JP4848853B2 - Piezoelectric actuator driving method, piezoelectric actuator driving apparatus, electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、電子機器に関する。
The present invention is a method for driving a piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator drive device, relates to an electronic device.
圧電素子は、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率や、応答性に優れている。このため、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、超音波モータ、電子時計、携帯機器等の各種電子機器の分野に応用されている。 The piezoelectric element is excellent in conversion efficiency from electrical energy to mechanical energy and responsiveness. For this reason, in recent years, various piezoelectric actuators utilizing the piezoelectric effect of piezoelectric elements have been developed. This piezoelectric actuator is applied to the fields of various electronic devices such as a piezoelectric buzzer, an ink jet head of a printer, an ultrasonic motor, an electronic timepiece, and a portable device.
ところで、圧電アクチュエータは、周囲の温度や負荷等の影響で共振周波数が変動するため、圧電アクチュエータを駆動可能な駆動信号の周波数も、周囲温度や負荷等に応じて変動する。
そのため、圧電アクチュエータを効率的に駆動するために、主に次に2種類の駆動制御が行われている。
第1の制御方法は、圧電アクチュエータの駆動信号および検出信号などの位相差を、予め設定された目標位相差に近づけるように制御する方法である。この制御方法は、目標位相差近辺で駆動制御することで、駆動効率を非常に高めることができる利点がある。しかしながら、この制御方法は、制御対象の圧電素子における位相差と駆動状態との相関関係を予め把握しておく必要があり、このような相関関係が認められない圧電素子に対しては適用できないという問題があった。
Incidentally, since the resonance frequency of the piezoelectric actuator varies due to the influence of ambient temperature, load, and the like, the frequency of the drive signal that can drive the piezoelectric actuator also varies according to the ambient temperature, load, and the like.
Therefore, in order to efficiently drive the piezoelectric actuator, two types of drive control are mainly performed next.
The first control method is a method of controlling the phase difference of the drive signal and detection signal of the piezoelectric actuator so as to approach a preset target phase difference. This control method has an advantage that the drive efficiency can be greatly increased by controlling the drive in the vicinity of the target phase difference. However, this control method needs to know in advance the correlation between the phase difference in the piezoelectric element to be controlled and the driving state, and cannot be applied to a piezoelectric element in which such a correlation is not recognized. There was a problem.
そのため、駆動信号の周波数を広い範囲でスイープ(変化)させ、確実にモータを駆動させる第2の制御方法も広く利用されている(例えば、特許文献1,2参照)。
Therefore, the second control method for sweeping (changing) the frequency of the drive signal in a wide range and driving the motor reliably is also widely used (see, for example,
特許文献1では、電圧制御発振器に三角波またはのこぎり波のスイープ電圧を出力し、電圧制御発振器の発振周波数をfLからfHまでの範囲で常時変化させ、圧電振動子を駆動可能な周波数を必ず与えることができるようにして、圧電振動子(圧電アクチュエータ)の確実な駆動を可能としている。
In
また、特許文献2は、図18に示すように、圧電素子の振動状態に応じて変化する検出電圧を所定の比較電圧(閾値)と比較し、比較電圧以上であればスイープ速度を低速にし、比較電圧未満であればスイープ速度を高速にすることで、圧電素子が駆動していない時間を短くしたものであり、特許文献1に比べて駆動効率を向上させることができる利点がある。
Further, as shown in FIG. 18,
ところで、特許文献1,2のように、発振周波数をスイープさせた場合、実際に、圧電振動子を駆動できる周波数領域は、前記周波数fLからfHの範囲の内の一部であり、かつ、この駆動周波数領域は周囲温度や負荷の変動等によって変化する。このため、圧電振動子が駆動していない周波数領域においても、電圧制御発振器からの駆動信号出力は継続するため、不要な消費電流が発生する。
また、周囲温度や負荷の変動等により、圧電振動子を駆動できる周波数領域が変動するため、発振周波数をfLからfHまでスイープさせる間、実際に圧電振動子が駆動される区間(時間)も変動し、圧電振動子が駆動していない区間が生じる。このため、特に特許文献1において顕著であるが、圧電振動子で被駆動体を回転あるいは移動している場合、被駆動体の単位時間あたりの駆動量、つまり駆動速度にバラツキが生じ、駆動効率を向上することもできない。
By the way, as in
In addition, since the frequency region in which the piezoelectric vibrator can be driven fluctuates due to changes in ambient temperature, load, etc., the period (time) in which the piezoelectric vibrator is actually driven while the oscillation frequency is swept from f L to f H Fluctuate, and a section in which the piezoelectric vibrator is not driven occurs. For this reason, particularly noticeable in
本発明の目的は、圧電アクチュエータを確実に駆動でき、かつ、消費電力を低減でき、圧電アクチュエータで駆動される被駆動体の駆動速度のバラツキを低減できる圧電アクチュエータの駆動方法、圧電アクチュエータの駆動装置、この圧電アクチュエータを備えた電子機器を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator driving method and a piezoelectric actuator driving apparatus that can reliably drive the piezoelectric actuator, reduce power consumption, and reduce variations in driving speed of a driven body driven by the piezoelectric actuator. An object of the present invention is to provide an electronic device including the piezoelectric actuator.
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体を備えた圧電アクチュエータの駆動方法であって、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を予め設定された初期周波数から所定方向にスイープさせるとともに、前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、その閾値以上となる範囲内で、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることを特徴とする。 The piezoelectric actuator driving method of the present invention is a piezoelectric actuator driving method including a vibrating body that vibrates when a driving signal having a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element, and the frequency of the driving signal supplied to the piezoelectric element. Is swept in a predetermined direction from a preset initial frequency, and a detection signal indicating a vibration state of the vibrating body is detected. After the detection signal first exceeds a predetermined threshold, the detection signal exceeds the threshold. Within the range, the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element is swept.
ここで、前記検出信号は、駆動信号の周波数およびこの圧電アクチュエータで駆動される駆動対象の駆動状態(例えば駆動対象がロータであれば回転数等)と相関のある振動振幅電圧、消費電流、位相差等の圧電アクチュエータで検出可能な信号であればよい。また、所定の閾値は、前記圧電素子が駆動している際に、検出信号の値(例えば検出電圧であればその振幅)が閾値以上となるように設定すればよい。
また、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となるとは、圧電素子に最初に供給される駆動信号の周波数が圧電素子の駆動範囲外の周波数であった場合には、周波数をスイープさせて圧電素子が駆動し、その検出信号が閾値以上になることを意味し、圧電素子に最初に供給される駆動信号の周波数が圧電素子の駆動範囲内の周波数であった場合には、その周波数で圧電素子が駆動して検出信号が閾値以上になることを意味する。
さらに、検出信号が閾値以上となる範囲とは、周波数をアップ方向(周波数が高くなる方向)にスイープした際に、前記検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する周波数を上限とし、周波数をダウン方向(周波数が低くなる方向)にスイープした際に、前記検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する周波数を下限とし、これらの上限および下限間の範囲を意味する。そして、検出信号が閾値以上となる範囲内とは、前記上限および下限間の範囲全体でもよいし、その範囲に含まれる一部の範囲でもよく、要するに本発明では駆動信号の周波数をスイープさせた際に、少なくとも前記範囲を超えることがないように制御すればよい。
Here, the detection signal includes the vibration amplitude voltage, current consumption, level correlated with the frequency of the drive signal and the drive state of the drive target driven by the piezoelectric actuator (for example, the rotational speed if the drive target is a rotor). Any signal that can be detected by a piezoelectric actuator such as a phase difference may be used. Further, the predetermined threshold value may be set so that the value of the detection signal (for example, the amplitude of the detection voltage) is equal to or greater than the threshold value when the piezoelectric element is driven.
The detection signal first exceeds a predetermined threshold when the frequency of the drive signal first supplied to the piezoelectric element is a frequency outside the drive range of the piezoelectric element. This means that the element is driven and its detection signal is equal to or greater than the threshold value. If the frequency of the drive signal first supplied to the piezoelectric element is a frequency within the driving range of the piezoelectric element, the piezoelectric is driven at that frequency. It means that the element is driven and the detection signal becomes equal to or greater than a threshold value.
Furthermore, the range where the detection signal is greater than or equal to the threshold is the upper limit of the frequency at which the detection signal changes from greater than or equal to the threshold to less than the threshold when the frequency is swept in the up direction (the direction in which the frequency increases). When sweeping in the direction (frequency lowering direction), the lower limit is the frequency at which the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value, and it means the range between these upper and lower limits. The range in which the detection signal is equal to or greater than the threshold may be the entire range between the upper limit and the lower limit, or may be a part of the range included in the range. In short, in the present invention, the frequency of the drive signal is swept. At this time, it is sufficient to control so as not to exceed the range.
本発明では、駆動信号の周波数を、検出信号が所定の閾値以上となる範囲内で変化(スイープ)させているので、前記閾値を圧電素子が駆動している際の検出信号に基づいて設定しておくことで、圧電素子を確実に駆動することができる。
また、駆動信号を前記範囲内で常時スイープさせているので、周囲温度、外乱、負荷の変動などで圧電素子の駆動周波数がばらついても、そのバラツキに無調整で対応できる。このため、駆動装置に、周囲温度、外乱、負荷の変動などを検出する検出回路や、その検出データに基づいて駆動信号の周波数を調整する調整回路を設ける必要が無く、駆動装置の構成も簡易化できる。
さらに、振動体の振動状態を表す検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数のスイープ範囲を制御しているので、駆動開始後、一旦、検出信号が閾値以上となれば、検出信号が閾値以上の範囲つまり圧電素子が駆動状態となる範囲内でスイープ制御することになるため、圧電素子を常時駆動し続けることができる。これにより、駆動対象を駆動できない無駄な駆動信号出力時間を無くすことができ、無駄な消費電流を低減できるとともに、効率を向上できる。また、非駆動状態の時間を無くすことができるので、負荷などの変動があっても、所定時間(例えば1分間)における駆動時間のばらつきを低減でき、振動体で駆動される駆動対象(被駆動体)の駆動速度の偏り(ばらつき)も低減でき、高速駆動も実現できる。
その上、圧電素子の駆動を常時継続できるので、圧電素子が停止→駆動→停止を繰り返す場合に比べて、駆動対象および圧電アクチュエータの摩耗も低減でき、圧電アクチュエータの長寿命化を図ることもできる。
In the present invention, since the frequency of the drive signal is changed (sweep) within a range where the detection signal is equal to or higher than a predetermined threshold, the threshold is set based on the detection signal when the piezoelectric element is driven. This ensures that the piezoelectric element can be driven.
Further, since the drive signal is constantly swept within the above range, even if the drive frequency of the piezoelectric element varies due to ambient temperature, disturbance, load fluctuation, etc., it is possible to cope with the variation without adjustment. For this reason, it is not necessary to provide the drive device with a detection circuit for detecting ambient temperature, disturbance, load variation, etc., and an adjustment circuit for adjusting the frequency of the drive signal based on the detection data, and the configuration of the drive device is simple. Can be
Furthermore, since the sweep range of the frequency of the drive signal is controlled based on the detection signal indicating the vibration state of the vibrating body, once the detection signal becomes equal to or higher than the threshold after the start of driving, the detection signal exceeds the threshold. Since the sweep control is performed within the range, that is, the range where the piezoelectric element is in the driving state, the piezoelectric element can be continuously driven. As a result, useless drive signal output time during which the drive target cannot be driven can be eliminated, wasteful current consumption can be reduced, and efficiency can be improved. In addition, since the time of the non-driving state can be eliminated, even if there is a change in the load or the like, variation in the driving time in a predetermined time (for example, 1 minute) can be reduced, and the driving target driven by the vibrating body (driven) Body) driving speed deviation (variation) can be reduced, and high-speed driving can also be realized.
In addition, since the driving of the piezoelectric element can be continued at all times, the wear of the driven object and the piezoelectric actuator can be reduced and the life of the piezoelectric actuator can be extended as compared with the case where the piezoelectric element repeats stop → drive → stop. .
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法においては、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する毎に、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数のスイープ方向を反転させることが好ましい。 In the piezoelectric actuator driving method of the present invention, after the detection signal first exceeds a predetermined threshold value, the drive signal supplied to the piezoelectric element is changed each time the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value. It is preferable to reverse the frequency sweep direction.
