からの電流指令値と、電流検出器７４で検出された電流値に基づいてコントローラ７１を制御している。
従って、電源電圧を制御するフィードバック制御においては、回転数に基づく制御ループがメジャーループ、電流値に基づく制御ループがマイナーループとされている。

このような本実施形態では、前記第１〜３の各実施形態で得られる効果に加えて、次のような効果も得られる。
（９）圧電アクチュエータ２０によって回転駆動されるロータ３０の回転数と、圧電アクチュエータ２０を流れる電流値との２つのパラメータに基づいて電源電圧を制御しているので、ロータ３０の回転数（回転速度）をより正確に制御することができる。

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、位相差検出手段は、前記実施形態のように、位相シフト器５９、位相比較器６０、ローパスフィルタ６１で構成されるものに限らず、駆動信号および検出信号の位相差を検出できるものであればよい。例えば、制御器６３がハードウェアではなく、コンピュータに制御プログラムを組み込むことで構成されている場合には、位相シフト器５９を設けずに制御器６３に目標位相差を設定しておき、位相比較器６０で直接位相差を算出してその位相差と目標位相差とを制御器６３で比較するようにしてもよい。
同様に、周波数検出手段も周波数電圧変換器６２に限定されず、検出した周波数を電圧ではなくデータとして制御器６３に入力するような周波数検出手段を用いてもよい。

その他の圧電アクチュエータ２０の具体的な構成や、駆動制御装置５０において本発明の主要部となる構成以外、例えば、スイッチ回路５５やデットタイム生成回路５２等は実施にあたって適宜設定すればよい。

さらに、制御装置５０〜５０Ｃの各構成要素、例えば制御器６３等は、各種論理素子等のハードウェアで構成されたものや、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時計や携帯機器内に設け、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、時計や携帯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、時計や携帯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。
このような記録媒体やインターネット等の通信手段で提供される制御プログラム等を時計や携帯機器に組み込めば、プログラムの変更のみで前記各発明の機能を実現できるため、工場出荷時あるいは利用者が希望する制御プログラムを選択して組み込むこともできる。この場合、プログラムの変更のみで制御形式の異なる各種の時計や携帯機器を製造できるため、部品の共通化等が図れ、バリエーション展開時の製造コストを大幅に低減できる。

また、本発明は、前記実施形態の電子時計に適用されるものに限らない。すなわち、本発明の圧電アクチュエータの駆動制御装置や、駆動制御方法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）のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッドや紙送り機構等のメカ機構、超音波モータ等に本発明の駆動制御装置を用いてもよい。

また、前記実施形態では、圧電アクチュエータを電子時計１の秒クロノグラフ針５の駆動に用いていたが、これに限らず、電子時計１の時刻表示針（指針）の駆動に用いてもよい。このようにすれば、通常、指針を駆動するステッピングモータを圧電アクチュエータ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、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を用いてもよい。

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。

本発明の実施形態にかかる時計を示す平面図。 圧電アクチュエータの構成を示す斜視図。 圧電アクチュエータの構成を示す平面図。 圧電アクチュエータの駆動制御装置の構成を示すブロック図。 圧電アクチュエータの駆動制御方法の手順を示すフローチャート。 初期駆動制御工程を示すフローチャート。 フィードバック制御工程を示すフローチャート。 周波数固定制御工程を示すフローチャート。 圧電アクチュエータの駆動制御装置における信号波形を示すタイミングチャート。 第２実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図。 第３実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図。 第４実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図。 圧電アクチュエータの駆動電力ごとの駆動周波数および表面温度の変化を示すグラフ。

符号の説明

１…電子時計、５…秒クロノグラフ針、１０…圧電アクチュエータユニット、１５…回転センサ、２０…圧電アクチュエータ、２０Ａ…振動体、２１…補強板、２２…圧電素子、２５…突起、３０…ロータ、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…駆動制御装置、５１…電圧制御発振器、５２…デットタイム生成回路、５３，５３Ａ，５３Ｂ…ゲートドライバ、５４…電源、５５…スイッチ回路、５５Ａ〜５５Ｄ…スイッチ、５６…バンドパスフィルタ、５７…信号増幅器、５８…コンパレータ、５９…位相シフト器、６０…位相比較器、６１…ローパスフィルタ、６２…周波数電圧変換器、６３…制御器、７１…コントローラ、７２…電流制御器、７３…電流指令装置、７４…電流検出器、８２…回転数制御器、８３…回転数指令装置、８４…回転数検出器、２２１，２２２，２２３…駆動電極。

