(57)【要約】【課題】設計が困難とならず、また、駆動効率の低下を招くことなく耐衝撃性を大きく向上させることができる圧電アクチュエータ、およびこれを備えた電子機器の提供。【解決手段】圧電アクチュエータ３１は、地板１４に組み込まれた際に、振動体５０の腕部５１３が、突出部１４４との間に所定寸法の隙間ＳＰ１，ＳＰ２を介して配置される。このような隙間ＳＰ１，ＳＰ２を介在させるのみで、駆動時、これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２内で自由端部ＦＲがフリーの状態でありながら、外部衝撃が加わった際には、振動部５１１が自由端部ＦＲ側で突出部１４４に捕捉されるので、振動部５１１が隙間の寸法を超えて移動することを防止できる。これにより、駆動効率の低下を招くことなく、落下衝撃などに対応する耐衝撃性を容易に、かつ大幅に向上させることができ、通常は両立させることが困難な駆動効率と耐衝撃とに関する問題を共に解消できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極が設けられた圧電素子を有して前記電極への電圧印加により振動する振動体を備えた圧電アクチュエータであって、
前記振動体は、互いに積層される前記圧電素子および補強部材を備え、
前記補強部材は、前記圧電素子が配置されるとともに被駆動体に当接する突起を有する自由端部と、前記圧電アクチュエータが取り付けられる被取付部に取付固定される固定部とを有し、
前記自由端部は、前記被取付部に外部から衝撃が加わらない状態において、前記被取付部に対して前記圧電素子および前記補強部材の積層方向と、この積層方向と交差する面内方向とにそれぞれ所定寸法の隙間を介して配置される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記自由端部は、平面略矩形の板状に形成されてその長手方向に沿って伸縮する縦振動と前記長手方向と交差する短手方向に屈曲する屈曲振動との混合モードで振動し、かつ前記長手方向に沿った両側面の一方に前記固定部が設けられる振動部と、この振動部の他方の側面から前記振動部の平面方向に沿って延びて前記被取付部に前記隙間を介して配置される腕部とを有し、
前記腕部は、当該圧電アクチュエータの度当たりとされている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記腕部の固有振動数は、前記振動部の前記縦振動の固有振動数と所定値離れており、前記振動部の前記縦振動と干渉しないように設定されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記腕部の寸法について、前記振動部の長手方向における前記腕部の長さ寸法は、前記長手方向における前記振動部の長さ寸法よりも短く、かつ、
前記腕部の長さに係る寸法比について、前記振動部の短手方向における当該腕部の幅寸法に対する当該腕部の前記長さ寸法の比率は、前記振動部の短手方向における幅寸法に対する前記振動部の前記長さ寸法の比率よりも小さい
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項３または４に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記振動部の長手方向における前記腕部の長さ寸法と、前記振動部の短手方向における前記腕部の幅寸法とが掛け合わされた面積は、前記振動部の面積よりも小さい
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項２から５のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記腕部には、孔が形成され、
前記被取付部は、前記孔に向かって突出し、かつ当該孔に挿通される突出部を有し、
前記隙間は、前記腕部の前記孔の内周縁と前記突出部との間に形成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記突出部は、その突出方向途上に段差部を有し、
前記隙間は、前記段差部と前記腕部との互いの対向面の間にも形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項８】
請求項２から請求項７のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記腕部は、前記振動部の前記屈曲振動の節の位置近傍に設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項２から８のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記腕部は、前記振動部に繋がる括れ形状の腕部側ネック部を介して前記振動部に設けられ、
前記腕部側ネック部は、前記振動部の前記屈曲振動の節の位置近傍に設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記固定部は、前記振動部に繋がる括れ形状の固定部側ネック部を介して前記振動部に設けられ、
前記固定部側ネック部は、前記振動部の前記屈曲振動の節の位置近傍で、かつ前記振動部の短手方向において前記腕部側ネック部と対向する位置に設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記被取付部は、前記振動体の積層方向に沿った方向で前記自由端部と向き合う対向部を有し、
前記隙間は、前記対向部と前記振動体との間に形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記被取付部は、前記振動体が取付固定されるベース部材と、このベース部材との間に前記振動体を挟んで配置される板部材とを有し、
前記対向部は、前記ベース部材および板部材の互いが向き合う部分にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記被駆動体は、前記突起が当接される被当接面が略平面状に形成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えた
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子機器は、計時手段と、この計時手段で計時された情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計である
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、これを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、時計のカレンダ機構や、カメラのズーム機構やオートフォーカス機構、あるいは玩具の駆動機構などに、圧電素子を有する振動体の振動によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータが用いられている。
このような圧電アクチュエータが組み込まれた時計、カメラ、玩具などの電子機器では、落下などの外部衝撃により、圧電アクチュエータの振動体と、圧電アクチュエータにより駆動されるロータなどの被駆動体との位置がずれて作動に影響したり、衝撃が大きい場合には、破損するおそれもある。特に、振動体を支持固定する部分は一般的に、振動体の振動が妨げられないように細く作られていて、強度が弱いことから、衝撃による振動体の変形によってこの支持部が折れたり、この支持部に設けられた配線が切れるなどの問題が考えられる。
ここで、圧電アクチュエータの耐衝撃構造を考えるにあたり、振動体を直接的に単に保持するなどの方法では、その保持によって振動が阻害され、駆動効率が低下するという問題がある。
【０００３】
このため、振動体を直接保持しない耐衝撃構造として、ロータを振動体に向かって押圧するばね部材を設け、このばね部材に隣接する位置にピンを設けてばね部材の動きを規制することで、衝撃時にロータと振動体とが離間するのを防止するものがあった（特許文献１）。
この特許文献１のピンは、衝撃時にロータが振動体から離間する方向に所定距離移動した場合にばね部材に当接して、圧電アクチュエータがロータに当接した状態を維持できるように設けられており、衝撃時にロータが振動体から離間した場合に、ロータが他のいかなる部材にもぶつかることが無い位置、かつ、ロータと次の伝達車の歯形との噛み合いが外れない位置に配置されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０１６２７号公報（明細書段落「００１３」、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のようなピンを用いる場合、そのピンを配置するのに適切な位置を決めることが難しいため、設計が難しいという問題がある。
