WO2002078165A1

WO2002078165A1 - Actionneur piezo-electrique et son circuit de commande

Info

Publication number: WO2002078165A1
Application number: PCT/JP2002/002903
Authority: WO
Inventors: Hidehiro Akahane; Akihiro Sawada; Makoto Furuhata
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2002-10-03
Also published as: US6841919B2; EP1355412B1; EP1355412A4; CN1463485A; JPWO2002078165A1; CN1297062C; JP4144356B2; US20020171410A1; HK1057825A1; USRE40709E1; EP1355412A1; DE60220498D1; DE60220498T2

Description

明細 ^: 圧電ァクチユエ一夕およびその駆動回路

技術分野

本発明は、圧電素子を有する圧電ァクチユエ一夕およびその駆動回路に関する。背景技術

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。このため、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電ァクチュェ一夕が開発されている。この圧電ァクチユエ一夕は、圧電ブザー、プリンタのインクジェットへッドあるいは超音波モ一夕などの分野に応用されている。そして、最近では、腕時計のカレンダ表示機構など、小型化の要請が強い用途への圧電ァクチユエ一夕の適用が検討されている。

これまでの腕時計のカレンダ表示機構は、電磁式のステツプモータの回転駆動力を運針用の輪列を介して日車などに間欠的に伝達し、日車を送り駆動する構成のものが一般的である。ここで、腕時計は手首にベルトを巻き付けて携帯するものであるから、携帯に便利なように薄型化することが望まれている。そのため、力レンダ表示機構も薄型化する必要がある。

また、薄型のカレンダ表示機構は、時計の生産効率の向上という観点からも求められている。まず、時計にはカレンダ表示機構を備えた時計とカレンダ表示機構を備えていない時計とがある。このような 2種類の時計間で運針を行う機械系 (いわゆるムーブメント）を共通化することができれば、時計全体としての生産効率を高めることができる。例えば、これら 2種類の時計のムーブメントをまとめて生産して 2種類の時計の各々に組み込み、そのうちの一方の種類の時計に力レンダ表示機構を組み込む、といった生産形態を採ることができるからである。このような生産形態を採るためには、カレンダ表示機構をムーブメントの上、すなわち、文字板側に配置する必要がある。そのためには、文字板側に配置できる程の薄型の力レンダ表示機構を構成する必要がある。

以上のように、カレンダ表示機構の薄型化が従来から強く望まれていたが、力レンダ表示機構に用いられているステップモータは、コイルやロータといった部品を表示面とは垂直な方向に配置して構成されるため、その厚さを薄くするには限界がある。このため、ステップモー夕を用いた従来のカレンダ表示機構は、薄型化を必要とする腕時計には適していなかった。

また、特に駆動源として電磁式のステップモ一夕を用いた場合には、文字板側に配置できる程の薄型のカレンダ表示機構を構成するのは困難である。このため、力レンダ表示機構を有する時計とカレンダ表示機構を有しない時計とを生産する場合に、カレンダ表示機構の有無によって運針を行う機械系を別々に設計して製造する必要があった。

このような背景の下、簿型のカレンダ表示機構を構成するのに適したステップモータ以外のァクチユエ一夕が望まれていた。そして、このァクチユエ一夕として上述した圧電ァクチユエ一夕が検討されるに至ったのである。

ところが、この圧電ァクチユエ一タを時計のカレンダ表示機構に適用するに当たって幾つかの問題があった。

まず、圧電素子の変位は供給される駆動信号の電圧値にもよるが微小であり、通常、サブミクロン程度である。このため、圧電素子に発生した変位を何らかの増幅機構によって増幅して駆動対象に伝達することが行われている。しかし、増幅機構を用いた場合、それ自身を動かすためにエネルギーが消費され、効率が低下するといつた問題がある。また、増幅機構を用いた場合、装置のサイズが大きくなつてしまうといった問題がある。また、増幅機構を介する場合、駆動対象に対して安定した駆動力を伝達することが困難となるという問題もある。

腕時計のような小型の携帯機器は電池によって駆動されるため、消費電力や駆動信号の電圧値を低く抑える必要がある。このような携帯機器に圧電ァクチユエ —夕を組み込む場合、エネルギー効率を高く、駆動信号の電圧値を低くした圧電ァクチユエ一夕が要求される。

そこで、高効率でありながら、小型機器への搭載を可能とするァクチユエ一夕として、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を印加することにより圧電素子を長手方向に伸縮させて縦振動を励振し、当該縦振動によって機械的に屈曲振動を誘発させる圧電ァクチユエ一夕が提案されている。このような圧電ァクチユエ一夕では、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、圧電ァクチユエ一夕において駆動対象と接触する部位を楕円軌道で移動させる。この圧電ァクチユエ一夕は、小型薄型の構成でありながら、高効率の駆動を行うことができる。

しかし、この圧電ァクチユエ一夕では、圧電素子によって生じる縦振動は、駆動信号の電圧値を制御することにより比較的容易に制御することができるものの、振動板の機械的な特性に応じて誘発される屈曲振動は容易かつ正確に制御することは困難である。従って、この種の圧電ァクチユエ一夕を高効率で安定して駆動することは困難であった。発明の開示

この発明の目的は、高効率かつ安定に圧電ァクチユエ一夕の駆動を行うことができる駆動回路を提供することにある。

かかる目的を達成するため、この発明は、圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第 1の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第 2の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電ァクチユエ一夕の駆動回路において、交流信号である駆動電圧信号を前記振動板に印加するドライバと、前記振動板から第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号とを検出し、これらの電気信号の位相差を最適化するための前記駆動電圧信号の周波数制御を行う周波数制御部とを具備することを特徴とする圧電ァクチユエ一夕の駆動回路を提供する。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 1の態様 (基本態様）である。

かかる発明によれば、位相差を最適化する制御により、常に高い効率での圧電ァクチユエ一夕の駆動が行われる。

好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記位相差がほぼ最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う回路である。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 2の態様である。

この場合の前記周波数制御部は、例えば前記第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号との位相差を検出する位相差検出回路と、前記位相差検出回路によって検出される位相差の時間微分を求める回路と、前記時間微分が正である場合には前記駆動電圧信号の周波数を上昇させ、負である場合には前記駆動電圧信号の周波数を低下させる回路とを具備する。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 3の態様である。

好ましい態様において、駆動回路は、前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器を具備し、前記周波数制御部は、前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減することにより前記駆動電圧信号の周波数制御を行う。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 4の態様である。また、好ましい態様において、前記周波数制御部は、メモリと、前記位相差が最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行ったときの前記周波数制御電圧の電圧値を前記メモリに格納する手段を具備し、前記周波数制御部は、前記周波数制御電圧の増減による前記駆動電圧信号の周波数制御を開始するときに、前記メモリに記憶された電圧値に基づいて、前記周波数制御電圧の初期値を決定する。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 5の態様である。

別の好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記位相差が基準位相差となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 6の態様である。

この場合の前記周波数制御部は、例えば前記第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号との位相差を検出する位相差検出回路と、前記位相差検出回路によって検出される位相差と前記基準位相差とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に応じて前記駆動電圧信号の周波数を増減する周波数調整回路とを具備する。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 7の態様である。

好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器をさらに具備し、前記周波数調整回路は、前記比較回路の比較結果に基づいて前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減する電圧調整回路により構成される。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 8の態様である。

また、好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に成功したか失敗したかを判定する駆動正否判定手段と、前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に失敗した場合には、成功するまで前記基準位相差を低下させ、成功した場合には前記基準位相差を上昇させる初期基準位相差調整手段とを具備する。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 9の態様である。

前記初期基準位相差調整手段は、前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に成功したときの基準位相差が所定回数連続して一致した場合に、前記基準位相差を上昇させる処理を一定期間省略してもよい。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 1 0の態様である。

好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記駆動電圧信号の周波数を測定する周波数カウン夕を具備し、前記駆動正否判定手段は、前記周波数カウン夕の周波数測定結果が適正範囲に収まっているか否かにより前記圧電ァクチユエ一夕の駆動が成功したか失敗したかを判定する。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 1 1の態様である。

好ましい態様において、前記周波数制御部は、前記圧電ァクチユエ一夕の駆動が行われる度に、前記振動板から得られる前記第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号との位相差の前回の駆動時からの変化量を求める手段と、前記位相差の変化量に応じて、前記基準位相差を増減する手段とを具備する。これは本発明によって提供される圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の第 1 2の態様である。

また、この発明は、圧電ァクチユエ一夕の振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第 1振動モードでの振動を表す電気信号と前記第 1振動モードとは振動方向の異なった第 2振動モ一ドでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路とを具備する駆動回路の制御方法において、前記位相差検出回路によって検出される位相差に基づいて、前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を具備することを特徴とする圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の制御方法を提供する。

好ましい態様において、前記周波数制御過程は、前記位相差の時間的変化が所定範囲内に収まるまで、前記位相差検出回路によって検出される位相差の時間微分が正ならば前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させ、負ならば減少させる過程を具備する。

別の好ましい態様において、前記周波数制御過程は、前記位相差が基準位相差以上になるまで前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させる過程を具備する。この態様において、前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に成功したか失敗したかを判定し、判定結果に基づいて前記基準位相差を修正する過程を設けてもよい。この発明は、上記駆動回路と備える装置を製造したり販売するという態様の他、上記制御方法を実行するためのプログラムを電気通信回線を介してユーザに配布したり、そのような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ユーザに配布する、という態様でも実施され得る。

また、別の観点から、この発明は、圧電素子を主要な構成要素とし、駆動電圧信号が与えられることにより第 1振動モードおよびこれとは振動方向の異なる第 2振動モードで振動する振動板と、前記第 1振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第 1の振動検出電極と、前記第 2振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第 2の振動検出電極とを備えたことを特徴とする圧電ァクチユエ一夕を提供する。

好ましい態様において、前記第 1振動モードは、縦振動モードであり、前記第 2振動モードは、屈曲振動モードである。

好ましい態様において、前記圧電ァクチユエ一夕は、駆動機構の口一夕に当接する部材であって、前記振動板に生じる前記縦振動モードでの振動および前記屈曲振動モードでの振動により楕円軌道を描いて運動し、前記ロータを回転駆動する当接部を具備する。

また、別の観点から、この発明は、圧電ァクチユエ一夕と、駆動回路とを具備し、前記圧電ァクチユエ一夕は、圧電素子により構成され、交流信号が与えられることにより第 1の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第 2の振動モ一ドで振動する振動板を主要な構成要素とするものであり、前記駆動回路は、交流信号である駆動電圧信号を前記振動板に印加するドライバと、前記振動板から第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号とを検出し、これらの電気信号の位相差を最適化するための前記駆動電圧信号の周波数制御を行う周波数制御部とを具備することを特徴とする携帯型電子機器を提供する。

この携帯型電子機器では、駆動回路として、上述した 1 2の態様のうち第 1の態様を採用しているが、第 2〜第 1 2の態様を採用してもよい。

好ましい態様において、前記携帯型電子機器は、前記圧電ァクチユエ一夕によつて回転駆動される口一夕と、前記ロータと連動し、時に関連した情報の表示を行う表示機構とを具備する腕時計である。

