(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動するための駆動回路と、
前記駆動回路に電力を供給する電源と、
前記アクチュエータにより駆動される被駆動部材と、
前記被駆動部材に設けられた凸部と、
前記凸部の移動範囲内に設けられ前記被駆動部材の動作により前記凸部に接した際に少なくとも一部が弾性変形して前記被駆動部材に負荷を与える弾性変形部材と、
前記被駆動部材の負荷の変動に伴う前記アクチュエータの駆動電流の大きさの変化を基に、前記被駆動部材の位置情報を検出するための電流変化検出手段と、
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記電流変化検出手段は、
前記駆動回路と前記電源との間、または前記アクチュエータと前記駆動回路との間に挿入される電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗の端子間電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の出力波形を入力して所定のパルスに変換する信号処理回路と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記被駆動部材には、
前記被駆動部材の動作方向に沿って等間隔に複数の凸部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記被駆動部材には、
第一の凸部と、第一の凸部とは形状が異なる第二の凸部と、を含む２種類以上
の形状の凸部が前記被駆動部材の動作方向に沿って等間隔に設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記第一の凸部と前記第二の凸部は、
前記被駆動部材からの張り出し高さが互いに異なる、
ことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記第一の凸部と前記第二の凸部は、
前記被駆動部材の動作方向の幅が互いに異なる、
ことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項７】
前記弾性変形部材は、
前記被駆動部材が停止しているときに、隣接する２つの凸部と接触して前記被
駆動部材の動作方向の動きを拘束するための拘束部を有する、
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１つに記載の電子機器。
【請求項８】
前記アクチュエータの動力は、前記被駆動部材に設けられた
前記凸部を介して前記被駆動部材に伝達される、
ことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１つに記載の電子機器。
【請求項９】
前記アクチュエータは、
逆圧電効果を利用した圧電アクチュエータである、
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の電子機器。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータは、
交番電圧を印加することで振動波を発生する圧電振動子と、
圧電振動子が発生する振動エネルギによって駆動される移動体と、
を有する超音波モータである、
ことを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータにより駆動される被駆動部材の回転位置情報の検出機能を備えた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクチュエータにより駆動される被駆動部材の回転位置情報を検出して、被駆動部材の駆動状態を制御する電子機器として、年月日や曜日といった暦情報やセンサーを用いてセンシングされた環境情報などといった時刻以外の情報を表示する電子時計がある。このような電子時計では、時刻以外の情報を表示する部材を駆動するための駆動源が搭載され、さらには、所定の情報を正確に表示するために、表示部材の動作や位置などを検出するための検出手段が必要になる。そして、その表示部材の位置や動作状態を検出するために、駆動源から表示部材に動力伝達を行う減速機構などの歯車の軸に接点バネを設け、その接点バネを回路基板の接点パターンに摺動させて接点スイッチを構成することで、情報表示部材の位置情報や駆動状態を検出して駆動源の駆動を制御している。
【０００３】
このような従来の電子時計８００を、図１８、図１９および図２０を用いて説明する。
【０００４】
表輪列５３０の一部分に、表輪列５３０の回転位置を検出する２４時接点５３２が設けられている。２４時間車５５０が２４時接点バネ５５２を有する。２４時接点バネ５５２は２つの２４時接点バネ端子５５２ａおよび５５２ｂを有する。回路ブロック５３４には、２４時接点バネ端子５５２ａおよび５５２ｂの先端部の回転する軌跡に沿った円周部分の一部分に対応して２４時接点バネ端子用パターン（図示せず）が設けられている。２４時接点バネ５５２は回路ブロック５３４の２４時接点バネ端子用パターン（図示せず）と接触可能に配置されている。２４時間車５５０は筒車５５４と噛み合い、１日に１回転する。
【０００５】
筒車５５４は１２時間に１回転し、筒車５５４に取り付けた時針（図示せず）により「時」を表示する。日回し車１０６は地板１１２に回転可能に組込まれている。日回し車１０６は日送り減速輪列５６０を構成する。超音波モータ１３２の超音波ロータ１０２の超音波カナ１０２ｂは、日回し車１０６の日回し歯車１０６ａと噛み合う。超音波ロータ１０２を含む超音波モータ１３２は日送りモータ５６２を構成する。日送りつめ１０８が日回し車１０６に設けられ、日回し車１０６の回転により、同時に回転する。３１枚の日車歯１１０ａを有する日車１１０が地板１１２に回転可能に組込まれている。「１」から「３１」の数字（図示せず）が日車１１０の表示面１１０ｃに設けられている。日車押さえ１１８が日車１１０を回転可能に支持する。
【０００６】
この電子時計８００は日ジャンパ１１６を備えている。日ジャンパ１１６の規正部１１６ａが日車歯１１０ａを規正する。日回し車１０６は日回し車接点バネ５５６を有する。
【０００７】
日回し車接点バネ５５６は、は、２つの日回し車接点バネ端子５５６ａおよび５５６ｂを有する。回路ブロック５３４には、日回し車接点バネ端子５５６ａおよび５５６ｂの先端部の回転する軌跡に沿った円周部分の一部分に対応して日回し車接点バネ端子用パターン（図示せず）が設けられている。日回し接点バネ５５６は、回路ブロック５３４の日回し車接点バネ端子用パターン（図示せず）と接触可能に配置されている。日回し車接点バネ５５６は、日送り接点５６４を構成する。
【０００８】
ここで、午前零時の時点で２４時接点バネ５５２は回路ブロック５３４の２４時接点バネ端子用パターン（図示せず）と接触する。このとき２４時接点バネ５５２が出力する検出信号により、回路ブロック５３４は超音波モータ１３２の超音波ロータ１０２を回転させる。超音波ロータ１０２の回転により、日回し車１０６が回転し、日送りつめ１０８により日車１１０を回転させる。これにより、日付の表示を変えることができる。日車１１０が３６０°／３１、すなわち１／３１回転だけ回転すると、日回し車接点バネ５５６が回路ブロック５３４の日回し車接点端子用パターン（図示せず）と接触する。このときに日回し車接点バネ５５６が出力する検出信号により、回路ブロック５３４は超音波モータ１３２の超音波ロータ１０２の回転を停止させる。
【０００９】
このような電子時計が、特開平１０―３００８６８に開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子時計８００における日車などのように、被駆動部材を駆動する歯車に設けられた接点バネと回路ブロックに設けられたパターンとで摺動式スイッチを構成して被駆動部材の回転位置を検出するという従来の方法では、接点バネを回路ブロックに回転摺動させるという原理上、不安定になりやすい。そこで、安定した回転位置検出を実現するために、良好な摺動状態を得るため接点のバネ力を大きくして十分な接触圧を確保する必要がある。しかし、接点のバネ力を大きくするという方法は、逆に接点部分の磨耗を促進させ、初期的には安定した回転位置検出が実現できるが、摩耗の増大により、長期的な信頼性が得られない。このように、摺動式スイッチでは信頼性が低く、精度の良い回転検出が実現できないという課題を有している。また、高精度なバネ力管理で解決しようとしてコスト高になる、という課題も同時に有していた。
【００１１】
