压电致动器及其驱动电路制造技术

压电致动器具有振动板，该振动板具有在纵向振动模式和弯曲振动模式下振动的板状压电元件。在振动板的面上配置检测纵向振动模式下振动用的第一电极和检测弯曲振动模式下振动振幅用的第二电极。在由驱动信号驱动压电致动器时，检测从第一电极输出的第一检测信号和从第二电极输出的第二检测信号的相位差。另外，求出检测出的相位差为最大相位差的频率，将与其一致的频率的驱动信号提供给压电元件。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有压电元件的压电致动器及其驱动电路。
技术介绍
压电元件在从电能向机械能的变换效率、或应答性方面具有优越性。因此，近年来，开发出利用压电元件的压电效应的各种压电致动器。该压电致动器被应用于压电蜂鸣器、打印机的喷墨头或超声波马达等领域中。另外，最近，研究了将压电致动器适用于手表等日历显示机构等强烈要求小型化的用途中。此前的手表日历显示机构一般通过走针用齿轮系向太阳轮等间歇地传递电磁式步进马达的旋转驱动力，并运行驱动太阳轮来构成。这里，因为手表是将表带绕在手腕上来携带，所以期望薄型化以便于携带。因此，日历显示机构也必需薄型化。另外，从提高表的生产效率方面也要求薄型的日历显示机构。首先，表有具备日历显示机构的表和不具备日历显示机构的表。若能在这两种表之间通用走针的机械系统(所谓的机件)，则可提高表整体的生产效率。例如，可采用如下生产形态汇总生产这两种表的机件后分别组装到两种表中，在其中一种表中组装日历显示机构。为了采用这种生产形态，必需将日历显示机构配置在机件上、即文字板侧。因此，必需构成可配置在文字板侧的薄型日历显示机构。如上所述，虽然以前就强烈期望日历显示机构的薄型化，但因为用于日历显示机构中的步进马达沿与显示面垂直的方向配置所谓线周或转动体等部件来构成，所以在减薄其厚度上有限。因此，使用步进马达的现有日历显示机构不适用于必要薄型化的手表。另外，在使用电磁式步进马达作为驱动源的情况下，难以构成可配置在文字板侧的薄型日历显示机构。因此，在生成具有日历显示机构的表和不具有日历显示机构的表时，由于日历显示机构的有无而必要分别设计制造走针的机构系统。在这种背景下，期望适用于构成薄型日历显示机构的步进马达以外的致动器。另外，完成了作为该致动器的上述压电致动器的研究。但是，将该压电致动器适用于表的日历显示机构中时存在几个问题。首先，压电元件位移由于提供的驱动信号的电压值微小，所以通常为亚微米程度。因此，压电元件中发生的位移由任何放大机构放大后被传递到驱动对象。但是，在使用放大机构的情况下，由于自身动作而消耗能量，存在效率低下的问题。另外，在使用放大机构的情况下，存在装置尺寸变大的问题。另外，在存在放大机构的情况下，还存在难以向驱动对象传递稳定驱动力的问题。由于用电池来驱动手表等小型便携设备，所以必须将消耗功率或驱动信号电压值抑制得低。在将压电致动器组装在这种便携设备中时，要求致动器的能量效率高，驱动信号的电压值低。因此，作为高效率、且可搭载在小型设备上的致动器，提议通过向由薄板矩形的压电元件等构成的振动板上施加驱动信号，使压电元件沿长度方向伸缩，激励纵向振动，并由该纵向振动机械地感应弯曲振动的压电致动器。在这种压电致动器中，通过在振动板中产生纵向振动和弯曲振动，使压电致动器中与驱动对象接触的部位沿椭圆轨道移动。该压电致动器为小型薄型结构，并且可高效率驱动。但是，在该压电致动器中，虽然由压电元件产生的纵向振动通过控制驱动信号的电压值而较易控制，但是难以容易并正确控制对应于振动板的机械特性而感应的弯曲振动。因此，难以高效稳定驱动这种压电致动器。专利技术的公开本专利技术的目的在于提供一种可高效稳定驱动压电致动器的驱动电路。为了达到该目的，本专利技术提供一种压电致动器的驱动电路，以振动板为主要构成要素，振动板由压电元件构成，通过提供交流信号而在第一振动模式下振动，同时，在振动方向与其不同的第二振动模式下振动，其特征在于具备驱动器，向上述振动板施加作为交流信号的驱动电压信号；和频率控制部，从上述振动板中检测表示第一振动模式下振动的电信号和表示第二振动模式下振动的电信号，并进行最佳化这些电信号相位差用的上述驱动电压信号的频率控制。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第1形态(基本形态)。根据该专利技术，通过最佳化相位差的控制，总是以高的效率来驱动压电致动器。在最佳形态中，上述频率控制部是频率控制上述驱动电压信号以使上述相位差基本为最大值的电路。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第2形态。