Claims (8)

1. 所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータの駆動制御装置であって、
   前記圧電素子へ供給する駆動信号および前記振動体の振動状態を表す検出信号の位相差を検出する位相差検出手段と、
   前記検出信号の周波数を検出する周波数検出手段と、
   前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御する制御手段とを備えて構成され、
   前記制御手段は、位相差検出手段で検出された前記位相差および周波数検出手段で検出された前記周波数に基づいて前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御するフィードバック制御モードと、駆動信号の周波数を固定して制御する周波数固定制御モードとを選択して実行し、
   フィードバック制御モード時に、前記位相差の変動量が所定範囲内であり、かつ前記周波数の変動量が所定範囲内である状態が設定時間継続している場合には、周波数固定制御モードに切り替え、
   周波数固定制御モード時に、前記位相差の変動量または前記周波数の変動量の少なくとも一方が所定範囲外となった場合には、フィードバック制御モードに切り替えることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動制御装置において、
   前記制御手段は、圧電アクチュエータの駆動開始時に実行される初期駆動制御モードを備え、
   初期駆動制御モード時は、駆動信号の周波数を所定範囲で掃引し、前記位相差検出手段で検出された位相差が所定値になった時点で掃引を停止し、前記フィードバック制御モードに切り替えることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
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制御装置において、
   前記位相差検出手段は、前記検出信号の位相を予め設定された位相差だけシフトする位相シフト器と、この位相シフト器の出力と駆動信号との位相を比較して位相差を出力する位相比較器と、位相比較器の出力信号が入力可能に構成されたローパスフィルタとを備えて構成され、
   前記制御手段は、フィードバック制御モードの開始時にローパスフィルタを作動し、前記位相比較器からローパスフィルタを介して入力される位相差と、前記周波数とに基づいて駆動信号の周波数をフィードバック制御し、フィードバック制御モードの終了時にローパスフィルタを停止してその時点の出力をローパスフィルタに保持することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
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制御装置において、
   前記圧電素子に供給する駆動信号の電圧を制御して駆動対象の駆動速度を調整する電圧コントローラと、
   圧電アクチュエータを流れる電流値を検出する電流検出器と、
   駆動対象の目標駆動速度に基づいて設定される電流指令値および前記電流検出器で検出された電流値に基づいて前記電圧コントローラを制御する電流制御器と、
   を備えることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
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制御装置において、
   前記圧電素子に供給する駆動電圧の電圧を制御して駆動対象の駆動速度を調整する電圧コントローラと、
   圧電アクチュエータで駆動される駆動対象の駆動速度を検出する駆動速度検出器と、
   駆動対象の目標駆動速度に基づいて設定される駆動速度指令値および前記駆動速度検出器で検出された駆動速度に基づいて前記電圧コントローラを制御する駆動速度制御器と、
   を備えることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御装置。
6. 圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータで駆動される駆動対象と、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制御装置とを備えることを特徴とする電子機器。
7. 請求項６の電子機器は、計時部と、該計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることを特徴とする電子機器。
8. 所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体と、この振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される当接部とを備えた圧電アクチュエータの駆動制御方法であって、
   前記圧電素子へ供給する駆動信号および前記振動体の振動状態を表す検出信号の位相差を検出する位相差検出工程と、
   前記検出信号の周波数を検出する周波数検出工程と、
   前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御する周波数制御工程とを備えて構成され、
   前記周波数制御工程は、位相差検出工程で検出された前記位相差および周波数検出工程で検出された前記周波数に基づいて前記圧電素子に供給する駆動信号の周波数を制御するフィードバック制御工程と、駆動信号の周波数を固定して制御する周波数固定制御工程とを選択して実行し、
   フィードバック制御工程の実行時に、前記位相差の変動量が所定範囲内であり、かつ前記周波数の変動量が所定範囲内である状態が設定時間継続している場合には、周波数固定制御工程に切り替えて実行し、
   周波数固定制御工程の実行時に、前記位相差の変動量または前記周波数の変動量の少なくとも一方が所定範囲外となった場合には、フィードバック制御工程に切り替えて実行することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動制御方法。

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