そこで、本発明では、高性能と高い信頼性を兼ね備えた電子機器を安価に提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載するように、アクチュエータと、前記アクチュエータを駆動するための駆動回路と、前記駆動回路に電力を供給する電源と、前記アクチュエータにより駆動される被駆動部材と、前記被駆動部材に設けられた凸部と、前記凸部の移動範囲内に設けられ前記被駆動部材の動作により前記凸部に接した際に少なくとも一部が弾性変形して前記被駆動部材に負荷を与える弾性変形部材と、前記被駆動部材の負荷の変動に伴う前記アクチュエータの駆動電流の大きさの変化を基に、前記被駆動部材の位置情報を検出するための電流変化検出手段と、から構成されている電子機器であることを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の発明によれば、アクチュエータの駆動電流の変化として被駆動部材の回転位置情報を検出できるので、摺動式の接点スイッチにおける信頼性上の課題や検出精度の問題、さらにはコスト的な課題が解決でき、高性能と高い信頼性をもった安価な電子機器が実現できる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子機器において、前記電流変化検出手段は、前記駆動回路と前記電源との間、または前記アクチュエータと前記駆動回路との間に挿入される電流検出用抵抗と、前記電流検出用抵抗の端子間電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路の出力波形を入力して所定のパルスに変換する信号処理回路と、を有する電子機器であることを特徴とする。
【００１５】
この請求項２に記載の発明によれば、被駆動部材の回転位置情報を、電流検出用抵抗と電圧検出回路と信号処理回路から構成されるシンプルな電流変化検出手段で検知できるため、請求項１に記載の発明による効果に加えて、さらに安価に電子機器を提供できる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電子機器において、凸部を、被駆動部材の動作方向に沿って等間隔に複数設けられている電子機器であることを特徴としている。
【００１７】
この請求項３の発明によれば、被駆動部材に動作方向に沿って等間隔に複数の凸部を設けているため、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、より高い分解能を有する回転位置検出ができ、高精度に被駆動部材を制御できる電子機器が実現できる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子機器において、第一の凸と、第一の凸部とは形状が異なる第二の凸部と、を含む２種類以上の形状の凸部を被駆動部材の動作方向に沿って等間隔に設けた電子機器であることを特徴とする。
【００１９】
この請求項４の発明によれば、２種類以上の凸部を被駆動部材に設けたため、被駆動部材の駆動時にアクチュエータの駆動電流が２種類以上の変化を示すため、被駆動部材の絶対位置の検出が可能になり、被駆動部材の制御に関して位置の累積誤差がなくなり、請求項３に記載の発明の効果に加えて、さらに精度の高い電子機器が提供できる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電子機器において、第一の凸部と第二の凸部は、被駆動部材からの張り出し高さが互いに異なるように構成した電子機器であることを特徴としている。
【００２１】
この請求項５の発明によれば、第一の凸部と第二の凸部とが被駆動部材からの張り出し高さがことなるため、アクチュエータの駆動電流の変化量に大きな差が生まれるため、被駆動部材の絶対位置の検出に関して、請求項４の発明よりさらに高い精度で検出できるようになる。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の電子機器において、第一の凸部と第二の凸部は、被駆動部材の動作方向の幅が互いに異なるように構成した電子機器であることを特徴とする。
【００２３】
この請求項６の発明によれば、弾性変形部材の変形にともなう被駆動部材の負荷を大幅に増加させずに、アクチュエータの駆動電流に２種類以上の変化を発生させることができ、アクチュエータに対する負担が増大せずに、請求項４の発明と同様の効果が得られ、高精度かつ小型な電子機器が実現できる。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３から請求項６のいずれか１つに記載の電子機器において、弾性変形部材は、被駆動部材が停止しているときに、隣接する２つの凸部と接触して被駆動部材の動作方向の動きを拘束するための拘束部を有する構成の電子機器であることを特徴としている。
【００２５】
この請求項７の発明によれば、被駆動部材が停止している時に、衝撃などによって生じる位置ズレを防止する効果が得られる。その他、電流変化検出手段と弾性変形部材に設けた拘束部の形状とによる２つの手段で被駆動部材の位置決めが可能になり、非常に高精度な制御ができ、かつ信頼性に優れる電子機器を提供できる。なお、請求項３から請求項６のいずれか１つの発明による効果も同様に得られる。
【００２６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項３から請求項７のいずれか１つに記載の電子機器において、アクチュエータの動力は被駆動部材に設けられた凸部を介して被駆動部材に伝達されるように構成した電子機器であることを特徴としている。
【００２７】
この請求項８の発明によれば、アクチュエータの動力を効率用よく被駆動部材に伝達できるので、より小さなアクチュエータで対応でき、請求項３から請求項７のいずれか１つに記載の発明による効果に加えて、電子機器をより小型化できるという効果が得られる。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の電子機器におけるアクチュエータに、逆圧電効果を利用した圧電アクチュエータである構成の電子機器であることを特徴としている。
【００２９】
この請求項９の発明によれば、圧電アクチュエータは体積当たりの発生力が非常に大きいため、非常に大きな被駆動部材を駆動でき、形状自由度が高い電子機器が提供できる。さらには、圧電アクチュエータによる構成とすることで、被駆動部材をダイレクト駆動でき、電子機器がさらに小型化できる。この圧電アクチュエータとしては、特定の動きをする駆動源、リニア型モータ、回転型モータの形態がある。
【００３０】
より具体的には、請求項１０に記載されているように、交番電圧を印加することで振動波を発生する圧電振動子と、圧電振動子が発生する振動エネルギによって駆動される移動体とから超音波モータが構成でき、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の電子機器において、圧電アクチュエータのうち、特に超音波モータで被駆動部材を駆動する構成の電子機器であることを特徴とする。
【００３１】
この請求項１０に記載の発明によれば、圧電式であって大きな発生力が得られるとともに、回転型アクチュエータ、すなわち圧電モータが容易に構成できるため、請求項９と同様の効果に加えて、アクチュエータとしての使い勝手や制御性が増し、より高性能な電子機器を実現できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１から図１０を用いて、本発明の実施の形態１について詳細に説明する。
【００３３】
実施の形態１の電子機器は、電子時計１００であり、図１は電子時計１００の平面図であり、この図１により電子時計１００の全体構成を説明する。電子時計１００は、時刻情報以外の情報として暦情報の１つである日付を表示する機能を持っており、本発明における被駆動部材としての日車１０と、日車１０を駆動するためのものであって本発明におけるアクチュエータとしての超音波モータ２０と、日車１０の回転位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ４０と、超音波モータの駆動回路６０と、超音波モータ２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７０と、電流変化検出回路７０の出力信号に基いて超音波モータを制御するための制御回路８０と、時刻の表示を行う時刻表示部（図示せず）や日車１０や超音波モータ２０をはじめとする電子時計１００を構成する部材や要素を組み付けるための地板５０と、電源としての電池９０から構成されている。なお、ここでは時刻情報を表示する時計表示部の構成は周知のものであるため、図示および説明は省略する。
【００３４】
