專利名稱：壓電致動器的驅(qū)動控制方法、驅(qū)動控制裝置和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電致動器的驅(qū)動控制方法、壓電致動器的驅(qū)動控制裝置和電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于壓電元件在將電能轉(zhuǎn)換為機械能的效率和響應(yīng)性等方面優(yōu)良，因此近年來開發(fā)出了設(shè)置有具有壓電元件的振動體并將該振動體的振動傳遞至轉(zhuǎn)子等被驅(qū)動體來進行驅(qū)動的壓電致動器(超聲波電機)。壓電致動器的利用今后必將擴大到照相機、打印機、電子表以及玩具等各種電子設(shè)備中。
這里，公知有一種利用壓電振動體的諧振的諧振型壓電致動器，在該壓電致動器中，需要使供給壓電元件的驅(qū)動信號和由壓電振動體的振動狀態(tài)所獲得的檢測信號的相位差以適合于驅(qū)動的值而基本保持恒定，以實現(xiàn)預(yù)定的振動狀態(tài)。即，通過規(guī)定實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的最佳相位差，并根據(jù)該最佳相位差進行壓電致動器的驅(qū)動控制。
為了高效率地驅(qū)動該壓電致動器，需要使供給壓電元件的驅(qū)動信號的頻率位于振動體的諧振點附近，但是由于振動體的諧振點因環(huán)境溫度和負載等影響而改變，因此公知有通過改變驅(qū)動信號的頻率(驅(qū)動頻率)而使相位差為最佳相位差的相位差反饋控制(參照專利文獻1和專利文獻2)。即在壓電致動器的驅(qū)動過程中，根據(jù)相位差相對于目標相位差的大小而使驅(qū)動頻率變高或變低。
專利文獻1日本特許第2506895號公報專利文獻2日本特開昭64-8875號公報但是，實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的最佳相位差，由于對壓電致動器中的振動體的被驅(qū)動體所施加壓力的個體差異而具有偏差，并且隨著振動體和被驅(qū)動體之間的磨損等的經(jīng)時變化而變動。最佳相位差是壓電致動器的驅(qū)動控制的指標，通過改變該最佳相位差使轉(zhuǎn)矩改變，從而難以實現(xiàn)所期望的驅(qū)動效率。即，適合于預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的最佳相位差不一定保持恒定。該最佳相位差的變化是由諧振點的變化而引起的，因此尤其在利用諧振的壓電致動器中，即使由于諧振點的微小偏移而引起最佳相位差與適當(dāng)值的微小偏差，也會導(dǎo)致驅(qū)動效率的顯著降低。
另外，在如上所述的相位差反饋控制中，使驅(qū)動頻率追隨相對于驅(qū)動信號和檢測信號的相位差的目標相位差的相位差的大小，但是由于驅(qū)動狀態(tài)而存在相位差大小的評價反轉(zhuǎn)的情況，此時驅(qū)動頻率向與適當(dāng)?shù)姆较蛳喾吹姆较蚋淖?，?dǎo)致驅(qū)動控制不穩(wěn)定。
即，如圖38所示，假設(shè)能夠通過最佳驅(qū)動狀態(tài)G實現(xiàn)所期望的振動特性，在以預(yù)定寬度向預(yù)定方向掃描驅(qū)動頻率時，具有再次達到最佳驅(qū)動狀態(tài)G的目標相位差θ的反轉(zhuǎn)點Pt。此時，驅(qū)動頻率的追隨方向根據(jù)在該反轉(zhuǎn)點Pt的前后相對于目標相位差的相位差的大小而反轉(zhuǎn)(對此，以下稱為相位差的反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)現(xiàn)象等)，在與包含最佳驅(qū)動狀態(tài)G并用于驅(qū)動的驅(qū)動范圍A鄰接的范圍B中，相對于目標相位差θ的相位差變大(+)，因此，驅(qū)動頻率向適當(dāng)方向的反方向即向上升的方向變化，使相位差接近目標相位差θ。其結(jié)果導(dǎo)致驅(qū)動狀態(tài)從范圍B移動到范圍C，在該范圍C中，相對于目標相位差θ的相位差的傾斜度與驅(qū)動范圍A相同，驅(qū)動頻率向與驅(qū)動范圍A相同的方向變化，因此驅(qū)動狀態(tài)沒有回到驅(qū)動范圍A，壓電致動器以較低的驅(qū)動效率在不穩(wěn)定的狀態(tài)下進行驅(qū)動。該范圍C和范圍B的驅(qū)動頻率和相位差與實現(xiàn)所期望的振動特性的要求距離很遠。
另外，驅(qū)動狀態(tài)從驅(qū)動范圍A移動到范圍B，是由于在壓電致動器的驅(qū)動過程中，連續(xù)進行通過相位差反饋的驅(qū)動頻率的追隨而導(dǎo)致的，如果固定驅(qū)動頻率來進行驅(qū)動控制，則不太會受到相位差反轉(zhuǎn)的影響，但是，在固定驅(qū)動頻率的結(jié)構(gòu)中，無法對應(yīng)于因溫度或負載變化而引起的諧振點的改變來調(diào)節(jié)驅(qū)動頻率。對于在溫度變化較大的環(huán)境中進行驅(qū)動的情況，以及由于產(chǎn)生較大功率或由于需要連續(xù)驅(qū)動而發(fā)熱的情況，仍然需要通過相位差反饋等適當(dāng)?shù)厣舷抡{(diào)整驅(qū)動頻率。
但是，通過相位差反饋對驅(qū)動頻率進行的可變控制，從而能夠?qū)?yīng)于溫度或負載的變化，但是如上所述，由于相位差評價的反轉(zhuǎn)而導(dǎo)致驅(qū)動頻率控制方向異常，使驅(qū)動狀態(tài)不穩(wěn)定，反而成為問題。
這里，作為在相位差中產(chǎn)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的重要原因之一，考慮到振動體的裝配誤差。即，考慮到如下原因作為振動體的結(jié)構(gòu)，具有使多個壓電元件夾持加強板而貼合的結(jié)構(gòu)等，由于貼合誤差而造成各壓電元件的相位發(fā)生偏移，并且該相位偏移進行了積累。
另外，如專利文獻2那樣，存在不是將相位彼此不同的兩個驅(qū)動信號提供給壓電元件，而是以縱向振動的諧振點和彎曲振動的諧振點之間的頻率生成一個驅(qū)動信號來驅(qū)動壓電元件的情況，但該情況下，由于縱向振動的相位與彎曲振動的相位的合成也足以導(dǎo)致相位差反轉(zhuǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種能夠根據(jù)適合于預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的驅(qū)動條件的變化而適當(dāng)且穩(wěn)定地進行驅(qū)動控制的壓電致動器的驅(qū)動控制方法、壓電致動器的驅(qū)動控制裝置和電子設(shè)備。
本發(fā)明是一種壓電致動器的驅(qū)動控制方法，該壓電致動器具有通過向壓電元件提供驅(qū)動信號而進行振動的振動體，并將該振動傳遞至被驅(qū)動體，同時能夠檢測所述振動體的振動狀態(tài)，其特征在于，該方法包括初始設(shè)定過程，該過程具有對所述驅(qū)動信號和表示所述檢測出的振動狀態(tài)的檢測信號的相位差實施所述驅(qū)動信號的頻率掃描，以取得實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的相位差即最佳相位差的最佳相位差取得過程；以及檢測所述驅(qū)動信號和所述檢測信號的相位差，同時在包含實現(xiàn)所述預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的頻率的預(yù)定范圍內(nèi)朝預(yù)定方向?qū)嵤┧鲵?qū)動信號的頻率掃描，此時檢測所述相位差再次達到所述最佳相位差時的相位差反轉(zhuǎn)頻率的相位差反轉(zhuǎn)檢測過程；以及驅(qū)動過程，該過程限制所述驅(qū)動信號的頻率，以避免其達到在所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的所述預(yù)定的驅(qū)動狀態(tài)側(cè)的值中設(shè)定的鉗位頻率，并且在檢測所述驅(qū)動信號和所述檢測信號的相位差的同時，根據(jù)所述相位差相對于所述最佳相位差的大小，使所述驅(qū)動信號的頻率變高或變低，從而使所述驅(qū)動信號的頻率追隨所述相位差；通過以預(yù)定的頻度進行所述初始設(shè)定過程，分別更新所述最佳相位差和所述相位差反轉(zhuǎn)頻率。
另外，本發(fā)明是一種壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，該裝置具有通過向壓電元件提供驅(qū)動信號而進行振動的振動體，并將該振動傳遞至被驅(qū)動體，同時能夠檢測所述振動體的振動狀態(tài)，其特征在于，該裝置包括初始設(shè)定單元，其具有檢測所述驅(qū)動信號和表示所述檢測出的振動狀態(tài)的檢測信號的相位差的相位差檢測單元；實施所述驅(qū)動信號的頻率掃描，根據(jù)通過所述相位差檢測單元進行的所述相位差的檢測而取得實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的相位差即最佳相位差的最佳相位差取得單元；以及檢測所述驅(qū)動信號和所述檢測信號的相位差，同時在包含實現(xiàn)所述預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的頻率的預(yù)定范圍內(nèi)朝預(yù)定方向?qū)嵤┧鲵?qū)動信號的頻率掃描，此時檢測所述相位差再次達到所述最佳相位差時的相位差反轉(zhuǎn)頻率的相位差反轉(zhuǎn)檢測單元；控制單元，其根據(jù)所述最佳相位差設(shè)定所述驅(qū)動信號的頻率；以及頻度控制單元，其通過以預(yù)定的頻度進行所述初始設(shè)定單元的處理，分別更新所述最佳相位差和所述相位差反轉(zhuǎn)頻率；所述控制單元具有鉗位單元，其限制所述驅(qū)動信號的頻率，以避免其達到在所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的所述預(yù)定的驅(qū)動狀態(tài)側(cè)的值中設(shè)定的鉗位頻率，所述控制單元實施通過所述鉗位單元對所述驅(qū)動信號的頻率的限制，并且在通過所述相位差檢測單元檢測所述相位差的同時，根據(jù)所述相位差相對于所述最佳相位差的大小，使所述驅(qū)動信號的頻率變高或變低，從而使所述驅(qū)動信號的頻率追隨所述相位差。
根據(jù)這些發(fā)明，即使在實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的最佳相位差，由于摩擦所引起的振動體和被驅(qū)動體的加壓條件變化，或者壓電致動器的連續(xù)驅(qū)動所引起的溫度變化等原因而改變的情況下，也能夠在初始設(shè)定中以預(yù)定頻度進行最佳相位差的取得，更新最佳相位差并校正為合適的最佳相位差，因而能夠根據(jù)該最佳相位差，實施適當(dāng)?shù)尿?qū)動控制，通過被驅(qū)動體的驅(qū)動所需的適當(dāng)?shù)尿?qū)動力(轉(zhuǎn)矩)，實現(xiàn)所需的驅(qū)動效率。
另外，預(yù)定頻度例如是每隔幾分鐘～幾小時等的一定期間，或者根據(jù)壓電致動器的起動次數(shù)、執(zhí)行預(yù)定動作的次數(shù)等來規(guī)定。
此外，在初始設(shè)定中也實施相位差反轉(zhuǎn)檢測。即，對在初始設(shè)定中進行了初始化(更新)的最佳相位差，檢測發(fā)生相位差反轉(zhuǎn)時的頻率，因而使相位差反轉(zhuǎn)頻率也隨著最佳相位差的更新而更新。
具體而言，在相位差反轉(zhuǎn)檢測過程中，檢測驅(qū)動信號和檢測信號的相位差并進行驅(qū)動頻率掃描，此時，在相位差再次達到最佳相位差的情況下，檢測相位差反轉(zhuǎn)頻率，作為產(chǎn)生相位差反轉(zhuǎn)的頻率。另外，在初始設(shè)定后的驅(qū)動控制中，為了防止相位差相對于最佳相位差的大小的反轉(zhuǎn)，限制驅(qū)動頻率以避免驅(qū)動信號的頻率達到根據(jù)相位差反轉(zhuǎn)頻率進行設(shè)定的鉗位頻率，同時進行使驅(qū)動信號的頻率追隨相位差的控制。從而能夠防止由于相位差的評價所涉及的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象而引起的驅(qū)動頻率反向變化的異常處理，能夠穩(wěn)定地實施驅(qū)動控制。另外，相位差反轉(zhuǎn)頻率和鉗位頻率可以相同。
如上所述，在由于磨損等經(jīng)時變化或溫度變化等原因而使諧振點和最佳相位差改變的情況，以及作為壓電致動器的振動特性有時相位差在頻率掃描時反轉(zhuǎn)的情況下，能夠很好地應(yīng)對。因此，不論壓電致動器的使用環(huán)境或壓電致動器的驅(qū)動時間等如何，都能夠進一步擴大壓電致動器的使用范圍(能夠長時間連續(xù)驅(qū)動)，提高可靠性并降低成本。
這里，在這樣的本發(fā)明中，對表示振動體的振動狀態(tài)的檢測信號的相位，和驅(qū)動信號的相位進行比較，由于進行以最佳相位差為目標的相位差反饋控制，所以能夠?qū)⒈硎緸閴弘娭聞悠鞯碾娏髦祷虮或?qū)動體的驅(qū)動量(轉(zhuǎn)速等)的驅(qū)動效率控制為所期望的值。從而能夠控制被驅(qū)動體的速度。
在本發(fā)明的壓電致動器的驅(qū)動控制方法中，優(yōu)選的是，所述壓電致動器被裝入具有計時部和顯示通過所述計時部計時的計時信息的計時信息顯示部的計時裝置中，以驅(qū)動所述計時信息顯示部，所述最佳相位差取得過程具有移動量復(fù)原過程，該過程使在實施該最佳相位差取得過程期間移動的所述被驅(qū)動體的位置返回到該最佳相位差取得過程開始時的位置，在所述驅(qū)動過程中，按照實施所述初始設(shè)定過程期間的時間，根據(jù)從所述計時部發(fā)出的指令值，控制該被驅(qū)動體的移動量。
根據(jù)本發(fā)明，在手表等計時裝置中，在組裝有與指針等計時信息顯示部聯(lián)動的齒輪等作為被驅(qū)動體的壓電致動器中，由于能夠消除初始設(shè)定過程中的被驅(qū)動體的移動量，因而能夠消除由于實施初始設(shè)定過程而引起的指針運轉(zhuǎn)誤差和手表故障。
在本發(fā)明的壓電致動器的驅(qū)動控制方法中，優(yōu)選的是，在所述相位差反轉(zhuǎn)檢測過程中，將從所述鉗位頻率到所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的值存儲于存儲單元中。
另外，在本發(fā)明的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置中，優(yōu)選的是，所述控制單元具有預(yù)先存儲從所述鉗位頻率到所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的值的存儲單元。
根據(jù)這些發(fā)明，通過存儲從鉗位頻率到相位差反轉(zhuǎn)頻率的值，不需要根據(jù)相位差反轉(zhuǎn)頻率在每次相位差反饋時設(shè)定鉗位頻率，能夠簡化結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的壓電致動器的驅(qū)動控制方法中，優(yōu)選的是，所述被驅(qū)動體的驅(qū)動方向能夠在正方向和反方向之間切換，所述初始設(shè)定過程在所述被驅(qū)動體的驅(qū)動方向被切換時進行。
另外，在本發(fā)明的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置中，優(yōu)選的是，所述被驅(qū)動體的驅(qū)動方向能夠在正方向和反方向之間切換，所述初始設(shè)定單元在所述振動狀態(tài)切換時使用。
根據(jù)這些發(fā)明，在被驅(qū)動體的驅(qū)動方向被切換時，再次實施初始設(shè)定，更新最佳相位差和相位差反轉(zhuǎn)頻率，因此即使在正方向和反方向驅(qū)動被驅(qū)動體時的振動件的振動狀態(tài)特性不同(非對稱)的情況下，也能夠使驅(qū)動控制的適當(dāng)性和穩(wěn)定性不受到損害。
在本發(fā)明的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置中，優(yōu)選的是，所述振動體以多個振動模式振動，所述驅(qū)動信號為單相。
根據(jù)本發(fā)明，通過供給單相驅(qū)動信號，以多個振動模式驅(qū)動壓電元件，因此與使用多相驅(qū)動信號的情況相比，能夠簡化結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置中，優(yōu)選的是，所述振動體形成為大致平面矩形狀，所述多個振動模式為沿著所述振動體的長度方向伸縮的縱向振動和相對于所述長度方向彎曲的彎曲振動的混合模式。