このような構成によれば、周波数をアップ方向(周波数が高くなる方向)にスイープした際に、前記検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する周波数を上限周波数とし、周波数をダウン方向(周波数が低くなる方向)にスイープした際に、前記検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する周波数を下限周波数とし、これらの上限周波数および下限周波数間の全範囲でスイープさせることになるため、比較的広い範囲で駆動信号の周波数をスイープさせることができる。このため、周囲温度などが変動した場合でも、圧電素子を確実に駆動し続けることができる。 According to such a configuration, when the frequency is swept in the up direction (the direction in which the frequency increases), the frequency at which the detection signal changes from the threshold value to the threshold value is set as the upper limit frequency, and the frequency is set in the down direction (frequency is When the frequency is swept in the lower direction), the frequency at which the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value is set as the lower limit frequency, and the sweep is performed over the entire range between these upper limit frequency and lower limit frequency. The frequency of the drive signal can be swept within the range. For this reason, the piezoelectric element can be reliably driven even when the ambient temperature or the like fluctuates.
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法においては、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する際の駆動信号の周波数に基づいて所定の周波数範囲を設定し、その周波数範囲内で前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることが好ましい。 In the piezoelectric actuator driving method of the present invention, after the detection signal first becomes equal to or higher than the predetermined threshold value, the predetermined frequency is determined based on the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value. It is preferable to set a range and sweep the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element within the frequency range.
ここで、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する際の駆動信号の周波数に基づいて所定の周波数範囲を設定するとは、例えば、周波数をダウン方向あるいはアップ方向のいずれかにスイープして前記検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の周波数を基準周波数とし、この基準周波数を下限あるいは上限の周波数とし、その基準周波数から所定の周波数分、例えば4kHz分だけ移動した周波数を上下周波数あるいは下限周波数として周波数範囲を設定する場合だけでなく、前記検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の周波数から所定の周波数分だけ移動した周波数を基準周波数とし、この基準周波数を下限あるいは上限の周波数とし、その基準周波数からさらに所定の周波数分だけ移動した周波数を上下周波数あるいは下限周波数として周波数範囲を設定したものも含むものである。 Here, setting a predetermined frequency range based on the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value means, for example, that the detection is performed by sweeping the frequency in either the down direction or the up direction. The frequency when the signal changes from the threshold value to the threshold value is set as the reference frequency, the reference frequency is set as the lower limit or upper limit frequency, and the frequency shifted from the reference frequency by a predetermined frequency, for example, 4 kHz, is set as the upper and lower frequencies or the lower limit. Not only when a frequency range is set as a frequency, but also a frequency that is shifted by a predetermined frequency from the frequency when the detection signal changes from a threshold value to a threshold value is set as a reference frequency, and this reference frequency is a lower limit or upper limit frequency. The frequency shifted from the reference frequency by a predetermined frequency is the upper and lower frequencies or I.e., an those set the frequency range as a limited frequency.
このように周波数範囲を設定すれば、周波数スイープ範囲を駆動効率が高い部分のみに限定することもでき、圧電素子の効率的な駆動制御を行うことができる。 If the frequency range is set in this way, the frequency sweep range can be limited to only a portion where the drive efficiency is high, and efficient drive control of the piezoelectric element can be performed.
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法においては、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、駆動信号の周波数を周波数が小さくなるダウン方向または周波数が大きくなるアップ方向にスイープさせている場合に、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の駆動信号の周波数を下限または上限の周波数とし、この下限または上限の周波数から前記スイープ方向とは反対方向にスイープさせた際に、前記下限または上限の周波数から所定の周波数分だけ離れた周波数を上限または下限の周波数とし、前記下限周波数および上限周波数間の範囲内で前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることが好ましい。 In the piezoelectric actuator driving method of the present invention, after the detection signal first exceeds a predetermined threshold value, the frequency of the driving signal is swept in the down direction in which the frequency decreases or in the up direction in which the frequency increases. In this case, the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value is set as the lower limit or upper limit frequency, and when the sweep signal is swept in the direction opposite to the sweep direction from the lower limit or upper limit frequency, It is preferable that the frequency separated from the lower limit or upper limit frequency by a predetermined frequency is the upper limit or lower limit frequency, and the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element is swept within the range between the lower limit frequency and the upper limit frequency.
すなわち、ダウン方向にスイープさせた際に検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の駆動信号の周波数を下限の周波数とした場合、この下限の周波数から所定周波数分(例えば、4kHz分)だけ大きな周波数を上限の周波数とし、これらの下限および上限の周波数間でスイープさせればよい。
同様に、アップ方向にスイープさせた際に検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の駆動信号の周波数を上限の周波数とした場合、この上限の周波数から所定周波数分(例えば、6kHz分)だけ小さな周波数を下限の周波数とし、これらの上限および下限の周波数間でスイープさせればよい。
In other words, when the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value when swept in the down direction is set as the lower limit frequency, only a predetermined frequency (for example, 4 kHz) from the lower limit frequency. A large frequency may be set as the upper limit frequency and swept between these lower limit and upper limit frequencies.
Similarly, when the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to the threshold value when swept in the up direction is set as the upper limit frequency, a predetermined frequency (for example, 6 kHz) from the upper limit frequency. It is only necessary to set a lower frequency as the lower limit frequency and sweep between these upper limit and lower limit frequencies.
このように周波数のスイープ範囲を設定すれば、周波数スイープ範囲を駆動効率が高い部分のみに限定することができ、圧電素子の効率的な駆動制御を行うことができるとともに、そのスイープ範囲の下端または上端を検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した周波数に設定できるので、周囲温度などが変動して圧電素子が駆動される範囲が変動した場合でも、圧電素子を確実に駆動し続けることができる。
例えば、圧電素子として、板状に構成された圧電素子の駆動電極の位置や、重量バランスを調整することで、板状の圧電素子の長手方向に振動する縦振動および幅方向に振動する屈曲振動を起こさせて圧電素子の端部に設けた突起先端を楕円軌道で移動させる圧電素子を用いた場合、前記検出信号が閾値以上となる範囲の下限となる縦振動の共振周波数から屈曲共振周波数側の数kHzの領域が駆動力や回転数の点で好ましいスイープ範囲となる。そして、本発明では、このスイープ範囲で圧電素子を容易に駆動することができるため、前記検出信号が閾値以上となる範囲全体で周波数をスイープさせる場合に比べて駆動効率を向上できる。
If the frequency sweep range is set in this way, the frequency sweep range can be limited to only a portion where the drive efficiency is high, the piezoelectric element can be efficiently driven and controlled, and the lower end of the sweep range or Since the upper end can be set to a frequency at which the detection signal has changed from the threshold value to less than the threshold value, the piezoelectric element can be reliably driven even when the range in which the piezoelectric element is driven changes due to changes in ambient temperature or the like. .
For example, as a piezoelectric element, longitudinal vibration that vibrates in the longitudinal direction and flexural vibration that vibrates in the width direction of the piezoelectric element in a plate shape by adjusting the position and weight balance of the drive electrode of the piezoelectric element configured in a plate shape. When using a piezoelectric element that causes the tip of the protrusion provided at the end of the piezoelectric element to move in an elliptical orbit, the resonance frequency of the longitudinal vibration that is the lower limit of the range in which the detection signal is equal to or greater than the threshold is on the bending resonance frequency side The range of several kHz is a preferable sweep range in terms of driving force and rotational speed. In the present invention, since the piezoelectric element can be easily driven in this sweep range, the driving efficiency can be improved as compared with the case where the frequency is swept over the entire range where the detection signal is equal to or greater than the threshold value.
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法においては、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、駆動信号の周波数を周波数が小さくなるダウン方向または周波数が大きくなるアップ方向にスイープさせている場合に、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の駆動信号の周波数から前記スイープ方向とは反対側に所定の周波数分だけ離れた周波数を下限または上限の周波数とし、この下限または上限の周波数から前記スイープ方向とは反対方向にスイープさせた際に、前記下限または上限の周波数から所定の周波数分だけ離れた周波数を上限または下限の周波数とし、前記下限周波数および上限周波数間の範囲内で前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることが好ましい。 In the piezoelectric actuator driving method of the present invention, after the detection signal first exceeds a predetermined threshold value, the frequency of the driving signal is swept in the down direction in which the frequency decreases or in the up direction in which the frequency increases. In this case, a frequency that is a predetermined frequency away from the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value on the side opposite to the sweep direction is set as the lower limit or upper limit frequency. When the frequency is swept in the direction opposite to the sweep direction, a frequency that is a predetermined frequency away from the lower limit or upper limit frequency is defined as an upper limit or lower limit frequency, and within a range between the lower limit frequency and the upper limit frequency. It is preferable to sweep the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element.
このような構成によれば、検出信号が閾値以上となる範囲の下限および上限から離れた部分に周波数のスイープ範囲を設定できるため、圧電素子によっては駆動効率が最も高い範囲でスイープさせることができ、駆動効率をより一層向上することができる。 According to such a configuration, since the frequency sweep range can be set in a portion away from the lower limit and the upper limit of the range where the detection signal is equal to or greater than the threshold, depending on the piezoelectric element, it is possible to sweep within the range where the driving efficiency is the highest. The driving efficiency can be further improved.
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法においては、圧電素子の駆動が継続されるに伴い、前記駆動信号の周波数をスイープさせる範囲を狭めることが好ましい。 In the driving method of the piezoelectric actuator of the present invention, it is preferable that the range in which the frequency of the driving signal is swept is narrowed as the driving of the piezoelectric element is continued.
このような構成によれば、スイープ範囲を駆動効率が高い部分に徐々に狭めることができるため、駆動効率をより一層向上することができる。 According to such a configuration, since the sweep range can be gradually narrowed to a portion where the driving efficiency is high, the driving efficiency can be further improved.
本発明の圧電アクチュエータの駆動方法においては、前記検出信号が前記閾値未満の場合には、前記駆動信号の周波数のスイープ速度を第1設定速度に設定し、前記検出信号が前記閾値以上の場合には、前記駆動信号の周波数のスイープ速度を前記第1設定速度よりも低速な第2設定速度に設定することが好ましい。 In the piezoelectric actuator driving method of the present invention, when the detection signal is less than the threshold value, the sweep speed of the frequency of the drive signal is set to the first set speed, and when the detection signal is equal to or more than the threshold value. Preferably, the sweep speed of the frequency of the drive signal is set to a second set speed that is lower than the first set speed.
本発明では、振動体の振動状態を表す検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数のスイープ速度を制御しているので、振動体の振動量が小さくて駆動対象が非駆動状態の時には前記駆動信号の周波数のスイープ速度を高速にし、振動体の振動量が大きくなって駆動対象が駆動状態の時には低速にすることができる。これにより、駆動対象を駆動できない無駄な駆動信号出力時間を短くでき、無駄な消費電流を低減できるとともに、効率を向上できる。また、非駆動状態の時間を短くできるので、負荷などの変動があっても、所定時間(例えば1分間)における駆動時間のばらつきを低減でき、振動体で駆動される駆動対象(被駆動体)の駆動速度の偏り(ばらつき)も低減でき、高速駆動も実現できる。 In the present invention, since the sweep speed of the frequency of the drive signal is controlled based on the detection signal indicating the vibration state of the vibration body, the drive signal is obtained when the vibration amount of the vibration body is small and the drive target is in the non-drive state. The sweep speed of this frequency can be increased, and the amount of vibration of the vibrating body can be increased to decrease the speed when the drive target is in the drive state. Accordingly, it is possible to shorten a useless drive signal output time during which the drive target cannot be driven, reduce useless current consumption, and improve efficiency. In addition, since the time of the non-driving state can be shortened, variation in driving time in a predetermined time (for example, 1 minute) can be reduced even if there is a change in load or the like, and a driving target (driven body) driven by a vibrating body Drive speed deviation (variation) can be reduced, and high-speed driving can also be realized.
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体を備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置であって、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせる周波数制御手段を備え、前記周波数制御手段は、振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、その閾値以上となる範囲内で、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることを特徴とする。 The piezoelectric actuator drive device of the present invention is a piezoelectric actuator drive device that supplies a drive signal to the piezoelectric element in a piezoelectric actuator having a vibrating body that vibrates when a drive signal having a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element. And a frequency control means for sweeping the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element, wherein the frequency control means detects a detection signal indicating a vibration state of the vibrating body, and the detection signal first exceeds a predetermined threshold value. After that, the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element is swept within a range equal to or greater than the threshold value.
