(57)【要約】変換効率が良く、小型、薄型化が可能な電子時計を提供すべく、板状の圧電アクチュエータ３４１と、この圧電アクチュエータ３４１の振動により駆動される被駆動体３４３と、この被駆動体３４３の駆動により伝達機構４を介して動作する時刻表示機構５とを備えた。
2004021091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の振動体と、この振動体の振動により駆動される被駆動体と、この被駆動体の駆動により直接、或いは伝達機構を介して動作する時刻表示機構とを備えたことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のアナログ電子時計において、
前記板状の振動体は、板状の圧電素子と補強部とが積層された振動板と、この振動板を支持体に固定する固定部と、前記振動板の長手方向端部に設けられた当接部とを備え、前記圧電素子に駆動信号を供給することにより、前記圧電素子を伸縮させて前記振動板に前記長手方向に伸縮する振動および前記長手方向とは交差する方向への振動を生じさせ、これらの振動に伴う前記当接部の変位によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであり、前記当接部と前記被駆動体とが押圧手段によって押圧されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項３】
請求の範囲第１項又は第２項記載のアナログ電子時計において、
前記被駆動体、或いは前記伝達機構と平面的に重なり合わない位置に前記振動体が配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項４】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナログ電子時計において、
前記伝達機構及び前記時刻表示機構を含む機構と平面的に重なり合う位置に前記振動体が配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項５】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナログ電子時計において、
当該アナログ電子時計を構成する構成部材のうち、配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材に対して平面的に重なり合う位置に前記振動体が配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項６】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナログ電子時計において、
前記被駆動体に前記振動体を押圧する押圧手段を備えたことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項７】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナログ電子時計において、
前記振動体に前記被駆動体を押圧する押圧手段を備えたことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項８】
請求の範囲第７項記載のアナログ電子時計において、
前記押圧手段による押圧力を前記伝達機構の内の前記被駆動体で最初に駆動される被駆動車の略周方向に作用させることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項９】
請求の範囲第７項記載のアナログ電子時計において、
前記押圧手段による押圧力を前記伝達機構の内の前記被駆動体で最初に駆動される被駆動車の略中心方向に作用させることを特徴とするアナログ電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、圧電アクチュエータを用いたアナログ電子時計に関する。
【背景技術】  従来、圧電素子の圧電効果で振動を誘起する振動体と、この振動体の振動により回転駆動される被駆動体と、この被駆動体の回転により動作する表示手段とを備えた時計が提案されている。
このような時計として、例えば、特開昭６２−２２３６８９号公報に開示されている時計では、振動体の振動をラチェットにより回転移動に変換している。このため、変換効率が悪いという問題がある。時計のように限られたサイズの中で内蔵の電源を利用する商品では、電池寿命の極めて短い商品となってしまう。これを解決するためには、大容量の機械的寸法の大きな電池を搭載しなければならず、時計サイズが大型化し、デザイン上の制約を受けるという問題がある。
また、特許文献特開昭６０−１１３６７５号公報、特開昭６３−１１３９９０号公報あるいは特公平７−３９１７５号公報に開示されている時計では、くさび構造、或いはリング状のモータ構造が採用されている。そして、これらの時計においては、時計体の厚み方向を長手方向とする楕円運動を、時計体の厚み方向に垂直な平面方向の回転運動に変換する構造を採っている。この楕円運動は平面方向における変位が極めて少ないため、回転移動に変換するためのエネルギー変換効率が極めて悪い。
従って、特開昭６２−２２３６８９号公報に開示されている時計と同様に電池寿命の極めて短い商品となってしまう。これを解決するために、平面方向の変位を拡大する機構が提案されているが、この機構は厚み方向に構成される。もともとこのタイプの構造は、振動体と被駆動体が厚み方向に重なる構成のため、厚みが更に大きくなり、時計体の薄型化に対し大きな問題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、変換効率が良く、小型、薄型化が可能なアナログ電子時計を提供することにある。
【発明の開示】