根據(jù)本發(fā)明，通過向振動體供給縱向振動的諧振點和彎曲振動的諧振點之間的頻率的驅(qū)動信號，能夠?qū)崿F(xiàn)振動體的一部分的橢圓運動，因而能夠以簡單的結(jié)構(gòu)高效率地驅(qū)動轉(zhuǎn)子等被驅(qū)動體。
這里，根據(jù)這樣的供給單相驅(qū)動信號的縱向振動和彎曲振動的混合模式可知，由于縱向振動的相位和彎曲振動的相位的合成，而易于發(fā)生驅(qū)動信號和檢測信號的相位差的反轉(zhuǎn)，因此，通過進行如上所述的相位差反轉(zhuǎn)頻率的檢測，以及根據(jù)基于該相位差反轉(zhuǎn)頻率或鉗位頻率的鉗位處理等，實施穩(wěn)定驅(qū)動的效果就更加明顯。
本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于，具有壓電致動器、由該壓電致動器驅(qū)動的被驅(qū)動體以及所述壓電致動器的驅(qū)動控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，由于具有所述的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，從而能夠享受如上所述的作用和效果。
即，能夠根據(jù)磨損、負載變化等的經(jīng)時變化和溫度變化，實施適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定的驅(qū)動控制，并且適用于在溫度變化劇烈的室外等環(huán)境中使用的、或者在由于攜帶姿勢而引起負載變化的、由于投入大功率或連續(xù)驅(qū)動而易于發(fā)熱的各種電子設(shè)備。作為這樣的電子設(shè)備，例如可以列舉移動電話、便攜信息終端、可動玩具、照相機、打印機等。
本發(fā)明的電子設(shè)備優(yōu)選為具有計時部和表示由所述計時部計時的計時信息的計時信息顯示部的手表。
根據(jù)本發(fā)明，通過所述壓電致動器，能夠準確地驅(qū)動構(gòu)成計時部的齒輪和構(gòu)成計時信息顯示部的指示部件等，可提高可靠性。
并且，如果通過壓電致動器驅(qū)動時、分、秒等的時刻顯示機構(gòu)，則能夠?qū)崿F(xiàn)準確的指針運轉(zhuǎn)，并且即使在由于連續(xù)驅(qū)動而發(fā)熱的情況下，也能夠防止驅(qū)動控制不穩(wěn)定。
另外，除了時刻顯示機構(gòu)以外，通過根據(jù)日歷變化對壓電致動器進行間歇驅(qū)動，也可用于日、月、星期等日歷信息的計時部或者計時信息顯示部。
此外，可實現(xiàn)壓電致動器的優(yōu)點，即不受磁性影響，能夠利用微小的增量實現(xiàn)較高的響應(yīng)性，有利于輕薄化小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩等。
另外，所述的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，能夠以硬件實現(xiàn)，也可以使用控制程序?qū)崿F(xiàn)。
在該控制程序中，可以使裝入所述驅(qū)動控制裝置的計算機發(fā)揮控制單元和相位差檢測單元等的功能。
如果這樣構(gòu)成，則能夠獲得與所述驅(qū)動控制裝置同樣的作用效果。
這里，該控制程序可以通過網(wǎng)絡(luò)等裝入計算機，也可以通過存儲了該程序的計算機可讀取的存儲介質(zhì)來進行裝入。
如果將通過這樣的存儲介質(zhì)或英特網(wǎng)等通信手段提供的控制程序等裝入手表或便攜設(shè)備中，則能夠僅通過改變程序而獲得如上所述的作用效果，并且也可以選擇在出廠時或者使用者所期望的控制程序來進行裝入。此時，由于能夠僅通過改變程序而制造控制方式不同的各種手表或便攜設(shè)備，因而能夠?qū)崿F(xiàn)零部件的通用化等，并且大幅度降低產(chǎn)品展開時的制造成本。
根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)適合于預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的相位差等驅(qū)動條件的變化，實施適當(dāng)?shù)尿?qū)動控制，并且每當(dāng)使驅(qū)動頻率追隨相位差時，即使在溫度或負載變化時，也能夠穩(wěn)定地實施驅(qū)動控制。
圖1是本發(fā)明第一實施方式的手表的外觀圖。
圖2是第一實施方式的壓電致動器單元的立體圖。
圖3是第一實施方式的壓電致動器單元的俯視圖。
圖4是表示第一實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖5(A)是針對第一實施方式的振動體，表示驅(qū)動頻率和阻抗的關(guān)系的曲線圖，(B)是針對第一實施方式的振動體，表示驅(qū)動頻率和縱向振動以及彎曲振動的振幅的關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示具有第一實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的控制器的主要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖7是表示第一實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的最佳相位差取得過程的流程圖。
圖8是表示第一實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的驅(qū)動過程的流程圖。
圖9是表示第一實施方式的壓電致動器的驅(qū)動特性的變化的圖。
圖10是表示本發(fā)明第二實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖11是表示本發(fā)明第三實施方式的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖12是表示本發(fā)明第三實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的最佳相位差取得過程的流程圖。
圖13是表示本發(fā)明第四實施方式的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖14是表示本發(fā)明第五實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖15是表示具有第五實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的控制器的主要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖16是針對第五實施方式的振動體，表示驅(qū)動信號的頻率掃描時的相位差、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電流值的變化的曲線圖。
圖17是圖16的曲線圖的要部放大圖。
圖18是表示第五實施方式的存儲單元所存儲的表格信息的圖。
圖19是表示第五實施方式的壓電致動器的初始化模式的驅(qū)動控制的流程圖。
圖20是表示第五實施方式的壓電致動器的驅(qū)動模式的驅(qū)動控制的流程圖。
圖21是表示第五實施方式的壓電致動器的驅(qū)動特性的曲線圖。
圖22是與圖21進行比較的圖，表示在第五實施方式的壓電致動器中未實施驅(qū)動頻率限制時的驅(qū)動特性。
圖23是表示本發(fā)明第六實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖24是表示本發(fā)明第七實施方式的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖25是表示本發(fā)明第八實施方式的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖26是表示本發(fā)明第九實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖27是表示具有第九實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的控制器的主要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖28是表示第九實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的最佳相位差取得過程和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程的流程圖。
圖29是表示第九實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的驅(qū)動過程的流程圖。
圖30是表示第九實施方式的變形例的最佳相位差取得過程和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程的流程圖。
圖31是表示第九實施方式的另一變形例的最佳相位差取得過程和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程的流程圖。
圖32是表示本發(fā)明第十實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖33是表示本發(fā)明第十一實施方式的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖34是表示第十一實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置的最佳相位差取得過程的流程圖。
圖35是表示本發(fā)明第十二實施方式的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖36是表示本發(fā)明第一變形例的驅(qū)動過程的流程圖。
圖37是表示本發(fā)明第二變形例的驅(qū)動過程的流程圖。
圖38是表示驅(qū)動信號的頻率掃描時的相位差、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(驅(qū)動量)和電流值的變化的曲線圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
圖1是表示本實施方式的電子表1的俯視圖。電子表1是作為計時裝置的手表(watch)，該電子表1具有作為計時部的機件2、用于顯示通常時刻的作為計時信息顯示部的表盤3、時針4、分針5、秒針6，此外還具有表示計時時間的秒計時針7A、分計時針7B。在電子表1的殼體上設(shè)有旋鈕8，并且夾著旋鈕8設(shè)有計時器的操作按鈕9A、9B。
時針4、分針5和秒針6與通常的石英表相同，通過組裝有石英振子的電路基板、具有線圈、定子和轉(zhuǎn)子的步進電機、驅(qū)動輪系以及電池進行驅(qū)動。
驅(qū)動秒計時針7A的驅(qū)動機構(gòu)包括壓電致動器(超聲波電機)20；通過該壓電致動器20進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的作為被驅(qū)動體的轉(zhuǎn)子30；以及使該轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)減速并進行傳遞的減速輪系40。
減速輪系40包括與轉(zhuǎn)子30同軸配置并且與轉(zhuǎn)子30一體旋轉(zhuǎn)的齒輪41；以及與該齒輪41嚙合并且固定于秒計時針7A的旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪42。
另外，壓電致動器20、轉(zhuǎn)子30和齒輪41，如圖2、3所示，成為壓電致動器單元10的一部分。
壓電致動器單元10包括固定于電子表1的底板等上的支撐板11；固定于支撐板11上的壓電致動器20；旋轉(zhuǎn)自由地安裝于支撐板11上的轉(zhuǎn)子30和齒輪41。
另外，齒輪41的旋轉(zhuǎn)能夠通過配置于齒輪41上方的旋轉(zhuǎn)傳感器15進行檢測。
支撐板11為了減輕重量而形成有孔12，并且通過螺絲等固定部件13固定于底板等上。另外，在支撐板11上固定有安裝了壓電致動器20的間隔部14。
壓電致動器20如圖2、3所示，具有由大致矩形板狀的加強板21和粘接于加強板21的兩面的壓電元件22構(gòu)成的振動體20A。
在加強板21的長度方向的大致中央形成有朝兩側(cè)突出的臂部23，這些各臂部23通過螺絲24固定于所述間隔部14上。另外，具有臂部23的加強板21由導(dǎo)電性金屬構(gòu)成，臂部23也可以用作向壓電元件22施加驅(qū)動信號的電極。
在加強板21的長度方向一側(cè)的端部，具體而言是在與轉(zhuǎn)子30相對置的端部上，形成有沿著加強板21的長度方向突出的突起25，突起25與轉(zhuǎn)子30的側(cè)面抵接。該突起25在設(shè)定了與轉(zhuǎn)子30的相對位置的狀態(tài)下，被彈簧等任意的施力單元施力，使其以預(yù)定力與轉(zhuǎn)子30的外周面抵接，通過在突起25和轉(zhuǎn)子30的側(cè)面之間作用適當(dāng)?shù)哪Σ亮?，能夠使振動體20A的振動高效地傳遞至轉(zhuǎn)子30。
另外，在本實施方式中，在轉(zhuǎn)子30的外周面上形成有槽31(圖2)，在該槽31的局部設(shè)置突起25。在如電子表1掉落時那樣對壓電致動器20產(chǎn)生沖擊的情況下，能夠通過該槽31進行引導(dǎo)，以避免突起25與轉(zhuǎn)子30的抵接面分離。
壓電元件22形成為大致矩形板狀，并且與加強板21兩面的大致矩形狀部分粘接。在壓電元件22的兩面上通過電鍍、濺鍍、蒸鍍等形成電極。
另外，在壓電元件22的加強板21側(cè)的面上，在其整個面上形成一個電極，通過與該電極接觸的加強板21和臂部23，與驅(qū)動控制裝置50(圖4)電連接(參照圖4中N)。
另外，在壓電元件22表面?zhèn)鹊拿嫔?，如圖3所示形成有分割為五部分的電極。即，壓電元件22表面?zhèn)鹊碾姌O在壓電元件22的寬度方向上大致三等分，由其中央的電極形成驅(qū)動電極221。另外，驅(qū)動電極221兩側(cè)的電極在壓電元件22的長度方向上大致二等分，在壓電元件的對角線上形成彼此成對的驅(qū)動電極222和驅(qū)動電極223。
這些驅(qū)動電極221、222、223分別通過導(dǎo)線等與驅(qū)動控制裝置50連接(參照圖4中P1～P3)，并在其與加強板21(參照圖4中N)之間施加電壓。另外，驅(qū)動控制裝置50的電源設(shè)置有三個，分別用于在驅(qū)動電極221和加強板21之間、驅(qū)動電極222和加強板21之間、驅(qū)動電極223和加強板21之間施加電壓。
在這樣的電子表1中，通過驅(qū)動控制裝置50(圖4)向壓電致動器20供給單相驅(qū)動信號，使轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
這里，根據(jù)使秒計時針7A向預(yù)定的正方向旋轉(zhuǎn)或者向反方向旋轉(zhuǎn)，選擇性地使用設(shè)置于壓電元件22上的驅(qū)動電極222、223，根據(jù)此時的振動體20A的振動狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子30向兩方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
即，在振動體20A由于正方向狀態(tài)而向正方向驅(qū)動時，將驅(qū)動電極221和驅(qū)動電極222作為施加電壓的對象，根據(jù)通過壓電元件22的伸縮使振動體20A產(chǎn)生的縱向振動和彎曲振動的混合模式的相位差，使振動體20A的突起25描畫相對于壓電元件22的長度方向的中心線傾斜的大致橢圓軌跡E(圖3)。在該軌跡E的一部分上，突起25推壓轉(zhuǎn)子30，從而使轉(zhuǎn)子30正方向旋轉(zhuǎn)(圖3中箭頭方向)。
另一方面，在振動體20A由于反方向狀態(tài)而向反方向驅(qū)動時，代替驅(qū)動電極222而以驅(qū)動電極223作為施加電壓的對象，驅(qū)動電極222和驅(qū)動電極223具有以壓電元件22的長度方向的中心線為軸的線對稱位置關(guān)系，因此，在相對于縱向振動的交叉方向產(chǎn)生與對驅(qū)動電極222施加電壓的情況大致線對稱的彎曲振動。從而使振動體20A的突起25的軌跡成為與對驅(qū)動電極222施加電壓的情況大致線對稱地傾斜的大致橢圓軌跡，使轉(zhuǎn)子30反方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
