JP2009207339A - Piezoelectric driving device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電素子の振動によって被回転体を駆動させる際に、被回転体を低電力で駆動できる圧電駆動装置を提供すること。
【解決手段】振動子20およびこれと接触した状態で回転するロータリング30を有する圧電アクチュエータ4と、ロータリング30の回転エネルギを弾性エネルギとして蓄積可能な渦巻ばね50と、この渦巻ばね50に蓄積された弾性エネルギで回転される第2ロータ伝え歯車60とを備える。振動子20が、押圧手段の押圧力に反してロータリング30から離れた際に、渦巻ばね50に蓄積された弾性エネルギが解放されることを規制する逆回転防止機構90を備える。圧電アクチュエータ4の起動の際、圧電アクチュエータ4の駆動力が渦巻ばね50の弾性エネルギとして蓄積されてから、第2ロータ伝え歯車60が回転を開始するので、起動時の負荷が軽減され、低電力で圧電アクチュエータ4を駆動できる。
【選択図】図6The present invention provides a piezoelectric drive device that can drive a rotated body with low power when the driven body is driven by vibration of a piezoelectric element.
A piezoelectric actuator having a vibrator and a rotor ring that rotates in contact with the vibrator, a spiral spring capable of storing rotational energy of the rotor ring as elastic energy, and storage in the spiral spring. And a second rotor transmission gear 60 that is rotated by the generated elastic energy. When the vibrator 20 moves away from the rotor ring 30 against the pressing force of the pressing means, a reverse rotation prevention mechanism 90 is provided that restricts the release of the elastic energy accumulated in the spiral spring 50. When the piezoelectric actuator 4 is started, the driving force of the piezoelectric actuator 4 is accumulated as the elastic energy of the spiral spring 50 and then the second rotor transmission gear 60 starts to rotate. Therefore, the load at the time of starting is reduced, and low power Thus, the piezoelectric actuator 4 can be driven.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、圧電アクチュエータを備える圧電駆動装置および電子機器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric driving device and an electronic apparatus including a piezoelectric actuator.
従来、磁界の影響を受けにくい圧電素子を用いた超音波駆動装置が知られ、時計の時刻針等を駆動する駆動装置として利用されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の超音波駆動装置は、圧電素子が接合された振動体と、この振動体の振動に伴って周方向に回転するロータ体と、これら振動体とロータ体とを圧接させる押圧力を付与する押えばねとを備えて構成され、ロータ体の回転によって時刻針が回転されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic driving device using a piezoelectric element that is not easily affected by a magnetic field is known and used as a driving device that drives a timepiece of a timepiece (see, for example, Patent Document 1).
The ultrasonic drive device described in Patent Document 1 includes a vibrating body to which a piezoelectric element is bonded, a rotor body that rotates in the circumferential direction in accordance with the vibration of the vibrating body, and a pressing member that press-contacts the vibrating body and the rotor body. And a presser spring that applies pressure, and the time hand is rotated by the rotation of the rotor body.
