圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法および電子機器
【課題】確実な駆動を実現することができる圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法および電子機器を提供する。
【解決手段】圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えてこの振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターを以下のように駆動制御する。圧電駆動装置の構成を、圧電素子に所定周波数ｆ０の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、圧電素子に、定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数ｆ０よりも、圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数ｆ１の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能とする。そして、定常駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間ｔ０内に駆動検出信号が入力されなかった場合は、強制駆動制御モードに切り替える。
【解決手段】圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えてこの振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターを以下のように駆動制御する。圧電駆動装置の構成を、圧電素子に所定周波数ｆ０の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、圧電素子に、定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数ｆ０よりも、圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数ｆ１の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能とする。そして、定常駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間ｔ０内に駆動検出信号が入力されなかった場合は、強制駆動制御モードに切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエーター（超音波モーター）は、周囲の温度や負荷等で共振周波数が変動する為、状況に応じた最適な駆動周波数に調整して駆動することが望まれる。そこで、圧電アクチュエーターを周期的に動作させて使用する場合、所定範囲で駆動信号の周波数をスイープ（変化）させながら、駆動状態に応じた信号をフィードバックして周波数制御を行うことによって最適かつ確実にモーターを駆動する方式が知られている。
【０００３】
特許文献１では、圧電アクチュエーターを構成する圧電素子からの検出信号と駆動信号との位相差に基づいて当該圧電素子に印加する駆動信号の周波数を制御して、目標位相差から大きく外れている場合にはスイープ速度を速くし、目標位相差に近づいている場合にはスイープ速度を遅くすることにより、高効率に達するまでの時間を短縮し、確実且つ高効率な駆動を実現している。
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１では、一定の初期周波数から周波数のスイープによる駆動を開始しているため、このスイープによる駆動中の電力消費を更に低減することは考えにくい。
これを更に改善するため、例えば特許文献２に示されているように、前回駆動した時の駆動信号の周波数を記憶しておき、次回駆動する時に、この記憶した周波数からスイープを開始する制御を行うことによって、スイープ期間を短縮し余分な電力消費を削減して、より高効率な駆動を実現することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開番号Ｗ０２００４／０８８８３０
【特許文献２】特開平６−６９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、温度変化、負荷変動、衝撃等の急激な環境変化が起こった場合には、前回駆動時の周波数が最適なものとは限らず、場合によっては、効率の悪い状態で駆動することとなったり、駆動しても動かないといった最悪な状況もあり得るという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、確実な駆動を実現することができる圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電駆動装置は、圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備え、前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、前記駆動制御手段は、前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能であり、前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替えることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、定常駆動制御モードによる駆動制御を行うことで、正常時には被駆動体を所定時間内に駆動することができる。一方、圧電アクチュエーターで駆動される被駆動体の負荷の変化や、温度変化等の外的要因が生じると前記定常駆動制御モードによる駆動制御、例えば振動体の検出位相差と目標位相差との比較に基づく周波数制御では、必要な駆動力が得られず、高効率での駆動でなくなるばかりか、駆動するまでに必要以上に時間を要し、最悪の場合、圧電アクチュエーターを駆動しても被駆動体が駆動しないという事態が生じうる。
【００１０】
そこで、本発明では、定常駆動制御モードにより圧電アクチュエーターを駆動しても駆動検出手段が被駆動体の駆動を所定時間内に検出しなかった場合に、強制駆動制御モードに切り替えている。この強制駆動制御モードでは、駆動信号の周波数を、定常駆動制御時の周波数の駆動信号よりも、圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加している。このため、強制駆動制御モードでの駆動信号を圧電素子に印加すると、定常駆動制御モード時に比べて、大きな電流が流れて消費電力が増大するため強い駆動力を得ることができ、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００１１】
例えば、図２で示された形状の圧電アクチュエーターに駆動信号を印加すると、当初は、振動体には、主振動である圧電素子の長手方向の振動（縦振動）のみが生じて直線運動だけとなるが、徐々にその縦振動に誘発されて副振動である直交方向の振動（屈曲振動）が励振する。
また、このような圧電素子に印加する駆動周波数とインピーダンスとの関係について説明すると、駆動周波数に対してインピーダンスが極小であって振幅が最大となる共振点が二点現れ、これらのうち周波数の低い方が縦振動の共振点、高い方が屈曲振動の共振点となる。このため、定常駆動制御モードでは、縦振動と屈曲振動の両方が励振されるように、駆動信号の周波数は、縦振動の共振点（縦共振点）の周波数以上で、インピーダンスが最大となる反共振点以下の周波数に設定している。例えば、駆動信号の周波数を、駆動信号および検出信号の位相差で制御する場合、前記範囲の周波数となるように、目標位相差が設定されている。
【００１２】
上記インピーダンスが極小となる周波数の代表例は、縦振動の共振周波数であり、例えば図３のようにｆｒ１である。但し、上記インピーダンスが極小となる周波数は、この縦振動の共振周波数に限定されるものではない。例えば、振動体の平面形状、駆動電極の配置、圧電素子の特性等の諸条件により屈曲振動の共振周波数が縦振動の共振周波数よりも小さい場合には、屈曲振動の共振周波数がインピーダンスが極小となる周波数となる。
本発明の定常駆動制御モードとは、振動体の振動状態に応じて駆動信号の周波数を制御する可変駆動周波数制御を少なくとも含む制御モードを指す。そこで、前記定常駆動制御モードは、例えば圧電アクチュエーターの駆動開始時には固定周波数で駆動する固定駆動周波数制御を行い所定条件が整ったならば前記可変駆動周波数制御に切り替える場合、圧電アクチュエーターの駆動開始時から前記可変駆動周波数制御を行う場合、圧電アクチュエーターの駆動開始時から前記固定駆動周波数制御を行う場合があり得る。
【００１３】
上記固定駆動周波数制御は、例えば前回駆動停止時の周波数で駆動する場合、前回駆動停止時の周波数より圧電素子のインピーダンスが小さい（最小ではない）周波数で駆動する場合等があり得る。また上記所定条件とは、例えば振動体の振動振幅が所定値以上となる場合、所定時間が経過した場合などがあり得る。
また、前記可変駆動周波数制御の前記振動体の振動状態は、代表的には振動体の駆動信号と検出信号との位相差や検出信号と他の検出信号との位相差、あるいは振動体の振幅等である。そこで、前記可変駆動周波数制御の具体例としては、振動体の振幅が所定レベル以上となった場合に、駆動信号と検出信号の位相差である検出位相差を目標位相差と比較し、検出位相差を目標位相差に合致させるように周波数制御を行う。
従って、可変駆動周波数制御は、振動状態に応じて駆動信号の周波数を制御するため、最適な周波数の駆動信号を圧電素子に印加でき、圧電アクチュエーターを高効率で駆動することができる。
【００１４】
本発明の圧電駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた場合、その次から所定回数の圧電アクチュエーターの駆動制御は前記強制駆動制御モードで実行し、前記所定回数の強制駆動制御モードでの駆動制御を行った後は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定することが好ましい。
【００１５】
本発明では、圧電アクチュエーターは、一定間隔で駆動制御される。例えば、時分針を２０秒間隔で駆動する場合には、駆動制御手段は圧電アクチュエーターを２０秒毎に駆動制御する。
そして、本発明では、定常駆動制御モードで被駆動体が駆動しなかった場合は強制駆動制御モードに切り替えて強制的に駆動する。また、この強制駆動制御モードに切り替えられた後、所定回数、例えば５回の圧電アクチュエーターの駆動制御は、強制駆動制御モードのままで制御し、所定回数の制御が終わった後に定常駆動制御モードに戻している。
【００１６】
急激な温度変化などの一時的な外的要因によって被駆動体が突発的に駆動しなくなった場合は、ある程度の時間は強制駆動制御モードで駆動する必要がある。ここで、圧電アクチュエーターを１回制御する毎に、定常駆動制御モードに戻して実際に駆動が検出できなかった場合のみ強制駆動制御モードに移行することもできる。但し、この場合は、１回の圧電アクチュエーターの駆動制御時に、定常駆動制御モードと強制駆動制御モードとの両方を実行するため、被駆動体が実際に駆動されるまでの時間が長くなり、かつ、消費電力も増大する。
これに対し、本発明では、所定回数の間は、強制駆動制御モードのみが実行されるので、被駆動体の駆動時間も短くでき、消費電力も低減できる。
また、前記所定回数を使用環境などに応じて適切に設定すれば、予測される外的要因に対して適切に対応することができる。
【００１７】
本発明の圧電駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた時は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードに設定し、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力された場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定し、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードのままに維持することが好ましい。
【００１８】
本発明では、強制駆動制御モード時の駆動検出時間によって、定常駆動制御モードに戻すのか、強制駆動制御モードのまま制御を続けるのかを判断できる。すなわち、強制駆動制御モードにおいても被駆動体が所定量駆動（所定位置まで駆動）するまでにある程度の時間が必要な場合には、定常駆動制御モードでは駆動できない可能性が高い。本発明では、このような場合は強制駆動制御モードを継続するために、被駆動体を確実に駆動することができる。
また、強制駆動制御モードによる被駆動体の駆動時間が短くなれば、定常駆動制御モードでも駆動できる状態であることが判明するため、次回は定常駆動制御モードに戻して制御を行うことができ、消費電力を低減することができる。
【００１９】
ここで、前記定常駆動制御モードは、前記圧電アクチュエーターの駆動開始時は、前回圧電アクチュエーターの駆動制御を行った際の駆動停止時の周波数の駆動信号を印加する固定駆動周波数制御を行い、その後、前記振動体が所定レベル以上の振動状態となった場合に、振動状態に応じて前記駆動信号の周波数を制御する可変駆動周波数制御を行うことが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、定常駆動制御モードでは、最初に固定駆動周波数制御が行われ、前回の圧電アクチュエーターの駆動終了時点の周波数の駆動信号を、今回の駆動制御時に印加することができる。この場合、温度などの外的要因が変化していなければ、前回と同じ周波数の駆動信号を印加することで、前回の駆動時と同様に圧電アクチュエーターを効率よく駆動することができる。
また、振動体が所定レベル以上の振動状態となった場合には、可変駆動周波数制御が行われ、振動状態に応じて駆動信号の周波数を制御するため、最適な周波数の駆動信号を圧電素子に印加でき、圧電アクチュエーターを高効率で駆動することができる。上記振動体の振動状態は、例えば、振動体の駆動信号と検出信号との位相差や検出信号と他の検出信号との位相差、あるいは振動体の振幅等である。また、この最適な駆動周波数は、例えば、駆動信号と検出信号の位相差を目標位相差と比較した結果に基づいて周波数制御することにより得られる。
【００２１】
ここで、前記駆動制御手段は、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記圧電素子の縦振動の共振周波数または縦振動の共振周波数に対する周波数の差が所定値以内の予め設定された周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加することが好ましい。
【００２２】
本発明によれば、強制駆動制御モード時に、縦振動の共振周波数や、その周波数に近い周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加することができるので、消費電力は増大するが、圧電アクチュエーターで発生可能な最大値に近い駆動力を被駆動体に与えることができるので、被駆動体を確実にかつ迅速に駆動することができる。
【００２３】
また、前記駆動制御手段は、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数から前記インピーダンスが小さくなる周波数側に所定周波数分シフトした周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加し、その後、前記駆動検出信号が入力されるまで設定時間毎に、前記圧電素子に印加される駆動信号の周波数を前記所定周波数分シフトすることを特徴とするものでもよい。
【００２４】
本発明によれば、強制駆動制御モード時の駆動信号周波数を、圧電素子のインピーダンスが小さい周波数に近づけることができる。このため、例えば、定常駆動制御モード時は、被駆動体を駆動可能な駆動力に僅かに足りない場合に、被駆動体を駆動可能な最小限の駆動力を与えることができ、必要最小限の消費電力での駆動を実現することができる。また、１回の周波数シフトでは駆動できない場合には、さらに周波数シフトを行うことができるので、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００２５】
本発明は、圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備えた圧電駆動装置の制御方法であって、前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能とされ、前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替えることを特徴とする。
この圧電駆動装置の制御方法によれば、前述した圧電駆動装置と同様の作用効果を得ることが出来る。
【００２６】
本発明の電子機器は、前記圧電駆動装置と、その圧電駆動装置により駆動される被駆動体とを備えることを特徴とする。
本発明の電子機器において前記被駆動体は、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であることが好ましい。
【００２７】
これら本発明の圧電駆動装置の制御方法、電子機器においても、前記圧電駆動装置と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる電子時計の概略構成を示す平面図である。
【図２】第１実施形態における圧電アクチュエーターの構成を示す図である。
【図３】駆動信号の周波数に対するインピーダンス特性を示す図である。
【図４】圧電駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図５】電圧調整回路の構成を示すブロック図である。
【図６】駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。
【図７】駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態における圧電アクチュエーターの構成を示す図である。
【図９】駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。
【図１０】第２実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。
【図１２】第３実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】変形例による電圧調整回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】駆動信号の周波数、位相差、トルクおよび電力の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
[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。
【００３０】
［１−１．全体構成］
図１は、本実施形態における圧電駆動装置を用いた電子機器としての電子時計１の概略構成を示す平面図であり、図２は、電子時計１における圧電アクチュエーター２０を示す平面図（図２（Ａ））および断面図（図２（Ｂ））である。
図１は、電子時計１の時刻表示側とは反対側（裏蓋側）から見た図であり、この図１において、上方向が電子時計１の３時方向、下方向が９時方向、右方向が１２時方向、左方向が６時方向となっている。また、図２（Ａ）の平面図も、電子時計１の時刻表示側とは反対側（裏蓋側）から見た図となっている。
【００３１】
図１に示すように、電子時計１は、時刻を表示する指針（時分針）を駆動する圧電アクチュエーター２０と、電池２と、ＩＣ５と、水晶チップ６とを備えている。電池２、ＩＣ５、水晶チップ６等は、図示しない回路基板に設けられている。また、電子時計１は、圧電アクチュエーター２０によって回転駆動される被駆動体であるローター３０と、ローター３０の回転を伝えて時分針を回転させる輪列４０とを備えている。当該構成を有する電子時計１の圧電アクチュエーター２０は、後述する駆動制御装置によって制御される。
【００３２】
［１−２．圧電アクチュエーターの構成］
図２に示すように、圧電アクチュエーター２０の振動体２１は、二長辺と二短辺（例えば長辺長さと短辺長さの比をほぼ７対２とした長辺と短辺）とにより囲まれた長方形状の板である。その長方形を例示すれば、長辺×短辺が、７ｍｍ×２ｍｍから３．５ｍｍ×１ｍｍまでの間の寸法である。また、振動体２１は、２枚の長方形かつ板状の圧電素子２２の間に、これらの圧電素子２２と略同形状であり、かつ圧電素子２２よりも肉厚の薄いステンレス鋼等の補強板２３を挟んだ積層構造を有している。圧電素子２２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。
