JP4222208B2 - 圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータを備えた時計並びに携帯機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
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。
【従来の技術】
【０００３】
圧電素子は、電気エネルギから機械エネルギへの変換効率や、応答性に優れている。このため、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、圧電ブザー、プリンタのインクジェットヘッド或いは超音波モータなどの分野に応用されている。そして、最近では、腕時計のカレンダ表示機構など、小型化の要請が強い用途への圧電アクチュエータの適用が検討されている。
【０００４】
図３６は、圧電アクチュエータを利用したカレンダ表示機構を備えた腕時計を模式的に示す図である。同図に示すように、このカレンダ表示機構は、圧電アクチュエータＡ１、ロータ１、中間車２、および日や曜日が表記されたリング状の日付表示車３を備えている。
【０００５】
地板（支持体）４に軸支持されるロータ１は、圧電アクチュエータＡ１によって図中矢印Ｙで示す方向に回転駆動させられるようになっている。このロータ１には地板４に軸支持される中間車２が噛合されており、中間車２には日付表示車３が噛合されている。この構成により、圧電アクチュエータＡ１により駆動されるロータ１の回転に伴い、日付表示車３が図中矢印Ｚで示す方向に回転させられる。
【０００６】
次に、図３７は、上記圧電アクチュエータＡ１の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Ａ１は、平坦な短冊状の圧電素子を備えた振動板５を有している。振動板５は、その一長辺と一短辺とが交わる一頂点に当接部６を有し、この当接部６は、緩やかな曲面を持った先端部分を圧電素子から突出させている。また、振動板５の長辺のほぼ中央部には、振動板５を地板４に支持するための支持部７が当該振動板５から張り出した状態で設けられ、この支持部７と対向する位置には、ばね部材８が設けられている。支持部７は、地板４に立設されたピン７ａに遊嵌され、このピン７ａを中心として振動板５が旋回できるようになっている。また、ばね部材８の先端側は、地板４に立設されたシャフト９に支持されている。これにより、振動板５は、ばね部材８の弾性力を受けてロータ１側に押し当てられ、当接部６がロータ１の側面に当接される。
【０００７】
振動板５は、圧電素子に交流の駆動信号が供給されると当接部６をロータ１と当接した状態で、図中矢印Ｘで示す方向に振動する。この振動は当接部６を介してロータ１に伝達される。この振動を駆動力として受けたロータ１は、矢印Ｙ方向に回転される。
【０００８】
ところで、この種の圧電アクチュエータＡ１においては、振動の振幅がミクロンオーダやサブミクロンオーダである。このような微少な振動を継続的にロータ１に伝えるためには、振動板５の当接部６が適度な押圧力でロータ１側に押し付けられる必要がある。
【０００９】
このため、支持部７は、例えばピン７ａよりも僅かに径の大きな孔を支持部７に空け、この孔にピン７ａを挿通する、といった態様で、遊び（可動ガタ）を持たせてピン７に固定されており、振動板７は、ばね部材８の弾性力によりピン７ａを中心として旋回することができるようになっている。
【００１０】
この遊び（可動ガタ）が原因となって、以下の２つの問題が生じていた。
【００１１】
第１に、圧電アクチュエータＡ１は、振動板５のうち、ロータ１を駆動するのに必要な部位以外が振動してしまい、エネルギ損失を招き、駆動効率の悪化を引き起こしていた。
【００１２】
第２に、振動板５の当接部６のロータ１に対する接触が常に均一にならず、ロータ１に対する駆動力を安定させることができず、圧電アクチュエータＡ１の駆動特性が不安定になっていた。
【００１３】
さらに、当該振動板５に駆動信号を供給するのに用いられる配線等は、振動板５自体が振動するため、配線経路長の変化を考慮して、配線等に冗長性を持たせる必要がある。さらに加えて、振動板５自体が振動するため、配線の接続部分が剥離し易くなり、圧電アクチュエータＡ１の信頼性の低下を招くという問題があった。
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明の目的は、所望の駆動効率および駆動特性、さらに信頼性を安定して得ることのできる圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータを備えた時計および携帯機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成するため、この発明は、支持体と、前記支持体に固定され、板状の圧電素子と板状の基材とが積層され前記圧電素子に駆動信号が与えられることにより振動する振動板と、前記振動板の振動により駆動される被駆動体と、前記被駆動体側から前記振動板に押圧力を与える押圧機構と、を有し、前記振動板には、可動ガタをなくした状態で前記支持体に固定される固定部および被駆動体に当接される当接部が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータを提供する。
【００１６】
また、他の発明は、支持体と、前記支持体に固定され、板状の圧電素子と板状の基材とが積層され圧電素子に駆動信号が与えられることにより振動する振動板と、前記振動板の振動により駆動される被駆動体と、前記被駆動体側から前記振動板に押圧力を与える押圧機構と、を有し、前記振動板には、可動ガタをなくした状態で前記支持体に固定される固定部および被駆動体に当接される当接部が設けられ、かつ、前記圧電素子と前記基材とが積層された部分は前記支持体との間に空間を有していることを特徴とする圧電アクチュエータを提供する。
【００１７】
かかる発明によれば、被駆動体側から振動板側に対して押圧力を付与させると同時に、支持体に対して遊び（可動ガタ）をなくした状態で振動板を固定することができる。これにより、圧電アクチュエータは、振動板の遊び（可動ガタ）に起因して発生する駆動効率の低下及び駆動特性の悪化を低減することができるばかりでなく、配線経路長が変化しないため配線の接続部の剥離を防ぎ、当該圧電アクチュエータは、その信頼性を高めることができる。
【００１８】
さらに、振動板と周囲の部品（支持体）との間の相対距離が変化しないため、例えば振動板の厚さ方向への支持体との空間も一定に保つことができ、圧電アクチュエータの小型化、薄型化を図ることができる。
【００１９】
好ましい態様において、前記被駆動体を前記当接部に押し付ける前記押圧機構の押圧力を調整する調整機構を設けることが望ましい。かかる態様によれば、前記調整機構によって被駆動体が当接部を押し付ける力を調整することができ、駆動特性を調整することができる。
【００２０】
好ましい態様において、前記被駆動体は、前記当接部からの駆動力により回転するロータであり、前記押圧機構は、前記ロータを前記当接部に押し付けるばね部であることが望ましい。
【００２１】
好ましい態様において、前記被駆動体は、前記当接部からの駆動力により回転するロータであり、前記押圧機構は、一方が前記ロータを回転自在に保持するロータ取付部となり、他方が弾性力を発生するばね部となったレバーであることが望ましい。
【００２２】
かかる態様によれば、前記レバーが、ロータ取付部と前記ばね部との間で支持体に回動可能に軸支持されることにより、この部分が支点となり、ばね部が力点となり、ロータ取付部に取り付けられるロータが作用点となる。これにより、ばね部の弾性力は、支点を介して作用点となるロータに伝達されるため、当該圧電アクチュエータは、このロータを介して当接部を押圧する力を、少ない部品点数で安価に実現できるばかりでなく、製造および組み立てる際に生じる押圧力のばらつきを極力低減させることができる。
【００２３】
好ましい態様において、前記被駆動体は、前記当接部からの駆動力により回転するロータであり、前記押圧機構は、前記ロータを前記当接部に押し付けるばね部であり、前記調整機構は、前記支持体に回転可能に軸支持され、端部を前記ばね部に押し当てて圧力を掛けることにより、前記ロータを前記当接部に押し付ける弾性力を調整する偏心カムであることが望ましい。
【００２４】
好ましい態様において、前記被駆動体は、前記当接部からの駆動力により回転するロータであり、前記押圧機構は、一方が前記ロータを回転自在に保持するロータ取付部となり、他方が弾性力を発生するばね部となったレバーであり、前記調整機構は、前記支持体に回転可能に軸支持され、端部を前記ばね部に押し当てて圧力を掛けることにより、前記ロータを前記当接部に押し付ける弾性力を調整する偏心カムであることが望ましい。
【００２５】