通過這樣的轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)，使與轉(zhuǎn)子30一體的齒輪41也旋轉(zhuǎn)，齒輪42隨著齒輪41的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，向正方向或反方向驅(qū)動秒計時針7A。
另外，表示振動體20A的振動狀態(tài)的檢測信號(振動信號)，在轉(zhuǎn)子30正轉(zhuǎn)時通過未施加驅(qū)動信號的驅(qū)動電極223進行檢測，在轉(zhuǎn)子30反轉(zhuǎn)時通過未施加驅(qū)動信號的驅(qū)動電極222進行檢測。
下面參照圖4對壓電致動器20的驅(qū)動控制裝置50的結(jié)構(gòu)進行說明。
圖4中，驅(qū)動控制裝置50包括電壓控制振蕩器(VCO)51；脈沖控制電路52；柵極驅(qū)動器53；電源54；開關(guān)電路55；帶通濾波器(BPF)56；信號放大器(AMP)57；相位差檢測單元60；以及作為控制單元的控制器65。
電壓控制振蕩器51是能夠根據(jù)所施加的電壓而改變輸出的信號的頻率的振蕩器，生成壓電致動器20的驅(qū)動信號。
另外，考慮振動體20A的縱向振動的諧振點和彎曲振動的諧振點等，決定驅(qū)動信號的頻率(驅(qū)動頻率)。
圖5(A)表示振動體20A的驅(qū)動頻率和阻抗的關(guān)系，圖5(B)表示振動體20A的驅(qū)動頻率和縱向振動的振幅以及彎曲振動的振幅的關(guān)系。
如圖5(A)所示，出現(xiàn)兩個阻抗相對于驅(qū)動頻率極小而振幅最大的諧振點，其中頻率較低的一方為縱向振動的諧振點，而較高的一方為彎曲振動的諧振點。
即，如果在縱向振動的縱向諧振頻率fr1和彎曲振動的彎曲諧振頻率fr2之間驅(qū)動振動體20A，則能夠確?？v向振動和彎曲振動兩者的振幅，可高效率地驅(qū)動壓電致動器20。另外，通過使縱向諧振頻率fr1和彎曲諧振頻率fr2彼此接近，能夠設(shè)定使縱向振動和彎曲振動的振幅更大的驅(qū)動頻率。
返回圖4，脈沖控制電路52控制由電壓控制振蕩器51生成的驅(qū)動信號，其構(gòu)成為包括生成用于控制后述的開關(guān)電路55的切換定時并抑制貫通電流的空載時間的空載時間生成電路521；切換轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)方向并且輸出該指令的正反旋轉(zhuǎn)電路522和電流控制電路523；以及在驅(qū)動信號的周期中插入空載時間來規(guī)定驅(qū)動信號的占空比的電流控制電路524。
正反旋轉(zhuǎn)電路522根據(jù)控制信號，將切換轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)方向的指令值向第二柵極驅(qū)動器53B輸出。具體而言，在轉(zhuǎn)子30的正旋轉(zhuǎn)時將分別對應(yīng)于驅(qū)動電極221、222的指令值向第二柵極驅(qū)動器53B輸出，在轉(zhuǎn)子30的反旋轉(zhuǎn)時選擇分別對應(yīng)于驅(qū)動電極221、223的信號向第二柵極驅(qū)動器53B輸出。
柵極驅(qū)動器53是根據(jù)從脈沖控制電路52輸出的驅(qū)動信號對開關(guān)電路55的導(dǎo)通截止進行控制的驅(qū)動電路，在本實施方式中具有兩個，即第一柵極驅(qū)動器53A和第二柵極驅(qū)動器53B。
并且，從脈沖控制電路52輸入到第二柵極驅(qū)動器53B的驅(qū)動信號經(jīng)由反相器(NOT電路)IV，成為與輸入到第一柵極驅(qū)動器53A的驅(qū)動信號反轉(zhuǎn)的信號。
電源54在本實施方式中，由用于轉(zhuǎn)子30的正反旋轉(zhuǎn)時的第一電源541、僅用于轉(zhuǎn)子30的正旋轉(zhuǎn)時的第二電源542以及僅用于轉(zhuǎn)子30的反旋轉(zhuǎn)時的第三電源543構(gòu)成，通過這些第一、第二、第三電源541、542、543，對壓電致動器20施加電源VDD和VSS之間的電位差的電壓，或者電源VDD和GND之間的電位差的電源電壓。
開關(guān)電路55包括由P溝道MOS-FET構(gòu)成的開關(guān)551、552、555、557；和由N溝道MOS-FET構(gòu)成的開關(guān)553、554、556、558。這些各開關(guān)551～558通過控制由第一柵極驅(qū)動器53A和第二柵極驅(qū)動器53B施加給柵極的電壓來進行導(dǎo)通截止控制。
另外，第二柵極驅(qū)動器53B與正反旋轉(zhuǎn)電路522連接，在轉(zhuǎn)子30的正旋轉(zhuǎn)時，僅驅(qū)動開關(guān)552、553(圖4中P1)和開關(guān)555、556(P2)。
即，在轉(zhuǎn)子30的正旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動開關(guān)551、554的第一柵極驅(qū)動器53A，與驅(qū)動開關(guān)552、553(P1)和開關(guān)555、556(P2)的第二柵極驅(qū)動器53B，以相互反轉(zhuǎn)的驅(qū)動信號工作，因此，相同的P溝道MOS-FET的開關(guān)551、552在一個開關(guān)551導(dǎo)通的情況下，另一個開關(guān)552截止。另外，相同的P溝道MOS-FET構(gòu)成的開關(guān)551、555也同樣。
并且，同樣地，N溝道MOS-FET的開關(guān)553、554在一個開關(guān)553導(dǎo)通的情況下，另一個開關(guān)554截止(N溝道MOS-FET的開關(guān)556、554也同樣)。
并且，串聯(lián)連接的開關(guān)551、554在一方導(dǎo)通的情況下，另一方截止。同樣地，串聯(lián)連接的開關(guān)552、553，或者，開關(guān)555、556也在一方導(dǎo)通的情況下，另一方截止。
這些開關(guān)551～554(或者開關(guān)551、555、556、554)通過第一柵極驅(qū)動器53A和第二柵極驅(qū)動器53B與壓電元件22橋接，由位于橋的對角上的一對開關(guān)551、553(或者開關(guān)551、556)構(gòu)成的開關(guān)電路，和由另一對開關(guān)552、554(或者開關(guān)555、554)構(gòu)成的開關(guān)電路，交替進行導(dǎo)通截止控制。由此，由電源54施加的預(yù)定的電源電壓變換為交變的矩形波電壓，施加子壓電致動器20。即通過第一電源541和第二電源542，在驅(qū)動電極221、222和加強板21(圖2)之間對壓電元件22施加交流電壓，使轉(zhuǎn)子30正方向旋轉(zhuǎn)。
另一方面，在轉(zhuǎn)子30的反旋轉(zhuǎn)時，第二柵極驅(qū)動器53B代替開關(guān)555、556(P2)而驅(qū)動開關(guān)557、558(P3)，開關(guān)551、552、553、554(或者開關(guān)551、557、558、554)與壓電元件22橋接，由開關(guān)551、553(和開關(guān)551、558)構(gòu)成的開關(guān)電路，和由開關(guān)554、552(或者開關(guān)554、557)構(gòu)成的開關(guān)電路，交替進行導(dǎo)通截止控制。即通過第一電源541和第三電源543，在驅(qū)動電極221、223和加強板21(圖2)之間對壓電元件22施加交流電壓，使轉(zhuǎn)子30反方向旋轉(zhuǎn)。
另外，在進行各開關(guān)551～558的導(dǎo)通截止切換時，如果串聯(lián)連接的開關(guān)551、554和開關(guān)552、553(或者開關(guān)555、556和開關(guān)557、558)同時導(dǎo)通，則會流過貫通電流。由于該貫通電流不能夠用于壓電致動器20的驅(qū)動工作，因此導(dǎo)致消耗功率的浪費，并且成為導(dǎo)致開關(guān)元件燒壞等的原因。因此，在脈沖控制電路52中，一個開關(guān)截止后，在經(jīng)過預(yù)定時間(空載時間)之后，使另一個開關(guān)導(dǎo)通，從而防止貫通電流。
帶通濾波器(單峰濾波器)56是根據(jù)壓電致動器20的振動狀態(tài)，僅使所檢測出的檢測信號中包含在預(yù)定的頻率范圍的頻率的檢測信號通過，而使其他頻率的信號衰減的濾波器。
另外，檢測信號根據(jù)轉(zhuǎn)子30的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，通過驅(qū)動電極222、223中未供給驅(qū)動信號的一方(參照圖4中P2、P3)進行檢測。這里，檢測信號以臂部23(圖5中N)的電位作為基準信號，通過相對于該基準信號的驅(qū)動電極222的電位的差，或者相對于基準信號的驅(qū)動電極223的電位的差，即，相對于臂部23的驅(qū)動電極222、223的差動信號來進行檢測。
通過帶通濾波器56的檢測信號由信號放大器57進行放大。
相位差檢測單元60包括相位控制器61；移相器62；相位比較器63；以及低通濾波器(LPF)64。
相位控制器61每兩個信號周期向移相器62輸出控制信號，相應(yīng)地，移相器62移動預(yù)先設(shè)定的最佳相位差、檢測信號的相位。
相位比較器63對從移相器62輸出的檢測信號的相位，和從電壓控制振蕩器51輸出的驅(qū)動信號的相位進行比較，輸出其相位差。這里，如上所述，移相器62僅以最佳相位差移動檢測信號的相位，相位比較器63的輸出越接近零，則檢測信號的相位越接近最佳相位差。
低通濾波器64是僅使預(yù)定頻率以下的頻率的信號通過，而使預(yù)定頻率以上的頻率的信號衰減的濾波器，發(fā)揮積分電路的功能。
根據(jù)上述的相位差檢測單元60，通過移相器62移動的檢測信號的相位和驅(qū)動信號的相位的差，即與最佳相位差的偏差(大小)通過低通濾波器64向控制器65輸出。
控制器65向電壓控制振蕩器51輸出電壓信號，以消除與所輸入的最佳相位差的偏差。
圖6是控制器65的結(jié)構(gòu)概略圖，控制器65包括通過相位差檢測單元60使驅(qū)動信號的頻率追隨反饋的相位差的頻率控制單元651；獲得實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的最佳相位差的最佳相位差取得單元652；使最佳相位差取得的頻度規(guī)律化的頻度控制單元653；以及存儲單元654等各個結(jié)構(gòu)。
這里，最佳相位差取得單元652的最佳相位差的取得，通過頻度控制單元653以預(yù)定頻度進行，該頻度由通過操作按鈕9A(圖1)的操作使壓電致動器20啟動時起的連續(xù)驅(qū)動時間規(guī)定。本實施方式中的頻度為連續(xù)驅(qū)動時間是一小時，該時間存儲于存儲單元654中。
下面參照圖7和圖8所示的流程圖對通過驅(qū)動控制裝置50的壓電致動器20的作用進行說明。
驅(qū)動控制裝置50的控制器65分別執(zhí)行圖7所示的最佳相位差取得過程P1和圖8所示的驅(qū)動過程P2。
控制器65通過頻度控制單元653的定時器功能，如圖7所示確認從壓電致動器20起動開始的經(jīng)過時間T，即連續(xù)驅(qū)動時間(步驟S11)，以預(yù)定頻度實施最佳相位差取得過程P1。即，在連續(xù)驅(qū)動時間的確認(步驟S11)中，在從壓電致動器20起動時起的經(jīng)過時間T達到存儲于控制器65的存儲單元654中的連續(xù)驅(qū)動時間N時(是)，實施最佳相位差取得過程P1，而在未達到時(否)，轉(zhuǎn)入圖8所示的驅(qū)動過程P2。
另外，經(jīng)過時間T在壓電致動器20起動時初始化為“0”。
在最佳相位差取得過程P1中，通過控制器65的最佳相位差取得單元652驅(qū)動控制轉(zhuǎn)子30，調(diào)整壓電致動器20所期望的驅(qū)動狀態(tài)(本實施方式中驅(qū)動效率(轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速)大致最大的狀態(tài))。
具體而言，首先將由電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率設(shè)定為低頻(本實施方式中為230kHz)(步驟S21)，同時成為電流限制為零的狀態(tài)，根據(jù)從旋轉(zhuǎn)傳感器15(圖2)輸入的轉(zhuǎn)速，檢測轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)速度(步驟S22)。在該旋轉(zhuǎn)速度的檢測中，使用兩個保持轉(zhuǎn)速的變量(Z0、Z1)，在每次檢測旋轉(zhuǎn)速度時將該轉(zhuǎn)速代入Z0，并且比較Z0和Z1，當(dāng)Z0比Z1大時將Z0代入Z1。由此，在掃描驅(qū)動頻率的過程中，逐次將暫時的最大旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的轉(zhuǎn)速代入Z1使其更新。
然后，比較Z0和Z1(步驟S23)，當(dāng)Z0(本次檢測時的轉(zhuǎn)速)與Z1(作為暫時的最大旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的轉(zhuǎn)速而保持的值)相同或者比Z1小時(否)，由于還不能夠檢測到旋轉(zhuǎn)速度的峰值，因而使驅(qū)動頻率以預(yù)定幅度提高(步驟S24)，并繼續(xù)進行掃描(sweep)。本實施方式中，掃描時的驅(qū)動頻率的提高幅度為0.5kHz，驅(qū)動頻率從230kHz到280kHz單向掃描。另外，當(dāng)進行上述和下述的驅(qū)動頻率掃描時，也可以從高頻降到低頻。
另一方面，在步驟S23中，當(dāng)Z0比Z1小時(是)，由于判斷為旋轉(zhuǎn)速度超過峰值，因而將根據(jù)到上次檢測時為止的數(shù)據(jù)而暫時保持的Z1確定為表示最大旋轉(zhuǎn)速度(最大驅(qū)動效率)的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)入下一步驟S25。
在步驟S25中，固定為轉(zhuǎn)速為Z1的頻率fd，在該狀態(tài)下，通過相位比較器63測定相位差(步驟S26)。將這里測定的相位差規(guī)定為最佳相位差，存儲于控制器65的存儲單元654(步驟S27)。另外，在利用諧振的壓電致動器20中，需要使驅(qū)動頻率和檢測信號的相位差以適于驅(qū)動的值大致保持恒定，來實現(xiàn)預(yù)定的振動特性，因此保持于存儲單元654中的最佳相位差被用作驅(qū)動控制裝置50的驅(qū)動控制指標。在同樣規(guī)格的壓電致動器20中，由于形狀和裝配誤差等，實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的最佳相位差也不同，因此通過實施最佳相位差取得過程P1，能夠消除由于個體差異而引起的振動特性的偏差。
最后使經(jīng)過時間T復(fù)位成“0”(步驟S28)。
如上所述完成最佳相位差取得過程P1，轉(zhuǎn)入驅(qū)動過程P2。
在圖8所示的驅(qū)動過程P2中，通過頻率控制單元651，首先將在所述最佳相位差取得過程P1中存儲于控制器65的最佳相位差設(shè)置于移相器62(圖4)中(步驟S31)。并且，從230KHz開始掃描驅(qū)動頻率(S32)，通過相位差檢測單元60(圖4)和頻率控制單元651(圖6)實施相位差反饋控制。具體而言，在使從相位比較器63輸出的相位差為“0”，即，使相位差與設(shè)定于移相器62中的最佳相位差一致之前(步驟S33)，以與所述同樣的上升幅度掃描驅(qū)動頻率(步驟S34)。
這樣，使相位差與最佳相位差一致(在步驟S33中為“是”)，之后通過相位差檢測單元60同樣地進行相位差反饋控制，實施使驅(qū)動信號的頻率追隨檢測信號和驅(qū)動信號的相位差的相位差反饋過程S35。即通過頻率控制單元651，控制輸入電壓控制振蕩器51的電壓信號，使相位比較器63的輸出為零，即，使相位差成為最佳相位差。
另外，在相位差反饋過程S35中，按照每個預(yù)定的時鐘信號，使表示控制器65的經(jīng)過時間T的驅(qū)動時間計時變量增加一個計數(shù)(步驟S351)。