【００３３】
振動体２１は、一短辺の幅方向略端部に当接部２５を有している。この当接部２５は、補強板２３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２２から突出させている。振動体２１は、前記当接部２５が幅方向の一方の端部側に配置され、幅方向に重量アンバランスが生じるように構成されている。振動体２１は、支持部２６等によってこの当接部２５の先端をローター３０の外周面に当接させる姿勢を保っている。なお、当接部２５が形成された短辺でない他方の短辺にも当接部２５と同様の大きさのバランス用突起部２５Ａが形成されている。このバランス用突起部２５Ａは、振動体２１の平面形状の中心点に対して点対称位置に設けられている。
【００３４】
圧電アクチュエーター２０の振動体２１は、後述する駆動制御装置から所定の周波数の駆動信号が圧電素子２２に印加されることで第１の振動モード（主振動モード）である縦振動が励振し、前記当接部２５、バランス用突起部２５Ａによって重量アンバランスが生じているため、縦振動に誘発されて第２の振動モード（副振動モード）である屈曲振動が励振し、これらの振動が混合されて、その板面を含む平面内において当接部２５が楕円軌道を描いて運動する。ローター３０は、この振動体２１の当接部２５によってその外周面が叩かれ、回転駆動される。このローター３０の回転は輪列４０に伝達され、輪列を構成する筒車４４に固定されている時針および二番車４２１に固定されている分針を回転させる。
【００３５】
この圧電アクチュエーター２０の駆動は、駆動制御装置によって周期的（例えば２０秒に１回の一定間隔）に制御される。例えば、電子時計１の電源をオンにするなどして、電子時計１の計時機能の動作開始とともに、駆動制御装置の電源をオンにする図示しないスイッチがオフからオンに切り替えられ、駆動制御装置による圧電アクチュエーター２０の駆動制御が開始される。この周期的な各部の駆動は、例えばＩＣ５の管理の下、電子時計１の内部時計に基づき行われる。
【００３６】
圧電アクチュエーター２０の支持部２６には圧電素子用回路基板が取り付けられ、圧電素子２２の表面に設けられた駆動用電極２０１に、回路基板から伸ばされたリード線が接続され、圧電素子２２を駆動可能に構成されている。
【００３７】
圧電素子２２の表面には、駆動用電極２０１と絶縁された検出用電極２０２が設けられている。検出用電極２０２についても、駆動用電極２０１と同様に、回路基板から伸ばされたリード線が接続され、圧電素子２２の振動状態を検出可能に構成されている。
検出用電極２０２は、縦振動成分が検出しやすいように、縦振動のひずみが大きく、かつ、屈曲振動のひずみが小さい位置に配置されている。なお、この配置位置は、使用する圧電アクチュエーター２０によって変わってくるが、図示した例では、振動体２１において一方の長手方向の略中央部にある支持部２６近傍のやや当接部２５側寄りに、検出用電極２０２が配置されている。
【００３８】
[１−３．圧電アクチュエーターの駆動制御装置の構成]
先ず、駆動制御装置の構成を説明する前に、圧電アクチュエーター２０の特性について、図３に基づいて説明する。
図３は、圧電アクチュエーター２０の駆動信号の周波数とインピーダンスおよび位相差との関係を示す図である。
図３に示すように、駆動周波数に対してインピーダンスが極小であって振幅が最大となる共振点が二点現れ、これらのうち周波数の低い方が縦振動の共振点、高い方が屈曲振動の共振点である。また、この二点の共振点の間にインピーダンスが最大となる反共振点が現れる。すなわち、縦振動の縦共振周波数はｆｒ１、屈曲振動の屈曲共振周波数ｆｒ２、反共振動の反共振周波数はｆｒ３である。
【００３９】
ここで、圧電アクチュエーター２０に印加される駆動信号は、屈曲振動の屈曲共振周波数はｆｒ２および縦振動の縦共振周波数ｆｒ１間の周波数に制御され、通常は、反共振動の反共振周波数ｆｒ３および縦振動の縦共振周波数ｆｒ１間の周波数に制御される。この周波数に制御すれば、縦振動および屈曲振動双方の振幅が確保され、圧電アクチュエーター２０は高効率で駆動する。
また、圧電アクチュエーター２０のインピーダンス特性は、温度変化、負荷変化等の環境変化によって変化する。
この区間（ｆｒ１〜ｆｒ２）内における最適駆動周波数ｆ０は、圧電アクチュエーター２０に印加する駆動信号と圧電アクチュエーター２０からの検出信号の位相差を目標位相差と比較することで設定することができ、この位相差に基づいて駆動周波数を制御することで高効率な駆動を行うことができる。
【００４０】
最適駆動周波数ｆ０は、圧電アクチュエーター２０の駆動に最適となる周波数であり、インピーダンス特性に基づき設定することができる。本実施形態では、最適駆動周波数ｆ０は、位相差に基づきフィードバック制御されることにより変動する周波数とされている。
また、本実施形態では、前回駆動した時の駆動信号の周波数を記憶しておき、次回駆動する時に、この記憶した周波数でまず駆動を開始し、その後、駆動状態に応じた信号をフィードバックして周波数制御を行うことによって、最適な駆動周波数に変化させるまでのスイープ期間を短縮し余分な電力消費を削減して、より高効率な駆動を実現することができる構成とされている。
【００４１】
一方、前記環境変化によって圧電アクチュエーター２０の駆動特性が変化し得る。例えば、電子時計１が低温環境で使用されると、輪列４０の軸受け部分に塗布されている潤滑油の粘度が上昇し負荷が増える。これによって、最適駆動周波数ｆ０ではローター３０を駆動するのに必要十分な駆動力が得られず、高効率での駆動でなくなるばかりか、圧電アクチュエーター２０を駆動してもローター３０が駆動するまでに必要以上に時間を要し、最悪の場合には、圧電アクチュエーター２０の駆動によって駆動されるはずのローター３０が駆動しないという事態が生じ得る。
【００４２】
また、圧電素子２２も温度特性がある。例えば、圧電素子２２の材質によっては８０℃等の高温になると電気機械結合係数（電気−機械の変換能力を示す係数）の値が小さくなり、変換能力が低下してしまう。つまり、駆動力が低下することとなり、前記低温に起因する現象と同様の現象が生じ得る。
さらに、歯車にゴミが付着することなどにより、ローター３０の回転動作に抵抗が生じた場合にも、同様の現象が生じ得る。
そこで、本発明者は、このような場合であっても確実な駆動を実現することができる本発明の圧電駆動装置を発明するに至った。
【００４３】
以下、本実施形態の圧電駆動装置における駆動制御装置（駆動制御手段）について、図４のブロック図に基づいて説明する。
図４に示すように、圧電アクチュエーター２０を駆動制御する駆動制御装置１００は、圧電素子２２に印加する駆動信号と圧電素子２２で検出される検出信号の位相差を検出し、位相差に相当する電圧値の位相差電圧信号を出力する位相差−電圧変換回路１０１と、位相差を比較するための基準電圧と振幅信号を検出するための基準電圧とをそれぞれ出力する定電圧回路１０２と、この定電圧回路１０２で出力される位相比較用基準電圧と位相差−電圧変換回路１０１から出力される位相差電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路１０３と、比較結果信号を受けて出力電圧を制御する電圧調整回路１０４と、圧電素子２２に対して駆動信号を印加する駆動回路（ドライバー）１０５と、この電圧調整回路１０４で出力された電圧に対応して駆動回路１０５に出力する周波数を調整する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０６と、定電圧回路１０２で出力される振幅検出用基準電圧と圧電素子２２の振幅信号とを比較して振幅信号を検出する振幅検出回路１０７と、を備えている。
【００４４】
駆動制御装置１００の各部は、ＩＣ５に組み込まれた時刻計測や時間計測を行う計時回路（計時部）から駆動開始を指示する制御信号が出力されると動作を開始し、駆動終了を指示する制御信号が出力されると動作を停止する。ここで、駆動開始の制御信号は、前記のように、例えば２０秒ごとに出力される。
駆動時間検出部１０８は、圧電アクチュエーター２０の駆動開始時（駆動開始の制御信号の入力時）からの経過時間を検出して、検出結果を出力する。この経過時間は、例えば、電子時計１の計時回路を用いて計時される。
【００４５】
前記駆動終了のタイミングは、駆動検出手段である駆動検出部１０９によって検出される。駆動検出部１０９は、被駆動体であるローター３０が所定量駆動（所定位置まで駆動）し、駆動が完結したことを検出し、検出結果を駆動検出信号として出力する。この出力に基づき駆動制御装置１００の各部の動作がオフにされる。このように駆動検出部１０９は、被駆動体であるローター３０またはこのローター３０に連動して駆動する輪列４０のいずれかの回転角度が所定角度となったことを検出可能とされている。
例えば、時分針を２０秒間隔で駆動するために、圧電アクチュエーター２０の駆動制御の周期が２０秒間隔である場合、１回の駆動（２０秒間隔の１つの駆動）で分針は２°回転させる必要がある。そして、分針が２°回転する際の、輪列４０の各歯車やローター３０の回転角度も規定されるため、駆動検出部１０９はこれらのいずれかの部材の回転角度が、前記分針が２°回転する角度だけ回転することを検出する。すなわち、駆動検出部１０９は、被駆動体であるローター３０が所定角度回転したことを直接検出したり、ローター３０に連動して回転する輪列４０の車が所定角度回転したことを検出することで、被駆動体（ローター３０）が所定量駆動したことを間接的に検出できるものであればよい。
そのため、駆動検出部１０９は、例えば、検出対象の車に、所定の角度間隔で検出孔を形成し、発光素子からの光を前記検出孔を介して受光素子で受光する光センサーを用いることができる。なお、光センサーの代わりに、磁気センサー等の各種回転エンコーダーを用いてもよい。
【００４６】
電圧調整回路１０４は、比較回路１０３、振幅検出回路１０７、駆動時間検出部１０８および駆動検出部１０９から出力された信号に基づいて、電圧制御発振器１０６に供給する電圧レベルを制御する電圧制御機能を有する。
具体的には、図５に示すように、電圧調整回路１０４は、電圧制御発振器１０６に出力する電圧を調整する電圧調整部５４１と、振幅検出回路１０７からの出力（振幅検出出力）に応じてクロックを出力するクロック回路５４４と、このクロック回路５４４および比較回路１０３の出力（位相差検出出力）に対応して信号を出力する第１制御回路５４５と、駆動時間検出部１０８、駆動検出部１０９からの出力（振動時間検出出力、振動検出出力）に応じて駆動信号の周波数を設定するための信号を出力する周波数設定回路５４６と、この周波数設定回路５４６からの出力信号と第１制御回路５４５からの出力信号とを選択的に電圧調整部５４１へ出力する信号選択回路５４７と、を備えている。
【００４７】
電圧調整部５４１は、アップダウンカウンター（ＵＤカウンター）５４２と、このＵＤカウンター５４２から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器５４３とを備えている。
ＵＤカウンター５４２は、信号選択回路５４７を介して入力される情報を積算する。このＵＤカウンター５４２は、例えば、１２ビットのカウンター等から構成されており、信号選択回路５４７からの信号により、カウンター値をアップあるいはダウンする。
【００４８】
Ｄ／Ａ変換器５４３は、内部にＵＤカウンター５４２のカウンター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変換器５４３は、ＵＤカウンター５４２から出力されるカウンター値を入力すると、このカウンター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を電圧制御発振器１０６に出力する。
【００４９】
クロック回路５４４は、定常駆動制御モード時に固定駆動周波数制御、可変駆動周波数制御のいずれを行うか否かを制御する。また、周波数設定回路５４６は、定常駆動制御モード、強制駆動制御モードのいずれを行うかを制御する。
【００５０】
第１制御回路５４５は、ＮＡＮＤゲート５４５Ａ，５４５Ｂと、ＮＯＴゲート５４５Ｃとを備える。ＮＡＮＤゲート５４５Ａ，５４５Ｂには、クロック回路５４４の出力が入力される。また、ＮＡＮＤゲート５４５Ａには、比較回路１０３の出力が入力される。比較回路１０３の出力は、ＮＯＴゲート５４５Ｃを介してＮＡＮＤゲート５４５Ｂにも入力される。
信号選択回路５４７は、ＡＮＤゲート５４７Ａ,５４７Ｂを備える。ＡＮＤゲート５４７Ａには、ＮＡＮＤゲート５４５Ａおよび周波数設定回路５４６の出力が入力され、ＡＮＤゲート５４７Ｂには、ＮＡＮＤゲート５４５Ｂおよび周波数設定回路５４６の出力がそれぞれ入力される。
ＡＮＤゲート５４７Ａの出力は、ＵＤカウンター５４２のアップカウント入力に出力され、ＡＮＤゲート５４７Ｂの出力は、ＵＤカウンター５４２のダウンカウント入力に出力される。
【００５１】
このような構成において、本実施形態では、先ず、定常駆動制御モードによって圧電アクチュエーター２０を駆動する。定常駆動制御モードで駆動してもローター３０が正常に駆動しない場合には、強制駆動制御モードに切り替えて圧電アクチュエーター２０を駆動する。定常駆動制御モードでは、固定駆動周波数制御と可変駆動周波数制御が行われる。駆動開始時から所定のタイミングまでの期間は、固定駆動周波数制御が行われ、所定レベル以上となった後は、可変駆動周波数制御が行われる。以下、これら駆動制御モードの切り替えを行うクロック回路５４４、周波数設定回路５４６について、これら駆動制御モード毎に説明する。
【００５２】
＜定常駆動制御モード時（固定駆動周波数制御時）＞
クロック回路５４４は、駆動開始時から目標位相差に対する駆動信号と検出信号の位相差が安定する所定のタイミングまではクロックの出力を停止（ローレベル信号を出力）する。駆動開始時からこのタイミングまでの所定時間は、駆動時間検出部１０８に予め設定されており、周波数設定回路５４６が、このタイミングにおいて駆動時間検出部１０８から出力される検出信号に基づく制御信号をクロック回路５４４に出力する。クロック回路５４４は、この制御信号に基づき当該クロックの出力を制御する。
【００５３】
一方、定常駆動制御モード時は、周波数設定回路５４６は、ハイレベル信号を出力し続ける。クロック回路５４４、周波数設定回路５４６が共にクロックを出力しないため、ＵＤカウンター５４２のカウンター値は変化せずに保持される。後述するが、駆動開始時には、前回の駆動終了時の駆動周波数ｆ０に対応するカウンター値となっている。従って、固定駆動周波数制御時は、前回駆動終了時の駆動周波数の固定周波数である前回駆動周波数ｆ０Ａの駆動信号によって圧電アクチュエーター２０が駆動される。
【００５４】
＜定常駆動制御モード時（可変駆動周波数制御時）＞
周波数設定回路５４６は、可変駆動周波数制御時には、信号選択回路５４７にクロックの出力を行わず、ハイレベル信号を出力する。
クロック回路５４４は、遅クロックと早クロックの２種類のクロックを出力可能であり、早クロックとは、遅クロックよりも早い周期の周波数のことをいう。例えば、遅クロックは１kHzであり、早クロックは１００kHzである。
クロック回路５４４は、可変駆動周波数制御時において振幅検出回路１０７から出力される振幅検出出力により振動体２１の振幅が所定レベル以上である場合には、位相差に基づく駆動信号の周波数制御が適切に行える（最適な駆動周波数付近）と判断して遅クロック（早クロックに比してクロック速度が遅いクロック）を出力する。駆動開始時からこのタイミングまでの所定時間は、駆動時間検出部１０８に予め設定されており、周波数設定回路５４６が、このタイミングにおいて駆動時間検出部１０８から出力される検出信号に基づく制御信号をクロック回路５４４に出力する。クロック回路５４４は、この制御信号に基づき当該クロックの出力を制御する。
【００５５】
ＮＡＮＤゲート５４５Ａに入力される比較回路１０３からの位相差検出出力がハイレベル信号である場合（駆動信号と検出信号の位相差が目標位相差よりも高い場合）には、ＮＡＮＤゲート５４５Ａは、クロック回路５４４から出力される遅クロックに基づいてパルスを出力する。
周波数設定回路５４６からはハイレベル信号が出力されるため、ＡＮＤゲート５４７Ａは、ＮＡＮＤゲート５４５Ａから出力されるパルスをＵＤカウンター５４２のアップカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がアップカウントされる。すなわち、目標位相差に近づくようにパルスに応じて駆動周波数が高くなる。
【００５６】
一方、ＮＯＴゲート５４５Ｃを介してＮＡＮＤゲート５４５Ｂに入力される比較回路１０３からの位相差検出出力がローレベル信号である場合（駆動信号と検出信号の位相差が目標位相差よりも低い場合）には、ＮＡＮＤゲート５４５Ｂは、クロック回路５４４から出力される遅クロックに基づいてパルスを出力する。
周波数設定回路５４６からはハイレベル信号が出力されるため、ＡＮＤゲート５４７Ｂは、ＮＡＮＤゲート５４５Ｂから出力されるパルスをＵＤカウンター５４２のダウンカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がダウンカウントされる。すなわち、目標位相差に近づくようにパルスに応じて駆動周波数が低くなる。
【００５７】
このように、可変周波数駆動制御時において振動体２１の振幅が所定レベル以上である場合には、クロック回路５４４によって位相差に基づき駆動信号の周波数を変動する制御が行われ、位相差に基づき変動する可変駆動周波数ｆ０Ｂの駆動信号によって圧電アクチュエーター２０が駆動される。すなわち、位相差検出出力により、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がアップカウントまたはダウンカウントされる。
【００５８】
また、クロック回路５４４は、可変駆動周波数制御時において振幅検出回路１０７から出力される振幅検出出力により振動体２１の振幅が所定レベル未満のときは、位相差に基づく駆動信号の周波数制御が適切に行えない（最適な駆動周波数から大きく外れている）と判断して早クロックを出力する。
この場合は、前記遅クロックの場合と異なり位相差に依らず一義的にダウンクロック制御が、早クロック（遅クロックに比してクロック速度が速いクロック）に基づき制御されるため、遅クロックの場合よりも所定時間当たりのカウント数が大きくなり、変化する電圧値も大きくなる。よって、最適な駆動周波数から大きく外れている場合にも早く目標値に近づけることができる。
【００５９】
正常な駆動状態では、以上のように固定駆動周波数制御後、可変駆動周波数制御が行われることでローター３０が所定量駆動され、駆動検出部１０９でローター３０が所定量駆動したことを検出したら圧電アクチュエーター２０の駆動制御が終了し、駆動停止状態となる。
【００６０】
＜駆動停止時＞
駆動停止時においては、クロック回路５４４、周波数設定回路５４６は、ハイレベル信号を出力し続ける。よって、ＵＤカウンター５４２のカウンター値は変化せず、駆動終了時の駆動周波数に応じたカウンター値が保持される。従って、次回の駆動開始時には、前回の駆動終了時における駆動周波数を基準として周波数制御が開始されることになる。
【００６１】
しかしながら、前記のように、温度変化等の環境変化により、定常駆動制御モードではローター３０が正常に駆動しない場合が考えられる。そこで、本実施形態では、定常駆動制御モードで駆動しても所定時間ｔ０以内にローター３０が所定量駆動しない場合には、強制駆動制御モードに切り替えて圧電アクチュエーター２０を駆動する。この切り替えを行うため、周波数設定回路５４６は、駆動時間検出出力と駆動検出出力に基づき、所定時間ｔ０以内にローター３０が所定量駆動したことが検出されなかった場合には、強制駆動制御モードに切り替える。
【００６２】
所定時間ｔ０は、通常の駆動状態において圧電アクチュエーター２０の駆動制御の終了（ローター３０の所定量の駆動の終了）が予測される時間である。当然のことながら、所定時間ｔ０は、圧電アクチュエーター２０の駆動制御の周期（例えば２０秒）よりも短い時間となる。この駆動制御終了の予測時間は、圧電アクチュエーター２０の駆動特性に基づき初期的に求めておくことができる。所定時間ｔ０は、駆動時間検出部１０８に予め設定してあり、駆動開始時から所定時間ｔ０の経過タイミングにおいて駆動時間検出部１０８から検出信号が出力される。
【００６３】
＜強制駆動制御モード時＞
周波数設定回路５４６は、強制駆動制御モードになると、クロック回路５４４に対して制御信号を出力し、クロック回路５４４を停止つまりクロック回路５４４からのクロックの出力を停止（ローレベル信号を出力）する。