また、特許文献１では、衝撃時にロータの移動が規制されてロータの破損は防止できるとしても、振動体の移動は直接規制されないから、衝撃に起因して振動体がロータから外れたり、破損する可能性が残る。
【０００６】
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、設計が困難とならず、また、駆動効率の低下を招くことなく耐衝撃性を大きく向上させることができる圧電アクチュエータ、およびこれを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電アクチュエータは、電極が設けられた圧電素子を有して前記電極への電圧印加により振動する振動体を備えた圧電アクチュエータであって、前記振動体は、互いに積層される前記圧電素子および補強部材を備え、前記補強部材は、前記圧電素子が配置されるとともに被駆動体に当接する突起を有する自由端部と、前記圧電アクチュエータが取り付けられる被取付部に取付固定される固定部とを有し、前記自由端部は、前記被取付部に外部から衝撃が加わらない状態において、前記被取付部に対して前記圧電素子および前記補強部材の積層方向と、この積層方向と交差する面内方向とにそれぞれ所定寸法の隙間を介して配置されることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、圧電アクチュエータが電子機器などに組み込まれた際に、電子機器などにおける被取付部と振動体の自由端部との間に所定寸法の隙間が介在するため、駆動時、自由端部はあくまで、隙間部分で可動とされたフリーの状態でありながら、外部衝撃が加わった際には、振動体が自由端部側で被取付部に受け止められるので、振動体が隙間の寸法を超えて移動することを防止できる。ここで、被取付部と自由端部との間には、振動体の積層方向をＺ方向とすると、このＺ方向と、Ｚ方向と交差するＸＹ面内方向とのそれぞれに、すなわちＸＹＺいずれの方向にも隙間が設けられている。このような隙間により、任意の方向に作用し得る外力が加わった際に自由端部が度当たりとなるため、その外力が緩衝される。
これにより、振動が妨げられることなく被駆動体を駆動することが可能であるとともに、衝撃により振動体の突起が被駆動体から外れた状態となって、被駆動体の送り量が変動したり、振動体が被駆動体や他の部品に衝突して破損が生じることなどを防止できる。ここで、振動体が被取付部に直接的に対向し、衝撃時に移動、変形した際に被取付部によって振動体が確実に捕捉されること、および、振動体が捕捉されるのは、衝撃時に撓み量が大となる自由端部側であることから、耐衝撃の効果が大きい。
したがって、駆動効率の低下を招くことなく、落下衝撃などに対応する耐衝撃性を大幅に向上させることができ、通常は両立させることが困難な駆動効率と耐衝撃とに関する問題を共に解消できる。
また、これらの効果を得るためには、振動体と被取付部との間に所定寸法の隙間を設定するだけでよいため、設計が困難となることもない。
【０００９】
ここで、隙間の寸法については、振動体の振幅や振動の方向、および衝撃時の外力の大きさなどに応じて適宜決められる。
例えば、衝撃時における振動体への荷重条件を設定し、この設定された荷重において、振動体の自由端部での最大撓み量を求め、この最大撓み量などに基いて求められた最大寸法以下で、所定の隙間寸法を決めることができる。これにより、所定の荷重条件における耐衝撃性を確保することができる。
一方、形状のばらつきや組立誤差によって振動体と被取付部との間に生じる公差を最小寸法としてもよい。
さらに、被取付部に外部から衝撃が加わらない状態における振動体と被取付部との間に前述のような隙間が形成されることの意義としては、圧電アクチュエータの駆動時、圧電素子に設けられた電極に振動ノイズが生じ難いことが挙げられ、これにより、電撃で駆動回路が破壊されるなどの不具合を未然に防止できる。
また、圧電素子の振動状態を電圧信号として検出する検出電極が圧電素子の一部に設けられる場合は、この検出電極についても振動ノイズが生じ難く、これにより、振動状態を正確かつ確実に検出でき、この振動検出に基いて圧電アクチュエータを安定的に駆動できる。なお、このように振動検出が正確かつ確実に行われることから、振動体における振動の節近傍などの振動検出の出力が小さい部位にも検出電極を配置可能となり、圧電素子における電極レイアウトを容易にできる。
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記自由端部は、平面略矩形の板状に形成されてその長手方向に沿って伸縮する縦振動と前記長手方向と交差する短手方向に屈曲する屈曲振動との混合モードで振動し、かつ前記長手方向に沿った両側面の一方に前記固定部が設けられる振動部と、この振動部の他方の側面から前記振動部の平面方向に沿って延びて前記被取付部に前記隙間を介して配置される腕部とを有し、前記腕部は、当該圧電アクチュエータの度当たりとされていることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、振動部において縦振動および屈曲振動を確実に生じさせつつ、この振動部とは別途設けられた腕部により、自由端部全体の度当たりも具備できる。このような振動部と腕部との機能分担により、圧電アクチュエータの駆動効率と耐衝撃性とをより一層高めることができる。
なお、振動部の平面方向において、腕部が被取付部に隙間を介して向き合うため、特に、振動部の平面方向に沿った方向に作用する外力についての耐衝撃性を向上させることができる。また、このような平面方向における隙間により、振動部の板面に沿った方向において変位する縦振動が阻害されない。
さらに、屈曲振動にはモーメントが伴うが、振動体の積層方向（Ｚ方向）にも隙間が設けられているため、屈曲振動が阻害されない。
ここで、補強部材には、振動部（突起を含む）、固定部、および腕部を一体に形成することが好ましい。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記腕部の固有振動数は、前記振動部の前記縦振動の固有振動数と所定値離れており、前記振動部の前記縦振動と干渉しないように設定されていることが好ましい。
この発明によれば、振動部の縦振動に腕部の振動が干渉せず、振動部が励振する一次振動としての縦振動が減衰しないことから、二次振動としての屈曲振動の誘発が妨げられない。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記腕部の寸法について、前記振動部の長手方向における前記腕部の長さ寸法は、前記長手方向における前記振動部の長さ寸法よりも短く、かつ、前記腕部の長さに係る寸法比について、前記振動部の短手方向における当該腕部の幅寸法に対する当該腕部の前記長さ寸法の比率は、前記振動部の短手方向における幅寸法に対する前記振動部の前記長さ寸法の比率よりも小さいことが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、腕部の長さ寸法が振動部の長さよりも短く、かつ、腕部の寸法比により、腕部の形状が振動部と比べて細長い形状ではないことから、腕部の振動モードとして、振動部の長手方向に沿って伸縮する縦振動が支配的となり、腕部の振動について二次、三次などの高次の振動モードが生じない。このように腕部の振動モードが縦振動のみであると見做せることと、腕部の寸法が振動部よりも小さいために腕部の固有振動数が振動部の固有振動数よりも大きくなり、腕部と振動部との固有振動数の差がつくこととによって、干渉による振動部の振動減衰を良好に回避できる。よって、振動部の振動と干渉しないように決められる腕部の形状の範囲が狭められない。
【００１５】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記振動部の長手方向における前記腕部の長さ寸法と、前記振動部の短手方向における前記腕部の幅寸法とが掛け合わされた面積は、前記振動部の面積よりも小さいことが好ましい。
この発明によれば、腕部の面積が振動部の面積と比べて小さく、腕部と振動部とが同じ材料により形成されている場合は腕部が振動部よりも軽量であるため、腕部の固有振動数と振動部の固有振動数とを十分に離すことが可能となり、腕部の振動の干渉による振動部の振動減衰を良好に抑制できる。