繼續(xù)進行相位差反饋過程S35，直到表示驅(qū)動結(jié)束的信號輸入控制器65為止(步驟S36)。
這里，當(dāng)進行壓電致動器20的驅(qū)動控制時，以驅(qū)動信號和檢測信號的相位差作為指標(最佳相位差)，進行相位差反饋控制，但是由于壓電致動器20的連續(xù)驅(qū)動，從起動時開始經(jīng)過預(yù)定時間，在突起25和轉(zhuǎn)子30之間產(chǎn)生磨損，或者由于突起25對轉(zhuǎn)子30施力的加壓條件等改變而可能使諧振點改變。因此，通過以最初使壓電致動器20的驅(qū)動效率為最大的相位差，即實現(xiàn)所期望的驅(qū)動狀態(tài)的最佳相位差為目標進行相位差反饋控制，雖然能夠適當(dāng)?shù)仳?qū)動控制壓電致動器20，但由于振動特性隨時間經(jīng)過而改變，在驅(qū)動控制裝置50中應(yīng)當(dāng)成為指標的能夠使驅(qū)動效率最大的最佳相位差本身發(fā)生變化，而可能導(dǎo)致無法獲得適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩。
這樣的壓電致動器20的驅(qū)動特性的經(jīng)時變化，如圖9的曲線圖所示。
圖9的曲線圖中實線所示的轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速、壓電致動器20的電流和相位差分別為在壓電致動器20起動時的初始狀態(tài)下掃描驅(qū)動頻率(曲線圖橫軸)時的值，圖9中，在從該初始狀態(tài)起一小時后、三小時后掃描驅(qū)動頻率時的轉(zhuǎn)速、電流和相位差分別由種類不同的虛線表示。
如該曲線圖所示，掃描驅(qū)動頻率時的轉(zhuǎn)速、電流和相位差并非恒定，而是從初始狀態(tài)起隨時間的經(jīng)過而變化。本實施方式中，壓電致動器20的振動體20A的諧振點(圖9中轉(zhuǎn)速為2500rpm附近時的驅(qū)動頻率)初始時為R0，一小時后為R1，三小時后為R3，如此逐漸提高，因此，掃描驅(qū)動頻率時的轉(zhuǎn)速、電流和相位差也隨之漂移。作為它們漂移的重要原因，考慮到例如轉(zhuǎn)子30和振動體20A的突起25之間的磨損，或者突起25對轉(zhuǎn)子30抵接的施加力等的加壓條件的改變等。
對應(yīng)于這樣的壓電致動器20的驅(qū)動特性的經(jīng)時變化，當(dāng)驅(qū)動過程P2的相位差反饋控制經(jīng)過預(yù)定時間時，控制器65的頻度控制單元653判斷經(jīng)過時間T達到連續(xù)驅(qū)動時間N(圖8中步驟S37)，再次實施圖7所示的最佳相位差取得過程P1。即，最佳相位差取得過程P1按照每個存儲于控制器65中的連續(xù)驅(qū)動時間(一小時)而重復(fù)實施，更新規(guī)定為最佳相位差的值。在圖9所示的例子中，規(guī)定為最佳相位差的值在初始狀態(tài)下為θ0(約100度)，相比之下，一小時后，實施了最佳相位差取得過程P1后為θ1(約103度)。兩小時后、三小時后也定期實施最佳相位差取得過程P1，并且將從起動開始三小時后，實施了最佳相位差取得過程P1后的θ3(約102度)規(guī)定為最佳相位差。對于四小時以后的情況也同樣地每經(jīng)一小時即更新最佳相位差。
這樣，對應(yīng)于因經(jīng)時變化而引起的諧振點的偏移，對作為最佳相位差而保持的值進行校正，因此能夠以該最佳相位差為前提適當(dāng)?shù)剡M行驅(qū)動控制裝置50的驅(qū)動控制。
根據(jù)本實施方式，能夠獲得如下效果。
(1)驅(qū)動秒計時針7A的壓電致動器20的驅(qū)動控制裝置50具有控制器65，并通過該控制器65具有的頻度控制單元653以預(yù)定頻度實施最佳相位差取得過程P1。從而，即使在為了實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)所必需的最佳相位差(本實施方式中為使驅(qū)動效率最大所必須的最佳相位差)因經(jīng)時變化等而改變的情況下，也能夠通過每次實施最佳相位差取得過程P1，再次規(guī)定最佳相位差而校正為適當(dāng)?shù)淖罴严辔徊?。即，由于能夠確保最佳相位差的適當(dāng)性，因而能夠根據(jù)該最佳相位差在驅(qū)動過程P2中實施適當(dāng)?shù)尿?qū)動控制，從而能夠通過轉(zhuǎn)子30驅(qū)動所必需的轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)所期望的驅(qū)動效率。
(2)在驅(qū)動控制裝置50的驅(qū)動過程P2中，不使驅(qū)動頻率固定，以實現(xiàn)最大效率的最佳相位差為目標值，利用相位差反饋進行驅(qū)動頻率的追隨控制，因此能夠最大限度地發(fā)揮壓電致動器20的驅(qū)動性能，使驅(qū)動效率最大。
(3)將驅(qū)動控制裝置50裝入作為手表的電子表1中，從而能夠與負載等的變動無關(guān)地進行適當(dāng)?shù)尿?qū)動控制，能夠增大上述效果。
本實施方式的驅(qū)動控制裝置50適用于能夠在溫度變化劇烈的室外等環(huán)境中使用的、或者根據(jù)攜帶姿勢而引起負載變化的手表，特別適用于投入大功率或者因連續(xù)驅(qū)動而使轉(zhuǎn)子30和振動體20A的突起25磨損或易于發(fā)熱的秒針驅(qū)動。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)準確而穩(wěn)定的指針運轉(zhuǎn)。
(4)供給壓電致動器20的壓電元件22的驅(qū)動信號的頻率位于縱向振動的諧振頻率fr1和彎曲振動的諧振頻率fr2之間，因此能夠使縱向振動和彎曲振動兩者的振幅增大，提高壓電致動器20的驅(qū)動效率，并且，由于通過一個驅(qū)動信號驅(qū)動壓電致動器20，所以能夠簡化結(jié)構(gòu)。
此外，像這樣在利用諧振的情況下，驅(qū)動頻率的范圍狹窄，驅(qū)動頻率的控制困難，由于經(jīng)時變化和個體差異引起諧振點偏差而容易導(dǎo)致驅(qū)動狀態(tài)不穩(wěn)定，因此通過驅(qū)動控制裝置50確保驅(qū)動控制的適當(dāng)性和穩(wěn)定性的效果非常顯著。
另外，驅(qū)動控制裝置50除了壓電致動器20以外，還可以作為利用諧振的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置而通用。
(5)另外，電子表1的時針4、分針5和秒針6等的驅(qū)動單元通常采用步進電機，但可以將該步進電機替換為壓電致動器20，從而使電子表1進一步實現(xiàn)薄型化，并且由于壓電致動器20與步進電機相比很難受磁性影響，因此能夠提高電子表1的高抗磁化性能。
下面對本發(fā)明的第二實施方式進行說明。
另外，在以下的說明中對于和已經(jīng)說明的實施方式相同的結(jié)構(gòu)標以相同的符號并省略或簡略說明。
在第一實施方式中，進行用于以最大效率驅(qū)動壓電致動器20的驅(qū)動控制，但是在第二實施方式中，與第一實施方式的不同之處在于，使由壓電致動器20驅(qū)動的被驅(qū)動體的驅(qū)動量能夠調(diào)整地進行驅(qū)動控制。
圖10是表示第二實施方式的壓電致動器20的驅(qū)動控制裝置50A的結(jié)構(gòu)的框圖。
驅(qū)動控制裝置50A除了前述的驅(qū)動控制裝置50(圖4)的結(jié)構(gòu)以外，還具有檢測流過壓電致動器20部分的電流的電流檢測器71；輸出電流指令值的電流指令值源72；以及根據(jù)由電流檢測器71檢測的電流值和從電流指令值源72輸出的電流指令值，對控制器65輸出控制信號的電流控制器73。
另外，在控制器65中，根據(jù)電流控制器73的輸出信號，向電壓控制振蕩器51輸出電壓信號。即在本實施方式中進行基于壓電致動器20的電流值的反饋控制。
在這樣的本實施方式中，除了前述效果以外，還具有如下效果。(6)控制器65向電壓控制振蕩器51輸出的電壓信號能夠根據(jù)壓電致動器20的電流值進行調(diào)整，因此能夠?qū)弘娭聞悠?0的振動狀態(tài)進行控制，由此能夠?qū)D(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速等進行控制。從而能夠?qū)弘娭聞悠?0也用作需要進行速度調(diào)整(速度控制)的以轉(zhuǎn)子30為代表的被驅(qū)動體的驅(qū)動源。并且，能夠通過這樣的電流值的反饋，對壓電致動器20進行適當(dāng)且穩(wěn)定的驅(qū)動控制。
下面對本發(fā)明的第三實施方式進行說明。
在第三實施方式中，通過與第二實施方式不同的方法，與第二實施方式基本一樣地，使作為壓電致動器20的被驅(qū)動體的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠調(diào)整地進行驅(qū)動控制。
圖11表示第三實施方式的驅(qū)動控制裝置50B。
驅(qū)動控制裝置50B除了前述驅(qū)動控制裝置50(圖4)的結(jié)構(gòu)以外，還具有檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測器81；輸出轉(zhuǎn)速指令值的轉(zhuǎn)速指令值源82；以及根據(jù)由轉(zhuǎn)速檢測器81檢測的轉(zhuǎn)速和從轉(zhuǎn)速指令值源82輸出的轉(zhuǎn)速指令值，對控制器65輸出控制信號的轉(zhuǎn)速控制器83。
轉(zhuǎn)速檢測器81包含例如在第一實施方式中檢測與轉(zhuǎn)子30一體的齒輪41(圖2)的轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)傳感器15。
圖12是表示第三實施方式的最佳相位差取得過程P1’的流程圖。
在最佳相位差取得過程P1’中，首先將轉(zhuǎn)速檢測器81置零(步驟S20)。此后，與前述的最佳相位差取得過程P1(圖7)同樣地實施步驟S21～步驟S28。其間，通過轉(zhuǎn)速檢測器81持續(xù)進行轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速檢測。
并且，最后通過轉(zhuǎn)速檢測器81、轉(zhuǎn)速指令值源82和轉(zhuǎn)速控制器83，使從步驟S20時刻開始旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子30反轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)速為“0”(移動量復(fù)原過程；步驟S29)。此后，當(dāng)轉(zhuǎn)入驅(qū)動過程P2(圖8)時，添加了最佳相位差取得過程P1’的所需時間的指令值，通過電路基板的計時部組件輸入轉(zhuǎn)速指令值源82，因此能夠通過轉(zhuǎn)速控制器83調(diào)整轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速。
另外，在驅(qū)動過程P2中也通過轉(zhuǎn)速檢測器81持續(xù)實施轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速檢測。
在這樣的本實施方式中，除了在第一實施方式中取得的效果以外，還取得了如下效果。
(7)在所述第二實施方式中，控制器65根據(jù)流過壓電致動器20的電流值進行控制，但是由于壓電致動器20通過摩擦使驅(qū)動轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)，所以可能發(fā)生滑動等，具有僅通過電流值的控制會多少產(chǎn)生誤差的問題。對此，根據(jù)本實施方式的結(jié)構(gòu)，由于直接對轉(zhuǎn)子30或齒輪41的轉(zhuǎn)速進行檢測，因而能夠更加精確地進行驅(qū)動控制。
(8)在最佳相位差取得過程P1’中，實施步驟S20和步驟S29，在取消最佳相位差取得過程P1’的轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)以后，在驅(qū)動過程P2中根據(jù)最佳相位差取得過程P1’的所需時間，調(diào)整轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速，因而能夠通過最佳相位差取得過程Pl’的實施，消除秒計時針7A的指針運轉(zhuǎn)的誤差。
下面對本發(fā)明的第四實施方式進行說明。
圖13所示的本實施方式的驅(qū)動控制裝置50C組合了第二實施方式的基于電流值的驅(qū)動控制和第三實施方式的基于轉(zhuǎn)速的驅(qū)動控制。
即，驅(qū)動控制裝置50C具有電流檢測器71；電流控制器73；轉(zhuǎn)速檢測器81；轉(zhuǎn)速指令值源82；以及轉(zhuǎn)速控制器83。
轉(zhuǎn)速控制器83根據(jù)來自轉(zhuǎn)速指令值源82的轉(zhuǎn)速指令值和由轉(zhuǎn)速檢測器81檢測的轉(zhuǎn)速，向電流控制器73輸出電流指令值。
電流控制器73根據(jù)來自轉(zhuǎn)速控制器83的電流指令值和由電流檢測器71檢測的電流值，向控制器65輸出控制信號。
因此，在本實施方式的反饋控制中，以基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制循環(huán)為主循環(huán)，而以基于電流值的控制循環(huán)為副循環(huán)。
在這樣的本實施方式中，除了在前述第一～三的各實施方式中取得的效果以外，還取得了如下效果。
(9)根據(jù)由壓電致動器20旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速，和流過壓電致動器20的電流值這兩個參數(shù)，控制壓電致動器20的振動狀態(tài)，因而能夠更加精確地控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度)。
下面對本發(fā)明的第五實施方式進行說明。在前述的第一～第四實施方式中，以預(yù)定頻度反復(fù)取得最佳相位差是共同特征，而從該第五實施方式到第八實施方式的共同特征在于，取得在驅(qū)動頻率掃描時發(fā)生相位差反轉(zhuǎn)的頻率，根據(jù)該頻率對相位差反饋的驅(qū)動頻率進行鉗位。
在本實施方式中說明的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置和驅(qū)動控制方法，與前述第一實施方式同樣地，能夠適用于驅(qū)動時針1的秒計時針7A的壓電致動器20。因此，除了參照第一實施方式所示的圖1～圖3和圖5以外，還參照表示本實施方式的特征的圖14～圖22。
圖14表示本實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置50D的結(jié)構(gòu)。
在驅(qū)動控制裝置50D具有的移相器62’中預(yù)先設(shè)定了成為壓電致動器20的驅(qū)動控制的指標的目標相位差。由此，驅(qū)動控制裝置50D具有的控制器265向電壓控制振蕩器51輸出電壓信號，以消除通過低通濾波器64輸入的相位差相對于目標相位差的偏差。
圖15是作為控制單元的控制器265的結(jié)構(gòu)概略圖，控制器265包括以下各個結(jié)構(gòu)通過相位差檢測單元60使驅(qū)動信號的頻率追隨反饋的相位差的頻率控制單元651；在驅(qū)動頻率的掃描時檢測驅(qū)動信號的相位和檢測信號的相位的相位差是否取得多次目標相位差的值的相位差反轉(zhuǎn)檢測單元655；限制驅(qū)動頻率的鉗位單元656；以及存儲有驅(qū)動頻率的表格信息TBL(圖18)的存儲單元657。
控制器265內(nèi)的頻率控制單元651發(fā)揮使驅(qū)動信號的頻率追隨通過相位差檢測單元60反饋的相位差的裝置的功能，向電壓控制振蕩器51輸出電壓信號，以消除與所輸入的目標相位差的偏差。
這里，控制器265具有在壓電致動器20的驅(qū)動開始時實施的作為第一過程(相位差反轉(zhuǎn)檢測過程)的初始化模式M1(圖19)；和在初始化模式M1之后工作的作為第二過程的驅(qū)動模式M2(圖20)。
在存儲于存儲單元657內(nèi)的表格信息TBL(圖18)中，存儲有在預(yù)先對供給振動體20A的驅(qū)動信號的頻率進行掃描時再次達到目標相位差的情況下涉及該相位差的反轉(zhuǎn)的鉗位頻率。
圖16是表示掃描驅(qū)動信號的頻率時的振動體20A的相位差、轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速、以及流過壓電致動器20的電流值的曲線圖，圖17是圖16的要部放大圖。另外，該曲線圖存在因振動體20A的個體差異而使數(shù)值或者增減傾斜度不同的情況。