周波数設定回路５４６は、強制駆動制御開始時に所定パルス数のダウンカウントクロック（Ｐ１）をＡＮＤゲート５４７Ｂに出力する。ＡＮＤゲート５４７Ｂは、周波数設定回路５４６から出力されるダウンカウントクロック（Ｐ１）をＵＤカウンター５４２のダウンカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がダウンカウントされる。すなわち、ダウンカウントクロック（Ｐ１）に応じて駆動周波数が低くなる。
【００６４】
上記ダウンカウントクロック（Ｐ１）として出力される上記所定パルス数に関して説明する。図３に図示されているように、駆動に最適な周波数ｆ０（前回駆動周波数ｆ０）と縦振動共振周波数ｆｒ１との関係が予め明らかとされており、上記ｆ０とｆｒ１との周波数差も明らかとされている。この周波数差に対応するカウント値が予め周波数設定回路５４６に記憶されており、上記周波数差に対応するカウント値分のパルス数（前記所定パルス数）が周波数設定回路５４６からＡＮＤゲート５４７Ｂに出力される。
このＰ１のパルス入力に応じて駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数は、定常駆動制御モード時の周波数ｆ０から、周波数ｆ０よりも圧電素子２２の縦振動の共振周波数に近い所定の駆動周波数ｆ１に切り替わる。駆動周波数ｆ１は、図３のインピーダンス特性から初期的に設定することができ、本実施形態では駆動周波数ｆ１は縦振動の共振周波数ｆｒ１である。この際、前記所定パルス数のダウンカウントクロック（Ｐ１）は、ダウンカウントクロック（Ｐ１）入力前のＵＤカウンター５４２のカウンター値と、前記共振周波数ｆｒ１に対応するカウンター値との差分のカウント数に設定される。
【００６５】
一方、周波数設定回路５４６は、強制駆動制御終了の際（強制駆動制御モードによるローター３０の所定量の駆動終了の際）に、所定パルス数のアップカウントクロック信号（Ｐ１）をＡＮＤゲート５４７Ａに出力する。この所定パルス数は、前述した上記ｆ０とｆｒ１との周波数差に対応するカウント値分のパルス数である。ＡＮＤゲート５４７Ａは、周波数設定回路５４６から出力されるアップカウントクロック信号（Ｐ１）をＵＤカウンター５４２のアップカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がアップカウントされる。すなわち、アップカウントクロック（Ｐ１）に応じて駆動周波数が高くなる。
このＰ１のパルス入力に応じて駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数は、駆動周波数ｆ１（縦振動の共振周波数ｆｒ１）から、定常駆動制御モード時の駆動周波数ｆ０となる。
【００６６】
なお、駆動周波数ｆ１は、縦振動の共振周波数ｆｒ１に限らず、その前後の所定範囲内の周波数でもよく、少なくとも周波数ｆ０に比べて圧電素子２２のインピーダンスが低くなる周波数に設定される。
また、本実施形態では、駆動周波数ｆ１は予め設定された固定値であるが、例えば、強制駆動制御モード時に出力するダウンカウントクロック数を固定値としておき、定常駆動制御モード時の周波数ｆ０Ｂに対して所定周波数だけ小さい周波数に設定してもよい。この場合、位相差制御で周波数ｆ０Ｂの具体的な値が変動している場合、強制駆動制御モード時の駆動周波数ｆ１は、予め決められた周波数分だけ小さい周波数にシフトされることになる。
さらに、この周波数シフトは、一度に行うことに限らず段階的にシフトさせてもよい。これによって、外的負荷によるインピーダンスの変動に応じた必要最小限の消費電力での確実な駆動を実現することができる。
【００６７】
図６は、駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。図６（Ａ）に示すように、通常の駆動においては、定常駆動制御モードで制御される。定常駆動制御モードでは、駆動開始時から目標位相差に対する駆動信号と検出信号の位相差が安定する所定のタイミングまでの期間は前回駆動周波数ｆ０Ａの駆動信号によって駆動される固定駆動周波数制御が行われ、それ以降は可変駆動周波数ｆ０Ｂの駆動信号によって駆動される可変駆動周波数制御が行われる。定常駆動制御モードで駆動することで、所定時間ｔ０以内に駆動検出信号が検出されて、駆動制御が終了する。
【００６８】
一方、図６（Ｂ）に示すように、温度変化等の外的要因により、本来、圧電アクチュエーター２０の駆動が終了（ローター３０が所定量駆動）しているはずの所定時間ｔ０を過ぎても駆動検出信号が得られない場合には、定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替わり、駆動信号の周波数を駆動周波数ｆ０から所定駆動周波数ｆ１に切り替えて駆動する。所定駆動周波数ｆ１に切り替えることによって、圧電素子２２に駆動信号を印加するときのインピーダンスを駆動周波数ｆ０よりも低くすることができる。これにより、所定駆動周波数ｆ１の駆動信号による駆動では、駆動周波数ｆ０の駆動信号で駆動した場合よりも大電流が流れ消費電力が増大するため強い駆動力を得ることができる。したがって、このように外的要因などによって駆動周波数ｆ０では駆動力が足りず、ローター３０が駆動しなくなった場合においても、通常時と同様に確実な駆動を行うことができる。
【００６９】
[１−４．圧電アクチュエーターの駆動制御方法]
次に、電圧調整回路１０４を用いた圧電アクチュエーター２０の駆動方法について、図７のフローチャートに基づいて説明する。図７は、圧電アクチュエーター２０の各駆動時、例えば２０秒間隔で駆動されている場合には、２０秒毎の駆動時の処理の流れを示すフローチャートである。
図７に示すように、駆動制御処理では、先ず、クロック回路５４４での定常駆動制御により、駆動開始時に定常駆動制御モードで圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ１）。定常駆動制御モードでは、開始時は前述のように固定駆動周波数制御によって駆動信号の周波数が駆動周波数ｆ０Ａに固定され、振幅検出出力が所定レベル以上になったら、可変駆動周波数制御により可変する駆動周波数ｆ０Ｂとされる。
【００７０】
次に、駆動検出部１０９によってローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ２）。ステップＳ２において、駆動が検出された場合には定常駆動制御による駆動制御が終了する。次回の駆動開始時の定常駆動制御のために、今回終了した定常駆動制御モードでの駆動周波数（ｆ０Ｂ）が次回の駆動開始時における前回駆動時の駆動周波数（ｆ０Ａ）として設定される。
ステップＳ２において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、周波数設定回路５４６によって所定時間ｔ０を経過したか否かが判定される（ステップＳ３）。所定時間ｔ０が経過するまでは、ステップＳ１，Ｓ２の処理が繰り返される（ステップＳ３の「Ｎｏ」判定）。
所定時間ｔ０が経過したら（ステップＳ３の「Ｙｅｓ」判定）、周波数設定回路５４６によって強制駆動制御に切り替えられ、所定駆動周波数ｆ１の駆動信号によって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ４）。
【００７１】
次に、ステップＳ２と同様にローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ５）。ステップＳ５において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合（Ｙｅｓ）には強制駆動制御による駆動制御が終了する。この終了時には、次回の駆動開始時の定常駆動制御のために、前記定常駆動制御モードでの駆動周波数（ｆ０Ｂ）が次回の駆動開始時における前回駆動時の駆動周波数（ｆ０Ａ）として設定される。
ステップＳ５において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合（Ｎｏ）には、タイムアウトか否かが判定される（ステップＳ６）。タイムアウトになるまでは、ステップＳ４，Ｓ５の処理が繰り返される（ステップＳ６の「Ｎｏ」判定）。このタイムアウト時間は、例えば、２０秒間隔で圧電アクチュエーター２０が駆動される場合、２０秒以下の時間、例えば１５秒等に設定される。このタイムアウトか否かの判定は、設定時間内に駆動検出部１０９から検出信号が出力されるか否かを判断することでなされる。
強制駆動制御によってもタイムアウトになった場合（ステップＳ６の「Ｙｅｓ」判定）には、強制駆動制御による駆動制御を終了し、次回の駆動開始時の定常駆動制御のために、前記定常駆動制御モードでの駆動周波数（ｆ０Ｂ）が次回の駆動開始時における前回駆動時の駆動周波数（ｆ０Ａ）として設定される。この場合、運針に失敗したことになるため、例えば、電子時計１の秒針を往復駆動させたり、ディスプレイが設けられている場合には表示画面に表示したり、音声での警告などでエラーメッセージを出力してもよい。また、運針に失敗した数をカウントしておき、正常な駆動が可能になった時点で失敗分を含めて運針して、時刻を合わせても良い。
【００７２】
[１−５．第１実施形態の作用効果]
第１実施形態によれば、定常駆動制御モードにより圧電アクチュエーター２０を駆動しても駆動検出部１０９がローター３０等の被駆動体の駆動を所定時間内に検出しなかった場合に、強制駆動制御モードに切り替えている。この強制駆動制御モードでは、駆動信号の周波数を、定常駆動制御時の周波数ｆ０よりも圧電素子２２のインピーダンスが小さくなる駆動周波数ｆ１としている。このため、強制駆動制御モードでの駆動信号を圧電素子２２に印加すると、定常駆動制御モード時に比べて、大きな電流が流れて消費電力が増大するため強い駆動力を得ることができ、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００７３】
駆動制御装置１００が強制駆動制御モードで圧電アクチュエーター２０を制御する場合に、圧電素子２２の縦振動の共振周波数ｆｒ１または縦振動の共振周波数ｆｒ１に対する周波数の差が所定値以内の予め設定された周波数の駆動信号を圧電素子２２に印加すれば、強制駆動制御モード時に、縦振動の共振周波数ｆｒ１や、その周波数に近い周波数の駆動信号を圧電素子２２に印加することができるので、圧電アクチュエーター２０で発生可能な最大値に近い駆動力を被駆動体に与えることができるので、被駆動体を確実にかつ迅速に駆動することができる。
【００７４】
また、定常駆動制御モード時の可変駆動周波数制御では、圧電素子２２、すなわち振動体２１の振動状態に基づいて最適な駆動周波数ｆ０Ｂの駆動信号を圧電素子２２に印加しているため、圧電アクチュエーター２０を高効率で駆動することができる。この最適な駆動周波数ｆ０Ｂは、圧電素子２２、すなわち振動体２１の振動状態の検出信号が所定レベル以上の場合に、駆動信号および検出信号の位相差を目標位相差と比較した結果に基づいて制御できる。
【００７５】
また、定常駆動制御モード時の固定駆動周波数制御では、前回の圧電アクチュエーター２０の駆動終了時点の駆動周波数ｆ０Ａの駆動信号を、圧電アクチュエーター２０に印加するため、温度などの外的要因が変化していなければ、前回の駆動時と同様に圧電アクチュエーター２０を効率よく駆動することができる。
【００７６】
[２．第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。前記第１実施形態では、圧電アクチュエーター２０の駆動終了後に強制駆動制御モード用の駆動周波数ｆ１から定常駆動制御モード用の駆動周波数ｆ０に戻したが、駆動しない期間が継続する可能性もあり、この場合、毎回、駆動開始時にローター３０が動作しない駆動周波数ｆ０から駆動するのは電力の無駄となる。そこで、第２実施形態では、強制駆動制御モードに切り替わった場合に、その後の周期的な駆動も所定駆動周波数ｆ１によって行い、圧電アクチュエーター２０の駆動回数に応じて駆動周波数ｆ０に戻す構成とされている。
【００７７】
[２−１．全体構成]
本実施形態は、第１実施形態と同様、電子時計１に適用したものである。したがって、全体構成については説明を省略する。
[２−２．圧電アクチュエーターの構成］
本実施形態における圧電アクチュエーター２０は、検出用電極を複数個所に設けている点において第１実施形態と相違する。その他の点は、第１実施形態と同様の構成である。
図８は、本実施形態における圧電アクチュエーター２０の構成を示す平面図である。
圧電素子２２（図２（Ｂ）参照）の表面には、駆動用電極２０１と絶縁された検出用電極２０３，２０４が設けられている。検出用電極２０３，２０４は、駆動用電極２０１と同様に、回路基板から伸ばされたリード線が接続され、圧電素子２２の振動状態を検出可能に構成されている。
【００７８】
検出用電極２０３は、縦振動成分が検出しやすいように、縦振動のひずみが大きい位置に配置されている。また、検出用電極２０４は、屈曲振動成分を検出しやすいように、屈曲振動のひずみが大きい位置に配置されている。これら配置位置は、使用する圧電アクチュエーター２０によって変わってくるが、図示した例では、一方の長手方向の略中央部に支持部２６が設けられた振動体２１において、圧電素子２２の表面の略中央部に検出用電極２０３が配置されており、検出用電極２０３と当接部２５の間の当該長手方向側に検出用電極２０４が配置されている。
【００７９】
このように、圧電素子２２の表面の異なる場所に２つの検出用電極２０３，２０４を配置することによって、検出用電極２０３，２０４から振動に応じた検出信号が出力され、各検出信号の位相差を検出することができる。なお、第２実施形態においても、第１実施形態の圧電アクチュエーター２０を用いることもできる。
【００８０】
[２−３．圧電アクチュエーターの駆動制御装置の構成]
本実施形態の駆動制御装置１００について、図４のブロック図に基づいて説明する。
第１実施形態では、位相差−電圧変換回路１０１は、圧電素子２２へ印加する駆動信号と圧電素子２２の検出用電極２０２から出力される検出信号との位相差を検出し、位相差に相当する電圧値の位相差電圧信号を出力する構成であったが、本実施形態では、検出用電極２０３，２０４から出力される検出信号の位相差に相当する電圧値の位相差電圧信号を出力する構成とされている。
つまり、図４に破線で示すように、駆動回路１０５からの駆動信号の代わりに、圧電素子２２から他の検出信号が位相差−電圧変換回路１０１に出力される。圧電素子２２から出力される２種類の検出信号は、前記検出用電極２０３，２０４から出力されるものである。このように駆動制御装置１００を構成しても、第１実施形態と同様の位相差に基づく処理を行うことができる。
【００８１】
本実施形態における電圧調整回路１０４は、図５に示す第１実施形態と同様の構成を備えている。また、周波数設定回路５４６についても、第１実施形態と同様の構成を備えている。ただし、周波数設定回路５４６における具体的な制御が第１実施形態とは相違する。
【００８２】
本実施形態では、図５に示す周波数設定回路５４６は、強制駆動制御モードでの周期的な駆動の回数をカウントし、駆動回数が５回に達した場合には、通常の状態に戻ったとみなして、５回目の駆動終了後にアップカウントクロック信号（Ｐ１）を出力する。これにより、駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数は、所定駆動周波数ｆ１から駆動周波数ｆ０に戻される。なお、この回数は５回に限ったものでなく、適宜所定回数を設定しておけばよい。
【００８３】
図９は、本実施形態での駆動信号と検出信号のタイミングチャートを示す。図９の左側の「通常状態」に図示するように定常駆動制御モードによる周波数ｆ０の駆動が所定時間ｔ０を過ぎる前に駆動検出信号が得られるとローター３０が所定位置に駆動されたものであり、次回の駆動周波数は定常駆動制御モードの周波数ｆ０が設定される。所定時間ｔ０を過ぎても駆動検出信号が得られない場合には、図９の「異常状態」の１番目の駆動信号のケースに示すように「駆動周波数を駆動周波数ｆ０から所定駆動周波数ｆ１に切り替えて駆動することは、第１実施形態と同様である。本実施形態では、図９の「異常状態」に示すようにその後の周期的な駆動においても所定駆動周波数ｆ１による駆動が継続される。そして、５回目の駆動信号の駆動が終了した後、異常状態が解消したであろうと判断して、右側の「通常状態」に図示されるように定常駆動制御モードに切り替えられる。すなわち、駆動信号の周波数が駆動周波数ｆ０に戻される。
【００８４】
[２−４．圧電アクチュエーターの駆動制御方法]
図１０は、本実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。先ず、駆動制御が開始されると、前回の圧電アクチュエーター２０の駆動が強制駆動制御モードでの駆動であったか否かが判定される（ステップＳ１１）。この判定は、例えば、周波数設定回路５４６が前回の駆動の際にその駆動が強制駆動制御モードによるものか否かを記憶しておくことによって可能とされる。
【００８５】
ステップＳ１１において、前回の駆動が定常駆動制御モードによるものであったと判定された場合には、定常駆動制御モードによって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ１２）。次に、駆動検出部１０９によって、ローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合には駆動制御が終了する。この際の駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動が開始された際にステップＳ１１の処理で参照される。即ち、次回の駆動開始時の駆動周波数は、前記定常駆動制御モードによるｆ０で駆動される。ステップＳ１３において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、周波数設定回路５４６により、所定時間ｔ０を経過したか否かが判定される（ステップＳ１４）。
所定時間ｔ０が経過するまでは、ステップＳ１２，Ｓ１３の処理が繰り返される（ステップＳ１４の「Ｎｏ」判定）。所定時間ｔ０が経過したら（ステップＳ１４の「Ｙｅｓ」判定）、周波数設定回路５４６による強制駆動制御モードによって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ１５）。
【００８６】
次に、ステップＳ１３と同様にローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合（Ｙｅｓ）には駆動制御が終了する。この際の駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動が開始された際にステップＳ１１の処理で参照される。即ち、強制駆動モードでの駆動が連続して５回未満の場合は、次回駆動開始時の駆動周波数が強制駆動モードでの駆動周波数ｆ１が設定される。上記５回に達した場合にはステップＳ１２により定常駆動制御モードの駆動周波数で駆動される。ステップＳ１６において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、タイムアウトか否かが判定される（ステップＳ１７）。
タイムアウトになるまでは、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理が繰り返される（ステップＳ１７の「Ｎｏ」判定）。タイムアウトになった場合（ステップＳ１７の「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。
【００８７】
ステップＳ１１において、前回の駆動が強制駆動制御モードでの駆動であったと判定された場合には、強制駆動制御モードでの駆動回数が５回連続して行われたか否かが判定される（ステップＳ１８）。この判定は、例えば、周波数設定回路５４６が強制駆動制御モードでの駆動回数を記憶しておくことによって可能とされる。ステップＳ１８において、５回連続で、強制駆動制御モードで駆動したと判定された場合には、正常に駆動できる状態になったであろうとみなされ、ステップＳ１２以後の処理が行われる。
すなわち、定常駆動制御モードに切り替えられ、駆動周波数ｆ０での駆動が開始される。ステップＳ１８において、５回連続で、強制駆動制御モードで駆動していないと判定された場合には、ステップＳ１５以後の処理が行われる。すなわち、強制駆動制御モードが継続され、所定駆動周波数ｆ１での駆動が行われる。
【００８８】
[２−５．第２実施形態の作用効果]