さらに、超音波モータ２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７０は、電池９０と駆動回路６０の間に挿入された電流検出用抵抗７１と、駆動電流を電流検出用抵抗７１の端子間電圧として検出するための電圧検出回路７２と、電圧検出回路７２の出力波形を波形整形して所定のパルス信号を作るための信号処理回路７３とから構成されている。
【００３５】
信号処理回路７３の出力信号に基いて、制御回路８０は駆動回路６０に制御信号を出力し、超音波モータ２０の起動／停止や駆動状態をコントロールすることで、所定の日付情報を日車１０により表示する。なお、図示していないが、日車１０の表面には１から３１の数字が印刷されており、電子時計１００の文字盤（図示せず）に設けられた日窓から日付情報をユーザーに提供する。
【００３６】
図２は、電子時計１００の縦断面図であり、日車１０と日車１０の位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ４０との関係を説明するものである。日車１０は、地板５０の外径より少し小さい直径を有するリング状の板であって、その下面には日車１０の位置情報や動作状態を検知するために設けられた部材であって、超音波モータ２０の駆動負荷である日車の負荷を変動させる働きをもつ半球状の凸部３０が設けられている。
【００３７】
この半球状の凸部３０は、日車１０の移動方向、すなわち円周方向にわたり等間隔で３１個設けられている。日車１０の下面には、負荷発生バネ４０が配置されている。この負荷発生バネ４０は、日車１０とほぼ同形状のリング状の金属板であって、周方向の一部が切断されており、その端部に日車方向にカギ状に曲げられたバネ部４０ａが設けられている。そして、地板５０の上に、全体としてはリング状の金属板である負荷発生バネ４０と、日車１０が重ねて配置されている。負荷発生バネ４０のバネ部４０ａの下部には、地板５０に掘り込み部５１が設けられ、バネ部４０ａのたわみ変形を逃がせるようになっている。
【００３８】
超音波モータ２０により、日車１０が駆動され、周方向に等間隔で設けられた凸部３０が、負荷発生バネ４０の表面を摺りながら移動する。凸部３０がバネ部４０ａを通過する際に、凸部３０に押されバネ部４０ａは下方に弾性変形してたわむ。その時のバネ部４０ａの弾性変形に伴うバネ力によって、超音波モータ２０にかかる日車１０の負荷が増大する。凸部３０がバネ部４０ａを通過し終わると、日車１０の負荷は低下して、一定の負荷に戻る。この凸部３０がバネ部４０ａを乗り越え通過することで起こる負荷変動に基いて発生する超音波モータ２０の駆動電流の変化を検出することで、凸部３０の数である３１箇所の位置を検知する。
【００３９】
ここでは、本発明における被駆動部材が日付情報を表示するための日車１０であって、その表面に３１個の凸部を設けたが、凸部の数量は被駆動部材の種類やその目的により異なる。また、日付情報を日車で表示する場合でも、３１個でなくても、６２個設けて、より精度よく検出してもよい。
【００４０】
図３は、電子時計１００の縦断面図であり、超音波モータ２０と日車１０の構造を説明する図である。超音波モータ２０は、アルミニウム合金の円盤形状の振動体２１と、振動体２１の下面に接着されて振動体２１に振動を励振させるための円盤形状の圧電素子２２と、振動体２１に発生する振動を抑制しないように振動の節である中心で支持する軸２６と、軸２６を固定して超音波モータ２０を地板に組み付ける支持板２７と、本発明の移動体としてのロータ２４と、ロータ２４を振動体２１に所定の圧力で圧接させるための加圧バネ２５とから構成される。
【００４１】
振動体２１の表面上には、振動から駆動力を取出すための突起２３が設けられている。
【００４２】
ロータ２４は加圧バネ２５により突起２３に圧接され、振動体２１の振動に伴う突起２３の力がロータ２４に摩擦により伝達される。これにより、ロータ２４が回転する。圧電素子２２の表面からのリード線２８ａおよび２８ｂと、圧電素子２２の裏面から振動体２１、軸２６を介して支持板２７から取り出されるリード線２８ｃは、駆動回路６０に接続される。ロータ２４は、振動体２１を支持する軸２６を案内として回転する。また、ロータ２４の上部に設けたピボットで、加圧バネ２５を受ける。この加圧バネ２５は、日車押さえ９５に一体的に設けられている。
【００４３】
ロータ２４の外周には歯形２４ａが形成されており、日車１０の内周側に設けられた歯形１０ａと噛み合い、超音波モータ２０の動力が日車１０に伝達される。また、日車１０は、日車押さえ９５により上下方向の動きを規制される。そのため、日車１０の下面に設けられた凸部３０が負荷発生バネ４０のバネ部４０ａを通過する際にも、バネ部４０ａの方が下方にたわみ、日車１０の方は一定の高さ位置を保って動く。
【００４４】
図４は、日車１０の位置検出方法を説明する図であり、図４（ａ）は電流変化検出回路の構成図であり、図４（ｂ）は電流変化検出回路の動作を説明する図である。超音波モータ２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７０は、電池９０と駆動回路６０の間に挿入された電流検出用抵抗７１と、駆動電流を電流検出用抵抗７１の端子間電圧として検出するためのものであって本発明の電圧検出回路としての差動アンプ７２と、差動アンプ７２の出力波形を波形整形して所定のパルス信号を作るためのものであって本発明における信号処理回路としてのコンパレータ７３とから構成されている。
【００４５】
コンパレータ７３の比較電圧レベルは、電池９０の端子間に配された抵抗７３ａおよび７３ｂにより抵抗分割で作り出される。コンパレータ７３の出力信号ならびにＣＰＵ８１の命令に基いて、制御回路８０は駆動回路６０に制御信号を出力し、超音波モータ２０の起動／停止や駆動状態をコントロールすることで、所定の日付情報を日車１０により表示する。
【００４６】
超音波モータ２０の駆動電流は、駆動する負荷、すなわち電子時計１００では日車１０の負荷の大きさにより変化する。超音波モータ２０は、上述のごとく、圧電素子２２の圧電効果によって振動体２１に発生する振動から摩擦によってロータ２４に動力を伝達している。駆動の負荷が増大すると、振動体２１の突起２３とロータ２４の間のすべり量が増大して、回転数が落ちる。ここで、負荷が大きくすべり量が大きいと、ロータ２４からの作用、すなわち振動の抑制が小さくなり、振動体２１の振幅は増大する。
【００４７】
超音波モータ２０の駆動電流は、振動体２１の振動振幅に比例するため、負荷が増大すれば増大し、逆に負荷が減少すれば低下する。そのため、日車１０に設けられた凸部３０の動作軌跡に負荷発生バネ４０が設ける構成とすることで、超音波モータ２０に駆動電流に変動を発生させることができ、上述のような凸部３０の配置で、日車１０の位置が検知できるのである。
【００４８】
具体的には、図４（ｂ）に示すように、日車１０の下面に周方向にわたり等間隔で設けられた３１個の凸部３０の１つ１つが、負荷発生バネ４０のバネ部４０ａを乗り越え通過する際に、バネ部４０ａのバネ力により日車１０の負荷が増大する。負荷が増大すると、超音波モータ２０の駆動電流、すなわち電池９０から駆動回路６０に流れる電流が増大する。
【００４９】
そこで、図４（ｂ）の上段に示すように、電池９０と駆動回路６０の間に挿入された電流検出用抵抗７１の両端に入力端子が接続された差動アンプ７２の出力には、１つ凸部３０がバネ部４０ａを通過するたび毎に変動が発生する。この差動アンプ７２の出力信号を、コンパレータ７３に入力すると、この変動を捕らえるように比較電圧が設定されているので、（図中のしきい値）コンパレータ７３は凸部３０がバネ部４０ａを通過するたびに、１つのパルスを発生する（図４（ｂ）の下段）。
【００５０】
このコンパレータ７３が出力するパルスが制御回路８０に入力されることで、制御回路は所定の量だけ日車１０が回転したことを認識して、駆動回路６０に停止命令を出し、超音波モータ２０を停止させる。ここで、コンパレータ７３が出力して制御回路８０が受け取るパルスは、凸部３０が３１個設けられているため、１パルスで日車１０が１日分の差動量を意味している。なお、電子時計１００においては、超音波モータ２０の駆動命令は、ＣＰＵ８１が時刻表示部（図示せず）の信号をもとに夜中の零時を判断し、ＣＰＵ８１が制御回路８０に日車１０を動かす命令を発し、制御回路８０が駆動回路６０を起動させ、超音波モータ２０が回転する構成をとっている。
【００５１】
つぎに、図５から図８を基に、電子時計１００に用いている超音波モータ２０の構造、動作原理について詳細を説明する。超音波モータ２０の構造については、先に図３をもとに説明しているので、ここでは、その構成部品、動作原理ならびに駆動回路６０の構成を説明する。図５は超音波モータ２０の一構成要素である圧電素子２２および振動体２１の構成を説明する上面概略図であり、図６は圧電素子２２および振動体２１の構成を説明する縦断面図であり、図７は圧電素子２２の電極構造図であり、図８は超音波モータ２０の動作を説明する概略図である。