本発明の第１の態様は、板状の振動体と、この振動体の振動により駆動される被駆動体と、この被駆動体の駆動により直接、或いは伝達機構を介して動作する時刻表示機構とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記板状の振動体は、板状の圧電素子と補強部とが積層された振動板と、この振動板を支持体に固定する固定部と、前記振動板の長手方向端部に設けられた当接部とを備え、前記圧電素子に駆動信号を供給することにより、前記圧電素子を伸縮させて前記振動板に前記長手方向に伸縮する振動および前記長手方向とは交差する方向への振動を生じさせ、これらの振動に伴う前記当接部の変位によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであり、前記当接部と前記被駆動体とが押圧手段によって押圧されていることを特徴とする。
また、本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様において、前記被駆動体、或いは前記伝達機構と平面的に重なり合わない位置に前記振動体が配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第４の態様は、第１の態様又は第２の態様において、前記伝達機構及び前記時刻表示機構を含む機構と平面的に重なり合う位置に前記振動体が配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第５の態様は、当該アナログ電子時計を構成する構成部材のうち、配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材に対して平面的に重なり合う位置に前記振動体が配置されていることを特徴とする。
また、本発明の第６の態様は、第１の態様又は第２の態様において、前記被駆動体に前記振動体を押圧する押圧手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第７の態様は、第１の態様又は第２の態様において、前記振動体に前記被駆動体を押圧する押圧手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記押圧手段による押圧力を前記伝達機構の内の前記被駆動体で最初に駆動される被駆動車の略周方向に作用させることを特徴とする。
また、本発明の第９の態様は、第７の態様において、前記押圧手段による押圧力を前記伝達機構の内の前記被駆動体で最初に駆動される被駆動車の略中心方向に作用させることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の一実施形態を示すブロック・ダイヤグラムである。
第２図は、アナログ電子時計の表平面図である。
第３図は、アナログ電子時計の断面図である。
第４図は、アナログ電子時計の断面図である。
第５図は、圧電アクチュエータの断面図である。
第６図は、圧電アクチュエータの側面図である。
第７図は、圧電アクチュエータの平面図である。
第８図は、圧電アクチュエータの当接部の拡大図である。
第９図は、第２実施形態を示すアナログ電子時計の断面図である。
第１０図は、第３実施形態を示す圧電アクチュエータの押圧構造平面図である。
第１１図は、第４実施形態を示す圧電アクチュエータの押圧構造平面図である。
第１２図は、第６実施形態のアナログ電子時計の平面図である。
第１３図は、第６実施形態の圧電アクチュエータを含む時刻表示機構の断面図である。
第１４図は、圧電アクチュエータの具体的構成における周波数−インピーダンス特性を説明する図である。
第１５図は、圧電アクチュエータの電極配置一例の説明図である。
第１６図は、他の圧電アクチュエータの電極配置の説明図である。
第１７図は、正方向／逆方向の双方に駆動する場合の圧電アクチュエータの電極配置の説明図である。
第１８図は、正方向／逆方向の双方に駆動する場合の他の圧電アクチュエータの電極配置の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［１］  第１実施形態
第１図は、本第１実施形態によるアナログ電子時計を示すブロック・ダイヤグラム、第２図は、同じくアナログ電子時計を示す表平面第で図ある。
第１図に示す時計では、制御対象が時刻表示機構５であり、時刻表示機構５は圧電アクチュエータ３４１で動作する。第１図において、電源１からの電気エネルギーを受けて、電子回路２の発振回路２０１が基準信号である３２，７６８Ｈｚの周波数を有する信号を発振する。この基準信号は分周回路２０２において１Ｈｚとされる。分周回路２０２からの信号は制御回路２２５に送られる。この制御回路２２５は、時刻表示機構５の駆動源である圧電アクチュエータ３４１の駆動パルスの供給タイミングを制御する。そして、制御回路２２５は、圧電アクチュエータ３４１に駆動パルスを与える発振回路２３６１に駆動パルス命令信号を入力する。
制御回路２２５からの供給タイミンダを制御された駆動パルス命令信号が、発振回路２３６１に入力されると、駆動パルス命令信号は波形成形回路２３６２を経てモータ駆動回路２３６３に入力される。そして、このモータ駆動回路２３６３は圧電アクチュエータ３４１に駆動パルスを供給する。この圧電アクチュエータ３４１は駆動パルスに従い、圧電効果を利用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、被駆動体（ロータ）３４３の外周を突つく。この突つきによりロータ３４３は、回転されて伝達機構（減速輪列）４を回転駆動し、時刻表示機構５を駆動する。この時刻表示機構５の表示を修正するには時刻修正装置８によって行われる。
第２図は、アナログ電子時計の平面図である。
第１図のブロック・ダイヤグラムで記した各種の機構は、第２図に示すように、地板１１に対してまとまりよく配置されている。
即ち、アナログ電子時計を構成する電源１を構成する電池１Ａ、マイナス端子１Ｂ及びプラス端子１Ｃと、リューズ８Ａを含む時刻修正装置８と、発振回路２０１を構成する水晶発振器２０１Ａと、電子回路２が形成されたＩＣ２Ａと、駆動源としての圧電アクチュエータ３４１を含む時刻表示機構５とが地板１に対し、まとまりよく配置されている。第２図において、符号１０１は電池１Ａとも接触する回路押えである。