驅(qū)動信號和檢測信號的相位差是振動體20A的振動特性指標，在本實施方式中，以轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速大致最大的最佳驅(qū)動狀態(tài)(預(yù)定驅(qū)動狀態(tài))G的相位差作為目標相位差θ(本實施方式中約100度)。當(dāng)相位差為該目標相位差θ時，通過振動體20A的縱向振動和彎曲振動的諧振，能夠以最大效率驅(qū)動壓電致動器20。
在驅(qū)動控制裝置50D中，每當(dāng)進行相位差的反饋控制時，使驅(qū)動頻率掃描時的相位差的增減傾斜度朝一個方向并包含最佳驅(qū)動狀態(tài)G，設(shè)定振動特性穩(wěn)定的驅(qū)動范圍A。在該驅(qū)動范圍A中，在使驅(qū)動頻率朝上升方向變化時，相位差具有減小的趨勢，基于相對于目標相位差θ的相位差的大小的驅(qū)動頻率的追隨方向不反轉(zhuǎn)。
這里，在振動體20A上由于壓電元件22和加強板21的貼合誤差以及向振動體20A供給一個驅(qū)動信號進行驅(qū)動而產(chǎn)生的縱向振動的相位和彎曲振動的相位重疊等原因，如圖16所示，當(dāng)從低頻率側(cè)沿上升方向掃描驅(qū)動頻率時，在驅(qū)動范圍A中，具有在相位差從目標相位差θ減少后，增加而再次達到目標相位差θ的情況(反轉(zhuǎn)點Pt1)。在該反轉(zhuǎn)點Pt1上，相位差增加，與最佳驅(qū)動狀態(tài)G的相位差的傾斜度(減少)相反，從該反轉(zhuǎn)點Pt1到再一次達到目標相位差θ并恢復(fù)為反轉(zhuǎn)前的增減傾斜度的復(fù)原點Pt2的范圍，視為相位差反饋控制不穩(wěn)定的相位差反轉(zhuǎn)范圍Z。
在該相位差反轉(zhuǎn)范圍Z的兩側(cè)如圖17所示設(shè)有距離反轉(zhuǎn)點Pt1的相位差反轉(zhuǎn)頻率T1具有-0.5kHz的幅度的相位差可逆范圍R1，以及距離相位復(fù)原點Pt2的復(fù)原頻率T3具有+0.5kHz的幅度的相位差復(fù)原范圍R2。即，相位差可逆范圍R1的邊界值為相位差反轉(zhuǎn)頻率T1和從該相位差反轉(zhuǎn)頻率T1減去0.5kHz的鉗位頻率T2，相位差復(fù)原范圍R2的邊界值為復(fù)原頻率T3和從該復(fù)原頻率T3增加0.5kHz的復(fù)原時鉗位頻率T4。
列舉了包含這些相位差反轉(zhuǎn)頻率T1、鉗位頻率T2、復(fù)原頻率T3和復(fù)原時鉗位頻率T4的相位差可逆范圍R1和相位差復(fù)原范圍R2的頻率，并將它們存儲于存儲單元657中。
圖18表示存儲于存儲單元657中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。存儲單元657將相位差可逆范圍R1和相位差復(fù)原范圍R2的頻率作為表格信息TBL進行存儲。
下面參照圖19和圖20所示的流程圖對通過驅(qū)動控制裝置50D進行的壓電致動器20的驅(qū)動過程進行說明。
驅(qū)動控制裝置50D的控制器265在壓電致動器20的驅(qū)動開始時執(zhí)行作為第一過程的初始化模式M1(圖19)，然后執(zhí)行作為第二過程的驅(qū)動模式M2(圖20)。
在圖19所示的初始化模式M1中，使轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)，調(diào)整壓電致動器20的最佳驅(qū)動狀態(tài)(本實施方式中轉(zhuǎn)速大致最大的狀態(tài)G(圖16))，并且在掃描驅(qū)動頻率時判斷驅(qū)動頻率是否再次達到目標相位差θ而發(fā)生相位差大小的評價反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象(S41、S42)。這里將目標相位差θ設(shè)定于移相器62中。
在這些過程S41、S42中，具體而言，通過控制器265的相位反轉(zhuǎn)檢測單元655，從230kHz到280kHz對電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率進行單向掃描(sweep)，同時通過相位差檢測單元60進行相位差反饋處理。
并且如圖16所示，在發(fā)生相位差反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的情況下，該相位差反轉(zhuǎn)的判斷結(jié)果為“是”，生成表格信息TBL(圖18)(S43)，將該表格信息TBL存儲于存儲單元657中(S44)。
另一方面，在未發(fā)生相位差反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的情況下，該相位差反轉(zhuǎn)的判斷結(jié)果為“否”，在本實施方式中，將存儲單元657中的表格信息TBL的數(shù)據(jù)刪除。
如上所述結(jié)束初始化模式M1，轉(zhuǎn)入驅(qū)動模式M2。
在圖20所示的驅(qū)動模式M2中，通過控制器265，從230kHz開始對由電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率進行掃描(S51)，并開始進行使驅(qū)動信號的頻率追隨檢測信號和驅(qū)動信號的相位差的反饋處理(S52)。
在反饋處理S52中，對控制器265輸出的電壓信號進行控制(S521)，使相位比較器63的輸出為零，即，使相位差成為目標相位差θ，每當(dāng)生成該電壓信號并向電壓控制振蕩器51輸出時，通過鉗位單元656判斷所要生成的電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL(圖18)的頻率是否一致(S522)。
當(dāng)所要生成的電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL的頻率不一致時(否)，生成該電壓信號并向電壓控制振蕩器51輸出，其結(jié)果，改變電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率。
即，當(dāng)驅(qū)動狀態(tài)為Q1時，存在相位差相對于目標相位差θ較大的正偏差D1，此時，驅(qū)動頻率向上升的方向變化，使相位差減小。另外，當(dāng)驅(qū)動狀態(tài)為Q2時，存在相位差相對于目標相位差θ較小的負偏差D2，此時，驅(qū)動頻率向下降的方向變化，使相位差增大。
只要應(yīng)當(dāng)由控制器265生成的電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL的頻率不一致，就反復(fù)執(zhí)行這些過程S521和S522。
由此，能夠很好地應(yīng)對由于連續(xù)驅(qū)動而使振動體20A發(fā)熱的情況或者因環(huán)境溫度變化或電子表1的姿態(tài)變化而引起的負載變化等導(dǎo)致振動體20A的諧振點變化和振動特性改變的情況。
另外，在此前實施的初始化模式M1中，當(dāng)不產(chǎn)生相位差反轉(zhuǎn)時，在本實施方式中，不進行電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL內(nèi)的頻率是否一致的判斷(S522)，而是在每次輸入檢測信號時，對控制器265生成的電壓信號進行控制(S521)。
但是，在本實施方式中，當(dāng)未發(fā)生相位差反轉(zhuǎn)時，存儲單元657的表格信息TBL為空，因此不論是否產(chǎn)生相位差反轉(zhuǎn)，即使對電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL進行對比、判斷(S522)，在過程S522中也始終判斷為“否”，能夠正常地進行驅(qū)動控制。
另一方面，當(dāng)應(yīng)當(dāng)由控制器265生成的電壓信號與表格信息TBL(圖18)的頻率一致時(是)，對該電壓信號的生成、輸出處理進行鉗位(S523)。
相應(yīng)地，維持電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率，限制驅(qū)動頻率對相位差的追隨，因而能夠防止驅(qū)動頻率經(jīng)過鉗位頻率T2達到相位差反轉(zhuǎn)頻率T1，并防止基于相位差的驅(qū)動頻率的追隨方向反轉(zhuǎn)。
這里，假設(shè)在未限制驅(qū)動頻率對相位差的追隨的情況下，存在壓電致動器20的驅(qū)動狀態(tài)經(jīng)過相位差可逆范圍R1的驅(qū)動狀態(tài)Q3，移動至驅(qū)動狀態(tài)Q4的可能性。在該驅(qū)動狀態(tài)Q4下，盡管需要降低驅(qū)動頻率使其接近最佳驅(qū)動狀態(tài)G，但由于相位差相對于目標相位差θ為大(+)，所以導(dǎo)致驅(qū)動頻率向上升方向變化，使相位差減小。
即在反轉(zhuǎn)點Pt1的前后，基于相位差相對于目標相位差θ的大小的驅(qū)動頻率的追隨方向反轉(zhuǎn)，因此驅(qū)動頻率朝與適當(dāng)?shù)姆较蛳喾吹姆较蜃兓跪?qū)動狀態(tài)從驅(qū)動狀態(tài)Q4向驅(qū)動狀態(tài)Q5移動，即驅(qū)動狀態(tài)向離開最佳驅(qū)動狀態(tài)G的方向移動。在該驅(qū)動狀態(tài)Q4和Q5之間，相位差的增減傾斜度變化，之后，在目標相位差θ和相位差級別相同的復(fù)原點Pt2的前后，通過相位差反饋改變驅(qū)動頻率，壓電致動器20的驅(qū)動狀態(tài)為即使遠離最佳驅(qū)動狀態(tài)G，也基本上無法回到最佳驅(qū)動狀態(tài)G的附近的狀態(tài)。
為了避免該不良情況，如前所述限制驅(qū)動頻率對相位差的追隨。
這里，由于對相位差的追隨或溫度變化，而以比驅(qū)動頻率的振動幅度大的幅度(0.5kHz)設(shè)定遠離相位差反轉(zhuǎn)頻率T1的鉗位頻率T2，如前所述，通過對驅(qū)動頻率進行限制以避免其達到鉗位頻率T2，從而能夠可靠防止在相位差的評價反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下進行反饋控制。
另外，在鉗位后(S523)，返回過程S521，繼續(xù)進行對應(yīng)于后面的檢測信號的處理，在過程S522中為“否”的情況下，使驅(qū)動信號的頻率追隨相位差。
如上所述，不固定驅(qū)動頻率而使其追隨相位差，能夠應(yīng)對由于溫度變化等引起的振動體20A的振動特性的改變，并且即使在相位差發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的情況下，也能夠穩(wěn)定地驅(qū)動控制壓電致動器20，而避免在錯位的方向上控制驅(qū)動頻率。
這里，在存儲單元657的表格信息TBL(圖18)中，除了相位差可逆范圍R1之外，也存儲有相位差復(fù)原范圍R2的頻率數(shù)據(jù)，該相位差復(fù)原范圍R2的值用于下述情況。
例如，優(yōu)選在參照鉗位頻率T2對控制器265的電壓信號的輸出進行鉗位時，需要漂移到比復(fù)原點Pt2更靠近高頻側(cè)的驅(qū)動范圍J(圖16)來進行驅(qū)動的情況等，參照該相位差復(fù)原范圍R2的頻率，并限制驅(qū)動頻率，避免使驅(qū)動狀態(tài)不穩(wěn)定。即在使驅(qū)動頻率追隨相位差的處理中，在變更驅(qū)動頻率前，判斷所要變更的驅(qū)動頻率和相位差復(fù)原范圍R2內(nèi)的值是否一致，在一致的情況下對處理進行鉗位，以維持驅(qū)動頻率。
如果進行這樣的驅(qū)動控制，則能夠在除去使驅(qū)動控制不穩(wěn)定的相位差反轉(zhuǎn)范圍Z的狀態(tài)下，穩(wěn)定地進行驅(qū)動控制。
另外，在最佳驅(qū)動狀態(tài)位于比復(fù)原點Pt2更靠近高頻側(cè)，而需要在驅(qū)動范圍J內(nèi)驅(qū)動壓電致動器20的情況下，也可以同樣地參照該相位差復(fù)原范圍R2來進行限制驅(qū)動頻率的處理。
另外，也可以考慮驅(qū)動頻率掃描時的相位差如圖16所示，反復(fù)進行增加、減少，而使相位差增減傾斜度并非恒定的情況，以及相位差相對于所設(shè)定的目標相位差(例如圖16中的θ’)的評價的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象在多個位置發(fā)生的情況。
在這種情況下，研究出這些反轉(zhuǎn)位置的相位差可逆范圍和相位差復(fù)原范圍的驅(qū)動頻率也可以追加到表格信息TBL(圖18)中，用于驅(qū)動控制。
據(jù)此，在除了相位差反轉(zhuǎn)的范圍以外的對驅(qū)動頻率進行掃描的230kHz～280kHz的整個范圍內(nèi)，能夠通過驅(qū)動控制裝置50D驅(qū)動控制壓電致動器20。
圖21是表示壓電致動器20的驅(qū)動特性的曲線圖，圖22是表示為了與圖21進行比較，在該壓電致動器20中，未進行驅(qū)動頻率限制時的驅(qū)動特性的曲線圖。在這些圖21、圖22中，取壓電致動器20的連續(xù)驅(qū)動時間為橫軸。
如果實施驅(qū)動頻率限制，則盡管是在由于連續(xù)驅(qū)動而使振動體20A易于發(fā)熱的環(huán)境中，也能夠如圖21所示抑制驅(qū)動頻率的上下振幅，使轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。與此相對，在圖22中可知，由于伴隨著振動體20A發(fā)熱的溫度變化等原因，導(dǎo)致驅(qū)動頻率上下起伏，不能夠在該上下變化的部分使轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速提高，驅(qū)動狀態(tài)非常不穩(wěn)定。
即，可以確認由于通過所述驅(qū)動控制裝置50D進行的驅(qū)動頻率限制，能夠不管溫度變化等，而穩(wěn)定地進行壓電致動器20的驅(qū)動控制。
根據(jù)本實施方式，能夠獲得如下效果。
(10)在壓電致動器20的驅(qū)動控制裝置50D具有的控制器265中，每當(dāng)使驅(qū)動信號的頻率追隨由相位差檢測單元60檢測的相位差時，在初始化模式M1中參照存儲于存儲單元657中的表格信息TBL，實施驅(qū)動頻率的限制，使得對在追隨相位差時驅(qū)動頻率達到鉗位頻率T2情況下的驅(qū)動頻率對相位差的追隨進行鉗位。因此，在對驅(qū)動頻率進行掃描時，即使在相對于目標相位差θ的相位差大小的評價發(fā)生反轉(zhuǎn)的情況下，也能夠防止驅(qū)動頻率反向變更的異常處理，而實施穩(wěn)定的驅(qū)動控制。
(11)在通過控制器265進行的驅(qū)動頻率掃描時，將從相位差反轉(zhuǎn)頻率T1離開0.5kHz的鉗位頻率T2設(shè)定于最佳驅(qū)動狀態(tài)G側(cè)，能夠控制驅(qū)動頻率對相位差的追隨，以避免達到該鉗位頻率T2的值，因此即使由于驅(qū)動頻率的變化而使驅(qū)動狀態(tài)接近反轉(zhuǎn)點Pt1，也能夠可靠地防止由于相位差的評價的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象而使驅(qū)動頻率向不適當(dāng)?shù)姆较蜃冯S。
另外，鉗位頻率T2優(yōu)選在振動體20A的短邊約為1.98mm、長邊約為7mm、目標相位差約為100度、驅(qū)動頻率約為250kHz的情況下，從相位差反轉(zhuǎn)頻率T1離開0.3kHz～0.7kHz的范圍。
即在鉗位頻率T2離開相位差反轉(zhuǎn)頻率T1大約超出0.7kHz時，即使環(huán)境溫度或負載發(fā)生很小的變化，也會停止驅(qū)動頻率對相位差的追隨，以后無法進行對應(yīng)于溫度或負載的驅(qū)動頻率的控制，因此是不理想的。即由于溫度或負載的變化有可能造成驅(qū)動狀態(tài)不穩(wěn)定，并導(dǎo)致驅(qū)動控制性能降低。
另一方面，當(dāng)鉗位頻率T2從相位差反轉(zhuǎn)頻率T1離開的量不足0.3kHz時，由于根據(jù)相位差對頻率實施可變控制，并且不能夠防止驅(qū)動頻率變?yōu)橄辔环崔D(zhuǎn)的頻率范圍，導(dǎo)致驅(qū)動控制不穩(wěn)定。
(12)控制器265具有在驅(qū)動開始時執(zhí)行的初始化模式M1，在初始化模式M1時，將列舉了相位差可逆范圍R1的頻率的表格信息TBL存儲于存儲單元657中，因此在壓電致動器20每次起動時，能夠更新存儲單元657的相位差可逆范圍R1的信息，并根據(jù)壓電致動器20的最新狀態(tài)，實施驅(qū)動控制。
