CN1722600A - 压电致动器及设备 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供一种可以提高驱动性能的可靠性的压电致动器和设备。作为解决手段，在包含弯曲振动模式的振动波腹的位置处形成检测电极(82D、82E)。因此，可以消除弯曲变形达到最大的纵振动模式的相位差的影响。另外，在激励弯曲振动模式时使用的一侧驱动电极(82B、82C)的位置上分别形成检测电极(82D、82E)。由此，产生与纵振动模式符号相反的弯曲振动模式的相位差，所以容易区别以纵振动模式为主的频率和以弯曲振动模式为主的频率的相位差，可以根据各种频率时的振动动作进行可靠控制。因此，可以确保由纵振动模式的振动产生的良好驱动力。

Description

压电致动器及设备

技术领域

本发明涉及利用压电元件的振动来驱动被驱动体的压电致动器和具有该压电致动器的设备。

背景技术

利用压电元件的振动的压电致动器的构成要素较少，元件自身适合于微加工，并且可以小型化，被用作小型透镜驱动机构和钟表的日期显示驱动机构等的小型设备的驱动源。

压电致动器通过压电元件振动而驱动抵接的作为被驱动体的转子等。例如，在使用纵振动模式和弯曲振动模式两种模式的压电致动器中，使抵接部进行椭圆运动来驱动转子。此时，当以纵振动模式为主振动模式进行椭圆运动时，转子的转速和转矩达到最大。

此处，纵振动模式和弯曲振动模式分别具有不同的谐振频率(位移最大时的频率)，所以通过使压电元件以谐振频率之间的最佳驱动频率振动，可以使抵接部进行最佳的椭圆运动。

但是，压电致动器由于其形状的偏差，各自的最佳驱动频率不同。因此，为了稳定可靠地驱动压电致动器，需要针对每个压电致动器对驱动频率进行控制。并且，最佳驱动频率也随周围温度等的环境而变化。

以往公知有以下方法：在压电元件的容易因来自作为被驱动体的转子的力而产生变形的位置上设置检测电极，在该位置上检测到的电压达到峰值时的频率与转子的转速达到峰值时的频率大致一致，利用这一点进行驱动频率的控制，或者检测驱动信号和检测信号之间的相位差，从而进行驱动频率的控制(例如参照专利文献1)。

并且，还公知有以下方法，在纵振动模式的检测电压和弯曲振动模式的检测电压分别变大的位置上设置检测电极，检测各自的检测电压。该检测电压(实际值)的乘积达到峰值时的频率和转子的转速达到峰值时的频率接近，利用这一点控制压电致动器的驱动频率(例如参照专利文献2)。

[专利文献1]特开2002-291264号公报(第9～第10页、图15)

[专利文献2]特开2003-304693号公报(第6～第8页、图12)

但是，在专利文献1或专利文献2中，在根据所检测的电压值来控制驱动频率的方法中，该电压值的大小因从转子对压电致动器的施力情况而变动，具有容易受到干扰的问题。

并且，在专利文献1中，也公开了利用检测信号和驱动信号之间的相位差的方法，但是在专利文献1所公开的检测电极的位置上，驱动信号和检测信号之间的相位差的频率特性表现为因纵振动模式引起的相位差和因弯曲振动模式引起的相位差为相同符号(正负相同)，并且大小大致相同。

例如，图15中示出了专利文献1的压电致动器的与驱动频率相应的相位差特性。压电致动器具有在压电元件的长度方向上伸缩的纵振动模式、和在与纵振动模式的振动方向大致垂直的方向上弯曲的弯曲振动模式，如图15所示，在各种振动模式的振动的谐振频率f1、f2附近相位差增大。因此，对于将要控制的相位差θ0，存在多个驱动频率(图15中示出了三个驱动频率fb1、fb2、fb3)。

在这种情况下，即使控制驱动频率使相位差达到规定值θ0，也存在驱动频率不能确定为一个、不能获得最佳振动模式的振动成分比的情况，压电致动器的驱动性能的可靠性不足。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够提高驱动性能的可靠性的压电致动器和具有该压电致动器的设备。

本发明的压电致动器，其利用包括主振动模式和弯曲振动模式的压电元件的振动，驱动被驱动体，其特征在于，具有：驱动电极，其用于对所述压电元件施加驱动信号，从而使该压电元件振动；检测电极，其用于检测所述压电元件的振动动作；以及控制单元，其根据所述驱动信号和所述检测电极所检测的检测信号之间的相位差，控制所述驱动信号。所述检测电极形成在因所述弯曲振动模式而产生的相位差和因所述主振动模式而产生的相位差表现为相反符号的位置上。

在该发明中，检测电极形成于由弯曲振动模式引起的相位差和由主振动模式引起的相位差表现为相反符号的位置上。此处，由弯曲振动模式引起的相位差指在弯曲谐振频率附近表现为山型或谷型的相位差，由主振动模式引起的相位差指在主振动模式的谐振频率附近变化的相位差。

因此，关于与驱动频率相应的相位差特性，不会出现由弯曲振动模式引起的相位差(与主振动模式的谐振频率附近的驱动频率时的相位差符号相同)的山型。即，如果把主振动模式和弯曲振动模式的振动成分比率为最佳时的相位差设定为规定值，则对应于相位差的驱动频率确定为一个，所以控制单元根据该相位差控制驱动信号，由此可以把驱动信号调节为最佳状态。因此，各种振动成分被适当调节，驱动性能的可靠性提高。

在本发明的压电致动器中，优选地，所述压电元件形成为大致矩形板状，并且同时激励沿着所述压电元件的长度方向伸缩的作为所述主振动模式的纵振动模式的振动、和在与所述纵振动模式的振动方向大致正交的方向上弯曲的所述弯曲振动模式的振动，所述检测电极形成在包含所述弯曲振动模式的振动波腹的位置上，并且比划分所述压电元件的宽度方向的中心线更靠近具有激励所述弯曲振动模式的机构的一侧。