第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、一旦強制駆動制御モードが実行された場合、その強制駆動制御モードによる駆動回数が５回連続して行われるまでは、強制駆動制御モードが継続して実行される。このため、定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えられても、次の圧電アクチュエーター２０の制御時に定常駆動制御モードが再度実行され駆動が検出できず強制駆動制御モードに切り替える場合に比べると、ローター３０等の被駆動体の駆動時間も短くでき、消費電力も低減できる。
また、強制駆動制御モードを連続して行う所定回数を、使用環境などに応じて適切に設定すれば、予測される外的要因に対して適切に対応することができる。
【００８９】
[３．第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
[３−１．圧電アクチュエーターの駆動制御装置の構成]
本実施形態は、第２実施形態と駆動周波数ｆ０つまり定常駆動制御モードに戻すタイミングのみが相違し、その他の部分は同じである。第２実施形態では、単純に所定駆動周波数ｆ１による駆動回数を所定回数繰り返すことにより外的負荷要因がなくなったとみなして定常駆動制御モードに戻したのに対して、本実施形態では、「所定駆動周波数ｆ１での駆動後、駆動終了を検出するまでの時間」を制御要因とすることで、実際の負荷具合を考慮したより低電力の制御を可能とするものである。以下、第２実施形態との相違点を中心に詳しく説明する。
【００９０】
本実施形態では、図５に示す周波数設定回路５４６は、強制駆動制御モードでの駆動、が、所定時間ｔ１以内に終了した場合に、以後の駆動の際には負荷要因が解消されていると判断して、アップカウントクロック信号（Ｐ１）を出力し、駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数を、駆動周波数ｆ１から定常駆動制御モード用の駆動周波数ｆ０に切り替える。
【００９１】
図１１は、本実施形態での駆動信号と検出信号のタイミングチャートを示す。定常駆動制御モードによる駆動周波数ｆ０での駆動において、所定時間ｔ０を過ぎても駆動検出信号が得られない場合に強制駆動制御モードに切り替えて駆動することは、第１実施形態および第２実施形態と同様である。本実施形態では、第２実施形態と同様、その後の周期的な駆動においても強制駆動制御モードによる駆動が継続される。そして、この駆動周波数ｆ１での駆動において、所定時間ｔ１以内に駆動検出信号が得られた場合に、異常状態が解消したであろうと判断して、定常駆動制御モードに戻される。
【００９２】
所定時間ｔ１は、所定時間ｔ０に所定時間ｔ２を加算した時間、すなわちｔ０＜ｔ１であり、次回の駆動の際には通常に駆動できる状態になっていると考えられる時間が設定される。なお、所定時間ｔ１は、圧電アクチュエーター２０の駆動特性によって初期的に求めることができる。
【００９３】
[３−２．圧電アクチュエーターの駆動制御方法]
図１２は、本実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。先ず、駆動制御が開始されると、前回の駆動制御モードが強制駆動制御モードであったか否かが判定される（ステップＳ３１）。この判定は、例えば、周波数設定回路５４６が前回の駆動の際にその駆動が強制駆動制御モードによるものか否かを記憶しておくことによって可能とされる。ステップＳ３１において、前回の駆動が強制駆動制御モードでなかったと判定された場合には、定常駆動制御モードで駆動される（ステップＳ３２）。次に、駆動検出部１０９によって、ローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ３３）。ステップＳ３３において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合（図１１「通常状態」で駆動信号が出力されたケース）には駆動制御が終了する。この際の駆動制御モード、すなわち上記駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動が開始された際にステップＳ３１の処理で参照される。ステップＳ３３において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、周波数設定回路５４６により、所定時間ｔ０を経過したか否かが判定される（ステップＳ３４）。所定時間ｔ０が経過するまでは、ステップＳ３２，Ｓ３３の処理が繰り返される（ステップＳ３４の「Ｎｏ」判定）。所定時間ｔ０が経過したら（図１１「異常状態」で駆動信号が１番目に出力されたケース）（ステップＳ３４の「Ｙｅｓ」判定）、周波数設定回路５４６の制御による強制駆動制御モードによる所定駆動周波数ｆ１によって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ３５）。
【００９４】
次に、ステップＳ３３と同様にローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ３６）。ステップＳ３６において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合には、駆動制御モードに強制駆動制御モードが設定され（ステップＳ３７）、駆動制御が終了する。この駆動制御モード、即ち強制駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動を開始した際にステップＳ３１の処理で参照される。ステップＳ３６において、駆動が検出されていない場合には、タイムアウトになるまでは、ステップＳ３５，Ｓ３６の処理が繰り返される（ステップＳ３８の「Ｎｏ」判定）。タイムアウトになった場合（ステップＳ３８の「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。
【００９５】
ステップＳ３１において、前回の駆動制御モードが強制駆動制御モードであったと判定された場合には、周波数設定回路５４６による強制駆動制御モードで駆動される（ステップＳ３９）。次に、駆動検出部１０９によって、ローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ４０）。ステップＳ４０において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合には、周波数設定回路５４６により、その検出が所定時間ｔ１経過前であったか否かが判定される（ステップS４１）。ステップS４１において、所定時間ｔ１を経過した後に検出された（図１１「異常状態」で駆動信号が２番目に出力されたケース）と判定された場合（ステップＳ４１「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。次回の強制駆動制御モードでの周波数ｆ１が設定される。ステップS４１において、所定時間ｔ１の経過前に検出された（図１１「異常状態」で駆動信号が３番目に出力されたケース）と判定された場合（ステップＳ４１「Ｎｏ」判定）には、駆動制御モードに定常駆動制御モードが設定され（ステップＳ４２）、駆動制御が終了する。この駆動制御モード、即ち定常駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動を開始した際にステップＳ３１の処理で参照される。ステップＳ４０において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、タイムアウトになるまでは、ステップＳ３９，Ｓ４０の処理が繰り返される（ステップＳ４３の「Ｎｏ」判定）。タイムアウトになった場合（ステップＳ４３の「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。
【００９６】
[３−３．第３実施形態の作用効果]
第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、強制駆動制御モード時の駆動検出時間によって、定常駆動制御モードに戻すのか、強制駆動制御モードのまま制御を続けるのかを判断できる。すなわち、強制駆動制御モードにおいてもローター３０等の被駆動体が所定量駆動するまでにある程度の時間が必要な場合には、定常駆動制御モードでは駆動できない可能性が高い。本実施形態では、このような場合は、強制駆動制御モードを継続するため、被駆動体を確実に駆動することができる。
また、強制駆動制御モードによる被駆動体の駆動時間が短くなれば、定常駆動制御モードでも駆動できる状態であることが判明するため、次回は定常駆動制御モードに戻して制御を行うことができ、消費電力を低減することができる。
【００９７】
[４．変形例]
なお、本発明は、前記実施形態に限ったものではない。
例えば、駆動制御装置１００が強制駆動制御モードで圧電アクチュエーター２０を制御する場合に、定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数ｆ０から圧電素子２２の縦振動の共振周波数ｆｒ１側に所定周波数分シフトした周波数の駆動信号を圧電素子２２に印加し、その後、駆動検出信号が入力されるまで設定時間毎に、圧電素子２２に印加される駆動信号の周波数を所定周波数分シフトすることで、強制駆動制御モード時の駆動信号の周波数ｆ１を、徐々に縦振動の共振周波数ｆｒ１に近づけるように制御してもよい。
この場合、例えば、定常駆動制御モード時は、被駆動体を駆動可能な駆動力に僅かに足りない場合に、被駆動体を駆動可能な最小限の駆動力を与えることができ、必要最小限の消費電力での駆動を実現することができる。また、１回の周波数シフトでは駆動できない場合には、さらに周波数シフトを行うことができるので、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００９８】
また、前記実施形態では、強制駆動制御モード時に、周波数設定回路５４６からＵＤカウンター５４２にパルスを出力してＵＤカウンター５４２のカウンター値を変更して駆動周波数ｆ１に設定していたが、駆動周波数ｆ１が固定値である場合には、ＵＤカウンター５４２を駆動周波数ｆ１に対応する値にセットすることで設定してもよい。
すなわち、図１３に示すように、周波数設定回路５４６は、ＵＤカウンター５４２にリセット信号、セット信号を出力して、ＵＤカウンター５４２のカウンター値を所定値に設定できるようにしている。
【００９９】
ここで、定常駆動制御モード時は、クロック回路５４４からのクロック信号がＵＤカウンター５４２のアップカウント入力、ダウンカウント入力に入力されてカウンター値が変化する。
そして、強制駆動制御モードに移行すると、周波数設定回路５４６は、現在のカウンター値を記憶し、続いて、ＵＤカウンター５４２をリセットし、予め設定されている駆動周波数ｆ１に対応するカウンター値にＵＤカウンター５４２をセットする。これにより、駆動信号の周波数はｆ１に変更される。
また、強制駆動制御モードから定常駆動制御モードに復帰する場合には、周波数設定回路５４６はＵＤカウンター５４２をリセットし、周波数設定回路５４６に記憶していたカウンター値にＵＤカウンター５４２をセットする。これにより、駆動信号の周波数は前回の定常駆動制御モード時の駆動周波数ｆ０に戻る。
このように、セット・リセットによりカウンター値を切り替える構成とすることによって、回路構成をシンプルなものとすることができる。
【０１００】
また、前記各実施形態において、定常駆動制御モード時の駆動制御の目標位相差を変化させて、より低電力の駆動制御を行うようにしてもよい。
すなわち、定常駆動制御モードでの駆動が所定回数以上連続している場合には、定常駆動制御モードでの駆動力をより弱めても駆動できる可能性が高い。この場合、目標位相差を下げて、よりトルクが小さく、低電力の駆動制御に移行してもよい。
【０１０１】
図１４は、駆動可能周波数領域における駆動信号の周波数ｆ、位相差θ、トルク（駆動力）Ｔおよび電力Ｐの関係図である。
駆動信号の周波数ｆと位相差θは、図３に示した通り相関があり、そしてこれらとトルクＴ、電力Ｐとも相関がある。つまり、駆動信号の周波数ｆ、位相差θを選択することで、トルクＴ、電力Ｐを制御できることになる。
ここで、最適駆動周波数ｆ０は、ローター３０を駆動可能な駆動力が得られる限界ぎりぎりの周波数に設定されるのではなく、多少のマージンを付加して設定されている。具体的には、被駆動体であるローター３０を駆動させる場合、最低限必要なトルクＴminに対し、安全率、例えば３倍のトルクＴ１で駆動できるように位相差が設定される。つまり、Ｔ１−ＴminはトルクＴの余裕分となり、同様に、電力ＰについてもＰ１−Ｐminの電力は無駄に消費していることになる。
【０１０２】
そこで、所定回数、例えば８０回の駆動で所定駆動周波数ｆ１での駆動（強制駆動制御モード）がなかった場合には、外的変動による負荷変動はないものと判断して、位相差θを下げて、つまり、駆動周波数ｆ０から駆動周波数ｆ２へと周波数を上げることによって、トルクは下がるが被駆動体を駆動させるトルクは確保できるとともに、より低電力の駆動制御を行うことができる。この場合、駆動周波数ｆ２は、圧電アクチュエーター２０の駆動特性によって初期的に設定することができる。また、駆動周波数ｆ２まで周波数を段階的にシフトして制御してもよい。
【０１０３】
さらに、前記実施形態では、圧電アクチュエーター２０を電子時計１の時分針の駆動に用いていたが、これに限らず、電子時計１の秒針の駆動あるいは日付表示機構の駆動に用いてもよい。このようにすれば、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ーがステッピングモーター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。
【０１０４】
また、例えば、圧電素子２２の種類は、前述した振動動作が可能であれば特に前記実施形態で説明したものに限定されるものではない。例えば、長手方向と幅方向において駆動電極が２等分された構成により４つの駆動電極を備える圧電素子や、幅方向において３等分され、その３等分された電極の外側の２つがさらに長手方向において２等分された構成により５つの駆動電極を備える圧電素子であってもよい。これらを用いた場合には、対角方向の駆動電極（後者の場合は３分割したうち中心の駆動電極を含む。）に駆動信号を印加することによって、幅方向の中心部に設けられた振動体の突起部を縦振動及び屈曲振動として振動させてローター３０を前記実施形態と同様に駆動することができる。この場合、駆動信号が印加される電極を他の対角方向の電極に変えることで、ローター３０に当接される突起部の振動による楕円状の回転の方向を変えることができる。すなわち、ローター３０の回転方向を変えることができる。
【０１０５】
さらに、上記インピーダンスが最も小さな周波数は、前述した縦振動の共振周波数に限定されるものではない。例えば、振動体の平面形状、駆動電極の配置、圧電素子の特性等の諸条件によっては屈曲振動の共振周波数が縦振動の共振周波数よりもインピーダンスが小さい場合が生じ得る。その場合、前述した強制駆動制御処理は、定常駆動制御モードの際の駆動周波数（ｆ０）よりも高い固定周波数（屈曲振動の共振周波数に近い方向の周波数）の駆動信号を圧電素子に印加することになる。
【０１０６】
なお、前記各実施形態では、圧電アクチュエーターの適用例として腕時計を例示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。
また、時計以外に、カメラのズームやオートフォーカス機構、フィルムの巻き上げ機構、プリンターの紙送り機構や、乗り物並びに人形などの玩具類を駆動する機構などにも、本発明の圧電アクチュエーターの駆動制御装置を適宜利用できる。本発明の駆動制御装置は、時計、カメラやプリンター、玩具などをはじめとして、携帯情報端末、電話機などの圧電アクチュエーターを用いた各種電子機器に広く利用できる。
【０１０７】
さらに、本発明の圧電アクチュエーターの駆動制御装置は、ＩＣで構成することができる。また、そのＩＣと圧電アクチュエーターとを基板に取り付けることで、駆動制御装置付きの圧電アクチュエーターモジュールとして用いることもできる。そして、この圧電アクチュエーターモジュールを外装ケースに組む込むことで電子機器を構成することもできる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…電子時計、５…ＩＣ、２０…圧電アクチュエーター、２１…振動体、２２…圧電素子、２３…補強板、２５…当接部、３０…ローター、４０…輪列、１００…駆動制御装置、１０１…位相差−電圧変換回路、１０２…定電圧回路、１０３…比較回路、１０４…電圧調整回路、１０５…駆動回路（ドライバー）、１０６…電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１０７…振幅検出回路、１０８…駆動時間検出部、１０９…駆動検出部、５４２…ＵＤ（アップダウン）カウンター、５４３…Ｄ／Ａ変換器、５４４…クロック回路、５４５…第１制御回路、５４６…周波数設定回路、５４７…信号選択回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエーター（超音波モーター）は、周囲の温度や負荷等で共振周波数が変動する為、状況に応じた最適な駆動周波数に調整して駆動することが望まれる。そこで、圧電アクチュエーターを周期的に動作させて使用する場合、所定範囲で駆動信号の周波数をスイープ（変化）させながら、駆動状態に応じた信号をフィードバックして周波数制御を行うことによって最適かつ確実にモーターを駆動する方式が知られている。
【０００３】
特許文献１では、圧電アクチュエーターを構成する圧電素子からの検出信号と駆動信号との位相差に基づいて当該圧電素子に印加する駆動信号の周波数を制御して、目標位相差から大きく外れている場合にはスイープ速度を速くし、目標位相差に近づいている場合にはスイープ速度を遅くすることにより、高効率に達するまでの時間を短縮し、確実且つ高効率な駆動を実現している。
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１では、一定の初期周波数から周波数のスイープによる駆動を開始しているため、このスイープによる駆動中の電力消費を更に低減することは考えにくい。
これを更に改善するため、例えば特許文献２に示されているように、前回駆動した時の駆動信号の周波数を記憶しておき、次回駆動する時に、この記憶した周波数からスイープを開始する制御を行うことによって、スイープ期間を短縮し余分な電力消費を削減して、より高効率な駆動を実現することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開番号Ｗ０２００４／０８８８３０
【特許文献２】特開平６−６９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、温度変化、負荷変動、衝撃等の急激な環境変化が起こった場合には、前回駆動時の周波数が最適なものとは限らず、場合によっては、効率の悪い状態で駆動することとなったり、駆動しても動かないといった最悪な状況もあり得るという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、確実な駆動を実現することができる圧電駆動装置、圧電駆動装置の制御方法および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電駆動装置は、圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備え、前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、前記駆動制御手段は、前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能であり、前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替えることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、定常駆動制御モードによる駆動制御を行うことで、正常時には被駆動体を所定時間内に駆動することができる。一方、圧電アクチュエーターで駆動される被駆動体の負荷の変化や、温度変化等の外的要因が生じると前記定常駆動制御モードによる駆動制御、例えば振動体の検出位相差と目標位相差との比較に基づく周波数制御では、必要な駆動力が得られず、高効率での駆動でなくなるばかりか、駆動するまでに必要以上に時間を要し、最悪の場合、圧電アクチュエーターを駆動しても被駆動体が駆動しないという事態が生じうる。
【００１０】
