JP3832260B2

JP3832260B2 - Piezoelectric actuators, watches and portable devices

Info

Publication number: JP3832260B2
Application number: JP2001055799A
Authority: JP
Inventors: 明宏澤田; 秀弘赤羽; 誠古畑; 和博土屋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002262586A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を有する圧電アクチュエータ、この圧電アクチュエータを備えた時計および携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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とから、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、あるいは超音波モータなどの分野に応用されている。
【０００３】
圧電素子の変位は供給される駆動信号の電圧値にもよるが微小であり、サブミクロン程度であるのが通常である。このため、何らかの増幅機構によって変位を増幅して駆動対象に変位を伝達することが行われている。しかし、増幅機構を用いた場合、それ自身を動かすためにエネルギーが消費され、エネルギー効率が低下するといった問題があると共に、装置のサイズが大きくなってしまうといった問題がある。また、増幅機構を介する場合、駆動対象に対して安定した駆動力を伝達することが困難となることもある。
【０００４】
また、腕時計のような小型の携帯機器は電池によって駆動されるため、消費電力や駆動信号の電圧値を低く抑える必要がある。このような携帯機器に圧電アクチュエータを組み込む場合、そのエネルギー効率が高く、駆動信号の電圧値を低くしたものが要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、時計などでは、日や曜日等を表示するカレンダ表示機構が備えられている。このカレンダ表示機構は、電磁式のステップモータの回転駆動力を運針用の輪列を介して日車などにも間欠的に伝達し、日車を送り駆動するのが一般的である。
一方、腕時計は手首にベルトを巻き付けて携帯するものであるから、携帯に便利なように薄型化の要求が古くからある。薄型化を追求するには、カレンダ表示機構の厚さを薄くすることも必要な条件となる。しかし、ステップモータはコイルやロータといった部品を面外方向に組み込んで構成されるため、その厚さを薄くするには限界がある。このため、ステップモータを用いた従来のカレンダ表示機構は、薄型化を必要とする腕時計には適していないという問題があった。
【０００６】
特に、カレンダ表示機構を備えた時計と、係る機構を備えていない時計との間で運針を行う機械系（所謂、ムーブメント）を共通化するためには、カレンダ表示機構を文字板側に配置する必要がある。しかし、カレンダ表示機構の駆動源に電磁式のステップモータを用いた場合には、文字板側に配置できる程の薄型化が困難である。このため、従来の腕時計は、カレンダ表示機構の有無によって運針を行う機械系を別々に設計して製造する必要があり、生産性を向上させる際の問題となっていた。
【０００７】
そこで、高効率でありながら、小型機器への搭載を可能とするアクチュエータとして、薄板矩形状の圧電素子等から構成される振動板に駆動信号を印加することにより圧電素子を長手方向に伸縮させて縦振動を励振し、当該縦振動によって機械的に屈曲振動を誘発させる圧電アクチュエータが提案されている。
このような圧電アクチュエータでは、振動板に縦振動および屈曲振動の両者を生じさせることにより、圧電アクチュエータにおいて駆動対象と接触する部位を楕円軌道で移動させる。これにより、この圧電アクチュエータは、小型薄型の構成でありながら、高効率の駆動を実現している。
【０００８】
しかし、上述した如く、振動板に対して、縦振動を電気的に励振させ、この該縦振動によって屈曲振動を機械的に誘発させる圧電アクチュエータでは、駆動信号を印加することにより圧電素子の伸縮によって生じる縦振動は、駆動信号の電圧値を制御することにより比較的容易に制御することができるものの、振動板の機械的な特性に応じて誘発される屈曲振動は容易かつ正確に制御することは困難である。このため、振動板の加工精度のばらつき等に起因して誘発される屈曲振動もばらついてしまうといった、製品としての安定度が欠落することも考えられる。
【０００９】
また、振動板の形状などによって決まる機械的な特性によって屈曲振動等が決まってしまい、決められた形状などの機械的条件の下では、さらに大きな振幅となる屈曲振動を得ることはできない。
即ち、振動板は、圧電素子とこの圧電素子を補強する補強板との積層構造になっている。この補強板の目的は、圧電素子の厚さ方向への変位を抑制することである。このため、補強板は有る程度硬い材料によって形成され、現行の圧電アクチュエータに用いられる補強板は、その材料に、例えばＳＵＳ３０１ＥＨが用いられており、この補強板のヤング率は約１７５００ｋｇ／ｍｍ²となっている。
しかし、この補強板を用いた圧電アクチュエータでは、圧電素子のヤング率（７０００ｋｇ／ｍｍ²）に比べ、補強板のヤング率がかなり大きくなっている。このため、振動板に発生する縦振動および屈曲振動を補強板が妨げてしまう。これにより、大きな振幅を有する屈曲振動が得られない誘因の一つとして補強板の剛性がある。
【００１０】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、小型・薄型化が可能な構成でありながら、高効率かつ安定した駆動を行うことのできる圧電アクチュエータ、これを備えた時計および携帯機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、板状の圧電素子と補強板とが積層された振動板と、前記振動板を支持する支持部材と、前記振動板の長手方向の一端側に設けられて駆動対象に当接する突起部とを具備し、駆動信号の供給によって前記圧電素子を伸縮させることにより、前記長手方向に伸縮する縦振動および前記長手方向に直交する幅方向に揺動する屈曲振動を前記振動板に生じさせ、この振動に伴う前記突起部の変位によって前記駆動対象を駆動し、前記補強板は前記圧電素子よりもヤング率が高く、前記補強板と前記圧電素子とが接触する面積は前記圧電素子の面積よりも小さく形成された圧電アクチュエータであって、前記補強板の形状は、前記支持部材に固定されて前記縦振動の節に位置する固定部と、前記振動板よりも狭い幅にて前記固定部から前記振動板の長手方向に延びる一対のアーム部と、前記一対のアーム部の先端に形成され、前記長手方向に対してほぼ直交する方向に延びる可動部とを備え、前記可動部は前記長手方向に対して前記圧電素子の両端側に配置されていることを特徴としている。
【００１２】
この構成によれば、供給される駆動信号によって圧電素子が伸縮し、振動板に長手方向に沿った縦振動が励振され、この縦振動に伴って屈曲振動が誘発される。また、補強板は、その剛性の強さを前記圧電素子の有する剛性の強さに近づけることにより、補強板によって、縦振動および屈曲振動を妨げ難くする。この結果、屈曲振動の振幅が大きくなる。
また、この構成では、厚み方向に各種部材を積層する構造を採る必要がないため、小型薄型化も容易である。
【００１５】
また、上記構成において、前記固定部には、起端がこの固定部に形成され、先端が前記アーム部側に向けて延びる補強部を形成してもよい。
【００１６】
また、上記構成において、前記補強板のうち、前記固定部、アーム部および可動部と、前記圧電素子とを接着固定してもよく、前記補強板のうち、前記固定部および可動部と、前記圧電素子とを接着固定してもよい。
【００１８】
また、上記構成において、前記当接部は、前記補強板に一体に形成されてもよい。
【００１９】
また、上記構成において、前記当接部は硬化部材によって形成され、前記補強板に設けられてもよい。
【００２０】
また、上記構成において、前記当接部は、硬化処理が施され、前記補強板に一体に形成されてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る時計は、上記構成の圧電アクチュエータと、
前記圧電素子に前記駆動信号を供給する駆動回路と、
前記駆動回路に電力を供給する電源と
を具備することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明に係る携帯機器は、上記構成の圧電アクチュエータと、
前記圧電素子に前記駆動信号を供給する駆動回路と、
前記駆動回路に電力を供給する電源と、を具備することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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に、本実施形態では、本発明による圧電アクチュエータによって駆動されるカレンダ表示機構を備えた腕時計を例示する。
Ａ．全体構成
まず、図１は、本発明の一実施形態に係る腕時計において、圧電アクチュエータを組み込んだカレンダ表示機構の主要構成を示す平面図である。同図に示すように、圧電アクチュエータＡは、面内方向（図の紙面と平行な方向）に伸縮振動する振動板１０を備えている。また、駆動対象となるロータ１００は地板（支持体）１０３に回転自在に支持され、振動板１０と当接する位置に配置されており、振動板１０に生じる振動によってその外周面が叩かれると、図中矢印で示す方向に回転駆動されるようになっている。
【００２４】
次に、カレンダ表示機構は、ロータ１００を介して圧電アクチュエータＡに連結されており、ロータ１００の駆動力によって駆動される。カレンダ表示機構の主要部は、ロータ１００の回転を減速する減速輪列とリング状の日車５０とから大略構成されている。また、減速輪列は日回し中間車４０と日回し車６０とを備えている。
【００２５】
ここで、上述したように振動板１０が面内方向に振動すると、振動板１０と当接しているロータ１００が時計回りに回転させられる。ロータ１００の回転は、日回し中間車４０を介して日回し車６０に伝達され、この日回し車６０が日車５０を時計回り方向に回転させる。このように、振動板１０からロータ１００、ロータ１００から減速輪列、減速輪列から日車５０への力の伝達は、いずれも面内方向で行われる。このため、カレンダ表示機構を薄型化することができる。
【００２６】
図２は本発明の一実施形態に係る時計の断面図である。図において、網目部分に、上述した圧電アクチュエータＡを備えたカレンダ表示機構が組み込まれ、時計全体を薄型にするために、カレンダ表示機構が組み込まれる厚さＤも極めて薄くなる。カレンダ表示機構の上側には、円盤状の文字板７０が設けられている。この文字板７０の外周部の一部には日付を表示するための窓部７１が設けられており、窓部７１から日車５０の日付が覗けるようになっている。また、文字板７０の下側には、針７２を駆動するムーブメント７３、および後述する駆動回路（図示せず）が設けられている。
【００２７】
以上の構成において、圧電アクチュエータＡは、従来のステップモータのようにコイルやロータを厚さ方向に積み重ねるのではなく、同一平面内に振動板１０およびロータ１００を配置した構成となっている。このため、構造は、ステップモータ等に比べて薄型に形成される。このように、カレンダ表示機構を薄型化することにより、時計全体の厚さを薄くすることができる。