根据该发明，压电元件的振动模式包括纵振动模式和弯曲振动模式。一般情况下，纵振动模式的驱动力大于弯曲振动模式，所以通过把纵振动模式设定为主要使用的振动模式，可以获得较大的驱动力。此处，检测电极形成于包含弯曲振动模式的振动的波腹的位置，所以弯曲变形最大并且容易消除纵振动模式的相位差的影响。并且，在激励弯曲振动模式的机构侧形成检测电极，由此产生与纵振动模式符号相反的弯曲振动模式的相位差，容易区别以纵振动模式为主的频率和以弯曲振动模式为主的频率的相位差，能够进行基于各种频率的振动动作的可靠控制。由此，可靠地确保通过纵振动模式的振动而产生的良好的驱动力。

在本发明的压电致动器中，优选地，所述检测电极形成为接触所述压电元件的长度方向的外侧缘。

根据该发明，在弯曲振动模式的波腹位置处、在与变形最大的大致矩形状压电元件的长度方向的外侧缘相接的位置上形成检测电极，所以与纵振动模式符号相反的弯曲振动模式的相位差变大，更加容易区别以纵振动模式为主的频率和以弯曲振动模式为主的频率的相位差。因此，能够进行更加恰当的基于振动动作的可靠控制。

在本发明的压电致动器中，优选地，构成为可以正反变更弯曲振动模式的振动方向。

根据该发明，构成为可以正反变更弯曲振动模式的振动方向，所以可以正反变更振动轨迹，可以在正反两方向驱动被驱动体。由此，被驱动体的可驱动动作范围变大。另外，该情况时，检测电极形成于包含弯曲振动模式的波腹位置的、激励弯曲振动模式的机构一侧的位置，所以即使正反变更弯曲振动模式的振动方向时，也容易区别纵振动模式和弯曲振动模式。

在本发明的压电致动器中，优选地，检测电极的面积大于等于所述驱动电极的面积的三十分之一，小于等于七分之一。

根据该发明，检测电极的面积被适当设定，所以可以确保检测振动所需要的面积，并且驱动电极的面积不会过小，所以可以良好地确保压电致动器的驱动力。

此处，在检测电极的面积小于驱动电极的面积的三十分之一时，检测电极自身的面积过小，所以不能良好地检测压电元件的振动。另外，在检测电极的面积大于驱动电极的面积的七分之一时，驱动电极的面积相对变小，所以难以确保必要的驱动力。

本发明的设备的特征在于具有前述压电致动器。

根据该发明，设备具有前述压电致动器，所以可以获得和前述压电致动器相同的效果。即，对于驱动信号和检测信号之间的相位差，驱动信号被确定为一个，所以控制单元根据相位差把驱动信号设定为合适的值，由此主振动模式和弯曲振动模式分别被适当控制，驱动性能的可靠性提高。由此，设备的动作稳定。

本发明的设备的特征在于，具有透镜、和利用压电致动器的振动驱动透镜的驱动单元。

根据该发明，设备具有驱动单元，所以可以可靠地进行透镜的驱动。这在例如设备是便携式设备等小型设备时，透镜体积小，压电致动器可以以较小的尺寸获得较大的驱动力，所以非常有效。

本发明的设备的特征在于，其是借助压电致动器的振动而被驱动的钟表。

根据该发明，设备是钟表，该钟表利用前述压电致动器的振动而被驱动，所以可以获得和前述压电致动器相同的效果，多种振动模式分别被适当控制，钟表的驱动性能的可靠性提高。这在例如钟表是手表等小型钟表时，压电致动器可以以较小的尺寸获得较大的驱动力，所以非常有效。

根据本发明的压电致动器和设备，在根据驱动信号和检测信号之间的相位差来控制驱动信号时，由于检测电极形成于由主振动模式引起的相位差和由弯曲振动模式引起的相位差表现为相反符号的位置上，所以与最佳相位差相应的驱动信号被确定为一个。因此，控制单元可以适当且可靠地控制驱动信号，所以可以获得提高驱动性能的可靠性的效果。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的透镜单元的立体图。

图2是表示第一实施方式的透镜单元的立体图。

图3是第一实施方式的凸轮部件的动作图。

图4是第一实施方式的凸轮部件的动作图。

图5是第一实施方式的压电致动器的放大立体图。

图6是第一实施方式的施加装置的结构框图。

图7是表示第一实施方式的驱动信号和检测信号之间的相位差的图。

图8是表示第一实施方式的相位差和驱动速度相对于驱动频率的关系的图。

图9是表示本发明的第二实施方式的钟表的图。

图10是第二实施方式的压电致动器的放大图。

图11是表示压电致动器的检测电极的变形例的图。

图12是表示本发明的比较例的压电致动器的图。

图13是表示实施例的结果的图。

图14是表示比较例的结果的图。

图15是表示以往的压电致动器的相对驱动频率的相位差特性的图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的各实施方式。另外，在后述的第二实施方式以后，对与下述第一实施方式的构成部件相同的部件、以及具有相同功能的部件赋予相同标号，并简化或省略说明。

(第一实施方式)

以下，对作为本发明的第一实施方式的透镜驱动单元的透镜单元10进行说明。另外，透镜单元10安装在作为设备的照相机上，或者与照相机一体地制造并使用。

并且，该照相机除所述透镜单元10外，还具有：记录介质，其记录通过构成该透镜单元的透镜30、40、50所成的像；驱动各透镜30、40、50的驱动装置1；以及收纳所有这些的壳体。但是，图中省略了照相机、记录介质和壳体。

图1是从右上方观察透镜单元10的立体图，图2是从左上方观察透镜单元10的立体图。图3(A)、(B)是凸轮部件60的动作图，图4(A)、(B)是凸轮部件70的动作图。图5是驱动凸轮部件60的振动体66的放大图。

在图1～图5中，透镜单元10具有：整体上大致呈方筒状的框体20；作为被驱动体的第1透镜30、第2透镜40和第3透镜50；驱动第2透镜40和第3透镜50进退的凸轮部件60；驱动第1透镜30进退的凸轮部件70；驱动凸轮部件60转动的作为压电致动器的振动体66；驱动凸轮部件70转动的作为压电致动器的振动体76。其中的凸轮部件60、70和振动体66、76构成了用于驱动各透镜30、40、50的驱动装置1。以下具体叙述各构成部分。

在框体20上平行设置了两个从正面朝向背面的棒状引导轴21。该引导轴21是引导透镜30、40、50进退驱动的部件，在进退方向(光轴方向)上贯穿透镜30、40、50。另外，该引导轴21还起到防止透镜30、40、50前后倾倒的作用。