好ましい態様において、前記当接部および前記固定部は、前記基材と一体に成形されていることが望ましい。
【００２６】
好ましい態様において、前記固定部は、前記振動体が振動する際の節部であることが望ましい。
【００２７】
好ましい態様において、前記ばね部は、湾曲した形状となることが望ましい。
【００２８】
好ましい態様において、前記固定部は、前記支持体にねじ止めされることが望ましい。
【００２９】
好ましい態様において、前記振動板は、前記基材の表裏に積層された第１の圧電素子と第２の圧電素子とを有し、前記第１および第２の圧電素子の各々は、複数の電極板を前記基材から見て外側の面に各々有し、前記固定部は、前記圧電素子から張り出した前記基材の一部によって構成され、前記固定部には、前記第１および第２の圧電素子を駆動する駆動回路に接続されたランドを有するリード基板が固定され、前記第１および第２の圧電素子の複数の電極板と前記リード基板のランドとは、ボンディングワイヤによって接続され、これらの接続部分がポッティング層によってモールドされていることが望ましい。かかる態様によれば、接続部分同士の相対距離が変化しないため、接続部における剥離を防ぐと共に、組立性を向上させることができる。
【００３０】
好ましい態様において、前記電極板のうち前記基材から見て外側に位置した２枚の電極板は、前記振動板の端部を跨いだ前記ボンディングワイヤにより互いに接続されていることが望ましい。
【００３１】
好ましい態様において、前記接続部分は、前記電極板のうち振動体が振動する際の節の部分となることが望ましい。
【００３２】
好ましい態様において、前記駆動回路が実装され、該駆動回路に電気的に接続されたランドを有する回路基板と、前記リード基板のランドとが互いに接触し、前記電極板と前記駆動回路とが電気的に接続されるように、前記リード基板および前記回路基板に圧力を加える圧力付与機構とを有することが望ましい。
【００３３】
好ましい態様において、前記圧力付与機構は、前記固定部を前記支持体に固定する固定手段を兼ねることが望ましい。
【００３４】
好ましい態様において、前記圧力付与機構は、ねじ止めであることが望ましい。
【００３５】
好ましい態様において、前記振動板は、前記基材の表裏に積層された第１の圧電素子と第２の圧電素子とを有し、前記第１および第２の圧電素子の各々は、複数の電極板を前記基材から見て外側の面に各々有し、前記第１および第２の圧電素子の複数の電極板は、前記圧電素子から張り出した前記基材の一部によって構成された前記固定部まで延びる可撓性プリント基板に接続されることが望ましい。かかる態様によれば、接続部分同士の相対距離が変化しないため、接続部における剥離を防ぐと共に、組立性を向上させることができる。
【００３６】
好ましい態様において、前記電極板のうち前記基材から見て外側に位置した２枚の電極板は、前記振動板の端部を跨いだ前記可撓性プリント基板により互いに接続されていることが望ましい。
【００３７】
好ましい態様において、前記電極板と前記可撓性プリント基板との接続部分は、前記電極板のうち振動体が振動する際の節の部分となることが望ましい。
好ましい態様において、前記駆動回路が実装され、該駆動回路に電気的に接続されたランドを有する回路基板と、前記固定部側に位置した可撓性プリント基板のランドとが互いに接触し、前記電極板と前記駆動回路とが電気的に接続されるように、前記可撓性プリント基板および前記回路基板に圧力を加える圧力付与機構とを有することが望ましい。
【００３８】
好ましい態様において、前記圧力付与機構は、前記固定部を前記支持体に固定する固定手段を兼ねることが望ましい。
【００３９】
好ましい態様において、前記圧力付与機構は、ねじ止めであることが望ましい。
【００４０】
別の観点から、この発明は、前記記載の圧電アクチュエータと、前記振動板を構成する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、前記圧電アクチュエータによって駆動される時刻情報表示手段と、を具備することを特徴とする時計を提供する。
【００４１】
好ましい態様において、前記振動板の圧電素子に駆動信号を与えるすべての電極板は、前記被駆動体によって駆動される駆動装置の基準電位（アース）と電気的に絶縁されていることが望ましい。
【００４２】
好ましい態様において、前記支持体は、非導電材料によって形成されていることが望ましい。
【００４３】
好ましい態様において、前記支持体と前記固定部との間には、絶縁板が狭持されていることが望ましい。
【００４４】
さらに、別の観点から、この発明は、前記記載の圧電アクチュエータと、前記振動板を構成する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、前記圧電アクチュエータによって駆動される駆動対象と、を具備することを特徴とする携帯機器を提供する。
【００４５】
好ましい態様において、前記振動板の圧電素子に駆動信号を与えるすべての電極板は、前記被駆動体によって駆動される駆動装置の基準電位（アース）と電気的に絶縁されていることが望ましい。
【００４６】
好ましい態様において、前記支持体は、非導電材料によって形成されていることが望ましい。
【００４７】
好ましい態様において、前記支持体と前記固定部との間には、絶縁板が狭持されていることが望ましい。
【００４８】
好ましい態様において、この発明は、板状の基材と、該基材に積層された平坦な長方形状の圧電素子と、前記圧電素子の短辺側に設けられ、被駆動体に当接する当接部と、を有し、前記圧電素子の長辺方向の縦振動と屈曲２次振動を前記圧電素子に起こすことにより、前記当接部を楕円軌道で振動させて、当該当接部に当接される前記被駆動体を駆動する振動板において、長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとした場合、ｂ／ａ≧０．２７４としたことを特徴とする振動板を提供する。
【００４９】
かかる発明によれば、振動板に発生する縦振動と屈曲２次振動の共振周波数がほぼ等しくなる。そこで、この周波数に近い周波数の駆動信号を前記圧電素子に印加することにより、当接部に大きな楕円振動を発生させることができる。
【００５０】
好ましい態様において、前記基材に前記当接部が一体に形成されていることが望ましい。
【００５１】
好ましい態様において、前記基材には、当該振動板を支持体に固定する固定部が一体に形成されていることが望ましい。
【００５２】
好ましい態様において、前記圧電素子は、前記基材の表裏に積層され、前記基材の表面に積層された圧電素子と、前記基材の裏面に積層された圧電素子とは同一形状であることが望ましい。
【発明を実施の形態】
【００５３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
Ａ．全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータＡが組み込まれた腕時計のカレンダ表示機構の構成を示す平面図である。
【００５４】
図１に示すように、圧電アクチュエータＡは、地板１０２、矩形状の振動板１０およびロータ１００を備えている。ロータ１００は、振動板１０によって駆動される被駆動体であり、振動板１０に生じる振動によってその外周面が叩かれることにより、時計回りに回転し、日付表示車５０に駆動力を伝達する。
【００５５】
このロータ１００は、減速輪列としての日付回し中間車４０及び日付回し車６０を介してリング状の日付表示車５０に連結されている。この日付表示車５０は、ロータ１００の駆動対象であり、ロータ１００の駆動に連動して回転駆動される。
【００５６】
図２は、図１に示す時計の断面図である。図において、網目部分に、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ている。このカレンダ表示機構の上方には、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から日付表示車５０の日付が覗けるようになっている。また、文字板７０の下方には、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５００が設けられている。
Ｂ．カレンダ表示機構の構成
図３は、図１におけるカレンダ表示機構の詳細な構成を示す断面図である。この図３では、時計のカレンダ表示機構のうち圧電アクチュエータＡを除いた部分の構成を示している。図３に示すように、時計は、第１の底板１０３と、この底板１０３と段違いに配置された第２の底板１０３´とを有している。この第２の底板１０３´の上には、カレンダ表示機構のうち圧電アクチュエータＡを除いた部分が搭載され、第１の底板１０３上には、圧電アクチュエータＡが搭載される。
【００５７】