【００１６】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記腕部には、孔が形成され、前記被取付部は、前記孔に向かって突出し、かつ当該孔に挿通される突出部を有し、前記隙間は、前記腕部の前記孔の内周縁と前記突出部との間に形成されていることが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、衝撃時、被取付部の突出部に腕部の孔の内周縁部が係止され、孔の内側から外側に向かう振動部の移動が確実に規制されるため、耐衝撃性を向上させることができる。
一方、振動体の駆動時、腕部の孔の内部において振動部が回転可能となるため、電極の配置や突起の位置を振動体の重心に対してアンバランスにすることで誘起され、縦振動と交差する方向に振動する屈曲振動が被取付部によって阻害されることを回避できる。
【００１８】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記突出部は、その突出方向途上に段差部を有し、前記隙間は、前記段差部と前記腕部との互いの対向面の間にも形成されることが好ましい。
この発明によれば、腕部の孔に突出部が挿通されることにより、腕部の孔の内周縁と突出部との間におけるＸＹ方向のほかに、突出部の段差部と腕部との互いの対向面の間のＺ方向にも隙間が形成され、これらの隙間を介した構造がそれぞれ、衝撃時における振動体の度当たりとして機能する。このように、腕部に係る構成のみによって、振動体の平面方向（ＸＹ方向）に作用する外力についての耐衝撃性と、振動体の積層方向（厚み方向、Ｚ方向）に作用する外力についての耐衝撃性とを兼ね備えることができる。
【００１９】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記腕部は、前記振動部の前記屈曲振動の節の位置近傍に設けられていることが好ましい。
この発明によれば、屈曲振動の節近傍に腕部が設けられているので、腕部を設けることによる振動特性への影響を極力小さくできる。
また、節の位置近傍は、振動による変位が極小であるため、孔の内周縁と突出部との隙間寸法を小さくしても振動が阻害されず、隙間寸法を小さくすることによって、耐衝撃性をより向上させることができる。この場合、所定の隙間寸法として、振動体と被取付部との間に生じる公差を用いることも可能である。
ここで、振動部における屈曲振動の節は、振動部の平面中心を通りかつ長手方向に沿った中心線上に３つ現れ、腕部が設けられる「前記振動部の前記屈曲振動の節」とは、これら３つの節のいずれかをいう。これらの３つの屈曲振動の節のうち振動部の平面中心に位置する屈曲振動の節は、振動部の縦振動の節の位置でもあるため、この振動部の平面中心の近傍に、腕部が設けられることがより好ましい。
なお、「屈曲振動の節の位置近傍」には、前記した屈曲振動の節の位置から振動部の短手方向に沿って延ばした線が振動部の外周部（振動部の長手方向側面）に交わる位置が含まれており、このような位置に腕部が設けられることが好ましい。
【００２０】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記腕部は、前記振動部に繋がる括れ形状の腕部側ネック部を介して前記振動部に設けられ、前記腕部側ネック部は、前記振動部の前記屈曲振動の節の位置近傍に設けられていることが好ましい。
この発明によれば、腕部側ネック部を振動部の節近傍に設けることにより、腕部の形状などを自由にでき、また、このような腕部側ネック部が設けられることによって振動部から腕部に散逸する振動エネルギーを小さくでき、駆動効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記固定部は、前記振動部に繋がる括れ形状の固定部側ネック部を介して前記振動部に設けられ、前記固定部側ネック部は、前記振動部の前記屈曲振動の節の位置近傍で、かつ前記振動部の短手方向において前記腕部側ネック部と対向する位置に設けられていることが好ましい。
すなわち、単一材料による一枚の鋼板などとされた補強部材に振動部、固定部、および腕部が一体に形成されている場合、腕部側ネック部と固定部側ネック部とは、振動部の長手方向に沿った両側面においてそれぞれ、振動部の平面中心を通りかつ短手方向に沿った中心線の両側に設けられている。
【００２２】
この発明によれば、腕部と固定部とがそれぞれのネック部を介して振動部に設けられた部分がそれぞれ、振動部の平面中心について点対称に設けられているため、落下時などの外部衝撃の際に、振動部を支持固定する固定部とは正反対となる側から、腕部における度当たり構造によって振動部を確実に捕捉可能となる。これにより、固定部で片持ち支持された振動部が衝撃で振られ、当該振動部の振動挙動に固定部から放射方向にねじれる変位が加わることが防止される。すなわち、このような外乱時にも振動部の振動が正常に維持され、圧電アクチュエータの駆動量が変動することなどを防止できる。
【００２３】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記被取付部は、前記振動体の積層方向に沿った方向で前記自由端部と向き合う対向部を有し、前記隙間は、前記対向部と前記振動体との間に形成されることが好ましい。
この発明によれば、振動体に対して、被取付部の対向部が振動体の積層方向において配置されたので、特に、振動体の積層方向（厚み方向）に沿った方向に作用する外力についての耐衝撃性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記被取付部は、前記振動体が取付固定されるベース部材と、このベース部材との間に前記振動体を挟んで配置される板部材とを有し、前記対向部は、前記ベース部材および板部材の互いが向き合う部分にそれぞれ設けられていることが好ましい。
この発明によれば、振動体の自由端部側に、ベース部材および板部材に設けられた対向部がそれぞれ臨み、これらの対向部により、衝撃時における自由端部のベース部材側への移動、および自由端部の板部材側への移動の両方が防止されるので、耐衝撃性をより一層向上させることができる。
【００２５】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、前記突起が当接される被当接面が略平面状に形成されていることが好ましい。
この発明によれば、前述のように、衝撃時に振動体が被取付部によって捕捉され、振動体の突起が被駆動体から外れないため、被駆動体の被当接面に、突起を保持するための窪みなどを形成する必要がない。これにより、プレス打ち抜きなどにより、被駆動体を容易に製造することが可能となる。
なお、被駆動体の平面形状としては、円形状、矩形状などの任意のものを採用し得る。
【００２６】
本発明の電子機器は、前述の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
ここで、圧電アクチュエータは、例えば、カメラのズーム機構およびオートフォーカス機構などに使用できる。
この発明によれば、前述の圧電アクチュエータを備えたことにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。
【００２７】
本発明の電子機器は、計時手段と、この計時手段で計時された情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることが好ましい。
この発明によれば、前述の圧電アクチュエータで計時手段や計時情報表示部を構成する歯車などを駆動することが可能となる。これにより、衝撃で被駆動体の送り量が変動して日、月、曜の指示位置がずれるなどの不具合をなくすことができる。
加えて、圧電アクチュエータにおける利点、すなわち、磁気の影響を受けない、応答性が高く微小送りが可能、小型薄型化に有利、高トルクなどを実現できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、振動体と被取付部との間に所定寸法の隙間を設定するだけで、振動体の振動を阻害することなく、衝撃時には振動体が確実に捕捉されるため、設計が困難とならず、また、駆動効率の低下を招くことなく、耐衝撃性を大きく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明を腕時計に適用した場合について例示する。
【００３０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る腕時計１の外観構成を示す図である。