另外，在框体20两侧的侧部22设置了长孔形状的开口部23A、23B、23C，这些开口部23A、23B、23C形成为使设于透镜30、40、50上的凸轮棒31、41、51可以充分移动的大小。

第1透镜30配置在框体20的内部，并且具有位于框体20的开口部23C内的凸轮棒31。第2透镜40配置在框体20的内部，并且具有位于框体20的开口部23B内的凸轮棒41。第3透镜50同样配置在框体20的内部，并且具有位于框体20的开口部23A内的凸轮棒51。

在这些第1～第3透镜30、40、50中，中央的聚光部32、42及未图示的第3透镜50的聚光部与其周围的框安装部33、43及未图示的第3透镜50的框安装部是由透镜材料一体形成的，并且具有保持这些部分的保持框34、44、54。另外，在该保持框34、44、54上设置了前述的凸轮棒31、41、51。

另外，第1透镜30是聚焦透镜，第2透镜40、第3透镜50是变焦透镜。并且，第3透镜50不限于变焦透镜，也可以是聚焦透镜。该情况时，通过适当设定各透镜30、40、50的结构和各透镜30、40、50的光学特性，可以把透镜单元10用作聚焦透镜用单元。

并且，第2透镜40采用将凹透镜和凸透镜相组合的结构，但是各透镜30、40、50的结构等也可以考虑其目的来任意确定。

另外，在本实施方式中，在透镜30、40、50中，聚光部32、42及第3透镜50的聚光部与框安装部33、43及第3透镜50的框安装部是由透镜材料一体形成的，但是，也可以是仅有聚光部32、42及第3透镜50的聚光部由透镜材料形成，框安装部33、43和第3透镜50的框安装部侧由其它材料与保持框34、44、54形成为一体。还可以由一体的透镜材料构成聚光部32、42及第3透镜50的聚光部、框安装部33、43和第3透镜50的框安装部、以及保持框34、44、54。

凸轮部件60、70设置在位于框体20两侧的外面部25A、25B和盖板部件100之间，该盖板部件100分别通过3个支腿部26固定在该外面部25A、25B的外侧。

凸轮部件60形成为具有回转轴61的大致扇状，被支撑着以回转轴61为回转中心相对于框体20的外面部25A自由转动。并且，在凸轮部件60的面状部分形成有作为驱动用引导部的两个凸轮槽62A、62B。该凸轮槽62A、62B形成为弯曲或曲折的长孔状，第2透镜40的凸轮棒41卡合在凸轮槽62B中，第3透镜50的凸轮棒51卡合在凸轮槽62A中，由此在凸轮部件60转动时，凸轮棒51、41由凸轮槽62A、62B引导着在与这些凸轮槽62A、62B的形状对应的速度和移动范围内移动，从而第2透镜40、第3透镜50进退。

凸轮部件70形成为具有回转轴71的大致杆状形状，被支撑着以回转轴71为回转中心相对于框体20的另一个外面部25B自由转动。并且，在凸轮部件70的面状部分形成有作为驱动用引导部的一个凸轮槽62C。该凸轮槽62C形成为直线长孔状，第1透镜30的凸轮棒31卡合在凸轮槽62C中，由此在凸轮部件70转动时，凸轮棒31由凸轮槽62C引导着在与凸轮槽62C的形状对应的速度和移动范围内移动，从而第1透镜30进退。

在这些凸轮部件60、70中，在回转轴61、71的外周面上抵接着在与回转轴61、71大致垂直的平面内振动的振动体66、76。此时，振动体66、76相对于回转轴61、71的抵接方向没有特别限定，只要是可以使回转轴61、71转动的方向即可。

此处，振动体66、76位于凸轮部件60、70的面状部分和盖板部件100之间，并由盖板部件100支撑着。此外，也可以在凸轮部件60、70的面状部分设置开口，在该开口内配置振动体66、76，使振动体66、76抵接回转轴61、71的外周面。该情况时，开口的大小为即使凸轮部件60、70转动时也不会与振动体66、76接触的大小。并且，此时的振动体66、76的支撑可以在框体20的外面部25A、25B侧或盖板部件100侧。

并且，回转轴61、71的外周面被修整成不存在凹凸，以防止振动体66、76的抵接部分磨损。振动体66、76的抵接部分的外径越大越好，由此与振动数相应的转动角度减小，可以细微地驱动透镜30、40、50。并且，回转轴61、71的外径形状只有抵接部分为圆弧状，除此以外的面可以不是圆弧状。

振动体66如图5所示，具有：形成为大致矩形平板状的加强板81；和设在该加强板81的正反两面的大致矩形平板状的压电元件82。

加强板81在其长度方向两端的短边大致中央形成有凹部811(仅示出了一端侧)，在该凹部811中配置有大致椭圆形状的凸部件81A。这些凸部件81A由陶瓷等刚性较高的任意材料构成，其大致一半配置在加强板81的凹部811内，剩余的大致一半被配置成从加强板81的短边突出。这些凸部件81A中的一个凸部件81A的前端抵接在抵接回转轴61的周面上。

在加强板81的长边大致中央，朝向宽度方向外侧一体地突出设置臂部81B。臂部81B从加强板81大致呈直角突出，它们的端部分别由未图示的螺钉固定在盖板部件100上。这种加强板81由不锈钢及其它材料形成。

粘接在加强板81两面的大致矩形状部分上的压电元件82由以下材料中适当选择的材料形成：锆钛酸铅(PZT)、石英、铌酸锂、钛酸钡、钛酸铅、偏铌酸铅、聚偏氟乙烯、锌铌酸铅、钪铌酸铅等。

并且，在压电元件82的两面形成有镍镀层和金镀层等，从而形成电极。该电极形成为，通过切槽而相互电绝缘的多个电极以长度方向的中心线为轴线对称。具体来讲，通过长度方向的两个槽83A，沿长度方向形成驱动电极82A。并且，在驱动电极82A的两侧，形成有通过从长度方向中央的外侧缘两方到达槽83A的两个槽83B而在长度方向上被分离成两个的驱动电极82B、82C，总共4个。两个驱动电极82B位于对角位置，两个驱动电极82C位于其余的对角位置。并且，通过“コ”字状的槽83C形成了用于检测振动动作的矩形检测电极82D、82E，其位于回转轴61侧的驱动电极82B、82C的区域中，并在驱动电极82B、82C的长度方向的大致中央与外侧缘相接。