例えば、昨今発電機能を備えた腕時計が種々提案されているが、このような腕時計においては、発電機構と運針駆動用のモータ機構といった少なくとも２つの大きな構成要素を搭載しなくてはならず、このようにカレンダ表示機構を薄型化できることのメリットは大きいと言える。
さらに、カレンダ表示機構のある時計と、カレンダ表示機構のない時計との間でムーブメント７３を共通化することができ、設備の共通化や設計工数の削減等により、これらの時計の生産性を高めることが可能となる。
【００２８】
Ｂ．カレンダ表示機構の構成
次に、カレンダ表示機構の構成を、図１およびその断面図である図３を参照しつつ説明する。図において、地板１０３は、各部品を配置するための第１の底板であり、底板１０３´は、底板１０３に対して部分的に段差を持った第２の底板である。
【００２９】
圧電アクチュエータＡによって回転駆動されるロータ１００の上方には、ロータ１００と同軸で、かつロータ１００によって回転させられる歯車１００ｃが設けられている。日回し中間車４０は、大径部４ｂとこれと同心を成すように固着され大径部４ｂよりも若干小径に形成された小径部４ａとから構成されており、ロータ１００に伴う歯車１００ｃの回転に伴って、歯車１００ｃと歯合する大径部４ｂが回転させられて中間車４０が回転させられるようになっている。小径部４ａの周面は略正方形状に切り欠かれ、切欠部４ｃが形成されている。
【００３０】
また、底板１０３´には日回し中間車４０のシャフト４１が形成されており、日回し中間車４０の内部にはシャフト４１と連結する軸受（図示せず）が形成されている。従って、日回し中間車４０は、底板１０３´に対して回転自在に設けられている。なお、ロータ１００も内部に軸受（図示せず）を有しており地板１０３に対して回転自在に軸支されている。
【００３１】
次に、日車５０は、リング状の形状をしており、その内周面に内歯車５ａが形成されている。日回し車６０は五歯の歯車を有しており、内歯車５ａに噛合している。また、日回し車６０の中心にはシャフト６１が設けられており、日回し車６０を回転自在に軸支している。シャフト６１は、底板１０３´に形成された貫通孔６２に遊挿されている。貫通孔６２は日車５０の周回方向に沿って長く形成されている。
【００３２】
次に、板バネ６３は、その一端は底板１０３´に固定され、他端はシャフト６１を図１の右上方向に弾圧している。これにより、板バネ６３は、シャフト６１および日回し車６０を付勢する。また、この板バネ６３の付勢作用によって日車５０のがたつきを無くし、日付表示のずれが防止される。
【００３３】
次に、板バネ６４は、一端が底板１０３´にねじ止めされており、その他端には略Ｖ字状に折り曲げられた先端部６４ａが形成されている。また、接触子６５は、日回し中間車４０が回転し先端部６４ａが切欠部４ｃに入り込んだときに板バネ６４と接触するように配置されている。板バネ６４には所定の電圧が印加されており、接触子６５に接触すると、その電圧が接触子６５にも印加される。従って、接触子６５の電圧を検出することによって、日送り状態を検出することができる。なお、内歯車５ａに噛合する手動駆動車を設け、ユーザが竜頭（図示せず）に対して所定の操作を行うと、日車５０を駆動するようにしてもよい。
【００３４】
Ｃ．圧電アクチュエータの構成
次に、本実施形態に係る圧電アクチュエータＡについて説明する。図４に示すように、圧電アクチュエータＡは、図の左右方向に長く形成された長板状の振動板１０と、この振動板１０を地板１０３（図１および図３参照）に支持する支持部材１１とを備えている。
【００３５】
振動板１０の長手方向の一方の端部３５には、突起部３６がロータ１００側に向けて突設されており、後述するバネ部材３００等によってこの突起部３６がロータ１００の外周面に押圧した状態で接触させられている。
このように、突起部３６を設けることにより、ロータ１００との接触面の状態等を維持するために突起部３６に対してのみ研磨等の作業を行えばよいので、ロータ１００との接触部の管理が容易となる。また、突起部３６としては、導体または非導体のものを用いることができるが、非導体から形成するようにすれば、一般的に金属から形成されるロータ１００と接触しても圧電素子３０，３１が短絡しないようにすることができる。
【００３６】
また、図示のように本実施形態では、突起部３６は、図面の紙面に垂直な方向から見てロータ１００側に突出した曲面形状になされている。このようにロータ１００と当接する突起部３６を曲面形状にすることにより、ロータ１００と振動板１０の位置関係が、寸法ばらつき等によりばらついた場合であっても、曲面であるロータ１００の外周面と曲面形状の突起部３６との接触状態がさほど変化しないようにしている。従って、ロータ１００と突起部３６の接触を安定した状態で維持させている。
【００３７】
振動板１０の長手方向の中央部付近には、略Ｌ字状の支持部材１１の一端部３７が取り付けられている。支持部材１１は一端部３７から振動板１０の長手方向にほぼ直交する方向からロータ１００側に屈曲しており、この屈曲している支持部材１１の他端部３８は、軸部３９により地板１０３（図１参照）に回動自在に支持されている。即ち、支持部材１１は軸部３９を中心として回動自由となっているため、バネ部材３００によって振動板１０をロータ１００に対して所望の押圧力で押し当てることが可能となる。また、支持部材１１は振動板１０を構成する後述の補強板３２と一体に形成されている。
【００３８】
支持部材１１における振動板１０の長手方向と略平行に延在する部位１１ａには、バネ部材３００の一端部３００ａが係合されている。バネ部材３００はそのピン３００ｂによって地板１０３（図１および図３参照）に回動自在に支持されている。また、他端部３００ｃが地板１０３に係合しているが、この他端部３００ｃの位置によって支持部材１１に付与する押圧力を変動させることができる。具体的には、他端部３００ｃをピン３００ｂを中心として図中時計回りに変位させれば、バネ部材３００の一端部３００ａが支持部材１１の部位１１ａを上方側に押圧する力が増加し、他端部３００ｃを反時計回りに変位させればその押圧力が減少するようになっている。ここで、他端部３００ｃの位置を調整することにより、突起部３６がロータ１００に付与する押圧力を調整することができ、これにより圧電アクチュエータＡの駆動特性の調整等を可能とする。
【００３９】
図５に示すように、振動板１０は、２つの長方形状の圧電素子３０，３１の間に、圧電素子３０，３１よりも肉厚の薄いステンレス鋼などの補強板３２を接着剤によって全面接着した積層構造となっている。このように、圧電素子３０，３１の間に補強板３２を配置することにより、振動板１０の過振幅や落下などによる外部からの衝撃力に起因する振動板１０の損傷を低減し、耐久性を向上させている。また、補強板３２としては、圧電素子３０，３１よりも肉厚の薄いものを用いることにより、圧電素子３０，３１の振動を極力妨げないようにしている。また、支持部材１１は、当該補強板３２に一体に形成されているため、製造工程を簡略化することができる。
【００４０】
ここで、補強板３２の形状について、図６および図７を参照しつつ説明する。
図６は補強板３２の平面図であり、図７は図６の補強板に圧電素子３０，３１を積層した側面図である。
補強板３２は、支持部材１１が一体に形成される固定部３２ａと、この固定部３２ａの両側から振動板１０の長手方向に向けて傾斜しつつ湾曲して延びる一対のアーム部３２ｂと、これらのアーム部３２ｂの先端に形成され、前記長手方向に対してほぼ直交する方向に延びる可動部３２ｃとを具備して構成されている。そして、一方の可動部３２ｃの先端部には突起部３６が形成され、他方の可動部３２ｃの先端部にはバランス部１８が形成される。また、固定部３２ａには支持部材１１が一体に形成されているため、この固定部３２ａが後述する縦振動の節となる。
【００４１】
また、この形状における補強板３２は、ヤング率が約１７５００ｋｇ／ｍｍ²を有するＳＵＳ３０１ＥＨが用いられている場合であっても、固定部３２ａ、アーム部３２ｂおよび可動部３２ｃを残して長方形から肉削ぎした分だけ剛性が下がる。この補強板３２の剛性は、肉削ぎを行っていない長方形の補強板に比べ下がると共に、圧電素子３０，３１の剛性以下にならない範囲に近づけられる。補強板３２は、固定部３２ａを中心として対称形となるアーム部３２ｂおよび可動部３２ｃを有している。このため、補強板３２は、圧電素子３０，３１とほぼ同形の長方形状とした場合に比べて、振動板１０の長手方向に対する縦振動および屈曲振動が発生し易くなっている。
【００４２】
振動板１０の上下に配置された圧電素子３０，３１の面上には、図８に示すように、圧電素子３０，３１のほぼ全面を覆うように電極３３がそれぞれ配置されている。そして、これらの電極３３を介して圧電素子３０，３１に、駆動回路５００から駆動信号が供給されるようになっている。
ここで、圧電素子３０，３１としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ（商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。ここで、亜鉛ニオブ酸鉛の組成式は、［Ｐｂ（Ｚｎ_1/3−Ｎｂ_2/3）Ｏ₃ ）_1-X （ＰｂＴｉＯ₃）_X］、（但しXは組成により異なり、X=0.09程度）となり、スカンジウムニオブ酸鉛の組成式は、［｛Ｐｂ（（Ｓｃ_1/2−Ｎｂ_1/2）_1-X Ｔｉ_X）Ｏ₃］、（但しXは組成により異なり、X=0.09程度）となる。
【００４３】
圧電素子３０，３１の分極方向が逆の場合には、例えば図９に示すように、上面、中央、下面の電位が各々＋Ｖ、０、＋Ｖ（もしくは−Ｖ、０、−Ｖ）となるように駆動回路５００から駆動信号を印加すれば、板状の圧電素子が伸び縮みするように変位することになる。そこで、本実施形態ではこのような伸縮による変位を振動に利用している。なお、圧電素子３０，３１の分極方向を同一となるようにした場合、上面、中央、下面の電位が各々＋Ｖ、０、−Ｖ（もしくは−Ｖ、０、＋Ｖ）となるように電圧を印加すればよい。
【００４４】
このように構成される振動板１０は、駆動回路５００から電極３３，３３を介して圧電素子３０，３１に交流の駆動信号が印加されると、圧電素子３０，３１には、長手方向に伸縮する振動が発生する。その際、図１０に示すように、圧電素子３０，３１が長手方向に伸縮することにより、振動板１０が長手方向に伸縮する縦振動で振動するようになっており、これにより振動板１０は図４中矢印で示す方向に振動することになる。このように圧電素子３０，３１への駆動信号の印加によって振動板１０が電気的に縦振動で励振すると、振動板１０の重量および剛性のアンバランスさによって振動板１０の重心を中心とした回転モーメントが発生する。図１１に示すように、この回転モーメントによって振動板１０が幅方向（図４の上下方向）に揺動する屈曲振動が誘発されるようになっている。本実施形態では、より大きな屈曲振動を誘発させるために、振動板１０の突起部３６が設けられた側と反対側の端部１６にバランス部１８を設けることにより、より大きな回転モーメントを発生させるようにしている。
【００４５】
さらに、本実施形態における圧電アクチュエータＡでは、振動板１０を構成する補強板３２の形状を、固定部３２ａ、アーム部３２ｂおよび可動部３２ｃによって構成しているため、補強板３２が圧電素子３０，３１とほぼ同形の長方形である場合に比べ、その剛性を圧電素子３０，３１の剛性に近づけることができる。これにより、振動板１０に発生する縦振動およびこの縦振動によって誘発される屈曲振動の振幅を大きくすることができる。
【００４６】