腕時計１は、ムーブメント１０（図２）と、このムーブメント１０を収容するケース２０とを備えた腕時計（ウォッチ）であり、腕時計１の１２時位置および６時位置には、リストバンド２１が設けられている。時計の種類は、クォーツ時計、機械式時計、電子制御式機械時計のいずれでもよいが、本実施形態の腕時計１は、アナログクォーツ時計として構成されている。
【００３１】
腕時計１は、円板状の文字板１１と、秒針１２１と、分針１２２と、時針１２３と、竜頭１３とを有する。
また、文字板１１には、円形状の２４時表示部１１１が設けられ、この２４時表示部１１１における２４時表示針１１１Ａの回転により、「０」時〜「２３」時が指し示される。
【００３２】
さらに、腕時計１は、暦を表示するカレンダ機構３０を備え、このカレンダ機構３０に関して、文字板１１には、矩形状の日表示窓１１２と、円形状の月表示部１１３と、略扇形状の年表示窓１１４とがそれぞれ設けられている。
日表示窓１１２には、暦の「日」を示す「１」〜「３１」のいずれかの数字が表示される。後述するように、「日」の１の位の数字と１０の位の数字とは別々の日車に付されている。
【００３３】
また、月表示部１１３には、その円周に沿って、暦の「月」を示す「ＪＡＮ」〜「ＤＥＣ」の表示が等間隔に配置され、これらの表示が月表示針１１３Ａで指し示されることにより、暦の「月」が表示される。
そして、年表示窓１１４には、閏年から何年目であるかを示す「０」〜「４」のいずれかの数字が表示される。
【００３４】
図２は、ムーブメント１０を示す図である。
ムーブメント１０には、平面略円形状の地板１４が配置されている。なお、本実施形態の地板１４は樹脂製であるが、金属製などであってもよい。
ここで、秒針１２１、分針１２２、時針１２３（図１）を駆動する構成は、地板１４の腕時計１裏側の面に設けられ、通常のアナログクォーツと同様のものであるため、図示を省略するが、水晶振動子が組み込まれた回路基板と、コイル、ステータ、ロータを有するステッピングモータと、駆動輪列と、動力源である電池とを備えて構成されている。この構成では、水晶振動子で発振され回路ブロックを経て分周されたパルス信号により、ステッピングモータが駆動する。そして、ステッピングモータの駆動力が駆動輪列に伝達されることにより、秒針１２１、分針１２２、および時針１２３がそれぞれ駆動される。ステッピングモータの数は問わず、例えば、秒針１２１の駆動用に１つ、分針１２２および時針１２３の駆動用に１つ、計２つのステッピングモータが設けられていてもよい。
【００３５】
一方、地板１４の腕時計１表側の面には、図２に示すように、カレンダ機構３０が配置されている。
このカレンダ機構３０の駆動手段は、圧電素子の逆圧電効果による振動を利用した圧電アクチュエータ３１である。圧電アクチュエータ３１は、圧電素子を有する振動体５０を備え、この振動体５０の振動により、被駆動体としてのロータ３２の外周部を繰り返し押圧し、ロータ３２を回転駆動する。このロータ３２には、中間車３３が噛み合い、中間車３３〜３５が順次噛み合う。そして中間車３５は、制御車かな３６に噛み合い、この制御車かな３６は、暦の送りを制御する制御車３７と一体に形成される。ここまでは制御車３７を回すための減速輪列である。
【００３６】
制御車３７は、爪数が異なる複数の爪車（図示せず）を備え、これらの爪車は、１位日回し車４０と、１０位日回し車４２と、月表示中間車４４とにそれぞれ噛み合う。
ここで、１位日回し車４０によって送られる１位日車４１の外周表面には「０」〜「９」の数字が周方向に等間隔に表示され、１０位日回し車４２によって送られる１０位の１０位日車４３の外周表面には「空領域」と「１」〜「３」の数字が周方向に等間隔に表示されている。なお、「空領域」とは数字の記載がない領域である。
【００３７】
制御車３７が有する爪車のうち、１位送り爪を介して、１位日回し車４０および１位日かな４１Ａが回転し、これと一体に１位日車４１が回転し、その外周表面上の数字「０」〜「９」が、１日に１回の割合で周方向に一つ送られる。この制御車３７の回転に応じて、１位日車４１の回転が進み、１０の位が繰り上がる日付に至ると、制御車３７の１０位送り爪を介して、１０位日回し車４２および１０位日かな４３Ａが回転し、これと一体に１０位日車４３が回転し、その外周表面上の「空領域」或いは数字「１」〜「３」が、１０日に１回の割合で周方向に一つ送られる。
これにより、日表示窓１１２（図１）には、１位の１位日車４１上の数字「０」〜「９」と、１０位の１０位日車４３上の「空領域」或いは数字「１」〜「３」との組み合わせにより、暦の「日」を示す「１」〜「３１」のいずれかの数字が表示される。
【００３８】
そして、制御車３７の回転により、１位日車４１および１０位日車４３の回転が進み、「月」の表示が繰り上がる日付に至ると、制御車３７の月送り爪を介して、月表示中間車４４および月検出車４５が回転し、これと一体に月車４６が回転する。そして、月車４６に取り付けられた月表示針１１３Ａが回転し、月表示部１１３（図１）上の「ＪＡＮ」〜「ＤＥＣ」のいずれかの表示が指し示される。
【００３９】
月検出車４５には、年表示中間車４７が噛み合い、この年表示中間車４７には年送り車４８が噛み合う。そして、この年送り車４８には、年表示車１１４Ａを回す年車４９が噛み合う。年表示車１１４Ａは年車４９によって１年に１回送られ、年表示窓１１４（図１）には、数字「０」〜「４」が順に表示される。これにより、閏年から何年目であるかが表示される。
【００４０】
なお、カレンダ機構３０には、暦修正輪列（図２中、歯車３９１、３９２、３９３）が設けられており、竜頭１３をケース２０の外側に引き出すと、竜頭１３はこの暦修正輪列を介して中間車３５と噛み合い、竜頭１３を回転させることで暦の修正が可能となっている。
【００４１】
他方、２４時表示部１１１（図１）に設けられた２４時表示針１１１Ａを駆動する構造は、時針１２３が取り付けられた筒車６１に噛み合い、筒車６１の回転量から２４時（午前０時）を検出する２４時検出車６２と、この２４時検出車６２に噛合うとともに２４時表示針１１１Ａが取り付けられた２４時車６３とを有している。
２４時検出車６２には、筒車６１の回転量から「２４時」であることを検出するエンコーダと、エンコーダによる「２４時」検出のタイミングでON状態となるばねスイッチとが設けられている。
【００４２】
この２４時検出車６２には、地板１４に設けられた回路基板１５（図５）に実装された制御ブロックに接続されるばねスイッチが設けられており、このばねスイッチのONにより、カレンダ機構３０が駆動される。この際、まず、カレンダ機構３０を１日分だけ回転駆動する１日送り処理が実行され、送られた日を検出して存在日であるか否かを判定するカレンダ検出処理が実行され、非存在日であると判断すると、実際の存在日を表示させるべくカレンダ機構３０を駆動していわゆる月末補正を行うカレンダ補正処理が実行される。
【００４３】
以下、本発明において最も特徴的な圧電アクチュエータ３１、およびその周辺の構成について、詳細に説明する。
図３は、圧電アクチュエータ３１を周辺構成と共に示す図であり、図４は図２におけるIV−IV線矢視図である。また、図５は、圧電アクチュエータ３１の断面図である。
圧電アクチュエータ３１で駆動されるロータ３２は、ロータ支持体３２０に回転自在に保持されている。
ロータ支持体３２０は、ピン３２１を中心に揺動自在に配置され、地板１４に設けられた軸１４１に巻回された押しばね３２５によって、図３中、反時計回りに、つまり、圧電アクチュエータ３１側にこのロータ支持体３２０が付勢されることで、ロータ３２が振動体５０に当接される。これにより、ロータ３２と振動体５０との接触圧が、圧電アクチュエータ３１の駆動時にロータ３２を高効率で回転可能な適正圧に保たれ、振動体５０によるロータ３２の単位時間当たりの送り量が十分に確保される。
ここで、ロータ３２は、プレス打ち抜きなどの手段で製作され、図４に示すように、ロータ３２の振動体５０が当接される被当接面３２２は、凹凸のない平面状に形成されている。
【００４４】
圧電アクチュエータ３１の振動体５０は、図５に示すように、ステンレス鋼等の金属材料の圧延により形成された補強板（補強部材）５１と、この両面に積層された矩形板状の圧電素子５２，５３とで構成されている。
また、振動体５０に被せるように板部材としての押さえ板５４（図３には二点鎖線で図示）が配置されている。
【００４５】
ここで、地板１４には、図５に示すように、被取付部としてのねじピン１４２が補強板５１の平面方向（図３中、ＸＹ方向）と交差するＺ方向に突出するように形成され、振動体５０は、このねじピン１４２に取付固定されている。