第３図は、圧電アクチュエータ３４１を含む時刻表示機構５の断面図である。
圧電アクチュエータ３４１は略長方形状の板状の振動体である（第２図）。この圧電アクチュエータ３４１は、後述するように電圧が印加されると、長手方向への振動（以下、縦振動という）および短手方向への振動（以下、屈曲二次振動）する振動体である。
圧電アクチュエータ（振動体）３４１の中程には固定部３４１Ａが一体的に形成されている。この固定部３４１Ａは固定ピン１２を介して地板１１に固定されている。圧電アクチュエータ３４１は地板１１に対してほぼ水平に配置されている。
圧電アクチュエータ３４１の先端には当接部３４１Ｂが設けられている。そして、圧電アクチュエータ３４１が縦振動および屈曲二次振動を行うことにより、当接部３４１Ｂの先端部は、楕円軌道を描きつつ、回転自在に支持されたロータ３４３の外周部に接触する。
当接部３４１Ｂの先端部がロータ３４３の外周部に接触すると、摩擦力によりロータ３４３が第１３図の矢印Ａ方向に回転する。そして、ロータ３４３と一体の被駆動車３４３Ａが同一方向に回転する。さらに、被駆動車３４３Ａに噛み合う４番車３５１が、第２図の矢印Ｂ方向に回転する。この４番車３５１の回転により、回転軸３５１Ａに取り付けられた秒針３５１Ｂが駆動される。
また、４番車３５１の回転軸３５１Ａには被駆動車３５１Ｃが固定されている。この被駆動車３５１Ｃには３番車３５２が噛み合い、３番車３５２は第２図の矢印Ｃ方向に回転する。３番車３５２の回転軸３５２Ａには被駆動車３５２Ｂが固定されている。この被駆動車３５２Ｂには２番車３５３が噛み合ている。この２番車３５３が回転することにより、２番車３５３の回転軸３５３Ａに取り付けられた分針３５３Ｂが駆動される。
２番車３５３の回転軸３５３Ａには、第４図に示すように、被駆動車３５３Ｃが固定されている。この被駆動車３５３Ｃには日の裏車３５４が噛み合い、日の裏車３５４は第１図の矢印Ｄ方向に回転する。
日の裏車３５４の回転軸３５４Ａに固定された被駆動車３５４Ｂには筒車３５５が噛み合っている。この筒車３５５が回転することにより、筒車３５５の回転軸３５５Ａに取り付けられた時針３５５Ｂが駆動される。
上記構成では、被駆動体３４３、４番車３５１、３番車３５２、２番車３５３、日の裏車３５４、筒車３５５等が、伝達機構（減速輪列）４及び時刻表示機構５を構成する。
本実施形態では、圧電アクチュエータ３４１を時計の駆動源としている。このため、本実施形態のアナログ電子時計は、電磁モータを駆動源とする時計と比較して、外部磁界に対して強い時計を提供できる。また、駆動源の部品点数が少ない。
また、本実施形態のアナログ電子時計は、発生トルクが大きく、伝達輪列を削減することができる。このため、部品コスト、時計の組み立てコスト等のコストを削減できる。
さらに発生トルクが大きいということは、幅があり、厚みのある秒針、分針、時針等の指針を取り付けることができる。このため、時計として、視認性に優れ、質感の高いものとなる。また、摩擦駆動のため、針がふらつくことがなく、位置精度に優れた時計となる。
さらにまた、圧電アクチュエータ３４１が、平面方向の振動運動を、ロータ３４３の回転運動に変換する構成であるため、圧電アクチュエータ３４１に重なり合う部品がなく、薄型化が図られる。また、ロータ３４３である輪列の回転方向に対して圧電アクチュエータ３４１が振動するため、伝達効率に優れる。しかも地板１１に対する振動漏れの影響等を抑制することができる。
上記構成では、圧電アクチュエータ３４１は、４番車３５１、３番車３５２、２番車３５３、日の裏車３５４、筒車３５５等と平面的に重なり合わない位置に配置されている。従って、時計の薄型化が図られる。
第２図に示すように、圧電アクチュエータ３４１は、固定ピン１２を介して地板１１にねじ、かしめ、溶接等の方法によって固定される一方、ロータ３４３は押圧部材１６（押圧手段）を介して圧電アクチュエータ３４１側に常に押圧されている。ここで、押圧部材１６は、圧電アクチュエータ３４１とは平面的に重ならないように配置されている。
押圧部材１６はピン１６Ａを介して地板１１に支持されたばね性を有するＵ字状の板材である。押圧部材１６の一端１６Ｂには、ロータ３４３が係止されている。また、押圧部材１６の他端１６Ｃが地板１１に固定されたピン１７に係止されている。これにより、押圧部材１６は、Ｕ字状の板材の復元力でロータ３４３を圧電アクチュエータ３４１側に押圧している。
押圧部材１６でロータ３４３を圧電アクチュエータ３４１に押圧する構成によれば、圧電アクチュエータ３４１が固定ピン１２を介してねじ、かしめ、溶接等の方法によって固定される。このため、時計のような衝撃を受ける携帯機器において、駆動特性の劣化や、振動体の破損を防止できる。また、駆動信号を印加するための配線経路長が変化せず、導通が安定する。さらに圧電アクチュエータ３４１の剛性が向上するから、伝達機構へのエネルギー伝達効率も向上される。
圧電アクチュエータ３４１は、第３図に示すように、２つの板状の圧電素子１３，１４の間に、ステンレス鋼等の金属からなる板状の基板１５を挟んで構成されている。この基板１５に、上述した固定部３４１Ａ及び当接部３４１Ｂが一体的に形成されている。基板１５を圧電素子１３，１４で挟む積層構造により、圧電アクチュエータ３４１の過振幅や外力に起因する圧電素子１３，１４の損傷を抑制することができる。ここで、圧電素子１３，１４と固定部３４１Ａは平面的に重なることなく配置されている。