しかしながら、前記特許文献1に記載の超音波駆動装置において、超音波駆動装置を停止状態から起動させる際、振動体に高周波電圧(駆動信号)が印加されるとロータ体が回転を始めるが、ロータ体が所定の回転数に達するまでには、ある程度の時間(加速期間)が必要となる。この加速期間は、時刻針等の慣性モーメントが大きいほど長くなる。例えば、ロータ体と時刻針との間に、ロータ体の回転数を減速するための減速輪列が配置されている場合、ロータ体の慣性モーメントに対して、輪列や時刻針の慣性モーメントが比較的大きくなり、例えばロータ体と減速輪列と時刻針とを合わせた慣性モーメントが、ロータ体のみの慣性モーメントの数十倍から百倍以上になる場合がある。
また、ロータと指針との間に増速輪列を設け、ロータの回転角が小さくても指針を所定角度動かすことができるように構成する場合がある。例えば秒針1秒分の角度6度をロータ2度の回転で動かそうとした場合である。増速輪列の場合は、減速輪列の場合に比べてもより大きな慣性モーメントになり、加速時間もより長くなる。
このように、慣性モーメントは、例えば、輪列や指針の構成および形態によって決まるものである。そして、慣性モーメントが大きい場合には、ロータ体の加速期間が長くなり、振動体(振動子)に駆動信号が印加される時間が長くなるので、超音波駆動装置の消費電力が増大するという問題がある。
However, in the ultrasonic driving device described in Patent Document 1, when the ultrasonic driving device is started from a stopped state, the rotor body starts rotating when a high-frequency voltage (drive signal) is applied to the vibrating body. A certain amount of time (acceleration period) is required until the body reaches a predetermined rotational speed. This acceleration period becomes longer as the moment of inertia such as the time hand is larger. For example, when a reduction gear train for reducing the rotational speed of the rotor body is arranged between the rotor body and the time hand, the inertia moment of the train wheel and the time hand is smaller than the inertia moment of the rotor body. For example, the moment of inertia of the rotor body, the reduction gear train, and the time hand may be several tens to one hundred times or more of the moment of inertia of the rotor body alone.
In some cases, a speed increasing wheel train is provided between the rotor and the pointer, and the pointer can be moved by a predetermined angle even if the rotation angle of the rotor is small. For example, this is a case where an angle of 6 degrees for one second of the second hand is to be moved by rotating the rotor by 2 degrees. In the case of the speed increasing wheel train, the moment of inertia is larger and the acceleration time is longer than that in the case of the speed reducing wheel train.
Thus, the moment of inertia is determined by, for example, the configuration and form of the train wheel and the pointer. When the moment of inertia is large, the acceleration period of the rotor body becomes long, and the time for which the drive signal is applied to the vibrating body (vibrator) becomes long, so that the power consumption of the ultrasonic driving device increases. There is.
本発明の目的は、振動子の振動によって被回転体を駆動させる際に、被回転体を低電力で駆動させることができる圧電駆動装置および電子機器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric drive device and an electronic apparatus that can drive a rotated body with low power when the driven body is driven by vibration of a vibrator.
本発明の圧電駆動装置は、圧電素子を有する振動子、および、前記振動子と接触した状態で当該振動子によって回転されるロータを有する圧電アクチュエータと、前記振動子およびロータを互いに押圧させる押圧手段と、前記ロータの回転による回転エネルギを弾性エネルギとして蓄積可能な弾性装置と、この弾性装置に蓄積された弾性エネルギで回転される被回転体と、を備える圧電駆動装置であって、前記振動子によって前記ロータの回転方向とは逆方向に当該ロータを回転させる前記弾性エネルギの解放を規制する解放規制手段を備えることを特徴とする。
ここで、振動子は、少なくとも駆動信号が圧電素子に与えられることで振動し、その振動によってロータを回転させるように構成されていればよい。例えば、振動子は、圧電素子自体を振動させてロータを回転させるように構成してもよいし、板状の圧電素子と補強板とを積層させたものを振動させてロータを回転させるように構成してもよい。また、被回転体としては、ロータの回転が弾性装置を介して伝達され、さらに回転対象物に回転を伝達するものであればよく、例えば、ロータから指針等の回転対象物までの回転の伝達経路中に配置されるロータ伝え歯車、ガンギ歯車、従動車等でもよく、ロータと共通の回転軸を有して配置されるロータ伝え歯車、ロータ歯車等でもよい。
なお、前記回転エネルギは回転力などを含むものであり、弾性エネルギは弾性力などを含むものである。
The piezoelectric drive device of the present invention includes a vibrator having a piezoelectric element, a piezoelectric actuator having a rotor rotated by the vibrator in contact with the vibrator, and a pressing unit that presses the vibrator and the rotor together. A piezoelectric drive device comprising: an elastic device capable of storing rotational energy generated by rotation of the rotor as elastic energy; and a rotated body rotated by the elastic energy stored in the elastic device, wherein the vibrator And a release restricting means for restricting the release of the elastic energy for rotating the rotor in a direction opposite to the rotation direction of the rotor.