このように、振動板１０に縦振動と屈曲振動とを生じさせ、両者が結合されることにより、振動板１０の突起部３６におけるロータ１００との接触部分は、図１２に示すように、楕円軌道に沿って移動することになる。そして、突起部３６が楕円軌道を描くことにより、突起部３６がロータ１００側に膨らんだ位置にあるときに、突起部３６がロータ１００に対して押圧接触し、一方突起部３６がロータ１００側から待避した位置に膨らんだ位置にあるときには、突起部３６がロータ１００から離間（或いは、接触していても押圧力が小さくなる）する。従って、圧電アクチュエータＡは、両者の押圧力の大きい間、つまり突起部３６がロータ１００側に膨らんだ位置にある時、突起部３６の変位方向にロータ１００を回動駆動させるのである。
【００４７】
Ｄ．圧電アクチュエータの駆動動作
次に、カレンダ表示機構に組み込まれた圧電アクチュエータＡの圧電素子３０，３１に駆動信号を印加して圧電アクチュエータＡを駆動する構成について説明するが、当該駆動構成の特徴をより明確にするために、まず振動板１０のような機械的構造物が有するインピーダンス特性について説明する。
【００４８】
振動板１０等の機械的な構造物に対して力を一定にして、加振周波数を徐々に大きくしていくと、特定の周波数で構造物の振幅は最大値（即ち、インピーダンスが極小値）となり、その後極小値（インピーダンスの極大値）となるといった応答を繰り返す。即ち、振幅が極大値をとる加振周波数は複数存在し、そのような各加振周波数を共振周波数という。そして、共振周波数は縦振動および屈曲振動の各々に存在し、振動板１０のような矩形状の構造物では、縦・横・厚み寸法を所定の比に設定することにより、図１３に例示するようなインピーダンスと周波数の関係を有する。
【００４９】
各振動の共振周波数は、各々の振動の振幅が最も大きくなす周波数であり、必要な駆動特性を得るために、どのような周波数の駆動信号を圧電素子３０，３１に印加するかを決める設計事項において重要な値となる。本実施形態では、図１５に示すように、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数の間のある値ｆｓの周波数を駆動信号の周波数として採用し、当該周波数の駆動信号を圧電素子３０，３１に供給するといった駆動を行う。
【００５０】
以下、図１４を参照しながら圧電アクチュエータＡの駆動構成について説明する。
同図に示すように、駆動回路５００は、午前０時検出手段５０１と、制御回路５０３と、日送り検出手段５０２と発振回路５０４とを備えている。午前０時検出手段５０１は、ムーブメント７３（図２参照）に組み込まれた機械的なスイッチであり、午前０時になると、制御信号を出制御回路５０３に出力する。また、日送り検出手段５０２は、上述した板バネ６４と接触子６５（図１参照）を主要部とするものであり、板バネ６４と接触子６５が接触する、即ち日送り終了を検出すると制御信号を制御回路５０３に出力する。
【００５１】
制御回路５０３は、午前０時検出手段５０１から供給される制御信号と日送り検出手段５０２から供給される制御信号とに基づいて、発振制御信号を発振回路５０４に出力する。ここで、発振制御信号は午前０時検出手段５０１によって午前０時が検出された時点でローレベルからハイレベルに立ち上がり、この後日送り検出手段５０２によって日送り終了が検出されるとハイレベルからローレベルに立ち下がる。
【００５２】
発振回路５０４は、発振周波数が図１５に例示する振動板１０の縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数の間の設計された値ｆｓとなるように構成されている。なお、発振回路５０４は、例えば、コルピッツ型の形式で構成すればよい。また、この発振回路５０４への給電は発振制御信号によって制御されるようになっており、発振制御信号がハイレベルのとき給電され、ローレベルのとき給電が停止されるようになっている。
【００５３】
上述したように日回し中間車４０は１日に１回転するが、その期間は午前０時から開始する限られた時間である。従って、発振回路５０４は当該期間のみ発振していれば足りる。この例の駆動回路５００にあっては、発振回路５０４への給電を発振制御信号によって制御することにより、日回し中間車４０を回動させる必要のない期間は、発振回路５０４の動作を完全に停止させている。従って、発振回路５０４の消費電力を削減することができる。
【００５４】
上述したように発振回路５０４によって発振された周波数（縦振動の共振周波数と屈曲振動の周波数の間の周波数）の駆動信号が電極３３，３３を介して圧電素子３０，３１に供給される。
【００５５】
Ｅ．カレンダ表示機構の動作
次に、上記構成の圧電アクチュエータＡを備えたカレンダ表示機構の自動更新動作について図１、図３、図４および図１４を参照しつつ説明する。各日において午前０時になると、午前０時検出手段５０１によって午前０時になったことが検出され、制御回路５０３から発振制御信号が発振回路５０４に出力される。これにより、駆動周波数ｆｓ（図１３参照）の駆動信号が電極３３，３３を介して圧電素子３０，３１に供給される。
【００５６】
駆動回路５００からの駆動信号が電極３３，３３に印加されると、圧電素子３０，３１が伸縮によって撓み振動し、振動板１０が縦振動する。
この際、上述したように圧電素子３０，３１の分極方向を同一となるようにした場合には、上面、中央、下面の電位が各々＋Ｖ、０、−Ｖ（もしくは−Ｖ、０、＋Ｖ）となるように電圧を印加する。また、圧電素子３０，３１の分極方向が逆の場合には、上面、中央、下面の電位が各々＋Ｖ、０、＋Ｖ（もしくは−Ｖ、０、−Ｖ）となるように電圧を印加する（図９参照）。
そして、振動板１０がその長手方向に電気的に励振（縦振動）されると、振動板１０の重量および剛性のアンバランスさによって機械的に屈曲振動が誘発される。そして、縦振動と屈曲振動が合わさることにより、突起部３６が楕円軌道に沿って変位し、ロータ１００を駆動する。
【００５７】
このように駆動回路５００によって圧電アクチュエータＡが駆動されることにより、ロータ１００が図４中時計回り方向に回転し、これに伴って日回し中間車４０が反時計回り方向に回転を開始する。
【００５８】
ここで、駆動回路５００は、図１に示す板バネ６４と接触子６５が接触した時に駆動信号の供給を停止するように構成されている。板バネ６４と接触子６５とが接触する状態では先端部６４ａが切欠部４ｃに入り込んでいる。従って、日回し中間車４０は、そのような状態から回転を開始する。
【００５９】
日回し車６０は板バネ６３によって時計回り方向に付勢されているため、小径部４ａは日回し車６０の歯６ａ，６ｂに摺動しつつ回転することになる。その途中で切欠部４ｃが日回し車６０の歯６ａの位置に達すると、歯６ａが切欠部４ｃと噛合する。
【００６０】
次に、日回し中間車４０が引き続き反時計回り方向に回動すると、日回し車６０は日回し中間車４０に連動して１歯分、即ち「１／５」周だけ時計回り方向に回動する。さらに、これに連動して、日車５０が時計回り方向に１歯分（１日分の日付範囲に相当する）だけ回動される。なお、月内の日数が「３１」に満たない月の最終日においては、上記動作が複数回繰返され、暦に基づく正しい日が日車５０によって表示されることになる。
【００６１】
そして、日回し中間車４０が引き続き反時計回り方向に回動して、切欠部４ｃが板バネ６４の先端部６４ａの位置に達すると、先端部６４ａが切欠部４ｃに入り込む。すると、板バネ６４と接触子６５とが接触して、駆動信号の供給が終了し、日回し中間車４０の回転が停止する。従って、日回し中間車４０は、１日に１回転することになる。
【００６２】
Ｆ．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態では、腕時計といった限られたスペースに設置可能な薄型の圧電アクチュエータＡを用いて高効率でカレンダ表示機構を駆動することができる。
また、圧電アクチュエータＡの振動板１０を構成する補強板３２は、圧電素子３０，３１の有する剛性に近づけるために、支持部材１１に取り付けられる固定部３２ａに対して対称形となるアーム部３２ｂおよび可動部３２ｃを具備している。このため、補強板３２は、振動板１０に発生する縦振動および屈曲振動を妨げ難くして、その振幅を大きくすることができる。この結果、エネルギーの伝達を効率良く行う圧電アクチュエータＡを実現することが可能となり、圧電アクチュエータＡは、安定した駆動制御を行うことができる。
【００６３】
Ｇ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の変形が可能である。
【００６４】
（変形例１）
上述した実施形態においては、振動板１０の補強板３２を図６に示すように形成したが、本発明をこれに限らず、次のような種々の形状に形成してもよい。
１−▲１▼、図１５に示す例は、アーム部３２ｂを湾曲状でなく、固定部３２ａから斜めに延びるアーム部３２ｂ´としたものである。
１−▲２▼、図１６に示す例は、各アーム部３２ｂの起端側から振動板１０の長手方向に延びる補強部３２ｄを形成したものである。
１−▲３▼、図１７に示す例は、変形例１−▲１▼において、各アーム部３２ｂ´の起端側からアーム部３２ｂ´の反対方向に延びる補強板３２ｅを形成したものである。
１−▲４▼、図１８に示す例は、変形例１−▲１▼において、各アーム部３２ｂ´の起端側からアーム部３２ｂ´の反対方向に延びる補強板３２ｅと、アーム部３２ｂ´と同じ方向に延びる補強板３２ｆを形成したものである。
１−▲５▼、図１９に示す例は、各アーム部３２ｂの先端を可動部３２ｃ´の途中で繋ぎ、アーム部３２ｂの先端を略「Ｔ」字状に形成したものである。
なお、１−▲２▼〜１−▲４▼における補強部は、長方形の補強部に比べ、振動板１０の厚さ方向の強度が低下した分を補うために形成されたもので、振動板１０の厚さ方向への変位を補強するものである。
また、補強板３２の形状は上記のものに限らず、補強板３２の有する剛性の強さを圧電素子３０，３１の有する剛性の強さ以上で、この剛性の強さに近づける形状であればよい。
【００６５】
（変形例２）
上述した実施形態による振動板１０は、補強板３２に対して圧電素子３０，３１を接着剤によって全面接着した積層構造としているが、本発明はこれに限らず、以下のような接着状態であってもよい。
２−▲１▼、図２０に示す例は、１−▲２▼（図１６）に示した補強板３２において、接着剤が貼付される部分を、補強部３２ｄを除いた固定部３２ａ、アーム部３２ｂおよび可動部３２ｃとしたものである。
しかも、補強部３２ｄは、図２２（図２０中の矢印ａ−ａから見た拡大断面図）に示すように、圧電素子３０，３１との間に、接着剤による接着層ｓの厚さ分だけ隙間が形成される。また、補強部３２ｄは、プレスによって薄く形成してもよい。
これにより、補強部３２ｄは、振動板１０の縦振動および屈曲振動の妨げとならずに、圧電素子３０，３１が厚さ方向に変位するのを防止することができる。
２−▲２▼、図２３に示す例は、１−▲２▼（図１６）に示した補強板３２において、接着剤が貼付される部分を、補強部３２ｄおよびアーム部３２ｂを除いた固定部３２ａおよび可動部３２ｃとしたものである。
このように、圧電素子３０，３１と補強板３２とが接着される面積を少なくすることにより、振動板１０の縦振動および屈曲振動の妨げを抑制する。
また、圧電素子３０，３１の両端に位置した可動部３２ｃのみを圧電素子３０，３１に接着するようにしてもよい。
【００６６】
（変形例３）