また、このねじピン１４２の両側にそれぞれ、振動体５０を位置決めするための一対の位置決めピン１４３（図３）が突設されるとともに、これらの位置決めピン１４３と振動体５０を挟む位置に、同じく補強板５１の平面方向に突出するように略円柱状の突出部１４４が形成されている。
【００４６】
突出部１４４は、圧電素子５２，５３の長辺を二分する位置の近傍に設けられている。
また、突出部１４４は、互いに同心上に配置された大径部１４４Ａ（地板１４側）と、小径部１４４Ｂとを有し、これらの大径部１４４Ａ、小径部１４４Ｂにより段差部が形成されている。
なお、突出部１４４の突出寸法はねじピン１４２の突出寸法よりも小さく、この突出部１４４の部分で押さえ板５４は地板１４に向かって段落ち形成され、突出部１４４の先端に載置されている。
【００４７】
圧電素子５２、５３の材料は、特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ（登録商標））、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。
【００４８】
また、圧電素子５２，５３の表裏両面の全体には、ニッケルや金等によるめっき、スパッタ、蒸着等によって電極が形成され、圧電素子５２，５３の裏面側に形成された全面電極（図示せず）は、補強板５１と重ねられて補強板５１と導通される。一方、圧電素子５２，５３の表面側の電極は、エッチングによる溝５１１Ｅ（図６）によって区画され、圧電素子５２，５３の振動を圧電効果により電圧信号として検出する検出電極５１１Ｃと、駆動電圧が印加される駆動電極５１１Ｄとがそれぞれ形成されている。
図６には、これらの検出電極５１１Ｃおよび駆動電極５１１Ｄをそれぞれ二点鎖線で示した。圧電素子５２，５３表面に形成された電極の検出電極５１１Ｃを除いた領域は、駆動電極５１１Ｄとなっている。これらの検出電極５１１Ｃおよび駆動電極５１１Ｄの配置は、補強板５１を挟んで圧電素子５２，５３において同様となっており、例えば、圧電素子５２の検出電極５１１Ｃの背面側には、圧電素子５３の検出電極５１１Ｃが形成されている。なお、図６では作図上、この二点鎖線を圧電素子５２の外周端縁よりも内側に示したが、図３に示したように、これら検出電極５１１Ｃおよび駆動電極５１１Ｄは、圧電素子５２，５３の外周端縁まで形成されている。
ここで、検出電極５１１Ｃは、圧電素子５２，５３の幅方向一端側（一方の長辺側）において、圧電素子５２，５３の平面中心（位置Ａ参照）の近傍から圧電素子５２，５３の長手方向に沿って圧電素子５２，５３の長辺の略１／５〜略１／３に相当する長さで延びており、検出電極５１１Ｃの幅は、圧電素子５２，５３の略１／６〜略１／３に相当する寸法となっている。このように、検出電極５１１Ｃの面積は駆動電極５１１Ｄよりもかなり小さい。なお、位置Ａは、後述するように振動体５０における屈曲振動の節位置であって、検出電極５１１Ｃは、大略、振動体５０における屈曲振動の節位置Ａの近傍に配置されている。
【００４９】
また、図３には、圧電素子５２，５３に駆動電圧を印加する駆動制御回路５１４（ＩＣチップ）を模式的に示した。この駆動制御回路５１４は、回路基板１５（図５）に実装され、補強板５１とリード基板５６１とにそれぞれ導通されている。これら補強板５１とリード基板５６１とを通じて、補強板５１と駆動電極５１１Ｄとの間に駆動電圧が印加されるとともに、補強板５１の電位に対する検出電極５１１Ｃの差動信号として振動信号が検出される。
なお、圧電アクチュエータ３１の具体的な電装関係については図５を参照して後述する。
【００５０】
次に、補強板５１は、図３に示すように、ねじピン１４２に取付固定される固定部５１２と、圧電素子５２，５３が配置される自由端部ＦＲとを一体に有する。
【００５１】
自由端部ＦＲは、圧電素子５２，５３の形状に応じた平面略矩形の板状に形成され、かつその長手方向に沿った一方の側面に固定部５１２が設けられる振動部５１１と、この振動部５１１の他方の側面部から延びる腕部５１３とを有する。
また、振動部５１１は、長手方向に沿って円弧状に突出する突起５１１Ａ，５１１Ｂを短辺側の両側面にそれぞれ有する。これらの突起５１１Ａ，５１１Ｂはいずれも、半径０．２５ｍｍの円弧形状であり、振動部５１１の屈曲振動の節位置Ａ（平面中心）について点対称の位置にそれぞれ配置され、一方の突起５１１Ａがロータ３２に当接する。
このように各突起５１１Ａ，５１１Ｂの形成された位置は、振動部５１１の長手方向に沿った中心線Ｃ上から外れた位置であって、振動部５１１の長手方向に沿った縦一次振動にとってアンバランスな位置に形成されており、圧電素子５２，５３への電圧印加によって縦一次振動を励振すると、振動部５１１の長手方向と交差する方向に屈曲二次振動が誘起することになる。
【００５２】
固定部５１２は、振動部５１１の長手方向と交差する方向に励振する屈曲振動の節位置Ａの近傍に設けられ、振動部５１１と繋がる固定部側ネック部としてのネック部５１２Ａを有する。
また、固定部５１２には、図３に示すように、複数の孔５１２Ｂ、５１２Ｃ、５１２Ｄが振動部５１１の長手方向に並んで設けられている。これらのうち両端の孔５１２Ｂ、５１２Ｄに位置決めピン１４３がそれぞれ挿通され、中央の孔５１２Ｃには、ねじピン１４２（図５）が挿通される。
【００５３】
ここで、固定部５１２には、図５に示すように、圧電素子５２，５３の導通に係る構成として、スペーサ５５１，５５２、およびリード基板５６１，５６２が設けられている。
スペーサ５５１，５５２は、その平面形状が固定部５１２と略同形状に形成され、固定部５１２の孔５１２Ｃの周りの両面側にそれぞれ接着されている。これらのスペーサ５５１，５５２にそれぞれ、リード基板５６１，５６２が接着されている。
また、リード基板５６１，５６２からオーバーハングされた銅箔（配線パターン）５６１Ａ，５６２Ａがそれぞれ、圧電素子５２、５３に半田付けされている。
なお、リード基板５６１，５６２は、銅箔５６１Ａ，５６２Ａが外側（補強板５１とは反対側）を向くように配置されている。
【００５４】
そして、固定部５１２を地板１４に固定する際には、リード基板５６１にばね部材５７が組立配置され、ばね部材５７は回路基板１５に接触導通される。このばね部材５７により、補強板５１を挟んで圧電素子５２，５３の両外側に設けられた各電極が互いに同電位とされる。
さらに、ばね部材５７には絶縁板５８が配置され、スペーサ５５１，５５２、リード基板５６１，５６２、および絶縁板５８に形成された各孔に、ねじピン１４２が挿通される。このねじピン１４２に形成された雌ねじ穴に、押さえ板５４の孔を介してねじ５１２Ｅが螺合されることで、振動体５０は地板１４に取付固定される。
なお、補強板５１の拘束状態は、本実施形態では、複数の孔５１２Ｂ〜５１２Ｄ（図３）に位置決めピン１４３やねじピン１４２が挿通されることで補強板５１の回転が規制され、また、ねじ５１２Ｅの固定により、補強板５１の平面と交差する向きでのばたつきが規制されたものである。
ここで、押さえ板５４は、回路基板１５の基準電位と接触導通されているとともに補強板５１に接触導通されるばね部５９を有する。押さえ板５４は、ばね部５９、そして補強板５１を通じて圧電素子５２，５３の内側に導通される。この押さえ板５４とばね部材５７とは、絶縁板５８によって別電位とされている。
【００５５】
このような固定部５１２による地板１４への取付固定により、振動体５０は片持ち固定され、振動体５０を片持ち支持された梁と見立てると、地板１４に固定されない振動部５１１および腕部５１３が、振動体５０の自由端部ＦＲとなっている。
【００５６】
腕部５１３は、図３に示すように、振動部５１１と繋がる腕部側ネック部としてのネック部５１３Ａから突出部１４４に向かって延びて略矩形状に形成されている。この腕部５１３は、固定部５１２と同様に、振動部５１１の屈曲振動の節位置Ａの近傍に設けられ、これら腕部５１３および固定部５１２のネック部５１３Ａ，５１２Ａは、振動部５１１の短手方向において互いに対向する位置に設けられている。
また、腕部５１３には、突出部１４４の小径部１４４Ｂが挿通される孔５１３Ｂが形成されている。
【００５７】
前述した腕部５１３および固定部５１２のネック部５１３Ａ，５１２Ａの寸法に関し、図６を参照して具体的な数値を例示する。振動部５１１の短手方向における幅Ｗ１（短辺）が１．９８ｍｍ、長手方向における長さＬ１（長辺）が７ｍｍの場合において、これらネック部５１３Ａ，５１２Ａの振動部５１１長手方向における幅ｗは、０．４〜０．６ｍｍ程度に設定されることが好適である。この幅ｗは、振動部５１１の長さＬ１の約５〜８％の寸法に設定されることが好ましく、約６〜７％の寸法に設定されることがより好ましい。なお、５％に満たない場合は、振動部５１１における平常時の振動に強度上耐えられず、８％を超えると振動部５１１における縦振動の妨げとなりかねない。