また、別の好ましい態様において、前記携帯型電子機器は非接触 I Cカードである。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の第 1実施形態に係る圧電ァクチユエ一夕が組み込まれた腕時計のカレンダ表示機構の主要部の構成を示す平面図である。

図 2は、同腕時計の概略構成を示す断面図である。

図 3は、同カレンダ表示機構の主要部を示す断面図である。

図 4は、同圧電ァクチユエ一夕の詳細な構成を示す平面図である。

図 5は、同圧電ァクチユエ一夕の振動板の構成を示す断面図である。

図 6は、同圧電ァクチユエ一夕の圧電素子の表面に形成された電極の例を示す図である。

図 7および図 8は、同圧電素子の分極状態を示す図である。

図 9は振動板に生じる屈曲振動を示す図である。

図 1 0は振動板の先端の当接部に生じる楕円運動を示す図である。

図 1 1〜図 1 4は、振動板の各振動検出電極から得られる検出信号の駆動周波数に対する変化を示す図である。図 1 5および図 1 6は、振動板における振動検出電極の配置例を示す図である。図 1 7はこの発明の第 1実施形態に係る圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の構成を示すブロック図である。

図 1 8は、同実施形態における当接部の軌道の駆動周波数に対する変化を例示する図である。

図 1 9は、同実施形態において、振動板に与える駆動電圧信号の周波数を変化させた場合における縦振動および屈曲振動の各検出信号の位相差の変化と、ロー夕の回転速度の変化を例示する図である

図 2 0は、図 1 7における φ— V変換回路の構成を示すプロック図である。図 2 1および図 2 2は、同 ψ — V変換回路の各部の波形を示す図である。

図 2 3は、同駆動回路の動作を示すフローチャートである。

図 2 4は、この発明の第 2実施形態における駆動回路の構成を示すブロック図である。

図 2 5は、同駆動回路の動作を示すフローチャートである。

図 2 6および図 2 7は、圧電ァクチユエ一夕の特性の周囲温度に対する変化を説明する図である。

図 2 8は、この発明の第 3実施形態における駆動回路の構成を示すブロック図である。

図 2 9は、同駆動回路の動作例を示す図である。

図 3 0は、この発明の第 4実施形態における駆動回路の構成を示すブロック図である。

図 3 1は、同駆動回路の動作を示すフローチャートである。

図 3 2および図 3 3は、同駆動回路の動作例を示す図である。

図 3 4は、非接触 I Cカードの外観を示す図である。

図 3 5は、同カードの残金表示カウン夕の構成を示す図である。

図 3 6は、同カードの上位桁表示部の構成を示す側面図である。

囟 3 7は、同カードの下位桁表示部の構成を示す正面図である。

図 3 8は、同カードの下位桁表示部の構成を示す側面図である。

図 3 9および図 4 0は、駆動回路の変形例を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

[ 1 ] 第 1実施形態

[ 1. 1 ] 全体構成

図 1は、この発明の第 1実施形態に係る圧電ァクチユエ一夕 A が組み込まれた腕時計のカレンダ表示機構の構成を示す平面図である。

図 1に示すように、カレンダ表示機構の主要部は、本実施形態に係る圧電ァクチユエ一夕 Aと、この圧電ァクチユエ一夕 Aによって回転駆動されるロー夕 1 0 0と、ロー夕 1 0 0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 5 0とから大略構成されている。減速輪列は、日回し中間車 4 0と日回し車 6 0とを備えている。圧電ァクチユエ一夕 Aは、扁平な短冊状の振動板 1 0を有しており、この振動板 1 0は、その先端部が口一夕 1 0 0の外周面と当接するように配置されている。

図 2は図 1に示す時計の断面図である。図において、網目部分に、圧電ァクチユエ一夕 Aを備えた力レンダ表示機構が組み込まれている。このカレンダ表示機構の上方には、円盤状の文字板 7 0が設けられている。この文字板 7 0の外周部の一部には日付を表示するための窓部 7 1が設けられており、窓部 7 1から日車 5 0の日付を覼けるようになつている。また、文字板 7 0の下方には、針 7 2を駆動するムーブメント 7 3および駆動回路（図示せず）が設けられている。

図 3は、図 1におけるカレンダ表示機構の詳細な構成を示す断面図である。図 3に示すように、時計は、第 1の底板である地板 1 0 3と、この地板 1 0 3と段違いに配置された第 2の底板 1 0 3 ' とを有している。地板 1 0 3には、カレンダ表示機構のロータ 1 0 0を軸支するためのシャフト 1 0 1が起立している。口一夕 1 0 0は、その下面に軸受（図示せず）を有しており、シャフト 1 0 1の先端部が同軸受内に収容されている。従って、口一夕 1 0 0は、このシャフト 1 0 1を回転軸として回動することができる。口一夕 1 0 0の上部には、ロー夕 1 0 0と同軸をなし、ロータ 1 0 0とともに回転する歯車 1 0 0 cが設けられている。底板 1 0 3 ' には、日回し中間車 4 0を軸支するためのシャフト 4 1が起立している。日回し中間車 4 0の下面には軸受（図示せず）が設けられており、シャフト 4 1の先端部が同軸受内に収容されている。日回し中間車 4 0は、大径部 4 bと小径部 4 aとから構成されている。小径部 4 aは、大怪部 4 b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 4 cが形成されている。この小径部 4 aは、大径部 4 bに対し、同心をなすように固着されている。大径部 4 bには、ロータ 1 0 0の上部の歯車 1 0 0 cが歯合している。従って、大径部 4 bと小径部 4 aとからなる日回し中間車 4 0は、ロー夕 1 0 0の回転に連動し、シャフト 4 1を回転軸として回転する。

日車 5 0は、図 1に示すようにリング状の形状をしており、その内周面に内歯車 5 aが形成されている。日回し車 6 0は五歯の歯車を有しており、内歯車 5 a に嚙合している。また、図 3に示すように、日回し車 6 0の中心にはシャフト 6 1が設けられており、これは、底板 1 0 3 ' に形成された貫通孔 6 2に遊挿されている。貫通孔 6 2は日車 5 0の周回方向に沿って長く形成されている。

板バネ 6 3は、その一端が底板 1 0 3 ' に固定され、他端はシャフト 6 1を図 1の右上方向に弾圧している。そして、板バネ 6 3は、シャフト 6 1および日回し車 6 0を付勢する。この板バネ 6 3の付勢作用によって日車 5 0の揺動も防止される。

板パネ 6 4は、一端が底板 1 0 3 ' にねじ止めされており、その他端には略 V 字状に折り曲げられた先端部 6 4 aが形成されている。また、接触子 6 5は、日回し中間車 4 0が回転し先端部 6 4 aが切欠部 4 cに入り込んだときに板バネ 6 4と接触するように配置されている。板バネ 6 4には所定の電圧が印加されており、接触子 6 5に接触すると、その電圧が接触子 6 5にも印加される。従って、接触子 6 5の電圧を検出することによって、日送り状態を検出することができる。なお、内歯車 5 aに嚙合する手動駆動車を設け、ユーザが竜頭（図示せず）に対して所定の操作を行うと、日車 5 0を駆動するようにしてもよい。

以上の構成において、圧電ァクチユエ一タ Aの振動板 1 0は、駆動回路から駆動電圧が印加されることにより、その板面を含む平面内において振動する。ロー夕 1 0 0は、この振動板 1 0に生じる振動によってその外周面が叩かれ、図中矢印で示すように時計廻りに回転駆動される。このロータ 1 0 0の回転は、日回し中間車 4 0を介して日回し車 6 0に伝達され、この日回し車 6 0が日車 5 0を時計回り方向に回転させる。

ここで、振動板 1 0からロータ 1 0 0、口一夕 1 0 0から減速輪列、減速輪列から日車 5 0への力の伝達は、いずれも振動板 1 0の板面に平行な方向の力の伝達である。このため、従来のステップモー夕のようにコイルや口一夕を厚さ方向に積み重ねるのではなく、同一平面内に振動板 1 0および口一夕 1 0 0を配置し、カレンダ表示機構を薄型化することができる。そして、カレンダ表示機構を薄型にすることができるため、網目部分の厚さ Dを薄くして、時計全体を薄型にすることができる。

また、本実施形態によれば、図 2における網目部分にカレンダ表示機構を収めることができるため、カレンダ表示機構のある時計と、カレンダ表示機構のない時計との間でムーブメント 7 3を共通化することができ、生産性を高めることができる。

昨今、発電機能を備えた腕時計が種々提案されているが、このような腕時計においては、発電機構と運針駆動用のモータ機構といった少なくとも 2つの大きな構成要素を搭載しなくてはならず、時計全体を小型化するのが困難である。しかし、モータの代わりに、本実施形態に係る圧電ァクチユエ一夕 Aを用いれば、運針駆動機構を薄型化することができ、時計全体を小型化することもできる。

[ 1 . 2 ] 本実施形態に係る圧電ァクチユエ一夕の詳細

図 4は、圧電ァクチユエ一夕 Aの詳細な構成を示す平面図である。また、図 5 は、圧電ァクチユエ一夕 Aにおける振動板 1 0の I 一 I ' 線断面図である。図 4 に示すように、振動板 1 0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、振動板 1 0は、図 5に示すように、 2枚の長方形かつ板状の圧電素子 3 0および 3 1の間に、これらの圧電素子 3 0および 3 1とほぼ同形状であり、かつ圧電素子 3 0および 3 1よりも肉厚の薄いステンレス鋼などの補強板 3 2を挟んだ積層構造を有している。

このように圧電素子 3 0、 3 1の間に補強板 3 2を配置することにより、振動板 1 0の過振幅や落下などによる外部からの衝撃力に起因する振動板 1 0の損傷を低減し、耐久性を向上させることができる。また、補強板 3 2として圧電素子 3 0、 3 1よりも肉厚の薄いものを用いることにより、圧電素子 3 0 , 3 1の振動を極力妨げないようにすることができる。

圧電素子 3 0、 3 1 としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（P Z T (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、 [ P b ( Z n l/3— N b 2/3) 0 3 ) 1-X ( P b T i θ 3) 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、 [ { P b ( ( S c 1/2— N b 1/2) 1-X T i X) 0 3]、（但し、 Xは組成により異なり、 X=0.09程度）となる。

図 4に示すように、振動板 1 0は、その一長辺と一短辺とが交わる一頂点に当接部 3 6を有している。この当接部 3 6は、図 5における補強板 3 2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 3 0および 3 1から突出させている。振動板 1 0は、この当接部 3 6の先端をロータ 1 0 0の外周面に当接させ、その長辺がロータ 1 0 0の半径と約 1 3 5 度の角度をなすような姿勢を保っている。振動板 1 0にこのような姿勢を維持させるために、支持部材 1 1とバネ部材 3 0 0とが圧電ァクチユエ一夕 Aに設けられている。

好ましい態様において、支持部材 1 1は、補強板 3 2の切断成形等の方法により補強板 3 2と一体形成されたものである。この支持部材 1 1は、図示の通り、 L字状の部材であり、振動板 1 0の一長辺のほぼ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夕 1 0 0側に向けて延びた水平部とからなる。ここで、水平部の両端うち垂直部とは反対側の端部 3 8には、図 1および図 3における地板 1 0 3から突出したピン 3 9が貫通している。支持部材 1 1およびこれに固定された振動板 1 0は、このピン 3 9を回転軸として回転可能である。