此处，在本实施方式中，压电元件82形成为短边约2mm、长边约7mm的矩形状。并且，检测电极82D、82E的各自面积相对于驱动电极82A、82B的面积或驱动电极82A、82C的面积、即相对于驱动电极82A的面积与位于对角的一对驱动电极面积的合计，被设定为大于等于三十分之一小于等于七分之一，最好设定为大于等于十五分之一小于等于十分之一。

驱动电极82A和一对驱动电极82B、82C分别通过未图示的导线相互连接，这些导线与控制振动体66的振动动作的作为控制单元的施加装置84连接(参照图6)。检测电极82D、82E通过未图示的导线与作为控制单元的施加装置84连接，另外，加强板81通过未图示的导线接地。

另外，在隔着加强板81的正反两方的压电元件82上同样地设置这些电极82A、82B、82C、82D、82E，例如在电极82A的反面侧形成电极82A。

这样形成的压电元件82通过选择正面的驱动电极82A、82B和82C中的预定电极，并通过施加装置84施加电压，可以使振动体66产生沿着振动体66的长度方向的往返振动，即作为主振动模式的纵振动模式、和在振动体66的宽度方向(短边方向)弯曲振动的弯曲振动模式。即，例如只向驱动电极82A施加电压时，形成有驱动电极82A的部分的压电元件82在板状面内方向上伸缩，由此激励纵振动模式的振动。

弯曲振动模式在向位于对角上的一对驱动电极82B施加电压时，驱动电极82B作为激励弯曲振动模式的驱动电极工作，并且，在向驱动电极82C施加电压时，驱动电极82C作为激励弯曲振动模式的驱动电极工作。即，各个驱动电极作为激励弯曲振动模式的机构工作。

通过产生以上的纵振动模式和弯曲振动模式，振动体66的凸部件81A描画着组合了纵振动模式的振动和弯曲振动模式的振动的大致椭圆轨迹而进行振动。在该大致椭圆轨迹的一部分，凸部件81A使回转轴61在切线方向上旋转。

检测电极82D、82E分别形成于驱动电极82B、82C内变形最大的弯曲振动模式的振动波腹位置。检测电极82D在通过驱动电极82B激励弯曲振动模式时使用，检测电极82E在通过驱动电极82C激励弯曲振动模式时使用。

并且，把施加给压电元件82的电压的电极适当地切换为驱动电极82B和82C，由此使振动体66振动时，可以使回转轴61的转动方向为正转和反转。此时，在两种情况下均向驱动电极82A施加电压。

例如，如果把向驱动电极82B施加电压时的旋转方向设为正转，则向电极82C施加电压时，弯曲振动模式的振动方向为反方向，回转轴61的转动方向为反转。

此处，施加给压电元件82的驱动电压(驱动信号)的频率被设定为呈现以下状态的频率，即，在振动体66振动时，在纵振动模式的振动的谐振点附近也出现弯曲振动模式的振动的谐振点，凸部件81A描画良好的大致椭圆轨迹。

另外，由于振动体66的整体振动，使形成有检测电极82D、82E的部分的压电元件82产生变形，根据该变形，从检测电极82D、82E检测出与振动体66的振动对应的检测信号。

另外，适当确定压电元件82的尺寸、厚度、材质、纵横比、电极的分割形式等，使得在向压电元件82施加电压时，凸部件81A描画良好的大致椭圆轨迹。

并且，施加给振动体66的交流电压的波形没有特别限定，例如可以采用正弦波、方波、梯形波等。

并且，关于振动体76，其结构和振动体66相同，通过说明振动体66即可理解，所以省略说明。

图6表示施加装置84的结构框图。在该图6中，施加装置84具有：相位差-电压转换电路841；恒压电路842；比较电路843；电压调节电路844；压控振荡电路845；驱动电路846；和复位电路847。

相位差-电压转换电路841检测由检测电极82C、82D检测的检测信号Va的相位与施加给驱动电极82A、82B、82C的驱动信号Vh的相位之间的相位差，向比较电路843输出电压值与平均相位差相对应的相位差电压信号Vj。

图7是表示驱动信号Vh和检测信号Va之间的相位差θ的图。如该图7所示，相位差θ以驱动信号Vh为基准，把检测信号Va在超前方向上偏移的情况检测为正(+)。

相位差-电压转换电路841具有相位差检测部841A和平均电压转换部841B。相位差检测部841A在输入了检测信号Va和驱动信号Vh时，生成脉冲宽度与两信号的相位差相应的相位差信号Vpd，并输出给平均电压转换部841B。平均电压转换部841B通过未图示的积分电路生成平均电压值Vavl与相位差信号Vpd的脉冲宽度相应的相位差电压信号Vj，并输出给比较电路843。

恒压电路842预先求出预定的基准相位差信号Vk，其电压值对应于检测信号Va的相位和驱动信号Vh的相位之间的最佳相位差，并输出给比较电路843。

此处，基准相位差信号Vk最好被设定为与以下驱动频率相应的相位差，即，振动体66最有效地振动，并且纵振动模式和弯曲振动模式的振动成分之比适当的驱动频率。并且，通过预先存储对于因温度引起的相位差的补偿值，进行温度测量，可以输出对应各种温度的基准相位差信号Vk。

图8分别示意性地表示振动体66相对于驱动频率的振动特性。图8(A)表示对应于驱动频率的纵振动模式和弯曲振动模式的各相位差θ的理论值。另外，图8(B)表示对应于驱动频率的检测相位差θ的值。此处，因纵振动模式而产生的相位差指在纵振动模式的谐振频率f1附近变化的相位差特性θ1、θ1r，由弯曲振动模式引起的相位差指在弯曲谐振频率f2附近呈现为山型或谷型的相位差θ2a、θ2b、θ2r。