このような本発明では、駆動信号の周波数を所定範囲で変化(スイープ)させているので、この周波数範囲内で駆動する圧電素子であれば確実に駆動することができる。
また、駆動信号を所定周波数範囲で常時スイープさせているので、周囲温度、外乱、負荷の変動などで圧電素子の駆動周波数がばらついても、そのバラツキに無調整で対応できる。このため、駆動装置に、周囲温度、外乱、負荷の変動などを検出する検出回路や、その検出データに基づいて駆動信号の周波数を調整する調整回路を設ける必要が無く、駆動装置の構成も簡易化できる。
さらに、振動体の振動状態を表す検出信号に基づいて前記駆動信号の周波数のスイープ速度を制御する場合には、圧電アクチュエータで駆動される駆動対象が非駆動状態時には前記駆動信号の周波数のスイープ速度を高速にし、駆動状態時には低速にすることができる。これにより、駆動対象を駆動できない無駄な駆動信号出力時間を短くでき、無駄な消費電流を低減できるとともに、効率を向上できる。また、非駆動状態の時間を短くできるので、負荷などの変動があっても、所定時間(例えば1分間)における駆動時間のばらつきを低減でき、振動体で駆動される駆動対象の駆動速度の偏り(ばらつき)も低減でき、高速駆動も実現できる。
その上、圧電素子の駆動を常時継続できるので、圧電素子が停止→駆動→停止を繰り返す場合に比べて、駆動対象および圧電アクチュエータの摩耗も低減でき、圧電アクチュエータの長寿命化を図ることもできる。
In the present invention, since the frequency of the drive signal is changed (swept) within a predetermined range, any piezoelectric element that is driven within this frequency range can be reliably driven.
In addition, since the drive signal is constantly swept within a predetermined frequency range, even if the drive frequency of the piezoelectric element varies due to ambient temperature, disturbance, load fluctuation, etc., it is possible to cope with the variation without adjustment. For this reason, it is not necessary to provide the drive device with a detection circuit for detecting ambient temperature, disturbance, load variation, etc., and an adjustment circuit for adjusting the frequency of the drive signal based on the detection data, and the configuration of the drive device is simple. Can be
Further, when the sweep speed of the frequency of the drive signal is controlled based on the detection signal representing the vibration state of the vibrating body, the sweep speed of the frequency of the drive signal is when the drive target driven by the piezoelectric actuator is in the non-drive state. Can be made high speed and low speed when driven. Accordingly, it is possible to shorten a useless drive signal output time during which the drive target cannot be driven, reduce useless current consumption, and improve efficiency. In addition, since the time of the non-driving state can be shortened, variation in driving time in a predetermined time (for example, 1 minute) can be reduced even if the load or the like fluctuates, and the driving speed bias of the driving target driven by the vibrating body can be reduced. (Variation) can be reduced, and high-speed driving can also be realized.
In addition, since the driving of the piezoelectric element can be continued at all times, the wear of the driven object and the piezoelectric actuator can be reduced and the life of the piezoelectric actuator can be extended as compared with the case where the piezoelectric element repeats stop → drive → stop. .
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置においては、前記周波数制御手段は、前記検出信号の振幅を検出するための閾値となる振幅検出用基準電圧を出力する定電圧回路と、この定電圧回路で出力される振幅検出用基準電圧と前記検出信号の振幅とを比較して比較結果信号を出力する振幅検出回路と、前記比較結果信号に基づいて出力電圧の変化方向を切り替える電圧調整回路と、電圧調整回路から出力される電圧によって出力信号の周波数を可変可能な可変周波数発振器とを備えて構成されることが好ましい。 In the piezoelectric actuator driving apparatus according to the present invention, the frequency control means outputs a reference voltage for amplitude detection serving as a threshold for detecting the amplitude of the detection signal, and is output by the constant voltage circuit. An amplitude detection circuit that compares the amplitude detection reference voltage with the amplitude of the detection signal and outputs a comparison result signal; a voltage adjustment circuit that switches a change direction of the output voltage based on the comparison result signal; and a voltage adjustment circuit And a variable frequency oscillator capable of changing the frequency of the output signal according to the voltage output from.
この構成の発明では、定電圧回路から出力される振幅検出用基準電圧と、検出信号の振幅(電圧)とを比較することで、駆動対象が駆動状態または非駆動状態であるかを検出でき、比較結果信号として出力できる。そして、比較結果信号に基づいて、電圧調整回路から出力される電圧値を制御することで駆動信号の周波数を設定でき、かつ電圧調整回路から出力される電圧の変化方向を制御することで駆動信号の周波数スイープ方向を設定できるので、駆動信号の周波数スイープの範囲を前記比較結果信号が所定の閾値以上となる範囲内に容易に設定することができる。 In the invention of this configuration, by comparing the reference voltage for amplitude detection output from the constant voltage circuit and the amplitude (voltage) of the detection signal, it can be detected whether the drive target is in the drive state or the non-drive state, It can be output as a comparison result signal. Based on the comparison result signal, the frequency of the drive signal can be set by controlling the voltage value output from the voltage adjustment circuit, and the drive signal can be controlled by controlling the change direction of the voltage output from the voltage adjustment circuit. Since the frequency sweep direction can be set, the frequency sweep range of the drive signal can be easily set within a range where the comparison result signal is equal to or greater than a predetermined threshold.
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置においては、前記電圧調整回路は、周波数の異なる複数のクロック信号を出力可能なクロック回路と、アップダウンカウンタと、このアップダウンカウンタのカウンタ値に基づいて出力電圧の電圧値を設定するデジタル/アナログ変換器と、前記クロック信号に基づいて前記アップダウンカウンタのカウンタ値を制御するスイープ制御回路とを備え、前記スイープ制御回路は、前記アップダウンカウンタに入力するクロック信号の周波数を高低2段階に切り替える第1のクロックセレクタと、前記クロック信号の入力先をアップダウンカウンタのカウンタアップ用入力またはカウンタダウン用入力のいずれかに切り替える第2のクロックセレクタと、前記振幅検出回路からの比較結果信号に基づいて前記各セレクタを制御する調整回路とを備えることが好ましい。 In the piezoelectric actuator driving apparatus of the present invention, the voltage adjustment circuit includes a clock circuit capable of outputting a plurality of clock signals having different frequencies, an up / down counter, and an output voltage based on a counter value of the up / down counter. A digital / analog converter for setting a voltage value; and a sweep control circuit for controlling a counter value of the up / down counter based on the clock signal, wherein the sweep control circuit inputs a clock signal to the up / down counter. A first clock selector that switches the frequency of the clock signal in two stages of high and low, a second clock selector that switches the input destination of the clock signal to either the counter-up input or the counter-down input of the up / down counter, and the amplitude detection Based on comparison result signal from circuit It is preferable to provide an adjustment circuit for controlling the respective selectors.
この構成の発明によれば、スイープ制御回路によって、アップダウンカウンタのカウンタ値を制御すれば、駆動信号の周波数を制御できるので、様々な増減パターンを容易に制御できる。例えば、駆動信号の周波数を設定された範囲内で往復させる場合には、カウンタ値が予め設定された範囲の最小値に達したら、第2のクロックセレクタを制御してアップ方向にカウンタ値を変化させれば良く、最大値に達したら再度第2のクロックセレクタを制御してダウン方向にカウンタ値を変化させるだけでよく、簡単な構成で制御できる。また、駆動信号の周波数スイープ速度は、カウンタ値の変化速度に比例するため、スイープ制御回路の第1のクロックセレクタによってカウンタに入力する信号の周波数を切り替えるだけで容易に実現できる。 According to the invention of this configuration, if the count value of the up / down counter is controlled by the sweep control circuit, the frequency of the drive signal can be controlled, so that various increase / decrease patterns can be easily controlled. For example, when the frequency of the driving signal is reciprocated within a set range, when the counter value reaches the minimum value in the preset range, the counter value is changed in the up direction by controlling the second clock selector. When the maximum value is reached, it is only necessary to control the second clock selector again to change the counter value in the down direction, which can be controlled with a simple configuration. Further, since the frequency sweep speed of the drive signal is proportional to the change speed of the counter value, it can be easily realized only by switching the frequency of the signal input to the counter by the first clock selector of the sweep control circuit.
本発明の電子機器は、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体を有する圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータの駆動装置と、を備えたことを特徴とする。
この構成の発明では、消費電力が少なく、駆動速度のバラツキが小さくて安定した駆動を実現できる圧電アクチュエータを備えているので、特に腕時計などの小型で携帯に適した電子機器を提供することができる。
The electronic apparatus according to the present invention includes a piezoelectric actuator having a vibrating body that vibrates when a drive signal having a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element, and a drive device for the piezoelectric actuator.
The invention with this configuration includes a piezoelectric actuator that consumes less power, has a small variation in driving speed, and can realize stable driving. Therefore, it is possible to provide a particularly small and portable electronic device such as a wristwatch. .
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムは、所定の周波数の駆動信号が圧電素子に与えられることで振動する振動体を備えた圧電アクチュエータにおける前記圧電素子へ駆動信号を供給する圧電アクチュエータの駆動装置の制御プログラムであって、前記駆動装置に組み込まれたコンピュータを、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせるとともに、前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、この検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、その閾値以上となる範囲内で、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせる周波数制御手段として機能させることを特徴とする。
また、本発明の記憶媒体は、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a control program for a drive device for a piezoelectric actuator, wherein a drive signal for supplying a drive signal to the piezoelectric element in a piezoelectric actuator having a vibrating body that vibrates when a drive signal having a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element A control program for the apparatus, wherein a computer incorporated in the driving device sweeps the frequency of the driving signal supplied to the piezoelectric element, and detects a detection signal indicating a vibration state of the vibrating body, and this detection signal After the frequency first exceeds a predetermined threshold value, it functions as a frequency control means for sweeping the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element within a range equal to or higher than the threshold value.
The storage medium of the present invention is a computer-readable storage medium storing the program.
このような本発明によれば、駆動装置に組み込まれたコンピュータを前記周波数制御手段として機能させることで、前述と同様に、圧電アクチュエータの消費電力を低減でき、かつ駆動速度のバラツキが小さくて高効率駆動を実現できる。そして、各手段をコンピュータで構成すれば、プログラムを変更するだけで、容易に条件を変更できるため、駆動対象等に応じた適切な制御を容易に行うことができる。 According to the present invention as described above, by causing a computer incorporated in a drive device to function as the frequency control means, the power consumption of the piezoelectric actuator can be reduced and the drive speed variation is small and high, as described above. Efficient drive can be realized. If each means is configured by a computer, the condition can be easily changed by simply changing the program, so that appropriate control according to the drive target can be easily performed.
本発明によれば、圧電アクチュエータを確実に駆動でき、かつ、消費電力を低減でき、圧電アクチュエータで駆動される被駆動体の駆動速度のバラツキを低減できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a piezoelectric actuator can be driven reliably, power consumption can be reduced, and the variation in the drive speed of the to-be-driven body driven with a piezoelectric actuator can be reduced.
[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
まず、電子機器の実施形態として、圧電アクチュエータによって駆動される日付表示装置を備えた電子時計を例示する。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, as an embodiment of an electronic apparatus, an electronic timepiece having a date display device driven by a piezoelectric actuator is illustrated.