圧電素子１３，１４の面上には、第５図に示すように、それぞれ電極１３Ａ，１４Ａが配置されている。そして駆動回路２３６３からの駆動電圧が、これらの電極１３Ａ，１４Ａを介して圧電素子１３，１４に印加される。圧電素子１３の分極方向と圧電素子１４の分極方向が逆向きの場合、第５図中で上面、中央、下面の電位がそれぞれ＋Ｖ，−Ｖ，＋Ｖ（或いは−Ｖ，＋Ｖ，−Ｖ）となるように、駆動回路２３６３から交流の駆動信号を供給すれば、圧電素子１３，１４が伸び縮みするように変位する。ここで、＋Ｖの駆動信号、及び−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、基板１５に対して上側の圧電素子１３と、下側の圧電素子１４とに発生する振動の振幅は、基板１５に０Ｖを印加した場合（基板１５を駆動回路２３６３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。なお、第５図では、説明の便宜上、圧電素子１３，１４と接触する給電用電極を省略して、外側に位置する電極１３Ａ，１４Ａのみを示す。
圧電素子１３，１４の材料としては、チタン酸ジルコニウム酸鉛、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が使用される。
つぎに、圧電アクチュエータ３４１の動作を説明する。
駆動回路２３６３から、電極１３Ａ，１４Ａを介して、圧電素子１３，１４に交流の駆動信号が印加されると、第６図に矢印で示すように、圧電素子１３，１４には長手方向に伸縮する縦振動が発生する。このように圧電素子１３，１４への駆動信号の印加によって、圧電アクチュエータ３４１が電気的に縦振動で励振すると、圧電アクチュエータ３４１の重量バランスのアンバランスによって、圧電アクチュエータ３４１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、第７図に示すように、圧電アクチュエータ３４１が幅方向に揺動する屈曲二次振動が誘発される。
このように、圧電アクチュエータ３４１に縦振動と屈曲二次振動とを生じさせ、縦振動と屈曲二次振動とを合成させる。これにより、圧電アクチュエータ３４１の当接部３４１Ｂの先端部分は、第８図に示すように、楕円軌道に沿って移動することになる。そして、当接部３４１Ｂの先端部分が時計方向の楕円軌道を描くことにより、当接部３４１Ｂがロータ３４３側に膨らんだ位置にあるとき、当接部３４１Ｂがロータ３４３を押す力が大きくなる。一方、当接部３４１Ｂがロータ３４３側から退避した位置に膨らんだとき、当接部３４１Ｂがロータ３４３を押す力が小さくなる。従って、当接部３４１Ｂのロータ３４に対する押圧力が大きい間、つまり当接部３４１Ｂがロータ３４３側に膨らんだ位置にあるとき、当接部３４１Ｂの変位方向に、ロータ３４３が回転駆動される。本実施形態では、圧電アクチュエータ３４１の当接部３４１Ｂの変位に伴ってロータ３４３が第２図中矢印Ａ方向に回転することにより時刻表示機構５が動作する。
ところで、この圧電アクチュエータ３４１を時計に使用する場合、圧電アクチュエータ３４１の突つきによって、どの位置までロータ３４３を回転させたかのロータの回転位置の検出が必要になる。このため、第２図に示すように、４番車３５１と導通ピン１８との間に位置検出装置１００が設けられる。
この位置検出装置１００は、ジャンパばね１９を有している。このジャンパばね１９の一端１９Ａは地板１１に例えばねじ止めされている。ジャンパばね１９の他端には略Ｖ字状に折り曲げられたノック１９Ｂが形成されている。このノック１９Ｂは４番車３５１の歯割りされた６０枚の歯に係合される。
ここで、位置検出装置１００の動作を説明する。
第１図を参照し、発振回路２０１、分周回路２０２からの１Ｈｚの信号で制御回路２２５を介して発振回路２３６１が駆動されると、圧電アクチュエータ３４１によるロータ３４３の突つきが開始され、ロータ３４３が回転駆動される。これによって、第２図に示すように、４番車３５１が矢印Ｂの方向に回転駆動される。４番車３５１の回転によって、ジャンパばね１９のノック１９Ｂは４番車３５１の歯形の凹凸に従い進退移動する。ジャンパばね１９が撓んで、高電位側電位ＶＤＤを有するジャンパばね１９が導通ピン１８に接触する。その後、さらに４番車３５１が回転し、ジャンパばね１９が導通ピン１８から離れたところで位置検出装置１００が動作し、位置検出装置１００から制御回路２２５に発振回路２３６１への発振停止命令が入力される。
即ち、この実施形態では、圧電アクチュエータ３４１による突つき動作が開始された後、４番車３５１の歯割りされた６０枚の歯の内、１枚の歯をジャンパばね１９が乗り上げる位置に至ると、これを位置検出装置１００が検知する。そして、発振回路２３６１への発振停止命令が入力され、圧電アクチュエータ３４１による突つき動作が停止される。この動作は１秒間の間に行われる。
そして、つぎの分周回路２０２からの１Ｈｚの信号で制御回路２２５を介して発振回路２３６１が駆動されると、再度、圧電アクチュエータ３４１の突つきが開始され、ロータ３４３が回転駆動される。これの繰り返しによって伝達機構４を介して時刻表示機構５が駆動されることとなる。
上記構成が、腕時計に適用された場合、圧電アクチュエータ３４１が腕に対しほぼ平行に延在し、圧電アクチュエータ３４１の振動が人の腕に直交する方向に作用しない構造であるため、振動が増幅されることはない。
また、腕時計では、デザイン面から、腕の形状に沿って１２時、及び６時の位置が低くなるように湾曲させることがある。この場合、圧電アクチュエータ３４１を、例えば、４時から８時の位置に配置する等すれば、当該形状の腕時計に、上記構成を、簡単に適用することができる。
［２］第２実施形態
第９図は第２実施形態のアナログ電子時計の断面図である。
本第２実施形態では、圧電アクチュエータ３４１が伝達機構４及び時刻表示機構５を含む機構と平面的に重なり合う位置に配置されている。即ち、圧電アクチュエータ３４１とロータ３４３とが伝達機構４及び時刻表示機構５を含む機構を挟んで対向配置され、伝達機構４及び時刻表示機構５の裏側で、各機構と平面的に重なり合う位置に配置されている。その他の構成は、上記実施形態とほぼ同じであり、第３図と同一部分には同一符号を付して示す。
本第２実施形態では、圧電アクチュエータ３４１に薄い板材を使用している。このため、圧電アクチュエータ３４１と、４番車３５１、３番車３５２、２番車３５３、日の裏車３５４、筒車３５５等を含む機構とを平面的に重なり合う位置に配置しても、時計の高さ方向の寸法はあまり大きくならない。従って、従来技術に比べて、駆動体（アクチュエータ）の分だけ時計の小型化が図られる。