支持部材 1 1の水平部のほぼ中央の部位 1 1 aには、パネ部材 3 0 0の一端部 3 0 0 aが係合されている。バネ部材 3 0 0は、そのほぼ中央部分を地板 1 0 3 (図 1および図 3参照）から突出したピン 3 0 0 bが貫通している。バネ部材 3 0 0は、このピン 3 0 0 bを回転軸として回動可能である。また、バネ部材 3 0 0における端部 3 0 0 aとは反対側の他端部 3 0 0 cは、地板 1 0 3に係合している。本実施形態においては、この端部 3 0 0 cの位置を変えることにより当接部 3 6を口一夕 1 0 0の外周面に押し当てる圧力が調整される。

具体的には、端部 3 0 0 cをピン 3 0 0 bを中心として図中時計回りに変位させれば、バネ部材 3 0 0の一端部 3 0 0 aが支持部材 1 1の部位 1 1 aを上方側に押圧する力が増加し、他端部 3 0 0 cを反時計回りに変位させればその押圧力が減少する。ここで、支持部材 1 1を上方側に押圧する力が増加すると、支持部材 1 1はピン 3 9を中心として図中反時計回りに回動使用とする力が増大するため、当接部 3 6 5がロー夕 1 0 0を押圧する力が増大する。一方、支持部材 1 1 を上方側に押圧する力が減少すると、支持部材 1 1は時計回りに回動しょうとする力が減少するため、当接部 3 6が口一夕 1 0 0を押圧する力が減少する。このように当接部 3 6がロータ 1 0 0に付与する押圧力を調整することにより、圧電ァクチユエ一夕 Aの駆動特性の調整等が可能となる。

また、本実施形態においては、このようにして口一夕 1 0 0の外周面に押し当てられる当接部 3 6が曲面形状を有している。このため、ロータ 1 0 0と振動板 1 0の位置関係が、寸法ばらつき等によりばらついた場合であっても、曲面である口一夕 1 0 0の外周面と曲面形状の当接部 3 6との接触状態はさほど変化しない。従って、ロー夕 1 0 0と当接部 3 6の接触を安定した状態に維持することができる。また、本実施形態においては、口一夕 1 0 0と接触する当接部 3 6に対してのみ研磨等の作業を行えばよいので、ロータ 1 0 0との接触部の管理が容易である。当接部 3 6としては、導体または非導体のものを用いることができるが、非導体から形成するようにすれば、一般的に金属から形成される口一夕 1 0 0と接触しても圧電素子 3 0 , 3 1が短絡しないようにすることができる。

[ 1 . 3 ] 振動板に設けられた電極および駆動回路の構成

次に、図 6を参照し、振動板 1 0に設けられた駆動電極と振動検出電極について説明する。図 6に示す例では、長方形状の振動検出電極 T 1、 T 2、 Τ 3および Τ 4が、長方形をなす圧電素子 3 0の表面の 4隅の各位置に各々配置されている。図 6では、図示を省略したが、これらと同様な振動検出電極 Τ 1、 Τ 2、 Τ 3および Τ 4が、これらと対向するように、圧電素子 3 1の表面に配置されている。ここで、圧電素子 3 0に配置された振動検出電極 T 1と圧電素子 3 1に配置された振動検出電極 T 1とが接続され、この接続点から振動板 1 0の振動を表す検出信号 S D 1が得られる。同様に、圧電素子 3 0に配置された振動検出電極 T 2と圧電素子 3 1に配置された振動検出電極 T 2とが接続され、この接続点から振動板 1 0の振動を表す検出信号 S D 2が得られる。他の振動検出電極 T 3、 T 4についても同様である。圧電素子 3 0の表面のうち振動検出電極 T 1〜T 4によって覆われていない領域は、駆動電極 3 3が配置されている。ここで、駆動電極 3 3と、振動検出電極 Τ 1〜Τ 4との間には空隙があり、両者は電気的に絶縁されている。圧電素子 3 1の表面にも同様な駆動電極 3 3が設けられている。圧電素子 3 0および 3 1は、各々厚さ方向に分極している。図 7および図 8は、各々、圧電素子 3 0および 3 1の分極状態の一例を示している。本実施形態において、圧電素子 3 0および 3 1は、各々分極方向と一致する方向の電界を受けると長手方向に延び、分極方向と逆の方向の電界を受けると長手方向に縮む性質を有している。従って、図 7および図 8に示すように、 2枚の圧電素子の分極方向の組み合わせが異なっている場合には、各圧電素子の駆動の方法も異なったものとなる。

図 7に示す例では、圧電素子 3 0および 3 1は、相互に逆方向に分極している。この場合、図 6に示すように、補強板 3 2を接地するとともに、圧電素子 3 0側の駆動電極 3 3と圧電素子 3 1側の駆動電極 3 3とを接続し、この接続点と接地線との間に、電圧 + Vと電圧一 Vとを交互に繰り返す所定周波数の駆動電圧信号 S D Rを印加する。ここで、 2枚の駆動電極 3 3の接続点と接地線との間に電圧 + Vを印加したときには、圧電素子 3 0および 3 1に対し、各々の分極方向とは逆方向の電界が与えられるので、圧電素子 3 0および 3 1は、長手方向に縮む。これに対し、 2枚の駆動電極 3 3の接続点と接地線との間に電圧一 Vを印加したときには、圧電素子 3 0および 3 1に対し、各々の分極方向と同一方向の電界が与えられるので、圧電素子 3 0および 3 1は、長手方向に延びる。このような次第であるから、所定周波数の駆動電圧信号 S D Rが与えられることにより、振動板 1 0は、その長手方向に沿って伸縮運動する。この伸縮運動を縦振動または第 1の振動モードでの振動と呼ぶ。図 8に示す例では、圧電素子 3 0および 3 1は、同一方向に分極している。この場合、補強板 3 2を接地し、圧電素子 3 0側の駆動電極 3 3と接地線との間に電圧 + Vを印加するとともに圧電素子 3 1側の駆動電極 3 3と接地線との間に電圧一 Vを印加する第 1フェーズと、圧電素子 3 0側の駆動電極 3 3と接地線との間に電圧一 Vを印加するとともに圧電素子 3 1側の駆動電極 3 3と接地線との間に電圧 + Vを印加する第 2フェースとを、所定周波数で交互に繰り返す。ここで、第 1フェーズにおいては、圧電素子 3 0および 3 1に対し、各々の分極方向とは逆方向の電界が与えられるので、圧電素子 3 0および 3 1は、長手方向に縮む。これに対し、第 2フェーズにおいては、圧電素子 3 0および 3 1に対し、各々の分極方向と同一方向の電界が与えられるので、圧電素子 3 0および 3 1は、長手方向に延びる。従って、このような所定周波数の駆動電圧が与えられることにより、振動板 1 0に縦振動が発生する。

ところで、振動板 1 0は、その中心を通り、かつ、長手方向を向いた直線を対称軸としてほぼ線対称であるということができるが、当接部 3 6などの非対称要素を含んでいるため、完全な対称形ではない。このため、振動板 1 0に縦振動が発生すると、この縦振動から遅れて、振動板 1 0をその長手方向に直交する方向に振るモーメントが発生する。このモーメントにより、振動板 1 0に屈曲振動が発生する。この屈曲振動は、図 9に示すように、振動板 1 0の板面を含む平面内において、振動板 1 0がその長手方向と直交する方向に振れるような運動である。このようにして縦振動と屈曲振動が振動板 1 0に発生すると、振動板 1 0の先端の当接部 3 6は、図 1 0に示すような楕円軌道を描いて運動する。ロー夕 1 0 0 は、この楕円軌道を描いて運動する当接部 3 6によって外周面が叩かれ、回転駆動されるのである。

縦振動の振幅と屈曲振動の振幅は、振動板 1. 0の板面上の位置により異なる。板面上のある位置においては縦振動が顕著であり、別の位置では屈曲振動が顕著である、という現象が生じる。また、振動体 1 0は、縦振動に対する共振特性と屈曲振動に対する共振特性と有している。ここで、振動板 1 0の縦振動に対する共振特性と屈曲振動に対する共振特性は、振動板 1 0の形状、材質により決定されるが、後者の共振周波数は前者の共振周波数よりも若干高めである。本実施形態では、振動板 1 0における圧電素子 3 0および 3 1の複数箇所に振動検出電極対が配置されており、これらにより縦振動と屈曲振動が検出される。図 1 1〜図 1 4は、振動板 1 0に負荷が接続されていない状態において駆動電極 3 3に与える駆動電圧信号 S DRの周波数を変化させたときの各振動検出電極 T 1〜T 4の検出信号の電圧振幅を表している。

図 6において、振動検出電極 Τ 1および Τ 3は、振動板 1 0において縦振動が顕著に現れる位置に設けられている。このため、図 1 1および図 1 3に示すように、これらの電極から得られる検出信号の振幅電圧は、振動板 1 0の縦振動に関する共振周波数帯 f r (およそ 28 3. 5 [kH z ]) 付近において極大となる。一方、振動検出電極 T 2および T 4は、振動板 1 0において屈曲振動が顕著に現れる位置に設けられている。このため、図 1 2および図 1 4に示すように、これらの電極から得られる検出信号の振幅電圧は、振動板 1 0の屈曲振動に関する共振周波数帯 f r 2 (およそ 2 8 7. 5 [kH z ]) 付近において極大となる。以上の傾向は、振動板 1 0に負荷が接続されている状態においても同様である。振動検出電極の配置の仕方は、図 6に示されるものの他、各種考えられる。図 1 5および図 1 6は、その例を示すものである。図 1 5に示す例では、図 6における振動検出電極 T 1および T 2のみが設けられている。また、図 1 6に示す例では、図 6における振動検出電極 T 1および T 4のみが設けられている。

図 1 7は本実施形態において振動板 1 0の駆動電極 3 3に駆動信号 S D Rを供給する駆動回路 2 0 0の構成を示すブロック図である。この駆動回路 2 0 0は、振動板 1 0に発生する縦振動と屈曲振動の位相差がほぼ最大値を維持するように駆動電圧信号 S DRの周波数を制御する機能を有している。このような周波数制御を行うのは、振動板 1 0の運動エネルギを効率的にロータ 1 0 0に伝達するためである。以下、この点について詳述する。

図 1 8は、振動板 1 0の当接部 3 6が描く軌道を例示している。同図における X軸および z軸について説明すると、前掲図 1 0に示されているように、 z軸は振動板 1 0の長手方向の軸であり、 X軸は振動板 1 0の板面を含む平面内において z軸と直交する軸である。図 1 8において、 R aは、駆動電圧信号 S DRの周波数が縦振動の共振周波数 f rと一致しているときの当接部 3 6の軌道、 R dは、駆動電圧信号 S D Rの周波数が屈曲振動の共振周波数 f r 2と一致しているときの当接部 3 6の軌道を表している。そして、 R bおよび R cは、駆動電圧信号 S D Rの周波数が f rと f r 2の中間の周波数 f b、 f c ( f b < f c ) であるときの当接部 3 6の軌道を表している。