[1.全体構成]
図1は、本実施形態に係る電子時計1の外観図である。電子時計1は、ムーブメント2、文字板3、時針4、分針5、秒針6のほか、文字板3に設けられた窓部3Aから日付を表示する日付表示装置10を備えた腕時計(ウォッチ)である。
[1. overall structure]
FIG. 1 is an external view of an
[2.日付表示装置の構成]
図2は、底板1Aに支持された日付表示装置10を示す平面図である。日付表示装置10は、圧電アクチュエータ20と、この圧電アクチュエータ20によって回転駆動される被駆動体としてのロータ30と、ロータ30の回転を減速しつつ伝達する減速輪列40と、減速輪列40を介して伝達される駆動力により回転する日車50とを備えて大略構成されている。
ロータ30は、日の変わり目、あるいは日付補正時に圧電アクチュエータ20により回転駆動される。減速輪列40は、ロータ30と同軸に配置されてロータ30と一体的に回転する歯車41と、歯車41に噛合する日回し中間車42と、日回し車43とで構成されている。
[2. Configuration of date display device]
FIG. 2 is a plan view showing the
The
なお、底板1Aの下方(裏側)には、水晶振動子が発振するパルス信号で動作するステッピングモータや(図示せず)、ステッピングモータに接続されて時針4、分針5、秒針6を駆動する運針輪列(図示せず)や、電池1B等が設けられている。電池1Bは、ステッピングモータや圧電アクチュエータ20、圧電アクチュエータ20に交流電圧を印加する駆動回路(図示せず)などの各回路に電力を供給する。
Below the bottom plate 1A (behind) is a stepping motor (not shown) that operates with a pulse signal oscillated by a crystal resonator, and a hand movement that is connected to the stepping motor to drive the hour hand 4, the
日回し中間車42は、大径部421と小径部422とから構成されている。小径部422は、大径部421よりも若干小径の円筒形であり、その外周面には、略正方形状の切欠部423が形成されている。この小径部422は、大径部421に対し、同心をなすように固着されている。大径部421には、ロータ30の上部の歯車41が噛合していることにより、日回し中間車42は、ロータ30の回転に連動して回転する。
The intermediate
日回し中間車42の側方の底板1Aには、板バネ424が設けられており、この板バネ424の基端部が底板1Aに固定され、先端部が略V字状に折り曲げられて形成されている。板バネ424の先端部は、日回し中間車42の切欠部423に出入可能に設けられている。板バネ424に近接した位置には、接触子425が配置されており、この接触子425は、日回し中間車42が回転し板バネ424の先端部が切欠部423に入り込んだときに、板バネ424と接触するようになっている。そして、板バネ424には、所定の電圧が印加されており、板バネ424が接触子425に接触すると、その電圧が接触子425にも印加される。従って、接触子425の電圧を検出することによって、日送り状態を検出でき、日車50の1日分の回転量が検出できる。
A
なお、日車50の回転量は、板バネ424や接触子425を用いたものに限らず、ロータ30や日回し中間車42の回転状態を検出して所定のパルス信号を出力するものなどを利用でき、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、MRセンサ等の各種の回転エンコーダ等が利用できる。
The rotation amount of the
日車50は、リング状であり、その内周面に内歯車51が形成されている。日回し車43は、五歯の歯車を有しており、日車50の内歯車51に噛合している。また、日回し車43の中心には、シャフト431が設けられており、このシャフト431は、底板1Aに形成された貫通孔1Cに遊挿されている。貫通孔1Cは、日車50の周回方向に沿って長く形成されている。そして、日回し車43およびシャフト431は、底板1Aに固定された板バネ432によって図2の右上方向に付勢されている。この板バネ432の付勢作用によって日車50の揺動も防止される。
The
[3.圧電アクチュエータの構成]
次に、図2の部分拡大図である図3も参照して圧電アクチュエータ20について説明する。
圧電アクチュエータ20は、矩形板状である2つの圧電素子21と、各圧電素子21の間に介装された導電性の補強板60とを有する積層構造の圧電振動体20Aと、駆動回路が実装された図示しない回路基板とを備え、取付対象である底板1A(図2)にスライダ70によってスライド可能に取付固定されている。
以下、圧電アクチュエータ20を構成する圧電振動体20Aの構成について詳細に説明する。
[3. Configuration of piezoelectric actuator]
Next, the
The
Hereinafter, the configuration of the piezoelectric vibrating
[圧電素子の構成]
圧電素子21は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT(登録商標))、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から選択した任意の材料で形成されている。
これらの圧電素子21の表面には、ニッケルあるいは金などによるめっき、スパッタ、蒸着等による電極が設けられ、この電極がエッチング等による溝で分割されることにより、5つの駆動電極261〜265が設けられている。具体的に、圧電素子21の長手方向に沿って延びる2本の溝により電極は3等分され、さらに圧電素子21の幅方向両端側の電極が圧電素子21の幅方向に沿って延びる溝により2等分されることで、5つの駆動電極261〜265が設けられている。
なお、スライダ70と対向する裏面側の圧電素子21にも、表面側の圧電素子21と同様に駆動電極261〜265が設けられており、例えば駆動電極261の裏面側に駆動電極261が配置されている。
[Configuration of piezoelectric element]
The
The surface of these
The back side
これらの駆動電極261〜265と補強板60とは、図示しないリード線および回路基板を通じて駆動回路に接続され、各駆動電極261〜265と補強板60との間で圧電素子21にそれぞれ電圧が印加される。なお、これらの駆動電極261〜265は、圧電素子21の平面中心に対して点対称に設けられている。
These drive
[補強板の構成]
補強板60は、ステンレス鋼、その他の導電性材料から形成され、圧電素子21が配置される矩形状の本体と、本体の幅方向両側にそれぞれ突出する一対の支持部62と、支持部62の端部に設けられ、スライダ70に固定される固定部63とを一体に有する。
本体は、各圧電素子21への電圧印加により振動し、各圧電素子21と共に、略矩形板状の振動部を構成する。振動部は、各圧電素子21への電圧印加によって縦一次振動と屈曲二次振動とを励振する。
本体の両側の短辺略中央には、長手方向に沿って突出する突起611,612がそれぞれ形成され、一方の突起611がロータ30の側面に当接される。なお、圧電アクチュエータ20は、ロータ30の側面に対して略垂直に配置されており、突起611の向きがロータ30の径方向に沿っている。また、振動部の平面はロータ30の軸に対して直交するように配置されている。なお、突起611がロータ30に当接されても、もう一方の突起612が励振に寄与するため、振幅を大きくでき、始動性が良好である。
支持部62は、振動部を挟んで設けられ、振動部を振動可能に支持する。
[Configuration of reinforcing plate]
The reinforcing
The main body vibrates by applying a voltage to each
The
スライダ70には、圧電振動体20Aにおける各固定部63がネジ712でそれぞれ固定されている。なお、固定部63以外の圧電振動体20Aとスライダ70との間には隙間があり、振動時に圧電振動体20Aがスライダ70に接触しないように構成されている。
スライダ70は、底板1Aに対して長穴などを介してスライド可能に取り付けられている。
Each fixing
The
このように一体に組み付けられた圧電振動体20Aおよびスライダ70は、図2および図3に示すように、底板1Aに設けられた2つの圧縮コイルバネ11によって圧電振動体20Aの長手方向に付勢されている。バネ11は、底板1Aに形成されたバネ取付部12と、圧電振動体20Aの固定部63に形成された突起633との間に係止される。このバネ11による加圧により、圧電振動体20Aの突起611とロータ30との間に適切な摩擦力が生じ、圧電アクチュエータ20のロータ30への振動の伝達効率が良好となっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[4.圧電アクチュエータの動作]
次に、圧電アクチュエータ20の動作について説明する。図示しない駆動回路を通じて、各圧電素子21における駆動電極261〜265への電圧印加が振動部20Bの各突起611,612を結ぶ中心線に対して線対称に切り替えられることにより、突起611の振動軌跡が変更される。
つまり、駆動電極261、263,265のみに電圧を印加すると、振動部20Bは、縦振動と屈曲振動との混合モードで振動し、これら縦振動と屈曲振動との位相差に基くリサージュ図形として、突起611は楕円状の振動軌跡を描く。この振動軌跡との接線方向にロータ30が間欠駆動され、突起611が所定の駆動周波数で楕円運動を続けることにより、ロータ30は正方向R1(図3)に所定の速度で回転する。このとき圧電アクチュエータ20は、計時による日付変更を行う正転モードであり、ロータ30の正回転により、減速輪列40を介して日車50(図2)が正方向R1に送られる。
[4. Operation of piezoelectric actuator]
Next, the operation of the
That is, when a voltage is applied only to the
一方、駆動電極262,264,265のみに電圧を印加した場合は、振動部20Bの振動挙動が前記駆動電極261,263,265に電圧を印加した場合とは振動部20Bの長手方向に対して線対称となり、ロータ30は逆方向R2に回転する。このとき圧電アクチュエータ20は、日付補正時の日付変更を行う逆転モードであり、ロータ30の逆回転により、減速輪列40を介して日車50(図2)が逆方向に送られる。
On the other hand, when a voltage is applied only to the
[5.圧電アクチュエータの駆動装置及び駆動方法]
次に、圧電アクチュエータ20の駆動装置80の構成を図4に基づいて説明する。
図4において、駆動装置80は、圧電アクチュエータ20の圧電素子21に対して駆動信号を出力する駆動回路81と、振幅検出用基準電圧を出力する定電圧回路82と、定電圧回路82から出力される振幅検出用基準電圧と圧電アクチュエータ20から出力される検出信号の振幅(電圧)とを比較して比較結果信号を出力する振幅検出回路83と、振幅検出回路83からの比較結果信号に基づいて出力電圧を調整する電圧調整回路84と、この電圧調整回路84で出力された電圧に対応して駆動回路81に出力する信号の周波数を調整する可変周波数発振器(VCO)85と、を備えている。そして、駆動回路81は、可変周波数発振器85から入力される信号の周波数に応じた駆動信号を圧電素子21に対して出力している。
[5. Piezoelectric Actuator Driving Device and Driving Method]
Next, the configuration of the driving
In FIG. 4, the driving
ここで、本実施形態では、駆動回路81、可変周波数発振器85及び電圧調整回路84を備えて圧電アクチュエータ20に供給する駆動信号の周波数を制御する駆動制御部が構成される。そして、この駆動制御部と、定電圧回路82と、振幅検出回路83とを備えて周波数制御手段が構成される。
なお、振幅検出回路83は、検出信号の振幅が振幅検出用基準電圧以上である場合にはHレベルの比較結果信号を出力し、検出信号の振幅が振幅検出用基準電圧未満である場合にはLレベルの比較結果信号を出力するように設定されている。
また、圧電素子21から出力される検出信号は、圧電素子21において駆動電圧が入力されていない電極261〜264から出力される信号が利用されている。
Here, in the present embodiment, a drive control unit that includes the
The
The detection signal output from the
電圧調整回路84は、出力する電圧を所定範囲内で増減させるとともに、振幅検出回路83からの比較結果信号に基づいてその調整速度(変化速度)を切り換えるように構成されている。この電圧調整回路84の構成の一例を図5に示す。
電圧調整回路84は、高クロック(例えば1MHz)および低クロック(前記高クロックよりも低い周波数であり例えば1kHz)の少なくとも2つの周波数のクロック信号(基準信号)を出力可能な基準信号発振器としてのクロック回路841と、このクロック回路841から出力されるクロック信号に基づいてスイープ制御を行うスイープ制御回路842と、スイープ制御回路842からの信号が入力されるアップダウンカウンタ(UDカウンタ)843と、このUDカウンタ843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デジタル/アナログ変換器(D/A変換器)844とを備えている。
The
The
スイープ制御回路842は、図6に示すように、振幅検出結果に基づいてスイープ速度およびスイープ方向を調整する調整回路90と、調整回路90からの制御信号に基づいてスイープ速度を選択する第1のクロックセレクタ91と、調整回路90からの制御信号に基づいてスイープ方向を選択する第2のクロックセレクタ92とを備えている。
As shown in FIG. 6, the
第1のクロックセレクタ91は、クロック回路841からの低クロックの信号および高クロックの信号がそれぞれ入力されるAND回路911,912と、各AND回路911,912の出力が入力されるOR回路913と、調整回路90からのスイープ速度選択信号を反転してAND回路912に入力するNOT回路914とを備えている。
従って、スイープ速度選択信号がHレベル信号の場合、AND回路911からは低クロック信号がそのまま出力されるが、AND回路912にはNOT回路914からLレベル信号が入力されるため、AND回路912からの出力もLレベルのままに維持される。このため、OR回路913からはAND回路911から出力される低クロック信号がそのまま出力される。