［３］第３実施形態
第１０図は、第３実施形態の圧電アクチュエータの押圧構造平面図である。第１０図において、第２図と同一部分には同一符号を付して示す。
本第３実施形態では、押圧部材１６による押圧力Ｆが、伝達機構４の内のロータ３４３によって最初に駆動される４番車（被駆動車）３５１の周方向Ｆ１に略一致して作用するように、圧電アクチュエータ３４１とロータ３４３と４番車３５１との配置関係が設定されている。この構成では、押圧部材１６によってロータ３４３が圧電アクチュエータ３４１側に押圧付勢されている。即ち、ロータ３４３が面内を移動する構成となっている。ここで、ロータ３４３が面内を移動する場合、ロータ３４３と４番車３５１との中心間距離が変化し、伝達効率が不安定になるおそれがある。
しかしながら、本実施形態では、押圧部材１６による押圧力Ｆが、４番車３５１の略周方向Ｆ１に作用するため、ロータ３４３と４番車３５１との中心間距離が一定に保たれ、伝達効率を安定させることができる。
［４］第４実施形態
第１１図は、第４実施形態の圧電アクチュエータの押圧構造平面図である。第１１図において、第２図と同一部分には同一符号を付して示す。
本第４実施形態では、押圧部材１６による押圧力Ｆが、伝達機構４の内のロータ３４３によって最初に駆動される４番車（被駆動車）３５１の略中心方向Ｆ２に作用するように、圧電アクチュエータ３４１とロータ３４３と４番車３５１との配置関係が設定されている。
この構成では、時計の輪列負荷トルクに対してロータ３４３が受ける力の方向（押圧力Ｆの方向）が、ロータ３４３の回転方向（矢印Ａの方向）と略直交するため、押圧部材１６による押圧力Ｆが変動することがない。従って、圧電アクチュエータ３４１の突つき動作による安定した駆動が可能になる。時計に衝撃が作用してもロータ３４３から４番車３５１への回転の伝達に影響が少なく、時刻表示機構５による時刻表示のずれが抑制される。
［５］第５実施形態
第５実施形態としては、押圧部材１６を用いなくとも、押圧部材１６に類似の手段を用いて圧電アクチュエータ３４１をロータ３４３側に押圧付勢する構成を採ることが可能である。この場合、ロータ３４３が面内を移動せず、圧電アクチュエータ３４１が面内を移動する。すなわち、ロータ３４３が面内を移動しないため、ロータ３４３と４番車３５１の中心間距離が一定に保たれ、伝達効率を安定させることができる。
［６］第６実施形態
本第６実施形態は、アナログ電子時計を構成する構成部材のうち、配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材に対して平面的に重なり合う位置に振動体を配置した場合の実施形態である。
具体的には、配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材として、回路基板、ＩＣ回路、輪列部、地板、各種受け部材、時刻修正部材、回路押さえ等が挙げられる。また、ロータホイールの上下方向に配置されている歯車、加圧ばね、押さえ板、地板などを振動体に平面的に重なり合う位置に配置することができる。
第１２図は、第６実施形態のアナログ電子時計の平面図である。第１２図において、第２図と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
本第６実施形態のアナログ電子時計において、第１図のブロック・ダイヤグラムで記した各種の機構は、第１２図に示すように、地板１１に対してまとまりよく配置されている。
すなわち、第６実施形態のアナログ電子時計は、電源１を構成する電池１Ａ、マイナス端子１Ｂ及びプラス端子１Ｃと、リューズ８Ａを含む時刻修正装置８と、発振回路２０１を構成する水晶発振器２０１Ａと、電子回路２が形成されたＩＣ２Ａと、駆動源としての圧電アクチュエータ４００を含む時刻表示機構５とが地板１１に対してまとまりよく配置されている。ここで、回路押さえ１０１は電池１Ａとも接触している。
第１３図は、圧電アクチュエータ４００を含む時刻表示機構５の断面図である。圧電アクチュエータ４００は、第１３図に示すように、略長方形状の板状に形成されている。
この圧電アクチュエータ４００の中程には固定部４００Ａが一体的に形成されている。この固定部４００Ａは固定ピン１２を介して地板１１に固定されている。このとき圧電アクチュエータ４００は、地板１１に対してほぼ水平に配置されている。この結果、圧電アクチュエータ４００が縦振動および屈曲二次振動をすることにより、その先端の当接部４００Ｂの先端部は、楕円軌道を描きつつ、回転自在に支持されたロータ３４３の外周部に接触するように構成されている。
そして、中央電極４０１および電極対４０２に駆動電圧を印加して駆動する。このとき電極対４０３には駆動電圧は印加しない状態にする。そして、圧電アクチュエータ４００の当接部４００Ｂがロータ３４３の外周部に接触すると、摩擦力によりロータ３４３が第１６図の矢印Ａ方向に回転する。これによりロータ３４３と一体の被駆動車３４３Ａが同一方向に回転する。さらに、被駆動車３４３Ａに噛み合う４番車３５１が、第１２図の矢印Ｂ方向に回転し、回転軸３５１Ａに取り付けられた秒針３５１Ｂが駆動される。
４番車３５１の回転軸３５１Ａには被駆動車３５１Ｃが固定されている。この被駆動車３５１Ｃには３番車３５２が噛み合い、３番車３５２は第１３図の矢印Ｃ方向に回転する。３番車３５２の回転軸３５２Ａには被駆動車３５２Ｂが固定されている。さらに、被駆動車３５２Ｂには２番車３５３が噛み合っている。したがって、２番車３５３が回転することにより、２番車３５３の回転軸３５３Ａに取り付けられた分針３５３Ｂが駆動される。
２番車３５３の回転軸３５３Ａには、被駆動車３５３Ｃが固定されている。この被駆動車３５３Ｃには日の裏車３５４が噛み合い、日の裏車３５４は第１２図の矢印Ｄ方向に回転する。