前述した実施形態および変形例１，２においては、補強板３２の有する剛性を圧電素子３０，３１の有する剛性以上で、この剛性に近づけるようにするために、補強板３２の形状を長方形から切り取った形状としたが、本発明はこれに限らず、図２４に示すように、補強板３２´の材料をステンレス材から超々ジュラルミン（７０７５等）としてもよい。
この材料は、ヤング率が７５００ｋｇ／ｍｍ^２であり、圧電素子３０，３１のヤング率７０００ｋｇ／ｍｍ^２にちかくなるため、軟らかく摩耗し易い反面、振動板１０を伸縮し易くすることが可能となる。
また、補強板３２´の材料を軟らかくしたため、突起部３６´は、同部材で形成することは圧電アクチュエータＡの耐寿命の上から好ましくないため、この突起部３６´は、硬度の比較的高いルビーやセラミックによって形成すればよい。
さらに、突起部３６´は、硬度の高い材料で形成するのみでなく、硬化処理を施すことによって形成してもよい。
具体的には、硬化処理としては、無電界ニッケルメッキ後にメッキ硬化処理（例えば２８０℃で１時間アニーリングする等の処理）、アルマイト処理、窒化処理等があるが、超々ジュラルミンの場合には、無電界ニッケルメッキ後＋メッキ硬化処理が最良である。
【００６７】
（変形例４）
また、上述した実施形態では、縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも若干小さいといった特性を有する振動板１０を用いた場合について説明したが、振動板１０の寸法によっては縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも若干大きくなる場合もある。このような特性を有する振動板１０を採用した場合、振動板１０の変位による突起部３６の楕円軌道が逆方向となり、ロータ１００を駆動する方向が図４中反時計回り（上記実施形態とは逆方向）となる。このため、このような特性の振動板１０を採用する場合には、ロータ１００と振動板１０の位置関係を必要な駆動方向に応じて上記実施形態から変更する必要がある。
【００６８】
（変形例５）
また、上述した実施形態では、矩形状の振動板１０を用いるようにしていたが、振動板１０の形状は矩形状に限るものではなく、長手方向を有する形状であればよく、例えば台形状、平行四辺形状、ひし形状、三角形状等の様々な形状のものを用いることができる。
【００６９】
（変形例６）
また、上述した実施形態では、圧電アクチュエータＡを腕時計に搭載されるカレンダ表示機構の駆動源として採用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の種類の機器、例えば玩具などのアミューズメント機器の駆動機構や小型送風機の駆動機構に適用することが可能である。また、上述したように圧電アクチュエータＡは、薄型化、小型化が可能であり、かつ高効率での駆動が可能であるため、電池駆動される携帯機器等に搭載するアクチュエータとして好適である。
【００７０】
（変形例７）
また、上述した実施形態では、振動板１０が振動することにより、突起部３６に当接しているロータ１００を回転駆動する場合を例示したが、これに限らず、駆動対象を直線状に駆動するリニアアクチュエータに本発明を適用することも可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型・薄型化が可能な構成でありながら、高効率かつ安定した駆動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る腕時計におけるカレンダ表示機構の主要部の構成を示す平面図である。
【図２】前記腕時計の概略構成を示す側断面図である。
【図３】前記カレンダ表示機構の主要部を示す断面図である。
【図４】前記カレンダ表示機構の構成要素である圧電アクチュエータの構成を示す平面図である。
【図５】前記圧電アクチュエータの構成要素である振動板を示す断面図である。
【図６】前記振動板の補強板を示す平面図である。
【図７】図６の補強板に圧電素子を積層した状態を側面から示す図である。
【図８】前記振動板の圧電素子の面上に形成される電極部を示した図である。
【図９】前記振動板の圧電素子に電圧を印加する際の概略の駆動構成を示す図である。
【図１０】前記振動板が縦振動する様子を模式的に示す図である。
【図１１】前記振動板が屈曲振動する様子を模式的に示す図である。
【図１２】前記振動板の振動時における突起部の軌道を説明するための図である。
【図１３】前記振動板の振動周波数とインピーダンスとの関係の一例を示すグラフである。
【図１４】圧電アクチュエータに駆動信号を供給する駆動回路の構成を示す図である。
【図１５】変形例１−▲１▼による補強板を示す平面図である。
【図１６】変形例１−▲２▼による補強板を示す平面図である。
【図１７】変形例１−▲３▼による補強板を示す平面図である。
【図１８】変形例１−▲４▼による補強板を示す平面図である。
【図１９】変形例１−▲５▼による補強板を示す平面図である。
【図２０】変形例２−▲１▼による補強板を示す平面図である。
【図２１】図２０の補強板に圧電素子を積層した状態を側面から示す図である。
【図２２】図２０中の矢印ａ−ａから見た拡大断面図である。
【図２３】変形例２−▲１▼による補強板を示す平面図である。
【図２４】変形例３による補強板を示す平面図である。
【符号の説明】
１０・・・振動板
１１・・・支持部材
３０，３１・・・圧電素子
３２、３２´・・・補強板
３２ａ・・・固定部
３２ｂ、３２ｂ´・・・アーム部
３２ｃ、３２ｃ´・・・可動部
３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ・・・補強部
３３・・・電極
３６、３６´・・・突起部
５０・・・振動補助部
１００・・・ロータ
１０３・・・地板
５００・・・駆動回路
Ａ……圧電アクチュエータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator having a piezoelectric element, a timepiece including the piezoelectric actuator, and a portable device.
[0002]
[Prior art]
Since piezoelectric elements are excellent in conversion efficiency from electrical energy to mechanical energy and responsiveness, various piezoelectric actuators utilizing the piezoelectric effect of piezoelectric elements have been developed in recent years. This piezoelectric actuator is applied to fields such as a piezoelectric buzzer, an inkjet head of a printer, or an ultrasonic motor.
[0003]
The displacement of the piezoelectric element is very small, depending on the voltage value of the supplied drive signal, and is usually about submicron. For this reason, the displacement is amplified by some kind of amplification mechanism and transmitted to the drive target. However, when the amplification mechanism is used, there is a problem that energy is consumed to move itself and energy efficiency is lowered, and there is a problem that the size of the apparatus is increased. In addition, when an amplification mechanism is used, it may be difficult to transmit a stable driving force to a driving target.
[0004]
In addition, since a small portable device such as a wristwatch is driven by a battery, it is necessary to reduce power consumption and a voltage value of a driving signal. When a piezoelectric actuator is incorporated in such a portable device, it is required to have a high energy efficiency and a low drive signal voltage value.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a clock or the like is provided with a calendar display mechanism for displaying days, days of the week, and the like. In general, this calendar display mechanism intermittently transmits the rotational driving force of an electromagnetic step motor to a date wheel or the like via a wheel train for moving the date wheel to drive the date wheel.
On the other hand, wristwatches are carried around a wrist by wrapping a belt around them. Therefore, there has been a long-standing demand for thinning for convenience of carrying. In order to reduce the thickness, it is necessary to reduce the thickness of the calendar display mechanism. However, since the step motor is constructed by incorporating components such as a coil and a rotor in the out-of-plane direction, there is a limit to reducing the thickness thereof. For this reason, the conventional calendar display mechanism using a step motor has a problem that it is not suitable for a wristwatch that requires a reduction in thickness.