【００５２】
振動体２１は円盤状の金属であって、本実施の形態ではアルミニウム合金で作製されている。振動体２１の表面に設けられた６本の突起２３は圧電素子２２の圧電効果によって振動体２１に発生させた振動エネルギをロータ２４の動力に変換するためのものである。図５に示すように、円盤形状の振動体２１に接着された円盤形状の圧電素子２２には１２等分割された電極２２１が設けられている。図中の＋、−は圧電素子２２の厚み方向の分極方向を示しており、＋、＋、−、−、＋、＋、−、−と２つずつ分極処理の方向が反転している。
【００５３】
突起２３は、振動体２１の表面上に、圧電素子２２の電極２２１の境界の１つおきの位置に配置され、合計６本の突起２３が設けられている。また、電極２２１は１つおきに電極２２１ａおよび２２１ｂに分けられ２組のグループを構成している。圧電素子２２のリード線２８ａおよび２８ｂは、それぞれ電極２２１ａおよび２２１ｂに接続されている。
【００５４】
図７を用いて、具体的な圧電素子２２の電極構造を説明する。圧電素子２２の一方の表面上には、円周方向に１２等分した大きさの電極２２１が設けられており、１つおきに２組の電極２２１ａと２２１ｂに分けられている。さらに、電極２２１ａおよび電極２２１ｂは、それぞれ内周側と外周側に形成された短絡用電極２２３ａおよび２２３ｂでそれぞれ６つずつ短絡されて２つの組を形成している。さらに、圧電素子２２の裏面側には、全面の電極２２２が形成されている。
【００５５】
圧電素子２２は、この全面電極２２２の側を、振動体２１に接着する。なお、電極２２２へのリードは振動体２１および振動体２１を支持する軸２６を通して支持板２７からリード線２８ｃで取り出される。リード線２８ａ、２８ｂ、およびリード線２８ｃは、それぞれ駆動回路６０に接続されている。圧電素子２２の電極は真空蒸着法で形成されている。
【００５６】
ここで、図８を用いて動作原理を説明する。
【００５７】
圧電素子２２の電極２２１のうち、電極２２１ａと全面電極２２２の間に、圧電素子２２を接着した振動体２１の共振周波数近傍の交番電圧を印加することにより、圧電効果により振動体２１には円周方向に３波長分の屈曲定在波振動は発生する。これは、２２１ａの電極は６枚であり、その分極処理の方向が交互に反転しているためである。
【００５８】
また、電極２２１ａの代わりに電極２２１ｂを用いると、振動体２１には同様の屈曲定在波振動が発生する。しかし、発生する屈曲定在波振動の位置は、空間的に１／４波長分ずれ、振動体２１の表面に設けられた突起２３との相対的な位置関係がかわる。どちらの場合も、突起２３は屈曲定在波振動の腹と節の中間に位置し、弓なり状の軌跡を描いて運動を行い、その上側から圧接されるロータ２４は突起２３から一方向の力を受けて回転する。
【００５９】
また、その突起２３の弓なり状の運動の向きが、電極２２１ａを用いる場合と２２１ｂを用いる場合とで反対方向になるので、ロータ２４の回転方向の切り換えが可能になる（図ａと図ｂの比較）。また、ロータ２４は、突起２３と大きな摩擦が働くように、摩擦係数の大きなエンジニアリングプラスチックでできている。
【００６０】
次に、図９を用いて駆動回路６０について詳細に説明する。
【００６１】
図９は電子時計１００に用いている超音波モータ２０の駆動回路６０の構成図である。
【００６２】
超音波モータ２０の駆動回路６０は、圧電素子２２が接着された振動体２１を用いて自励発振回路を構成したもので、振動体２１を自励発振させて駆動するものである。圧電素子２２の２組の電極２２１ａおよび２２１ｂのそれぞれに対して、出力端子が接続されたドライブ用の２つのバッファ６１ａおよび６１ｂを備えている。
【００６３】
圧電素子２２の裏面に設けられた全面電極２２２からの出力信号を振動体２１を介してインバータ６２に入力される。インバータ６２は、圧電素子２２および振動体２１の振動情報を増幅して、制限抵抗６４を介して２つのバッファ６１ａおよび６１ｂに入力される。
【００６４】
インバータ６２の入出力端子に対して帰還抵抗６３が並列接続され、この帰還抵抗６３は、インバータ６２の動作点を電池９０の電圧の１／２レベルに保たせている。また、一端を設置するとともに他端をバッファ６１ａ、６１ｂの入力端子および制限抵抗６４に接続したコンデンサ６６は、制限抵抗６４とフィルタ回路を構成する。また、一端を設置するとともに他端をインバータ６２の入力端子および圧電素子２２の全面電極２２２（振動体２１）に接続したコンデンサ６５を備えている。
【００６５】
ここで、コンデンサ６６と制限抵抗６４から構成されるフィルタ回路とコンデンサ６６により、回路内の移相量が決定され、自励発振の発振ポイントが決まる。なお、インバータ６２およびバッファ６１ａ、６１ｂは、それぞれ入出力端子の他に制御端子を有しており、制御端子へ入力されるＨ／Ｌ信号により能動状態と非能動状態にコントロールできるトライ・ステート構成をとっている。
【００６６】
具体的には、制御端子にＬレベルの信号が入力されると、出力端子は高インピーダンス状態になり、インバータやバッファとしての機能を果たさなくなる（非能動状態）。逆にＨレベルの信号が制御端子に入力されると、インバータ６２は反転増幅器としての機能を果たし、バッファ６１ａおよび６１ｂは非反転増幅器としての機能を果たす。
【００６７】
この超音波モータ２０は、圧電素子２２に設けられた２組の電極２２１ａと２２１ｂのどちらを用いて振動体２１を励振するかによって回転方向を切り換える。したがって、２つのバッファ６１ａと６１ｂのどちらを能動状態にするのかで回転方向が切り換わる。より具体的には、バッファ６１ａあるいは６１ｂのどちらか一方とインバータ６２を能動状態にすることで超音波モータ２０が自励振駆動で駆動される。
【００６８】
また、制御回路８０は起動／停止信号発生手段８２と切換回路８３とから構成される。
【００６９】
起動／停止信号発生手段８２は、ＣＰＵ８１からの命令と電流変化検出回路７０からの信号に基づいて起動／停止信号を発生する。切換回路８３は、起動／停止信号からインバータ６２およびバッファ６１ａ、６１ｂの各制御端子へ入力すべきＨ／Ｌ信号を生成する。
【００７０】
以上、説明したように、本発明を適用した電子機器である電子時計１００では、被駆動部材としての日車１０の回転位置検出を超音波モータ２０の駆動電流の変化として検知できるように構成したので、非常に信頼性が高く、高精度な制御を実現している。また、駆動電流の変化として日車１０の位置を検出できたため、コストも非常に安くすることができる。
＜実施の形態２＞
図１０および図１１を用いて、本発明の実施の形態２について詳細に説明する。
【００７１】
実施の形態２の電子機器は、電子時計２００であって、図１０は電子時計２００の平面図、図１１は電子時計２００の縦断面図である。電子時計２００は、電子時計１００と同様に暦情報の１つである日付を表示する機能を持っており、本発明における被駆動部材としての日車２１０と、日車２１０を駆動するためのものであって本発明におけるアクチュエータとしての超音波モータ２２０と、日車２１０の回転位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ２４０と、超音波モータの駆動回路６０と、超音波モータ２２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７０と、電流変化検出回路７０の出力信号に基いて超音波モータを制御するための制御回路８０と、時刻の表示を行う時刻表示部（図示せず）や日車２１０や超音波モータ２２０をはじめとする電子時計２００を構成する部材や要素を組み付けるための地板２５０と、電源としての電池９０から構成されている。なお、ここでは時刻情報を表示する時計表示部の構成は周知のものであるため、図示および説明は省略する。
【００７２】
さらに、超音波モータ２２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７０は、電池９０と駆動回路６０の間に挿入された電流検出用抵抗７１と、駆動電流を電流検出用抵抗７１の端子間電圧として検出するための電圧検出回路７２と、電圧検出回路７２の出力波形を波形整形して所定のパルス信号を作るためのもの信号処理回路７３とから構成されている。信号処理回路７３の出力信号に基いて、制御回路８０は駆動回路６０に制御信号を出力し、超音波モータ２２０の起動／停止や駆動状態をコントロールすることで、所定の日付情報を日車２１０により表示する。なお、図示していないが、日車２１０の表面には１から３１の数字が印刷されており、電子時計２００の文字盤（図示せず）に設けられた日窓から日付情報をユーザーに提供する。
【００７３】