本第６実施形態によれば、アナログ電子時計を構成する構成部材のうち、圧電アクチュエータの配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材に対して平面的に重なり合う位置に圧電アクチュエータ（振動体）を配置しているので、アナログ電子時計の平面形状を小さくすることが可能となる。
［７］圧電アクチュエータの具体的構成
以上の説明においては、圧電アクチュエータ３４１（４００）の具体的構成については説明しなかったが、具体的には以下のような態様が考えられる。
まず、圧電アクチュエータ３４１の駆動効率を向上させるべく以下の形状に準ずる構成を採用する。すなわち、圧電アクチュエータ３４１の寸法を以下の様に設定する。
７［ｍｍ］×２［ｍｍ］×厚さ０．４［ｍｍ］
この場合において、圧電素子として厚さ０．１５［ｍｍ］のＰＺＴを２枚用い、基板として厚さ０．１［ｍｍ］のステンレス鋼板を用いる。
このようなおよそ７［ｍｍ］×２［ｍｍ］の縦横比を採用することにより、上述した縦振動と屈曲二次振動の共振周波数がほぼ等しくなり、効率的に楕円駆動を行える。
この場合において、屈曲二次振動の共振周波数は、縦振動の共振周波数に対し、０．９７倍〜１．０３倍の範囲となるのが好ましい
例えば、共振周波数は、以下の通りとなる。
縦振動      ：２８４．３［ｋＨｚ］
屈曲二次振動：２８８．６［ｋＨｚ］（縦振動共振周波数の１．０１５倍）
本例の共振周波数設定によれば、圧電アクチュエータ３４１において、良好な楕円振動を得ることができた。
ところで、縦振動の共振周波数および屈曲二次振動の共振周波数は、圧電アクチュエータ３４１の縦横比によって容易に制御可能である。上述の例の場合、縦の長さ（７［ｍｍ］）を固定した状態で、横の長さを２［ｍｍ］未満とすると、共振周波数の差が小さくなり、横の長さを２［ｍｍ］超とすると、共振周波数の差が大きくなる。これは、横の長さのみを変化させた場合、縦振動の共振周波数に影響が無いのに対し、屈曲二次振動の共振周波数のみが変化することに起因している。
より詳細には、圧電素子あるいは基板のヤング率によっても変化するので、それらに応じて最適化が必要ではあるものの、縦横比が７：２近辺が好ましいことがわかっている。なお、圧電アクチュエータ３４１の当接部３４１Ｂの質量に応じて屈曲二次振動の共振周波数は低下する。
ここで、最適駆動周波数の設定について説明する。
第１４図は圧電アクチュエータの具体的構成における周波数−インピーダンス特性を説明する図である。
第１４図に示すように、圧電アクチュエータ３４１の周波数−インピーダンス特性をみると、縦振動の極小値（縦振動の共振周波数）ｆ１と、屈曲二次振動の極小値（屈曲二次振動の共振周波数）ｆ２と、の間に反共振周波数ｆ０を有している。
上述の例の場合、縦振動の共振周波数ｆ１＝２８４．３［ｋＨｚ］であり、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２＝２８８．６［ｋＨｚ］である。したがって、圧電アクチュエータ３４１の駆動周波数（加振周波数）を２８０〜２９０［ｋＨｚ］とすることより、縦振動および屈曲二次振動を同時に起こさせることが可能となる。
望ましくは、縦振動の共振周波数ｆ１と屈曲二次振動の共振周波数ｆ２との間の周波数を圧電アクチュエータ３４１の駆動周波数とすればよい。上述の例の場合、圧電アクチュエータ駆動周波数を、
ｆ１＝２８４．３［ｋＨｚ］≦駆動周波数≦ｆ２＝２８８．６［ｋＨｚ］
とすればよい。
さらに望ましくは、圧電アクチュエータの駆動周波数を、縦振動の共振周波数ｆ１と屈曲二次振動の共振周波数ｆ２との間に位置する反共振周波数ｆ０より高い周波数、かつ、屈曲二次振動の共振周波数ｆ２未満の周波数とすればよい。
すなわち、
ｆ０＜駆動周波数≦ｆ２
とすればよい。
この結果、より大きな楕円振動（縦振動と屈曲二次振動の合成振動）を得ることが可能となり、より効率的な駆動が行えることとなる。また電磁ステップモータを使用したときに比べて耳障りな刻音が発生しない。
［８］変形例
以上、各実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。いか、各種の変形例について説明する。
［８．１］第１変形例
第１５図は圧電アクチュエータの電極配置の一例の説明図である。
本変形例の圧電アクチュエータ４００Ｂは、第１５図に示すように、全面電極４０４を設けるようにしている。
そして、圧電アクチュエータ３４１の当接部３４１Ｂに代えて、圧電アクチュエータ３４１にアンバランスな位置に当接部３４１Ｂ１、バランス部３４１Ｃ１を設けることにより、機械的にアンバランス状態として、縦振動および屈曲二次振動を生成している。
本変形例では、当接部として、当接部３４１Ｂ１およびバランス部３４１Ｃ１の二つを設けていたが、当接部３４１Ｂ１一つであってもかまわない。
［８．２］第２変形例
第１６図は他の圧電アクチュエータの電極配置の説明図である。
第１５図の第１変形例においては、全面電極４０４を設ける構成としていた。これに対し、本変形例の圧電アクチュエータ４００Ｃは、第１６図に示すように、当接部３４１Ｂ１とバランス部３４１Ｃ１を結ぶ位置に配置された駆動電極４０５と、検出電極対４０６を設けるような構成としている。
このような構成を採ることにより、駆動電極４０５に駆動電圧が印加されることによって、圧電素子の縦振動を励振されるとともに、圧電素子の伸縮にアンバランスが生じる。さらに当接部３４１Ｂ１およびバランス部３４１Ｃ１による機械的なアンバランス状態に起因してより確実に屈曲二次振動が励起されることとなる。
そして、縦振動と屈曲二次振動とが合成されて、楕円振動が生成されることとなる。
そして、検出電極対４０６については、検出電極として、第１変形例と同様の理由により振動状態の検出に用いることにより、より正確な制御が可能となる。
［８．３］第３変形例
以上の説明においては、ロータを一方向に駆動するものであったが、正方向／逆方向の双方に駆動するように構成することも可能である。
第１７図は正方向／逆方向の双方に駆動する場合の圧電アクチュエータの電極配置の説明図である。