そこで、本発明では、定常駆動制御モードにより圧電アクチュエーターを駆動しても駆動検出手段が被駆動体の駆動を所定時間内に検出しなかった場合に、強制駆動制御モードに切り替えている。この強制駆動制御モードでは、駆動信号の周波数を、定常駆動制御時の周波数の駆動信号よりも、圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加している。このため、強制駆動制御モードでの駆動信号を圧電素子に印加すると、定常駆動制御モード時に比べて、大きな電流が流れて消費電力が増大するため強い駆動力を得ることができ、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００１１】
例えば、図２で示された形状の圧電アクチュエーターに駆動信号を印加すると、当初は、振動体には、主振動である圧電素子の長手方向の振動（縦振動）のみが生じて直線運動だけとなるが、徐々にその縦振動に誘発されて副振動である直交方向の振動（屈曲振動）が励振する。
また、このような圧電素子に印加する駆動周波数とインピーダンスとの関係について説明すると、駆動周波数に対してインピーダンスが極小であって振幅が最大となる共振点が二点現れ、これらのうち周波数の低い方が縦振動の共振点、高い方が屈曲振動の共振点となる。このため、定常駆動制御モードでは、縦振動と屈曲振動の両方が励振されるように、駆動信号の周波数は、縦振動の共振点（縦共振点）の周波数以上で、インピーダンスが最大となる反共振点以下の周波数に設定している。例えば、駆動信号の周波数を、駆動信号および検出信号の位相差で制御する場合、前記範囲の周波数となるように、目標位相差が設定されている。
【００１２】
上記インピーダンスが極小となる周波数の代表例は、縦振動の共振周波数であり、例えば図３のようにｆｒ１である。但し、上記インピーダンスが極小となる周波数は、この縦振動の共振周波数に限定されるものではない。例えば、振動体の平面形状、駆動電極の配置、圧電素子の特性等の諸条件により屈曲振動の共振周波数が縦振動の共振周波数よりも小さい場合には、屈曲振動の共振周波数がインピーダンスが極小となる周波数となる。
本発明の定常駆動制御モードとは、振動体の振動状態に応じて駆動信号の周波数を制御する可変駆動周波数制御を少なくとも含む制御モードを指す。そこで、前記定常駆動制御モードは、例えば圧電アクチュエーターの駆動開始時には固定周波数で駆動する固定駆動周波数制御を行い所定条件が整ったならば前記可変駆動周波数制御に切り替える場合、圧電アクチュエーターの駆動開始時から前記可変駆動周波数制御を行う場合、圧電アクチュエーターの駆動開始時から前記固定駆動周波数制御を行う場合があり得る。
【００１３】
上記固定駆動周波数制御は、例えば前回駆動停止時の周波数で駆動する場合、前回駆動停止時の周波数より圧電素子のインピーダンスが小さい（最小ではない）周波数で駆動する場合等があり得る。また上記所定条件とは、例えば振動体の振動振幅が所定値以上となる場合、所定時間が経過した場合などがあり得る。
また、前記可変駆動周波数制御の前記振動体の振動状態は、代表的には振動体の駆動信号と検出信号との位相差や検出信号と他の検出信号との位相差、あるいは振動体の振幅等である。そこで、前記可変駆動周波数制御の具体例としては、振動体の振幅が所定レベル以上となった場合に、駆動信号と検出信号の位相差である検出位相差を目標位相差と比較し、検出位相差を目標位相差に合致させるように周波数制御を行う。
従って、可変駆動周波数制御は、振動状態に応じて駆動信号の周波数を制御するため、最適な周波数の駆動信号を圧電素子に印加でき、圧電アクチュエーターを高効率で駆動することができる。
【００１４】
本発明の圧電駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた場合、その次から所定回数の圧電アクチュエーターの駆動制御は前記強制駆動制御モードで実行し、前記所定回数の強制駆動制御モードでの駆動制御を行った後は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定することが好ましい。
【００１５】
本発明では、圧電アクチュエーターは、一定間隔で駆動制御される。例えば、時分針を２０秒間隔で駆動する場合には、駆動制御手段は圧電アクチュエーターを２０秒毎に駆動制御する。
そして、本発明では、定常駆動制御モードで被駆動体が駆動しなかった場合は強制駆動制御モードに切り替えて強制的に駆動する。また、この強制駆動制御モードに切り替えられた後、所定回数、例えば５回の圧電アクチュエーターの駆動制御は、強制駆動制御モードのままで制御し、所定回数の制御が終わった後に定常駆動制御モードに戻している。
【００１６】
急激な温度変化などの一時的な外的要因によって被駆動体が突発的に駆動しなくなった場合は、ある程度の時間は強制駆動制御モードで駆動する必要がある。ここで、圧電アクチュエーターを１回制御する毎に、定常駆動制御モードに戻して実際に駆動が検出できなかった場合のみ強制駆動制御モードに移行することもできる。但し、この場合は、１回の圧電アクチュエーターの駆動制御時に、定常駆動制御モードと強制駆動制御モードとの両方を実行するため、被駆動体が実際に駆動されるまでの時間が長くなり、かつ、消費電力も増大する。
これに対し、本発明では、所定回数の間は、強制駆動制御モードのみが実行されるので、被駆動体の駆動時間も短くでき、消費電力も低減できる。
また、前記所定回数を使用環境などに応じて適切に設定すれば、予測される外的要因に対して適切に対応することができる。
【００１７】
本発明の圧電駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた時は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードに設定し、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力された場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定し、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードのままに維持することが好ましい。
【００１８】
本発明では、強制駆動制御モード時の駆動検出時間によって、定常駆動制御モードに戻すのか、強制駆動制御モードのまま制御を続けるのかを判断できる。すなわち、強制駆動制御モードにおいても被駆動体が所定量駆動（所定位置まで駆動）するまでにある程度の時間が必要な場合には、定常駆動制御モードでは駆動できない可能性が高い。本発明では、このような場合は強制駆動制御モードを継続するために、被駆動体を確実に駆動することができる。
また、強制駆動制御モードによる被駆動体の駆動時間が短くなれば、定常駆動制御モードでも駆動できる状態であることが判明するため、次回は定常駆動制御モードに戻して制御を行うことができ、消費電力を低減することができる。
【００１９】
ここで、前記定常駆動制御モードは、前記圧電アクチュエーターの駆動開始時は、前回圧電アクチュエーターの駆動制御を行った際の駆動停止時の周波数の駆動信号を印加する固定駆動周波数制御を行い、その後、前記振動体が所定レベル以上の振動状態となった場合に、振動状態に応じて前記駆動信号の周波数を制御する可変駆動周波数制御を行うことが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、定常駆動制御モードでは、最初に固定駆動周波数制御が行われ、前回の圧電アクチュエーターの駆動終了時点の周波数の駆動信号を、今回の駆動制御時に印加することができる。この場合、温度などの外的要因が変化していなければ、前回と同じ周波数の駆動信号を印加することで、前回の駆動時と同様に圧電アクチュエーターを効率よく駆動することができる。
また、振動体が所定レベル以上の振動状態となった場合には、可変駆動周波数制御が行われ、振動状態に応じて駆動信号の周波数を制御するため、最適な周波数の駆動信号を圧電素子に印加でき、圧電アクチュエーターを高効率で駆動することができる。上記振動体の振動状態は、例えば、振動体の駆動信号と検出信号との位相差や検出信号と他の検出信号との位相差、あるいは振動体の振幅等である。また、この最適な駆動周波数は、例えば、駆動信号と検出信号の位相差を目標位相差と比較した結果に基づいて周波数制御することにより得られる。
【００２１】
ここで、前記駆動制御手段は、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記圧電素子の縦振動の共振周波数または縦振動の共振周波数に対する周波数の差が所定値以内の予め設定された周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加することが好ましい。
【００２２】
本発明によれば、強制駆動制御モード時に、縦振動の共振周波数や、その周波数に近い周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加することができるので、消費電力は増大するが、圧電アクチュエーターで発生可能な最大値に近い駆動力を被駆動体に与えることができるので、被駆動体を確実にかつ迅速に駆動することができる。
【００２３】
また、前記駆動制御手段は、前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数から前記インピーダンスが小さくなる周波数側に所定周波数分シフトした周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加し、その後、前記駆動検出信号が入力されるまで設定時間毎に、前記圧電素子に印加される駆動信号の周波数を前記所定周波数分シフトすることを特徴とするものでもよい。
【００２４】
本発明によれば、強制駆動制御モード時の駆動信号周波数を、圧電素子のインピーダンスが小さい周波数に近づけることができる。このため、例えば、定常駆動制御モード時は、被駆動体を駆動可能な駆動力に僅かに足りない場合に、被駆動体を駆動可能な最小限の駆動力を与えることができ、必要最小限の消費電力での駆動を実現することができる。また、１回の周波数シフトでは駆動できない場合には、さらに周波数シフトを行うことができるので、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００２５】
本発明は、圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備えた圧電駆動装置の制御方法であって、前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能とされ、前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替えることを特徴とする。
この圧電駆動装置の制御方法によれば、前述した圧電駆動装置と同様の作用効果を得ることが出来る。
【００２６】
本発明の電子機器は、前記圧電駆動装置と、その圧電駆動装置により駆動される被駆動体とを備えることを特徴とする。
本発明の電子機器において前記被駆動体は、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であることが好ましい。
【００２７】
これら本発明の圧電駆動装置の制御方法、電子機器においても、前記圧電駆動装置と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる電子時計の概略構成を示す平面図である。
【図２】第１実施形態における圧電アクチュエーターの構成を示す図である。
【図３】駆動信号の周波数に対するインピーダンス特性を示す図である。
【図４】圧電駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図５】電圧調整回路の構成を示すブロック図である。
【図６】駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。
【図７】駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態における圧電アクチュエーターの構成を示す図である。
【図９】駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。
【図１０】第２実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。
【図１２】第３実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】変形例による電圧調整回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】駆動信号の周波数、位相差、トルクおよび電力の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
[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。
【００３０】
［１−１．全体構成］
図１は、本実施形態における圧電駆動装置を用いた電子機器としての電子時計１の概略構成を示す平面図であり、図２は、電子時計１における圧電アクチュエーター２０を示す平面図（図２（Ａ））および断面図（図２（Ｂ））である。
図１は、電子時計１の時刻表示側とは反対側（裏蓋側）から見た図であり、この図１において、上方向が電子時計１の３時方向、下方向が９時方向、右方向が１２時方向、左方向が６時方向となっている。また、図２（Ａ）の平面図も、電子時計１の時刻表示側とは反対側（裏蓋側）から見た図となっている。
【００３１】
図１に示すように、電子時計１は、時刻を表示する指針（時分針）を駆動する圧電アクチュエーター２０と、電池２と、ＩＣ５と、水晶チップ６とを備えている。電池２、ＩＣ５、水晶チップ６等は、図示しない回路基板に設けられている。また、電子時計１は、圧電アクチュエーター２０によって回転駆動される被駆動体であるローター３０と、ローター３０の回転を伝えて時分針を回転させる輪列４０とを備えている。当該構成を有する電子時計１の圧電アクチュエーター２０は、後述する駆動制御装置によって制御される。
【００３２】
［１−２．圧電アクチュエーターの構成］
図２に示すように、圧電アクチュエーター２０の振動体２１は、二長辺と二短辺（例えば長辺長さと短辺長さの比をほぼ７対２とした長辺と短辺）とにより囲まれた長方形状の板である。その長方形を例示すれば、長辺×短辺が、７ｍｍ×２ｍｍから３．５ｍｍ×１ｍｍまでの間の寸法である。また、振動体２１は、２枚の長方形かつ板状の圧電素子２２の間に、これらの圧電素子２２と略同形状であり、かつ圧電素子２２よりも肉厚の薄いステンレス鋼等の補強板２３を挟んだ積層構造を有している。圧電素子２２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。
【００３３】
振動体２１は、一短辺の幅方向略端部に当接部２５を有している。この当接部２５は、補強板２３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２２から突出させている。振動体２１は、前記当接部２５が幅方向の一方の端部側に配置され、幅方向に重量アンバランスが生じるように構成されている。振動体２１は、支持部２６等によってこの当接部２５の先端をローター３０の外周面に当接させる姿勢を保っている。なお、当接部２５が形成された短辺でない他方の短辺にも当接部２５と同様の大きさのバランス用突起部２５Ａが形成されている。このバランス用突起部２５Ａは、振動体２１の平面形状の中心点に対して点対称位置に設けられている。
【００３４】
圧電アクチュエーター２０の振動体２１は、後述する駆動制御装置から所定の周波数の駆動信号が圧電素子２２に印加されることで第１の振動モード（主振動モード）である縦振動が励振し、前記当接部２５、バランス用突起部２５Ａによって重量アンバランスが生じているため、縦振動に誘発されて第２の振動モード（副振動モード）である屈曲振動が励振し、これらの振動が混合されて、その板面を含む平面内において当接部２５が楕円軌道を描いて運動する。ローター３０は、この振動体２１の当接部２５によってその外周面が叩かれ、回転駆動される。このローター３０の回転は輪列４０に伝達され、輪列を構成する筒車４４に固定されている時針および二番車４２１に固定されている分針を回転させる。
【００３５】
この圧電アクチュエーター２０の駆動は、駆動制御装置によって周期的（例えば２０秒に１回の一定間隔）に制御される。例えば、電子時計１の電源をオンにするなどして、電子時計１の計時機能の動作開始とともに、駆動制御装置の電源をオンにする図示しないスイッチがオフからオンに切り替えられ、駆動制御装置による圧電アクチュエーター２０の駆動制御が開始される。この周期的な各部の駆動は、例えばＩＣ５の管理の下、電子時計１の内部時計に基づき行われる。
【００３６】
圧電アクチュエーター２０の支持部２６には圧電素子用回路基板が取り付けられ、圧電素子２２の表面に設けられた駆動用電極２０１に、回路基板から伸ばされたリード線が接続され、圧電素子２２を駆動可能に構成されている。
【００３７】
圧電素子２２の表面には、駆動用電極２０１と絶縁された検出用電極２０２が設けられている。検出用電極２０２についても、駆動用電極２０１と同様に、回路基板から伸ばされたリード線が接続され、圧電素子２２の振動状態を検出可能に構成されている。
検出用電極２０２は、縦振動成分が検出しやすいように、縦振動のひずみが大きく、かつ、屈曲振動のひずみが小さい位置に配置されている。なお、この配置位置は、使用する圧電アクチュエーター２０によって変わってくるが、図示した例では、振動体２１において一方の長手方向の略中央部にある支持部２６近傍のやや当接部２５側寄りに、検出用電極２０２が配置されている。
【００３８】
[１−３．圧電アクチュエーターの駆動制御装置の構成]
先ず、駆動制御装置の構成を説明する前に、圧電アクチュエーター２０の特性について、図３に基づいて説明する。
図３は、圧電アクチュエーター２０の駆動信号の周波数とインピーダンスおよび位相差との関係を示す図である。
図３に示すように、駆動周波数に対してインピーダンスが極小であって振幅が最大となる共振点が二点現れ、これらのうち周波数の低い方が縦振動の共振点、高い方が屈曲振動の共振点である。また、この二点の共振点の間にインピーダンスが最大となる反共振点が現れる。すなわち、縦振動の縦共振周波数はｆｒ１、屈曲振動の屈曲共振周波数ｆｒ２、反共振動の反共振周波数はｆｒ３である。
【００３９】
ここで、圧電アクチュエーター２０に印加される駆動信号は、屈曲振動の屈曲共振周波数はｆｒ２および縦振動の縦共振周波数ｆｒ１間の周波数に制御され、通常は、反共振動の反共振周波数ｆｒ３および縦振動の縦共振周波数ｆｒ１間の周波数に制御される。この周波数に制御すれば、縦振動および屈曲振動双方の振幅が確保され、圧電アクチュエーター２０は高効率で駆動する。
また、圧電アクチュエーター２０のインピーダンス特性は、温度変化、負荷変化等の環境変化によって変化する。
この区間（ｆｒ１〜ｆｒ２）内における最適駆動周波数ｆ０は、圧電アクチュエーター２０に印加する駆動信号と圧電アクチュエーター２０からの検出信号の位相差を目標位相差と比較することで設定することができ、この位相差に基づいて駆動周波数を制御することで高効率な駆動を行うことができる。
【００４０】
最適駆動周波数ｆ０は、圧電アクチュエーター２０の駆動に最適となる周波数であり、インピーダンス特性に基づき設定することができる。本実施形態では、最適駆動周波数ｆ０は、位相差に基づきフィードバック制御されることにより変動する周波数とされている。
また、本実施形態では、前回駆動した時の駆動信号の周波数を記憶しておき、次回駆動する時に、この記憶した周波数でまず駆動を開始し、その後、駆動状態に応じた信号をフィードバックして周波数制御を行うことによって、最適な駆動周波数に変化させるまでのスイープ期間を短縮し余分な電力消費を削減して、より高効率な駆動を実現することができる構成とされている。
【００４１】
一方、前記環境変化によって圧電アクチュエーター２０の駆動特性が変化し得る。例えば、電子時計１が低温環境で使用されると、輪列４０の軸受け部分に塗布されている潤滑油の粘度が上昇し負荷が増える。これによって、最適駆動周波数ｆ０ではローター３０を駆動するのに必要十分な駆動力が得られず、高効率での駆動でなくなるばかりか、圧電アクチュエーター２０を駆動してもローター３０が駆動するまでに必要以上に時間を要し、最悪の場合には、圧電アクチュエーター２０の駆動によって駆動されるはずのローター３０が駆動しないという事態が生じ得る。
【００４２】
また、圧電素子２２も温度特性がある。例えば、圧電素子２２の材質によっては８０℃等の高温になると電気機械結合係数（電気−機械の変換能力を示す係数）の値が小さくなり、変換能力が低下してしまう。つまり、駆動力が低下することとなり、前記低温に起因する現象と同様の現象が生じ得る。