図３に示すように、第２の底板１０３´には、日付回し中間車４０を軸支するためのシャフト４１が起立している。日付回し中間車４０の下面には軸受（図示せず）が設けられており、シャフト４１の先端部が同軸受内に収容されている。日付回し中間車４０は、小径部４ａと大径部４ｂとから構成されている。小径部４ａは、大径部４ｂとよりも若干小径の円筒形であり、その外周面には、略正方形状の切欠部４ｃが形成されている。この小径部４ａは、大径部４ｂに対し、同心をなすように固着されている。大径部４ｂには、ロータ１００の上部の歯車１００ｃが噛合している。従って、大径部４ｂと小径部４ａとからなる日付回し中間車４０は、ロータ１００の回転に連動し、シャフト４１を回転軸として回転する。
【００５８】
日付表示車５０は、図１に示すように、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。日付回し車６０は五歯の歯車を有しており、内歯車５ａに噛合されている。また、図３に示すように、日付回し車６０の中心にはシャフト６１が設けられており、これは、第２の底板１０３´に形成された貫通孔６２に遊嵌されている。この貫通孔６２は、日付表示車５０の周回方向に沿って延びる眉状の形状を有している。
【００５９】
板ばね６３は、その一方が底板１０３´に固定され、他方はシャフト６１を図１の右上方向に押圧している。そして、板ばね６３は、シャフト６１および日付回し車６０を付勢する。この板ばね６３の付勢作用によって日付表示車５０の揺動が規制される。
【００６０】
板ばね６４は、一方が底板１０３´にねじ止めされており、その他方には略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、日付回し中間車４０が回転し、先端部６４ａが切欠部４ｃに入り込んだときに板ばね６４と接触するように配置されている。板ばね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り、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（いずれも図示せず）に対して所定の操作を行うと、日付表示車５０を駆動するようにしてもよい。
【００６１】
以上の構成において、圧電アクチュエータＡの振動板１０は、駆動回路５００から駆動電圧が印加されることにより、その板面を含む平面内において振動する。ロータ１００は、この振動板１０に発生する振動を受けてその外周面が叩かれ、図１中の矢印で示すように、時計回りに回転駆動される。このロータ１００の回転は、日付回し中間車４０を介して日付回し車６０に伝達され、この日付回し車６０が日付表示車５０を時計回り方向に回転させる。
Ｃ．圧電アクチュエータの構成
図４は圧電アクチュエータＡの平面図、図５は図４中の矢印Ｖ−Ｖ方向から見た断面図、図６および図７はロータ１００の部分拡大図、図８はロータ１００の支持構造を示す断面図、図９は押圧調整カムによる押圧力の調整方法を示す断面図、図１０は振動板１０の分解斜視図、図１１は圧電素子への駆動信号の供給を示す駆動構成図、図１２〜図１４は振動板の振動状態を示す図、図１５は振動板１０における振動周波数とインピーダンスとの関係を示す図、図１６は振動板１０におけるボンディングワイヤの接続状態を示す平面図、図１７〜図２０はボンディングワイヤの接続手順を示す図である。
【００６２】
図４に示すように、圧電アクチュエータＡは、底板１０３とは別体の地板１０２、振動板１０、レバー２０、押圧調整カム２６およびロータ１００を具備している。 なお、本実施形態による圧電アクチュエータＡの地板１０２は、底板１０３と別体に設けるものとしたが、地板１０２を省略して底板１０３の一部に振動板１０、レバー２０、押圧調整カム２６およびロータ１００を設けて圧電アクチュエータＡを構成しても良い。
【００６３】
圧電アクチュエータＡのロータ１００は、内部に軸受（図示せず）を有しており、この軸受には、地板１０２に支持されたレバー２０のシャフト２４が挿入されている。ロータ１００は、このシャフト２４を中心として回転することができる。
【００６４】
図４に示すように、振動板１０は平坦な短冊状をなしている。この振動板１０は、図１０に示すように、２つの短冊状の圧電素子３０，３１間に、基材３２を配置した積層構造となっている。この基材３２は、圧電素子３０，３１とほぼ同じ短冊状をなし、かつ圧電素子３０，３１よりも肉厚の薄いステンレス鋼などの導体によって構成されている。基材３２を囲む２つの長辺の一方に固定部１１が形成されている。図示のように固定部１１は、基材３２の長辺に対して平行に延びた長尺状をなしている。また、固定部１１には位置決め孔１１Ａが穿設されている。
【００６５】
ねじ１３は、図４および図５に示すように、位置決め孔１１Ａに挿通して地板１０２の固定部凸部１０２Ａにねじ止めされることにより、振動板１０が固定部凸部１０２Ａに固定される。また、基材３２における固定部１１とは反対側の部分には圧電素子３０，３１からはみ出した支持当接部１２が形成されており、この支持当接部１２は、図５に示すように、地板１０２の支持当接部凸部１０２Ｂに載置される。
【００６６】
振動板１０は、図５に示すように、基材３２のうち圧電素子３０，３１によって挟まれた部分から両側にはみ出した固定部１１および支持当接部１２が地板１０２に載せられている。一方、固定部１１および支持当接部１２は、基材３２および圧電素子３０，３１を地板１０２との間に空間３９を持たせた状態で、振動板１０が地板１０２に固定されている。支持当接部１２が地板１０２上に載置されているものの、固定部１１は、ねじ１３によって地板１０２に強固に固定される。
【００６７】
上述した従来の圧電アクチュエータにおける振動板７は、ピン７ａを軸として回転し得るように、いわば自由度を持たせた状態で支持されていた。このような自由度を持たせているため、従来の圧電アクチュエータは、駆動効率が低い、駆動特性が不安定である、といった問題があった。
【００６８】
これに対し、本実施形態に係る圧電アクチュエータは、振動板１０の遊び（可動ガタ）をなくした状態で地板１０２に固定される。この振動板１０は、地板１０２に完全に位置固定された状態で、駆動電圧により振動される。従って、本実施形態によれば、振動板の遊び（可動ガタ）が起因となって発生していた駆動効率の低下、駆動特性の不安定化を防止することができる。
【００６９】
また、基材３２には、図４および図１０に示すように、当接部３６が突設されている。そして、当接部３６は、ロータ１００の外周面に押し当てられている。当接部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、非導体で形成すれば、一般的に金属から形成されるロータ１００を介して地板１０２と圧電素子３０，３１とが短絡しないようにすることができる。この短絡を防止するためには、ロータ１００を回転支持するシャフト２４に絶縁処理を施してもよい。
【００７０】
また、当接部３６は、平面的に見てロータ１００側に突出した円弧状をなしている。このようにロータ１００と当接する当接部３６を円弧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変化した場合であっても、円形であるロータ１００の外周面に対して常に同じ接触面積で円弧状に形成された当接部３６の外周面の一部を当接させることができる。従って、ロータ１００と当接部３６の接触は、安定した状態で維持させることができる。
【００７１】
さらに、図３および図６に示すように、ロータ１００の外周面には、周方向に沿って断面が円弧状になった凹溝１００Ａが形成される。この凹溝１００Ａの溝底に当接部３６が当接するようにすれば、ロータ１００の外れを防止することができる。しかも、凹溝１００Ａは、その断面が円弧状（曲面状）に形成されると共に、この凹溝１００Ａに接触する当接部３６も円弧状に形成されているため、凹溝１００Ａと当接部３６との接触が点接触となり、エネルギの伝達を安定して行うことができる。なお、図７に示すように、ロータ１００´の凹溝１００Ａ´のように、断面略「コ」字状に形成してもよい。
【００７２】
レバー２０は、図３および図４に示すように、その長手方向に延びる腕の途中部位に挿通孔２２が形成されており、これに地板１０２から立設されたシャフト２１が挿通されている。このように挿通孔２２をシャフト２１に挿通させることにより、レバー２０が地板１０２に対して回動可能に支持される。また、レバー２０の一方には略Ｕ字状のばね部２３が形成されている。また、レバー２０の他方にはシャフト２４を有するロータ取付部２５が設けられており、シャフト２４によりロータ１００が回転可能に軸支持されている。
【００７３】
さらに、シャフト２４に対するロータ１００の取り付け構造について図８に基づいて詳述する。
【００７４】
一般に、文字板７０の下側に位置したムーブメント７３は底板２０および押さえ板９９を備えており、この押さえ板９９によって底板２０に押さえられることにより、ムーブメント７３の各部位が固定される。このため、レバー２０のシャフト２４に軸支されたロータ１００も、押さえ板９９の環状凸部９９Ａによって抜け止めされている。
【００７５】