電子時計２００で用いている超音波モータ２２０は、電子時計１００で用いた超音波モータ２０とほぼ同様であるが、日車２１０との位置関係の問題からロータ２２４の形状のみを変更している。日車２１０は、地板２５０の上に載せられており、高さ方向の位置は、日車押さえ２９５により規制される。超音波モータ２２０のロータ２２４の外周には歯形２２４ａが形成されており、日車２１０の内周側に設けられた歯形２１０ａと噛み合い、超音波モータ２２０の動力が日車２１０に伝達される。
【００７４】
ここで、電子時計２００は、日車２１０の位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ２４０の形態、および日車２１０の位置情報や動作状態を検知するために日車２１０に設けられたものであって超音波モータ２２０の駆動負荷である日車の負荷を変動させる働きをもつ凸部２３０に特徴があって、電子時計１００と異なっている。
【００７５】
日車２１０は、地板２５０の外径より少し小さい直径を有するリング状の板であって、リング状の板の内周側に歯形形状の凸部２３０が等間隔で３１個、一体的に設けられている。また、本発明における弾性変形部材として、地板２５０に一端を支持固定されたバネ部材２４２とバネ部材２４２の他端に接続された金属製の摺動部材２４１とからなる負荷発生バネ２４０が備えられている。なお、バネ部材２４２はコイルバネを使用しているが、板バネでもよい。摺動部材２４１の材質は、特に金属でなくてもよく、摩耗や弾性変形し難い硬さがあればよくプラスチックなどの材質でも対応できる。
【００７６】
ここで、摺動部材２４１は、超音波モータ２２０により日車２１０が駆動されるときの凸部２３０先端の軌跡よりも日車側に位置するように配置されており、凸部２３０の通過によって摺動部材２４１を介してバネ部材２４２と縮ませる。それにより、日車２１０の負荷は一時的に増大して、本発明におけるアクチュエータとしての超音波モータ２２０の駆動電流が一時的に変化する。この駆動電流の変化を検出することで、日車の位置を凸部２３０の数である３１等分で検出できる。
【００７７】
なお、位置のみならず、機能的にはエンコーダと全く同じであり、この発明により回転数など回転情報全般を検出することができる。電子時計２００では、日車２１０の位置検出機能としては、３１分割の分解能であるが、凸部２３０の数を増やせば、分解能は更に高まり、位置検出精度が向上する。
【００７８】
電子時計２００では、超音波モータ２２０を駆動するための駆動回路６０、超音波モータの駆動電流の変化を検知するためのものであって電流検出用抵抗７１と電圧検出回路としての差動アンプ７２と信号処理回路としてのコンパレータ７３とから構成される電流検出回路７０、制御回路８０は、電子時計１００と同じものを用いており、日車２１０の位置検出方法や超音波モータ２２０の制御方法は全く同じなので、説明は省略する。
【００７９】
以上、説明したように、本発明を適用した電子時計２００では、歯形形状の凸部２３０をリング形状の日車２１０の内周側に設け、地板に固定したバネ部材２４２と摺動部材２４１とからなる負荷発生バネ２４０とを用いた構成とすることで、電子時計１００と同様の効果が得られる。
＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３について、電子機器である電子時計３００を、図１２及び図１３を用いて説明する。
【００８０】
図１２は、電子時計３００の平面図である。電子時計３００は、電子時計１００および電子時計２００と同様に、日付情報を表示する機能を有し、本発明に係わる被駆動部材としての日車３１０を超音波モータ２２０で駆動してユーザーに日付情報を提供する。ここで、電子時計３００の基本構成は電子時計２００と同様であるが、日車３１０の位置検出機能に特徴があり、より日付表示の信頼性を高めるための構成になっている。
【００８１】
すなわち電子時計３００は、本発明における情報表示部材としての日車３１０と、日車３１０を駆動するためのものであって本発明におけるアクチュエータとしての超音波モータ２２０と、日車２１０の位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ３４０と、超音波モータの駆動回路６０と、超音波モータ２２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路３７０と、電流変化検出回路３７０の出力信号に基いて超音波モータを制御するための制御回路３８０と、時刻の表示を行う時刻表示部（図示せず）や日車３１０や超音波モータ２２０をはじめとする電子時計３００を構成する部材や要素を組み付けるための地板３５０と、電源としての電池９０から構成されている。
【００８２】
超音波モータ２２０は、電子時計２００で用いたものと同じである。なお、ここでは時刻情報を表示する時計表示部の構成は周知のものであるため、図示および説明は省略する。さらに、超音波モータ２２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路３７０は、電池９０と駆動回路６０の間に挿入された電流検出用抵抗７１と、駆動電流を電流検出用抵抗７１の端子間電圧として検出するための電圧検出回路７２と、電圧検出回路７２の出力波形を波形整形して所定のパルス信号を作るためのもの信号処理回路３７３とから構成されている。なお、日車３１０は、地板３５０の上に載せられており、高さ方向の位置は、電子時計２００と同じ日車押さえ９５（図示せず）により規制される。超音波モータ２２０のロータ２２４の外周には歯形２２４ａが形成されており、日車３１０の内周側に設けられた歯形（図示せず）と噛み合い、超音波モータ２２０の動力が日車３１０に伝達される。
【００８３】
ここで、ロータ２２４と噛み合う日車３１０の歯形は、電子時計２００の場合とまったく同じである。信号処理回路３７３の出力信号に基いて、制御回路３８０は駆動回路６０に制御信号を出力し、超音波モータ２２０の起動／停止や駆動状態をコントロールすることで、所定の日付情報を日車３１０により表示する。なお、図示していないが、日車３１０の表面には１から３１の数字が印刷されており、電子時計３００の文字盤（図示せず）に設けられた日窓から日付情報をユーザーに提供する。
【００８４】
電子時計３００の特徴は、本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ３４０と作用することで日車３１０の位置情報および動作状態を検知するためのものであって、日車３１０の位置情報や動作状態を検知するために日車３１０に設けられたものであって超音波モータ２２０の駆動負荷である日車の負荷を変動させる働きをもつ凸部３３０および凸部３３１に特徴がある。すなわち、等間隔で配置された凸部３３０のなかに１つだけ丈の異なる凸部３３１を混ぜたことが電子時計２００とは異なり、この凸部３３１により、日車３３１の原点位置を検出できることになる。
【００８５】
日車３１０は、地板３５０の外径より少し小さい直径を有するリング状の板であって、リング状の板の内周側には、３０個の歯形形状の凸部３３０と１つの凸部３３１の合計３１個が等間隔で一体的に設けられている。凸部３３１は、凸部３３０に対して、日車３１０の周方向の幅は同じで、日車３１０から突出する方向の丈が高い形状を成している。また、本発明における弾性変形部材として、地板に一端を支持固定されたバネ部材３４２とバネ部材２４２の他端に接続された金属製の摺動部材３４１とからなる負荷発生バネ３４０が備えられている。なお、バネ部材３４２はコイルバネを使用しているが、板バネでもよい。摺動部材３４１の材質は、特に金属でなくてもよく、摩耗や弾性変形し難い硬さがあればよくプラスチックなどの材質でも対応できる。
【００８６】
すなわち、負荷発生バネ３４０の構成は、電子時計２００と同じであって、バネ部材３４２のバネ定数が若干ことなるのみである。ここで、摺動部材３４１は、超音波モータ２２０により日車３１０が駆動されるときの凸部３３０先端の軌跡よりも日車側に位置するように配置されており、凸部３３０および凸部３３１の通過によって摺動部材３４１を介してバネ部材３４２と縮ませる。それにより、日車３１０の負荷は一時的に増大して、本発明におけるアクチュエータとしての超音波モータ２２０の駆動電流が一時的に変化する。
【００８７】
ここで、凸部３３１は凸部３３０よりも丈が高く、その分だけ負荷発生バネ３４０のバネ部材３４２のたわみ量が大きくなる。それに伴い、超音波モータ２２０から見た日車３１０の負荷は３段階に変動する。その結果、超音波モータ２２０の駆動電流が３段階に変化する。すなわち、日車３１０を駆動し始めて、まだ凸部３３０が負荷発生バネ３４０と接触するまでは、負荷が小さいので超音波モータ２２０の駆動電流は小さい。
【００８８】