[0006]
In particular, in order to share a mechanical system (so-called movement) that moves hands between a timepiece having a calendar display mechanism and a timepiece not having such a mechanism, the calendar display mechanism is arranged on the dial side. There is a need. However, when an electromagnetic stepping motor is used as the drive source of the calendar display mechanism, it is difficult to make it thin enough to be placed on the dial side. For this reason, a conventional wristwatch needs to be manufactured by separately designing a mechanical system for moving hands depending on the presence or absence of a calendar display mechanism, which has been a problem in improving productivity.
[0007]
Therefore, as a highly efficient actuator that can be mounted on a small device, a piezoelectric element can be expanded and contracted in the longitudinal direction by applying a drive signal to a diaphragm composed of a thin rectangular piezoelectric element. There has been proposed a piezoelectric actuator that excites longitudinal vibration and mechanically induces bending vibration by the longitudinal vibration.
In such a piezoelectric actuator, both longitudinal vibration and bending vibration are generated in the vibration plate, thereby moving the portion of the piezoelectric actuator that contacts the drive target in an elliptical orbit. As a result, this piezoelectric actuator achieves high-efficiency driving while having a small and thin configuration.
[0008]
However, as described above, in a piezoelectric actuator that electrically excites longitudinal vibration with respect to the diaphragm and mechanically induces bending vibration by the longitudinal vibration, by applying a drive signal, the piezoelectric element expands and contracts. The generated longitudinal vibration can be controlled relatively easily by controlling the voltage value of the drive signal, but the bending vibration induced according to the mechanical characteristics of the diaphragm can be controlled easily and accurately. Have difficulty. For this reason, it is conceivable that the stability as a product is lacking, such as bending vibration induced due to variations in the processing accuracy of the diaphragm.
[0009]
In addition, the bending vibration or the like is determined by mechanical characteristics determined by the shape of the diaphragm and the like, and it is not possible to obtain the bending vibration having a larger amplitude under the mechanical conditions such as the determined shape.
That is, the diaphragm has a laminated structure of a piezoelectric element and a reinforcing plate that reinforces the piezoelectric element. The purpose of the reinforcing plate is to suppress displacement of the piezoelectric element in the thickness direction. For this reason, the reinforcing plate is made of a material that is hard to some extent. For example, SUS301EH is used as the reinforcing plate used in the current piezoelectric actuator, and the Young's modulus of the reinforcing plate is about 17500 kg / mm. ² It has become.
However, in the piezoelectric actuator using this reinforcing plate, the Young's modulus of the piezoelectric element (7000 kg / mm ² ), The Young's modulus of the reinforcing plate is considerably larger. For this reason, the reinforcing plate hinders longitudinal vibration and bending vibration generated in the diaphragm. Thereby, the rigidity of the reinforcing plate is one of the incentives for not obtaining a bending vibration having a large amplitude.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and has a structure that can be reduced in size and thickness, and can perform highly efficient and stable driving, a timepiece including the same, and a portable phone The purpose is to provide equipment.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a piezoelectric actuator according to the present invention includes a diaphragm in which a plate-like piezoelectric element and a reinforcing plate are laminated, a support member that supports the diaphragm, and one end in the longitudinal direction of the diaphragm. It is provided on the side and comes into contact with the drive target protrusion And by causing the piezoelectric element to expand and contract by supplying a drive signal, the vibration plate generates longitudinal vibration that expands and contracts in the longitudinal direction and bending vibration that swings in the width direction perpendicular to the longitudinal direction. The aforementioned vibration protrusion The drive object is driven by the displacement of The reinforcing plate has a higher Young's modulus than the piezoelectric element, and the area where the reinforcing plate and the piezoelectric element are in contact with each other is smaller than the area of the piezoelectric element. A piezoelectric actuator, The shape of the reinforcing plate is a fixed portion that is fixed to the support member and is located at a node of the longitudinal vibration, and a pair of arms that extend from the fixed portion in the longitudinal direction of the diaphragm with a narrower width than the diaphragm. And a movable part formed at the distal ends of the pair of arm parts and extending in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction, the movable part being disposed on both ends of the piezoelectric element with respect to the longitudinal direction Has been It is characterized by that.
[0012]
According to this configuration, the piezoelectric element expands and contracts by the supplied drive signal, and longitudinal vibration along the longitudinal direction is excited on the diaphragm, and bending vibration is induced along with this longitudinal vibration. Further, the reinforcing plate makes it difficult to prevent longitudinal vibration and bending vibration by the reinforcing plate by bringing the rigidity of the reinforcing plate close to the rigidity of the piezoelectric element. As a result, the amplitude of the bending vibration is increased.
Further, in this configuration, since it is not necessary to adopt a structure in which various members are stacked in the thickness direction, it is easy to reduce the size and thickness.
[0015]
Further, in the above configuration, the fixing portion may be formed with a reinforcing portion having a starting end formed in the fixing portion and a tip extending toward the arm portion side.
[0016]
In the above configuration, the fixed portion, the arm portion and the movable portion of the reinforcing plate may be bonded and fixed to the piezoelectric element, and the fixed portion and the movable portion of the reinforcing plate, The piezoelectric element may be bonded and fixed.
[0018]
Moreover, the said structure WHEREIN: The said contact part may be integrally formed in the said reinforcement board.
[0019]
Moreover, the said structure WHEREIN: The said contact part may be formed with the hardening member, and may be provided in the said reinforcement board.
[0020]
Moreover, the said structure WHEREIN: The said contact part may be hardened | cured and may be integrally formed in the said reinforcement board.
[0021]
A timepiece according to the present invention includes the piezoelectric actuator having the above-described configuration,
A drive circuit for supplying the drive signal to the piezoelectric element;
A power supply for supplying power to the drive circuit;
It is characterized by comprising.
[0022]
A portable device according to the present invention includes a piezoelectric actuator having the above-described configuration,
A drive circuit for supplying the drive signal to the piezoelectric element;
And a power supply for supplying power to the driving circuit.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a wristwatch provided with a calendar display mechanism driven by a piezoelectric actuator according to the present invention is illustrated.
A. overall structure
First, FIG. 1 is a plan view showing a main configuration of a calendar display mechanism incorporating a piezoelectric actuator in a wristwatch according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the piezoelectric actuator A includes a diaphragm 10 that expands and contracts in an in-plane direction (a direction parallel to the drawing sheet). Further, the rotor 100 to be driven is rotatably supported by the base plate (support body) 103 and is disposed at a position in contact with the diaphragm 10. When the outer peripheral surface of the rotor 100 is hit by vibration generated in the diaphragm 10, It is driven to rotate in the direction indicated by the arrow in the figure.
[0024]
Next, the calendar display mechanism is connected to the piezoelectric actuator A via the rotor 100 and is driven by the driving force of the rotor 100. The main part of the calendar display mechanism is roughly constituted by a speed reduction wheel train that decelerates the rotation of the rotor 100 and a ring-shaped date wheel 50. The speed reduction wheel train includes a date turning intermediate wheel 40 and a date turning wheel 60.
[0025]
Here, when the diaphragm 10 vibrates in the in-plane direction as described above, the rotor 100 in contact with the diaphragm 10 is rotated clockwise. The rotation of the rotor 100 is transmitted to the date indicator driving wheel 60 through the date indicator driving intermediate wheel 40, and the date indicator driving wheel 60 rotates the date indicator 50 in the clockwise direction. Thus, transmission of force from the diaphragm 10 to the rotor 100, from the rotor 100 to the speed reduction wheel train, and from the speed reduction wheel train to the date indicator 50 is performed in the in-plane direction. For this reason, the calendar display mechanism can be thinned.
[0026]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a timepiece according to one embodiment of the present invention. In the figure, the calendar display mechanism provided with the piezoelectric actuator A described above is incorporated in the mesh portion, and the thickness D into which the calendar display mechanism is incorporated is extremely thin in order to make the entire timepiece thin. A disk-shaped dial 70 is provided on the upper side of the calendar display mechanism. A window portion 71 for displaying the date is provided in a part of the outer peripheral portion of the dial plate 70 so that the date of the date indicator 50 can be seen from the window portion 71. A movement 73 for driving the hands 72 and a drive circuit (not shown) to be described later are provided below the dial 70.
[0027]
In the above configuration, the piezoelectric actuator A has a configuration in which the diaphragm 10 and the rotor 100 are arranged in the same plane, instead of stacking coils and rotors in the thickness direction as in a conventional step motor. For this reason, the structure is formed thinner than a step motor or the like. Thus, by reducing the thickness of the calendar display mechanism, the thickness of the entire timepiece can be reduced.
For example, various wristwatches having a power generation function have been proposed recently, and such wristwatches must be equipped with at least two large components such as a power generation mechanism and a motor mechanism for driving a needle. Thus, it can be said that the merit of being able to reduce the thickness of the calendar display mechanism is great.
Furthermore, the movement 73 can be shared between a timepiece having a calendar display mechanism and a timepiece having no calendar display mechanism, and the productivity of these timepieces is increased by sharing equipment and reducing the number of design steps. It becomes possible.
[0028]
B. Configuration of calendar display mechanism
Next, the configuration of the calendar display mechanism will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 3 which is a sectional view thereof. In the figure, a base plate 103 is a first bottom plate for arranging each component, and a bottom plate 103 ′ is a second bottom plate having a partial step with respect to the bottom plate 103.
[0029]
Above the rotor 100 that is rotationally driven by the piezoelectric actuator A, a gear 100 c that is coaxial with the rotor 100 and rotated by the rotor 100 is provided. The intermediate date wheel 40 is composed of a large-diameter portion 4b and a small-diameter portion 4a that is fixed so as to be concentric with the large-diameter portion 4b and slightly smaller in diameter than the large-diameter portion 4b. With the rotation, the large-diameter portion 4b that meshes with the gear 100c is rotated so that the intermediate wheel 40 is rotated. The peripheral surface of the small diameter portion 4a is cut out in a substantially square shape, and a cutout portion 4c is formed.