图8(C)表示回转轴61相对于驱动频率的驱动(转动)速度的关系。在振动体66的驱动中，使用驱动电极82A、82B，在振动动作的检测中，使用检测电极82D。如图8(B)的实线所示，可知在使振动体66的驱动频率从小向大变化时，在纵振动模式的振动的谐振频率f1附近，相位差θ为正并且是较大的值，但是逐渐减小，在弯曲振动模式的振动的谐振频率f2附近，相位差θ在作为相反符号的负方向上变大，具有两个峰值。双点划线所表示的相位差θ的状态表示使用与激励弯曲振动模式的位置相反一侧的检测电极82E的情况，以便于比较。

即，在位于激励弯曲振动模式的驱动电极82B上的检测电极82D中，可以获得与因纵振动模式而产生的相位差θ符号相反的、由弯曲振动模式引起的相位差θ。

并且，如图8(C)所示，可知在改变振动体66的驱动频率时，回转轴61的驱动速度在纵振动模式的振动的谐振频率f1和弯曲振动模式的振动的谐振频率f2之间变大，特别是在接近纵振动模式的振动的谐振频率f1侧的驱动频率fk处达到最大。一般情况下，从纵振动模式的振动比弯曲振动模式的振动更容易确保振动体66的驱动转矩这一点考虑，最好将驱动频率fk设定为在纵振动模式的振动的谐振频率f1和弯曲振动模式的振动的谐振频率f2之间接近纵振动模式的振动的谐振频率f1的频率。

因此，在本实施方式中，作为驱动频率，选择回转轴61的驱动速度为最大时的频率fk，把基准相位差信号Vk的值设定为与该频率处的相位差θk相应的电压值。另外，从图8(B)可知，使用检测电极82D时，相位差θ从f1向f2单调减小，所以相对于相位差θk，对应的驱动频率总是被确定为一个。与此相对，如果使用检测电极82E，则形成如双点划线所示的正方向的相位差θk状态，所以相对于相位差θk，对应的驱动频率为三个。如前面所述，在这种情况下，即使控制驱动频率使相位差成为预定的值θk，驱动频率也不会确定为一个，有时不能获得合适的振动模式的振动成分比，压电致动器的驱动性能的可靠性不足。

比较电路843用来输入来自相位差-电压转换电路841的相位差电压信号Vj和来自恒压电路842的基准相位差信号Vk，并比较两者。即，在相位差电压信号Vj≥基准相位差信号Vk时，比较电路843向电压调节电路844输出“H”比较结果信号Ve，在相位差电压信号Vj＜基准相位差信号Vk时，比较电路843向电压调节电路844输出“L”比较结果信号Ve。

电压调节电路844用于输入来自比较电路843的比较结果信号Ve，并以规定电压值Vf0为单位改变输出给压控振荡电路845的调节信号Vf的电压值。即，电压调节电路844在输入“H”比较结果信号Ve时，使调节信号Vf的电压值只上升规定电压值Vf0，在输入“L”比较结果信号Ve时，使调节信号Vf的电压值只下降规定电压值Vf0。并且，在电压调节电路844中存储着作为初始调节信号的初始值Vf1，在施加装置84起动时，向压控振荡电路845输出以该初始值Vf1作为电压值的调节信号Vf。另外，初始值Vf1作为预先设定的驱动频率调节范围的上限值，在本实施方式中，驱动频率的调节范围被设定为从比纵振动模式的振动的谐振频率f1低的频率到比弯曲振动模式的振动的谐振频率f2高的频率，初始值Vf1被设定为比弯曲振动模式的振动的谐振频率f2高的频率。

压控振荡电路845用于输入来自电压调节电路844的调节信号Vf，并且调节输出给驱动电路846的基准信号Vg的频率。即，压控振荡电路845在调节信号Vf的电压值高于前次调节信号Vf的电压值时，使基准信号Vg的频率只增加规定值f0，在调节信号Vf的电压值低于前次调节信号Vf的电压值时，使基准信号Vg的频率只减少规定值f0。并且，压控振荡电路845在施加装置84起动时输入了初始值Vf1的调节信号Vf的情况下，输出预先设定的频率的基准信号Vg。

驱动电路846接受来自压控振荡电路845的基准信号Vg，向振动体66的驱动电极82A、82B、82C输出在该基准信号Vg的频率下达到一定电压值的驱动信号Vh。

复位电路847在来自驱动电路846的驱动信号Vh的频率小于等于规定值时，向电压调节电路844输出把基准信号Vg的频率变更为初始值Vf1的频率的复位信号。此处，输出复位信号的频率的规定值被设定为驱动频率调节范围的下限值，在本实施方式中设定为比纵振动模式的振动的谐振频率f1低的频率。电压调节电路844在从复位电路847输入复位信号时，向压控振荡电路845输出以初始值Vf1作为电压值的调节信号Vf。

另外，对振动体76也设有相同结构的施加装置(未图示)。

因此，施加装置84根据与初始值Vf1的电压值对应的频率的基准信号Vg，向振动体66施加驱动信号Vh。此时，初始值Vf1被设定为驱动频率的调节范围的上限值，所以通常在初期阶段，基于驱动信号Vh和检测信号Va之间的相位差θ的相位差电压信号Vj小于来自恒压电路842的基准相位差信号Vk。因此，在比较电路843中输出“L”比较结果信号Ve，电压调节电路844根据该比较结果信号Ve，使调节信号Vf的电压值仅下降规定电压值Vf0，由此来自压控振荡电路845的基准信号Vg的频率只下降规定值f0。

通过反复以上动作，施加给振动体66的驱动信号Vh的频率减小，相反在相位差电压信号Vj≥基准相位差信号Vk时，驱动信号Vh的频率增加，相当于驱动信号Vh和检测信号Va之间的相位差θ的相位差电压信号Vj被控制在基准相位差信号Vk附近。

并且，在由于某种情况使驱动信号Vh的频率降低、并且小于等于复位电路847的规定值时，电压调节电路844的调节信号Vf被复位成对应于初始值Vf1的值，再一次从驱动频率的调节范围的上限值开始进行频率控制。

下面，根据图3说明透镜单元10的动作。

首先，抵接回转轴61的外周的振动体66振动，从而回转轴61以规定角度转动。通过转动，与回转轴61为一体的凸轮部件60也以规定角度转动。这样，形成于凸轮部件60上的凸轮槽62A、62B也转动，嵌合于各个凸轮槽62A、62B中的凸轮棒51、41的外周面由凸轮槽62A、62B的内周面引导着在开口部23A、23B中移动。