振動板 1 0に発生する屈曲振動は、縦振動によって引き起こされるものであるため、屈曲振動の位相は縦振動の位相よりも遅れる。当接部 3 6の軌道が直線軌道ではなく、図 1 8に示すように膨らみを持った楕円軌道になるのは、縦振動と屈曲振動との間に位相差があるからである。この縦振動と屈曲振動の位相差は、駆動電圧信号 S D Rの周波数に依存する。そして、周波数に応じて位相差が変化すると、当接部 3 6が描く楕円軌道の形状に変化が生じ、口一夕 1 0 0に与えられる回転駆動力に変化が生じると考えられる。

また、図 1 8に示すように、駆動電圧信号の周波数が縦振動の共振周波数 f r から離れて屈曲振動の共振周波数 f r 2に近づくに従い、楕円軌道の長径の向きは、 z軸から次第に離れ、 X軸に平行な向きに傾いてゆく。このように駆動電圧信号 S D Rの周波数の変化により、当接部 3 6の楕円軌道の向きが変化すると、これに応じて、ロー夕 1 0 0に与えられる回転駆動力の大きさも変化すると考えられる。

本願発明者は、以上の考えに従い、駆動電圧信号 S D Rの周波数とロー夕 1 0 0の回転との関係を詳細に調べた。図 1 9はその結果得られた振動板 1 0の周波数特性を示したものであり、横軸は振動板 1 0の駆動電極に与えられる駆動信号の周波数、左側の第 1の縦軸は位相差、右側の第 2の縦軸は当接部 3 6によって駆動される口一夕 1 0 0の回転速度を表している。グラフ 0 1は、駆動電極 3 3 に与えられる駆動電圧信号 S D Rの位相と振動検出電極 T 1から得られる検出信号 S D 1の位相との位相差を表している。グラフ Θ 2は、駆動電極 3 3に与えられる駆動電圧信号 S D Rの位相と振動検出電極 T 2から得られる検出信号 S D 2 の位相との位相差を表している。グラフ φは、 0 2— 0 1、すなわち、振動検出電極 T 1から得られる検出信号 S D 2の位相と振動検出電極 T 2から得られる検出信号 S D 2の位相との位相差を表している。この位相差は、縦振動の位相と屈曲振動の位相との位相差に相当する。そして、グラフ Vは、ロー夕 1 0 0の回転速度を表している。

図 1 9によると、振動板 1 0に与えられる駆動電圧信号 S D Rの周波数が 2 8 7 k H z付近であるときに、検出信号 S D 1と検出信号 S D 2の位相差、すなわち、縦振動と屈曲振動の位相差 Φが最大となり、かつ、このときにロー夕 1 0 0 の回転速度 Vが最大となるこことが分かる。

図 1 7に示す駆動回路 2 0 0は、このような振動板 1 0の特性に鑑みて設計されたものであり、検出信号 S D 1および S D 2の位相差がほぼ最大値を維持するように、駆動電圧信号 S D Rの周波数制御を行うものである。

この駆動回路 2 0 0は、ドライバ 2 0 1と、 φ— V変換回路 2 0 2と、遅延回路 2 0 3と、比較回路 2 0 4と、電圧調整回路 2 0 5と、 V C〇（電圧制御発振器） 2 0 6とを備えている。

ドライバ 2 0 1は、 V C O 2 0 6の出力信号 S d rを増幅し、駆動電圧信号 S D Rを振動板 1 0の駆動電極 3 3に印加する回路である。なお、初期状態において、ドライバ 2 0 1は、所定の初期周波数を有する駆動電圧信号 S D Rを出力する。この初期周波数を有する駆動電圧信号 S D Rの出力は、振動板 1 0の振動の初期設定、すなわち、初期状態におおいて振動板 1 0を初期周波数で振動させることを目的としている。この初期設定は、上記以外に、例えばドライバ 2 0 1に初期周波数を有する信号を入力したり、あるいは初期周波数で発振するための周波数制御電圧を V C O 2 0 6に与える、といった方法により行ってもよい。

駆動電圧信号 S D Rが与えられることにより振動板 1 0に振動が発生すると、振動板 1 0の振動検出電極 T 1および T 2から検出信号 S D 1および S D 2が出力される。 φ— V変換回路 2 0 2は、この検出信号 S D 1および S D 2の位相差に応じた信号を出力する回路であり、図 2 0に示すように、位相差検出部 2 0 2 Αと、平均電圧変換部 2 0 2 Bとを備えている。図 2 1および図 2 2は、この φ 一 V変換回路 2 0 2の各部の波形を示している。位相差検出部 2 0 2 Αは、検出信号 S D 1および S D 2の位相差に相当するパルス幅の位相差信号 S D Dを生成する。平均電圧変換部 2 0 2 Bは、この位相差信号 S D Dを平均化し、検出信号 S D 1および S D 2の位相差に比例したレベルの位相差信号 S P Dを出力する。図 2 1に示す例では、検出信号 S D 1および S D 2の位相差が小さい。このため、小さなパルス幅 Δ θ 1を有する位相差信号 S DDが出力され、小さな電圧値 V a V 1を有する位相差信号 S P Dが出力される。一方、図 2 2に示す例では、検出信号 S D 1および S D 2の位相差が大きい。このため、大きなパルス幅 Δ 02を有する位相差信号 S DDが出力され、大きな電圧値 V a V 2を有する位相差信号 S PDが出力される。

位相差信号 S PDは、比較回路 2 04に供給されるとともに、遅延回路 2 0 3 によって所定時間だけ遅延され、信号 D S P Dとして比較回路 2 04に供給される。

比較回路 2 04は、信号 S P Dと信号 D S P Dとの差分を求め、信号 S D 1および S D 2の位相差の時間微分係数が正であるか負であるかを判定し、この判定結果に基づいて、電圧増減指令信号 S C Tを電圧調整回路 2 0 5に与える回路である。

電圧調整回路 2 0 5は、比較回路 2 04から与えられる電圧増減指令信号 S C Tに従って、 V C 02 0 6に与える周波数制御電圧 S V Cを増減する。 VC02 0 6は、この周波数制御電圧 S V Cに応じた周波数で発振し、信号 S d rをドラィバ 2 0 1に出力する。

以上説明した駆動回路 2 0 0において、 VCO 2 0 6の発振周波数の増加により検出信号 S D 1および S D 2の位相差が増加するときには、比較回路 2 0 4により V C 02 0 6の発振周波数を高める制御が行われる。また、 VCO 2 0 6の発振周波数の増加により検出信号 S D 1および S D 2の位相差が減少するときには、比較回路 2 04により VCO 2 0 6の発振周波数を下げる制御が行われる。このような制御が行われる結果、 V C O 2 0 6は、検出信号 S D 1および S D 2 の位相差がほぼ最大値を維持するような周波数で発振するようになる。

[ 1. 4] 本実施形態の動作

図 2 3は本実施形態における駆動回路 2 0 0の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って本実施形態の動作を説明する。日付けが代わり、日車 5 0を 1 日分回転させるべき時刻になると、図示しない制御回路から駆動回路 2 0 0に動作開始の指示が与えられ、所定時間に亙り、ドライバ 2 0 1に初期駆動信号が与えられる。初期駆動信号がドライバ 2 0 1に与えられる間、初期駆動信号の周波数は時間経過に伴って徐々に上昇する。初期駆動信号の周波数の可変範囲は、振動板 1 0の縦振動と屈曲振動の位相差が最大となる周波数よりも十分に低い周波数範囲に設定されている。ドライバ 2 0 1は、このようにして与えられる初期駆動信号を増幅し、駆動電圧信号 S D Rとして振動板 1 0に与える。この結果、振動板 1 0が振動を開始し、その周波数が徐々に増加してゆく。所定時間が経過すると、初期駆動信号の供給が止まり、駆動回路 2 0 0は、図 2 1に示すフローに従って動作する。まず、振動板 1 0の振動により、振動検出電極 T 1および T 2から検出信号 S D 1および S D 2が出力されると、これらは φ— V変換回路 2 0 2に入力される（ステップ S 1 )。 φ— V変換回路 2 0 2は、この検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φを検出し、平均位相差に相当する電圧値 V φを有する平均位相差電圧信号 S P Dを出力する（ステップ S 2 )。遅延回路 2 0 3は、この平均位相差電圧信号 S P Dを受け取ると（ステップ S 3 )、その時点から時間 t pだけ前に Φ— V変換回路 2 0 2から受け取った平均位相差電圧信号 S P Dを信号 D S P Dとして出力する（ステップ S 4)。比較回路 2 0 4は、信号 S P Dおよび信号 D S P Dを受け取ると（ステップ S 5)、信号 S P Dの電圧値 ν φが信号 D S 0の電圧値 * t ρよりも大きいか否かを判断する。ここで、例えば、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが図 1 9に示す φ k であり、この φ kに対応した電圧値 V φを有する信号 S P Dが比較回路 2 0 4に与えられたとする。また、時問 t pだけ前の時刻において、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが φ kよりも小さな φ j であり、これに対応した電圧値 t ρを有する信号 D S P Dが比較回路 2 0 4に与えられたとする。この場合、 V φ> V φ t pであることから、ステップ S 6の判断結果が「YE S」となる。この場合、比較回路 2 0 4はハイレベルの電圧増減指令信号 S C Tを電圧調整回路 2 0 5に送り（ステップ S 7 )、電圧調整回路 2 0 5は¥じ〇 2 0 6に与ぇる周波数制御電圧 S V Cを高くする（ステップ S 8、 S l l )。このようにして周波数制御電圧 S V Cが高くなると、 V C O 2 0 6の発振周波数は上昇する（ステツプ S 1 2、 S 1 3 )。

駆動電圧信号 S DRの周波数の増加により位相差 φが増加する、という傾向が維持される間は、以上と同様な動作が繰り返される。このため、駆動電圧信号 S DRは次第に増加し、これに応じて、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが次第に増加してゆく（図 1 9の矢印 P参照）。

図 1 9に例示するように、位相差 φは、ある周波数（図 1 9では 2 8 7 k H z 付近の周波数）において最大となるが、上記の動作によって、駆動信号電圧 S D Rがこの周波数を越えてしまうことがある。この場合には次のような動作が行われる。

まず、例えば、ある時刻において、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが図 1 9に示す φ nであり、この φ nに対応した電圧値 V φを有する信号 S P Dが比較回路 2 04に与えられたとする。また、時間 t pだけ前の時刻において、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 ψが φ nよりも大きな φπιであり、これに対応した電圧値 V φ t pを有する信号 D S PDが比較回路 2 0 4に与えられたとする。この場合、 V φ<ν φ t pであることから、ステップ S 6の判断結果が「N 0」となる。この場合、比較回路 2 04はローレベルの電圧増減指令信号 S C T を電圧調整回路 2 0 5に送り（ステップ S 9 )、電圧調整回路 2 0 5は V C〇 2 0 6に与える周波数制御電圧 S V Cを低くする（ステップ S 1 0、 S l l )。このようにして周波数制御電圧 S V Cが低くなると、 V C〇 2 0 6の発振周波数は低下する（ステップ S 1 2、 S 1 3)。この結果、図 1 9において矢印 Qによつて示すように、一旦、減少した位相差 Φが再び増加する。