また、前述した如く、ロータ１００は振動板１０の当接部３６を押圧しているため、ロータ１００の軸受は、耐久性と強度が必要になる。このため、耐摩耗性の高いルビー材料からなる軸受１０１が用いられる。
【００７６】
この軸受１０１とシャフト２４との間に注油することにより、さらに耐摩耗性を向上させることが可能となる。この軸受１０１に限らず、耐摩耗性の高い軸受（例えば、ベアリング軸受）であればよい。また、ロータ１００の高さ方向へのスキマ決めは、押さえ板９９の環状凸部９９Ａによって高さ方向上側へのスキマ決めがなされ、シャフト２４の段部によって高さ方向下側へのスキマ決めがなされる。さらに、ロータ１００は、比較的径寸法の小さいところ、即ち軸受１０１のところでスキマ決めがなされる。これにより、ロータ１００に加わる負荷トルクが小さくなる。
【００７７】
次に、図４に戻って、ばね部２３の先端部には、押圧調整カム２６が押し当てられている。この押圧調整カム２６は、図９に示すように、貫通孔２６Ａを有しており、この貫通孔２６Ａには、地板１０２に立設されたねじ受け部２６Ｂが嵌着され、このねじ受け部２６Ｂの内側には、ねじ２７と螺合するねじ山が刻設されている。
【００７８】
押圧調整カム２６と地板１０２の間にはスペーサ２８が介在されており、ねじ２７が締め付けられることによって、押圧調整カム２６は地板１０２に回動規制された状態で固定されることになる。
【００７９】
ここで、ねじ２７を緩めると、押圧調整カム２６がこのねじ２７を回動中心として回動可能となる。この際、調整作業者が、押圧調整カム２６に穿設された端子案内穴２６Ｃに略Ｌ字状をなす調整用端子２９を挿入し、この調整用端子２９を手で動かすことにより、押圧調整カム２６の回動調整を容易に行うことができる。
【００８０】
この押圧調整カム２６からばね部２３への押圧力は、図４に示す如く、Ｕ字状をなすばね部２３の２本の脚の間を狭める。このときばね部２３に発生する弾性力は、シャフト２１を中心としてロータ取付部２５を時計回り方向に回転させようとする。これによりロータ取付部２５に取り付けられたロータ１００の外周面が当接部３６に押し当てられる。
【００８１】
このような構成によれば、押圧調整カム２６の調整により振動板１０に加わる圧力を調整することができる。押圧調整カム２６を回転させて図４に点線で示すようにばね部２３を大きく変形させれば、このばね部２３の弾性力に抗してロータ取付部２５はシャフト２１を中心として図中時計回り方向に変位し、ロータ１００によって振動板１０に与えられる押圧力が増加する。また、押圧調整カム２６を調整して図中実線に示すようにばね部２３の２本の足の間を広げると、ばね部２３の弾性力が減少し、ロータ１００によって振動板１０に与えられる押圧力が減少する。
【００８２】
なお、押圧調整カム２６の調整は、手作業による調整も可能であるし、時計のムーブメントを自動的に組み立てる自動組立機によって調整することも可能である。
【００８３】
次に、図１０を参照し、振動板１０について説明する。
【００８４】
既に説明したように、振動板１０は、圧電素子３０，３１の間に板状の基材３２を配置した積層構造となっている。この構成は、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、基材３２としては、圧電素子３０，３１よりも肉厚の薄いものが用いられることにより、圧電素子３０，３１の振動を極力妨げないようにしている。上述した固定部１１、支持当接部１２および当接部３６を当該基材３２は、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。
【００８５】
また、基材３２の上側に配置された圧電素子３０の表，裏面上には、この圧電素子３０のほぼ全面を覆うように短冊状の給電用電極板３３Ａ，３３Ｂが貼着される。同様に、基材３２の下側に配置された圧電素子３１の表，裏面上には、この圧電素子３１のほぼ全面を覆うように短冊状の給電用電極板３３Ｃ，３３Ｄが貼着される。そして、給電用電極板３３Ａにおいて１つの長辺の両側にある各頂点近傍の各領域は、切り込みにより他の領域から電気的に絶縁されている。そして、給電用電極板３３Ａから絶縁分離された２つの孤立した部分が、振動板１０の振動状態を検出する検出用電極板３４Ａ，３４Ｂとなる。
【００８６】
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-XＴｉ_X）Ｏ₃｝、（但し、Xは組成により異なり、X=0.09程度）となる。
【００８７】
圧電素子３０の分極方向と圧電素子３１の分極方向が逆向きの場合には、例えば図１１に示すように、上面、中央、下面の電位が各々＋Ｖ、−Ｖ、＋Ｖ（もしくは−Ｖ、＋Ｖ、−Ｖ）となるように駆動回路５００から交流の駆動信号を供給すれば、板状の圧電素子が伸び縮みするように変位する。本実施形態ではこのような伸縮による変位を利用している。ここで、＋Ｖの駆動信号および−Ｖの駆動信号は、位相が反転した交流信号である。このため、基材３２に対して上側の圧電素子３０と下側の圧電素子３１とに発生する振動の振幅は、基材３２に０Ｖを印加した場合（即ち、基材３２を駆動回路５００のアースに接続した場合）に比べて、大きくすることができる。また、振動板１０がアース電位とならないように、地板１０２を樹脂材料等の絶縁材料によって形成している。さらに、地板１０２を導体で形成する場合には、地板１０２と固定部１１との間に絶縁板を挟持してもよい。なお、基材３２を導体によって形成しているため、圧電素子３０，３１と接する給電用電極板３３Ｂ，３３Ｄは省略することが可能であるため、図１１ではその記載を省略している。
【００８８】
このように構成される振動板１０は、駆動回路５００から給電用電極板３３Ａ〜３３Ｄを介して圧電素子３０，３１に交流の駆動信号が供給されると、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４および図１２中の矢印Ｘに示すように、圧電素子３０，３１が長手方向に伸縮する縦振動を発生する。
【００８９】
このように圧電素子３０，３１へ駆動信号が供給されることによって振動板１０が電気的に縦振動で励振すると、振動板１０の重量バランス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。この回転モーメントによって、図１３に示すように、振動板１０が幅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。また、振動板１０の当接部３６が設けられた側と反対側の端部にバランス部９８を設けることにより、より大きな屈曲振動を誘発させて、より大きな回転モーメントを発生させるようにしてもよい。
【００９０】
より具体的には、振動板１０が縦振動（図１２、参照）をした場合、その支点（無負荷時には重心）を中心とした回転モーメントが作用し、振動板１０に屈曲振動（図１３、参照）が誘発されるようになっている。このような縦振動と屈曲振動とが生じ、両者が結合されると、振動板１０の当接部３６におけるロータ１００の外周面との接触部分は、図１４に示すように楕円軌道に沿った時計回りに振動することになる。つまり、当接部３６におけるロータ１００との接触部分が大きく変位することになる。
【００９１】
このように、振動板１０は、縦振動と屈曲振動とが結合した振動を生じるが、この振動のうち、縦振動モードが優勢になるか、屈曲振動モードが優勢になるかは、圧電素子３０、３１に供給される駆動信号の周波数に依存する。図１５は、振動板１０の振動周波数とインピーダンスとの関係の一例を示す図である。同図に示すように、縦振動モードのインピーダンスの極小値である共振周波数ｆ１と、屈曲振動モードのインピーダンスの極小値である共振周波数ｆ２とは、互いに異なる値を有する。そこで、共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との間でインピーダンスが極大値となる周波数ｆ３と、屈曲振動モードの共振周波数ｆ２との間の周波数ｆ２´にて圧電素子３０、３１が駆動されれば、圧電素子３０、３１が縦振動するとともに、屈曲振動が誘発されることになる。さらに、圧電素子３０、３１は、屈曲振動モードの共振周波数ｆ２に近い周波数ｆ２´にて駆動されることにより、大きな屈曲振動が誘発され、振動板１０の当接部３６がより大きな楕円軌道を描くようになる。このように、当接部３６が描く楕円が大きくなるため、当接部３６によりロータ１００に加えられる回転力も大きくなり、駆動効率が高くなる。なお、この駆動効率は、圧電素子３０、３１に供給される電気エネルギに対するロータ１００の単位時間当たりの仕事（即ち、回転数×負荷トルク）にて定義されるものとする。
【００９２】