一方、スイープ速度選択信号がLレベル信号の場合、AND回路911からの出力はLレベルのままに維持されるが、AND回路912にはNOT回路914からHレベル信号が入力されるため、AND回路912からは高クロック信号がそのまま出力される。このため、OR回路913からはAND回路912から出力される高クロック信号がそのまま出力される。
従って、スイープ制御回路842は、振幅検出回路83から入力される振幅検出結果信号に応じて、前記UDカウンタ843の計数速度(カウンタ値の変化速度)を切り換えるように構成されている。例えば、スイープ制御回路842は、前記検出結果信号がHレベルであれば、クロック回路841から出力されるクロック信号のうち、低クロック信号(例えば、1kHz)を利用してUDカウンタ843のカウンタ値を変化し、検出結果信号がLレベルであれば、高クロック信号(例えば、1MHz)を利用してカウンタ値を変化する。これにより、UDカウンタ843のカウンタ値の変化速度が切り換えられる。
The
Therefore, when the sweep speed selection signal is an H level signal, a low clock signal is output as it is from the AND
On the other hand, when the sweep speed selection signal is the L level signal, the output from the AND
Therefore, the
第2のクロックセレクタ92は、第1のクロックセレクタ91から出力される信号がそれぞれ入力されるAND回路921,922と、調整回路90からスイープ方向選択信号を反転してAND回路922に入力するNOT回路923とを備えている。AND回路921から出力された信号は、UDカウンタ843のカウンタUP用入力に入力され、AND回路922から出力された信号は、UDカウンタ843のカウンタDOWN用入力に入力される。
The
従って、スイープ方向選択信号がHレベル信号の場合、AND回路921からは第1のクロックセレクタ91からの信号がそのまま出力されるが、AND回路922からの出力はLレベルのままに維持される。このため、UDカウンタ843は、クロックセレクタ91で選択されたクロック信号の入力により徐々にカウントアップされる。
一方、スイープ方向選択信号がLレベル信号の場合、AND回路922からは第1のクロックセレクタ91からの信号がそのまま出力されるが、AND回路921からの出力はLレベルのままに維持される。このため、UDカウンタ843は、クロックセレクタ91で選択されたクロック信号の入力により徐々にカウントダウンされる。
Therefore, when the sweep direction selection signal is an H level signal, the signal from the
On the other hand, when the sweep direction selection signal is an L level signal, the signal from the
調整回路90は、本実施形態では、図7に示すように、Dラッチ901と、Tフリップフロップ902とを備えている。
Dラッチ901のデータ入力には、実駆動のON/OFF信号が入力され、クロック入力には、振幅検出回路83からの検出結果信号が入力される。このため、日付が変更される時刻になって圧電素子21の駆動が指示されて実駆動がON(Hレベル)に変化されても、最初に検出結果信号がHレベルになるまでは、Dラッチ901つまり調整回路90はスイープ速度選択信号としてLレベルの信号を出力し、クロックセレクタ91では高クロック信号が選択される。一方、最初に検出結果信号がLレベルからHレベルになるとDラッチ901の出力はHレベル信号となり、その後はデータ入力である実駆動信号がON(Hレベル)である限り、Dラッチ901の出力はHレベルに維持され、クロックセレクタ91では常時低クロック信号が選択される。
なお、調整回路90としては、図7に2点鎖線で記載したように、Dラッチ901を無くして、検出結果信号を直接スイープ速度選択信号とし、検出結果に応じてスイープ速度を選択するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
An actual drive ON / OFF signal is input to the data input of the
Note that, as described with a two-dot chain line in FIG. 7, the
また、Tフリップフロップ902の入力には振幅検出回路83からの検出結果信号が入力され、リセット入力には実駆動のON/OFF信号が入力される。このため、実駆動がON信号とされている状態で、検出結果信号が検出(Hレベル)から非検出(Lレベル)に変化するたびにTフリップフロップ902から出力される信号がHレベルおよびLレベルに切り替わり、スイープ方向が選択される。
A detection result signal from the
UDカウンタ843は、10ビットあるいは12ビット程度のカウンタが利用でき、UDカウンタ843のダウン用入力あるいはアップ用入力にスイープ制御回路842からパルス信号を入力することで、その信号を計数してカウンタ値を変更するものである。なお、UDカウンタ843のビット数はスイープする周波数幅に応じて選択すればよい。すなわち、分解能(カウンタ値が1変化した際の周波数の変化量)を0.01〜0.25kHz程度にし、スイープ周波数幅を50〜100kHz程度にした場合には、10〜12ビット程度のカウンタを用いる必要があるが、スイープ周波数幅がより小さければ、よりビット数の小さなカウンタ、例えば8〜9ビットのカウンタを利用することもできる。
The
D/A変換器844は、内部にUDカウンタ843のカウンタ値に応じた周波数制御電圧値が設定されている。そして、このD/A変換器844は、UDカウンタ843から出力されるカウンタ値を入力すると、このカウンタ値に応じた周波数制御電圧値に相当する周波数制御電圧を可変周波数発振器85に出力する。
可変周波数発振器85は、D/A変換器844から出力される電圧に応じた周波数信号を駆動回路81に出力し、駆動回路81は入力された信号の周波数に応じた周波数の駆動信号を圧電素子21に出力する。このため、UDカウンタ843のカウンタ値によって駆動信号の周波数が設定され、かつ、UDカウンタ843のカウンタ値の変化速度つまりはスイープ制御回路842が利用するクロック信号の周波数によって駆動信号の周波数のスイープ速度が設定されることになる。
In the D /
The
従って、電圧調整回路84は、可変周波数発振器85、駆動回路81を介して圧電素子21に供給する駆動信号の周波数をスイープ(増減)させる周波数スイープ(増減)制御機能と、振幅検出回路83から出力された比較結果信号に基づいて前記駆動信号の周波数のスイープ速度を制御する周波数スイープ速度制御機能とを備えている。従って、本実施形態では、周波数制御手段のうち、主に電圧調整回路84により、駆動信号の周波数の増減を制御する周波数増減制御手段および駆動信号の周波数の増減割合(スイープ速度)を制御する周波数増減割合制御手段が構成される。
Therefore, the
次に、駆動装置80を用いた圧電アクチュエータの駆動方法について、図8のフローチャートに基づいて説明する。
図8に示すように、駆動装置80の電源を投入あるいは駆動開始を指示すると、駆動装置80は、圧電素子21に出力する駆動信号の周波数スイープを開始する(ステップ1、以下ステップを「S」と略す)。
なお、本実施形態では、周波数スイープの方向、速度、駆動開始時の駆動信号周波数は、電圧調整回路84に予め設定されている。例えば、スイープ方向はDOWN(駆動信号の周波数をダウンさせる方向)、スイープ速度は高速度(高クロック:A×1MHz/sec)、駆動開始時の駆動信号周波数は初期周波数fmaxとされている。従って、駆動信号の周波数は、周波数範囲のfmaxから前記スイープ速度に応じて周波数が順次減少することになる。
Next, a method of driving the piezoelectric actuator using the
As shown in FIG. 8, when the
In the present embodiment, the frequency sweep direction, speed, and drive signal frequency at the start of driving are preset in the
この駆動信号の周波数制御は、具体的には、次のようにして行われる。すなわち、スイープ制御回路842は、UDカウンタ843のカウンタ値を駆動信号周波数fmaxに対応する値に設定し、その後、クロック回路841からのクロック信号に基づいて、UDカウンタ843のダウン入力にパルス信号を入力してUDカウンタ843のカウンタ値をダウンさせる。
D/A変換器844からはUDカウンタ843のカウント値に応じた電圧が出力されるので、UDカウンタ843のカウンタ値が減少すれば、D/A変換器844から出力される電圧も順次減少する。
そして、その電圧値に対応した周波数の信号が可変周波数発振器85から出力され、この周波数に応じた駆動信号が駆動回路81から出力されて圧電素子21が駆動(励振)される(S2)。
Specifically, the frequency control of the drive signal is performed as follows. That is, the
Since the voltage corresponding to the count value of the
Then, a signal having a frequency corresponding to the voltage value is output from the
圧電素子21が駆動されると、振幅検出回路83および電圧調整回路84は圧電素子21の検出電極から出力される検出信号に基づくスイープ速度切替処理を実行する(S3)。
スイープ速度切替処理(S3)では、図9に示すように、振幅検出回路83が、圧電素子21から出力される検出信号をモニタし(S31)、その検出信号の振幅(電圧)を定電圧回路82から出力される振幅検出用基準電圧と比較する(S32)。
When the
In the sweep speed switching process (S3), as shown in FIG. 9, the
S32において、振幅検出回路83は、検出信号振幅が基準電圧以上であれば、Hレベルの比較結果信号を出力する(S33)。一方、振幅検出回路83は、検出信号振幅が基準電圧未満であれば、Lレベルの比較結果信号を出力する(S34)。
電圧調整回路84は、Hレベルの比較結果信号を受信すると、スイープ速度を低速度にする(S35)。すなわち、スイープ速度が低速度に設定されている場合にはその状態を維持し、高速度に設定されていた場合には低速度に切り替える。そして、一旦低速度に設定されると、スイープ制御回路842の調整回路90におけるDラッチ901により、比較結果信号がLレベルとなっても低速度が維持される(S36)。
なお、本実施形態では、図9にも示すように、低速度スイープはAkHz/secであり、高速度スイープは低速度の1000倍のA×1MHz/secである。また、Aは例えば「1」などであり、適宜設定すればよい。
このように、本実施形態のスイープ速度切替処理S3では、スイープ速度を高速度または低速度の2種類に切り替えている。
In S32, the
When the
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the low speed sweep is AkHz / sec, and the high speed sweep is A × 1 MHz / sec, 1000 times the low speed. A is, for example, “1” and may be set as appropriate.
Thus, in the sweep speed switching process S3 of the present embodiment, the sweep speed is switched between two types of high speed and low speed.
スイープ速度切替処理S3が終了すると、図8に示すように、スイープ方向切替処理S4が実行される。
スイープ方向切替処理S4では、図10に示すように、振幅検出回路83から出力される振幅検出結果信号がHレベルからLレベルに変化したか否かを検出する(S41)。振幅検出結果信号がHレベルからLレベルに変化した際には、スイープ方向を反転して切り替える(S42)。つまり、スイープ方向がDOWN方向であればUP方向に切り替え、UP方向であればDOWN方向に切り替える。
一方、S41で「No」と判断された場合には、スイープ方向は切り替えずにそのままの方向を維持する。
When the sweep speed switching process S3 ends, a sweep direction switching process S4 is executed as shown in FIG.
In the sweep direction switching process S4, as shown in FIG. 10, it is detected whether or not the amplitude detection result signal output from the
On the other hand, if “No” is determined in S41, the sweep direction is not switched and the direction is maintained as it is.
スイープ方向切替処理S4が終了すると、図8に示すように、電源切断または駆動停止が指示されたか否かを判断する(S5)。S5で「No」と判断されれば、S2〜S4の処理を繰り返す。一方、S5で「Yes」と判断されれば、駆動制御を終了する。 When the sweep direction switching process S4 ends, as shown in FIG. 8, it is determined whether or not power-off or drive stop has been instructed (S5). If “No” is determined in S5, the processes in S2 to S4 are repeated. On the other hand, if “Yes” is determined in S5, the drive control is terminated.