這里，也可以研究為以例如每幾個小時等預(yù)定間隔執(zhí)行初始化模式M1。
另外，預(yù)先將相位差可逆范圍R1的頻率作為表格信息TBL存儲于存儲單元657中，因此在控制器265中不需要每次相位差反饋都進行鉗位頻率T2、復(fù)原時鉗位頻率T4等的設(shè)定，從而能夠簡化結(jié)構(gòu)。
(13)通過在作為手表的電子表1中安裝驅(qū)動控制裝置50D，能夠不管溫度或負載的變化，而進行穩(wěn)定的驅(qū)動控制，使所述效果更加顯著。
本實施方式的驅(qū)動控制裝置50D適用于在溫度變化劇烈的室外等環(huán)境中使用的、或者根據(jù)攜帶姿勢而引起負載變化的手表，特別適用于投入大功率或者因連續(xù)驅(qū)動而易于發(fā)熱的秒針驅(qū)動。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)準確而穩(wěn)定的指針運轉(zhuǎn)。
(14)供給壓電致動器20的壓電元件22的驅(qū)動信號的頻率位于縱向振動的諧振頻率fr1和彎曲振動諧振頻率fr2之間，因此能夠使縱向振動和彎曲振動兩者的振幅增大，提高壓電致動器20的驅(qū)動效率，并且，由于通過一個驅(qū)動信號驅(qū)動壓電致動器20，所以能夠簡化結(jié)構(gòu)。
此外，像這樣，在利用諧振的情況下，驅(qū)動頻率的范圍狹窄，驅(qū)動頻率的控制困難，由于溫度變化等引起諧振點偏差而容易導(dǎo)致驅(qū)動狀態(tài)不穩(wěn)定，因此通過驅(qū)動控制裝置50D確保驅(qū)動控制的穩(wěn)定性的效果非常顯著。
另外，驅(qū)動控制裝置50D除了壓電致動器20以外，還可以作為利用諧振的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置而通用。
(15)另外，電子表1的時針4、分針5和秒針6等的驅(qū)動單元通常采用步進電機，但由于能夠?qū)⒃摬竭M電機替換為壓電致動器20，從而使電子表1進一步薄型化，并且由于壓電致動器20與步進電機相比很難受磁性影響，因此也能夠提高電子表1的高抗磁化性能。
下面對本發(fā)明的第六實施方式進行說明。
在第五實施方式中，進行了用于以最大效率驅(qū)動壓電致動器20的驅(qū)動控制，但是在第六實施方式中，與第五實施方式的不同之處在于，使由壓電致動器20驅(qū)動的被驅(qū)動體的驅(qū)動量能夠調(diào)整地進行驅(qū)動控制。
圖23是表示第六實施方式的壓電致動器20的驅(qū)動控制裝置50E的結(jié)構(gòu)的框圖。
驅(qū)動控制裝置50E除了前述驅(qū)動控制裝置50D(圖14)的結(jié)構(gòu)以外，還具有檢測流過壓電致動器20部分的電流的電流檢測器71；輸出電流指令值的電流指令值源72；以及根據(jù)由電流檢測器71檢測的電流值和從電流指令值源72輸出的電流指令值，對控制器265輸出控制信號的電流控制器73。
另外，在控制器265中，根據(jù)電流控制器73的輸出信號，對電壓控制振蕩器51輸出電壓信號。即在本實施方式中進行基于壓電致動器20的電流值的反饋控制。
在這樣的本實施方式中，除了前述效果以外，還得到了如下效果。
(16)控制器265向電壓控制振蕩器51輸出的電壓信號能夠根據(jù)壓電致動器20的電流值進行調(diào)整，因而能夠?qū)弘娭聞悠?0的振動狀態(tài)進行控制，由此對轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速等進行控制。因此能夠?qū)弘娭聞悠?0用作需要進行速度調(diào)整(速度控制)的以轉(zhuǎn)子30為代表的被驅(qū)動體的驅(qū)動源。并且，能夠通過這樣的電流值的反饋，對壓電致動器20進行穩(wěn)定的驅(qū)動控制。
下面對本發(fā)明的第七實施方式進行說明。
在第七實施方式中，通過與第六實施方式不同的方法，與第六實施方式基本一樣地，使作為壓電致動器20的被驅(qū)動體的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠調(diào)整地進行驅(qū)動控制。
圖24表示第七實施方式的驅(qū)動控制裝置50F。
驅(qū)動控制裝置50F除了前述驅(qū)動控制裝置50D(圖14)的結(jié)構(gòu)以外，還具有檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測器81；輸出轉(zhuǎn)速指令值的轉(zhuǎn)速指令值源82；以及根據(jù)由轉(zhuǎn)速檢測器81檢測的轉(zhuǎn)速和從轉(zhuǎn)速指令值源82輸出的轉(zhuǎn)速指令值，對控制器265輸出控制信號的轉(zhuǎn)速控制器83。
轉(zhuǎn)速檢測器81具有例如在第一實施方式中對與轉(zhuǎn)子30一體的齒輪41(圖2)的轉(zhuǎn)速進行檢測的旋轉(zhuǎn)傳感器15。
在這樣的本實施方式中，除了在第五實施方式中得到的效果以外，還得到了如下效果。
(17)在所述第六實施方式中，控制器265根據(jù)流過壓電致動器20的電流值進行控制，但是由于壓電致動器20通過摩擦使驅(qū)動轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)，因此可能發(fā)生滑動等，具有僅通過電流值的控制多少會產(chǎn)生誤差的問題。對此，根據(jù)本實施方式的結(jié)構(gòu)，由于直接對轉(zhuǎn)子30或齒輪41的轉(zhuǎn)速進行檢測，因而能夠更加精確地進行驅(qū)動控制。
下面對本發(fā)明的第八實施方式進行說明。
圖25所示的本實施方式的驅(qū)動控制裝置50G組合了第六實施方式的基于電流值的驅(qū)動控制和第七實施方式的基于轉(zhuǎn)速的驅(qū)動控制。
即，驅(qū)動控制裝置50G具有電流檢測器71；電流控制器73；轉(zhuǎn)速檢測器81；轉(zhuǎn)速指令值源82；以及轉(zhuǎn)速控制器83。
轉(zhuǎn)速控制器83根據(jù)來自轉(zhuǎn)速指令值源82的轉(zhuǎn)速指令值和由轉(zhuǎn)速檢測器81檢測的轉(zhuǎn)速，向電流控制器73輸出電流指令值。
電流控制器73根據(jù)來自轉(zhuǎn)速控制器83的電流指令值和由電流檢測器71檢測的電流值，向控制器265輸出控制信號。
因此，在本實施方式的反饋控制中，以基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制循環(huán)為主循環(huán)，而以基于電流值的控制循環(huán)為副循環(huán)。
在這樣的本實施方式中，除了在前述第五～七的各實施方式中得到的效果以外，還得到了如下效果。
(18)根據(jù)由壓電致動器20旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速，和流過壓電致動器20的電流值這兩個參數(shù)，控制壓電致動器20的振動狀態(tài)，因而能夠更加精確地控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)速度)。
下面對本發(fā)明的第九實施方式進行說明。本實施方式兼具有第一實施方式的特征和第五實施方式的特征。在本實施方式中說明的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置和驅(qū)動控制方法，與前述第一實施方式同樣地，也能適用于驅(qū)動時針1的秒計時針7A的壓電致動器20。因此，除了參照第一實施方式所示的圖1～圖3和圖5以外，還參照圖26～圖29。
圖26表示第九實施方式的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置50H的結(jié)構(gòu)。
圖27是作為控制單元的控制器365的結(jié)構(gòu)概略圖，控制器365包括如下各結(jié)構(gòu)頻率控制單元651；最佳相位差取得單元652；頻度控制單元653；相位差反轉(zhuǎn)檢測單元655；鉗位單元656；以及存儲單元658。這里，通過配備最佳相位差取得單元652和相位差反轉(zhuǎn)檢測單元655構(gòu)成初始設(shè)定單元。
在存儲單元658中存儲有與前述存儲單元654(圖6)的內(nèi)容和存儲單元657(圖15)的內(nèi)容基本相同的內(nèi)容，即從壓電致動器20起動時開始的連續(xù)驅(qū)動時間(例如一小時)和驅(qū)動頻率的表格信息。
這里，存儲于存儲單元658內(nèi)的表格信息中，存儲有在掃描供給振動體20A的驅(qū)動信號的頻率時再次達到最佳相位差的情況下，如前述圖18所示那樣涉及相位差反轉(zhuǎn)的鉗位頻率。即如前述圖16和圖17所示，在本實施方式中，將轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)速大致最大的最佳驅(qū)動狀態(tài)(預(yù)定驅(qū)動狀態(tài))G的相位差作為最佳相位差(參照圖16、圖17中θ)，可以列舉出包含前述相位差反轉(zhuǎn)頻率T1、鉗位頻率T2、復(fù)原頻率T3和復(fù)原時鉗位頻率T4的相位差可逆范圍R1和相位差復(fù)原范圍R2的頻率，并將它們存儲到存儲單元658中。
下面參照圖28和圖29所示的流程圖說明驅(qū)動控制裝置50H對壓電致動器20的作用。
驅(qū)動控制裝置50H的控制器365分別執(zhí)行圖28所示的最佳相位差取得過程P1、相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4以及圖29所示的驅(qū)動過程P5。
另外，通過配備最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4構(gòu)成初始設(shè)定過程。
控制器365通過頻度控制單元653的定時器功能，如圖28所示，確認從壓電致動器20起動時開始的經(jīng)過時間T，即連續(xù)驅(qū)動時間(步驟S11)，以預(yù)定頻度實施最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4。即，在連續(xù)驅(qū)動時間的確認(步驟S11)中，在從壓電致動器20起動時開始的經(jīng)過時間T達到存儲于控制器65的存儲單元658中的連續(xù)驅(qū)動時間N時(是)，實施最佳相位差取得過程P1，而在未達到時(否)，轉(zhuǎn)入圖8所示的驅(qū)動過程P2。
另外，經(jīng)過時間T在壓電致動器20起動時被初始化為零。
在最佳相位差取得過程P1中，通過控制器365的最佳相位差取得單元652驅(qū)動控制轉(zhuǎn)子30，以調(diào)整壓電致動器20所期望的驅(qū)動狀態(tài)(本實施方式中驅(qū)動效率(轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速)大致最大的狀態(tài))。
具體而言，首先將由電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率設(shè)定為低頻(本實施方式中為230kHz)(步驟S21)，同時成為電流限制為0的狀態(tài)，根據(jù)從旋轉(zhuǎn)傳感器15(圖2)輸入的轉(zhuǎn)速，檢測轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)速度(步驟S22)。在該旋轉(zhuǎn)速度的檢測中，使用兩個保持轉(zhuǎn)速的變量(Z0、Z1)，在每次檢測旋轉(zhuǎn)速度時將該轉(zhuǎn)速代入Z0，并且比較Z0和Z1，當(dāng)Z0比Z1大時將Z0代入Z1。由此，在掃描驅(qū)動頻率的過程中，逐次將暫時的最大旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的轉(zhuǎn)速代入Z1，使其更新。
然后，比較Z0和Z1(步驟S23)，當(dāng)Z0(本次檢測時的轉(zhuǎn)速)與Z1(作為暫時的最大旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的轉(zhuǎn)速而保持的值)相同或者比Z1小時(否)，由于還不能夠檢測到旋轉(zhuǎn)速度的峰值，因而使驅(qū)動頻率以預(yù)定幅度提高(步驟S24)，并繼續(xù)進行掃描(sweep)。在本實施方式中，掃描時的驅(qū)動頻率的提高幅度為0.5kHz，驅(qū)動頻率從230kHz到280kHz單向掃描。另外，當(dāng)進行該驅(qū)動頻率掃描時，也可以從高頻降到低頻。
另一方面，在步驟S23中當(dāng)Z0比Z1小時(是)，由于判斷為旋轉(zhuǎn)速度超過峰值，因而將根據(jù)到上次檢測時為止的數(shù)據(jù)而暫時保持的Z1確定為表示最大旋轉(zhuǎn)速度(最大驅(qū)動效率)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)入下一步驟S25。
在步驟S25中，固定為轉(zhuǎn)速為Z1的頻率fd，在該狀態(tài)下，通過相位比較器63測定相位差(步驟S26)。將這里測定的相位差規(guī)定為最佳相位差，存儲于控制器65的存儲單元654中(步驟S27)。根據(jù)這里存儲的最佳相位差進行下面的相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4。
在相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4中，在掃描驅(qū)動頻率時判斷驅(qū)動頻率是否再次達到最佳相位差(參照圖16、圖17中θ)而發(fā)生相位差大小的評價反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象(S41、S42)。這里將最佳相位差(θ)設(shè)定在移相器62中。
在這些過程S41、S42中，具體而言，通過控制器365的相位反轉(zhuǎn)檢測單元655，從230kHz到280kHz對電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率進行單向掃描(sweep)，同時通過相位差檢測單元60實施相位差反饋處理。并且如圖16所示，在發(fā)生相位差反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的情況下，該相位差反轉(zhuǎn)的通過鉗位單元656的判斷結(jié)果為“是”，生成表格信息TBL(圖18)(S43)，將該表格信息TBL存儲于存儲單元657中(S44)。
另一方面，在未發(fā)生相位差反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的情況下，相位差反轉(zhuǎn)的判斷結(jié)果為“否”，在本實施方式中，將存儲單元658中的表格信息TBL的數(shù)據(jù)刪除。
結(jié)束以上的最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4之后，將經(jīng)過時間T復(fù)位成“0”(步驟S28)，轉(zhuǎn)入驅(qū)動過程P5。
在圖29所示的驅(qū)動過程P5中，通過控制器365，首先將在前述最佳相位差取得過程P1中存儲于存儲單元658中的最佳相位差設(shè)置于移相器62中(圖26)(步驟S31)。并且，從230KHz開始掃描驅(qū)動頻率(S32)，通過相位差檢測單元60和頻率控制單元651(圖26)實施相位差反饋控制。具體而言，在使從相位比較器63輸出的相位差為“0”，即，使相位差與設(shè)定于移相器62中的最佳相位差一致之前(步驟S33)，以與上述同樣的上升幅度掃描驅(qū)動頻率(步驟S34)。
這樣，使相位差與最佳相位差一致(在步驟S33中為“是”)，之后通過相位差檢測單元60同樣地進行相位差反饋控制，進行使驅(qū)動信號的頻率追隨檢測信號和驅(qū)動信號的相位差的相位差反饋過程S35。即通過頻率控制單元651，控制輸入到電壓控制振蕩器51的電壓信號，使相位比較器63的輸出為零，即，使相位差成為最佳相位差。這里，每當(dāng)生成該電壓信號并向電壓控制振蕩器51輸出時，判斷所要生成的電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL(圖18)的頻率是否一致(S522)。
當(dāng)所要生成的電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL的頻率不一致時(否)，生成該電壓信號并向電壓控制振蕩器51輸出，其結(jié)果，改變電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率。