このように、当接部３６が時計回りに楕円軌道を描くことにより、当接部３６がロータ１００側に膨らんだ位置にあるときに、当接部３６がロータ１００を押す押圧力が大きくなり、一方当接部３６がロータ１００側から待避した位置にあるときには、当接部３６がロータ１００を押す押圧力が小さくなる。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、つまり当接部３６がロータ１００側に膨らんだ位置にある時、当接部３６の変位方向にロータ１００を回動駆動させることになる。
【００９３】
次に、圧電素子３０，３１の配線の引き回しおよび製造方法について説明する。
図１６に示すように、振動板１０の固定部１１上にはリード基板１４が貼着され、このリード基板１４と給電用電極板３３Ａ，３３Ｃおよび検出用電極板３４Ａ，３４Ｂとはボンディングワイヤ３７によって接続されている。この際、ボンディングワイヤ３７には、例えば皮膜を剥離せずに直接半田付けを行うことのできる例えば半田付け可能エナメル線、ポリウレタン電線等の電線（例えば、ウレメット線（住友電気工業株式会社の登録商標））が用いられる。なお、接続方法は、半田付けに限らず、抵抗溶接等も可能である。
【００９４】
さらに、ボンディングワイヤ３７が給電用電極板３３Ａ，３３Ｃおよび検出用電極板３４Ａ，３４Ｂさらにリード基板１４のランド１４Ａに接続された部分は、絶縁樹脂等によって形成されたポッティング層３８でモールドされている。
【００９５】
ここで、給電用電極板３３Ａ，３３Ｃには振動板１０の表裏面で同じ駆動信号が供給されるため、ボンディングワイヤ３７は、裏面に位置した給電用電極板３３Ｃ、表面に位置した給電用電極板３３Ａおよびリード基板１４のランド１４Ａを接続すると共に、検出用電極板３４Ａ，３４Ｂとリード基板１４のランド１４Ａとを接続することになる。ボンディングワイヤ３７は、振動板１０の裏面から表面に通す場合には、振動板１０の端部を跨いで接続されることになるが、このボンディングワイヤ３７には被覆が施されているため、圧電素子３０，３１等の端部に接触しても電気的には絶縁される。
【００９６】
次に、ボンディングワイヤ３７の接続方法について、図１７〜図２０に基づいて説明する。
【００９７】
まず、基材３２の表および裏に、両面に給電用電極板３３Ａ，３３Ｂが積層された圧電素子３０と、両面に給電用電極３３Ｃ，３３Ｄが積層された圧電素子３１を積層した後、図１７に示すように、裏面（リード基板１４が貼着されていない面）に位置した給電用電極板３３Ｃに対し、ボンディングワイヤ３７を横断させるべく、ボビン３７Ａ，３７Ａを両側に配置させる。そして、ボンディングワイヤ３７を給電用電極板３３Ｃに超音波を用いた半田付けによって接続する（第１のボンディング工程）。
【００９８】
図１８に示すように、半田付けによって接続された部分に絶縁樹脂をモールドしてポッティング層３８を形成した後、ボンディングワイヤ３７のうち一方（固定部１１側）を切断する（第１のポッティング工程）。
【００９９】
次に、振動板１０の表裏を反転させ、ボンディングワイヤ３７を振動板１０の端部を跨いで裏面に通した後、表面に位置した給電用電極板３３Ａに対し、ボンディングワイヤ３７を横断させるべく、他方に位置したボビン３７Ａを配置する。この際、ボンディングワイヤ３７は、図１９に示すように、リード基板１４のランド１４Ａ上に来るようにボビン３７Ａを配置する。そして、ボンディングワイヤ３７を給電用電極板３３Ａに半田付けによって接続する（第２のボンディング工程）。
【０１００】
第２のボンディング工程によって接続された部分には、第１のポッティング工程と同様に、絶縁樹脂をモールドしてポッティング層を形成する（第２のポッティング工程）。
【０１０１】
次に、図２０に示すように、ボンディングワイヤ３７をリード基板１４のランド１４Ａに半田付けする（第３のボンディング工程）。
【０１０２】
第３のボンディング工程によって接続された部分に絶縁樹脂をモールドしてポッティング層３８を形成した後、ボンディングワイヤ３７を切断する（第３のポッティング工程）。
【０１０３】
このように、ボンディングワイヤ３７を給電用電極板３３Ａ，３３Ｃに接続した部分を、ポッティング層３８で覆うことにより、接続部分が衝撃や振動によって剥離するのを低減させると共に、湿気や腐食を防ぐことができる。
Ｄ．圧電アクチュエータの駆動回路
以下、図２１を参照しながら、上記構成からなる時計のカレンダ機構に用いられる駆動回路について説明する。
【０１０４】
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、上述した板ばね６４と接触子６５（図１参照）を主要部とするものであり、板ばね６４と接触子６５が接触する、即ち日送り終了が検出されると制御回路５０３に制御信号が出力される。
【０１０５】
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。この発振制御信号は、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。
【０１０６】
発振回路５０４は、発振制御信号がハイレベルのときに給電され、ローレベルのときに給電が停止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に所定周波数の駆動信号が給電用電極板３３Ａ〜３３Ｄを介して圧電素子３０，３１に供給される。この駆動信号を受けた圧電素子３０，３１は、前述したような伸縮動作を行う。
【０１０７】
上述したように日付回し中間車４０は、日付を変更する際に１回転するが、その期間は午前０時の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への給電をハイレベル又はローレベルの発振制御信号によって制御することにより、日付回し中間車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の無駄な電力消費を低減することができる。
【０１０８】
本実施形態では、日付回し中間車４０の小径部４ａの周面に１個の切欠部４ｃを形成するものとして述べたが、複数個（例えば、４個）形成した場合には、日付変更にあっては、カレンダ中間車４０を１／４だけ回転させればよい。
Ｅ．カレンダ表示機構の動作
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および図２１を参照しつつ説明する。
【０１０９】
各日において午前０時になると、図２１に示す午前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、発振回路５０４から所定周波数の駆動信号が給電用電極板３３Ａ〜３３Ｄを介して圧電素子３０，３１に供給される。
【０１１０】
駆動回路５００からの駆動信号が給電用電極板３３Ａ〜３３Ｄに供給されると、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。
【０１１１】
この際、駆動回路５００からは、上述したように圧電素子３０，３１の分極方向が逆方向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、−Ｖ、＋Ｖ（もしくは−Ｖ、＋Ｖ、−Ｖ）となるように交流の駆動信号が供給される。
【０１１２】
そして、振動板１０が縦方向に電気的に励振されると、振動板１０の重量バランスのアンバランスさによって機械的な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、当接部３６が楕円軌道に沿って振動し、ロータ１００が駆動させる。
【０１１３】
このように駆動回路５００によって圧電アクチュエータＡの振動板１０が駆動されることにより、図１に示すロータ１００が図１中時計回り方向に回転し、これに伴って日付回し中間車４０が反時計回り方向に回転を開始する。
【０１１４】
ここで、駆動回路５００は、図１に示す板ばね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。板ばね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、日付回し中間車４０は、そのような状態から回転を開始する。
【０１１５】
日付回し車６０は板ばね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は日付回し車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が日付回し車６０の歯６ａの位置に達すると、歯６ａが切欠部４ｃと噛合する。
【０１１６】
次に、日付回し中間車４０が引き続き反時計回り方向に回動すると、日付回し車６０は日付回し中間車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、日付表示車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付表示車５０によって表示されることになる。
【０１１７】