このような制御を行った場合の被駆動体の回転数(rps)と、駆動信号の周波数との関係を図11に示す。なお、図11において、Z(Ω)は、振動体20Aにおける駆動周波数とインピーダンスとの関係を示す。ここで、インピーダンス(Z)が最も小さくなる周波数が縦一次振動の共振点である。また、縦一次振動の共振点から駆動周波数が高くなるにしたがって、インピーダンスは徐々に高くなり、その後、僅かに低くなった後、再度高くなって最大値となる。そして、前記インピーダンスが僅かに低くなる部分が、屈曲二次振動の共振点である。
そして、縦振動の縦共振周波数と屈曲振動の屈曲共振周波数との間で振動体20Aを駆動すると、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20は高効率で駆動する。このため、本実施形態においても、向上するように、各共振周波数の間でスイープ駆動制御するように構成されている。
FIG. 11 shows the relationship between the rotational speed (rps) of the driven body and the frequency of the drive signal when such control is performed. In FIG. 11, Z (Ω) indicates the relationship between the driving frequency and impedance in the vibrating
When the vibrating
最初、駆動信号の周波数はfmaxからfminにDOWN方向にスイープされている(図11の矢印A)。ここで、圧電素子21は周囲温度や被駆動体の負荷等に応じて励振(駆動)する周波数範囲が変動する。そして、圧電素子21が励振(駆動)すると、検出信号の振幅(検出電圧VANP)が高くなる。従って、検出電圧VANPが比較電圧(振幅検出用基準電圧)Vref以上であるか否かで、圧電アクチュエータ20の振動が、駆動対象であるロータ30を駆動可能な振動に達しているか否かが判断できる。
このため、前述の通り、検出電圧VANPが比較電圧Vref未満の場合つまりロータ30が駆動していないと判断される場合には、スイープ速度が高速度に設定され、検出電圧VANPが比較電圧Vref以上の場合つまりロータ30が駆動していると判断される場合にはスイープ速度は低速度に設定される。
Initially, the frequency of the drive signal is swept in the DOWN direction from fmax to fmin (arrow A in FIG. 11). Here, the frequency range in which the
Therefore, as described above, when the detection voltage VANP is less than the comparison voltage Vref, that is, when it is determined that the
そして、駆動信号の周波数が、検出電圧VANPが比較電圧Vref以下に低下する時点(図11の点B)まで変化すると、つまり振幅検出結果信号がHからLレベルに変化すると、スイープ制御回路842によってスイープ方向が切り替わり、駆動信号の周波数はUP方向にスイープされる(図11の矢印C)。
そして、駆動信号の周波数が、検出電圧VANPが比較電圧Vref以下に低下する時点(図11の点D)まで変化すると、つまり振幅検出結果信号がHからLレベルに変化すると、スイープ制御回路842によってスイープ方向が再度切り替わり、駆動信号の周波数はDOWN方向にスイープされる(図11の矢印E)。
以下、同じ動作を繰り返すことで、駆動信号の周波数は、検出電圧VANPが比較電圧Vref以上となる範囲で往復しながら変化される。また、スイープ速度は、Dラッチ901によって低クロックの状態に維持されている。
Then, when the frequency of the drive signal changes until the detection voltage VANP drops below the comparison voltage Vref (point B in FIG. 11), that is, when the amplitude detection result signal changes from H to L level, the
When the frequency of the drive signal changes until the detection voltage VANP drops to the comparison voltage Vref or lower (point D in FIG. 11), that is, when the amplitude detection result signal changes from H to L level, the
Thereafter, by repeating the same operation, the frequency of the drive signal is changed while reciprocating in a range where the detection voltage VANP is equal to or higher than the comparison voltage Vref. The sweep speed is maintained in a low clock state by the
[3.実施形態の効果]
従って、本実施形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
(1)本実施形態の圧電アクチュエータの駆動装置80は、圧電素子21を駆動する駆動信号を、振幅検出信号が比較電圧Vref以上となる範囲内でスイープさせているので、圧電素子21を常に駆動することができる。このため、圧電素子21を用いた超音波モータであれば、被駆動体であるロータ30を確実に回転させることができる。
従って、ロータ30を駆動できない無駄な駆動信号出力時間がほとんど無いため、無駄な消費電流を低減でき、駆動効率を向上できる。また、非駆動状態の時間が殆どないため、負荷などの変動があっても、例えば1分間などの所定時間における駆動時間のばらつきを低減でき、圧電素子21で回転駆動されるロータ30の回転速度の偏り(ばらつき)も低減でき、高速駆動も可能にできる。
このため、例えば、fmaxからfminのスイープを繰り返す従来の制御方法に比べて、1桁以上の効率改善を図ることができる。すなわち、特許文献1、2、本実施形態および位相差に基づく制御の4つの方式で駆動した際の駆動力とロータ回転速度との関係を実験によって確認すると、図12に示すように、実線121で示される本実施形態による結果は、二点鎖線122で示される位相差によって制御した場合の結果よりは低くなるが、点線123で示される特許文献1による結果や一点鎖線124で示される特許文献2による結果よりは駆動効率を向上することができる。従って、特に位相差と駆動状態とに相関関係が認められない圧電素子を制御する場合には、本発明による制御を行えば最も効率的な駆動を実現することができる。
[3. Effects of the embodiment]
Therefore, according to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) Since the
Therefore, since there is almost no useless drive signal output time during which the
For this reason, for example, compared with the conventional control method which repeats the sweep of fmax to fmin, the efficiency improvement of one digit or more can be aimed at. That is, when the relationship between the driving force and the rotor rotational speed when driven by the four methods of
(2)また、振幅検出信号が比較電圧Vref未満になればスイープ方向を切り替えることで、振幅検出信号が常に比較電圧Vref以上となる範囲で常時スイープさせているので、周囲温度、外乱、負荷の変動などで圧電素子21の駆動周波数がばらついても、そのバラツキに無調整で対応できる。このため、駆動装置80に、周囲温度、外乱、負荷の変動などを検出する検出回路や、その検出データに基づいて駆動信号の周波数を調整する調整回路を設ける必要が無く、駆動装置80の構成も簡易化できる。
(2) Also, if the amplitude detection signal is less than the comparison voltage Vref, the sweep direction is switched so that the amplitude detection signal is constantly swept within the range where the comparison voltage Vref is always higher than the comparison voltage Vref. Even if the drive frequency of the
(3)さらに、圧電素子21からの検出信号の振幅(電圧)を振幅検出用基準電圧と比較してロータ30の駆動状態を検出し、検出振幅が基準電圧以上つまりロータ30が駆動している場合にはスイープ速度を低速度にし、検出振幅が基準電圧未満つまりロータ30が非駆動状態では、スイープ速度を高速度にしている。
このため、例えば、fmaxからfminに向かって周波数をスイープさせる最初のスイープ処理時間においても、ロータ30が非駆動状態となっている時間を短くできる。さらに、その後は、常に検出振幅が基準電圧以上つまりロータ30が駆動されている状態に維持でできる。
(3) Furthermore, the amplitude (voltage) of the detection signal from the
For this reason, for example, even during the first sweep processing time for sweeping the frequency from fmax to fmin, the time during which the
(4)本実施形態では、振幅検出回路83において、検出信号の振幅を基準電圧と比較し、電圧調整回路84では、その比較結果信号に基づいて駆動信号の周波数スイープ速度を高速または低速の2段階で切り替えているので、駆動装置80の回路構成を簡易にでき、制御処理も容易に実行できる。
(4) In the present embodiment, the
(5)電圧調整回路84を、クロック回路841、スイープ制御回路842、UDカウンタ843、D/A変換器844を備えて構成し、周波数速度変化をクロック回路841から出力されるクロック信号の周波数で制御できるので、速度変化の幅を広くでき、スイープ速度を複数段階に容易に調整できる。
また、電圧調整回路84はUDカウンタ843を備えた構成としたので、外付け部品が不要とされ、スイープ速度を容易に可変することができるので、IC化が有利となる。
(5) The
Further, since the
(6)電子時計を、圧電素子21を有する振動体及びこの振動体に設けられるとともに駆動対象に当接される突起611を有する圧電アクチュエータ20と、前述の構成の駆動装置80と、圧電アクチュエータ20によって駆動される日付表示装置10と、を備えて構成したので、消費電力が少なく、安定した駆動制御を短時間で達成できる電子時計を提供することができる。
(6) The electronic timepiece includes a vibrating body having the
(7)駆動信号の周波数をfmaxからfminにスイープさせる処理を繰り返す制御方法の場合、圧電素子21は停止→駆動→停止→駆動を繰り返すことになるが、本実施形態では、圧電素子21を常に駆動させ続けることができるので、ロータ30およびこのロータ30に当接する突起611の摩耗を低減でき、摩耗による圧電アクチュエータ20の効率低下を防止できて圧電アクチュエータ20の長寿命化を実現できる。
(7) In the case of the control method in which the process of sweeping the frequency of the drive signal from fmax to fmin is repeated, the
[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。第2実施形態は、第1実施形態とはスイープ制御回路842の調整回路90の構成のみが相違するため、その他の構成の説明は省略する。
第2実施形態の調整回路90Aは、図13に示すように、第1実施形態の調整回路90と同じくDラッチ901、Tフリップフロップ902を備える他、クロックカウンタ903を備えている。
クロックカウンタ903は、クロック回路841からのクロック信号が入力され、駆動信号の周波数がDOWN方向からUP方向に変化した後、駆動信号の周波数が予め設定されている周波数分変化する分に相当するクロック信号をカウントしたら、再度、DOWN方向に切り替える信号をTフリップフロップ902に出力するものである。すると、Tフリップフロップ902は、第2のクロックセレクタ92に対してDOWN方向を選択するスイープ方向選択信号を出力する。
また、Tフリップフロップ902は、DOWN方向にスイープした際に、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際には、スイープ方向をDOWN方向からUP方向に反転させるスイープ方向選択信号を第2のクロックセレクタ92に出力するように構成されている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
As shown in FIG. 13, the
The
Further, when the T flip-
このような本実施形態によれば、図14,15に示すように、最初、駆動信号の周波数はfmaxからfminにDOWN方向にスイープされている(図14,15の矢印A)。この際、スイープ速度は高速度に設定されているため、クロックカウンタ903に入力されるスイープクロックは高速度(高周波数)に設定されている。そして、圧電素子21が励振(駆動)して検出信号の振幅(検出電圧VANP)が比較電圧Vref以上になって振幅検出結果信号がLからHレベルに変化すると、スイープ速度が低速に切り替えられ、スイープクロックも前記高速度用の周波数よりも低い低周波数に切り替えられる。
According to the present embodiment, as shown in FIGS. 14 and 15, first, the frequency of the drive signal is swept in the DOWN direction from fmax to fmin (arrow A in FIGS. 14 and 15). At this time, since the sweep speed is set to a high speed, the sweep clock input to the
さらに、駆動信号の周波数が、検出電圧VANPが比較電圧Vref以下に低下する時点(図14,15の点B)まで変化すると、つまり振幅検出結果信号がHからLレベルに変化すると、スイープ制御回路842によってスイープ方向が切り替わり、駆動信号の周波数はUP方向にスイープされる(図14,15の矢印C)。
すなわち、検出結果入力がHからLに立ち下がると、クロックカウンタ903は単パルスをTフリップフロップ902に出力する。Tフリップフロップ902は、入力された単パルスの立ち下がりで出力を反転し、スイープ方向を切り替える。
また、クロックカウンタ903は、検出結果入力のHからLの立ち下がりで、クロックカウンタ903に入力されるスイープクロックのカウント処理をスタートする。なお、検出結果がHからLになると、スイープクロックも高速度に切り替えられるが、スイープ方向が切り替えられるため、検出電圧VANPはすぐに基準電圧以上となって検出結果もHに立ち上がり、スイープクロックも即座に低速度に切り替えられる。
Further, when the frequency of the drive signal changes until the detection voltage VANP drops to the comparison voltage Vref or lower (point B in FIGS. 14 and 15), that is, when the amplitude detection result signal changes from H to L level, the sweep control circuit. The sweep direction is switched by 842, and the frequency of the drive signal is swept in the UP direction (arrow C in FIGS. 14 and 15).