続いて、凸部３３０が負荷発生バネ３４０を変形させながら乗り越えるとき、負荷が増して駆動電流が一時的に増大する。しかし、丈の高い凸部３３１が負荷発生バネ３４０を乗り越える際に、負荷が最大になり、駆動電流も最大になる。そして、凸部３３１と日車３１０の表面に刻印する数字との位置関係を管理して製造しているため、日車３１０の位置を３１箇所／周で検出できるとともに、凸部３３１の存在により日車３１０の原点位置を認識できることになる。たとえば、日車の表面に刻印された数字のうち『１』の位置がどこにあるかを、ＣＰＵ３８１が知りたいときには、日車３１０を一周駆動すれば、駆動電流が最大になる場所が一箇所あるため、それにより所望の位置を認識できる。
【００８９】
つぎに、図１３を用いて電子時計３００に用いている日車３１０の回転位置の検出方法を説明する。図１３（ａ）は電流変化検出回路３７０の構成図であり、図１３（ｂ）は電流変化検出回路３７０の動作を説明する図である。
【００９０】
超音波モータ２２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路３７０は、電池９０と駆動回路６０の間に挿入された電流検出用抵抗７１と、駆動電流を電流検出用抵抗７１の端子間電圧として検出するためのものであって本発明の電圧検出回路としての差動アンプ７２と、差動アンプ７２の出力波形を波形整形して所定のパルス信号を作るためのものであって本発明における信号処理回路としての並列に設けられた２つのコンパレータ３７３ａおよび３７３ｂとから構成されている。コンパレータ３７３ａおよび３７３ｂの比較電圧レベルは、それぞれ電池９０の端子間に配された抵抗３７４ａ、３７５ａおよび抵抗３７４ｂ、３７５ｂにより抵抗分割で作り出される。
【００９１】
ここで、コンパレータ３７３ａおよび３７３ｂは、凸部３３０と凸部３３１のどちらが負荷発生バネ３４０を乗り越えたかを識別するためのものであって、コンパレータ３７３ａとコンパレータ３７３ｂの比較電圧レベルに差を設けている。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、３０個の凸部３３０が負荷発生バネを乗り越えるときに発生する駆動電流の増加に対して、差動アンプ７２の出力電圧はコンパレータ３７３ａの比較電圧（図中のしきい値）より高いため、コンパレータ３７３ａはパルス信号を出力する。しかし、コンパレータ３７３ｂに設定されている比較電圧は、その時の差動アンプ７２の出力電圧より高いため、コンパレータ３７３ｂはパルス信号を発生しない。
【００９２】
ところが、凸部３３１が負荷発生バネを乗り越えるときに限って、駆動電流の増加は非常に大きくなり、差動アンプ７２の出力電圧はコンパレータ３７３ｂの比較電圧を上回り、コンパレータ３７３ｂはコンパレータ３７３ａとともに出力パルスを発生する。この２つのコンパレータ３７３ａ、３７３ｂの出力が制御回路３８０に入力され、コンパレータ３７３ａのみからパルスを受け取った場合は、日車が１日分駆動されたことを制御回路は検知し、コンパレータ３７３ｂからも同時にパルスを受け取った時には、日車３１０を１日分駆動されたことに加えて、日車３１０が原点の位置にあるという情報をＣＰＵ３８１に送信する。
【００９３】
ＣＰＵ３８１の命令に基いて、制御回路３８０は駆動回路６０に制御信号を出力し、超音波モータ２２０の起動／停止や駆動状態をコントロールすることで、所定の日付情報を日車３１０により表示する。制御回路３８０は、電流変化検出回路３７０からの情報により、日車３１０の原点位置をＣＰＵ３８１に認識させる。
【００９４】
以上、述べてきたように、電子時計３００によれば、日車３１０の３１箇所、すなわち表示の１日分ごとの分解能で日車３１０の位置検出を行えるとともに、日車３１０の原点位置も検出が可能になる。原点位置を検知できるという機能は、万が一、日付の表示が衝撃や一時的なトラブルが発生したとき、実際の日付と表示がズレてしまっていないか、を確認して自己補正できることを意味する。すなわち、表示部がＣＰＵ３８１の日付情報とがズレを起こしていないかを常に監視できるため、安いコストで非常に高い信頼性が得られる。
＜実施の形態４＞
図１４を用いて、本発明を適用した実施の形態４について詳細に説明する。図１４は、実施の形態４の電子機器である電子時計４００の平面図である。
【００９５】
電子時計４００は、電子時計２００の信頼性、情報表示の正確さをさらに向上させたものである。電子時計４００は、時刻情報以外の情報として暦情報の１つである日付を表示する機能を持っており、本発明における被駆動部材としての日車４１０と、日車４１０を駆動するためのものであって本発明におけるアクチュエータとしての超音波モータ２２０と、日車４１０の回転位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ４４０と、超音波モータの駆動回路６０と、超音波モータ２２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７０と、電流変化検出回路７０の出力信号に基いて超音波モータを制御するための制御回路８０と、時刻の表示を行う時刻表示部（図示せず）や日車４１０や超音波モータ２２０をはじめとする電子時計４００を構成する部材や要素を組み付けるための地板４５０と、電源としての電池９０から構成されている。
【００９６】
なお、ここでは時刻情報を表示する時計表示部の構成は周知のものであるため、図示および説明は省略する。さらに、超音波モータ２２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７０は、電池９０と駆動回路６０の間に挿入された電流検出用抵抗７１と、駆動電流を電流検出用抵抗７１の端子間電圧として検出するための電圧検出回路７２と、電圧検出回路７２の出力波形を波形整形して所定のパルス信号を作るためのもの信号処理回路７３とから構成されている。
【００９７】
信号処理回路７３の出力信号に基いて、制御回路８０は駆動回路６０に制御信号を出力し、超音波モータ２２０の起動／停止や駆動状態をコントロールすることで、所定の日付情報を日車４１０により表示する。なお、図示していないが、日車４１０の表面には１から３１の数字が印刷されており、電子時計４００の文字盤（図示せず）に設けられた日窓から日付情報をユーザーに提供する。
【００９８】
なお、上述の電流変化検出回路７０は、電子時計２００で用いているものと同じであって、電圧検出回路としては差動アンプ７２で構成され、信号処理回路としてはコンパレータ７３から構成されている。また、超音波モータ２２０に関しても、電子時計２００で用いたものと同じであって、日車４１０に設けられた歯形（図示せず）と超音波モータ２２０のロータ２２４に設けられた歯形２２４ａとが噛み合って動力が伝達される。
【００９９】
ここで、電子時計４００は、日車４１０の回転位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ４４０の形態に特徴がある。日車４１０の位置情報や動作状態を検知するために、リング状の板である日車４１０の内周側には、歯形形状の凸部４３０が、日車４１０の周方向に渡って等間隔に３１個、一体的に設けられている。負荷発生バネ４４０は、この凸部の通過によって変形を生じて、日車４１０の負荷、さらには、超音波モータ２２０の駆動電流を１周で３１回、変動させる。
【０１００】
ここで、本発明における弾性変形部材としては、地板４５０に一端を支持固定された長手方向に湾曲した板バネ４４２と板バネ４４２の他端に一体的に設けられた拘束部材４４１からなる負荷発生バネ４４０を備えていることが、特徴となっている。拘束部材４４１は楔形をしており、日車４１０が駆動されていない時に、日車４１０の内周に設けられた凸部４３０のうちの隣接した２つに板バネ４４２のバネ力で圧接され、日車４１０の回転方向の移動を拘束する。日車４１０が動作すると、凸部４３０を乗り越え、日車４１０の負荷が増大して駆動電流を増大させる。この楔形の拘束部４４１は、動作中も常に凸部４３０と接触状態にあって摺動しながら揺動する。また、日車４１０の回転位置の検出方法に関しては、電子時計２００と全く同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１０１】
これにより、電子時計４００では、本発明における弾性変形部材として、地板４５０に一端を支持固定された長手方向に湾曲した板バネ４４２と板バネ４４２の他端に一体的に設けられた楔形の拘束部材４４１からなる負荷発生バネ４４０を用いることで、日車４１０の回転位置情報を容易に検出できることに加えて、日車の非動作期間にはその位置を拘束できるため、電子時計を使用中に落下させてしまったり、大きな衝撃が加わったときに発生しうる日車４１０の日付表示ズレを防止する効果が得られ、信頼性が非常に高まる。
＜実施の形態５＞