本第３変形例の圧電アクチュエータ４００の電極配置においては、第１７図に示すように、中央電極４０１と、中央電極４０１に対して互いに交差するように配置された二組の電極対４０２、４０３と、を備えるように構成している。
このような構成とし、第１の方向（正方向）へ楕円駆動するためには、中央電極４０１および電極対４０２に駆動電圧を印加する。このとき、電極対４０３には駆動電圧は印加しない。
この結果、中央電極４０１により縦振動を励振されるが、電極対４０２、４０３のうち、電極対４０２のみに駆動電圧が印加されることによって圧電素子の縦振動の伸縮にアンバランスが生じ、第１の方向に対応する屈曲二次振動が励起されることとなる。
そして、縦振動と屈曲二次振動とが合成されて、第１の方向に楕円振動が生成されることとなる。
これに対し、第２の方向（逆方向）へ楕円駆動するためには、中央電極４０１および電極対４０３に駆動電圧を印加する。このとき電極対４０２には駆動電圧は印加しない。
この結果、中央電極４０１により縦振動を励振されるが、電極対４０２、４０３のうち、電極対４０３のみに駆動電圧が印加されることによって圧電素子の縦振動に起因する伸縮にアンバランスが生じ、第２の方向に対応する屈曲二次振動が励起されることとなる。
そして、縦振動と屈曲二次振動とが合成されて、第２の方向に楕円振動が生成されることとなる。
この場合において、駆動電圧が印加されない電極対については、検出電極として、振動状態の検出に用いることが望ましい。これは、圧電素子は、振動によって発熱し、温度によってヤング率や諸特性が変化するため、駆動周波数を固定的に制御するよりも、駆動電圧を印加していない電極対を介して振動によって発生する電圧を検出し、その位相差や電圧の絶対値を所定の制御目標値に合わせるように駆動周波数を制御する方が好ましいからである。
［８．４］第４変形例
第１８図は正方向／逆方向の双方に駆動する場合の他の圧電アクチュエータの電極配置の説明図である。
上記変形例においては、中央電極４０１と、２対の電極対４０２，４０３を設けていたが、本他の変形例の圧電アクチュエータ４００Ａにおいては、第１８図に示すように、中央電極４０１を廃し、２対の電極対４０２，４０３のみを設けるようにしている。
このような構成とし、第１の方向（正方向）へ楕円駆動するためには、電極対４０２に駆動電圧を印加する。このとき電極対４０３には駆動電圧は印加しない。
この結果、電極対４０２に駆動電圧が印加されることによって圧電素子の縦振動を励振されるとともに、圧電素子の伸縮にアンバランスが生じ、第１の方向に対応する屈曲二次振動が励起されることとなる。
そして、縦振動と屈曲二次振動とが合成されて、第１の方向に楕円振動が生成されることとなる。
これに対し、第２の方向（逆方向）へ楕円駆動するためには、電極対４０３に駆動電圧を印加する。このとき電極対４０２には駆動電圧は印加しない。
この結果、電極対４０３に駆動電圧が印加されることによって圧電素子の縦振動を励振されるとともに、圧電素子の伸縮にアンバランスが生じ、第１の方向とは逆の第２の方向に対応する屈曲二次振動が励起されることとなる。
そして、縦振動と屈曲二次振動とが合成されて、第２の方向に楕円振動が生成されることとなる。
これらの場合においても、駆動電圧が印加されない電極対については、検出電極として、上記変形例と同様の理由により振動状態の検出に用いることが望ましい。
［８．５］第５変形例
以上の説明においては、圧電アクチュエータの支持部位については、詳細に説明しなかったが、縦振動と屈曲二次振動の双方の振動の節となる中央部分を支持することにより振動損失を低減することが可能となる。
［８．５］第５変形例
以上の説明においては、圧電アクチュエータ３４１の配置を、４番車３５１、３番車３５２、２番車３５３、日の裏車３５４、筒車３５５等と平面的に重なり合わない位置とする場合、および、圧電アクチュエータ３４１が伝達機構４及び時刻表示機構５を含む機構と平面的に重なり合う位置に配置されている場合を説明した。しかしながら、当該アナログ電子時計を構成する構成部材のうち、配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材に対して平面的に重なり合う位置に前記振動体が配置されているようにしてもよい。
この場合において、配置後に厚さの増加に影響を与える他の構成部材としては、例えば、時計ムーブメントの総厚を決定づける電池、水晶振動子等が挙げられる。従って、配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材としては、回路基板、ＩＣ回路、輪列、地板、各種の受け部材、時刻修正部材、回路押さえ、カレンダー機構などが挙げられる。また、ロータホイールの上下に配置されている歯車、加圧ばね、押さえ板、地板などは、断面的に振動体とことなるので平面的に重なり合う位置に配置することにより、より大きな効果が得られる。
［８．６］第６変形例
また、位置検出装置１００は、ジャンパばね１９を用いた上記の構成に限定されず、例えば、非接触型センサ（光センサ、磁気センサ、静電容量センサ等）であってもよい。検出位置は、４番車３５１の位置を検出しているが、これに限定されず、ロータ、伝達車、或いは表示部（指針）等の位置であってもよい。検出方法は、例えば、光センサの場合、透過型、反射型等であってもよい。時計の薄型化を考慮すれば、反射型がよい。
［８．７］第７変形例
また、圧電アクチュエータ３４１が、ロータ３４３と同心上に配置されて一体に回転する５番車を駆動する構成としてもよく、また、ロータ３４３そのものを４番車としてもよい。２針（時分針）時計においては、ロータ３４３が３番車を駆動する構成としてもよく、また、ロータ３４３そのものを２番車としてもよい。時、分、秒に対して、それぞれ独立した駆動源を備えるように構成してもよい。
［８．８］第８変形例
時刻表示機構による表示方法は、回転（針）に限定されず、スライド、扇形、ドラム形等であってもよい。圧電アクチュエータの押圧角度は、図示の例では、ほぼ３０°に設定されたが、これに限定されず、ほかの押圧角度であってもよいことは明らかである。