さらに、歯車にゴミが付着することなどにより、ローター３０の回転動作に抵抗が生じた場合にも、同様の現象が生じ得る。
そこで、本発明者は、このような場合であっても確実な駆動を実現することができる本発明の圧電駆動装置を発明するに至った。
【００４３】
以下、本実施形態の圧電駆動装置における駆動制御装置（駆動制御手段）について、図４のブロック図に基づいて説明する。
図４に示すように、圧電アクチュエーター２０を駆動制御する駆動制御装置１００は、圧電素子２２に印加する駆動信号と圧電素子２２で検出される検出信号の位相差を検出し、位相差に相当する電圧値の位相差電圧信号を出力する位相差−電圧変換回路１０１と、位相差を比較するための基準電圧と振幅信号を検出するための基準電圧とをそれぞれ出力する定電圧回路１０２と、この定電圧回路１０２で出力される位相比較用基準電圧と位相差−電圧変換回路１０１から出力される位相差電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路１０３と、比較結果信号を受けて出力電圧を制御する電圧調整回路１０４と、圧電素子２２に対して駆動信号を印加する駆動回路（ドライバー）１０５と、この電圧調整回路１０４で出力された電圧に対応して駆動回路１０５に出力する周波数を調整する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０６と、定電圧回路１０２で出力される振幅検出用基準電圧と圧電素子２２の振幅信号とを比較して振幅信号を検出する振幅検出回路１０７と、を備えている。
【００４４】
駆動制御装置１００の各部は、ＩＣ５に組み込まれた時刻計測や時間計測を行う計時回路（計時部）から駆動開始を指示する制御信号が出力されると動作を開始し、駆動終了を指示する制御信号が出力されると動作を停止する。ここで、駆動開始の制御信号は、前記のように、例えば２０秒ごとに出力される。
駆動時間検出部１０８は、圧電アクチュエーター２０の駆動開始時（駆動開始の制御信号の入力時）からの経過時間を検出して、検出結果を出力する。この経過時間は、例えば、電子時計１の計時回路を用いて計時される。
【００４５】
前記駆動終了のタイミングは、駆動検出手段である駆動検出部１０９によって検出される。駆動検出部１０９は、被駆動体であるローター３０が所定量駆動（所定位置まで駆動）し、駆動が完結したことを検出し、検出結果を駆動検出信号として出力する。この出力に基づき駆動制御装置１００の各部の動作がオフにされる。このように駆動検出部１０９は、被駆動体であるローター３０またはこのローター３０に連動して駆動する輪列４０のいずれかの回転角度が所定角度となったことを検出可能とされている。
例えば、時分針を２０秒間隔で駆動するために、圧電アクチュエーター２０の駆動制御の周期が２０秒間隔である場合、１回の駆動（２０秒間隔の１つの駆動）で分針は２°回転させる必要がある。そして、分針が２°回転する際の、輪列４０の各歯車やローター３０の回転角度も規定されるため、駆動検出部１０９はこれらのいずれかの部材の回転角度が、前記分針が２°回転する角度だけ回転することを検出する。すなわち、駆動検出部１０９は、被駆動体であるローター３０が所定角度回転したことを直接検出したり、ローター３０に連動して回転する輪列４０の車が所定角度回転したことを検出することで、被駆動体（ローター３０）が所定量駆動したことを間接的に検出できるものであればよい。
そのため、駆動検出部１０９は、例えば、検出対象の車に、所定の角度間隔で検出孔を形成し、発光素子からの光を前記検出孔を介して受光素子で受光する光センサーを用いることができる。なお、光センサーの代わりに、磁気センサー等の各種回転エンコーダーを用いてもよい。
【００４６】
電圧調整回路１０４は、比較回路１０３、振幅検出回路１０７、駆動時間検出部１０８および駆動検出部１０９から出力された信号に基づいて、電圧制御発振器１０６に供給する電圧レベルを制御する電圧制御機能を有する。
具体的には、図５に示すように、電圧調整回路１０４は、電圧制御発振器１０６に出力する電圧を調整する電圧調整部５４１と、振幅検出回路１０７からの出力（振幅検出出力）に応じてクロックを出力するクロック回路５４４と、このクロック回路５４４および比較回路１０３の出力（位相差検出出力）に対応して信号を出力する第１制御回路５４５と、駆動時間検出部１０８、駆動検出部１０９からの出力（振動時間検出出力、振動検出出力）に応じて駆動信号の周波数を設定するための信号を出力する周波数設定回路５４６と、この周波数設定回路５４６からの出力信号と第１制御回路５４５からの出力信号とを選択的に電圧調整部５４１へ出力する信号選択回路５４７と、を備えている。
【００４７】
電圧調整部５４１は、アップダウンカウンター（ＵＤカウンター）５４２と、このＵＤカウンター５４２から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器５４３とを備えている。
ＵＤカウンター５４２は、信号選択回路５４７を介して入力される情報を積算する。このＵＤカウンター５４２は、例えば、１２ビットのカウンター等から構成されており、信号選択回路５４７からの信号により、カウンター値をアップあるいはダウンする。
【００４８】
Ｄ／Ａ変換器５４３は、内部にＵＤカウンター５４２のカウンター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変換器５４３は、ＵＤカウンター５４２から出力されるカウンター値を入力すると、このカウンター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を電圧制御発振器１０６に出力する。
【００４９】
クロック回路５４４は、定常駆動制御モード時に固定駆動周波数制御、可変駆動周波数制御のいずれを行うか否かを制御する。また、周波数設定回路５４６は、定常駆動制御モード、強制駆動制御モードのいずれを行うかを制御する。
【００５０】
第１制御回路５４５は、ＮＡＮＤゲート５４５Ａ，５４５Ｂと、ＮＯＴゲート５４５Ｃとを備える。ＮＡＮＤゲート５４５Ａ，５４５Ｂには、クロック回路５４４の出力が入力される。また、ＮＡＮＤゲート５４５Ａには、比較回路１０３の出力が入力される。比較回路１０３の出力は、ＮＯＴゲート５４５Ｃを介してＮＡＮＤゲート５４５Ｂにも入力される。
信号選択回路５４７は、ＡＮＤゲート５４７Ａ,５４７Ｂを備える。ＡＮＤゲート５４７Ａには、ＮＡＮＤゲート５４５Ａおよび周波数設定回路５４６の出力が入力され、ＡＮＤゲート５４７Ｂには、ＮＡＮＤゲート５４５Ｂおよび周波数設定回路５４６の出力がそれぞれ入力される。
ＡＮＤゲート５４７Ａの出力は、ＵＤカウンター５４２のアップカウント入力に出力され、ＡＮＤゲート５４７Ｂの出力は、ＵＤカウンター５４２のダウンカウント入力に出力される。
【００５１】
このような構成において、本実施形態では、先ず、定常駆動制御モードによって圧電アクチュエーター２０を駆動する。定常駆動制御モードで駆動してもローター３０が正常に駆動しない場合には、強制駆動制御モードに切り替えて圧電アクチュエーター２０を駆動する。定常駆動制御モードでは、固定駆動周波数制御と可変駆動周波数制御が行われる。駆動開始時から所定のタイミングまでの期間は、固定駆動周波数制御が行われ、所定レベル以上となった後は、可変駆動周波数制御が行われる。以下、これら駆動制御モードの切り替えを行うクロック回路５４４、周波数設定回路５４６について、これら駆動制御モード毎に説明する。
【００５２】
＜定常駆動制御モード時（固定駆動周波数制御時）＞
クロック回路５４４は、駆動開始時から目標位相差に対する駆動信号と検出信号の位相差が安定する所定のタイミングまではクロックの出力を停止（ローレベル信号を出力）する。駆動開始時からこのタイミングまでの所定時間は、駆動時間検出部１０８に予め設定されており、周波数設定回路５４６が、このタイミングにおいて駆動時間検出部１０８から出力される検出信号に基づく制御信号をクロック回路５４４に出力する。クロック回路５４４は、この制御信号に基づき当該クロックの出力を制御する。
【００５３】
一方、定常駆動制御モード時は、周波数設定回路５４６は、ハイレベル信号を出力し続ける。クロック回路５４４、周波数設定回路５４６が共にクロックを出力しないため、ＵＤカウンター５４２のカウンター値は変化せずに保持される。後述するが、駆動開始時には、前回の駆動終了時の駆動周波数ｆ０に対応するカウンター値となっている。従って、固定駆動周波数制御時は、前回駆動終了時の駆動周波数の固定周波数である前回駆動周波数ｆ０Ａの駆動信号によって圧電アクチュエーター２０が駆動される。
【００５４】
＜定常駆動制御モード時（可変駆動周波数制御時）＞
周波数設定回路５４６は、可変駆動周波数制御時には、信号選択回路５４７にクロックの出力を行わず、ハイレベル信号を出力する。
クロック回路５４４は、遅クロックと早クロックの２種類のクロックを出力可能であり、早クロックとは、遅クロックよりも早い周期の周波数のことをいう。例えば、遅クロックは１kHzであり、早クロックは１００kHzである。
クロック回路５４４は、可変駆動周波数制御時において振幅検出回路１０７から出力される振幅検出出力により振動体２１の振幅が所定レベル以上である場合には、位相差に基づく駆動信号の周波数制御が適切に行える（最適な駆動周波数付近）と判断して遅クロック（早クロックに比してクロック速度が遅いクロック）を出力する。駆動開始時からこのタイミングまでの所定時間は、駆動時間検出部１０８に予め設定されており、周波数設定回路５４６が、このタイミングにおいて駆動時間検出部１０８から出力される検出信号に基づく制御信号をクロック回路５４４に出力する。クロック回路５４４は、この制御信号に基づき当該クロックの出力を制御する。
【００５５】
ＮＡＮＤゲート５４５Ａに入力される比較回路１０３からの位相差検出出力がハイレベル信号である場合（駆動信号と検出信号の位相差が目標位相差よりも高い場合）には、ＮＡＮＤゲート５４５Ａは、クロック回路５４４から出力される遅クロックに基づいてパルスを出力する。
周波数設定回路５４６からはハイレベル信号が出力されるため、ＡＮＤゲート５４７Ａは、ＮＡＮＤゲート５４５Ａから出力されるパルスをＵＤカウンター５４２のアップカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がアップカウントされる。すなわち、目標位相差に近づくようにパルスに応じて駆動周波数が高くなる。
【００５６】
一方、ＮＯＴゲート５４５Ｃを介してＮＡＮＤゲート５４５Ｂに入力される比較回路１０３からの位相差検出出力がローレベル信号である場合（駆動信号と検出信号の位相差が目標位相差よりも低い場合）には、ＮＡＮＤゲート５４５Ｂは、クロック回路５４４から出力される遅クロックに基づいてパルスを出力する。
周波数設定回路５４６からはハイレベル信号が出力されるため、ＡＮＤゲート５４７Ｂは、ＮＡＮＤゲート５４５Ｂから出力されるパルスをＵＤカウンター５４２のダウンカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がダウンカウントされる。すなわち、目標位相差に近づくようにパルスに応じて駆動周波数が低くなる。
【００５７】
このように、可変周波数駆動制御時において振動体２１の振幅が所定レベル以上である場合には、クロック回路５４４によって位相差に基づき駆動信号の周波数を変動する制御が行われ、位相差に基づき変動する可変駆動周波数ｆ０Ｂの駆動信号によって圧電アクチュエーター２０が駆動される。すなわち、位相差検出出力により、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がアップカウントまたはダウンカウントされる。
【００５８】
また、クロック回路５４４は、可変駆動周波数制御時において振幅検出回路１０７から出力される振幅検出出力により振動体２１の振幅が所定レベル未満のときは、位相差に基づく駆動信号の周波数制御が適切に行えない（最適な駆動周波数から大きく外れている）と判断して早クロックを出力する。
この場合は、前記遅クロックの場合と異なり位相差に依らず一義的にダウンクロック制御が、早クロック（遅クロックに比してクロック速度が速いクロック）に基づき制御されるため、遅クロックの場合よりも所定時間当たりのカウント数が大きくなり、変化する電圧値も大きくなる。よって、最適な駆動周波数から大きく外れている場合にも早く目標値に近づけることができる。
【００５９】
正常な駆動状態では、以上のように固定駆動周波数制御後、可変駆動周波数制御が行われることでローター３０が所定量駆動され、駆動検出部１０９でローター３０が所定量駆動したことを検出したら圧電アクチュエーター２０の駆動制御が終了し、駆動停止状態となる。
【００６０】
＜駆動停止時＞
駆動停止時においては、クロック回路５４４、周波数設定回路５４６は、ハイレベル信号を出力し続ける。よって、ＵＤカウンター５４２のカウンター値は変化せず、駆動終了時の駆動周波数に応じたカウンター値が保持される。従って、次回の駆動開始時には、前回の駆動終了時における駆動周波数を基準として周波数制御が開始されることになる。
【００６１】
しかしながら、前記のように、温度変化等の環境変化により、定常駆動制御モードではローター３０が正常に駆動しない場合が考えられる。そこで、本実施形態では、定常駆動制御モードで駆動しても所定時間ｔ０以内にローター３０が所定量駆動しない場合には、強制駆動制御モードに切り替えて圧電アクチュエーター２０を駆動する。この切り替えを行うため、周波数設定回路５４６は、駆動時間検出出力と駆動検出出力に基づき、所定時間ｔ０以内にローター３０が所定量駆動したことが検出されなかった場合には、強制駆動制御モードに切り替える。
【００６２】
所定時間ｔ０は、通常の駆動状態において圧電アクチュエーター２０の駆動制御の終了（ローター３０の所定量の駆動の終了）が予測される時間である。当然のことながら、所定時間ｔ０は、圧電アクチュエーター２０の駆動制御の周期（例えば２０秒）よりも短い時間となる。この駆動制御終了の予測時間は、圧電アクチュエーター２０の駆動特性に基づき初期的に求めておくことができる。所定時間ｔ０は、駆動時間検出部１０８に予め設定してあり、駆動開始時から所定時間ｔ０の経過タイミングにおいて駆動時間検出部１０８から検出信号が出力される。
【００６３】
＜強制駆動制御モード時＞
周波数設定回路５４６は、強制駆動制御モードになると、クロック回路５４４に対して制御信号を出力し、クロック回路５４４を停止つまりクロック回路５４４からのクロックの出力を停止（ローレベル信号を出力）する。
周波数設定回路５４６は、強制駆動制御開始時に所定パルス数のダウンカウントクロック（Ｐ１）をＡＮＤゲート５４７Ｂに出力する。ＡＮＤゲート５４７Ｂは、周波数設定回路５４６から出力されるダウンカウントクロック（Ｐ１）をＵＤカウンター５４２のダウンカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がダウンカウントされる。すなわち、ダウンカウントクロック（Ｐ１）に応じて駆動周波数が低くなる。
【００６４】
上記ダウンカウントクロック（Ｐ１）として出力される上記所定パルス数に関して説明する。図３に図示されているように、駆動に最適な周波数ｆ０（前回駆動周波数ｆ０）と縦振動共振周波数ｆｒ１との関係が予め明らかとされており、上記ｆ０とｆｒ１との周波数差も明らかとされている。この周波数差に対応するカウント値が予め周波数設定回路５４６に記憶されており、上記周波数差に対応するカウント値分のパルス数（前記所定パルス数）が周波数設定回路５４６からＡＮＤゲート５４７Ｂに出力される。
このＰ１のパルス入力に応じて駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数は、定常駆動制御モード時の周波数ｆ０から、周波数ｆ０よりも圧電素子２２の縦振動の共振周波数に近い所定の駆動周波数ｆ１に切り替わる。駆動周波数ｆ１は、図３のインピーダンス特性から初期的に設定することができ、本実施形態では駆動周波数ｆ１は縦振動の共振周波数ｆｒ１である。この際、前記所定パルス数のダウンカウントクロック（Ｐ１）は、ダウンカウントクロック（Ｐ１）入力前のＵＤカウンター５４２のカウンター値と、前記共振周波数ｆｒ１に対応するカウンター値との差分のカウント数に設定される。
【００６５】
一方、周波数設定回路５４６は、強制駆動制御終了の際（強制駆動制御モードによるローター３０の所定量の駆動終了の際）に、所定パルス数のアップカウントクロック信号（Ｐ１）をＡＮＤゲート５４７Ａに出力する。この所定パルス数は、前述した上記ｆ０とｆｒ１との周波数差に対応するカウント値分のパルス数である。ＡＮＤゲート５４７Ａは、周波数設定回路５４６から出力されるアップカウントクロック信号（Ｐ１）をＵＤカウンター５４２のアップカウント入力に出力し、ＵＤカウンター５４２のカウンター値がアップカウントされる。すなわち、アップカウントクロック（Ｐ１）に応じて駆動周波数が高くなる。
このＰ１のパルス入力に応じて駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数は、駆動周波数ｆ１（縦振動の共振周波数ｆｒ１）から、定常駆動制御モード時の駆動周波数ｆ０となる。
【００６６】
なお、駆動周波数ｆ１は、縦振動の共振周波数ｆｒ１に限らず、その前後の所定範囲内の周波数でもよく、少なくとも周波数ｆ０に比べて圧電素子２２のインピーダンスが低くなる周波数に設定される。
また、本実施形態では、駆動周波数ｆ１は予め設定された固定値であるが、例えば、強制駆動制御モード時に出力するダウンカウントクロック数を固定値としておき、定常駆動制御モード時の周波数ｆ０Ｂに対して所定周波数だけ小さい周波数に設定してもよい。この場合、位相差制御で周波数ｆ０Ｂの具体的な値が変動している場合、強制駆動制御モード時の駆動周波数ｆ１は、予め決められた周波数分だけ小さい周波数にシフトされることになる。
さらに、この周波数シフトは、一度に行うことに限らず段階的にシフトさせてもよい。これによって、外的負荷によるインピーダンスの変動に応じた必要最小限の消費電力での確実な駆動を実現することができる。
【００６７】
図６は、駆動信号と駆動検出信号のタイミングチャートを示す。図６（Ａ）に示すように、通常の駆動においては、定常駆動制御モードで制御される。定常駆動制御モードでは、駆動開始時から目標位相差に対する駆動信号と検出信号の位相差が安定する所定のタイミングまでの期間は前回駆動周波数ｆ０Ａの駆動信号によって駆動される固定駆動周波数制御が行われ、それ以降は可変駆動周波数ｆ０Ｂの駆動信号によって駆動される可変駆動周波数制御が行われる。定常駆動制御モードで駆動することで、所定時間ｔ０以内に駆動検出信号が検出されて、駆動制御が終了する。
【００６８】
一方、図６（Ｂ）に示すように、温度変化等の外的要因により、本来、圧電アクチュエーター２０の駆動が終了（ローター３０が所定量駆動）しているはずの所定時間ｔ０を過ぎても駆動検出信号が得られない場合には、定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替わり、駆動信号の周波数を駆動周波数ｆ０から所定駆動周波数ｆ１に切り替えて駆動する。所定駆動周波数ｆ１に切り替えることによって、圧電素子２２に駆動信号を印加するときのインピーダンスを駆動周波数ｆ０よりも低くすることができる。これにより、所定駆動周波数ｆ１の駆動信号による駆動では、駆動周波数ｆ０の駆動信号で駆動した場合よりも大電流が流れ消費電力が増大するため強い駆動力を得ることができる。したがって、このように外的要因などによって駆動周波数ｆ０では駆動力が足りず、ローター３０が駆動しなくなった場合においても、通常時と同様に確実な駆動を行うことができる。
【００６９】
[１−４．圧電アクチュエーターの駆動制御方法]
次に、電圧調整回路１０４を用いた圧電アクチュエーター２０の駆動方法について、図７のフローチャートに基づいて説明する。図７は、圧電アクチュエーター２０の各駆動時、例えば２０秒間隔で駆動されている場合には、２０秒毎の駆動時の処理の流れを示すフローチャートである。
図７に示すように、駆動制御処理では、先ず、クロック回路５４４での定常駆動制御により、駆動開始時に定常駆動制御モードで圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ１）。定常駆動制御モードでは、開始時は前述のように固定駆動周波数制御によって駆動信号の周波数が駆動周波数ｆ０Ａに固定され、振幅検出出力が所定レベル以上になったら、可変駆動周波数制御により可変する駆動周波数ｆ０Ｂとされる。
【００７０】
次に、駆動検出部１０９によってローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ２）。ステップＳ２において、駆動が検出された場合には定常駆動制御による駆動制御が終了する。次回の駆動開始時の定常駆動制御のために、今回終了した定常駆動制御モードでの駆動周波数（ｆ０Ｂ）が次回の駆動開始時における前回駆動時の駆動周波数（ｆ０Ａ）として設定される。