以上のような制御が繰り返される結果、駆動電圧信号 S DRの周波数は、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φ、すなわち、振動板 1 0の縦振動と屈曲振動の位相差がほぼ最大値となるような周波数に維持され、最高速の回転速度でロー夕 1 0 0が回転する。そして、このロータ 1 0 0の回転駆動が図 1に示す力レンダ表示機構により伝達され、日車 5 0が 1 日に相当する角度だけ回転する。制御回路は、日車 5 0が 1 日に相当する角度だけ回転したことを接触子 6 5の電圧の変化から検知すると、駆動回路 2 0 0に対して駆動停止の指令を送る。これにより駆動回路 2 0 0は、駆動電圧信号 S DRの出力を終了する。

[2] 第 2実施形態

本実施形態と上記第 1実施形態とは、駆動回路の構成が異なるのみであるので、他の部分については、第 1実施形態と同一の図面を参照して説明する。図 24は、本実施形態における駆動回路 2 0 0 Aの構成を示すブロック図である。この駆動回路 2 0 OAは、第 1実施形態の駆動回路 2 0 0が持っているような遅延回路 2 0 3を有していない。その代わりに、駆動回路 2 0 0 Aは、定電圧回路 2 1 0を有している。この定電圧回路 2 1 0は、基準電圧 S R E Fを比較回路 2 04 Aに出力する。ここで、基準電圧 S RE Fは、振動板 1 0から得られる検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが基準位相差 <i>dであるときに φ— V変換回路 2 0 2から出力される電圧と等しい大きさの電圧である。また、基準位相差 Φ dは、振動板 1 0から検出信号 S D 1および S D 2の位相差 ψの最大値よりも若干低めの位相差である。比較回路 2 04 Aは、 φ— V変換回路 2 0 2から出力される電圧 S P Dが基準電圧 S R E Fより小さいときには、周波数制御電圧 S VCの増加を指令する電圧増減指令信号を送り、 VCO 2 0 6の発振周波数を増加させる。また、比較回路 2 04 Aは、電圧 S P Dが基準電圧 S R E Fより小さいときには、周波数制御電圧 S V Cの減少を指令する電圧増減指令信号を送り、 V C 02 0 6の発振周波数を減少させる。

図 2 5は本実施形態における駆動回路 2 0 0 Aの動作を示すフローチヤ一卜である。以下、このフローチャートに従って本実施形態の動作を説明する。振動板 1 0からの検出信号 S D 1および S D 2が φ— V変換回路 2 0 2に入力されると (ステップ S 2 1 )、 — V変換回路 2 0 2は、この検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φを検出し、平均位相差に相当する電圧値 V φを有する平均位相差電圧信号 S P Dを出力する（ステップ S 2 2)。一方、定電圧回路 2 1 0は、基準電圧 V φ dを常時出力している（ステップ S 2 3)。比較回路 2 04は、平均位相差電圧信号 S PDおよび基準電圧値 V0 dを受け取ると（ステップ S 2 4)、信号 S P Dの電圧値 V φが基準電圧 V φ より小さいか否かを判断する（ステツプ S 2 5 )。

ここで、振動板 1 0が振動を開始した当初においては、駆動電圧信号 S DRの周波数は低く、検出信号 S D 1および S D 2の位相差も小さい。このため、ステップ S 2 5の判断結果が「YE S」となる。この場合、比較回路 2 0 4はハイレベルの電圧増減指令信号 S C Tを電圧調整回路 2 0 5に送り（ステップ S 2 6)、電圧調整回路 2 0 5は V C02 0 6に与える周波数制御電圧 S VCを高ぐする (ステップ S 2 7、 S 3 0 )o このようにして周波数制御電圧 S V Cが高くなると、 V C 02 0 6の発振周波数は上昇する（ステップ S 3 1、 S 3 2 )。

検出信号 SD lおよび S D 2の位相差 φが基準位相差 φ dよりも小さく、信号 S P Dの電圧値 V φが基準電圧 V φ dより小さい場合には、以上の動作が繰り返される。この結果、 VCO 2 0 6の発振周波数が徐々に高められ、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが増加してゆく。そして、位相差 φが基準位相差を越え、信号 S P Dの電圧値 V φが基準電圧 V φ dを越えると、ステップ S 2 5 の判断結果が「NO」となる。

この場合、比較回路 2 04は口一レベルの電圧増減指令信号 S CTを電圧調整回路 2 0 5に送り（ステップ S 2 8 )、電圧調整回路 2 0 5は VC02 0 6に与える周波数制御電圧 S VCを低くする（ステップ S 2 9、 S 3 0)。このようにして周波数制御電圧 S V Cが低くなると、 V C 02 0 6の発振周波数は低下する (ステップ S 3 1、 S 3 3)。

以上のような制御が繰り返される結果、駆動電圧信号 S DRの周波数は、検出信号 S D 1および SD 2の位相差 φ、すなわち、振動板 1 0の縦振動と屈曲振動の位相差が基準位相差 Φ dとなるような周波数に維持され、適切な回転速度で口一夕 1 0 0が回転する。そして、この口一夕 1 0 0の回転駆動が図 1に示すカレンダ表示機構により伝達され、日車 5 0が 1 日に相当する角度だけ回転する。制御回路は、日車 5 0が 1 日に相当する角度だけ回転したことを接触子 6 5の電圧の変化から検知すると、駆動回路 2 0 0に対して駆動停止の指令を送る。これにより駆動回路 2 0 0は、駆動電圧信号 S D Rの出力を終了する。

[3] 第 3実施形態

上記第 2実施形態では、振動板 1 0から得られる検出信号 S D 1および S D 2 の位相差が基準位相差 Φ dとなるように駆動電圧信号 S D Rの周波数制御を行つた。この周波数制御により効率的なロー夕 1 0 0の駆動を行うためには、振動板 1 0から得られる検出信号 S D 1および S D 2の位相差の最大値を越えない範囲でなるベく高めに基準位相差 φ dを設定する必要がある。しかし、検出信号 S D 1および S D 2の位相差が位相差の最大値は、個々の圧電ァクチユエ一夕によつても異なるし、負荷や温度によっても異なる。図 2 6は、温度が 2 5でにおける検出信号 S D 1および S D 2の位相差と駆動効率の周波数特性を示しており、図 2 7は、温度 6 0でのおける同様な周波数特性を示している。ここで、基準位相差 φ (1を 6 0° とした場合、温度が 6 0でのときにはそのような位相差となる駆動電圧信号 S D Rの周波数を求めることができる。しかし、温度 2 5でのときには駆動信号 SD 1および S D 2の位相差が基準位相差 φ dとなる駆動電圧信号 S DRの周波数を求めることはできない。

この発明の第 3実施形態は、この問題を解決するものである。図 2 8は本実施形態における駆動回路 2 0 0 Bの構成を示すプロック図である。この駆動回路 2 0 0 Bは、上記第 2実施形態（図 2 4) における駆動回路 2 0 O Aに対し、周波数カウン夕 2 1 1と、制御部 2 1 2と、バッテリバックアップされた R A Mなどからなる不揮発性メモリ 2 1 3とが追加された構成となっている。

ここで、周波数カウンタ 2 1 1は、駆動電圧信号 S D Rの周波数を測定する回路である。不揮発性メモリ 2 1 3は、基準位相差 φ dを記憶する役割を担っている。本実施形態に係る圧電ァクチユエ一夕が腕時計に組み込まれるとき、不揮発性メモリ 2 1 3には、十分に大きな基準位相差が格納される。例えば、検出信号 S D 1および SD 2の位相差が取りうる最大値あるいはさらにそれよりも大きい値が最初に不揮発性メモリ 2 1 3に格納される。その後、この不揮発性メモリ 2 1 3内の基準位相差は、ロータ 1 0 0の駆動が行われる度に制御部 2 1 2によつて更新される。制御部 2 1 2は、ロータ 1 0 0の駆動時、基準位相差 φ dを決定し、この基準位相差 (i)dに対応した基準電圧 S RE Fの出力を定電圧回路 2 1 0 に指示する。基準位相差 Φ dの決定に当たっては、不揮発性メモリ 2 1 3に記憶された基準位相差が参照される。また、制御部 2 1 2は、この不揮発性メモリ 2 1 3内の基準位相差を最適化する制御を行う。

図 2 9には、 3回に亙ってロー夕 1 0 0の駆動が行われた場合を例に、駆動回路 2 0 0 Bの動作が示されている。

第 1回目のロータ 1 0 0の駆動時、不揮発性メモリ 2 1 3には基準位相差として φ d 7が記億されている。このため、制御部 2 1 2は、この d 7よりも所定量だけ大きな φοΐ 8を基準位相差 <i) dとし、これに対応した基準電圧 S R E Fの出力を定電圧回路 2 1 0に指示する。定電圧回路 2 1 0によって位相差 d 8に対応した基準電圧 S R E Fが出力されると、駆動電圧信号 S D Rの周波数の増加が始まる。ここで、当初は、駆動電圧信号 S D Rの周波数の増加に伴って検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φも増加する。しかし、この位相差が最大値に到達した後は、駆動電圧信号 S DRの周波数の増加に伴って検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φは減少してゆく。そして、位相差 φが基準位相差 φ d 8に到達することなく、駆動電圧信号 S D Rの周波数は上限周波数に到達する。

制御部 2 1 2は、駆動電圧信号 S DRの周波数が上限周波数に到達したことを周波数カウン夕 2 1 1の測定結果から検知する。このとき、制御部 2 1 2は、口一夕 1 0 0の駆動が失敗したとみなし、基準電圧 S R E Fの停止を定電圧回路 2 1 0に指示する。次に制御部 2 1 2は、基準位相差 φ d 8を所定量だけ減少させて * d 7とし、これに対応した基準電圧 S RE Fの出力を定電圧回路 2 1 0に指示し、駆動回路 20 0 Bを動作させる。図示の例では、この駆動も失敗に終わる。さらに基準位相差を Φ d 6として駆動回路 2 0 0 Bによるロータ 1 0 0の駆動も試行されるが、これも失敗に終わる。そして、制御部 2 1 2が基準位相差を φ d 6よりもさらに所定量だけ小さい Φ d 5として駆動回路 2 0 0 Bを動作させると、駆動電圧信号 S DRの周波数が周波数 f 1に到達したときに、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが基準位相差 φ d 5となる。この結果、駆動電圧信号 S D Rの周波数がこの周波数 f 1に維持され、最適な効率でロー夕 1 0 0の駆動が行われる。制御部 2 1 2は、口一夕 1 0 0の駆動が正常終了したことを検知すると、基準位相差 Φ d 5を不揮発性メモリ 2 1 3に格納する。