そして、日付回し中間車４０が引き続き反時計回り方向に回動して、切欠部４ｃが板ばね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、板ばね６４と接触子６５とが接触して、駆動信号の供給が終了し、日付回し中間車４０の回転が停止する。従って、日付回し中間車４０は、
１日に１回転することになる。
Ｆ．押圧力の大きさの調整手順
次に、押圧調整カム２６を回転させて、ロータ１００を振動板１０に押し付ける押圧力の大きさを調整する手順について説明する。
【０１１８】
時計のムーブメント組立工程において、調整作業者は、圧電アクチュエータＡが搭載されたムーブメントを、ロータ１００の回転数を検知するための図示せぬ回転数センサにセットする。この回転数センサとしては、例えばレーザ変位計等のように、検出対象に対して非接触のまま回転数を検出するセンサが望ましい。また、検出用電極板３４は、振動板１０の振動を検出することができるため、同時に検出用電極板３４からの検出信号を監視するようにしてもよい。
【０１１９】
次いで、調整作業者は、所定の操作を行って駆動回路５００を調整モードに移行させる。これに応じて、制御回路５０３から発振制御信号が発振回路５０４に出力され、発振回路５０４から所定周波数の駆動信号が給電用電極板３３Ａ〜３３Ｄを介して圧電素子３０，３１に供給される。これによって、振動板１０が振動し、当接部３６の変位に伴ってロータ１００が駆動し始める。
【０１２０】
次に、調整作業者は、ドライバでねじ２７を緩め、この状態で調整用端子２９を端子案内穴２６Ｃに挿入して徐々に押圧調整カム２６を回動させる。
【０１２１】
この際、調整作業者は、回転数センサの検出値を図示せぬモニタ等で監視しながら、押圧調整カム２６を少なくとも１回転以上させる。そして、回転数センサの検出値が最高になるように押圧調整カム２６の向きを調整する。
【０１２２】
このような向きが定まったならば、調整作業者は、ねじ２７を締めて押圧調整カム２６を地板１０２に固定させる。
【０１２３】
なお、この押圧力の調整は、上記のような手作業による調整の他、時計のムーブメントを自動的に組み立てる自動組立機によって調整することも可能である。
Ｇ．押圧方向の調整
さて、調整作業者は上記のようにして押圧力の大きさを調整することが可能であるが、ロータ１００の駆動効率を向上させるという観点からは、その押圧力がどの方向に加えられるかということも重要な要素である。
【０１２４】
以下では、それぞれ異なる３つの押圧方向を例に挙げて説明する。なお、これらの図面では、ばね部を省略しているが、前記実施形態のように、ロータ１００を支持するレバーの一部にばね部を設けても、別個にばね部材を設けても、或いはレバーの取付時におけるロータの押し付け力のみによって、振動板に押圧力を発生させるようにしてもよい。
【０１２５】
図２２は、ロータ１００が振動板１０に加える押圧力の方向が０°となる場合、ロータ１００と振動板１０との位置関係を示す平面図である。
【０１２６】
同図において二点鎖線で示す直線Ｐ１は、ロータ１００が移動する方向を示した線である。この直線Ｐ１は、振動板１０の振動方向とほぼ平行になる関係にある。ロータ１００に矢印ａ方向に力を加えることにより、当接部３６には矢印ｂ方向への押圧力が与えられることになる。
【０１２７】
次に、図２３および図２４は、ロータ１００が振動板１０に加える押圧力の方向が９０°となる場合、ロータ１００と振動板１０との位置関係を示す平面図である。
【０１２８】
図２３において二点鎖線で示す直線Ｐ２は、ロータ１００が移動する方向を示した線である。この直線Ｐ２は、振動板１０の振動方向とほぼ直交する関係にある。ロータ１００に矢印ａ２方向の力を加えることにより、当接部３６には矢印ｂ２方向（振動方向に対して直交した方向）の押圧力が与えられることになる。
【０１２９】
また、図２４において二点鎖線で示す直線Ｐ３は、ロータ１００と当接部３６とが当接する部分から振動板１０の振動方向に延びた線である。この直線Ｐ３上に回動中心を設置することにより、ロータ１００は当接部３６に対してほぼ９０°の押圧力を与えることになる。即ち、ロータ１００に矢印ａ３方向の力を加えることにより、当接部３６には矢印ｂ３方向（振動方向に対して直交した方向）の押圧力が与えられることになる。
【０１３０】
次に、図２５および図２６は、ロータ１００が振動板１０に加える押圧力の方向が３０°となる場合、ロータ１００と振動板１０との位置関係を示す平面図である。
【０１３１】
図２５において二点鎖線で示す直線Ｐ４は、ロータ１００と当接部３６とが当接する部分から振動板１０の振動方向に対して３０°傾斜した方向に延びた線である。ロータ１００に矢印ａ４方向の力を加えることにより、当接部３６には矢印ｂ４方向（振動方向に対して３０°傾いた方向）の押圧力が与えられることになる。
【０１３２】
また、図２６において二点鎖線で示す直線Ｐ５は、ロータ１００と当接部３６とが当接する部分から振動板１０の振動方向に対して３０°傾斜した方向に延びた線である。この直線Ｐ５に直交した線上で、かつ直線Ｐ５が接線となる位置にロータ１００の回動中心を設置する。これにより、ロータ１００は当接部３６に対してほぼ３０°の押圧力を与えることになる。即ち、ロータ１００に矢印ａ５方向の力を加えることにより、当接部３６には矢印ｂ５方向（振動方向に対して３０°傾いた方向）の押圧力が与えられることになる。
【０１３３】
なお、上述した例では、押圧力の方向は単なる一例であり、実際には、ばね部材２３の形状や弾性特性、当接部３６の位置や形状、ロータ１００の径等の条件によって、最適な押圧方向が定められるようになっている。
Ｈ．振動体の形状
圧電アクチュエータの駆動特性を安定化するためには、振動板の先端の当接部が常に同じ軌道を描いて周期的に運動するように、振動板における縦振動と屈曲２次振動の発生を安定化させる必要がある。
【０１３４】
この点に関し、文献「電子回路素子としての電気機械振動子とその応用」（コロナ社）の第９頁には、「長方形の振動板は、長辺と短辺との比率が１：０．２７２で縦振動と第２横振動が縮退する」ことが記載されている。なお、第２横振動とは、本実施形態における屈曲２次振動に相当する。
【０１３５】
しかしながら、圧電アクチュエータに用いられる振動板は、この文献に開示されているような単純な矩形の板ではなく、先端に当接部を有している。このため、長辺と短辺の比を文献に開示された比にしたとしても、安定した縦振動と屈曲２次振動は得られない。
【０１３６】
そこで、本発明者らは、当接部の質量（慣性）が縦振動とに影響を与えていることに着目して、以下の検討により、当接部を有する振動板の長辺と短辺の最適な寸法比を求めた。
【０１３７】
本願発明者らは、図２７に示すような振動板１０を想定した。具体的には、圧電素子はＰＺＴで、長辺７ｍｍ、短辺１．９８ｍｍ、基材の材料はステンレス（ＳＵＳ３０１）、厚さ０．１ｍｍ、当接部の幅寸法０．５ｍｍ、突出寸法０．４５ｍｍで、質量が０．１６ｍｇとなる。因みに、固定部に延びる梁の幅寸法０．４ｍｍ、長さ０．５ｍｍとなる。
【０１３８】
上記形状の振動板において、当接部の有る振動板と、当接部の無い振動板について振動のシミュレーションを行った結果を図２８に示す。なお、図２８において、（）内の数値は実測値を示す。
【０１３９】
図２８に示す結果によると、当接部の有無は、縦振動よりも屈曲２次振動の方に大きく影響し、当接部を設けることにより縦振動の共振周波数と屈曲２次振動の共振周波数の差が広がることが分かる。
【０１４０】
縦振動および屈曲２次振動を縮退させるためには、当接部の付加により広がった縦振動の共振周波数と屈曲２次振動の共振周波数の差を減らすのが効果的であると考えられる。
【０１４１】
ここで、振動板の長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとすると、縦振動の共振周波数ｆは、
ｆ∝１／ａ
屈曲２次振動の共振周波数ｆは、
ｆ∝ｂ／ａ^２
となることが知られている。
【０１４２】
従って、短辺の長さｂを変えることにより、縦振動と屈曲２次振動の共振周波数の差を減らし、当接部の影響をキャンセルできることが分かる。
【０１４３】
当接部が無いときは、縮退が起きる辺の比ｂ／ａ＝１／０．２７２＝７ｍｍ／１．９０ｍｍであるので、当接部が有る場合には、ｂ／ａ＝７ｍｍ／１．９２ｍｍ＝１／０．２７４にする必要がある。
【０１４４】
因みに、実験を行ったところ、短辺の長さを０．０６ｍｍ大きくした１．９８ｍｍのところが実験上最適であった。これは、縦振動と屈曲２次振動の２つの共振周波数が非常に接近したとき、僅かな駆動周波数の違いによって２つの振動割合が大きく変動したためと思われる。このときの、辺の比ｂ／ａ＝１／０．２８３＝７ｍｍ／１．９８ｍｍとなった。
【０１４５】
この実験の結果から、最適な振動板の辺の比ｂ／ａは、ｂ／ａ≧０．２７４の範囲（１＞ｂ／ａ）となる。