[0030]
A shaft 41 of the date driving intermediate wheel 40 is formed on the bottom plate 103 ′, and a bearing (not shown) connected to the shaft 41 is formed inside the date driving intermediate wheel 40. Therefore, the date driving intermediate wheel 40 is provided to be rotatable with respect to the bottom plate 103 ′. The rotor 100 also has a bearing (not shown) inside and is rotatably supported with respect to the main plate 103.
[0031]
Next, the date dial 50 has a ring shape, and an internal gear 5a is formed on the inner peripheral surface thereof. The date driving wheel 60 has a five-tooth gear and meshes with the internal gear 5a. A shaft 61 is provided at the center of the date driving wheel 60 and rotatably supports the date driving wheel 60. The shaft 61 is loosely inserted into a through hole 62 formed in the bottom plate 103 ′. The through hole 62 is formed long along the circumferential direction of the date dial 50.
[0032]
Next, one end of the plate spring 63 is fixed to the bottom plate 103 ', and the other end presses the shaft 61 in the upper right direction in FIG. As a result, the leaf spring 63 biases the shaft 61 and the date driving wheel 60. Further, the biasing action of the leaf spring 63 eliminates the rattling of the date wheel 50 and prevents the date display from shifting.
[0033]
Next, one end of the leaf spring 64 is screwed to the bottom plate 103 ′, and the other end is formed with a leading end portion 64 a bent in a substantially V shape. Further, the contact 65 is arranged so as to come into contact with the leaf spring 64 when the intermediate date wheel 40 rotates and the front end 64a enters the notch 4c. A predetermined voltage is applied to the leaf spring 64, and when the contact is made with the contact 65, the voltage is also applied to the contact 65. Therefore, the date feeding state can be detected by detecting the voltage of the contact 65. Note that a manually driven vehicle that meshes with the internal gear 5a may be provided, and the date indicator 50 may be driven when the user performs a predetermined operation on the crown (not shown).
[0034]
C. Configuration of piezoelectric actuator
Next, the piezoelectric actuator A according to this embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the piezoelectric actuator A includes a long plate-like diaphragm 10 that is long in the left-right direction of the drawing, and a support member that supports the diaphragm 10 on a ground plate 103 (see FIGS. 1 and 3). 11.
[0035]
At one end portion 35 in the longitudinal direction of the vibration plate 10, a projection 36 projects toward the rotor 100, and the projection 36 is pressed against the outer peripheral surface of the rotor 100 by a spring member 300 or the like described later. In contact.
In this way, by providing the protrusion 36, it is only necessary to perform polishing or the like on the protrusion 36 in order to maintain the state of the contact surface with the rotor 100, etc. Management becomes easy. In addition, as the protrusion 36, a conductor or a non-conductor can be used. However, if the protrusion 36 is formed of a non-conductor, the piezoelectric element 30, 31 can be prevented from being short-circuited.
[0036]
Further, as shown in the figure, in the present embodiment, the protruding portion 36 has a curved shape protruding toward the rotor 100 when viewed from a direction perpendicular to the drawing sheet. By forming the protrusion 36 that contacts the rotor 100 in a curved shape in this way, the outer peripheral surface of the rotor 100 that is a curved surface even when the positional relationship between the rotor 100 and the diaphragm 10 varies due to dimensional variation or the like. And the curved projection portion 36 do not change so much. Therefore, the contact between the rotor 100 and the protrusion 36 is maintained in a stable state.
[0037]
One end portion 37 of a substantially L-shaped support member 11 is attached in the vicinity of the center portion in the longitudinal direction of the diaphragm 10. The support member 11 is bent from the one end portion 37 toward the rotor 100 from a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the diaphragm 10, and the other end portion 38 of the bent support member 11 is bent by the shaft portion 39. (See FIG. 1). That is, since the support member 11 is freely rotatable about the shaft portion 39, the diaphragm 10 can be pressed against the rotor 100 with a desired pressing force by the spring member 300. Further, the support member 11 is formed integrally with a later-described reinforcing plate 32 constituting the diaphragm 10.
[0038]
One end 300 a of the spring member 300 is engaged with a portion 11 a that extends substantially parallel to the longitudinal direction of the diaphragm 10 in the support member 11. The spring member 300 is rotatably supported on the ground plate 103 (see FIGS. 1 and 3) by its pins 300b. Moreover, although the other end part 300c is engaged with the main plate 103, the pressing force to be applied to the support member 11 can be changed depending on the position of the other end part 300c. Specifically, if the other end portion 300c is displaced clockwise around the pin 300b in the drawing, the force with which the one end portion 300a of the spring member 300 presses the portion 11a of the support member 11 upward increases. If the other end portion 300c is displaced counterclockwise, the pressing force is reduced. Here, by adjusting the position of the other end portion 300c, it is possible to adjust the pressing force applied by the projection 36 to the rotor 100, thereby enabling adjustment of the driving characteristics of the piezoelectric actuator A and the like.
[0039]
As shown in FIG. 5, the diaphragm 10 has a reinforcing plate 32, such as stainless steel, which is thinner than the piezoelectric elements 30 and 31, bonded between the two rectangular piezoelectric elements 30 and 31 with an adhesive. It has a laminated structure. In this way, by disposing the reinforcing plate 32 between the piezoelectric elements 30 and 31, damage to the diaphragm 10 due to an external impact force due to overamplitude or dropping of the diaphragm 10 is reduced, and durability is improved. Has improved. Further, by using a reinforcing plate 32 that is thinner than the piezoelectric elements 30 and 31, the vibration of the piezoelectric elements 30 and 31 is prevented as much as possible. Further, since the support member 11 is integrally formed with the reinforcing plate 32, the manufacturing process can be simplified.
[0040]
Here, the shape of the reinforcing plate 32 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
FIG. 6 is a plan view of the reinforcing plate 32, and FIG. 7 is a side view in which the piezoelectric elements 30 and 31 are stacked on the reinforcing plate of FIG.
The reinforcing plate 32 includes a fixed portion 32a in which the support member 11 is integrally formed, a pair of arm portions 32b that are curved and extend from both sides of the fixed portion 32a toward the longitudinal direction of the vibration plate 10, and these The movable portion 32c is formed at the tip of the arm portion 32b and extends in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction. And the protrusion part 36 is formed in the front-end | tip part of one movable part 32c, and the balance part 18 is formed in the front-end | tip part of the other movable part 32c. Further, since the support member 11 is formed integrally with the fixed portion 32a, the fixed portion 32a becomes a node of longitudinal vibration described later.
[0041]
The reinforcing plate 32 in this shape has a Young's modulus of about 17500 kg / mm. ² Even when the SUS301EH having the above is used, the rigidity is lowered by the amount of the shaving from the rectangle leaving the fixed portion 32a, the arm portion 32b, and the movable portion 32c. The rigidity of the reinforcing plate 32 is lower than that of a rectangular reinforcing plate that has not been cut, and can be brought close to a range that does not become lower than the rigidity of the piezoelectric elements 30 and 31. The reinforcing plate 32 has an arm portion 32b and a movable portion 32c that are symmetrical about the fixed portion 32a. For this reason, the reinforcing plate 32 is more likely to generate longitudinal vibration and bending vibration with respect to the longitudinal direction of the diaphragm 10 than in the case where the reinforcing plate 32 has a rectangular shape substantially the same as the piezoelectric elements 30 and 31.
[0042]
As shown in FIG. 8, electrodes 33 are disposed on the surfaces of the piezoelectric elements 30 and 31 disposed above and below the diaphragm 10 so as to cover almost the entire surface of the piezoelectric elements 30 and 31. A drive signal is supplied from the drive circuit 500 to the piezoelectric elements 30 and 31 via these electrodes 33.
Here, as the piezoelectric elements 30 and 31, lead zirconate titanate (PZT (trademark)), crystal, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, polyvinylidene fluoride, lead zinc niobate, Various materials such as lead scandium niobate can be used. Here, the composition formula of lead zinc niobate is [Pb (Zn _1/3 -Nb _2/3 ) O _Three ) _1-X (PbTiO _Three ) _X (Where X varies depending on the composition, and X = 0.09), and the composition formula of lead scandium niobate is [{Pb ((Sc _1/2 -Nb _1/2 ) _1-X Ti _X ) O _Three ] (Where X varies depending on the composition, and X = 0.09).
[0043]
When the polarization directions of the piezoelectric elements 30 and 31 are reversed, for example, as shown in FIG. 9, the potentials of the upper surface, the center, and the lower surface are + V, 0, and + V (or −V, 0, and −V), respectively. When a drive signal is applied from the drive circuit 500, the plate-like piezoelectric element is displaced so as to expand and contract. Therefore, in this embodiment, such displacement due to expansion and contraction is used for vibration. When the polarization directions of the piezoelectric elements 30 and 31 are the same, a voltage is applied so that the potentials of the upper surface, the center, and the lower surface are + V, 0, and −V (or −V, 0, and + V), respectively. do it.
[0044]
When the AC drive signal is applied to the piezoelectric elements 30 and 31 from the drive circuit 500 via the electrodes 33 and 33, the diaphragm 10 configured in this manner expands and contracts in the longitudinal direction. Vibration occurs. At that time, as shown in FIG. 10, the piezoelectric elements 30 and 31 expand and contract in the longitudinal direction, so that the diaphragm 10 vibrates by longitudinal vibration that expands and contracts in the longitudinal direction. It will vibrate in the direction shown by the arrow in FIG. When the diaphragm 10 is electrically excited by longitudinal vibration by applying the drive signal to the piezoelectric elements 30 and 31 as described above, the center of gravity of the diaphragm 10 is rotated by the imbalance between the weight and rigidity of the diaphragm 10. A moment is generated. As shown in FIG. 11, this rotational moment induces a bending vibration that causes the diaphragm 10 to swing in the width direction (vertical direction in FIG. 4). In the present embodiment, in order to induce a larger flexural vibration, a larger rotational moment is generated by providing the balance portion 18 at the end portion 16 on the opposite side to the side on which the projection portion 36 of the diaphragm 10 is provided. I am doing so.