その後行われる第 2回目のロー夕駆動時の動作例は次の通りである。

制御部 2 1 2は、不揮発性メモリ 2 1 3に記憶された φ d 5よりも所定量だけ大きな ci)d 6を基準位相差（i>dとし、駆動回路 2 0 0 Bによる口一夕 1 0 0の駆動を試行するが、これは失敗に終わる。そこで、制御部 2 1 2は、基準位相差を φ d 6から φ d 5に下げて、駆動回路 2 0 0 Bを動作させる。この </> d 5は、第 1回目のロータ駆動を成功させた基準位相差である。ところが、第 2回目の口一夕駆動時には、振動板 1 0から得られる検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φ dが全体的に低くなつており、基準位相差 Φ d 5を用いたロー夕 1 0 0の駆動も失敗してしまう。そこで、制御部 2 1 2は、基準位相差を φ d 5よりもさらに所定量だけ小さい Φ d 4として駆動回路 2 0 0 Bを動作させる。この場合、駆動電圧信号 S D Rの周波数が周波数 f 2に到達したときに、検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが基準位相差 Ψ d 4となる。この結果、最適な効率でロー夕 1 0 0の駆動が行われる。制御部 2 1 2は、ロー夕 1 0 0の駆動が正常終了したことを検知すると、基準位相差 Φ d 4を不揮発性メモリ 2 1 3に格納する。

その後行われる第 3回目のロータ駆動時の動作例は次の通りである。

制御部 2 1 2は、不揮発性メモリ 2 1 3に記憶された φ d 4よりも所定量だけ大きな φ d 5を基準位相差 Ψ dとし、駆動回路 2 0 0 Bによる口一夕 1 0 0の駆動を試行する。前回、基準位相差を Φ d 5としたときには口一夕駆動が失敗に終わっている。ところが、第 3回目のロータ駆動時には、振動板 1 0から得られる検出信号 S D 1および S D 2の位相差 c/) dが全体的に高くなつており、基準位相差 ψ d 5を用いた口一夕 1 0 0の駆動が成功する。制御部 2 1 2は、口一夕 1 0 0の駆動が正常終了したことを検知すると、基準位相差 Φ d 5を不揮発性メモリ 2 1 3に格納する。

なお、図示の例では、基準位相差 Φ dをさらに所定量だけ大きくして φ d 6としてもロータ 1 0 0の駆動は成功する。しかし、第 3回目の口一夕駆動では、この基準位相差 Φ d 6を用いたロー夕 1 0 0の駆動は行われない。既に基準位相差 d 5を用いた駆動により日車が回転し、駆動の目的を達成しているからである。第 4回目のロー夕駆動において、振動板 1 0の特性に変化がなければ、その時点で基準位相差 Φ d 6によるロー夕駆動が行われ、不揮発性メモリ 2 1 3に基準位相差 Φ d 6が格納されることになろう。

以上説明したように、本実施形態によれば、圧電ァクチユエ一夕の特性が変化した場合においても、その変化に追従し、極力高い効率で口一夕 1 0 0の駆動を行うことができる。

[ 4 ] 第 4実施形態

図 3 0はこの発明の第 4実施形態における圧電ァクチユエ一夕の駆動回路 2 0 0 Cの構成を示すブロック図である。図 3 0において、 V C O 2 0 6、ドライノ 2 0 1 、 φ— V変換回路 2 0 2は、上記第 1実施形態における駆動回路 2 0 0 (図 1 7 ) のものと同様であるので、その説明を省略する。 A/D変換器 2 1 4は、制御部 2 1 2 Aからの指令に従い、 φ— V変換回路 2 0 2から出力される位相差信号 S P Dをデジタル値に変換する回路である。演算部 2 1 5は、制御部 2 1 2 Αからの指令に従い、 V C 02 0 6に供給する周波数制御電圧 S V Cのデジタル値 D Fを演算する回路である。不揮発性メモリ 2 1 3 Aは、口一夕 1 0 0の駆動時における位相差信号 S P Dのデジタル値および周波数制御用のデジタル値 D Fを記憶するためのメモリである。制御部 2 1 2 Aは、以上説明した各部を制御する装置である。この制御部 2 1 2 Aは、駆動回路 2 0 0 Cを動作させてロータ 1 0 0を駆動するとき、現在よりも圧電ァクチユエ一夕の駆動効率を改善することができると考えられる周波数制御用のデジタル値 D F の最適値を演算部 2 1 5により演算し、デジタル値 D Fを更新する機能を有している。

図 3 1は、このデジタル値 DFの更新動作を示すフローチャートである。制御部 2 1 2 Aは、ロータ駆動を行う度にこのフローを実行する。まず、制御部 2 1 2 Aは、不揮発性メモリ 2 1 3 Aに記憶されたデジタル値 D Fをそのまま演算部 2 1 5を介して DZA変換器 2 1 6に送り、これに対応した周波数制御電圧 S V Cを出力させる（ステップ S 3 1 )。この周波数制御電圧 S V Cが DZA変換器 2 0 8から出力されると、 V CO 2 0 6はこれに応じた周波数で発振し、同周波数を有する駆動電圧信号 S D Rが振動板 1 0に与えられる。これにより振動板 1 0が振動し、ロータ 1 0 0の駆動が行われる。この間、振動板 1 0から得られる検出信号 SD 1および S D 2の位相差 φが φ— V変換回路 2 0 2によって検出され、位相差信号 S P Dが出力される。

このロータの駆動が行われる間を利用し、制御部 2 1 2 Aは、次回の駆動に備えて、 D Fおよび S P Dを更新するための処理を進める。まず、制御部 2 1 2 A は、この位相差信号 S PDの AZD変換を AZD変換器 2 1 4に指示する（ステップ S 3 2 )。

次に制御部 2 1.2 Aは、以下の手順により不揮発性メモリ 2 1 3内のデジタル値 D Fを更新する。まず、今回得られた位相差信号 S P Dのデジタル値（仮に S DPNとする）から不揮発性メモリ 2 1 3内のデジタル値（仮に S P D Oとする）を差し引いて差分△ Pを求める。次に、演算部 2 1 5を用いて下記式により新たなデジタル値 D F Nを求め、これを新たな D Fとして不揮発性メモリ 2 1 3に格納する（ステップ S 3 3 )。

D F N = D F O + a · Δ P

ここで、 αは実験やシミュレ一ションを経て最適化された定数である。

次に、制御部 2 1 2 Αは、今回得られた位相差信号 S P Dのデジタル値を不揮発性メモリ 2 1 3に格納する（ステップ S 3 4 )。

以上の動作が圧電ァクチユエ一夕の駆動の度に行われ、振動板 1 0の駆動周波数の最適化がなされる。

図 3 2および図 3 3は、各々周波数制御電圧のデジタル値 D Fが最適化される動作例を示している。

まず、図 3 2に示す動作例では、圧電ァクチユエ一夕の駆動時に振動板 1 0から得られる位相差信号 S P Dが前回のよりも駆動時よりも I Δ P I だけ増加している。このような状況が続くとすると、駆動電圧信号 S D Rの周波数のさらなる増加により位相差 Φが増加することが期待される。そこで、次回の駆動に備えて周波数制御電圧のデジタル値 D Fが I α · Δ Ρ I だけ増加される。

これに対し、図 3 3に示す動作例では、圧電ァクチユエ一夕の駆動時に振動板 1 0から得られる位相差信号 S P Dが前回のよりも駆動時よりも I Δ Ρ I だけ減少している。このような状況において、駆動電圧信号 S D Rの周波数をそのままにしておくと、位相差 φが急落するおそれがある。そこで、次回の駆動に備えて周波数制御電圧のデジタル値 D Fが I α · Δ Ρ I だけ減らされる。

本実施形態においても、圧電ァクチユエ一夕の特性の変化に追従し、極力高い効率でロータ 1 0 0の駆動を行うことができる、という効果が得られる。

[ 5 ] 本発明に係る圧電ァクチユエ一夕の他の用途

本発明に係る圧電ァクチユエ一夕の用途は、既に説明した腕時計の力レンダ表示機構だけではない。この圧電ァクチユエ一夕は、他にも様々な用途に適用可能である。以下、その例を挙げる。

[ 5 . 1 ] 他の用途（その 1 )

図 3 4は、非接触型 I Cカードの外観を示す斜視図である。非接触型 I Cカード 4 0 0の表面側には、残金表示を行う残金表示カウンタ 4 0 1が設けられている。残金表示力ゥン夕 4 0 1は、 4桁の残金を表示するものであり、図 3 5に示すように、上位 2桁を表示する表示部 4 0 2と、下位 2桁を表示する表示部 4 0 3とを備えている。

図 3 6は、上位桁表示部 4 0 2の構成を示す側面図である。上位桁表示部 4 0 2は、ロー夕 1 0 0 Aを介して圧電ァクチユエ一夕 A 1に連結されており、ロー夕 1 0 0 Aの駆動力によって駆動される。上位桁表示部 4 0 2の主要部は、送り爪 4 0 2 Aを有しロータ 1 0 O Aが 1 / n回転すると 1回転する駆動ギア 4 0 2 Aと、駆動ギア 4 0 2 Aの 1回転で 1 目盛分回転する第 1上位桁表示車 4 0 2 B と、第 1上位桁表示車 4 0 2 Bの 1回転で 1 目盛分回転する第 2上位桁表示車 4 0 2じと、第 1上位桁表示車 4 0 2 Bの非回転時に第 1上位桁表示車 4 0 2 Bを固定する固定部材 4 0 2 Dと、を備えている。なお、第 2上位桁表示車 4 0 2 B についても、第 2上位桁表示車 4 0 2 C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 4 0 2 Aは、口一夕 1 0 0 Aが 1 Z n回転すると 1回転する。そして送り爪 4 0 2 Aは、第 1上位桁表示車 4 0 2 Bの送りギア部 4 0 2 B 3に嚙合しており、第 1上位桁表示車 4 0 2 Bは 1目盛分回転する。

なお、ロー夕 1 0 0 Aを 1 Z n回転させるのは、動作の一例であり、これに限定するものではない。また、駆動ギア 4 0 2 Aが 1回転して、第 1上位桁表示車 4 0 2 Bを 1 目盛分回転させるのも、動作の一例であり、これに限定するものではない。

さらに第 1上位桁表示車 4 0 2 Bが回転し、 1回転すると、第 1上位桁表示車 4 0 2 Bに設けられている送りピン 4 0 2 Bが送りギア 4 0 2 B 2を回転させ、送りギア 4 0 2 Bが嚙合している第 2上位桁表示車 4 0 2 Cの送りギア 4 0 2 C を回転させ、第 2上位桁表示車 4 0 2 Cを 1 目盛分回転させる。

下位桁表示部 4 0 3は、ロータ 1 0 0 Bを介して圧電ァクチユエ一夕 A 2に連結されており、口一夕 1 0 0 Bの駆動力によつて駆動される。下位桁表示部 4 0 3の主要部は、送り爪 4 0 3 A 1を有し口一夕 1 0 0 Bが l Z n回転すると 1回転する駆動ギア 4 0 3 Aと、駆動ギア 4 0 3 Aの 1回転で 1目盛分回転する第 1 下位桁表示車 4 0 3 Bと、第 1下位桁表示車 4 0 3 Bの 1回転で 1目盛分回転する第 2下位桁表示車 4 0 3 Cと、を備えている。

図 3 7に下位桁表示部 4 0 3の正面図を、図 3 8に側面図を示す。

第 1下位桁表示車 4 0 3 Bは、駆動ギア 4 0 3 Aの送り爪 4 0 3 A 1に嚙合する送りギア部 4 0 3 B 1を有しており、駆動ギア 4 0 3 Aの 1回転で 1 目盛分回転する。