さらに、ネック部５１３Ａ，５１２Ａの振動部５１１長手方向における長さｌは、幅ｗよりも短いことが好ましい。その長さｌは、幅ｗの約９０％±５％程度であることが好ましい。
【００５８】
ここで、振動部５１１の振動に伴う腕部５１３の固有振動数は、振動部５１１の振動と干渉しないように決める必要があるが、腕部５１３の形状を仮に、細長い形状とした場合は、腕部５１３の振動について２次、３次などの高次の振動モードが生じ、腕部５１３の振動と干渉しないように腕部５１３の形状を設定できる範囲が狭められてしまう。
したがって、腕部５１３の形状は細長い形状を避けて設定されており、具体的には、振動部５１１やこの振動部５１１よりも長さが短い固定部５１２よりも、振動部５１１の長手方向における腕部５１３の長さ寸法が短くなるようにした。すなわち、図６を参照すると、腕部５１３の長さＬ３は、固定部５１２の長さＬ２や振動部５１１の長さＬ１よりも短い。そして、腕部５１３の幅Ｗ３は腕部５１３の長さＬ３よりも小さいが、この幅Ｗ３に対する長さＬ３の比率は、振動部５１１の幅Ｗ１に対する長さＬ１の比率や、固定部５１２の幅Ｗ２に対する長さＬ２の比率よりも小さくなっている。つまり、腕部５１３の形状は固定部５１２や振動部５１１に比べて細長くされていない。
これにより、腕部５１３が励振する振動モードは、振動部５１１の長手方向に沿った縦振動が支配的となり、この腕部５１３の固有振動数を振動部５１１の固有振動数と十分に離すことにより、干渉による振動の減衰を回避できる。
なお、このような腕部５１３の寸法により、腕部５１３の面積は固定部５１２の面積や振動部５１１の面積と比べて小さく、腕部５１３は固定部５１２や振動部５１１よりも軽量であるため、腕部５１３の固有振動数と振動部５１１の固有振動数とを十分に離すことが可能となり、腕部５１３の振動の干渉による振動部５１１の振動減衰を良好に抑制できる。
【００５９】
このような腕部５１３の形状により、腕部５１３の振動を質量とばね定数の問題として考えることができ、腕部５１３の幅をＷ３（図６）、腕部５１３の厚みをｔ、腕部５１３の長さをＬ３（図６）、腕部５１３の質量をｍ、補強板５１のヤング率をＥとすると、腕部５１３の固有振動数Ｐは、次の数式（１）で表される。
【００６０】
【数１】
2007037394.tif 000003
【００６１】
一方、腕部５１３の固有振動数の具体的な値は、振動部５１１の縦振動の固有振動数や圧電アクチュエータ３１に印加される駆動電圧の周波数との関係で決められる。なお、駆動電圧の周波数（駆動周波数）については、振動部５１１における縦振動の共振点と屈曲振動の共振点などを考慮して決められる。
図７（Ａ）に、振動部５１１における駆動周波数とインピーダンスとの関係を示し、図７（Ｂ）には、振動部５１１における駆動周波数と縦振動の振幅および屈曲振動の振幅との関係を示した。図７（Ａ）に示すように、駆動周波数に対してインピーダンスが極小であって振幅が最大となる共振点が二点現れ、これらのうち周波数の低い方が縦振動の共振点、高い方が屈曲振動の共振点となる。
すなわち、縦振動の縦共振周波数ｆｒ１と屈曲振動の屈曲共振周波数ｆｒ２との間で振動体２０Ａを駆動すると、縦振動および屈曲振動双方の振幅が確保され、圧電アクチュエータ３１は高効率で駆動する。なお、縦共振周波数ｆｒ１と屈曲共振周波数ｆｒ２とを互いに近接させることで、縦振動および屈曲振動の振幅がより大きくなる駆動周波数を設定することができる。
【００６２】
本実施形態では、振動部５１１の縦共振周波数（縦振動の固有振動数）は約２００ｋＨｚであり、図７などに鑑み、駆動周波数は約２３０ｋＨｚ〜約３００ｋＨｚの範囲で決められている。ここで、縦振動の固有振動数２００ｋＨｚに対して、腕部５１３の固有振動数が５％程度、すなわち所定値として１０ｋＨｚ以上離れていれば振動部５１１の振動に腕部５１３の振動が干渉しないと考えられる。この所定値１０ｋＨｚは、駆動周波数を２５０ｋＨｚとする場合では、駆動周波数に対して４％となる。このようにすれば、振動部５１１の縦振動に腕部５１３の振動が干渉せず、振動部５１１が励振する一次振動としての縦振動が減衰しなければ、二次振動としての屈曲振動の誘発が妨げられない。腕部５１３の固有振動数の設定に関しては、次の条件式（２−１）および条件式（２−２）で表すことができる。
【００６３】
【数２】
2007037394.tif 000004
【００６４】
ところで、腕時計１が落下等によって外部から衝撃を受けた場合に、この外部衝撃力が、ロータ３２と振動体５０とを押しつける方向に作用すると、振動体５０又はロータ３２に破損が生じるおそれがある。また、圧電アクチュエータ３１の駆動時に前記方向に外部衝撃力が作用すると、圧電アクチュエータ３１の振幅量が小さくなってしまい、ロータ３２を十分に送ることができなくなってしまうおそれがある。さらに、衝撃により、振動体５０が他の部品に衝突し、破損するおそれがある。
【００６５】
そこで、圧電アクチュエータ３１の耐衝撃構造として、圧電アクチュエータ３１が地板１４に組み込まれた際に、図５に示すように、腕部５１３と地板１４の突出部１４４との間に、隙間ＳＰ１，ＳＰ２が形成されるようにした。すなわち、腕部５１３の孔５１３Ｂの内周縁と突出部１４４の小径部１４４Ｂとの間には、補強板５１の平面方向（ＸＹ方向）に沿って隙間ＳＰ１が形成され、腕部５１３と大径部１４４Ａとの互いの対向面５１３Ｃ，１４４Ｃとの間には、腕時計１の厚み方向Ｚ（圧電素子５２，５３と補強板５１との積層方向と略同じ）に沿って隙間ＳＰ２が形成される。また、押さえ板５４の段落ち部５４１と、この段落ち部５４１に対向する腕部５１３の対向面５１３Ｄとの間にも、腕時計１の厚み方向Ｚに沿って隙間ＳＰ２が形成される。
これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２は、外部衝撃が加わらない状態においてそれぞれ形成されており、これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２により、自由端部ＦＲが可動とされ、振動部５１１の振動が確保されるとともに、衝撃時には、これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２の範囲内に振動部５１１の移動が留まり、隙間ＳＰ１，ＳＰ２の寸法以上に振動部５１１が移動しない。このため、振動部５１１がロータ３２などの他の部品へ衝突することを防止できる。
【００６６】
これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２の寸法は、縦振動および屈曲振動それぞれの振動の方向、および振幅などによって規定されるほか、腕時計１が衝撃を受けた際の自由端部ＦＲにおける最大撓み量と、自由端部ＦＲが最大に撓んだとき、梁と見立てた振動体５０の等分布荷重に伴うネック部５１２Ａに生じる内部応力と、補強板５１の材料であるステンレス鋼の強度との関係から設定されている。つまり、衝撃時に振動体５０の変位、変形が生じても、振動部５１１が隙間ＳＰ１，ＳＰ２の範囲を超えて移動せず、ネック部５１２Ａが折れるなどの支障もないようになっている。
なお、隙間ＳＰ１，ＳＰ２の寸法を、振動を阻害しない程度に小さくすることで耐衝撃性を向上させることができるので、補強板５１や圧電素子５２，５３の形状のばらつきや組立誤差によって振動体５０と突出部１４４との間に生じる公差を、隙間ＳＰ１，ＳＰ２の寸法として決めることも可能である。
【００６７】
ここで、衝撃時における腕時計１への荷重条件は、腕時計１を落下させたりぶつけたりした際の腕時計１の姿勢や位置によって変わるが、６時−１２時方向が鉛直方向に沿った姿勢で床等に着地し、６時−１２時位置に設けられたリストバンド２１により衝撃が吸収される場合と比べて、９時−３時方向が鉛直方向に沿った姿勢で落下、着地した際は、振動体５０への衝撃力が大きい。このため、本実施形態では、数メートルの高さから腕時計１を落下させ、腕時計１が９時−３時方向に沿う方向を鉛直方向としてケース２０の側面から着地した際に振動体５０に作用する外力で、自由端部ＦＲの最大撓み量を算出してある。
【００６８】
なお、このように腕時計１のケース２０側面から着地する場合に限らず、腕時計１のケース２０表側（カバーガラス側）あるいは裏側（裏蓋側）から着地した際の最大撓み量を用いてもよい。