That is, when the detection result input falls from H to L, the
Further, the
図14,15の矢印Cの期間のように、UP方向にスイープしている際に、クロックカウンタ903のカウンタ数が予め設定された設定値に達したら、クロックカウンタ903からTフリップフロップ902に信号(単パルス)が出力され、スイープ方向がDOWN方向に反転される(図14,15の矢印D)。なお、クロックカウンタ903に設定されるカウンタ数は、スイープさせたい周波数範囲、例えば幅4kHzの範囲でスイープさせたい場合には、周波数が4kHz変化するのに相当するクロック数に設定される。すなわち、クロックカウンタ903に設定されるカウント数によって、スイープ幅が設定される。
図15に示す例では、クロックカウンタ903は、スイープクロックの立ち上がりが8回カウントされると、次のクロックの立ち上がり時に、単パルスをTフリップフロップ902に出力し、かつ、カウンタをリセットするように構成されている。
When the number of counters of the
In the example shown in FIG. 15, when the rising edge of the sweep clock is counted eight times, the
以下、同じ動作を繰り返すことで、駆動信号の周波数は、検出電圧VANPが比較電圧Vref以上となる範囲内において、クロックカウンタ903に設定されるカウント数で規定される周波数範囲内を往復しながら変化される。また、スイープ速度は、検出電圧VANPが比較電圧Vref以上であれるため、スイープ方向がDOWN方向からUP方向に切り替わる一瞬を除いて低クロックの状態に維持されている。
なお、検出結果が入力されるクロックカウンタ903やTフリップフロップ902は、検出結果信号を直接受けてもよいが、チャタリング防止回路を介して受けるようにしたほうが、安定した制御を行える点で好ましい。
すなわち、実際の検出電圧信号(振幅電圧)VANPは、駆動周波数と同等の周波数で出力される。なお、図11等に示される検出電圧VANPは出力波形の最大値をプロットしたものである。そして、検出電圧VANPを比較電圧Vrefと比較する場合、所定の検出信号数(例えば4パルス)のうち、比較電圧(閾値)Vrefを超えている検出信号数が例えば3パルス以上あれば比較電圧以上であることを検出したものとして結果を「H」で出力し、2パルス以下しか越えなければ「L」を出力し判別している。この際、実際のアクチュエータ駆動では、検出電圧が比較電圧以上となっている周波数範囲でも、個体差や負荷等の変動により、稀に振幅が閾値以下になることがあり、制御結果として「L」になってしまうこと、つまり一般的なチャタリング(信号がON/OFFを繰り返す現象)のような状態になってしまう可能性がある。そこで、ラッチ回路などを用いた公知のチャタリング防止回路を設けることで、アクチュエータ駆動が行われていて検出電圧が比較電圧以上となるはずの周波数領域において、検出結果が「L」になって高速度スイープ処理を行ってしまうことを防止でき、安定した制御を行うことができる。
Thereafter, by repeating the same operation, the frequency of the drive signal changes while reciprocating within the frequency range defined by the number of counts set in the
Note that the
That is, the actual detection voltage signal (amplitude voltage) VANP is output at a frequency equivalent to the drive frequency. The detection voltage VANP shown in FIG. 11 and the like is a plot of the maximum value of the output waveform. When the detection voltage VANP is compared with the comparison voltage Vref, if the number of detection signals exceeding the comparison voltage (threshold) Vref is, for example, 3 pulses or more out of a predetermined number of detection signals (for example, 4 pulses), the comparison voltage or more is exceeded. As a result, the result is output as “H”, and if it exceeds 2 pulses or less, “L” is output and discriminated. At this time, in the actual actuator drive, even in the frequency range where the detected voltage is equal to or higher than the comparison voltage, the amplitude may rarely become the threshold value or less due to individual differences, fluctuations in the load, etc., and the control result is “L”. In other words, there is a possibility that it becomes a state like general chattering (a phenomenon in which the signal repeats ON / OFF). Therefore, by providing a known chattering prevention circuit using a latch circuit or the like, the detection result becomes “L” in the frequency region where the detection voltage should be equal to or higher than the comparison voltage when the actuator is driven, and the high speed It is possible to prevent the sweep process from being performed and to perform stable control.
このような第2実施形態においても、前記第1実施形態と同じ作用効果を奏することができる。
さらに、スイープさせる周波数範囲を狭めているので、回転数およびトルクが高い領域のみをスイープさせることもでき、駆動効率をより一層向上することができる。特に、本実施形態の圧電素子21は、前記検出電圧VANPが閾値以上となる範囲の下限(図14の点B)となる縦振動の共振周波数から屈曲共振周波数側の数kHzの領域が駆動力や回転数の点で好ましいスイープ範囲となるため、第2実施形態では、このスイープ範囲で圧電素子21を容易に駆動することができ、前記第1実施形態に比べても駆動効率を向上できる。
In such a second embodiment, the same operational effects as the first embodiment can be obtained.
Furthermore, since the frequency range to be swept is narrowed, only the region where the rotational speed and torque are high can be swept, and the drive efficiency can be further improved. In particular, the
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第2実施形態では、検出信号が閾値以上の範囲のうち、下限の周波数を基準にした所定(例えば4kHz)の範囲でスイープさせるように設定していたが、上限の周波数を基準にした所定範囲でスイープさせるように設定してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the second embodiment, the detection signal is set to sweep within a predetermined (for example, 4 kHz) range based on the lower limit frequency in the range where the detection signal is equal to or higher than the threshold value. It may be set to sweep within the predetermined range.
また、図16の矢印Aに示すように、検出信号が閾値以上となる範囲の下限あるいは上限の周波数から所定周波数分だけ離れた周波数を基準とし、この周波数から所定範囲内で周波数をスイープさせるように設定してもよい。
さらに、駆動信号の周波数を所定範囲でスイープさせる場合には、その範囲を駆動が継続することに伴って狭めるように制御してもよい。例えば、駆動周波数の1往復のスイープ制御が所定回数継続したら、図16の矢印Bのように、そのスイープ範囲を狭める(例えば、4kHz分スイープしていたのを2kHz分のスイープに半減させる)制御を行ってもよい。
この場合、継続回数に比例して徐々にスイープ範囲を狭めるように制御してもよい。例えば、スイープ範囲を4→3→2→1kHzに徐々に狭めるように制御してもよい。
Further, as indicated by an arrow A in FIG. 16, a frequency separated by a predetermined frequency from a lower limit or an upper limit frequency of the range where the detection signal is equal to or greater than the threshold is used as a reference, and the frequency is swept within the predetermined range from this frequency. May be set.
Furthermore, when the frequency of the drive signal is swept within a predetermined range, the range may be controlled to be narrowed as driving continues. For example, when one round-trip sweep control of the drive frequency continues for a predetermined number of times, as shown by an arrow B in FIG. 16, the sweep range is narrowed (for example, a sweep of 4 kHz is reduced to a half of a sweep of 2 kHz). May be performed.
In this case, control may be performed so that the sweep range is gradually narrowed in proportion to the number of continuations. For example, the sweep range may be controlled to be gradually narrowed from 4 → 3 → 2 → 1 kHz.
前記実施形態では、圧電素子21から出力される検出信号の振幅を振幅検出用基準電圧と比較して圧電素子21の駆動を制御したが、本発明では、例えば、圧電アクチュエータを駆動するドライバに抵抗を設け、圧電アクチュエータを流れる電流値の変化を、電圧値として検出することなどで、圧電アクチュエータを流れる電流値に基づいて駆動信号の周波数のスイープ方向の切替処理を制御してもよい。
In the above-described embodiment, the amplitude of the detection signal output from the
また、複数の検出信号を検出している場合、予め決められた1つの検出信号の振幅を検出して駆動信号の周波数スイープ方向の制御を行ってもよいが、駆動直後の一定期間、各検出信号の振幅を検出して記憶し、振幅の変化が大きいほうの検出信号の振幅に基づいて周波数制御を行うようにしてもよい。この場合には、振幅の変化が大きい検出信号に基づいて制御できるので、その変化を確実に検出できて効率的な制御を行うことができる。 If a plurality of detection signals are detected, the amplitude of one predetermined detection signal may be detected to control the frequency sweep direction of the drive signal. The amplitude of the signal may be detected and stored, and the frequency control may be performed based on the amplitude of the detection signal having the larger amplitude change. In this case, since the control can be performed based on the detection signal having a large change in amplitude, the change can be reliably detected and efficient control can be performed.
また、スイープ速度の切替は、前記実施形態のように2段階に切り替えるものに限らず、3段階あるいは4段階以上に切り替える構成としてもよい。なお、スイープ速度を切り替える際には、例えば、定電圧回路52から複数の基準電圧を出力し、検出信号の電圧と各基準電圧とを比較して制御すればよい。
さらに、本発明では、最初にスイープし始めてから圧電素子21が駆動開始した後は、常時圧電素子が駆動する範囲で周波数スイープを行うため、スイープ速度が高速に制御される期間も殆どない。このため、本発明において、スイープ速度の切替は必須ではなく、例えば、第1のクロックセレクタ91を無くし、第2のクロックセレクタ92に常時低クロック信号が入力されるように構成し、スイープ速度を常時、低クロックのままに維持しても良い。
Further, the switching of the sweep speed is not limited to switching in two stages as in the above embodiment, and may be configured to switch to three stages or four or more stages. When switching the sweep speed, for example, a plurality of reference voltages may be output from the constant voltage circuit 52, and the voltage of the detection signal may be compared with each reference voltage for control.
Furthermore, in the present invention, after the
駆動信号の周波数のスイープパターンは、前記実施形態のように、ダウン方向およびアップ方向の交互に切り替える往復パターンに限らず、設定された周波数範囲で常にアップ方向にスイープするアップパターンや、常にダウン方向にスイープするダウンパターンを採用しても良い。いずれのパターンにおいても、少なくとも検出信号の値(振幅など)が閾値以上となる範囲内でスイープさせればよい。
また、これらのスイープパターンを、圧電素子21の駆動状態に基づいて選択するように構成してもよい。
The sweep pattern of the frequency of the drive signal is not limited to the reciprocating pattern that switches alternately between the down direction and the up direction as in the above-described embodiment, and the up pattern that always sweeps in the up direction within the set frequency range, or the down direction always. A down pattern that sweeps may be used. In any pattern, it is sufficient to sweep at least within a range where the value (amplitude, etc.) of the detection signal is equal to or greater than the threshold value.
Further, these sweep patterns may be selected based on the driving state of the
前記実施形態では、駆動信号の周波数の初期設定を所定の周波数fmaxに固定していたが、前回の駆動オン時に検出信号が閾値を超えた周波数範囲を記憶しておき、この周波数範囲に基づいて前記初期設定の周波数を設定するように制御してもよい。 In the above embodiment, the initial setting of the frequency of the drive signal is fixed to the predetermined frequency fmax. However, the frequency range in which the detection signal exceeds the threshold at the previous drive ON is stored, and based on this frequency range You may control to set the said initial setting frequency.
駆動装置80としては、前記UDカウンタ843を有する電圧調整回路84を用いたものに限らず、異なる時定数を有する複数のループフィルタを用いた電圧調整回路を有するものなどでもよく、要するに、駆動回路81から圧電素子21に出力される駆動信号の周波数をスイープ可能であり、かつそのスイープ範囲を検出信号に基づいて設定可能なものであればよい。
The
振幅検出回路83は、振幅を検出するものであれば具体的な構成を問うものではなく、例えば、一定時間内で一定振幅の数を検出するものでもよく、あるいは、単純に振幅レベルを検出するものや、振幅のピークレベルを検出するものでもよい。
The
さらに、本発明では、制御部内の各手段等は、各種論理素子等のハードウェアで構成されたものや、CPU(中央処理装置)、メモリ(記憶装置)等を備えたコンピュータを時計や携帯機器内に設け、このコンピュータに所定のプログラムやデータ(各記憶部に記憶されたデータ)を組み込んで各手段を実現させるように構成したものでもよい。
ここで、前記プログラムやデータは、時計や携帯機器等の電子機器内に組み込まれたRAMやROM等のメモリに予め記憶しておけばよい。また、例えば、時計や携帯機器内のメモリに所定の制御プログラムやデータをインターネット等の通信手段や、CD−ROM、メモリカード等の記録媒体を介してインストールしてもよい。そして、メモリに記憶されたプログラムでCPU等を動作させて、各手段を実現させればよい。なお、時計や携帯機器に所定のプログラム等をインストールするには、その時計や携帯機器にメモリカードやCD−ROM等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けで時計や携帯機器に接続してもよい。さらには、LANケーブル、電話線等を時計や携帯機器に接続して通信によってプログラム等を供給しインストールしてもよいし、無線によってプログラムを供給してインストールしてもよい。
Furthermore, in the present invention, each means in the control unit is configured by hardware such as various logic elements, a computer (CPU) (central processing unit), a memory (storage device), etc. The computer may be configured so that each means is realized by incorporating a predetermined program or data (data stored in each storage unit) into the computer.
Here, the program and data may be stored in advance in a memory such as a RAM or a ROM incorporated in an electronic device such as a watch or a portable device. Further, for example, a predetermined control program and data may be installed in a memory in a watch or a portable device via a communication means such as the Internet or a recording medium such as a CD-ROM or a memory card. Then, each means may be realized by operating a CPU or the like with a program stored in the memory. In order to install a predetermined program or the like on a watch or portable device, a memory card or CD-ROM or the like may be directly inserted into the watch or portable device, or an external device for reading these storage media may be installed. You may connect to a watch or mobile device. Furthermore, a program or the like may be supplied and installed by communication by connecting a LAN cable, a telephone line or the like to a watch or a portable device, or may be supplied and installed by wireless.
このような記録媒体やインターネット等の通信手段で提供される制御プログラム等を時計や携帯機器に組み込めば、プログラムの変更のみで前記各発明の機能を実現できるため、工場出荷時あるいは利用者が希望する制御プログラムを選択して組み込むこともできる。この場合、プログラムの変更のみで制御形式の異なる各種の時計や携帯機器を製造できるため、部品の共通化等が図れ、バリエーション展開時の製造コストを大幅に低減できる。 If a control program or the like provided by such a recording medium or communication means such as the Internet is incorporated in a watch or a portable device, the functions of the inventions can be realized only by changing the program. A control program to be selected can be selected and incorporated. In this case, since various types of watches and portable devices having different control formats can be manufactured only by changing the program, the parts can be shared, and the manufacturing cost when developing variations can be greatly reduced.