そして、第 1下位桁表示車 4 0 3 Bには、送りピン 4 0 3 B 2が設けられており、第 1下位桁表示車 4 0 3 B力 1回転回転する毎に、送りギア 4 0 3 B 3を回転させ、第 2下位桁表示車 4 0 3 C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 4 0 3 Bの固定部材 4 0 3 Dは、非回転時に送りギア部 4 0 3 B 1に嚙合して第 1下位桁表示車 4 0 3 Bを固定する。また、第 2下位桁表示車 4 0 3 Cの固定部材 4 0 3 Eは、第 2下位桁表示車 4 0 3 Cの非回転時に送りギア部 4 0 3 Fに嚙合して第 2下位桁表示車 4 0 3 Cを固定する。

この場合において、ァクチユエ一夕 A 1およびァクチユエ一夕 A 2は、駆動回路 2 0 0 Bにより同期して駆動されるように設定されており、駆動回路 2 0 0 B は、図示しない I C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。

以上のような薄型の非接触 I Cカードにおいても、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、低消費電力で表示を行えるとともに、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。

[ 5 . 2 ] 他の用途（その 2 )

本発明に係る圧電ァクチユエ一夕およびその駆動回路は、何らかのトリガに応じて、被駆動物を一定角度だけ回転させるような用途に好適である。上記各実施形態では、時に関する情報の表示機構の一例であるカレンダ表示機構に本発明を適用した。要約すると、上記各実施形態では、日送りをすべき時刻になったときに、駆動回路が圧電ァクチユエ一夕を駆動し、この圧電ァクチユエ一夕により、腕時計のカレンダ表示機構を駆動し、日車を 1 日分だけ回転させた。腕時計は、これ以外にも、時に関する情報の表示機構を備えており、そのような表示機構への圧電ァクチユエ一夕の適用が考えられる。秒を表示する秒針の駆動機構がその一例である。本発明を秒針の駆動機構に適用する場合、上記各実施形態において圧電ァクチユエ一夕によって回転駆動されるロー夕と連動するように秒針駆動系を構成すればよい。この構成によると、時計回路により 1秒の計時が行われる度に、駆動回路により圧電ァクチユエ一夕の駆動が行われる。この圧電ァクチユエ一夕の駆動は、圧電ァクチユエ一夕の駆動力が口一夕を介して秒針駆動機構に伝えられ、秒針が 1秒分だけ回転するまで行われる。

[ 6 ] 各実施形態の変形例

[ 6 . 1 ] 第 1変形例

上記第 1実施形態では、振動板 1 0から得られる検出信号 S D 1および S D 2 の位相差が最大となるような周波数に駆動電圧信号 S D Rの周波数を収束させるために、この位相差の時間微分を求め、時間微分が正であるときには駆動電圧信号 S D Rの周波数を高め、負である場合には周波数を低くした。ここで、検出信号 S D 1および S D 2の位相差を迅速に最大値に到達させるためには、振動板 1 0 、 φ— V変換回路 2 0 2、遅延回路 2 0 3、比較回路 2 0 4、電圧調整回路 2 0 5 、 V C O 2 0 6およびドライバ 2 0 1からなる閉ループ（図 1 7参照）のゲインを高くするのが効果的である。しかし、この閉ループゲインがあまりに高いと、閉ループが位相差の細かな増減に過剰に応答し、位相差が最大値でない極大値となる周波数を捉えて駆動電圧信号 S D Rの周波数の掃引が停止してしまうことがある。本変形例は、このような事態に対処するために、閉ループ内の適当な位置にフィルタ係数の調整が可能なループフィル夕を挿入するものである。本変形例によれば、ループフィル夕のフィル夕係数を調整することにより、閉ループゲインを調整し、検出信号 S D 1および S D 2の位相差を迅速に真の最大値に至らせることができる。

[ 6 . 2 ] 第 2変形例

上記第 1実施形態において、駆動電圧信号 S D Rの周波数の初期値が低いと、駆動電圧信号 S D Rの周波数を検出信号 S D 1および S D 2の位相差が最大となるような周波数に到達させるための所要時間が長くなる。そこで、本変形例では、ロー夕 1 0 0の駆動時、検出信号 S D 1および S D 2の位相差が最大となるような周波数に駆動電圧信号 S D Rの周波数が収束した場合に、その時点における周波数制御電圧 S V Cをデジタル値に変換してメモリに記憶する。その次にロー夕 1 0 0を駆動するときには、このメモリに記憶されたデジタル値をアナログ電圧に変換し、これよりも所定値だけ低い周波数制御電圧 S V Cを V C O 2 0 6に与え、駆動電圧信号 S D Rの周波数制御を開始する。このようにすることで、駆動電圧信号 S D Rの周波数を検出信号 S D 1および S D 2の位相差が最大となるような周波数に到達させるための所要時間を短縮することができる。

[ 6 . 3 ] 第 3変形例

上記各実施形態における圧電ァクチユエ一夕は、縦振動を検出するための電極と屈曲振動を検出する電極とが各々設けられているため、縦振動と横振動とを別個に求めることができる。この点を利用した変形例を図 3 9に示す。

この図 3 9に示す駆動回路 2 0 0 Dは、上記第 1実施形態における駆動回路（図 1 7参照）に対し、利得制御回路 2 5 1を追加したものである。

口一夕 1 0 0を適切に駆動するためには、縦振動および屈曲振動の各々がロー夕 1 0 0の表面の耝さを克服するに足る十分な振幅を有している必要がある。そこで、本変形例において利得制御回路 2 5 1は、振動板 1 0から得られる縦振動の検出信号 S D 1と屈曲振動の検出信号 S D 2の少なくとも一方の大きさが閾値以下になっている場合にドライバ 2 0 1の利得を増加させて駆動電圧信号 S D Rを大きくする。このような検出信号 S D 1および S D 2の両方を用いた自動利得制御により当接部 3 6によるロータ 1 0 0の駆動を安定化することができる。なお、この変形例は、上記第 1実施形態だけでなく、第 2〜第 4実施形態における駆動回路にも勿論適用可能である。

[ 6 . 4 ] 第 4変形例

図 4 0に示す変形例も、上記第 1変形例と同様、縦振動と横振動とを別個に求めることができるという利点を利用したものである。この図 4 0に示す駆動回路 2 0 0 Eは、上記第 1実施形態における駆動回路（図 1 7参照）に対し、故障判定回路 2 5 2を追加したものである。

振動板 1 0を構成する圧電素子に割れなどが発生し、振動板 1 0が故障した場合、検出信号 S D 1または S D 2の一方の振幅が小さくなる。故障判定回路 2 5 2は、このような現象が認められた場合に、その旨を表す信号を腕時計の制御部に送り、故障の表示を行わせる。

本変形例によれば、圧電ァクチユエ一夕の修理が必要になった場合にその旨をユーザに迅速に伝えることができるという効果が得られる。

なお、この変形例は、上記第 1実施形態だけでなく、第 2〜第 4実施形態における駆動回路にも勿論適用可能である。

[ 6 . 5 ] 第 5変形例

上記第 3実施形態では、ある基準位相差を設定して駆動回路を動作させ、圧電ァクチユエ一夕の駆動に成功した場合、その次の駆動時には、基準位相差を所定量だけ増加させて駆動回路を動作させ、圧電ァクチユエ一夕の駆動を試みた。従つて、圧電ァクチユエ一夕の特性が時間的に変化しない場合には、圧電ァクチュエー夕の駆動の度に、 1回目の駆動回路の動作では駆動に失敗し、 2回目の駆動回路の動作により駆動に成功する、ということが繰り返されることになる。比較的短い時間間隔で圧電ァクチユエ一夕の駆動を行うような装置に本実施形態が適用される場合、このような事態は好ましくない。本変形例は、この点を改善するものである。

本変形例において、駆動回路 2 0 0 Bの制御部 2 1 2は、圧電ァクチユエ一夕の駆動が行われる度に、駆動が成功したときの基準位相差を不揮発性メモリ 2 1 3に格納する。制御部 2 1 2は、圧電ァクチユエ一夕の駆動を行うべきとき、不揮発性メモリ 2 1 2に記憶された過去一定個数の基準位相差を読み出し、それらの基準位相差が同じであるか否かを判断する。この判断結果が「Y E S」である場合、制御部 2 1 2は、圧電ァクチユエ一夕の特性が時間的に安定しているとみなし、その時点から一定時間、基準位相差の初期値を前回の駆動時の基準位相差から増加させる処理を省略する。一定時間が経過した後は、基準位相差の初期値を前回の駆動時の基準位相差から増加させる処理を再開する。

[ 6 . 6 ] 第 6変形例

上記第 2〜第 4実施形態では、駆動電圧信号 S D Rの周波数の増加に対して検出信号 S D 1および S D 2の位相差 φが増加する領域（正のスロープを描いている領域）内において、極力大きな位相差 Φが得られるように駆動電圧信号 S D R の周波数を制御した。しかし、本発明の実施の態様は、これに制限されるものではない。すなわち、駆動電圧信号 S DRの周波数の増加に対して検出信号 S D 1 および S D 2の位相差 φが減少する領域（負のスロープを描いている領域）内において、極力大きな位相差 Ψが得られるように駆動電圧信号 S D Rの周波数を制御してもよい。

[6. 7] 第 7変形例

上記第 1〜第 3実施形態に関しては、駆動回路の一部をソフトウエアにより制御する、という変形例が考えられる。この場合のソフトウェア制御の例を挙げると次の通りである。

<第 1実施形態（図 1 7) の変形例 >

この変形例では、 Φ— V変換回路 2 0 2、 VCO 2 0 6およびドライノ 2 0 1 以外の構成要素が C P Uとメモリに置き換えられる。メモリは、データ記憶およびプログラム記憶に用いられる。また、 φ— V変換回路 2 0 2の後段に AZD変換器が、 V CO 2 0 6の前段に DZ A変換器が配置される。

この変形例において、 C PUは、圧電ァクチユエ一夕の駆動指令が与えられたとき、メモリに記億されたルーチンに従い、以下の処理を実行する。

S 3 1 ： DZA変換器に与えるデジタル値を所定時間に亙って増加させ、 VCO 2 0 6の発振周波数を初期値まで高める。

S 3 2 ： A/D変換器から位相差 Φを受け取り、その時間微分を求める。

S 3 3 ：時間微分が正ならば DZA変換器に与えるデジタル値を増加させ、負ならば減少させる。

S 34 ：位相差 φの前回からの変化が所定の誤差範囲内に収まっている場合に処理を終了し、収まっていない場合にはステップ S 3 2に戻る。

<第 2実施形態（図 24) の変形例 >

この変形例では、 Φ— V変換回路 2 0 2、 V C 02 0 6およびドライバ 2 0 1 以外の構成要素が C P Uとメモリに置き換えられる。メモリは、データ記憶およびプログラム記憶に用いられる。また、 φ— V変換回路 2 0 2の後段に AZD変換器が、 V C Ο 20 6の前段に DZ Α変換器が配置される。