振動体５０の最大撓み量を得るために、振動体５０への荷重は、梁における荷重の等分布性により撓みが分散される線荷重ではなく、点荷重とし、荷重が印加される位置は、振動部５１１の腕部５１３近傍に設定した。
【００６９】
本実施形態における圧電アクチュエータ３１は、単層の交流電圧の印加によって駆動される。圧電アクチュエータ３１を駆動する際には、図示しない電圧印加装置により、圧電素子５２，５３に駆動電圧を例えば周波数２５０ｋＨｚで印加する。これにより、圧電素子５２，５３は、補強板５１を共通電極として同時に伸縮し、その長手方向に沿って伸縮する縦一次振動を励振する。この際、突起５１１Ａ，５１１Ｂのアンバランスによる振動部５１１の短手方向へのモーメントにより、振動部５１１は、平面中心（節位置Ａ）に点対称に、振動部５１１の短手方向に沿って屈曲する屈曲二次振動を誘起し、振動部５１１は縦振動と屈曲振動との混合モードで振動する。これにより、振動体５０の突起５１１Ａは略楕円状の軌道Ｒ（図３）を描いて運動する。この突起５１１Ａの軌道Ｒに沿った運動によって、ロータ３２は図２中反時計回り方向に回転駆動される。
なお、ロータ３２に当接されない突起５１１Ｂが突起５１１Ａの対称位置でバランサとして機能することで、突起５１１Ａの移動軌跡が所望の軌道Ｒとなる。
【００７０】
このような圧電アクチュエータ３１の駆動時、振動体５０の自由端部ＦＲは、隙間ＳＰ１および隙間ＳＰ２の範囲内で可動であり、これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２は、縦振動および屈曲振動の振幅などを基に設定されているため、腕部５１３の孔５１３Ｂに突出部１４４が挿通されていても、突出部１４４によって振動部５１１の振動は阻害されず、駆動効率の低下は生じない。すなわち、隙間ＳＰ１の存在により、振動部５１１の板面に沿った方向において変位する縦振動が阻害されない。また、屈曲振動にはモーメントが伴うが、隙間ＳＰ２の存在により、屈曲振動が阻害されない。
【００７１】
一方、腕時計１を落下させるなどの衝撃時には、衝撃の外力によって振動体５０が腕時計１の平面方向（ＸＹ方向）および厚み方向Ｚを含んだ任意の方向に移動、変形しようとするが、振動部５１１が衝撃力の大きさにより、隙間ＳＰ１，ＳＰ２内部で移動するか隙間ＳＰ１，ＳＰ２で移動した後、腕部５１３の孔５１３Ｂに突出部１４４が係止される。すなわち、腕時計１の平面方向（ＸＹ方向）に作用する外力に対しては、隙間ＳＰ１の存在によって振動部５１１の移動が捕捉され、腕時計１の厚み方向Ｚに作用する外力については、隙間ＳＰ２の存在によって振動部５１１の移動が捕捉される。
【００７２】
ここで、腕部５１３のネック部５１３Ａと固定部５１２のネック部５１２Ａとが振動部５１１の平面中心（節位置Ａ）に点対称に設けられているため、落下時などの外部衝撃の際に、固定部５１２とは正反対となる側から、腕部５１３における度当たり構造によって振動部５１１を確実に捕捉可能となる。これにより、固定部５１２で片持ち支持された振動部５１１が衝撃で振られ、振動部５１１の振動挙動に固定部５１２から放射方向にねじれる変位が加わることが防止される。すなわち、このような外乱時にも振動部５１１の振動が正常に維持される。
【００７３】
そのため、振動部５１１が隙間ＳＰ１，ＳＰ２を超えてロータ３２などの他の部品に対して突き当たり、破損したり、振動部５１１がロータ３２から離れてロータ３２の送り量が変動したり、ロータ３２との押圧係合が完全に外れたままとなることを防止できる。
また、前述のように、隙間ＳＰ１，ＳＰ２は、固定部５１２におけるネック部５１２Ａでのステンレス鋼の材料強度を勘案して決められているため、衝撃によってネック部５１２Ａ近傍が折れたり、ネック部５１２Ａに設けられた銅箔５６１Ａ，５６２Ａが切れるようなことも防止できる。
【００７４】
すなわち、本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
（１）腕時計１のカレンダ機構３０を駆動する圧電アクチュエータ３１において、振動体５０が腕部５１３を有し、振動体５０を地板１４に組み込んだ際に、腕部５１３と突出部１４４との間に隙間ＳＰ１，ＳＰ２が形成されるため、駆動時、これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２で自由端部ＦＲはフリーの状態でありながら、外部衝撃が加わった際には、腕部５１３にて突出部１４４に係止される。これにより、振動部５１１が、固定部５１２および腕部５１３がそれぞれ設けられた両側で受け止められるため、振動部５１１が隙間の寸法を超えて移動することを防止できる。なお、隙間ＳＰ１はＸＹ方向、そして隙間ＳＰ２はＺ方向に形成され、このような三次元的な隙間の存在により、任意の方向に作用し得る外力が加わった際に腕部５１３が度当たりとなるため、その外力が緩衝される。
したがって、振動部５１１の振動が妨げられることなくロータ３２を駆動することが可能であるとともに、衝撃により振動部５１１によるロータ３２の送り量が変動したり、振動部５１１がロータ３２やロータ支持体３２０などの部品に衝突して破損することなどを防止できる。
【００７５】
（２）ここで、腕部５１３が隙間ＳＰ１，ＳＰ２を挟んで突出部１４４に対向し、衝撃時に移動、変形した際に突出部１４４によって振動体５０が確実に捕捉されること、および、振動体５０が捕捉されるのは、衝撃時に撓み量が大となる自由端部ＦＲ側であることから、耐衝撃の効果が大きい。
したがって、駆動効率の低下を招くことなく、落下衝撃などに対応する耐衝撃性を大幅に向上させることができ、通常は両立させることが困難な駆動効率と耐衝撃とに関する問題を共に解消できる。
【００７６】
なお、これらの効果を得るためには、前述のように自由端部ＦＲの最大撓み量やネック部５１２Ａにおける内部応力、補強板５１の材料強度などに基いて、自由端部ＦＲと突出部１４４との間に所定寸法の隙間ＳＰ１，ＳＰ２を設定するだけでよいため、設計が困難となることもない。
【００７７】
（３）さらに、振動体５０の腕部５１３に形成された孔５１３Ｂに突出部１４４が挿通され、突出部１４４と腕部５１３の孔５１３Ｂとの間のガタにより隙間ＳＰ１が形成される構造であって、衝撃時、突出部１４４に腕部５１３の孔５１３Ｂの内周縁部が係止され、これを通じて、孔５１３Ｂの内側から外側への振動部５１１の移動が確実に規制されるため、耐衝撃性を向上させることができる。
【００７８】
（４）腕部５１３の孔５１３Ｂに挿通される突出部１４４が大径部１４４Ａおよび小径部１４４Ｂで構成されているため、孔５１３Ｂの内周縁と突出部１４４（小径部１４４Ｂ）外周との間の隙間ＳＰ１のみならず、大径部１４４Ａと腕部５１３との互いの対向面１４４Ｃ，５１３Ｃとの間にも隙間ＳＰ２が形成され、これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２を介した構造をそれぞれ、衝撃時における振動体５０の度当たりとして機能させることが可能となる。また、押さえ板５４が設けられ、段落ち部５４１と腕部５１３との対向面５１３Ｄとの間に形成された隙間ＳＰ２もまた、振動体５０の度当たり構造を実現する。
このように腕時計１の平面方向（ＸＹ方向）および厚み方向Ｚに隙間ＳＰ１，ＳＰ２がそれぞれ形成され、これらの隙間ＳＰ１，ＳＰ２を介した構造によって、腕時計１の平面方向や厚み方向、さらには、これら平面方向および厚み方向と交差する斜め方向に作用する外力による振動体５０の移動を捕捉できるから、耐衝撃性をより一層向上させることができる。
【００７９】
（５）また、固定部５１２および腕部５１３が括れ形状のネック部５１２Ａ，５１３Ａを介して振動部５１１に設けられ、これらのネック部５１２Ａ，５１３Ａは振動部５１１における屈曲振動の節位置Ａ近傍に設けられているため、このような固定部５１２および腕部５１３を設けることによる振動部５１１の振動特性への影響を極力小さくできる。
また、振動部５１１から腕部５１３および固定部５１２を通じて散逸する振動エネルギーを小さくできるので、圧電アクチュエータ３１の駆動効率を向上させることができる。
【００８０】
（６）以上のように、衝撃時に振動体５０が突出部１４４によって捕捉され、振動体５０の突起がロータ３２から外れないため、ロータ３２の被当接面３２２には、突起５１１Ａを保持するための窪みなどを形成する必要がなく、被当接面３２２を凹凸のない略平面状に形成することが可能である。これにより、プレス打ち抜きなどにより、ロータ３２を容易に製作することが可能となる。
【００８１】