［８．９］第９変形例
また、圧電アクチュエータ３４１の当接部３４１Ｂと反対側の端部にバランス部３４１Ｃ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てもよい。
［９］実施形態の効果
以上の説明のように各実施形態によれば、振動体および駆動回路をそれぞれ一つ設けるだけで良いため、構成を簡略化できるとともに、低コスト化が可能である。さらに振動体が一つであることにより、振動体を複数設ける場合と比較して駆動（振動）を安定に行わせることができる。
さらに検出電極を設けることにより、振動状態を検出することができ、最適な周波数で圧電アクチュエータを駆動することができる。
さらにまた、振動損失を少なくして効率の高い駆動を行える。
【発明の効果】
本発明では、板状の振動体の振動により被駆動体を駆動し、この被駆動体の駆動により直接、或いは伝達機構を介して時刻表示機構を動作させる構成としたため、従来のものと比べて、変換効率が良く、ムーブメントを厚くすることなく、小型化、薄型化が可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004021091.tif 000015
【図１４】
2004021091.tif 000016
【図１５】
2004021091.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年12月29日(2003.12.29)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）電源と、
前記電源により振動される板状の振動体と、
この振動体の振動により駆動される被駆動体と、
この被駆動体の駆動により直接、或いは伝達機構を介して動作し、アナログ表示により時刻表示を行う時刻表示機構とを備えたことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のアナログ電子時計において、
前記板状の振動体は、板状の圧電素子と補強部とが積層された振動板と、この振動板を支持体に固定する固定部と、前記振動板の長手方向端部に設けられた当接部とを備え、前記圧電素子に駆動信号を供給することにより、前記圧電素子を伸縮させて前記振動板に前記長手方向に伸縮する振動および前記長手方向とは交差する方向への振動を生じさせ、これらの振動に伴う前記当接部の変位によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであり、前記当接部と前記被駆動体とが押圧手段によって押圧されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項３】
請求の範囲第１項又は第２項記載のアナログ電子時計において、
前記被駆動体、或いは前記伝達機構と平面的に重なり合わない位置に前記振動体が配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項４】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナロダ電子時計において、
前記伝達機構及び前記時刻表示機構を含む機構と平面的に重なり合う位置に前記振動体が配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項５】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナログ電子時計において、
当該アナログ電子時計を構成する構成部材のうち、配置後に厚さの増加に影響を与えない他の構成部材に対して平面的に重なり合う位置に前記振動体が配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項６】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナログ電子時計において、
前記被駆動体に前記振動体を押圧する押圧手段を備えたことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項７】
請求の範囲第１項または第２項記載のアナログ電子時計において、
前記振動体に前記被駆動体を押圧する押圧手段を備えたことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項８】
請求の範囲第７項記載のアナログ電子時計において、
前記押圧手段による押圧力を前記伝達機構の内の前記被駆動体で最初に駆動される被駆動車の略周方向に作用させることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項９】
請求の範囲第７項記載のアナログ電子時計において、
前記押圧手段による押圧力を前記伝達機構の内の前記被駆動体で最初に駆動される被駆動車の略中心方向に作用させることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項１０】
（追加）請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載のアナログ電子時計において、
前記電源と前記駆動体は、平面的に重ならないように配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項１１】
（追加）請求の範囲第６項記載のアナログ電子時計において、
前記押圧手段は、前記振動体と平面的に重ならないように配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項１２】
（追加）請求の範囲第７項記載のアナログ電子時計において、
前記押圧手段は、前記振動体と平面的に重ならないように配置されていることを特徴とするアナログ電子時計。
【国際調査報告】
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