此时的上述频率控制部例如具备相位差检测电路，检测表示上述第一振动模式下振动的电信号与表示第二振动模式下振动的电信号的相位差；求出上述相位差检测电路检测出的相位差的时间微分的电路；和在上述时间微分为正的情况下使上述驱动电压信号频率上升，在负的情况下使上述驱动电压信号频率下降的电路。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第3形态。在最佳形态中，驱动电路具备向上述驱动器提供输出信号的电压控制振荡器，上述频率控制部通过增减提供给上述电压控制振荡器的频率控制电压，进行上述驱动电压信号的频率控制。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第4形态。另外，在最佳形态中，上述频率控制部具备存储器；和将频率控制上述驱动电压信号以使上述相位差变为最大值时的上述频率控制电压的电压值存储在上述存储器中的单元，上述频率控制部在开始上述频率控制电压增减引起的上述驱动电压信号的频率控制时，根据上述存储器中存储的电压值，决定上述频率控制电压的初始值。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第5形态。在另一最佳形态中，上述频率控制部频率控制上述驱动电压信号，使上述相位差变为基准相位差。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第6形态。此时的上述频率控制部例如具备相位差检测电路，检测表示上述第一振动模式下振动的电信号与第二振动模式下振动的电信号的相位差；比较电路，比较由上述相位差检测电路检测的相位差与上述基准相位差；和频率调整电路，对应于上述比较电路的比较结果来增减上述驱动电压信号的频率。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第7形态。在最佳形态中，上述频率控制部还具备向上述驱动器提供输出信号的电压控制振荡器，上述频率调整电路由电压调整电路构成，该电压调整电路基于上述比较电路的比较结果来增减提供给上述电压控制振荡器的频率控制电压。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第8形态。另外，在最佳形态中，上述频率控制部具备驱动正常否判断单元，判断上述压电致动器的驱动成功或失败；和初始基准相位差调整单元，在上述压电致动器的驱动失败的情况下，降低上述基准相位差，直到成功，在成功的情况下，使上述基准相位差上升。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第9形态。上述初始基准相位差调整单元在上述压电致动器的驱动成功时的基准相位差连续规定次数一致的情况下，可在一定期间内省略使上述基准相位差上升的处理。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第10形态。在最佳形态中，上述频率控制部具备测定上述驱动电压信号频率的频率计数器，上述驱动正常否判断单元通过上述频率计数器的频率测定结果是否在适当范围内，判断上述压电致动器的驱动是成功还是失败。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第11形态。在最佳形态中，上述频率控制部具备在每次驱动上述压电致动器时，求出上述振动板得到的表示上述第一振动模式下振动的电信号与表示第二振动模式下振动的电信号的相位差从上次驱动时的变化量的单元；和对应于上述相位差变化量来增减上述基准相位差的单元。这是本专利技术提供的压电致动器的驱动电路的第12形态。另外，本专利技术提供一种压电致动器的驱动电路的控制方法，该驱动电路具备驱动器，向压电致动器的振动板施加作为交流信号的驱动电压信号；电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电致动器的驱动电路，以振动板为主要构成要素，该振动板由压电元件构成，通过提供交流信号而在第一振动模式下振动，同时，在振动方向与其不同的第二振动模式下振动，其特征在于，具备：驱动器，向上述振动板施加作为交流信号的驱动电压信号；和 频率控制部，从上述振动板中检测表示第一振动模式下振动的电信号和表示第二振动模式下振动的电信号，并进行使这些电信号相位差最佳化的上述驱动电压信号的频率控制。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤羽秀弘，泽田明宏，古畑诚，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]