例如，使回转轴61从图3(A)所示的位置向逆时针方向(R1)转动时，具有凸轮棒41、51的第2透镜40和第3透镜50在相互离开的方向上移动，如图3(B)所示，第2透镜40和第3透镜50的间隔扩大。

相反，切换被施加电压的驱动电极82B和驱动电极82C，使回转轴61从图3(B)所示位置向顺时针方向(R2)转动时，第2透镜40和第3透镜50在相互接近的方向上移动，返回图3(A)所示的状态。

由此，第2透镜40和第3透镜50发挥变焦透镜的作用。

图4也相同，抵接回转轴71的外周的振动体76振动，从而回转轴71以规定角度转动。通过转动，与回转轴71为一体的凸轮部件70也以规定角度转动。这样，形成于凸轮部件70上的凸轮槽62C也转动，嵌合于该凸轮槽62C中的凸轮棒31的外周面由凸轮槽62C的内周面引导着在开口部23C中移动。

例如，使回转轴71从图4(A)所示的位置向逆时针方向(R1)转动时，与凸轮棒51连接的第1透镜30从框体20的中心方向向外侧方向移动，如图4(B)所示，靠近框体20的端部侧。

相反，使回转轴71从图4(B)所示的位置向顺时针方向(R2)转动时，第1透镜30向框体20的中央侧移动，返回图4(A)所示的状态。

由此，第1透镜30发挥聚焦透镜的作用。

如上所述，通过适当切换施加给压电元件82的电压的驱动电极82B和驱动电极82C，直接对凸轮部件60、70的回转轴61、71赋予振动，第1透镜30、第2透镜40和第3透镜50被驱动着按图3、图4所示进退。

此时，利用未图示的读取传感器读取透镜30、40、50的位置，并反馈给控制电路，通过进行这种驱动控制，可以使透镜30、40、50停止在任意位置。

根据以上第一实施方式，可以获得以下效果。

(1)在根据驱动信号Vh和检测信号Va之间的相位差来控制驱动信号Vh时，在产生弯曲振动模式的相位差(与作为主振动模式的纵振动模式所引起的相位差符号相反)的位置上形成检测电极82D、82E，所以如图8所示，在通过检测电极82D、82E检测的转动状态中，可以使一个驱动频率对应一个相位差。即，把纵振动模式和弯曲振动模式的振动成分比率为最佳时的相位差θk设定为规定值，对应于相位差θk的驱动频率fk确定为一个，所以控制单元根据该相位差控制驱动信号Vk，由此可以把驱动信号Vk调节为最佳状态。因此，可以适当地调节各个振动成分，可以提高驱动性能的可靠性。

(2)振动模式包括纵振动模式和弯曲振动模式。一般情况下，纵振动模式的驱动力大于弯曲振动模式，所以通过把纵振动模式设定为主要使用的振动模式，可以获得较大的驱动力。此处，检测电极82D、82E形成于包含弯曲振动模式的振动波腹的位置上，所以可以消除弯曲变形达到最大的纵振动模式的相位差的影响。并且，在激励弯曲振动模式侧的驱动电极82B、82C的位置上形成检测电极，由此产生与纵振动模式符号相反的弯曲振动模式的相位差，因此容易区别以纵振动模式为主的频率和以弯曲振动模式为主的频率的相位差，可以根据各种频率的振动动作进行可靠控制。由此，可靠确保通过纵振动模式的振动产生的良好的驱动力。

与此相对，在前述图15所示的以往的压电致动器中，相应于相位差的驱动频率不能确定为一个，所以不能把驱动信号Vh的频率总是控制为最佳值。

(3)检测电极82D、82E形成于弯曲振动模式的波腹位置处与变形最大的大致矩形状压电元件66的长度方向的外侧缘相接的位置上，所以与纵振动模式符号相反的弯曲振动模式的相位差变大，更加容易区别以纵振动模式为主的频率和以弯曲振动模式为主的频率的相位差，可以根据更合适频率的振动动作进行可靠控制。

(4)检测电极82D、82E各自的面积被设定为大于等于驱动电极82A和82B或82C的合计面积的三十分之一小于等于七分之一，最好大于等于十五分之一小于等于十分之一，所以可以利用检测电极82D、82E可靠地检测振动，并且确保驱动电极82A和82B或82C的合计面积，由此可以确保驱动回转轴61、71所需要的驱动力。

(5)作为驱动信号Vh的控制对象，采用驱动信号Vh和检测信号Va之间的相位差θ，所以例如与监视检测信号的电压和电流时相比，即使受到来自回转轴61、71的反作用力的影响，相位差的值是0～±180的确定值，所以可以获得稳定的控制对象，而且不会较大地改变基准值。由此，受外部干扰影响的情况减少，可以可靠地控制驱动信号Vh。

(6)振动体66、76形成为板状，所以可以促进驱动装置1的薄型化，由此促进透镜单元10的小型化。并且，凸部件81A接触回转轴61、71，所以在振动体66、76的振动停止的情况下，可以借助凸部件81A和回转轴61、71外周之间的摩擦，维持回转轴61、71的转动角度。

(第二实施方式)

下面，说明本发明的第二实施方式。第二实施方式把本发明的压电致动器应用于作为设备的钟表。

图9是表示本发明的第二实施方式的钟表9的日期显示机构90的平面图。在该图9中，日期显示机构90的主要部分大致包括：压电致动器91；由该压电致动器91旋转驱动的作为被驱动体的转子92；将转子92的旋转减速传递的减速轮系；通过由减速轮系传递的驱动力而旋转的日历轮93。减速轮系具有日历盘驱动中间轮94和日历盘驱动轮95。这些压电致动器91、转子92、日历盘驱动中间轮94和日历盘驱动轮95由底板9A支撑着。

在日期显示机构90的上方设有圆盘状的文字板(未图示)，在该文字板的外周部的一部分设置有用于显示日期的窗口部，从窗口部观察日历轮93的日期。并且，在底板9A的下方(背侧)设置有与步进电机连接而驱动指针的指针驱动轮系(未图示)，和作为电源的二次电池9B等。二次电池9B向步进电机和压电致动器91、施加装置(未图示)的各个电路提供电力。另外，也可以采用如下的结构：在二次电池9B上连接着进行太阳能发电或利用旋转锤的旋转进行发电的发电器，由该发电器产生的电力被充电给二次电池9B。并且，电源不限于利用发电器进行充电的二次电池9B，也可以是普通的一次电池(例如锂离子电池)。