Here, the vibrator may be configured to vibrate when at least a drive signal is given to the piezoelectric element and to rotate the rotor by the vibration. For example, the vibrator may be configured to rotate the rotor by vibrating the piezoelectric element itself, or to rotate the rotor by vibrating a laminate of a plate-like piezoelectric element and a reinforcing plate. It may be configured. Further, the rotated body may be any member that transmits the rotation of the rotor via the elastic device and further transmits the rotation to the rotating object. For example, the rotation is transmitted from the rotor to the rotating object such as a pointer. It may be a rotor transmission gear, an escape gear, a driven vehicle, or the like disposed in the path, or a rotor transmission gear, a rotor gear, or the like that is disposed with a rotating shaft common to the rotor.
The rotational energy includes rotational force and the like, and the elastic energy includes elastic force and the like.
ここで、本発明で使用する圧電アクチュエータの特性について、図1〜5のグラフに基づいて説明する。
図1のグラフでは、圧電アクチュエータおよび一般的な電磁モータが発生するトルク(負荷)と回転数、および、トルクと電力の関係をそれぞれ示す。図1のグラフ中の実線にて示すように、圧電アクチュエータが発生するトルクTと回転数Nとの間には、一般的な電磁モータと同様に、トルクTが小さいほど回転数Nが高くなり、トルクTが大きいほど回転数Nが小さくなるという関係がある。また、電磁モータでは、図1中の点線にて示すように、駆動に必要な電力WがトルクTとともに高くなることが一般的であるのに対し、圧電アクチュエータでは、図1中の一点鎖線にて示すように、駆動に必要な電力WはトルクTの影響をあまり受けずに略一定である。以上のような特性は、模式的に説明した場合を示すものであり、実際には変動を伴うものである。
また、図2のグラフでは、ある軸を中心として回転する一般的な剛体において、力のモーメントNが作用した場合の時間tと角速度Vとの関係を示す。ここで、剛体に働く力のモーメントNと、これによって生じる角加速度βと、剛体の慣性モーメントIとの関係は、一般的にN=I・βの関係が成り立つ。つまり、力のモーメントNが同じ場合、慣性モーメントIが大きいほど角加速度βが小さくなる。言い換えると、慣性モーメントIが大きい程、所定の角速度V0に達するまでの時間が長くなる。例えば、慣性モーメントIの異なる剛体A0,B0があって、それぞれの慣性モーメントIA,IBが、IA:IB=1:2の関係である場合には、剛体A0,B0の角加速度βA,βBが、βA:βB=2:1の関係となる。図2のグラフ中の実線にて示すように、慣性モーメントIの小さい剛体A0の傾きが急となり(角速度Vの変化率が大きくなり)、所定の角速度V0に達するまでの時間tを比較すると、剛体A0での所要時間tAに対して剛体B0での所要時間tBは、2倍となる。このことは、所定距離(所定回転角)を移動するのに要する時間が、剛体B0では剛体A0の2倍必要であることを示している。
Here, the characteristic of the piezoelectric actuator used by this invention is demonstrated based on the graph of FIGS.
The graph of FIG. 1 shows the torque (load) and rotational speed generated by the piezoelectric actuator and a general electromagnetic motor, and the relationship between torque and electric power, respectively. As indicated by the solid line in the graph of FIG. 1, between the torque T generated by the piezoelectric actuator and the rotational speed N, the rotational speed N increases as the torque T decreases, as in a general electromagnetic motor. There is a relationship that the rotational speed N decreases as the torque T increases. Further, in an electromagnetic motor, as indicated by a dotted line in FIG. 1, the electric power W required for driving generally increases with a torque T, whereas in a piezoelectric actuator, a dashed line in FIG. As shown, the electric power W required for driving is not substantially affected by the torque T and is substantially constant. The characteristics as described above show the case where they are schematically explained, and are actually accompanied by fluctuations.