また、前記実施形態では、圧電アクチュエータを電子時計1の日付表示装置の駆動に用いていたが、これに限らず、電子時計1の時刻表示針(指針)の駆動に用いてもよい。このようにすれば、通常、指針を駆動するステッピングモータを圧電アクチュエータに置き換えることで、電子時計1の一層の薄型化が実現できるとともに、圧電アクチュエータがステッピングモータよりも磁性の影響を受けにくいことから、電子時計の高耐磁化をも図ることができる。
In the above embodiment, the piezoelectric actuator is used for driving the date display device of the
さらに、本発明は、前記実施形態の電子時計に適用されるものに限らない。すなわち、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法や、駆動装置を採用した電子機器としては、腕時計、置時計、柱時計等の電子時計に限らず、各種の電子機器に本発明が適用可能であり、特に小型化が要求される携帯用の電子機器に好適である。ここで、各種の電子機器としては、時計機能を備えた電話、携帯電話、非接触ICカード、パソコン、携帯情報端末(PDA)、カメラ等が例示できる。また、時計機能を備えないカメラ、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話等の電子機器にも適用可能である。これらカメラ機能を備えた電子機器に適用する場合には、レンズの合焦機構や、ズーム機構、絞り調整機構等の駆動に本発明の駆動手段を用いることができる。
さらに、計測機器のメータ指針の駆動機構や、可動玩具の駆動機構、自動車等のインパネ(instrumental panel)のメータ指針の駆動機構、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド、プリンタ等の紙送り機構、超音波モータ等に本発明の駆動手段を用いてもよい。
例えば、図17に示すように、プリンタ100において、紙送り用のローラ101を回転駆動させる駆動源として本発明の圧電アクチュエータ20を利用してもよい。
また、圧電アクチュエータの構成も前記実施形態のものに限定されず、例えば、超音波の進行波でロータを回転させるいわゆる超音波モータなどでもよく、要するに本発明は圧電素子を備えた各種の圧電アクチュエータに広く利用できる。
Furthermore, the present invention is not limited to being applied to the electronic timepiece of the embodiment. That is, the method of driving the piezoelectric actuator of the present invention and the electronic device adopting the driving device are not limited to electronic timepieces such as watches, table clocks, wall clocks, etc., and the present invention can be applied to various electronic devices. It is suitable for portable electronic devices that require miniaturization. Here, examples of various electronic devices include a phone having a clock function, a mobile phone, a non-contact IC card, a personal computer, a personal digital assistant (PDA), a camera, and the like. The present invention can also be applied to electronic devices such as a camera without a clock function, a digital camera, a video camera, and a mobile phone with a camera function. When applied to an electronic apparatus having these camera functions, the driving means of the present invention can be used to drive a lens focusing mechanism, a zoom mechanism, an aperture adjustment mechanism, and the like.
Furthermore, a meter pointer drive mechanism for measuring instruments, a drive mechanism for movable toys, a meter pointer drive mechanism for instrument panels of automobiles, piezoelectric buzzers, inkjet heads for printers, paper feed mechanisms for printers, etc. The driving means of the present invention may be used for a motor or the like.
For example, as shown in FIG. 17, in the
Further, the configuration of the piezoelectric actuator is not limited to that of the above-described embodiment, and may be, for example, a so-called ultrasonic motor that rotates a rotor by a traveling wave of ultrasonic waves. In short, the present invention is various piezoelectric actuators including piezoelectric elements. Widely available.
1…電子時計、2…ムーブメント、10…日付表示装置、20…圧電アクチュエータ、21…圧電素子、30…ロータ、50…日車、80…駆動装置、81…駆動回路、82…定電圧回路、83…振幅検出回路、84…電圧調整回路、85…発振器、90…調整回路、91…第1のクロックセレクタ、92…第2のクロックセレクタ、100…プリンタ、101…ローラ、261〜265…駆動電極、841…クロック回路、842…スイープ制御回路、843…UDカウンタ、844…D/A変換器、901…Dラッチ、902…Tフリップフロップ、903…クロックカウンタ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数を予め設定された初期周波数から所定方向にスイープさせるとともに、前記振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、
前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、その閾値以上となる範囲内で、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。 A method of driving a piezoelectric actuator including a vibrating body that vibrates when a drive signal having a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element,
The frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element is swept in a predetermined direction from a preset initial frequency, and a detection signal representing a vibration state of the vibrating body is detected,
A method for driving a piezoelectric actuator, comprising: sweeping a frequency of a drive signal supplied to the piezoelectric element within a range in which the detection signal first becomes equal to or greater than a predetermined threshold.
前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する毎に、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数のスイープ方向を反転させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。 The method for driving a piezoelectric actuator according to claim 1,
After the detection signal first exceeds a predetermined threshold value, the frequency sweep direction of the drive signal supplied to the piezoelectric element is reversed every time the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value. A method for driving a piezoelectric actuator.
前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化する際の駆動信号の周波数に基づいて所定の周波数範囲を設定し、その周波数範囲内で前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。 The method for driving a piezoelectric actuator according to claim 1,
After the detection signal first becomes equal to or greater than the predetermined threshold, a predetermined frequency range is set based on the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value. A method of driving a piezoelectric actuator, wherein the frequency of a drive signal supplied to the piezoelectric element is swept.
前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、
駆動信号の周波数を周波数が小さくなるダウン方向または周波数が大きくなるアップ方向にスイープさせている場合に、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の駆動信号の周波数を下限または上限の周波数とし、
この下限または上限の周波数から前記スイープ方向とは反対方向にスイープさせた際に、前記下限または上限の周波数から所定の周波数分だけ離れた周波数を上限または下限の周波数とし、
前記下限周波数および上限周波数間の範囲内で前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。 The method for driving a piezoelectric actuator according to claim 3.
After the detection signal first exceeds a predetermined threshold,
When the drive signal frequency is swept in the down direction where the frequency is reduced or in the up direction where the frequency is increased, the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to the threshold value is set as the lower limit or upper limit frequency. ,
When swept in the direction opposite to the sweep direction from the lower limit or upper limit frequency, the frequency separated from the lower limit or upper limit frequency by a predetermined frequency is set as the upper limit or lower limit frequency,
A method of driving a piezoelectric actuator, wherein the frequency of a drive signal supplied to the piezoelectric element is swept within a range between the lower limit frequency and the upper limit frequency.
前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、
駆動信号の周波数を周波数が小さくなるダウン方向または周波数が大きくなるアップ方向にスイープさせている場合に、検出信号が閾値以上から閾値未満に変化した際の駆動信号の周波数から前記スイープ方向とは反対側に所定の周波数分だけ離れた周波数を下限または上限の周波数とし、
この下限または上限の周波数から前記スイープ方向とは反対方向にスイープさせた際に、前記下限または上限の周波数から所定の周波数分だけ離れた周波数を上限または下限の周波数とし、
前記下限周波数および上限周波数間の範囲内で前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。 The method for driving a piezoelectric actuator according to claim 3.
After the detection signal first exceeds a predetermined threshold,
When the frequency of the drive signal is swept in the down direction in which the frequency is decreased or in the up direction in which the frequency is increased, the frequency of the drive signal when the detection signal changes from the threshold value to less than the threshold value is opposite to the sweep direction. The frequency that is a predetermined frequency away on the side is the lower limit or upper limit frequency,
When swept in the direction opposite to the sweep direction from the lower limit or upper limit frequency, the frequency separated from the lower limit or upper limit frequency by a predetermined frequency is set as the upper limit or lower limit frequency,
A method of driving a piezoelectric actuator, wherein the frequency of a drive signal supplied to the piezoelectric element is swept within a range between the lower limit frequency and the upper limit frequency.
圧電素子の駆動が継続されるに伴い、前記駆動信号の周波数をスイープさせる範囲を狭めることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。 In the driving method of the piezoelectric actuator according to any one of claims 3 to 5,
A method for driving a piezoelectric actuator, characterized by narrowing a range in which the frequency of the drive signal is swept as the driving of the piezoelectric element is continued.
前記検出信号が前記閾値未満の場合には、前記駆動信号の周波数のスイープ速度を第1設定速度に設定し、
前記検出信号が前記閾値以上の場合には、前記駆動信号の周波数のスイープ速度を前記第1設定速度よりも低速な第2設定速度に設定することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。 In the drive method of the piezoelectric actuator in any one of Claims 1-6,
When the detection signal is less than the threshold value, the sweep speed of the frequency of the drive signal is set to the first set speed,
When the detection signal is equal to or greater than the threshold value, the sweep speed of the frequency of the drive signal is set to a second set speed that is lower than the first set speed.
前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせる周波数制御手段を備え、
前記周波数制御手段は、振動体の振動状態を表す検出信号を検出し、前記検出信号が最初に所定の閾値以上となった後は、その閾値以上となる範囲内で、前記圧電素子へ供給する駆動信号の周波数をスイープさせることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。 A drive device for a piezoelectric actuator that supplies a drive signal to the piezoelectric element in a piezoelectric actuator having a vibrating body that vibrates when a drive signal having a predetermined frequency is applied to the piezoelectric element,
Comprising frequency control means for sweeping the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element;
The frequency control means detects a detection signal indicating a vibration state of the vibrating body, and supplies the piezoelectric element to the piezoelectric element within a range in which the detection signal first exceeds a predetermined threshold value after the detection signal first exceeds the predetermined threshold value. A drive device for a piezoelectric actuator, wherein the frequency of a drive signal is swept.
前記周波数制御手段は、
前記検出信号の振幅を検出するための閾値となる振幅検出用基準電圧を出力する定電圧回路と、
この定電圧回路で出力される振幅検出用基準電圧と前記検出信号の振幅とを比較して比較結果信号を出力する振幅検出回路と、
前記比較結果信号に基づいて出力電圧の変化方向を切り替える電圧調整回路と、
電圧調整回路から出力される電圧によって出力信号の周波数を可変可能な可変周波数発振器とを備えて構成されることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。 The drive device for a piezoelectric actuator according to claim 8,
The frequency control means includes
A constant voltage circuit that outputs a reference voltage for amplitude detection serving as a threshold for detecting the amplitude of the detection signal;
An amplitude detection circuit that compares a reference voltage for amplitude detection output by the constant voltage circuit with the amplitude of the detection signal and outputs a comparison result signal;
A voltage adjustment circuit that switches the change direction of the output voltage based on the comparison result signal;
A piezoelectric actuator driving apparatus comprising: a variable frequency oscillator capable of changing a frequency of an output signal according to a voltage output from a voltage adjusting circuit.
前記電圧調整回路は、周波数の異なる複数のクロック信号を出力可能なクロック回路と、アップダウンカウンタと、このアップダウンカウンタのカウンタ値に基づいて出力電圧の電圧値を設定するデジタル/アナログ変換器と、前記クロック信号に基づいて前記アップダウンカウンタのカウンタ値を制御するスイープ制御回路とを備え、
前記スイープ制御回路は、前記アップダウンカウンタに入力するクロック信号の周波数を高低2段階に切り替える第1のクロックセレクタと、前記クロック信号の入力先をアップダウンカウンタのカウンタアップ用入力またはカウンタダウン用入力のいずれかに切り替える第2のクロックセレクタと、前記振幅検出回路からの比較結果信号に基づいて前記各セレクタを制御する調整回路とを備えることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。 The drive device for a piezoelectric actuator according to claim 9,
The voltage adjustment circuit includes: a clock circuit capable of outputting a plurality of clock signals having different frequencies; an up / down counter; and a digital / analog converter that sets a voltage value of an output voltage based on a counter value of the up / down counter; A sweep control circuit for controlling a counter value of the up / down counter based on the clock signal,
The sweep control circuit includes a first clock selector that switches a frequency of a clock signal input to the up / down counter in two stages, high and low, and an input destination of the clock signal that is a counter up input or a counter down input of the up / down counter A piezoelectric actuator driving apparatus comprising: a second clock selector that switches to any one of the above, and an adjustment circuit that controls each of the selectors based on a comparison result signal from the amplitude detection circuit.
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