[0045]
Furthermore, in the piezoelectric actuator A in the present embodiment, the shape of the reinforcing plate 32 constituting the diaphragm 10 is configured by the fixed portion 32a, the arm portion 32b, and the movable portion 32c. Compared to the case of a rectangle having substantially the same shape as 31, the rigidity can be made closer to the rigidity of the piezoelectric elements 30 and 31. Thereby, the amplitude of the longitudinal vibration generated in the diaphragm 10 and the bending vibration induced by the longitudinal vibration can be increased.
[0046]
In this way, longitudinal vibration and bending vibration are generated in the vibration plate 10, and both are combined, so that the contact portion of the protrusion 36 of the vibration plate 10 with the rotor 100 is elliptical as shown in FIG. 12. It will move along the trajectory. The protrusion 36 draws an elliptical orbit so that when the protrusion 36 is in a swelled position on the rotor 100 side, the protrusion 36 is pressed against the rotor 100 while the protrusion 36 is on the rotor 100 side. When the protrusion 36 is in the position swollen from the position retracted, the protrusion 36 is separated from the rotor 100 (or the pressing force is reduced even if the protrusion 36 is in contact). Therefore, the piezoelectric actuator A rotationally drives the rotor 100 in the displacement direction of the protrusion 36 while the pressing force between the two is large, that is, when the protrusion 36 is in a position swelled to the rotor 100 side.
[0047]
D. Drive operation of piezoelectric actuator
Next, a configuration for driving the piezoelectric actuator A by applying a drive signal to the piezoelectric elements 30 and 31 of the piezoelectric actuator A incorporated in the calendar display mechanism will be described. In order to clarify the characteristics of the drive configuration. First, impedance characteristics of a mechanical structure such as the diaphragm 10 will be described.
[0048]
When the force is kept constant with respect to a mechanical structure such as the diaphragm 10 and the excitation frequency is gradually increased, the amplitude of the structure is the maximum value (that is, the impedance is a minimum value) at a specific frequency. Then, the response of becoming a minimum value (maximum value of impedance) is repeated. That is, there are a plurality of excitation frequencies at which the amplitude has a maximum value, and each such excitation frequency is referred to as a resonance frequency. The resonance frequency exists in each of the longitudinal vibration and the bending vibration, and in the case of a rectangular structure such as the diaphragm 10, the longitudinal, lateral, and thickness dimensions are set to predetermined ratios, and are illustrated in FIG. It has such a relationship between impedance and frequency.
[0049]
The resonance frequency of each vibration is a frequency at which the amplitude of each vibration is the largest, and a design matter that determines what frequency drive signal is applied to the piezoelectric elements 30 and 31 in order to obtain necessary drive characteristics. Is an important value. In this embodiment, as shown in FIG. 15, a frequency of a certain value fs between the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the bending vibration is adopted as the frequency of the drive signal, and the drive signal of the frequency is used as the piezoelectric element 30, The drive of supplying to 31 is performed.
[0050]
Hereinafter, the drive configuration of the piezoelectric actuator A will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, the drive circuit 500 includes an midnight detection unit 501, a control circuit 503, a date feed detection unit 502, and an oscillation circuit 504. The midnight detection means 501 is a mechanical switch incorporated in the movement 73 (see FIG. 2), and outputs a control signal to the output control circuit 503 at midnight. Further, the date feed detecting means 502 mainly includes the plate spring 64 and the contact 65 (see FIG. 1) described above. When the plate spring 64 and the contact 65 are in contact, that is, when the date feed end is detected. A control signal is output to the control circuit 503.
[0051]
The control circuit 503 outputs an oscillation control signal to the oscillation circuit 504 based on the control signal supplied from the midnight detection unit 501 and the control signal supplied from the date feed detection unit 502. Here, the oscillation control signal rises from the low level to the high level when midnight is detected by the midnight detection means 501, and then when the end of the date feed is detected by the date feed detection means 502, the oscillation control signal changes from the high level to the low level. Fall to the level.
[0052]
The oscillation circuit 504 is configured such that the oscillation frequency becomes a designed value fs between the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the bending vibration of the diaphragm 10 illustrated in FIG. Note that the oscillation circuit 504 may be configured in a Colpitts type, for example. The power supply to the oscillation circuit 504 is controlled by an oscillation control signal. The power supply is performed when the oscillation control signal is at a high level, and the power supply is stopped when the oscillation control signal is at a low level.
[0053]
As described above, the intermediate date wheel 40 rotates once per day, but this period is a limited time starting from midnight. Therefore, the oscillation circuit 504 only needs to oscillate only during the period. In the driving circuit 500 of this example, the operation of the oscillation circuit 504 is completely performed during the period when the date driving intermediate wheel 40 does not need to be rotated by controlling the power supply to the oscillation circuit 504 by the oscillation control signal. Stopped. Accordingly, power consumption of the oscillation circuit 504 can be reduced.
[0054]
As described above, a drive signal having a frequency oscillated by the oscillation circuit 504 (a frequency between the longitudinal vibration frequency and the bending vibration frequency) is supplied to the piezoelectric elements 30 and 31 via the electrodes 33 and 33.
[0055]
E. Operation of the calendar display mechanism
Next, the automatic update operation of the calendar display mechanism provided with the piezoelectric actuator A having the above configuration will be described with reference to FIGS. 1, 3, 4 and 14. FIG. At midnight on each day, it is detected by the midnight detection means 501 that midnight has been reached, and an oscillation control signal is output from the control circuit 503 to the oscillation circuit 504. As a result, a drive signal having a drive frequency fs (see FIG. 13) is supplied to the piezoelectric elements 30 and 31 via the electrodes 33 and 33.
[0056]
When a drive signal from the drive circuit 500 is applied to the electrodes 33 and 33, the piezoelectric elements 30 and 31 are bent and vibrated by expansion and contraction, and the diaphragm 10 is vibrated longitudinally.
At this time, when the polarization directions of the piezoelectric elements 30 and 31 are the same as described above, the potentials of the upper surface, the center, and the lower surface are + V, 0, and −V (or −V, 0, and + V), respectively. A voltage is applied so that When the polarization directions of the piezoelectric elements 30 and 31 are reversed, voltages are applied so that the potentials of the upper surface, the center, and the lower surface are + V, 0, and + V (or −V, 0, and −V), respectively ( (See FIG. 9).
When the vibration plate 10 is electrically excited in the longitudinal direction (longitudinal vibration), bending vibration is mechanically induced by the unbalance of the weight and rigidity of the vibration plate 10. Then, when the longitudinal vibration and the bending vibration are combined, the protrusion 36 is displaced along the elliptical orbit and drives the rotor 100.
[0057]
As the piezoelectric actuator A is driven by the drive circuit 500 in this manner, the rotor 100 rotates in the clockwise direction in FIG. 4, and accordingly, the intermediate date wheel 40 starts rotating in the counterclockwise direction.
[0058]
Here, the drive circuit 500 is configured to stop supplying the drive signal when the leaf spring 64 and the contact 65 shown in FIG. In a state where the leaf spring 64 and the contact 65 are in contact with each other, the tip end portion 64a enters the cutout portion 4c. Therefore, the date driving intermediate wheel 40 starts rotating from such a state.
[0059]
Since the date driving wheel 60 is urged clockwise by the leaf spring 63, the small diameter portion 4a rotates while sliding on the teeth 6a, 6b of the date driving wheel 60. On the way, when the notch 4c reaches the position of the tooth 6a of the date indicator driving wheel 60, the tooth 6a meshes with the notch 4c.
[0060]
Next, when the intermediate date wheel 40 continues to rotate counterclockwise, the intermediate date wheel 60 rotates in the clockwise direction by one tooth, that is, “1/5” lap in conjunction with the intermediate date wheel 40. Move. Further, in conjunction with this, the date dial 50 is rotated clockwise by one tooth (corresponding to a date range for one day). Note that, on the last day of the month in which the number of days in the month is less than “31”, the above operation is repeated a plurality of times, and the correct date based on the calendar is displayed by the date wheel 50.
[0061]
When the intermediate date wheel 40 continues to rotate counterclockwise and the notch 4c reaches the position of the tip 64a of the leaf spring 64, the tip 64a enters the notch 4c. Then, the leaf spring 64 and the contact 65 come into contact with each other, the supply of the drive signal is finished, and the rotation of the intermediate date wheel 40 is stopped. Therefore, the intermediate date wheel 40 rotates once per day.
[0062]
F. Effects of this embodiment
As described above, in this embodiment, the calendar display mechanism can be driven with high efficiency using the thin piezoelectric actuator A that can be installed in a limited space such as a wristwatch.
The reinforcing plate 32 constituting the diaphragm 10 of the piezoelectric actuator A has the piezoelectric elements 30 and 31. rigidity In order to make it close to the arm member 32b, the arm portion 32b and the movable portion 32c are symmetrical with respect to the fixed portion 32a attached to the support member 11. For this reason, the reinforcing plate 32 can prevent the longitudinal vibration and the bending vibration generated in the vibration plate 10 from being disturbed, and can increase the amplitude thereof. As a result, it is possible to realize the piezoelectric actuator A that efficiently transmits energy, and the piezoelectric actuator A can perform stable drive control.
[0063]
G. Modified example
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Various deformation | transformation which is illustrated below is possible.
[0064]
(Modification 1)
In the embodiment described above, the reinforcing plate 32 of the diaphragm 10 is formed as shown in FIG. 6, but the present invention is not limited to this, and may be formed in the following various shapes.
1- (1), the example shown in FIG. 15 is such that the arm portion 32b is not curved but is an arm portion 32b ′ extending obliquely from the fixed portion 32a.
1- (2), the example shown in FIG. 16 is formed with a reinforcing portion 32d extending in the longitudinal direction of the diaphragm 10 from the starting end side of each arm portion 32b.
1- (3), the example shown in FIG. 17 is obtained by forming a reinforcing plate 32e extending in the opposite direction of the arm portion 32b 'from the starting side of each arm portion 32b' in the modified example 1- (1). .