（７）そして、前述のように、耐衝撃性に優れる圧電アクチュエータ３１をカレンダ機構３０付きの腕時計１に適用したことは、衝撃時にロータ３２の回転量が変動を来たさず、日表示窓１１２、月表示部１１３などにおけるカレンダ表示がくるうなどの不具合をなくすことができるから、その効果は極めて大きい。
【００８２】
（８）このほか、隙間ＳＰ１，ＳＰ２の意義としては、圧電アクチュエータ３１の駆動時、圧電素子５２，５３に設けられた駆動電極５１１Ｄに振動ノイズが生じ難いことが挙げられ、これにより、電撃で駆動制御回路５１４が破壊されるなどの不具合を未然に防止できる。また、検出電極５１１Ｃにも振動ノイズが生じ難いため、振動部５１１の振動を妨げないように検出電極５１１Ｃが節位置Ａ近傍で駆動電極５１１Ｄに比べてかなり小さく形成されているにも関わらず、振動部５１１の振動状態を正確かつ確実に検出できる。この振動検出に基いて、駆動制御回路５１４により圧電アクチュエータ３１を安定的に駆動できる。
【００８３】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略する。
【００８４】
本実施形態は、第１実施形態において、振動体５０を挟んで配置される地板および押さえ板と振動体５０表面との間に所定寸法の隙間をそれぞれ設定したものである。
図８は、本実施形態における圧電アクチュエータ７１、ベース部材としての地板７４、および押さえ板７５の側断面図である。
【００８５】
地板７４には、振動体５０の自由端部ＦＲに向かって腕時計１の厚み方向Ｚ（補強板５１と圧電素子５２，５３の積層方向と略同じ）に沿って突出する対向部としてのピン部７４１が形成されている。
また、押さえ板７５には、腕時計１の厚み方向Ｚに沿う方向に沿って突出する対向部としての凸部７５１がプレス成型などで形成されており、凸部７５１の突出先端面は、振動体５０と向き合う対向面７５１Ａとなっている。
【００８６】
このような地板７４および押さえ板７５に対して振動体５０を組み込むと、ピン部７４１および対向面７５１Ａは、自由端部ＦＲを挟んで互いに対向し、ピン部７４１と振動部５１１裏面との間には、隙間ＳＰ３が介在し、押さえ板７５の対向面７５１Ａと振動部５１１表面との間には、隙間ＳＰ４が介在することとなる。
【００８７】
本実施形態によれば、第１実施形態で述べた作用効果に加えて、次のような効果を奏する。
【００８８】
（９）地板７４および押さえ板７５にそれぞれピン部７４１および凸部７５１が形成され、これらのピン部７４１および凸部７５１がそれぞれ隙間ＳＰ３，ＳＰ４を介して、振動体５０の自由端部ＦＲと腕時計１の厚み方向Ｚで向き合うため、衝撃時における自由端部ＦＲの地板７４側への移動、および押さえ板７５側への移動の両方が防止されて、耐衝撃性をより向上させることができる。
【００８９】
（１０）しかも、ピン部７４１および凸部７５１は、衝撃時に撓み量が大となる自由端部ＦＲに臨むように設けられているため、振動体５０の耐衝撃性をより一層向上させることができる。
【００９０】
〔本発明の変形例〕
以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形および改良を加えることができるものである。
上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００９１】
例えば、前記各実施形態では、腕部５１３の孔５１３Ｂの内周縁と突出部１４４との間に隙間ＳＰ１，ＳＰ２が介在していたが、このような構造に限らず、例えば、腕部に孔でなく凹部が形成され、腕部のこの凹部内面と被取付部との間に隙間が介在する構造であってもよい。
さらに、自由端部は腕部を有していなくてもよく、例えば、平面矩形状の自由端部の側面部が、被取付部との間に隙間を介して配置されていてもよい。
【００９２】
また、自由端部の形状は矩形状に限らず、菱形、平行四辺形、台形、トラス形などの各種形状を採用できる。
なお、自由端部は、振動体において、被取付部材に取付固定されていない、すなわち固定部以外の部分とみなすことができ、この自由端部と被取付部との間の隙間の位置は、前記実施形態のように自由端部の端部や側面でなく、自由端部の略中央であってもよい。
【００９３】
さらに、第２実施形態では、振動体５０が取付固定された地板１４とは別部材の押さえ板５４に、自由端部ＦＲと対向する凸部７５１が形成されていたが、これに限らず、自由端部と向き合う対向部は、被取付部が形成された部材と一体に形成されていてもよい。例えば、被取付部を含む断面コ字状のケース内部に、板状の振動体が側面方向から挿入され、このケース内に、振動体の自由端部と向き合う対向部が一体に形成されていてもよい。
【００９４】
また、前記各実施形態では、腕時計１の厚み方向Ｚと、圧電素子５２，５３および補強板５１の積層方向とは略同じであったが、これに限らず、圧電素子と補強部材との積層方向が、例えば、時計の平面方向であってもよい。
なお、圧電アクチュエータで駆動されるものは、回転駆動されるロータに限らず、直線的に移動するように駆動される被駆動体であってもよい。
【００９５】
そして、前記各実施形態では、圧電アクチュエータの適用例として腕時計のカレンダ機構を示したが、これに限らず、カレンダよりも単位時間あたりの送り量が大きく、ほぼ連続的に駆動される秒針などの駆動手段としても、本発明の圧電アクチュエータを適用し得る。ここで、時計の種類は腕時計に限定されず、本発明は、携行される懐中時計などにも好適である。
【００９６】
さらに、時計以外に、カメラのズームやオートフォーカス機構、フィルムの巻き上げ機構、さらには、プリンタの紙送り機構や、乗り物並びに人形などの玩具類を駆動する機構にも、本発明の圧電アクチュエータを適宜使用できる。つまり、本発明の圧電アクチュエータは、時計に限らず、カメラやプリンタ、玩具などの各種電子機器にも組み込み可能である。
【００９７】
またさらに、前記実施形態に示した振動部の長さおよび幅などの寸法や、この振動部との比較における固定部、腕部の長さおよび幅寸法などは一例に過ぎず、振動部の固有振動数や駆動周波数などに応じて、腕部の固有振動数などは適宜決めてよい。すなわち、前記実施形態では、腕部の固有振動数を振動部の固有振動数から離す値として１０ｋＨｚを例示したが、これに限定されず、例えば、振動部の縦振動の固有振動数の約４％〜約７％相当、腕部の固有振動を振動部の固有振動数から離せばよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１実施形態における時計の外観図。
【図２】前記実施形態におけるムーブメントの平面図。
【図３】図２の要部拡大図であり、圧電アクチュエータを示す図。
【図４】前記実施形態における圧電アクチュエータの側断面図。
【図５】前記実施形態における圧電アクチュエータの側断面図。
【図６】図３に示した圧電アクチュエータにおいて、各部の寸法を示す図。
【図７】前記実施形態における振動体について、（Ａ）は、駆動周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ、（Ｂ）は、駆動周波数と縦振動および屈曲振動の振幅との関係を示すグラフ。
【図８】本発明の第２実施形態における圧電アクチュエータの側断面図。
【符号の説明】
【００９９】
１・・・腕時計（時計）、１４・・・地板（ベース部材）、３１・・・圧電アクチュエータ、３２・・・ロータ（被駆動体）、５０・・・振動体、５１・・・補強板（補強部材）、５２，５３・・・圧電素子、５４・・・押さえ板（板部材）、１４２・・・ねじピン（被取付部）、１４４・・・突出部、１４４Ａ・・・大径部（段差部）、１４４Ｂ・・・小径部（段差部）、１４４Ｃ・・・対向面、３２２・・・被当接面、５１１・・・振動部、５１１Ａ・・・突起、５１２・・・固定部、５１２Ａ・・・ネック部（固定部側ネック部）、５１３・・・腕部、５１３Ａ・・・ネック部（腕部側ネック部）、５１３Ｂ・・・孔、５１３Ｃ・・・対向面、５４１・・・段落ち部（対向部）、７４・・・地板（ベース部材）、７４１・・・ピン部（対向部）、７５・・・押さえ板（板部材）、７５１・・・凸部（対向部）、ＦＲ・・・自由端部、ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４・・・隙間、Ａ・・・節位置、Ｌ１・・・長さ（振動部の長さ寸法）、Ｌ３・・・長さ（腕部の長さ寸法）、Ｗ１・・・幅（振動部の幅寸法）、Ｗ３・・・幅（腕部の幅寸法）。
【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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