図１５を用いて、本発明を適用した実施の形態５について詳細に説明する。図１５は、実施の形態５の電子機器である電子時計６００の縦断面図であって、日車６１０と日車６１０の回転位置情報および動作状態を検知するために必要となる本発明における弾性変形部材としての負荷発生バネ６４０との関係を説明するものである。
【０１０２】
電子機器６００は、日車６１０の位置をアクチュエータの駆動電流の変化として検出するためのものであって、日車６１０に設けた凸部６３０および６３１と、凸部６３０および６３１の通過によって弾性変形して日車６１０の負荷を変動させる負荷発生バネ６４０に特徴があり、以下に説明する。
【０１０３】
電子時計６００は、基本的には電子機器１００と同様の構成をとっており、日車６１０は同じく超音波モータ２０により駆動される。日車６１０は、地板６５０の外径より少し小さい直径を有するリング状の板であって、その下面には日車６１０の位置情報や動作状態を検知するために設けられた部材であって、６１０日車の負荷を変動させる働きをもつ半球状の凸部６３０および６３１が設けられている。ここで、凸部６３０に対して、凸部６３１は日車６１０からの突出量が小さい半球状をなしており、日車６１０の下面には３０個の凸部６３０と１つの凸部６３１の合計３１個が周方法にわたって等間隔で一体的に設けられている。また、負荷発生バネ６４０は、地板６５０の表面に設けられた掘り込み部６５１に埋め込まれるように配置されている。
【０１０４】
負荷発生バネ６４０は、地板６５０に設けられた掘り込み部６５１に支持固定されたバネ部材６４２とバネ部材６４２に接続された拘束部材６４１とから構成されている。この拘束部材６４１は、ほぼ台形断面をもつ部材で、日車６１０が停止しているときは、合計３１個の凸部６３０および６３１のうちの隣接する２つに、バネ部材６４２のバネ力により圧接される。これにより、日車６１０が停止しているときの動きを拘束して、表示ズレを防止する。
【０１０５】
ここで、負荷発生バネ６４０を凸部６３１が通過するときが、日車６１０が１周するときに一度だけあり、このときの超音波モータ２０の駆動電流は増加する。さらに、３０個設けられている凸部６３０が負荷発生バネ６４０を通過するときは、さらに大きな駆動電流の増加が起こる。これにより、日車６１０の位置を１周あたり３１の分解能で位置検出が可能となり、加えて日車６１０の原点検出が得られる。さらに、衝撃などの外乱によって起りうる日車６１０のズレを防止する効果が同時に得られる。
【０１０６】
なお、日車６１０の位置検出方法およびその原点の検出方法は、実施の形態３における電子時計３００のものと同じものを用いており、原点の位置を検出するときの凸部６３１の作用に対するパルスを出力するのがコンパレータ３７３ａで、逆にコンパレータ３７３ｂが通常の位置検出のためのパルスを発生する。すなわち、２つのコンパレータ３７３ａと３７３ｂの役割が逆になっており、それに対応するために制御回路３８０も、パルスが１つのときが日車６１０の原点で、パルスが２つのときが通常の１日分の日車動作の完了を認識するように変更されている。
【０１０７】
これによれば、本発明を適用した電子機器である電子時計６００は、日車６１０の３１箇所、すなわち表示の１日分ごとの分解能で日車６１０の位置検出を行えるとともに、日車６１０の原点位置も検出が可能になる。原点位置を検知できるという機能は、万が一、日付の表示が衝撃や一時的なトラブルが発生したとき、実際の日付と表示がズレてしまっていないか、を確認して自己補正できることを意味する。すなわち、表示部がＣＰＵ３８１の日付情報とがズレを起こしていないかを常に監視できるため、安いコストで非常に高い信頼性が得られる。さらには、日車６１０が衝撃などによって位置がズレないように、位置ズレ防止機能を備えており、日付表示に関して２重の策により信頼性をさらに高めており、高精度な電子時計になっている。
＜実施の形態６＞
図１６および図１７を用いて、本発明を適用した実施の形態６について詳細に説明する。
【０１０８】
まず、図１６は、実施の形態６の電子機器である電子時計７００の平面図である。
【０１０９】
電子時計７００は、時刻情報以外の情報として暦情報の１つである日付を表示する機能を持っており、本発明における被駆動部材としての日車７１０と、日車７１０を駆動するためのものであって本発明における圧電アクチュエータとしての矩形板の圧電振動子７２０と、圧電振動子７２０をその長手方向にはスライド可能に地板７５０に固定支持するための支持枠７２２と、圧電振動子７２０により駆動される日回し車７９０と、日回し車７９０の上面に接合された８本の歯をもつ歯車板７９１と、圧電振動子７２０に設けたられた摺動材チップ７２１と、摺動材チップ７２１を介して圧電振動子７２０を日回し車７９０に所定の圧力で圧接するために地板に固定された加圧バネ７２３と、リング状の日車７１０の内周に設けられたもので、日車７１０の負荷を変化させる機能と日回し車７９０に設けられた歯車板７９１の歯と噛み合って圧電振動子７２０の動力を日車７１０に伝達するための機能を同時に果たす３１個の凸部７３０と、日車７１０が停止しているときは隣接する２つの凸部と接して日車７１０の位置を拘束する拘束部材７４１と一端を地板７５０に固定支持される湾曲した板バネ７４２とが一体的になっている負荷発生バネ７４０と、凸部７３０が負荷発生バネ７４０を乗り越えるときに生じる圧電振動子７２０の駆動電流の変化を検知するための電流変化検出回路７７０と、電流変化検出回路７７０の出力信号に基いて超音波モータを制御するための制御回路７８０と、時刻の表示を行う時刻表示部（図示せず）や日車７１０や圧電振動子７２０をはじめとする電子時計７００を構成する部材や要素を組み付けるための地板７５０と、電源としての電池９０から構成されている。
【０１１０】
なお、ここでは時刻情報を表示する時計表示部の構成は周知のものであるため、図示および説明は省略する。
【０１１１】
ここで、圧電振動子７２０の駆動電流を検知するための電流変化検出回路７７０は、電池９０と駆動回路７６０の間に挿入された電流検出用抵抗７７１と、駆動電流を電流検出用抵抗７７１の端子間電圧として検出するための電圧検出回路７７２と、電圧検出回路７７２の出力波形を波形整形して所定のパルス信号を作るためのもの信号処理回路７７３とから構成されている。信号処理回路７７３の出力信号に基いて、制御回路７８０は駆動回路７６０に制御信号を出力し、圧電振動子７２０の起動／停止や駆動状態をコントロールすることで、所定の日付情報を日車７１０により表示する。なお、図示していないが、日車７１０の表面には１から３１の数字が印刷されており、電子時計７００の文字盤（図示せず）に設けられた日窓から日付情報をユーザーに提供する。
【０１１２】
なお、ここでは、上述の電子時計で用いたように、電圧検出回路７７２としては差動アンプを用いており、信号処理回路７７３としてはコンパレータで構成している。その検出方法も、電子機器２００と同じであり、説明は省略する。
【０１１３】
電子時計７００は、本発明における圧電アクチュエータとしての圧電振動子７２０を用いていること、さらには圧電振動子７２０の動力を日回し車７９０を介して日車７１０に伝達していることが特徴である。さらには、日回し車７９０の動力を日回し車７９０と一体的に回転動作する歯車板７９１が、日車７１０の負荷を変動させるために設けられた凸部７３０と噛み合うことで駆動されることが特徴となっている。
【０１１４】
次に、図１７を用いて、圧電振動子７２０の詳細を説明する。
【０１１５】
図１７は、本発明における圧電アクチュエータとしての矩形板の圧電振動子７２０の構成図である。この圧電振動子７２０は共振タイプのアクチュエータであって、２枚の圧電素子で構成される。その第１層の圧電素子７３１の一面全部に電極７３２を形成し（図１７（ａ））、第２層の圧電素子７３４には、十文字にほぼ等分割された４つの電極を形成しており、対角の電極同士を短絡して２組の電極群７３５、７３６を構成する（図１７（ｃ））。さらに、２枚の圧電素子７３１および７３４を接合する面には、双方ともに一面全部の電極７３３（ＧＮＤ用電極）を形成し、接着剤で接合している（図１７（ｂ））。また、本実施の形態では、これら電極は真空蒸着法により形成しているが、スパッタ法や印刷法などを用いてもよい。
【０１１６】
この矩形板の圧電振動子７２０は、交番電圧を圧電素子の電極に印加して、縦振動と屈曲振動を同時に発生させてアクチュエータとして用いる。矩形板の圧電振動子７２０の形状は、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数が接近するように決定されており、その共振点近傍の周波数の交番電圧を印加することで、縦振動と屈曲振動の共振点のずれに基づいて縦振動と屈曲振動の変位に位相差が生まれ、矩形板の圧電振動子７２０の側面に楕円軌跡の変位が得られる（図１７（ｄ））。そして、このような振動を発生する矩形板の圧電振動子７２０を地板７５０に支持された加圧バネ７２３により日回し車７９０に圧接させることで、摩擦を介して日回し車７９０に駆動力が得られる。ここで、日回し車７９０と接触する部位には、耐摩耗性に優れるセラミックスの摺動材チップ７２１が接着されている。