ステップＳ２において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、周波数設定回路５４６によって所定時間ｔ０を経過したか否かが判定される（ステップＳ３）。所定時間ｔ０が経過するまでは、ステップＳ１，Ｓ２の処理が繰り返される（ステップＳ３の「Ｎｏ」判定）。
所定時間ｔ０が経過したら（ステップＳ３の「Ｙｅｓ」判定）、周波数設定回路５４６によって強制駆動制御に切り替えられ、所定駆動周波数ｆ１の駆動信号によって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ４）。
【００７１】
次に、ステップＳ２と同様にローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ５）。ステップＳ５において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合（Ｙｅｓ）には強制駆動制御による駆動制御が終了する。この終了時には、次回の駆動開始時の定常駆動制御のために、前記定常駆動制御モードでの駆動周波数（ｆ０Ｂ）が次回の駆動開始時における前回駆動時の駆動周波数（ｆ０Ａ）として設定される。
ステップＳ５において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合（Ｎｏ）には、タイムアウトか否かが判定される（ステップＳ６）。タイムアウトになるまでは、ステップＳ４，Ｓ５の処理が繰り返される（ステップＳ６の「Ｎｏ」判定）。このタイムアウト時間は、例えば、２０秒間隔で圧電アクチュエーター２０が駆動される場合、２０秒以下の時間、例えば１５秒等に設定される。このタイムアウトか否かの判定は、設定時間内に駆動検出部１０９から検出信号が出力されるか否かを判断することでなされる。
強制駆動制御によってもタイムアウトになった場合（ステップＳ６の「Ｙｅｓ」判定）には、強制駆動制御による駆動制御を終了し、次回の駆動開始時の定常駆動制御のために、前記定常駆動制御モードでの駆動周波数（ｆ０Ｂ）が次回の駆動開始時における前回駆動時の駆動周波数（ｆ０Ａ）として設定される。この場合、運針に失敗したことになるため、例えば、電子時計１の秒針を往復駆動させたり、ディスプレイが設けられている場合には表示画面に表示したり、音声での警告などでエラーメッセージを出力してもよい。また、運針に失敗した数をカウントしておき、正常な駆動が可能になった時点で失敗分を含めて運針して、時刻を合わせても良い。
【００７２】
[１−５．第１実施形態の作用効果]
第１実施形態によれば、定常駆動制御モードにより圧電アクチュエーター２０を駆動しても駆動検出部１０９がローター３０等の被駆動体の駆動を所定時間内に検出しなかった場合に、強制駆動制御モードに切り替えている。この強制駆動制御モードでは、駆動信号の周波数を、定常駆動制御時の周波数ｆ０よりも圧電素子２２のインピーダンスが小さくなる駆動周波数ｆ１としている。このため、強制駆動制御モードでの駆動信号を圧電素子２２に印加すると、定常駆動制御モード時に比べて、大きな電流が流れて消費電力が増大するため強い駆動力を得ることができ、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００７３】
駆動制御装置１００が強制駆動制御モードで圧電アクチュエーター２０を制御する場合に、圧電素子２２の縦振動の共振周波数ｆｒ１または縦振動の共振周波数ｆｒ１に対する周波数の差が所定値以内の予め設定された周波数の駆動信号を圧電素子２２に印加すれば、強制駆動制御モード時に、縦振動の共振周波数ｆｒ１や、その周波数に近い周波数の駆動信号を圧電素子２２に印加することができるので、圧電アクチュエーター２０で発生可能な最大値に近い駆動力を被駆動体に与えることができるので、被駆動体を確実にかつ迅速に駆動することができる。
【００７４】
また、定常駆動制御モード時の可変駆動周波数制御では、圧電素子２２、すなわち振動体２１の振動状態に基づいて最適な駆動周波数ｆ０Ｂの駆動信号を圧電素子２２に印加しているため、圧電アクチュエーター２０を高効率で駆動することができる。この最適な駆動周波数ｆ０Ｂは、圧電素子２２、すなわち振動体２１の振動状態の検出信号が所定レベル以上の場合に、駆動信号および検出信号の位相差を目標位相差と比較した結果に基づいて制御できる。
【００７５】
また、定常駆動制御モード時の固定駆動周波数制御では、前回の圧電アクチュエーター２０の駆動終了時点の駆動周波数ｆ０Ａの駆動信号を、圧電アクチュエーター２０に印加するため、温度などの外的要因が変化していなければ、前回の駆動時と同様に圧電アクチュエーター２０を効率よく駆動することができる。
【００７６】
[２．第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。前記第１実施形態では、圧電アクチュエーター２０の駆動終了後に強制駆動制御モード用の駆動周波数ｆ１から定常駆動制御モード用の駆動周波数ｆ０に戻したが、駆動しない期間が継続する可能性もあり、この場合、毎回、駆動開始時にローター３０が動作しない駆動周波数ｆ０から駆動するのは電力の無駄となる。そこで、第２実施形態では、強制駆動制御モードに切り替わった場合に、その後の周期的な駆動も所定駆動周波数ｆ１によって行い、圧電アクチュエーター２０の駆動回数に応じて駆動周波数ｆ０に戻す構成とされている。
【００７７】
[２−１．全体構成]
本実施形態は、第１実施形態と同様、電子時計１に適用したものである。したがって、全体構成については説明を省略する。
[２−２．圧電アクチュエーターの構成］
本実施形態における圧電アクチュエーター２０は、検出用電極を複数個所に設けている点において第１実施形態と相違する。その他の点は、第１実施形態と同様の構成である。
図８は、本実施形態における圧電アクチュエーター２０の構成を示す平面図である。
圧電素子２２（図２（Ｂ）参照）の表面には、駆動用電極２０１と絶縁された検出用電極２０３，２０４が設けられている。検出用電極２０３，２０４は、駆動用電極２０１と同様に、回路基板から伸ばされたリード線が接続され、圧電素子２２の振動状態を検出可能に構成されている。
【００７８】
検出用電極２０３は、縦振動成分が検出しやすいように、縦振動のひずみが大きい位置に配置されている。また、検出用電極２０４は、屈曲振動成分を検出しやすいように、屈曲振動のひずみが大きい位置に配置されている。これら配置位置は、使用する圧電アクチュエーター２０によって変わってくるが、図示した例では、一方の長手方向の略中央部に支持部２６が設けられた振動体２１において、圧電素子２２の表面の略中央部に検出用電極２０３が配置されており、検出用電極２０３と当接部２５の間の当該長手方向側に検出用電極２０４が配置されている。
【００７９】
このように、圧電素子２２の表面の異なる場所に２つの検出用電極２０３，２０４を配置することによって、検出用電極２０３，２０４から振動に応じた検出信号が出力され、各検出信号の位相差を検出することができる。なお、第２実施形態においても、第１実施形態の圧電アクチュエーター２０を用いることもできる。
【００８０】
[２−３．圧電アクチュエーターの駆動制御装置の構成]
本実施形態の駆動制御装置１００について、図４のブロック図に基づいて説明する。
第１実施形態では、位相差−電圧変換回路１０１は、圧電素子２２へ印加する駆動信号と圧電素子２２の検出用電極２０２から出力される検出信号との位相差を検出し、位相差に相当する電圧値の位相差電圧信号を出力する構成であったが、本実施形態では、検出用電極２０３，２０４から出力される検出信号の位相差に相当する電圧値の位相差電圧信号を出力する構成とされている。
つまり、図４に破線で示すように、駆動回路１０５からの駆動信号の代わりに、圧電素子２２から他の検出信号が位相差−電圧変換回路１０１に出力される。圧電素子２２から出力される２種類の検出信号は、前記検出用電極２０３，２０４から出力されるものである。このように駆動制御装置１００を構成しても、第１実施形態と同様の位相差に基づく処理を行うことができる。
【００８１】
本実施形態における電圧調整回路１０４は、図５に示す第１実施形態と同様の構成を備えている。また、周波数設定回路５４６についても、第１実施形態と同様の構成を備えている。ただし、周波数設定回路５４６における具体的な制御が第１実施形態とは相違する。
【００８２】
本実施形態では、図５に示す周波数設定回路５４６は、強制駆動制御モードでの周期的な駆動の回数をカウントし、駆動回数が５回に達した場合には、通常の状態に戻ったとみなして、５回目の駆動終了後にアップカウントクロック信号（Ｐ１）を出力する。これにより、駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数は、所定駆動周波数ｆ１から駆動周波数ｆ０に戻される。なお、この回数は５回に限ったものでなく、適宜所定回数を設定しておけばよい。
【００８３】
図９は、本実施形態での駆動信号と検出信号のタイミングチャートを示す。図９の左側の「通常状態」に図示するように定常駆動制御モードによる周波数ｆ０の駆動が所定時間ｔ０を過ぎる前に駆動検出信号が得られるとローター３０が所定位置に駆動されたものであり、次回の駆動周波数は定常駆動制御モードの周波数ｆ０が設定される。所定時間ｔ０を過ぎても駆動検出信号が得られない場合には、図９の「異常状態」の１番目の駆動信号のケースに示すように「駆動周波数を駆動周波数ｆ０から所定駆動周波数ｆ１に切り替えて駆動することは、第１実施形態と同様である。本実施形態では、図９の「異常状態」に示すようにその後の周期的な駆動においても所定駆動周波数ｆ１による駆動が継続される。そして、５回目の駆動信号の駆動が終了した後、異常状態が解消したであろうと判断して、右側の「通常状態」に図示されるように定常駆動制御モードに切り替えられる。すなわち、駆動信号の周波数が駆動周波数ｆ０に戻される。
【００８４】
[２−４．圧電アクチュエーターの駆動制御方法]
図１０は、本実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。先ず、駆動制御が開始されると、前回の圧電アクチュエーター２０の駆動が強制駆動制御モードでの駆動であったか否かが判定される（ステップＳ１１）。この判定は、例えば、周波数設定回路５４６が前回の駆動の際にその駆動が強制駆動制御モードによるものか否かを記憶しておくことによって可能とされる。
【００８５】
ステップＳ１１において、前回の駆動が定常駆動制御モードによるものであったと判定された場合には、定常駆動制御モードによって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ１２）。次に、駆動検出部１０９によって、ローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合には駆動制御が終了する。この際の駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動が開始された際にステップＳ１１の処理で参照される。即ち、次回の駆動開始時の駆動周波数は、前記定常駆動制御モードによるｆ０で駆動される。ステップＳ１３において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、周波数設定回路５４６により、所定時間ｔ０を経過したか否かが判定される（ステップＳ１４）。
所定時間ｔ０が経過するまでは、ステップＳ１２，Ｓ１３の処理が繰り返される（ステップＳ１４の「Ｎｏ」判定）。所定時間ｔ０が経過したら（ステップＳ１４の「Ｙｅｓ」判定）、周波数設定回路５４６による強制駆動制御モードによって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ１５）。
【００８６】
次に、ステップＳ１３と同様にローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合（Ｙｅｓ）には駆動制御が終了する。この際の駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動が開始された際にステップＳ１１の処理で参照される。即ち、強制駆動モードでの駆動が連続して５回未満の場合は、次回駆動開始時の駆動周波数が強制駆動モードでの駆動周波数ｆ１が設定される。上記５回に達した場合にはステップＳ１２により定常駆動制御モードの駆動周波数で駆動される。ステップＳ１６において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、タイムアウトか否かが判定される（ステップＳ１７）。
タイムアウトになるまでは、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理が繰り返される（ステップＳ１７の「Ｎｏ」判定）。タイムアウトになった場合（ステップＳ１７の「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。
【００８７】
ステップＳ１１において、前回の駆動が強制駆動制御モードでの駆動であったと判定された場合には、強制駆動制御モードでの駆動回数が５回連続して行われたか否かが判定される（ステップＳ１８）。この判定は、例えば、周波数設定回路５４６が強制駆動制御モードでの駆動回数を記憶しておくことによって可能とされる。ステップＳ１８において、５回連続で、強制駆動制御モードで駆動したと判定された場合には、正常に駆動できる状態になったであろうとみなされ、ステップＳ１２以後の処理が行われる。
すなわち、定常駆動制御モードに切り替えられ、駆動周波数ｆ０での駆動が開始される。ステップＳ１８において、５回連続で、強制駆動制御モードで駆動していないと判定された場合には、ステップＳ１５以後の処理が行われる。すなわち、強制駆動制御モードが継続され、所定駆動周波数ｆ１での駆動が行われる。
【００８８】
[２−５．第２実施形態の作用効果]
第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、一旦強制駆動制御モードが実行された場合、その強制駆動制御モードによる駆動回数が５回連続して行われるまでは、強制駆動制御モードが継続して実行される。このため、定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えられても、次の圧電アクチュエーター２０の制御時に定常駆動制御モードが再度実行され駆動が検出できず強制駆動制御モードに切り替える場合に比べると、ローター３０等の被駆動体の駆動時間も短くでき、消費電力も低減できる。
また、強制駆動制御モードを連続して行う所定回数を、使用環境などに応じて適切に設定すれば、予測される外的要因に対して適切に対応することができる。
【００８９】
[３．第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
[３−１．圧電アクチュエーターの駆動制御装置の構成]
本実施形態は、第２実施形態と駆動周波数ｆ０つまり定常駆動制御モードに戻すタイミングのみが相違し、その他の部分は同じである。第２実施形態では、単純に所定駆動周波数ｆ１による駆動回数を所定回数繰り返すことにより外的負荷要因がなくなったとみなして定常駆動制御モードに戻したのに対して、本実施形態では、「所定駆動周波数ｆ１での駆動後、駆動終了を検出するまでの時間」を制御要因とすることで、実際の負荷具合を考慮したより低電力の制御を可能とするものである。以下、第２実施形態との相違点を中心に詳しく説明する。
【００９０】
本実施形態では、図５に示す周波数設定回路５４６は、強制駆動制御モードでの駆動、が、所定時間ｔ１以内に終了した場合に、以後の駆動の際には負荷要因が解消されていると判断して、アップカウントクロック信号（Ｐ１）を出力し、駆動回路１０５から出力される駆動信号の周波数を、駆動周波数ｆ１から定常駆動制御モード用の駆動周波数ｆ０に切り替える。
【００９１】
図１１は、本実施形態での駆動信号と検出信号のタイミングチャートを示す。定常駆動制御モードによる駆動周波数ｆ０での駆動において、所定時間ｔ０を過ぎても駆動検出信号が得られない場合に強制駆動制御モードに切り替えて駆動することは、第１実施形態および第２実施形態と同様である。本実施形態では、第２実施形態と同様、その後の周期的な駆動においても強制駆動制御モードによる駆動が継続される。そして、この駆動周波数ｆ１での駆動において、所定時間ｔ１以内に駆動検出信号が得られた場合に、異常状態が解消したであろうと判断して、定常駆動制御モードに戻される。
【００９２】
所定時間ｔ１は、所定時間ｔ０に所定時間ｔ２を加算した時間、すなわちｔ０＜ｔ１であり、次回の駆動の際には通常に駆動できる状態になっていると考えられる時間が設定される。なお、所定時間ｔ１は、圧電アクチュエーター２０の駆動特性によって初期的に求めることができる。
【００９３】
[３−２．圧電アクチュエーターの駆動制御方法]
図１２は、本実施形態での駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。先ず、駆動制御が開始されると、前回の駆動制御モードが強制駆動制御モードであったか否かが判定される（ステップＳ３１）。この判定は、例えば、周波数設定回路５４６が前回の駆動の際にその駆動が強制駆動制御モードによるものか否かを記憶しておくことによって可能とされる。ステップＳ３１において、前回の駆動が強制駆動制御モードでなかったと判定された場合には、定常駆動制御モードで駆動される（ステップＳ３２）。次に、駆動検出部１０９によって、ローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ３３）。ステップＳ３３において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合（図１１「通常状態」で駆動信号が出力されたケース）には駆動制御が終了する。この際の駆動制御モード、すなわち上記駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動が開始された際にステップＳ３１の処理で参照される。ステップＳ３３において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、周波数設定回路５４６により、所定時間ｔ０を経過したか否かが判定される（ステップＳ３４）。所定時間ｔ０が経過するまでは、ステップＳ３２，Ｓ３３の処理が繰り返される（ステップＳ３４の「Ｎｏ」判定）。所定時間ｔ０が経過したら（図１１「異常状態」で駆動信号が１番目に出力されたケース）（ステップＳ３４の「Ｙｅｓ」判定）、周波数設定回路５４６の制御による強制駆動制御モードによる所定駆動周波数ｆ１によって圧電アクチュエーター２０が駆動される（ステップＳ３５）。
【００９４】
次に、ステップＳ３３と同様にローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ３６）。ステップＳ３６において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合には、駆動制御モードに強制駆動制御モードが設定され（ステップＳ３７）、駆動制御が終了する。この駆動制御モード、即ち強制駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動を開始した際にステップＳ３１の処理で参照される。ステップＳ３６において、駆動が検出されていない場合には、タイムアウトになるまでは、ステップＳ３５，Ｓ３６の処理が繰り返される（ステップＳ３８の「Ｎｏ」判定）。タイムアウトになった場合（ステップＳ３８の「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。
【００９５】
ステップＳ３１において、前回の駆動制御モードが強制駆動制御モードであったと判定された場合には、周波数設定回路５４６による強制駆動制御モードで駆動される（ステップＳ３９）。次に、駆動検出部１０９によって、ローター３０の所定量の駆動が検出されたか否かが判定される（ステップＳ４０）。ステップＳ４０において、ローター３０の所定量の駆動が検出された場合には、周波数設定回路５４６により、その検出が所定時間ｔ１経過前であったか否かが判定される（ステップS４１）。ステップS４１において、所定時間ｔ１を経過した後に検出された（図１１「異常状態」で駆動信号が２番目に出力されたケース）と判定された場合（ステップＳ４１「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。次回の強制駆動制御モードでの周波数ｆ１が設定される。ステップS４１において、所定時間ｔ１の経過前に検出された（図１１「異常状態」で駆動信号が３番目に出力されたケース）と判定された場合（ステップＳ４１「Ｎｏ」判定）には、駆動制御モードに定常駆動制御モードが設定され（ステップＳ４２）、駆動制御が終了する。この駆動制御モード、即ち定常駆動制御モードは、例えば周波数設定回路５４６に記憶され、次回の駆動を開始した際にステップＳ３１の処理で参照される。ステップＳ４０において、ローター３０の所定量の駆動が検出されていない場合には、タイムアウトになるまでは、ステップＳ３９，Ｓ４０の処理が繰り返される（ステップＳ４３の「Ｎｏ」判定）。タイムアウトになった場合（ステップＳ４３の「Ｙｅｓ」判定）には、駆動制御が終了する。