1- (4), the example shown in FIG. 18 is a modification 1- (1), in which the reinforcing plate 32e extending in the direction opposite to the arm portion 32b 'from the start side of each arm portion 32b' and the arm portion 32b ' The reinforcing plate 32f extending in the same direction is formed.
1- (5), the example shown in FIG. 19 is such that the tip of each arm portion 32b is connected in the middle of the movable portion 32c ′, and the tip of the arm portion 32b is formed in a substantially “T” shape.
The reinforcing portions in 1- (2) to 1- (4) are formed to compensate for the decrease in strength in the thickness direction of the diaphragm 10 compared to the rectangular reinforcing section. The displacement in the thickness direction of 10 is reinforced.
In addition, the shape of the reinforcing plate 32 is not limited to the above-described one, and any shape can be used as long as the strength of the rigidity of the reinforcing plate 32 is equal to or greater than the strength of the rigidity of the piezoelectric elements 30 and 31. Good.
[0065]
(Modification 2)
The diaphragm 10 according to the above-described embodiment has a laminated structure in which the piezoelectric elements 30 and 31 are bonded to the reinforcing plate 32 with an adhesive. However, the present invention is not limited to this, and the bonded state is as follows. May be.
2- (1) and FIG. 20 show an example in which the portion to which the adhesive is applied is fixed to the reinforcing plate 32 shown in 1- (2) (FIG. 16). The part 32b and the movable part 32c are used.
Moreover, as shown in FIG. 22 (enlarged cross-sectional view as seen from the arrow aa in FIG. 20), the reinforcing portion 32d is between the piezoelectric elements 30 and 31 and the thickness of the adhesive layer s by the adhesive. Only a gap is formed. The reinforcing portion 32d may be thinly formed by pressing.
Accordingly, the reinforcing portion 32d can prevent the piezoelectric elements 30 and 31 from being displaced in the thickness direction without hindering the longitudinal vibration and the bending vibration of the diaphragm 10.
2- (2), the example shown in FIG. 23 is the fixing plate 32 except for the reinforcing portion 32d and the arm portion 32b in the reinforcing plate 32 shown in 1- (2) (FIG. 16). The portion 32a and the movable portion 32c are used.
As described above, by reducing the area where the piezoelectric elements 30 and 31 and the reinforcing plate 32 are bonded, the obstruction of the longitudinal vibration and the bending vibration of the diaphragm 10 is suppressed.
Further, only the movable portions 32 c located at both ends of the piezoelectric elements 30 and 31 may be bonded to the piezoelectric elements 30 and 31.
[0066]
(Modification 3)
In the embodiment and the first and second modifications described above, the reinforcing plate 32 has. rigidity Of the piezoelectric elements 30 and 31 rigidity That's it for this rigidity However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 24, the material of the reinforcing plate 32 ′ is made of a super duralumin from a stainless material. (Such as 7075).
This material has a Young's modulus of 7500 kg / mm ² The Young's modulus of the piezoelectric elements 30 and 31 is 7000 kg / mm. ² Therefore, the diaphragm 10 can be easily expanded and contracted while being soft and easily worn.
Further, since the material of the reinforcing plate 32 ′ is softened, it is not preferable to form the protrusion 36 ′ with the same member from the viewpoint of the lifetime of the piezoelectric actuator A. Therefore, the protrusion 36 ′ has a relatively high hardness. It may be formed of ruby or ceramic.
Further, the protrusion 36 ′ may be formed not only by a material having high hardness but also by performing a curing process.
Specifically, the hardening treatment includes plating hardening treatment (for example, annealing at 280 ° C. for 1 hour), alumite treatment, nitriding treatment, etc. after electroless nickel plating. The best is post-nickel plating + plating cure.
[0067]
(Modification 4)
Further, in the above-described embodiment, the case where the diaphragm 10 having the characteristic that the resonance frequency of the longitudinal vibration is slightly smaller than the resonance frequency of the bending vibration has been described. In some cases, the frequency is slightly higher than the resonance frequency of the bending vibration. When the diaphragm 10 having such characteristics is employed, the elliptical orbit of the protrusion 36 due to the displacement of the diaphragm 10 is in the reverse direction, and the direction in which the rotor 100 is driven is counterclockwise in FIG. Reverse direction). For this reason, when the diaphragm 10 having such characteristics is employed, it is necessary to change the positional relationship between the rotor 100 and the diaphragm 10 from the above-described embodiment according to a required driving direction.
[0068]
(Modification 5)
In the above-described embodiment, the rectangular diaphragm 10 is used. However, the shape of the diaphragm 10 is not limited to the rectangular shape, and may be a shape having a longitudinal direction, for example, a trapezoidal shape, Various shapes such as a parallelogram shape, a rhombus shape, and a triangle shape can be used.
[0069]
(Modification 6)
In the above-described embodiment, the case where the piezoelectric actuator A is employed as a drive source of a calendar display mechanism mounted on a wristwatch has been described as an example, but the present invention is not limited to this, The present invention can be applied to various types of devices, for example, a driving mechanism of an amusement device such as a toy or a driving mechanism of a small blower. In addition, as described above, the piezoelectric actuator A can be reduced in thickness and size, and can be driven with high efficiency. Therefore, the piezoelectric actuator A is suitable as an actuator mounted on a battery-driven portable device or the like.
[0070]
(Modification 7)
Further, in the above-described embodiment, the case where the rotor 100 in contact with the protrusion 36 is rotationally driven by the vibration of the diaphragm 10 is illustrated. It is also possible to apply the present invention to a linear actuator.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, high-efficiency and stable driving can be performed while the configuration can be reduced in size and thickness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a main part of a calendar display mechanism in a wristwatch according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a schematic configuration of the wristwatch.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of the calendar display mechanism.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a piezoelectric actuator that is a component of the calendar display mechanism.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a diaphragm that is a component of the piezoelectric actuator.
FIG. 6 is a plan view showing a reinforcing plate of the diaphragm.
7 is a side view showing a state in which piezoelectric elements are stacked on the reinforcing plate of FIG.
FIG. 8 is a view showing an electrode portion formed on a surface of a piezoelectric element of the diaphragm.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic drive configuration when a voltage is applied to the piezoelectric element of the diaphragm.
FIG. 10 is a diagram schematically showing how the diaphragm vibrates longitudinally.
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a state in which the diaphragm is flexibly vibrated.
FIG. 12 is a diagram for explaining a trajectory of a protrusion during vibration of the diaphragm.
FIG. 13 is a graph showing an example of the relationship between the vibration frequency and impedance of the diaphragm.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a drive circuit that supplies a drive signal to a piezoelectric actuator.
FIG. 15 is a plan view showing a reinforcing plate according to Modification 1- (1).
FIG. 16 is a plan view showing a reinforcing plate according to Modification 1- (2).
FIG. 17 is a plan view showing a reinforcing plate according to Modification 1- (3).
FIG. 18 is a plan view showing a reinforcing plate according to modified example 1- (4).
FIG. 19 is a plan view showing a reinforcing plate according to Modification 1- (5).
FIG. 20 is a plan view showing a reinforcing plate according to Modified Example 2- (1).
21 is a side view showing a state in which piezoelectric elements are stacked on the reinforcing plate of FIG.
22 is an enlarged cross-sectional view as seen from an arrow aa in FIG. 20;
FIG. 23 is a plan view showing a reinforcing plate according to Modified Example 2- (1).
FIG. 24 is a plan view showing a reinforcing plate according to Modification 3.
[Explanation of symbols]
10 ... Diaphragm
11: Support member
30, 31 ... Piezoelectric element
32, 32 '... Reinforcing plate
32a ... fixed part
32b, 32b '... arm part
32c, 32c '... movable part
32d, 32e, 32f ... reinforcement part
33 ... Electrode
36, 36 '... projection
50 ... Vibration assisting part
100 ... Rotor
103 ... Ground plate
500 ... Drive circuit
A …… Piezoelectric actuator

Claims

A diaphragm in which a plate-like piezoelectric element and a reinforcing plate are laminated;
A support member for supporting the diaphragm;
A projection provided on one end side in the longitudinal direction of the diaphragm and contacting the driven object;
By extending and contracting the piezoelectric element by supplying a drive signal, longitudinal vibration that expands and contracts in the longitudinal direction and bending vibration that swings in the width direction orthogonal to the longitudinal direction are generated in the diaphragm, and the vibration accompanying the vibration is generated. Driving the drive object by the displacement of the protrusion ,
The reinforcing plate has a higher Young's modulus than the piezoelectric element, and the area where the reinforcing plate and the piezoelectric element are in contact is a piezoelectric actuator formed smaller than the area of the piezoelectric element ,
The shape of the reinforcing plate is
A fixing portion fixed to the support member and positioned at a node of the longitudinal vibration;
A pair of arm portions extending in the longitudinal direction of the diaphragm from the fixed portion with a narrower width than the diaphragm;
A movable portion formed at the tip of the pair of arm portions and extending in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction;
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the movable portion is disposed on both ends of the piezoelectric element with respect to the longitudinal direction .

The piezoelectric actuator according to claim 1 ,
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the fixed portion is formed with a reinforcing portion having a starting end formed on the fixed portion and a tip extending toward the arm portion.

The piezoelectric actuator according to claim 2 ,
Of the reinforcing plate, the fixed portion, the arm portion and the movable portion and the piezoelectric element are bonded and fixed.

The piezoelectric actuator according to claim 2 ,
Of the reinforcing plate, the fixed portion and the movable portion and the piezoelectric element are bonded and fixed.

The piezoelectric actuator according to claims 1 to 4,
The projecting portion is formed integrally with the reinforcing plate.

The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5 ,
The protrusion is formed of a curing member and provided on the reinforcing plate.

The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 5 ,
The piezoelectric actuator is characterized in that the protrusion is subjected to a curing process and is formed integrally with the reinforcing plate.

A piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 7 ,
A drive circuit for supplying the drive signal to the piezoelectric element;
A timepiece comprising: a power supply for supplying power to the driving circuit.

A piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 7 ,
A drive circuit for supplying the drive signal to the piezoelectric element;
And a power supply for supplying power to the driving circuit.