Ｊ．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態では、時計といった限られたスペースに収納可能な薄型の圧電アクチュエータＡにおいて、被駆動体となるロータ１００を振動板１０の当接部３６に押し付けることにより、ロータ１００と振動板１０との間に押圧力を与えるように構成し、この押圧力が押圧調整カム２６の回動によって調整可能とした。これにより、振動板１０をロータ１００に押し付けることによって押圧力を発生させていた従来例に比べ、本実施形態では、地板１０２に対して遊び（可動ガタ）をなくした状態で振動板１０を固定できる。これにより、振動板１０の振動を受けて駆動されるロータ１００による駆動特性の劣化、振動板１０の耐久性の低下等を大幅に改善することができる。
【０１４６】
さらに、ボンディングワイヤ３７を給電用電極板３３Ａ〜３３Ｄさらにリード基板１４のランドに接続した後に、この接続部分をポッティング層３８で覆うようにしたから、振動板１０を地板１０２に遊び（可動ガタ）をなくた状態で固定されることと合わせて、電気的接続も強固にでき接触不良をなくすことができる。
【０１４７】
この結果、圧電アクチュエータＡの寿命を延ばすし、信頼性を高めることができる。
【０１４８】
さらに、振動板１０に対して適切な押圧力を与えることにより、圧電アクチュエータＡを効率よく駆動させることが可能となる。
【０１４９】
I．変形例
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。
【０１５０】
（１）押圧機構及び調整機構の形態
実施形態においては、ロータ１００を介して振動板１０に押圧力を与える押圧機構として、ばね部２３を有するレバー２０を用い、その押圧力を調整する調整機構として押圧調整カム２６を用いた。しかし、本発明はこれに限定されることはなく、例えば以下のような構成としてもよい。
【０１５１】
ばね部は、図３に示す振動板１０と地板１０２との間に空きスペースがあれば、そのスペースに収納される形状（例えば、板状ばね、スプリング形状等）であってもよく、さらにレバー２０とは別体で形成するようにしてもよい。
【０１５２】
調整機構は、押圧調整カム２６に限らず、ばね部で発生する弾性力を調整する構造であればよい。
【０１５３】
（２）ロータ１００と振動板１０との位置関係
ロータ１００と日付表示車５０との間に介在する中間歯車の数は、実施形態で例示したものに限らず、任意である。中間歯車の数によってロータ１００を回転すべき方向が定まってくるため、これに応じてロータ１００と振動板１０の位置関係を変更する必要がある。
【０１５４】
（３）振動板１０の形状
前記実施形態では、２枚の圧電素子３０，３１を有する振動板１０を例示したが、本発明はこれに限らず、１枚の圧電素子を有する振動板でも、３枚以上の圧電素子を振動板に積層する構造であって適用可能である。
【０１５５】
また、上述した実施形態では、短冊状の振動板１０を用いるようにしていたが、振動板１０の形状は短冊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。
【０１５６】
さらに、圧電素子に貼着された電極板の形状は、図１０に示す形状に限定されずに、図２９〜図３１に示すように、圧電素子に形成されてもよい。
【０１５７】
例えば、図２９に示すように電極板が形成された場合には、電極板Iと電極板IIに駆動信号を供給することによって駆動される。電極板Iの部分から縦振動を起こし、電極板IIの部分から振動を起こし、電極板IIIの部分からは振動を起こさないことにより、縦方向の伸縮に対してアンバラスが生じ、屈曲２次振動が励振され、当接部に対してある方向（例えば、時計回り方向）の楕円軌道に沿った振動が発生させる。一方、当接部を逆転方向（例えば、反時計回り方向）に騒動させる場合には、電極板Iと電極板IIIに駆動信号を供給することによって駆動される。電極板Iの部分から縦振動を起こし、電極板IIIの部分から振動を起こし、電極板IIの部分からは振動を起こさないようにすればよい。当接部を正転／逆転させる場合には、上記のように構成すればよいが、特に１方向にのみ駆動させる場合には、電極板Iと電極板IIとを一体に形成すればよい。
【０１５８】
図３０は、図２９の電極板Iを無くしたものである。電極板IIに駆動信号を供給することによっても縦振動を発生させることができる。
【０１５９】
図３１は、全面電極Iで駆動する場合を示している。この振動体は、形状的なアンバラス（当接部）により屈曲２次振動を励振させる。破線で示すように圧電体のうち振動させない部分を生じさせる電極板IIIを形成するようにしてもよい。
【０１６０】
さらに、前述した圧電アクチュエータＡは、固定部１１が地板１０２の固定部凸部１０２Ａにねじ止めされ、支持当接部１２が地板１０２の支持当接部凸部１０２Ｂに載置されることにより、振動板１０が片持ち支持される構造とした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、固定部１１と同様に、支持当接部１２を支持当接部凸部１０２Ｂにねじ止めすることにより、振動板１０が両持ち支持される構造の圧電アクチュエータであってもよい。
【０１６１】
また、前記圧電アクチュエータＡは、地板１０２に振動板１０、ロータ１００を設置する構成としたが、本発明は地板１０２に限らず、圧電アクチュエータＡを構成する部材を支持し得る部位であればよい。
【０１６２】
（４）圧電アクチュエータを搭載する機器のバリエーション
また、上述した実施形態では、圧電アクチュエータＡを時計に搭載されるカレンダ表示機構の圧電アクチュエータ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、時針、分針、秒針によって時刻を表示する時刻表示機構に用いてもよい。
【０１６３】
さらに、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圧電アクチュエータや小型送風機の圧電アクチュエータ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圧電アクチュエータとしても好適である。
【０１６４】
（５）圧電アクチュエータＡの駆動形態
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、当接部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、被駆動体を直線状に駆動させる圧電アクチュエータに本発明を適用することも可能である。この場合であっても被駆動体が振動板１０に押圧力を与える構造とする。
【０１６５】
さらに、前記実施形態における圧電アクチュエータＡでは、腕時計のように極めて小さい電気エネルギによってロータ１００を駆動する駆動力を得ようとしたために、振動板１０の当接部３６を楕円軌道に沿って振動させるようにした。しかし、本発明はこれに限らず、当接部３６を振動板１０の長手方向に沿って縦振動させることにより、ロータ１００を回転駆動させてもよい。
【０１６６】
（６）地板１０２の形状
地板１０２は、振動板１０を固定するために、固定部１１を固定する固定部凸部１０２Ａと支持当接部１２に当接する支持当接部凸部１０２Ｂを突出形成するようにした。しかし、本発明は、これに限らず、地板１０２には、固定部１１および支持当接部１２のみで振動板１０を支持するような開口部を有する凹部を形成するようにしてよい。
【０１６７】
(７）カレンダ表示機構
前記実施形態では、カレンダ表示機構として暦情報のうち日付を表示する場合を例示したが、曜日、月、年をそれぞれ表示させるカレンダ表示機構としてもよいことは勿論である。
【０１６８】
（８）引き出し線
前記実施形態では、圧電素子３０，３１とリード基板１４のランドとの接続をボンディングワイヤ３７で接続する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図３２および図３３に示すように、リード基板として可撓性プリント基板（例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit））を用いることにより、ボンディングワイヤ３７を用いずに、圧電素子の各電極板とリード基板のランドとの配線部を一体で形成してもよい。
【０１６９】
具体的には、図３２に示すように、ＦＰＣ１５は、電極板３３Ａ，３３Ｃ，３４Ａ，３４Ｂ上から固定部１１に延びるような形状（略十字状）に形成されている。このＦＰＣ１５は、可撓性の絶縁フィルム１６に銅箔からなる導体パターン１７が配設されたものである。導体パターン１７のうち、接続対象と電気的に接続されるランド１７Ａは、図３３に示すように、絶縁フィルム１６に導通用孔１６Ａが穿設されている。なお、図３３では、圧電素子３０，３１の電極板のうち、基材３２側に位置した電極板は省略してある。
【０１７０】
ＦＰＣ１５のランド１７Ａを電極板に接続する場合には、図３３に示すように、ランド１７Ａを導通用孔１６Ａを通して電極板にまで撓ませた上で、抵抗溶着、圧着或いは半田付け等によってランド１７Ａと電極板とを電気的に接続する。