The graph of FIG. 2 shows the relationship between time t and angular velocity V when a force moment N is applied to a general rigid body that rotates about a certain axis. Here, the relationship between the moment N of the force acting on the rigid body, the angular acceleration β generated thereby, and the inertia moment I of the rigid body is generally N = I · β. That is, when the force moment N is the same, the greater the moment of inertia I, the smaller the angular acceleration β. In other words, the larger the moment of inertia I, the longer the time until the predetermined angular velocity V0 is reached. For example, when there are rigid bodies A 0 and B 0 having different inertia moments I and the respective inertia moments IA and IB have a relationship of IA: IB = 1: 2, the angular accelerations of the rigid bodies A 0 and B 0 are as follows. βA and βB have a relationship of βA: βB = 2: 1. As shown by the solid line in the graph of FIG. 2, when the inclination t of the rigid body A 0 having a small moment of inertia I becomes steep (the rate of change of the angular velocity V increases) and the time t until the predetermined angular velocity V0 is reached is compared. The required time tB for the rigid body B 0 is twice the required time tA for the rigid body A 0 . This indicates that the time required to move the predetermined distance (predetermined rotation angle) is twice as long for the rigid body B 0 as for the rigid body A 0 .
本発明では、このような慣性モーメントIの影響を受ける剛体の特性を基本とした効果を狙ったものであり、以下にその効果を説明する。
本発明における圧電アクチュエータの基本性能は、図3に示すように、発生させるトルク(負荷トルク)T1を想定し、そのときの回転数N1と、消費電力W1とから導き出される。また、図4には、圧電アクチュエータが停止状態から起動する際の時間tと回転数Nとの関係を示す。圧電アクチュエータの圧電素子に駆動信号が供給される状態(信号ON)になってから回転数Nが増加し始め、所定の回転数N1に達した後、駆動信号の供給が停止する(信号OFF)。回転数N1に達するまでに必要な時間(加速期間)t1は、慣性モーメントIによって変化する。例えば、時計においてロータと指針との間に、ロータの回転数Nを減速するための減速輪列が配置されている場合、ロータの慣性モーメントに対して、減速輪列や指針の慣性モーメントが比較的大きくなり、ロータと減速輪列と指針とを合わせた慣性モーメントが、ロータのみの慣性モーメントの数十倍から百倍以上になる場合がある。ロータと減速輪列と指針とを合わせた慣性モーメントは、例えば、減速輪列や指針の構成および形態によって決まり、慣性モーメントが大きい程、ロータの加速期間t1が長くなり、それによって、振動子に駆動信号が供給される時間が長くなるので、圧電駆動装置の消費電力が増大する。
The present invention aims at an effect based on the characteristics of a rigid body affected by the moment of inertia I, and the effect will be described below.
As shown in FIG. 3, the basic performance of the piezoelectric actuator in the present invention is derived from the number of rotations N1 at that time and the power consumption W1, assuming a torque (load torque) T1 to be generated. FIG. 4 shows the relationship between the time t and the rotational speed N when the piezoelectric actuator is started from a stopped state. The rotation speed N starts to increase after the drive signal is supplied to the piezoelectric element of the piezoelectric actuator (signal ON), and after reaching the predetermined rotation speed N1, supply of the drive signal stops (signal OFF). . The time (acceleration period) t1 required to reach the rotational speed N1 varies depending on the moment of inertia I. For example, when a reduction gear train for reducing the rotational speed N of the rotor is arranged between the rotor and the pointer in a watch, the inertia moment of the reduction gear train and the pointer is compared with the inertia moment of the rotor. In some cases, the inertia moment of the rotor, the reduction gear train, and the pointer is several tens to one hundred times greater than the inertia moment of the rotor alone. The moment of inertia combining the rotor, the reduction gear train, and the pointer is determined by, for example, the configuration and form of the reduction gear train and the pointer. The greater the moment of inertia, the longer the acceleration period t1 of the rotor. Since the drive signal is supplied for a long time, the power consumption of the piezoelectric drive device increases.