日历盘驱动中间轮94由大径部941和小径部942构成。小径部942形成为直径略小于大径部941的圆筒形，在其外周面上形成大致正方形状的切口部943。该小径部942以与大径部941同心的状态被固定。大径部941啮合转子92上部的齿轮921。因此，由大径部941和小径部942构成的日历盘驱动中间轮94与转子92的旋转连动旋转。

在日历盘驱动中间轮94侧的底板9A上设置有板簧944，该板簧944的基端部固定在底板9A上，末端部弯曲形成为大致V字状。板簧944的末端部被设置成可以出入日历盘驱动中间轮94的切口部943。在接近板簧944的位置上配置触头945，该触头945在日历盘驱动中间轮94旋转、板簧944的末端部进入切口部943时，与板簧944接触。并且，对板簧944施加规定的电压，在板簧944与触头945接触时，该电压也施加给触头945。因此，通过检测触头945的电压，可以检测日期前进状态，可以检测日历轮93的一天的旋转量。

另外，日历轮93的旋转量不限于使用板簧944和触头945的方式，也可以采用检测转子92和日历盘驱动中间轮94的旋转状态来输出规定的脉冲信号的方式等，具体来讲，可以采用公知的光反射器、光遮断器、MR传感器等各种旋转编码器等。

日历轮93呈环状，在其内周面形成有内齿轮931。日历盘驱动轮95具有五齿齿轮，并啮合日历轮93的内齿轮931。另外，在日历盘驱动轮95的中心设置有轴951，该轴951游动地插入到底板9A上形成的贯通孔9C中。贯通孔9C沿着日历轮93的圆周方向形成得较长。并且，日历盘驱动轮95和轴951借助固定于底板9A上的板簧952被向图9的右上方推压。借助该板簧952的推压作用，也防止日历轮93摇动。

图10表示压电致动器91和转子92的放大图。如该图10所示，压电致动器91具有大致矩形板状的加强板911、和粘接在加强板911两面的压电元件912。

在加强板911的长度方向大致中央形成有向两侧突出的臂部913，该臂部913的一方利用螺钉等固定在底板9A上。另外，另一方臂部913未固定在底板9A上，而形成自由状态，并且在压电致动器91振动时成为取得振动平衡的重锤。

在加强板911的对角线上两端分别形成有沿着加强板911的长度方向突出的大致半圆形的凸部914。这些凸部914中的一方抵接转子92的侧面。

压电元件912形成为大致矩形板状，并且粘接在加强板911两面的大致矩形状部分上。在压电元件912的两面，与第一实施方式相同，利用镀层形成电极。在压电元件912的表面，利用槽将镀层绝缘，从而形成大致矩形状的检测电极912B。该检测电极912B在比压电元件912的长度方向中央更靠近转子92的一侧形成在中央与端部之间的大致中间位置上，而且在比压电元件912的短边方向中央更靠近凸部914的一侧形成在长度方向的外缘附近。检测电极912B以外的部分成为驱动电极912A。此处，检测电极912B的面积被设定为大于等于驱动电极912A的面积的三十分之一小于等于七分之一，最好大于等于十五分之一小于等于十分之一。

驱动电极912A、检测电极912B和加强板911分别通过导线等连接未图示的施加装置。施加装置和第一实施方式的施加装置84相同，进行驱动信号的控制，以使驱动信号和检测信号之间的相位差成为合适的值。

并且，在向压电致动器91的驱动电极912A和加强板911之间施加规定频率的电压时，压电元件912激励沿着长度方向伸缩的纵振动模式的振动。此时，在压电致动器91的对角线上两端设置凸部914，所以压电致动器91整体上相对于长度方向中心线，重量不平衡。借助该不平衡，压电致动器91激励在与长度方向大致垂直的方向上弯曲的弯曲振动模式的振动(凸部914作为激励振动的机构工作)。因此，压电致动器91激励组合了这些纵振动模式和弯曲振动模式的振动，凸部914描画着大致椭圆轨迹来进行振动。此时，压电致动器91只被一侧臂部913固定，而且凸部914设于对角线上端部并接受来自转子92的反作用力等，由此激励弯曲振动模式。即，比形成有检测电极912B的压电元件912的长度方向中央更靠近转子92侧、而且在比压电元件912的短边方向中央更靠近凸部914侧的位置，是弯曲振动模式的波腹部位，而且是具有激励弯曲振动模式的机构的位置。

另一方面，在转子92上安装有板簧922，转子92被向压电致动器91侧推压。由此，在凸部914和转子92侧面之间产生合适的摩擦力，压电致动器91的驱动力的传递效率良好。

在这种钟表9中，与第一实施方式相同，施加装置控制供给压电致动器91的驱动信号，由此在施加规定频率的驱动信号时，压电致动器91如前面所述，激励组合了纵振动模式和弯曲振动模式的振动。凸部914描画着组合了这些振动模式的大致椭圆轨迹来进行振动，通过在该振动轨迹的一部分按压转子92，可以驱动转子92旋转。

转子92的旋转运动被传递给日历盘驱动中间轮94，日历盘驱动轮95的齿啮合在切口部943中时，通过日历盘驱动中间轮94使日历盘驱动轮95旋转，从而日历轮93旋转。通过该旋转，变更显示在日历轮93上的日期。

根据这种第二实施方式，除可以获得和第一实施方式的(1)～(5)相同的效果外，还可以获得以下效果。

(7)把凸部914设在压电致动器91的对角线两端，所以仅设置一个驱动电极82A，借助重量的不平衡，除了纵一次振动模式外，还可以激励弯曲二次振动模式。因此，可以简化压电元件912的电极结构，相应地可以简化施加装置的驱动信号的控制。这在例如压电致动器91的体积较小时等，由于在较小的压电元件914上通过槽形成形状复杂的电极很困难，所以非常有效。

(8)压电致动器91被用于钟表9的日期显示机构90，所以压电致动器91的驱动效率可以总是被控制为最佳状态，因此可以提高日期显示机构90的驱动可靠性，可以准确显示日期。并且，通过促进压电致动器91的小型化，也可以促进钟表9的小型化。