この変形例において、 C P Uは、圧電ァクチユエ一夕の駆動指令が与えられたとき、メモリに記憶されたルーチンに従い、以下の処理を実行する。

S 4 1 ： DZA変換器に周波数制御電圧 S VCの初期値に対応したデジタル値を与える。

S 42 ： AZD変換器から位相差 φを受け取り、その位相差が基準位相差よりも小さい場合は DZA変換器に与えるデジタル値を増加させ、大きい場合は減少させる。

S 4 3 ：位相差 φが基準位相差を中心とした所定の誤差範囲内に収まっている場合に処理を終了し、収まっていない場合にはステップ S 42に戻る。

<第 3実施形態（図 2 8) の変形例 >

この変形例では、周波数カウンタ 2 1 1、 φ— V変換回路 2 0 2、 V C O 2 0 6およびドライバ 2 0 1以外の構成要素が C PUとメモリに置き換えられる。メモリは、デ一夕記憶およびプログラム記憶に用いられる。データとしては、基準位相差がメモリに記憶される。また、 Φ— V変換回路 2 0 2の後段に AZD変換器が、 V C〇 2 0 6の前段に DZA変換器が配置される。

この変形例において、 C PUは、圧電ァクチユエ一夕の駆動指令が与えられたとき、メモリに記憶されたルーチンに従い、以下の処理を実行する。

S 5 1 ：失敗カウント値を「0」に初期設定し、メモリから基準位相差を読み出し、これを所定量だけ増加させる。

S 5 2 ： DZA変換器に与えるデジタル値を初期設定する。

S 5 3 ：位相差 Φが基準位相差を越えたか否かを判断し、判断結果が「YE S」である場合にはステップ S 5 6にジャンプする。

S 54 ： DZA変換器に与えるデジタル値を所定量だけ増加させる。

S 5 5 : 周波数カウンタ 2 1 1から出力される駆動電圧信号 S D Rの周波数が所定値以下か否かを判断し、判断結果が「YE S」である場合には DZA変換器に与えるデジタル値を所定量だけ増加させ（S 5 5 A)、ステップ S 5 3に戻り、「N 0」である場合には失敗カウント値を「 1」だけ増加させるとともに基準位相差を所定量だけ減少させ（S 5 5 B)、ステツプ S 5 2に戻る。

S 5 6 ：失敗カウント値が「0」の場合には基準位相差を所定量だけ増加させ（ステツプ S 5 6 A)、ステップ S 5 2に戻り、そうでない場合には基準位相差をメモリに格納し（ステップ S 5 6 B )、処理を終了する。

本発明は、以上説明した各ルーチンを電気通信回線を介してユーザに配布したり、そのようなルーチンをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納してユーザに配布する、という態様でも実施され得る。ユーザは、このようにして受け取つた所望のルーチンを駆動回路のメモリに書き込むことができる。

[ 6 . 7 ] 第 7変形例

以上の説明においては、携帯型機器として、腕時計あるいは非接触 I Cカードの場合について説明したが、駆動系、特に回転駆動系を必要とする携帯型電子機器であれば、どのような携帯型機器についても本発明の適用が可能である。

[ 6 . 8 ] 第 8変形例

上記各実施形態においては、第 1振動モ一ドとして圧電ァクチユエ一夕の長手方向に振動する縦振動モードを用い、第 2振動モードとして第 1振動モードに対応する屈曲振動モ一ドを用いていたが、これに限られるものではない。

具体的には、第 1振動モードとして圧電ァクチユエ一夕の長手方向に振動する縦振動モードである第 1縦振動モードを用い、第 2振動モードとして第 1振動モ一ドに直交する方向に振動する第 2縦振動モードを用いてもよい。

また、上述の第 2縦振動モードを第 1振動モードとして用い、第 2縦振動モードに対応する屈曲振動モードを用いるようにすることもできる。

これらの場合においても振動検出電極の位置は、実験により求めることが可能である。

[ 6 . 9 ] 第 9変形例

ァクチユエ一夕の電源としては、電池（一次電池および二次電池）の他、太陽電池、熱発電機、機械式発電機および蓄電装置（コンデンサあるいは二次電池）を有する発電機構内蔵型の電源を用いるように構成することも可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第 1の振動モ一ドで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第 2の振動モ ―ドで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電ァクチユエ一夕の駆動回路において、

交流信号である駆動電圧信号を前記振動板に印加するドライバと、

前記振動板から第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号とを検出し、これらの電気信号の位相差を最適化するための前記駆動電圧信号の周波数制御を行う周波数制御部と

を具備することを特徴とする圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

2 . 前記周波数制御部は、前記位相差がほぼ最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う回路であることを特徴とする請求項 1に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

3 . 前記周波数制御部は、

前記第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号との位相差を検出する位相差検出回路と、

前記位相差検出回路によって検出される位相差の時間微分を求める回路と、前記時間微分が正である場合には前記駆動電圧信号の周波数を上昇させ、負である場合には前記駆動電圧信号の周波数を低下させる回路と

を具備することを特徴とする請求項 2に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

4 . 前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器を具備し、

前記周波数制御部は、前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減することにより前記駆動電圧信号の周波数制御を行うことを特徴とする請求項 2に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

5 . 前記周波数制御部は、メモリと、前記位相差が最大値となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行ったときの前記周波数制御電圧の電圧値を前記メモリに格納する手段を具備し、前記周波数制御部は、前記周波数制御電圧の増減による前記駆動電圧信号の周波数制御を開始するときに、前記メモリに記憶された電圧値に基づいて、前記周波数制御電圧の初期値を決定することを特徵とする請求項 4に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

6 . 前記周波数制御部は、前記位相差が基準位相差となるように前記駆動電圧信号の周波数制御を行う回路であることを特徴とする請求項 1に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

7 . 前記周波数制御部は、

前記位相差検出回路によって検出される位相差と前記基準位相差とを比較する比較回路と、

前記比較回路の比較結果に応じて前記駆動電圧信号の周波数を増減する周波数調整回路と

を具備することを特徴とする請求項 6に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

8 . 前記周波数制御部は、

前記ドライバに出力信号を供給する電圧制御発振器をさらに具備し、

前記周波数調整回路は、前記比較回路の比較結果に基づいて前記電圧制御発振器に与える周波数制御電圧を増減する電圧調整回路により構成されることを特徴とする請求項 7に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

9 . 前記周波数制御部は、

前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に成功したか失敗したかを判定する駆動正否判定手段と、前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に失敗した場合には、成功するまで前記基準位相差を低下させ、成功した場合には前記基準位相差を上昇させる初期基準位相差調整手段と

を具備することを特徴とする請求項 6に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路 ₍

1 0 . 前記初期基準位相差調整手段は、前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に成功したときの基準位相差が所定回数連続して一致した場合に、前記基準位相差を上昇させる処理を一定期間省略することを特徴とする請求項 9に記載の圧電ァクチュエー夕の駆動回路。

1 1 . 前記周波数制御部は、前記駆動電圧信号の周波数を測定する周波数カウン夕を具備し、

前記駆動正否判定手段は、前記周波数カウンタの周波数測定結果が適正範囲に収まっているか否かにより前記圧電ァクチユエ一夕の駆動が成功したか失敗したかを判定することを特徴とする請求項 9に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路。

1 2 . 前記周波数制御部は、

前記圧電ァクチユエ一夕の駆動が行われる度に、前記振動板から得られる前記第 1振動モードでの振動を表す電気信号と第 2振動モードでの振動を表す電気信号との位相差の前回の駆動時からの変化量を求める手段と、

前記位相差の変化量に応じて、前記基準位相差を増減する手段と

1 3 . 圧電ァクチユエ一夕の振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第 1振動モードでの振動を表す電気信号と前記第 1振動モードとは振動方向の異なった第 2振動モードでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路とを具備する駆動回路の制御方法において、前記位相差検出回路によつて検出される位相差に基づいて、前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を具備することを特徴とする圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の制御方法。

1 4 . 前記周波数制御過程は、

前記位相差の時間的変化が所定範囲内に収まるまで、前記位相差検出回路によつて検出される位相差の時間微分が正ならば前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させ、負ならば減少させる過程と

を具備することを特徴とする請求項 1 3に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の制御方法。

1 5 . 前記周波数制御過程は、前記位相差が基準位相差以上になるまで前記電圧制御発振器の発振周波数を増加させる過程を具備することを特徴とする請求項 1 3に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の制御方法。

1 6 . 前記圧電ァクチユエ一夕の駆動に成功したか失敗したかを判定し、判定結果に基づいて前記基準位相差を修正する過程を具備することを特徴とする請求項 1 5に記載の圧電ァクチユエ一夕の駆動回路の制御方法。

1 7 . 圧電ァクチユエ一夕の振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第 1振動モードでの振動を表す電気信号と前記第 1振動モードとは振動方向の異なった第 2振動モードでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路と、プロセッサとを具備する駆動回路の制御プログラムにおいて、

前記位相差検出回路によって検出される位相差に基づいて、前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を前記プロセッサに実行させる制御プログラム。

1 8 . 圧電ァクチユエ一夕の振動板に対し、交流信号である駆動電圧信号を印加するドライバと、周波数制御電圧に応じた周波数の駆動電圧信号を前記ドライバに出力する電圧制御発振器と、前記振動板から第 1振動モ一ドでの振動を表す電気信号と前記第 1振動モードとは振動方向の異なった第 2振動モードでの振動を表す電気信号とを受け取り、これらの電気信号の位相差を検出する位相差検出回路と、プロセッサとを具備する駆動回路の制御プログラムを記憶した記憶媒体において、

前記位相差検出回路によって検出される位相差に基づいて、前記電圧制御発振器の発振周波数を最適化する周波数制御過程を前記プロセッサに実行させる制御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。

1 9 . 圧電素子を主要な構成要素とし、駆動電圧信号が与えられることにより第 1振動モードおよびこれとは振動方向の異なる第 2振動モ一ドで振動する振動板と、

前記第 1振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第 1 の振動検出電極と、

前記第 2振動モードでの振動を検出すべく前記振動板の面上に配置された第 2 の振動検出電極と

を備えたことを特徴とする圧電ァクチユエ一夕。

2 0 . 前記第 1振動モードは、縦振動モードであり、

前記第 2振動モードは、屈曲振動モードである、

ことを特徵とする請求項 1 9に記載の圧電ァクチユエ一夕。

2 1 . 前記圧電ァクチユエ一夕は、駆動機構のロータに当接する部材であって、前記振動板に生じる前記縦振動モードでの振動および前記屈曲振動モードでの振動により楕円軌道を描いて運動し、前記ロー夕を回転駆動する当接部

を具備する特徴とする請求項 2 0に記載の圧電ァクチユエ一夕

2 2 . 圧電素子により構成された振動板であり、交流信号が与えられることにより第 1の振動モードで振動するとともにこれとは振動方向の異なった第 2の振動モードで振動する振動板を主要な構成要素とする圧電ァクチユエ一夕と、請求項 1〜 1 2のいずれかの請求項に記載の駆動回路と

を具備することを特徴とする携帯型電子機器。

2 3 . 前記携帯型電子機器は、 ·

前記圧電ァクチユエ一夕によって回転駆動されるロータと、

前記ロー夕と連動し、時に関連した情報の表示を行う表示機構と

を具備する腕時計である請求項 2 2記載の携帯型電子機器。

2 4 . 前記携帯型電子機器が非接触 I Cカードである請求項 2 2記載の携帯型電子機器。