即，當(dāng)驅(qū)動狀態(tài)為Q1(圖17)時，存在相位差相對于最佳相位差(參照圖17中θ)較大的正偏差D1(圖17)，此時，驅(qū)動頻率朝上升方向變化，使相位差減小。另外，當(dāng)驅(qū)動狀態(tài)為Q2時，存在相位差相對于目標相位差(θ)較小的負偏差D2(圖17)，此時，驅(qū)動頻率朝下降方向變化，使相位差增大。
只要應(yīng)當(dāng)由控制器365生成的電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL的頻率不一致，就反復(fù)執(zhí)行這些過程S35和S522。
另外，在此前實施的相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4中，當(dāng)不產(chǎn)生相位差反轉(zhuǎn)時，在本實施方式中，不進行電壓信號表示的驅(qū)動頻率與表格信息TBL內(nèi)的頻率是否一致的判斷(S522)，而是在每次輸入檢測信號時，對控制器365生成的電壓信號進行控制(S35)。
另一方面，當(dāng)應(yīng)當(dāng)由控制器365生成的電壓信號與表格信息TBL(圖18)的頻率一致時(是)，對該電壓信號的生成、輸出處理進行鉗位(S523)。
相應(yīng)地，維持電壓控制振蕩器51產(chǎn)生的驅(qū)動信號的頻率，限制驅(qū)動頻率對相位差的追隨，因而能夠防止驅(qū)動頻率經(jīng)過鉗位頻率T2達到相位差反轉(zhuǎn)頻率T1，并防止基于相位差的驅(qū)動頻率的追隨方向反轉(zhuǎn)。由此，能夠可靠地防止在相位差的評價反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下進行反饋控制。
另外，在鉗位(S523)后，返回過程S35，繼續(xù)進行對應(yīng)于后面的檢測信號的處理，在過程S522中為“否”的情況下，使驅(qū)動信號的頻率追隨相位差。
另外，在每次進行相位差反饋過程S35、S522、S523這一系列處理時，使表示控制器365的經(jīng)過時間T的驅(qū)動時間計時變量增加一個計數(shù)(步驟S351)。
在表示驅(qū)動結(jié)束的信號輸入到控制器365之前(步驟S36)，或者表示秒計時針7A的旋轉(zhuǎn)方向的切換的信號輸入到控制器365之前(步驟S38)，繼續(xù)進行上述驅(qū)動過程P5。
這里，當(dāng)進行壓電致動器20的驅(qū)動控制時，以驅(qū)動信號和檢測信號的相位差作為指標(最佳相位差)，進行相位差反饋控制，但是如前述的圖9所示，由于壓電致動器20的連續(xù)驅(qū)動引起的磨損或者發(fā)熱等導(dǎo)致的經(jīng)時變化，使壓電致動器20的振動特性改變，在驅(qū)動控制裝置50H的控制中成為指標的最佳相位差本身發(fā)生變化，可能導(dǎo)致無法獲得適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩。
另外，由于這樣的經(jīng)時變化，導(dǎo)致相位差反轉(zhuǎn)頻率T1、鉗位頻率T2等也改變，影響驅(qū)動控制。
對應(yīng)于這樣的壓電致動器20的驅(qū)動特性的經(jīng)時變化，當(dāng)驅(qū)動過程P5的相位差反饋控制經(jīng)過預(yù)定時間時，控制器65的頻度控制單元653判斷經(jīng)過時間T達到了連續(xù)驅(qū)動時間N(圖29中步驟S37)，再次實施圖28所示的最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4。即，最佳相位差取得過程P1按照每個存儲于控制器365中的連續(xù)驅(qū)動時間(一小時)而重復(fù)實施，更新被規(guī)定為最佳相位差的值。并且，相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4也按照每個存儲于控制器365中的連續(xù)驅(qū)動時間(一小時)而重復(fù)實施，更新保持于存儲單元658中的相位差反轉(zhuǎn)頻率T1、鉗位頻率T2等的值。
這樣對應(yīng)于因經(jīng)時變化而引起的諧振點的偏移等，對作為最佳相位差而保持的值、相位差反轉(zhuǎn)頻率T1和鉗位頻率T2進行校正，因而能夠以該最佳相位差為前提適當(dāng)?shù)貙嵤?qū)動控制裝置50H的驅(qū)動控制。
這里，如前所述向驅(qū)動電極221、222、223選擇性地供給驅(qū)動信號，從而能夠使壓電致動器20向正方向和反方向驅(qū)動轉(zhuǎn)子30，但是縱向振動和彎曲振動的相位差的合成在正向驅(qū)動和反向驅(qū)動時不對稱，驅(qū)動特性不相同的情況較多。
因此，當(dāng)用戶對秒計時針7A進行正反旋轉(zhuǎn)用戶操作時，或者在經(jīng)過預(yù)定時間而進行時間校正時等，通過正反轉(zhuǎn)電路522(圖26)將表示正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的切換的信號輸入到控制器365時(S38為“是”)，再次實施如圖28所示的最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4(這些過程P1和P2構(gòu)成初始設(shè)定過程)。
這樣進行驅(qū)動控制的壓電致動器20的驅(qū)動特性與上述的圖21大致相同。
在本實施方式中，除了由前述第一實施方式和第五實施方式得到的效果以外，還能夠獲得如下效果。
(19)通過控制器365以預(yù)定頻度進行最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4，從而能夠有效應(yīng)對由于磨損等經(jīng)時變化和溫度變化等而導(dǎo)致諧振點和最佳相位差改變的情況，以及作為壓電致動器20的振動特性在頻率掃描時相位差有時反轉(zhuǎn)的情況。因此，在通過壓電致動器20長時間連續(xù)驅(qū)動秒計時針7A時，也能夠?qū)崿F(xiàn)精確而穩(wěn)定的驅(qū)動。另外，對裝配有壓電致動器20的表1的使用環(huán)境沒有要求。即，能夠進一步擴大壓電致動器的使用范圍，可提高可靠性和降低成本。
(20)另外，在進行秒計時針7A的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的切換時(S38)，與壓電致動器20起動時開始經(jīng)過的連續(xù)驅(qū)動時間(S37)無關(guān)，實施最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4，因而即使在對轉(zhuǎn)子30進行正向驅(qū)動和反向驅(qū)動時的振動體20A的振動狀態(tài)特性不同的情況下，也能夠通過對最佳相位差、相位差反轉(zhuǎn)頻率和鉗位頻率等的更新，確保驅(qū)動控制裝置50H對壓電致動器20驅(qū)動控制的合適度和穩(wěn)定性。
(21)另外，通過向振動體20A供給縱向振動的諧振點(圖5中fr1)和彎曲振動的諧振點(圖5中fr2)之間頻率的單相驅(qū)動信號，考慮到縱向振動的相位和彎曲振動的相位的合成，容易導(dǎo)致相位差的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此通過前述的相位差反轉(zhuǎn)頻率的檢測和基于該檢測的鉗位處理，能夠使實現(xiàn)穩(wěn)定驅(qū)動的效果更加顯著。
在上述第九實施方式中，最佳相位差取得過程P1(圖28)具有實施驅(qū)動頻率掃描(sweep)的步驟(S21和S24)，并且相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4也具有實施驅(qū)動頻率掃描的步驟(S41)，在這些驅(qū)動頻率掃描的處理中(S24和S24與S41)，所掃描的驅(qū)動頻率的幅度都是230kHz～280kHz。
這里，參照圖30、圖31對本實施方式的變形例進行說明。
圖30表示驅(qū)動頻率掃描步驟(S21、S24和S41’)的掃描寬度不同的例子。即，最佳相位差取得過程P1中的步驟S21和S24中的掃描寬度與圖28的情況不同，而在下面的相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4中的步驟S41’中，根據(jù)通過最佳相位差取得過程P1取得的最佳相位差、因經(jīng)時變化導(dǎo)致諧振點改變而使驅(qū)動信號和檢測信號的相位差改變的范圍、以及在基于相位差反饋的頻率可變驅(qū)動控制中能夠改變驅(qū)動頻率的范圍，設(shè)定預(yù)定的頻率掃描寬度(S40)，并以該掃描寬度(例如245kHz～260kHz)進行掃描(S41’)。另外，在步驟S40中，鑒于因例如圖9等所示的經(jīng)時變化而引起的諧振點的變化等，設(shè)定驅(qū)動頻率的掃描幅度。S41’所示的掃描寬度只不過是一例。
另外，圖31表示使驅(qū)動頻率掃描步驟(S21、S24和S41’)合一(最佳相位差取得/相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P6)的例子。此時，在S21’中開始掃描的頻率例如是245kHz，一直掃描到檢測到最大轉(zhuǎn)速時的(S23中“是”)驅(qū)動頻率fd時為止(S24)，在到取得最佳相位差(S27)為止的過程中，也檢測相位差反轉(zhuǎn)(S61)。此外，在取得最佳相位差后的步驟S41”中，從對應(yīng)于最佳相位差的驅(qū)動頻率fd開始進行掃描，直至例如260kHz，判斷驅(qū)動頻率是否再次達到最佳相位差而發(fā)生相位差大小的評價反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象(S42)。這里，從步驟S21’到S27的掃描寬度不與步驟S41”中的掃描寬度重復(fù)。在該圖31的情況下，設(shè)定實現(xiàn)最佳相位差的驅(qū)動頻率和產(chǎn)生相位差反轉(zhuǎn)的驅(qū)動頻率處于某恒定范圍，以與因經(jīng)時變化而改變的范圍和因相位差反饋處理而改變的范圍對應(yīng)的驅(qū)動頻率的幅度實施掃描。
如該圖31的結(jié)構(gòu)，特別是，以程序構(gòu)成控制器365，并通過將該程序讀入信息處理裝置進行處理而易于實現(xiàn)。
根據(jù)這些圖30、31所示的方法，由于不是以相同的驅(qū)動頻率幅度重復(fù)進行驅(qū)動頻率掃描，因此能夠縮短最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4所需的時間。從而能夠減小由于進行這些最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4而對秒計時針7A的指針運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的影響。
下面對本發(fā)明的第十實施方式進行說明。
在第九實施方式中，進行了用于以最大效率驅(qū)動壓電致動器20的驅(qū)動控制，但是在第十實施方式中，與前述各實施方式的不同之處在于，使由壓電致動器20驅(qū)動的被驅(qū)動體的驅(qū)動量能夠調(diào)整地進行驅(qū)動控制。
圖32是表示第十實施方式的壓電致動器20的驅(qū)動控制裝置50I的結(jié)構(gòu)的框圖。
驅(qū)動控制裝置50I除了前述驅(qū)動控制裝置50H(圖26)的結(jié)構(gòu)以外，還具有檢測流過壓電致動器20部分的電流的電流檢測器71；輸出電流指令值的電流指令值源72；以及根據(jù)由電流檢測器71檢測的電流值和從電流指令值源72輸出的電流指令值，對控制器365輸出控制信號的電流控制器73。
根據(jù)這樣的本實施方式，除了第九實施方式的效果以外，還能夠獲得與前述第二實施方式的驅(qū)動控制裝置50A(圖10)基本相同的效果。
下面對本發(fā)明的第十一實施方式進行說明。
在本實施方式中，通過與第十實施方式不同的方法，與第十實施方式基本一樣地，使作為壓電致動器20的被驅(qū)動體的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速能夠調(diào)整地進行驅(qū)動控制。
圖33表示第十一實施方式的驅(qū)動控制裝置50J。
驅(qū)動控制裝置50J除了前述驅(qū)動控制裝置50H(圖26)的結(jié)構(gòu)以外，還具有檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測器81；輸出轉(zhuǎn)速指令值的轉(zhuǎn)速指令值源82；以及根據(jù)由轉(zhuǎn)速檢測器81檢測的轉(zhuǎn)速和從轉(zhuǎn)速指令值源82輸出的轉(zhuǎn)速指令值，對控制器365輸出控制信號的轉(zhuǎn)速控制器83。
轉(zhuǎn)速檢測器81例如具有對與轉(zhuǎn)子30一體的齒輪41(圖2)的轉(zhuǎn)速進行檢測的旋轉(zhuǎn)傳感器15。
圖34是表示第十一實施方式的最佳相位差取得過程P1’的流程圖。
在最佳相位差取得過程P1’中，首先將轉(zhuǎn)速檢測器81置零(步驟S20)。然后，與前述最佳相位差取得過程P1(圖28)同樣地實施步驟S21～步驟S27，在取得最佳相位差S27后(S27)，實施相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4，然后復(fù)位經(jīng)過時間T(S28)。在該S21～S28的過程中，通過轉(zhuǎn)速檢測器81持續(xù)對轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速進行檢測。
并且，最后通過轉(zhuǎn)速檢測器81、轉(zhuǎn)速指令值源82和轉(zhuǎn)速控制器83，使從步驟S20時刻開始旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子30反轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)速為“0”(移動量復(fù)原過程；步驟S29)。此后，當(dāng)轉(zhuǎn)入驅(qū)動過程P5(圖29)時，添加了最佳相位差取得過程P1’和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4的所需時間的指令值，通過電路基板的計時部組件輸入轉(zhuǎn)速指令值源82，因此能夠通過轉(zhuǎn)速控制器83調(diào)整轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速。
另外，在驅(qū)動過程P5中也通過轉(zhuǎn)速檢測器81持續(xù)實施轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速檢測。
根據(jù)這樣的本實施方式，除了第九實施方式的效果以外，還取得與前述第三實施方式的驅(qū)動控制裝置50B(圖11)大致相同的效果。
下面對本發(fā)明的第十二實施方式進行說明。
圖35所示的本實施方式的驅(qū)動控制裝置50K組合了第十實施方式的基于電流值的驅(qū)動控制和第十一實施方式的基于轉(zhuǎn)速的驅(qū)動控制。
即，驅(qū)動控制裝置50K具有電流檢測器71；電流控制器73；轉(zhuǎn)速檢測器81；轉(zhuǎn)速指令值源82；以及轉(zhuǎn)速控制器83。
轉(zhuǎn)速控制器83根據(jù)來自轉(zhuǎn)速指令值源82的轉(zhuǎn)速指令值和由轉(zhuǎn)速檢測器81檢測的轉(zhuǎn)速，向電流控制器73輸出電流指令值。
電流控制器73根據(jù)來自轉(zhuǎn)速控制器83的電流指令值和由電流檢測器71檢測的電流值，向控制器365輸出控制信號。
因此，在本實施方式的反饋控制中，以基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制循環(huán)為主循環(huán)，而以基于電流值的控制循環(huán)為副循環(huán)。
根據(jù)這樣的本實施方式，除了第九實施方式的效果以外，還取得與前述第四實施方式的驅(qū)動控制裝置50C(圖13)大致相同的效果。
本發(fā)明不限于上述各實施方式，容許進行各種變形和改進。
圖36表示能夠與第一實施方式中說明的驅(qū)動過程P2(圖8)置換的驅(qū)動過程P2’(第一變形例)。在驅(qū)動過程P2’中，不進行驅(qū)動過程P2所具有的相位差反饋過程S35，而代之通過固定驅(qū)動頻率來進行驅(qū)動控制(步驟S75)。