另外，本发明不限于前述实施方式，在可以达到本发明目的的范围内的变形、改良等包含在本发明中。

检测电极的形状、配置等例如可以是图11(B)、(C)所示形状及配置。

在图11(A)中为了比较，示出了在第一实施方式中使用的压电致动器66的平面图。图中虚线是表示弯曲振动模式的宽度方向的振幅的线。

如前面所述，检测电极82D、82E与转子61侧的驱动电极82B、82C的长度方向外侧缘7相接，在这些电极的长度方向大致中央，在弯曲振动模式的波腹位置a处(波节的位置用b表示)，设置在弯曲振动模式的变形最大的位置上。在使用驱动电极82A和驱动电极82B进行驱动时，使用检测电极82D，在使用驱动电极82A和驱动电极82C进行驱动时，使用检测电极82E，由此可以使用激励弯曲振动模式的驱动电极的位置处的检测电极。

在图11(B)所示的压电致动器102中，在比(A)所示的检测电极位置稍微内侧的位置上形成有检测电极102D、102E。该情况时，在驱动驱动电极102A和驱动电极102B或驱动电极102C时，虽然检测信号的输出劣于(A)所示的情况，但可以增加驱动力。

在图11(C)所示的压电致动器103中，在(A)所示的第一实施方式的检测电极82D、82E的相反侧(转子的相反侧)设置有检测电极103D、103E。这样，即使不在转子侧，只要是在弯曲振动模式的波腹部，在弯曲振动模式的变形为最大的位置，是激励弯曲振动模式的驱动电极的位置即可。

并且，检测电极的形状可以采用大致正方形、多边形等、以及圆形、椭圆形、变形形状等任意形状。

主振动模式不限于纵振动模式，可以采用其它任意的振动模式例如扩散振动等。并且，压电致动器不限于具有两种振动模式，也可以具有三种以上的多个振动模式。

初始值Vf1被设定为预先设定的驱动频率调节范围的上限值，但不限于此，例如也可以设定为驱动频率调节范围的下限值。该情况时，对应于相位差的驱动频率确定为一个，所以只要把相位差控制为规定值，即可把施加给压电致动器的驱动频率控制为最佳值。

实施本发明的最佳结构、方法等在以上描述中公开，但是，本发明不限于此。即，本发明主要对特定实施方式进行了特别图示及说明，但在不脱离本发明的技术构思和目的范围的情况下，对以上叙述的实施方式，本行业人员可以对形状、材质、数量及其它具体结构进行各种变形。

因此，限定了以上公开的形状、材质等的描述，是为了容易理解本发明而作的示例性描述，不是用来限定本发明，利用这些形状、材质等的一部分或全部限定之外的部件名称进行的描述包括在本发明中。

(实施例1)

为了确认本发明的效果，进行了以下实验。

(实施例)

使用第一实施方式的压电致动器进行了模拟。改变驱动信号的驱动频率，研究对应于各驱动频率的驱动信号和检测信号之间的相位差及检测电压的关系。

(比较例)

使用图12所示的压电致动器110B进行了模拟。在压电致动器110B的压电元件111B表面形成与实施例的压电致动器66相同的5个驱动电极112B、113B、114B。在对驱动电极112B输入驱动信号时，把一对驱动电极113B中距凸部116B较远的一方用作检测电极，在对驱动电极113B输入驱动信号时，把一对驱动电极112B中距凸部116B较远的一方用作检测电极。

其它条件与实施例相同。

(实施例和比较例的结果)

图13表示实施例的结果。如该图13所示，对应于驱动频率的相位差随着驱动频率增大而逐渐减小，在由弯曲振动模式引起的相位差部分相位反转。因此，在纵振动模式附近进行驱动时，如果对频率从驱动频率较高的位置向较低的一侧进行监视，则容易进行控制。该情况下，对应于相位差的驱动频率被确定为一个。

与此相对，图14表示比较例的结果。即，例如把相位差设定为70°～80°之间的规定值进行控制时，对应于一个相位差的驱动频率为3个。因此，驱动频率被设定为这3个驱动频率中的任一个，虽然有时形成可以良好确保转子的旋转速度的驱动频率，但在形成其它驱动频率的情况下，将不能良好地保持转子的旋转速度，转子的旋转驱动性能的可靠性不足。

如上所述，可以确认本发明的以下效果，即，可以把对应于相位差的驱动频率确定为一个，通过把驱动信号和检测信号之间的相位差控制为规定值，可以使压电致动器总是以最佳驱动频率振动。

Claims (8)

1.一种压电致动器，其利用包括主振动模式和弯曲振动模式的压电元件的振动，驱动被驱动体，其特征在于，具有：

驱动电极，其用于对所述压电元件施加驱动信号，使该压电元件振动；

检测电极，其用于检测所述压电元件的振动动作；以及

控制单元，其根据所述驱动信号和所述检测电极所检测的检测信号之间的相位差，控制所述驱动信号，

所述检测电极形成在因所述弯曲振动模式而产生的相位差和因所述主振动模式而产生的相位差表现为相反符号的位置上。

2.根据权利要求1所述的压电致动器，其特征在于，

所述压电元件形成为大致矩形板状，并且同时激励沿着所述压电元件的长度方向伸缩的作为所述主振动模式的纵振动模式的振动、和在与所述纵振动模式的振动方向大致正交的方向上弯曲的所述弯曲振动模式的振动，

所述检测电极形成在包括所述弯曲振动模式的振动波腹的位置上，并且比划分所述压电元件的宽度方向的中心线更靠近具有激励所述弯曲振动模式的机构的一侧。

3.根据权利要求2所述的压电致动器，其特征在于，所述检测电极形成为接触所述压电元件的长度方向的外侧缘。

4.根据权利要求2或3所述的压电致动器，其特征在于，该压电致动器构成为可以正反变更所述弯曲振动模式的振动方向。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电致动器，其特征在于，所述检测电极的面积大于等于所述驱动电极的面积的三十分之一，小于等于七分之一。

6.一种设备，其特征在于，具有权利要求1～5中任一项所述的压电致动器。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，具有透镜、和利用所述压电致动器的振动驱动所述透镜的驱动单元。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，该设备是利用所述压电致动器的振动进行驱动的钟表。

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