【０１７１】
このように、ボンディングワイヤ３７の代わりにＦＰＣ１５を用いた場合であっても、電気的接続を強固にでき接触不良をなくすことができる。
【０１７２】
（９）外部の回路基板との接続
前記実施形態では、リード基板１４を介して圧電素子３０，３１に供給される駆動信号の入力経路については省略しているが、実際の腕時計においては、リード基板１４には、駆動回路５００が実装された回路基板１８が接続されることになる。
【０１７３】
そこで、図３４および図３５に基づいてリード基板１４と回路基板１８との接続構造について説明する。
【０１７４】
回路基板１８には、図３４に示すように、この回路基板１８の表裏面のうち、リード基板１４のランド１４Ａに対向する面には駆動回路５００（図３４には図示せず）に繋がるパターン１８Ａが形成され、リード基板１４のランド１４Ａに対向する位置にはこのパターン１８Ａに繋がるランド１８Ｂが形成され、さらに固定用孔１８Ｃが形成される。ランド１８Ｂは、この固定用孔１８Ｃを取り囲むように配置して形成される。
【０１７５】
一方、リード基板１４が配設された固定部１１には、位置決め孔１１Ａとは異なる位置に固定用孔１１Ｂが形成されている。このリード基板１４のランド１４Ａはこの固定用孔１１Ｂを取り囲むように配置して形成される。
【０１７６】
リード基板１４および回路基板１８は、リード基板１４のランド１４Ａと回路基板１８のランド１８Ｂとが互いに接触した状態で、図３５に示すように、地板１０２から押さえ板９９を貫いて固定するねじ受け１９Ｂとねじ１９Ａによって固定される。押さえ板９９には環状凸部９９Ｂが形成される。ねじ１９Ａとねじ受け１９Ｂとの間には、上から順に環状凸部９９Ｂ、回路基板１８、リード基板１４、固定部１１、地板１０２が狭持されているため、基板１４，１８間にはねじ１９Ａとねじ受け１９Ｂによる付勢力が作用する。これにより、ランド１４Ａとランド１８Ｂとは、互いに押し付けられることになり、電気的に強固に接続されることになる。このねじ受け１９Ｂおよびねじ１９Ａは、固定部１１を地板１０２に固定する固定手段も兼ねることになる。
【発明の効果】
【０１７７】
本発明によれば、圧電アクチュエータは、振動板の遊び（可動ガタ）に起因して発生する駆動効率の低下及び駆動特性の悪化を低減することができるばかりでなく、配線経路長が変化しないため配線の接続部の剥離を防ぎ、当該圧電アクチュエータは、その信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】本発明の実施形態に係る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。
【図２】同実施形態の時計の概略構成を示す断面図。
【図３】同実施形態のカレンダ表示機構の主要部分を示す断面図。
【図４】同実施形態の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平面図。
【図５】図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向から見た断面図。
【図６】同実施形態におけるロータを横から見た側面図。
【図７】同実施形態におけるロータを横から見た側面図。
【図８】同実施形態におけるロータを支持する構造を示す断面図。
【図９】同実施形態の圧電アクチュエータが備える押圧調整機構および調整方法を示す断面図。
【図１０】同実施形態の圧電アクチュエータの振動板を示す分解斜視図。
【図１１】同実施形態の振動板の圧電素子に駆動信号を供給する際の概略の駆動構成を示す図。
【図１２】同実施形態の振動板が縦振動する様子を模式的に示す図。
【図１３】同実施形態の振動板が屈曲振動する様子を模式的に示す図。
【図１４】同実施形態の振動板の振動時における当接部の軌道を説明するための図。
【図１５】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図。
【図１６】同実施形態の振動板の平面図である。
【図１７】同実施形態のボンディングワイヤの接続手順を示す図。
【図１８】同実施形態のボンディングワイヤの接続手順を示す図。
【図１９】同実施形態のボンディングワイヤの接続手順を示す図。
【図２０】同実施形態のボンディングワイヤの接続手順を示す図。
【図２１】同実施形態の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。
【図２２】同実施形態において、押圧力を振動板の振動方向と平行な方向に加える場合の、振動板とロータとの位置関係を示す平面図。
【図２３】同実施形態において、押圧力を振動板の振動方向と平行な方向に加える場合の、振動板とロータとの位置関係を示す平面図。
【図２４】同実施形態において、押圧力を振動板の振動方向と直交する方向に加える場合の、振動板とロータとの位置関係を示す平面図。
【図２５】同実施形態において、押圧力を振動板の振動方向と直交する方向に加える場合の、振動板とロータとの位置関係を示す平面図。
【図２６】同実施形態において、押圧力を振動板の振動方向に対して３０°傾斜した方向に加える場合の、振動板とロータとの位置関係を示す平面図。
【図２７】前記振動板の具体的な大きさを示す平面図。
【図２８】実験結果による共振周波数を示す表。
【図２９】振動板の圧電素子に形成される電極板の変形例を示す平面図。
【図３０】振動板の圧電素子に形成される電極板の変形例を示す平面図。
【図３１】振動板の圧電素子に形成される電極板の変形例を示す平面図。
【図３２】変形例による振動板を示す平面図。
【図３３】図３２中の矢示XXXIII−XXXIII方向から見た断面図。
【図３４】リード基板に回路基板を固定する前の状態を示す斜視図。
【図３５】リード基板と回路基板とを固定した状態を示す断面図。
【図３６】従来技術による時計のカレンダ表示機構を示す模式図。
【図３７】従来技術による圧電アクチュエータを示す模式図。
【符号の説明】
【０１７９】
振動板１０、地板１０２、レバー２０、ばね部２３、ロータ取付部２５、挿通孔２２、シャフト２１、偏心形状の押圧調整カム２６、ロータ１００

Claims (6)

1. 支持体と、該支持体に固定され、かつ板状の圧電素子と板状の基材とが積層され前記圧電素子に駆動信号が与えられることにより振動する振動板と、前記振動板の振動により駆動される被駆動体と、前記被駆動体側から前記振動板に押圧力を与える押圧機構と、を有し、
   前記振動板には、前記支持体に固定される固定部および被駆動体に当接される当接部が設けられ、
   前記固定部に貼設され、かつ前記圧電素子を駆動する駆動回路に接続されたランドを有するリード基板には、前記圧電素子の電極板と前記リード基板のランドとが配置されたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記板状の圧電素子は前記板状の基材の表裏に積層された第１の圧電素子と第２の圧電素子とを有し、前記第１および第２の圧電素子の各々は前記基材に対面しない側に複数の電極板を有し、
   該複数の電極板と前記リード基板のランドとの間を可撓性プリント基板で接続したことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記基材に対面しない側に位置した前記電極板の各々を、前記振動板の側端部を迂回しつつ跨いだ前記可撓性プリント基板によって互いに接続されていることを特徴とする請求項2記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記駆動回路が実装され、該駆動回路に電気的に接続されたランドを有する回路基板と、前記固定部側に位置した可撓性プリント基板のランドとが互いに接触し、前記電極板と前記駆動回路とが電気的に接続されるように、前記可撓性プリント基板および前記回路基板に圧力を加える圧力付与機構とを有し、前記圧力付与機構は、前記固定部を前記支持体に固定する固定手段を兼ねることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
5. 請求項１乃至４のいずれかの請求項に記載の圧電アクチュエータと、前記振動板を構成する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、前記圧電アクチュエータによって駆動される時刻情報表示手段と、を具備することを特徴とする時計。
6. 請求項１乃至４のいずれかの請求項に記載の圧電アクチュエータと、前記振動板を構成する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、前記圧電アクチュエータによって駆動される駆動対象と、を具備することを特徴とする携帯機器。

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