這樣，在驅(qū)動過程中不一定必須使用相位差反饋控制，也可以固定驅(qū)動頻率。
另外，圖37表示能夠與第九實施方式中說明的驅(qū)動過程P5(圖29)置換的驅(qū)動過程P5’(第二變形例)。在驅(qū)動過程P5’中，不進行驅(qū)動過程P5所具有的相位差反饋過程S35，而代之通過固定驅(qū)動頻率來進行驅(qū)動控制(步驟S75)。
這樣，即使在進行相位差反轉(zhuǎn)檢測時，在驅(qū)動過程中也不一定必須使用相位差反饋控制，而可以固定驅(qū)動頻率。
如上所述，每當(dāng)以預(yù)定頻度取得最佳相位差時，需要通過任意方法，對時間、起動次數(shù)以及進行預(yù)定動作的次數(shù)進行計數(shù)，但是，此時也可以將計數(shù)器中的值在壓電致動器非驅(qū)動時也保持于非易失性存儲器等中，從而當(dāng)再次起動壓電致動器時，能夠使計數(shù)到途中的值增加計數(shù)。由此，不需要在壓電致動器起動時無條件地實施最佳相位差取得過程，以較短的跨度反復(fù)進行壓電致動器的驅(qū)動，在累計驅(qū)動時間和次數(shù)時，也能夠以預(yù)定頻度可靠地實施根據(jù)磨損狀態(tài)等可變的最佳相位差的取得。
在前述各實施方式中，驅(qū)動控制裝置50的控制器65通過包括頻率控制單元、最佳相位差取得單元、頻度控制單元、相位差反轉(zhuǎn)檢測單元、鉗位單元以及存儲單元的各個結(jié)構(gòu)而構(gòu)成為控制單元，但是，這些各個單元可以分別安裝于控制器上，也可以任意構(gòu)成。控制器65不僅可以使用硬件，也可以通過軟件實現(xiàn)。
另外，被頻度控制單元控制的、實施最佳相位差取得過程P1的頻度，在前述各實施方式中為一小時，但是設(shè)定為頻度的時間并不限于一小時。可以根據(jù)被驅(qū)動體的負載的大小等，在例如幾分鐘～幾個小時的范圍內(nèi)適當(dāng)確定。另外，也可以研究為從初始狀態(tài)開始經(jīng)過的時間越長則頻度越高，即，使時間間隔較小來實施最佳相位差取得過程等，能夠根據(jù)經(jīng)過時間的長短來決定頻度。
另外，實施最佳相位差取得過程的頻度，也可以由時間以外的因素確定。即，可以根據(jù)壓電致動器的起動次數(shù)等確定頻度，例如使頻度為255次起動，并存儲于控制器的存儲單元中。另外，也可以在壓電致動器裝配于電子設(shè)備時確定頻度。該裝配時也包括伴隨著振動體與被驅(qū)動體的抵接部的磨損等的壓電致動器的更換。
頻度確定的方式，可以根據(jù)被驅(qū)動體的負載或者壓電致動器的工作模式等而適當(dāng)確定。也可以根據(jù)前述轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的不同來確定頻度。
另外，在第一實施方式等中，最佳相位差規(guī)定為使壓電致動器的驅(qū)動效率最大，但是不限于此，在不需要以最大驅(qū)動效率進行驅(qū)動等情況下，可以確定最佳相位差，使其適合驅(qū)動效率不是最大的預(yù)定的驅(qū)動狀態(tài)。
另外，前述各實施方式的相位差檢測單元60具有移相器62和相位比較器63等，在移相器62中設(shè)定目標相位差θ，通過進行使相位比較器63的輸出減小的控制，能夠控制成目標相位差，但是不限于此，只要能夠根據(jù)目標相位差、檢測信號的相位和驅(qū)動信號的相位，檢測出檢測信號和驅(qū)動信號的相位差相對于目標相位差的偏差，相位差檢測單元的結(jié)構(gòu)是任意的。例如，在相位差檢測單元60(圖4等)不是硬件而是通過向計算機安裝控制程序而構(gòu)成的情況下，不設(shè)置移相器62而將目標相位差θ事先設(shè)定于相位比較器63中，并通過相位比較器63直接計算相位差，將該相位差與目標相位差θ進行比較，檢測相位差相對于目標相位差θ的偏差。
在第五實施方式中，以圖16為例對振動體20A的振動特性進行了說明，但是并不限于該圖16所示的情況，也存在最佳驅(qū)動狀態(tài)的相位差的傾斜度是增大方向的情況，該情況下，當(dāng)從低頻側(cè)沿上升方向掃描驅(qū)動頻率時，相位差從目標相位差增大后減小，再次使達到目標相位差的部分成為反轉(zhuǎn)點。即，只要將鉗位頻率設(shè)定成該反轉(zhuǎn)點的相位差反轉(zhuǎn)頻率的最佳驅(qū)動狀態(tài)側(cè)的值(包含相位差反轉(zhuǎn)頻率)即可。
另外，在第一過程中掃描驅(qū)動信號的頻率的范圍和方向不限于第五實施方式。在第五實施方式中，在初始化模式M1中從低頻側(cè)沿上升方向掃描驅(qū)動頻率，但是也可以從高頻側(cè)沿下降方向掃描驅(qū)動頻率，并將鉗位頻率設(shè)定于最佳驅(qū)動狀態(tài)G的頻率的低頻側(cè)。掃描頻率的范圍也不限于第五實施方式中的230～280kHz的范圍，可以根據(jù)所期望的驅(qū)動狀態(tài)適當(dāng)設(shè)定。
另外，在第九實施方式中，說明了在轉(zhuǎn)子30的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的切換的定時進行最佳相位差取得過程P1和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程P4的情況(S38)，但是，這種情況對于第一實施方式和第五實施方式當(dāng)然都適用，在如此進行振動體的振動狀態(tài)的切換時，通過進行構(gòu)成初始設(shè)定過程的最佳相位差取得過程和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程，能夠應(yīng)對正方向和反方向驅(qū)動被驅(qū)動體時的驅(qū)動特性不同的情況。即，能夠進行使正向驅(qū)動時的驅(qū)動量(用流過被驅(qū)動體的移動量或振動體的電流來表示)和反向驅(qū)動時的驅(qū)動量相同，或者設(shè)置預(yù)定的差等的控制。
本發(fā)明不限于在前述實施方式的電子表中的應(yīng)用，也能夠適用于各種電子設(shè)備，特別適用于要求小型化的便攜式電子設(shè)備。
這里，作為各種電子設(shè)備可以列舉出具有計時功能的電話、移動電話、非接觸IC卡、個人電腦、便攜信息終端(PDA)和照相機等。
另外，也適用于不具有計時功能的照相機、數(shù)碼相機、攝像機、具有攝像功能的移動電話等的電子設(shè)備。在應(yīng)用于這些具有攝像功能的電子設(shè)備時，可以將本發(fā)明的驅(qū)動單元用于驅(qū)動鏡頭的聚焦機構(gòu)或變焦機構(gòu)、光圈調(diào)整機構(gòu)等。
另外，對于測量設(shè)備的儀表指針的驅(qū)動機構(gòu)、或者汽車等的儀表板(instrumental panel)的儀表指針的驅(qū)動機構(gòu)、壓電蜂鳴器、打印機的噴墨頭、打印機的送紙機構(gòu)、交通工具和人偶等可動玩具類的驅(qū)動機構(gòu)、以及姿態(tài)校正機構(gòu)、超聲波電機等都可以使用本發(fā)明的驅(qū)動控制裝置。
另外，在前述各實施方式中，將壓電致動器20用于驅(qū)動電子表1的表示時刻的指針，但是不限于此，也可以將本發(fā)明的壓電致動器用于表示日月星期的機構(gòu)的驅(qū)動。
另外，在前述各實施方式中，作為壓電致動器的應(yīng)用例，示例了手表，但是不限于此，本發(fā)明也適用于懷表、座鐘、掛鐘等。在這些各種鐘表，也可以用作例如驅(qū)動布谷鳥鐘等的機構(gòu)。
另外，作為被驅(qū)動體，可以采用被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子、直線驅(qū)動的線性驅(qū)動件等，不限定被驅(qū)動體的驅(qū)動方向。
用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳結(jié)構(gòu)、方法等像上述那樣進行了公開，但是本發(fā)明不限于此。即，本發(fā)明主要對特定的實施方式進行了圖示和說明，但是在不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想和目的的范圍內(nèi)，可以由本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員對上述實施方式中的形狀、材質(zhì)、數(shù)量和其他詳細結(jié)構(gòu)進行各種變形。
因此限定了上述公開的形狀、材質(zhì)等的記載是為了使本發(fā)明易于理解而進行的示例性的記載，并非對本發(fā)明的限定，因此用脫離了這些形狀、材質(zhì)等的限定的一部分或者全部限定的部件名稱進行的記載也包含在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓電致動器的驅(qū)動控制方法，該壓電致動器具有通過向壓電元件提供驅(qū)動信號而進行振動的振動體，并將所述振動傳遞至被驅(qū)動體，同時能夠檢測所述振動體的振動狀態(tài)，其特征在于，該方法包括初始設(shè)定過程，該過程具有對所述驅(qū)動信號和表示所述檢測出的振動狀態(tài)的檢測信號的相位差實施所述驅(qū)動信號的頻率掃描，以取得實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的相位差即最佳相位差的最佳相位差取得過程；以及檢測所述驅(qū)動信號和所述檢測信號的相位差，同時在包含實現(xiàn)所述預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的頻率的預(yù)定范圍內(nèi)朝預(yù)定方向?qū)嵤┧鲵?qū)動信號的頻率掃描，此時檢測所述相位差再次達到所述最佳相位差時的相位差反轉(zhuǎn)頻率的相位差反轉(zhuǎn)檢測過程；以及驅(qū)動過程，該過程限制所述驅(qū)動信號的頻率，以避免其達到在所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的所述預(yù)定的驅(qū)動狀態(tài)側(cè)的值中設(shè)定的鉗位頻率，并且在檢測所述驅(qū)動信號和所述檢測信號的相位差的同時，根據(jù)所述相位差相對于所述最佳相位差的大小，使所述驅(qū)動信號的頻率變高或變低，從而使所述驅(qū)動信號的頻率追隨所述相位差，通過以預(yù)定的頻度進行所述初始設(shè)定過程，分別更新所述最佳相位差和所述相位差反轉(zhuǎn)頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電致動器的驅(qū)動控制方法，其特征在于，所述壓電致動器被裝入具有計時部和顯示通過所述計時部計時的計時信息的計時信息顯示部的計時裝置中，以驅(qū)動所述計時信息顯示部，所述最佳相位差取得過程具有移動量復(fù)原過程，該過程使在實施該最佳相位差取得過程期間移動的所述被驅(qū)動體的位置返回到該最佳相位差取得過程開始時的位置，在所述驅(qū)動過程中，按照實施所述初始設(shè)定過程期間的時間，根據(jù)從所述計時部發(fā)出的指令值，控制該被驅(qū)動體的移動量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電致動器的驅(qū)動控制方法，其特征在于，在所述相位差反轉(zhuǎn)檢測過程中，將從所述鉗位頻率到所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的值存儲于存儲單元中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的壓電致動器的驅(qū)動控制方法，其特征在于，所述被驅(qū)動體的驅(qū)動方向能夠在正方向和反方向之間切換，所述初始設(shè)定過程在所述被驅(qū)動體的驅(qū)動方向被切換時進行。
5.一種壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，該裝置具有通過向壓電元件提供驅(qū)動信號而進行振動的振動體，并將所述振動傳遞至被驅(qū)動體，同時能夠檢測所述振動體的振動狀態(tài)，其特征在于，該裝置包括初始設(shè)定單元，其具有檢測所述驅(qū)動信號和表示所述檢測出的振動狀態(tài)的檢測信號的相位差的相位差檢測單元；實施所述驅(qū)動信號的頻率掃描，根據(jù)通過所述相位差檢測單元進行的所述相位差的檢測而取得實現(xiàn)預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的相位差即最佳相位差的最佳相位差取得單元；以及檢測所述驅(qū)動信號和所述檢測信號的相位差，同時在包含實現(xiàn)所述預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的頻率的預(yù)定范圍內(nèi)朝預(yù)定方向?qū)嵤┧鲵?qū)動信號的頻率掃描，此時檢測所述相位差再次達到所述最佳相位差時的相位差反轉(zhuǎn)頻率的相位差反轉(zhuǎn)檢測單元；控制單元，其根據(jù)所述最佳相位差設(shè)定所述驅(qū)動信號的頻率；以及頻度控制單元，其通過以預(yù)定的頻度進行所述初始設(shè)定單元的處理，分別更新所述最佳相位差和所述相位差反轉(zhuǎn)頻率，所述控制單元具有鉗位單元，其限制所述驅(qū)動信號的頻率，以避免其達到在所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的所述預(yù)定的驅(qū)動狀態(tài)側(cè)的值中設(shè)定的鉗位頻率，所述控制單元實施通過所述鉗位單元對所述驅(qū)動信號的頻率的限制，并且在通過所述相位差檢測單元檢測所述相位差的同時，根據(jù)所述相位差相對于所述最佳相位差的大小，使所述驅(qū)動信號的頻率變高或變低，從而使所述驅(qū)動信號的頻率追隨所述相位差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述控制單元具有預(yù)先存儲從所述鉗位頻率到所述相位差反轉(zhuǎn)頻率的值的存儲單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述振動體以多個振動模式振動，所述驅(qū)動信號為單相。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述振動體形成為大致平面矩形狀，所述多個振動模式為沿著所述振動體的長度方向伸縮的縱向振動和相對于所述長度方向彎曲的彎曲振動的混合模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8任一項所述的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述被驅(qū)動體的驅(qū)動方向能夠在正方向和反方向之間切換，所述初始設(shè)定單元在所述振動狀態(tài)切換時使用。
10.一種電子設(shè)備，其特征在于，該電子設(shè)備具有壓電致動器、由該壓電致動器驅(qū)動的被驅(qū)動體和權(quán)利要求5至9任一項所述的壓電致動器的驅(qū)動控制裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備是具有計時部和顯示由所述計時部計時的計時信息的計時信息顯示部的鐘表。
全文摘要
本發(fā)明提供壓電致動器的驅(qū)動控制方法、驅(qū)動控制裝置和電子設(shè)備。該方法能夠根據(jù)適于預(yù)定驅(qū)動狀態(tài)的驅(qū)動條件的變化而適當(dāng)且穩(wěn)定地進行驅(qū)動控制。該驅(qū)動控制裝置具有控制器，以預(yù)定頻度實施具有最佳相位差取得過程(P1)和相位差反轉(zhuǎn)檢測過程(P4)的初始設(shè)定過程。從而即使因連續(xù)驅(qū)動而產(chǎn)生溫度變化或磨損等，也能在每次實施最佳相位差取得過程(P1)時，再次規(guī)定最佳相位差。即使因壓電致動器的振動特性偏差等而在驅(qū)動頻率掃描時產(chǎn)生驅(qū)動信號和檢測信號的相位差的反轉(zhuǎn)，也能在每次實施相位差反轉(zhuǎn)檢測過程(P4)時，再次設(shè)定相位差反轉(zhuǎn)頻率和鉗位頻率，限制相位差反饋以避免控制異常。能確保最佳相位差的適當(dāng)性和穩(wěn)定性，因此能根據(jù)最佳相位差實施適當(dāng)?shù)尿?qū)動控制。
文檔編號H02N2/02GK1929283SQ20061011505
公開日2007年3月14日 申請日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者浦野治 申請人:精工愛普生株式會社