【０１１７】
圧電素子７３１は縦振動を励振させるためのものであって、圧電素子７３４は屈曲振動を励振させるためのものである。圧電素子７３４に設けられた２組の電極群７３５および７３６はどちらか一方を使用し、電極群７３５を用いて励振される屈曲振動と電極群７３６を用いて励振される屈曲振動とは、互いに発生する振動変位の方向が逆転する。すなわち、圧電素子７３４の２組の電極群７３５と７３６の選択により、圧電振動子７２０に発生する楕円軌跡の変位方向が逆転する。日回し車７９０さらには日車７１０の回転方向は、電極群７３５および７３６の切換えにより決定している。なお、電子時計７００では圧電アクチュエータとして矩形板の圧電振動子７２０を用いるが、円盤形状などの圧電振動子でも構成可能であり、その方式も限定されず単一の振動を用いた方式などでも構成できる。
【０１１８】
これにより、圧電アクチュエータとして矩形板の圧電振動子７２０を用いて、日回し車７９０を介して、位置検出用の凸部７３０によって動力伝達するような構成とした電子時計７００は、簡単に日車７１０の回転位置検出ができることに加えて、単位体積あたりの出力が大きい圧電振動子７２０の適用により小型化できている。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、アクチュエータの駆動電流の変化として被駆動部材の回転位置情報を検出できるので、摺動式の接点スイッチにおける信頼性上の課題や検出精度の問題、さらにはコスト的な課題が解決でき、高性能と高い信頼性をもった安価な電子機器が実現できる。
【０１２０】
また、請求項２に記載の発明によれば、被駆動部材の位置情報を、電流検出用抵抗と電圧検出回路と信号処理回路から構成されるシンプルな電流変化検出手段で検知できるため、請求項１に記載の発明による効果に加えて、さらに安価に電子機器を提供できる。
【０１２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、被駆動部材に動作方向に沿って等間隔に複数の凸部を設けているため、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、より高い分解能を有する位置検出ができ、高精度に情報を表示できる電子機器が実現できる。
【０１２２】
また、請求項４に記載の発明によれば、２種類以上の凸部を被駆動部材に設けたため、被駆動部材の駆動時にアクチュエータの駆動電流が２種類以上の変化を示すため、被駆動部材の絶対位置の検出が可能になり、被駆動部材の制御に関して位置の累積誤差がなくなり、請求項３に記載の発明の効果に加えて、さらに精度の高い電子機器が提供できる。
【０１２３】
たま、請求項５に記載の発明によれば、第一の凸部と第二の凸部とが被駆動部材からの張り出し高さがことなるため、アクチュエータの駆動電流の変化量に大きな差が生まれるため、被駆動部材の絶対位置の検出に関して、請求項４の発明よりさらに高い精度で検出できるようになる。
【０１２４】
また、請求項６に記載の発明によれば、弾性変形部材の変形にともなう被駆動部材の負荷を大幅に増加させずに、アクチュエータの駆動電流に２種類以上の変化を発生させることができ、アクチュエータに対する負担が増大せずに、請求項６の発明と同様の効果が得られ、高精度かつ小型な電子機器が実現できる。
【０１２５】
また、請求項７に記載の発明によれば、被駆動部材が停止している時に、衝撃などによって生じる表示ズレを防止する効果が得られる。その他、電流変化検出手段と弾性変形部材に設けた拘束部の形状とによる２つの手段で被駆動部材の位置決めが可能になり、非常に高精度かつ信頼性に優れる電子機器を提供できる。なお、請求項３から請求項６のいずれか１つの発明による効果も同様に得られる。
【０１２６】
また、請求項８に記載の発明によれば、アクチュエータの動力を効率用よく被駆動部材に伝達できるので、より小さなアクチュエータで対応でき、請求項３から請求項７のいずれか１つに記載の発明による効果に加えて、電子機器をより小型化できるという効果が得られる。
【０１２７】
また、請求項９に記載の発明によれば、圧電アクチュエータは体積当たりの発生力が非常に大きいため、非常に大きな被駆動部材を駆動でき、形状自由度が高い電子機器が提供できる。さらには、圧電アクチュエータによる構成とすることで、被駆動部材をダイレクト駆動でき、電子機器がさらに小型化できる。この圧電アクチュエータとしては、特定の動きをする駆動源、リニア型モータ、回転型モータの形態がある。
【０１２８】
また、請求項１０に記載の発明によれば、圧電式であって大きな発生力が得られるとともに、回転型アクチュエータ、すなわち圧電モータが容易に構成できるため、請求項９と同様の効果に加えて、アクチュエータとしての使い勝手や制御性が増し、より高性能な電子機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態１である電子時計１００の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１である電子時計１００の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１である電子時計１００の縦断面図である。
【図４】電子時計１００に係る日車１０の位置検出方法を説明する図であり、（ａ）は電流変化検出回路の構成図、（ｂ）は電流変化検出回路の動作を説明する図である。
【図５】電子時計１００に係る超音波モータ２０の圧電素子２２および振動体２１の構成を説明する上面概略図である。
【図６】電子時計１００に係る超音波モータ２０の圧電素子２２および振動体２１の構成を説明する縦断面図である。
【図７】電子時計１００に係る超音波モータ２０の圧電素子２２の電極構造図である。
【図８】電子時計１００に係る超音波モータ２０の動作を説明する図である。
【図９】電子時計１００に係る超音波モータ２０の駆動回路６０の構成図である
【図１０】本発明を適用した実施の形態２である電子時計２００の平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２である電子時計２００の縦断面図である。
【図１２】本発明を適用した実施の形態３である電子時計３００の平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３である電子時計３００に用いている日車３１０の位置検出方法を説明する図であり、（ａ）は電流変化検出回路３７０の構成図であり、（ｂ）は電流変化検出回路３７０の動作を説明する図である。
【図１４】本発明を適用した実施の形態４である電子時計４００の平面図である。
【図１５】本発明を適用した実施の形態５である電子時計６００の縦断面図である。
【図１６】本発明を適用した実施の形態６である電子時計７００の平面図である。
【図１７】電子時計７００に係る圧電振動子７２０の構成図である。
【図１８】従来の電子機器の１例である電子時計８００のシステムを表すブロック図である。
【図１９】従来の電子時計８００の平面図である。
【図２０】従来の電子時計８００の縦断面図である。
【符号の説明】
１０，２１０，３１０，４１０，６１０，７１０      日車
２０，２２０      超音波モータ
３０，２３０，３３０，３３１，４３０，６３０，６３１，７３０      凸部
４０，２４０，３４０，４４０，６４０，７４０      負荷発生バネ
４０ａ    バネ部
５０，２５０，３５０，４５０，６５０，７５０      地板
５１，６５１     掘り込み部
６０，７６０      駆動回路
７０，３７０，７７０      電流変化検出回路
７１，７７１       電流検出用抵抗
７２，７７２       電圧検出回路
７３，７７３       信号処理回路
８０，３８０，７８０      制御回路
８１，３８１       ＣＰＵ
９０      電池
１００，２００，３００，４００，６００，７００     電子時計
２４１，３４１    摺動部材
２４２，３４２，４４２，６４２，７４２      バネ部材
４４１，６４１，７４１      拘束部材
７２０    圧電振動子
７２１    摺動チップ
７２２    支持枠
７２３    加圧バネ
７９０    日回し車
７９１    歯車板
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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