【００９６】
[３−３．第３実施形態の作用効果]
第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、強制駆動制御モード時の駆動検出時間によって、定常駆動制御モードに戻すのか、強制駆動制御モードのまま制御を続けるのかを判断できる。すなわち、強制駆動制御モードにおいてもローター３０等の被駆動体が所定量駆動するまでにある程度の時間が必要な場合には、定常駆動制御モードでは駆動できない可能性が高い。本実施形態では、このような場合は、強制駆動制御モードを継続するため、被駆動体を確実に駆動することができる。
また、強制駆動制御モードによる被駆動体の駆動時間が短くなれば、定常駆動制御モードでも駆動できる状態であることが判明するため、次回は定常駆動制御モードに戻して制御を行うことができ、消費電力を低減することができる。
【００９７】
[４．変形例]
なお、本発明は、前記実施形態に限ったものではない。
例えば、駆動制御装置１００が強制駆動制御モードで圧電アクチュエーター２０を制御する場合に、定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数ｆ０から圧電素子２２の縦振動の共振周波数ｆｒ１側に所定周波数分シフトした周波数の駆動信号を圧電素子２２に印加し、その後、駆動検出信号が入力されるまで設定時間毎に、圧電素子２２に印加される駆動信号の周波数を所定周波数分シフトすることで、強制駆動制御モード時の駆動信号の周波数ｆ１を、徐々に縦振動の共振周波数ｆｒ１に近づけるように制御してもよい。
この場合、例えば、定常駆動制御モード時は、被駆動体を駆動可能な駆動力に僅かに足りない場合に、被駆動体を駆動可能な最小限の駆動力を与えることができ、必要最小限の消費電力での駆動を実現することができる。また、１回の周波数シフトでは駆動できない場合には、さらに周波数シフトを行うことができるので、被駆動体を確実に駆動することができる。
【００９８】
また、前記実施形態では、強制駆動制御モード時に、周波数設定回路５４６からＵＤカウンター５４２にパルスを出力してＵＤカウンター５４２のカウンター値を変更して駆動周波数ｆ１に設定していたが、駆動周波数ｆ１が固定値である場合には、ＵＤカウンター５４２を駆動周波数ｆ１に対応する値にセットすることで設定してもよい。
すなわち、図１３に示すように、周波数設定回路５４６は、ＵＤカウンター５４２にリセット信号、セット信号を出力して、ＵＤカウンター５４２のカウンター値を所定値に設定できるようにしている。
【００９９】
ここで、定常駆動制御モード時は、クロック回路５４４からのクロック信号がＵＤカウンター５４２のアップカウント入力、ダウンカウント入力に入力されてカウンター値が変化する。
そして、強制駆動制御モードに移行すると、周波数設定回路５４６は、現在のカウンター値を記憶し、続いて、ＵＤカウンター５４２をリセットし、予め設定されている駆動周波数ｆ１に対応するカウンター値にＵＤカウンター５４２をセットする。これにより、駆動信号の周波数はｆ１に変更される。
また、強制駆動制御モードから定常駆動制御モードに復帰する場合には、周波数設定回路５４６はＵＤカウンター５４２をリセットし、周波数設定回路５４６に記憶していたカウンター値にＵＤカウンター５４２をセットする。これにより、駆動信号の周波数は前回の定常駆動制御モード時の駆動周波数ｆ０に戻る。
このように、セット・リセットによりカウンター値を切り替える構成とすることによって、回路構成をシンプルなものとすることができる。
【０１００】
また、前記各実施形態において、定常駆動制御モード時の駆動制御の目標位相差を変化させて、より低電力の駆動制御を行うようにしてもよい。
すなわち、定常駆動制御モードでの駆動が所定回数以上連続している場合には、定常駆動制御モードでの駆動力をより弱めても駆動できる可能性が高い。この場合、目標位相差を下げて、よりトルクが小さく、低電力の駆動制御に移行してもよい。
【０１０１】
図１４は、駆動可能周波数領域における駆動信号の周波数ｆ、位相差θ、トルク（駆動力）Ｔおよび電力Ｐの関係図である。
駆動信号の周波数ｆと位相差θは、図３に示した通り相関があり、そしてこれらとトルクＴ、電力Ｐとも相関がある。つまり、駆動信号の周波数ｆ、位相差θを選択することで、トルクＴ、電力Ｐを制御できることになる。
ここで、最適駆動周波数ｆ０は、ローター３０を駆動可能な駆動力が得られる限界ぎりぎりの周波数に設定されるのではなく、多少のマージンを付加して設定されている。具体的には、被駆動体であるローター３０を駆動させる場合、最低限必要なトルクＴminに対し、安全率、例えば３倍のトルクＴ１で駆動できるように位相差が設定される。つまり、Ｔ１−ＴminはトルクＴの余裕分となり、同様に、電力ＰについてもＰ１−Ｐminの電力は無駄に消費していることになる。
【０１０２】
そこで、所定回数、例えば８０回の駆動で所定駆動周波数ｆ１での駆動（強制駆動制御モード）がなかった場合には、外的変動による負荷変動はないものと判断して、位相差θを下げて、つまり、駆動周波数ｆ０から駆動周波数ｆ２へと周波数を上げることによって、トルクは下がるが被駆動体を駆動させるトルクは確保できるとともに、より低電力の駆動制御を行うことができる。この場合、駆動周波数ｆ２は、圧電アクチュエーター２０の駆動特性によって初期的に設定することができる。また、駆動周波数ｆ２まで周波数を段階的にシフトして制御してもよい。
【０１０３】
さらに、前記実施形態では、圧電アクチュエーター２０を電子時計１の時分針の駆動に用いていたが、これに限らず、電子時計１の秒針の駆動あるいは日付表示機構の駆動に用いてもよい。このようにすれば、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ーがステッピングモーター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。
【０１０４】
また、例えば、圧電素子２２の種類は、前述した振動動作が可能であれば特に前記実施形態で説明したものに限定されるものではない。例えば、長手方向と幅方向において駆動電極が２等分された構成により４つの駆動電極を備える圧電素子や、幅方向において３等分され、その３等分された電極の外側の２つがさらに長手方向において２等分された構成により５つの駆動電極を備える圧電素子であってもよい。これらを用いた場合には、対角方向の駆動電極（後者の場合は３分割したうち中心の駆動電極を含む。）に駆動信号を印加することによって、幅方向の中心部に設けられた振動体の突起部を縦振動及び屈曲振動として振動させてローター３０を前記実施形態と同様に駆動することができる。この場合、駆動信号が印加される電極を他の対角方向の電極に変えることで、ローター３０に当接される突起部の振動による楕円状の回転の方向を変えることができる。すなわち、ローター３０の回転方向を変えることができる。
【０１０５】
さらに、上記インピーダンスが最も小さな周波数は、前述した縦振動の共振周波数に限定されるものではない。例えば、振動体の平面形状、駆動電極の配置、圧電素子の特性等の諸条件によっては屈曲振動の共振周波数が縦振動の共振周波数よりもインピーダンスが小さい場合が生じ得る。その場合、前述した強制駆動制御処理は、定常駆動制御モードの際の駆動周波数（ｆ０）よりも高い固定周波数（屈曲振動の共振周波数に近い方向の周波数）の駆動信号を圧電素子に印加することになる。
【０１０６】
なお、前記各実施形態では、圧電アクチュエーターの適用例として腕時計を例示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。
また、時計以外に、カメラのズームやオートフォーカス機構、フィルムの巻き上げ機構、プリンターの紙送り機構や、乗り物並びに人形などの玩具類を駆動する機構などにも、本発明の圧電アクチュエーターの駆動制御装置を適宜利用できる。本発明の駆動制御装置は、時計、カメラやプリンター、玩具などをはじめとして、携帯情報端末、電話機などの圧電アクチュエーターを用いた各種電子機器に広く利用できる。
【０１０７】
さらに、本発明の圧電アクチュエーターの駆動制御装置は、ＩＣで構成することができる。また、そのＩＣと圧電アクチュエーターとを基板に取り付けることで、駆動制御装置付きの圧電アクチュエーターモジュールとして用いることもできる。そして、この圧電アクチュエーターモジュールを外装ケースに組む込むことで電子機器を構成することもできる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…電子時計、５…ＩＣ、２０…圧電アクチュエーター、２１…振動体、２２…圧電素子、２３…補強板、２５…当接部、３０…ローター、４０…輪列、１００…駆動制御装置、１０１…位相差−電圧変換回路、１０２…定電圧回路、１０３…比較回路、１０４…電圧調整回路、１０５…駆動回路（ドライバー）、１０６…電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１０７…振幅検出回路、１０８…駆動時間検出部、１０９…駆動検出部、５４２…ＵＤ（アップダウン）カウンター、５４３…Ｄ／Ａ変換器、５４４…クロック回路、５４５…第１制御回路、５４６…周波数設定回路、５４７…信号選択回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、
前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、
前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備え、
前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、
前記駆動制御手段は、
前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能であり、
前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替える
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、
前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた場合、その次から所定回数の圧電アクチュエーターの駆動制御は前記強制駆動制御モードで実行し、
前記所定回数の強制駆動制御モードでの駆動制御を行った後は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定する
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、
前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた時は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードに設定し、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力された場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定し、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードのままに維持する
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電駆動装置において、
前記定常駆動制御モードは、
前記圧電アクチュエーターの駆動開始時は、前回圧電アクチュエーターの駆動制御を行った際の駆動停止時の周波数の駆動信号を印加する固定駆動周波数制御を行い、
その後、前記振動体が所定レベル以上の振動状態となった場合は、振動状態に応じて前記駆動信号の周波数を制御する可変駆動周波数制御を行う
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記圧電素子の縦振動の共振周波数または縦振動の共振周波数に対する周波数の差が所定値以内の予め設定された周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加する
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数から前記インピーダンスが小さくなる周波数側に所定周波数分シフトした周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加し、
その後、前記駆動検出信号が入力されるまで設定時間毎に、前記圧電素子に印加される駆動信号の周波数を前記所定周波数分シフトする
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項７】
圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、
前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、
前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備えた圧電駆動装置の制御方法であって、
前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、
前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能とされ、
前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替える
ことを特徴とする圧電駆動装置の制御方法。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置により駆動される被駆動体とを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項８に記載の電子機器において、
前記被駆動体は、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であることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、
前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、
前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備え、
前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、
前記駆動制御手段は、
前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能であり、
前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替える
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、
前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた場合、その次から所定回数の圧電アクチュエーターの駆動制御は前記強制駆動制御モードで実行し、
前記所定回数の強制駆動制御モードでの駆動制御を行った後は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定する
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記圧電アクチュエーターを一定間隔で駆動制御するとともに、
前記定常駆動制御モードから強制駆動制御モードに切り替えた時は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードに設定し、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力された場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記定常駆動制御モードに設定し、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターの駆動制御を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、次の圧電アクチュエーターの駆動制御モードを前記強制駆動制御モードのままに維持する
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電駆動装置において、
前記定常駆動制御モードは、
前記圧電アクチュエーターの駆動開始時は、前回圧電アクチュエーターの駆動制御を行った際の駆動停止時の周波数の駆動信号を印加する固定駆動周波数制御を行い、
その後、前記振動体が所定レベル以上の振動状態となった場合は、振動状態に応じて前記駆動信号の周波数を制御する可変駆動周波数制御を行う
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記圧電素子の縦振動の共振周波数または縦振動の共振周波数に対する周波数の差が所定値以内の予め設定された周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加する
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電駆動装置において、
前記駆動制御手段は、
前記強制駆動制御モードで圧電アクチュエーターを制御する場合は、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数から前記インピーダンスが小さくなる周波数側に所定周波数分シフトした周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加し、
その後、前記駆動検出信号が入力されるまで設定時間毎に、前記圧電素子に印加される駆動信号の周波数を前記所定周波数分シフトする
ことを特徴とする圧電駆動装置。
【請求項７】
圧電素子を有しこの圧電素子への駆動信号の印加により縦振動および屈曲振動を発生する振動体を備えて前記振動体の振動を被駆動体に伝達する圧電アクチュエーターと、
前記圧電素子への駆動信号の印加を制御する駆動制御手段と、
前記被駆動体の駆動を検出する駆動検出手段とを備えた圧電駆動装置の制御方法であって、
前記駆動検出手段は、前記圧電アクチュエーターによって前記被駆動体が所定量駆動したことを検出すると駆動検出信号を前記駆動制御手段に出力し、
前記圧電素子に所定周波数の駆動信号を印加する定常駆動制御モードと、前記圧電素子に、前記定常駆動制御モード時の駆動信号の周波数よりも、前記圧電素子のインピーダンスが小さくなる周波数の駆動信号を印加する強制駆動制御モードとを切替可能とされ、
前記定常駆動制御モードで前記圧電アクチュエーターの駆動を開始した後、所定時間内に前記駆動検出信号が入力されなかった場合は、前記強制駆動制御モードに切り替える
ことを特徴とする圧電駆動装置の制御方法。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電駆動装置と、
前記圧電駆動装置により駆動される被駆動体とを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項８に記載の電子機器において、
前記被駆動体は、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であることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２５２４７１（Ｐ２０１０−２５２４７１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７７１０（Ｐ２００９−９７７１０）
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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