これに対して、本発明によれば、圧電アクチュエータを停止状態から起動させる際、ロータから被回転体側に弾性装置が設けられているので、比較的慣性モーメントの大きい被回転体や指針等の回転対象物は、圧電アクチュエータにより直接回転されず、圧電アクチュエータで直接回転させる部分の慣性モーメントが被回転体や回転対象物の分だけ小さくなる。すなわち、ロータの回転と同時に弾性装置が弾性変形を開始し、ロータの回転エネルギが弾性装置の弾性エネルギとして蓄積される。そして、蓄積された弾性エネルギが所定の大きさに達し、所定のタイミングに至った時点で、被回転体および回転対象物が回転を開始する。従って、ロータが所定の回転数に達し、所定のタイミングに至るまで、被回転体および回転対象物の慣性モーメントの影響がロータに加わらないようにすることができる。このように、圧電アクチュエータに作用する慣性モーメントIを小さくすることができるので、図4に示すように、ロータの加速期間t1を短縮でき、起動の際に、ロータの回転数Nを短時間で所定の回転数N1に到達させることができる。従って、回転対象物を所定角度だけ回転させる場合に、圧電アクチュエータの駆動時間を短くすることができるので、駆動信号を供給する時間も短くなって、始動性が向上されるとともに、低電力で駆動することができる。
また、回転対象物を所定角度だけ回転させる場合に、ロータを所定角度だけ回転させれば、蓄積された弾性エネルギによって、ロータの回転時間よりも長い時間をかけて被回転体および回転対象物を回転させることができるので、ロータを所定角度だけ回転させた時点で圧電アクチュエータを停止させても、被回転体を所定角度まで回転させることができる。
On the other hand, according to the present invention, when the piezoelectric actuator is started from the stopped state, the elastic device is provided on the side of the rotated body from the rotor. The object is not directly rotated by the piezoelectric actuator, and the moment of inertia of the portion directly rotated by the piezoelectric actuator is reduced by the amount of the rotated body or the rotating object. That is, the elastic device starts elastic deformation simultaneously with the rotation of the rotor, and the rotational energy of the rotor is accumulated as the elastic energy of the elastic device. When the accumulated elastic energy reaches a predetermined magnitude and reaches a predetermined timing, the rotated body and the rotating object start to rotate. Therefore, it is possible to prevent the rotor from being affected by the moment of inertia of the rotating object and the rotating object until the rotor reaches a predetermined rotational speed and reaches a predetermined timing. In this way, the moment of inertia I acting on the piezoelectric actuator can be reduced, so that the acceleration period t1 of the rotor can be shortened as shown in FIG. The predetermined rotational speed N1 can be reached. Therefore, when the rotating object is rotated by a predetermined angle, the driving time of the piezoelectric actuator can be shortened, so that the time for supplying the driving signal is shortened, the startability is improved, and the driving is performed with low power. can do.
In addition, when rotating the rotating object by a predetermined angle, if the rotor is rotated by a predetermined angle, the rotated object and the rotating object are moved over a longer time than the rotation time of the rotor by the accumulated elastic energy. Since it can be rotated, even if the piezoelectric actuator is stopped when the rotor is rotated by a predetermined angle, the rotated body can be rotated to a predetermined angle.
なお、本発明においては、前述の通り、弾性装置を設けることで、ロータに対して弾性装置以降の被回転体や回転対象物の慣性モーメントの影響を排除し、始動性を向上できる。一方で、弾性装置の弾性エネルギは、静止したロータにも加わるため、弾性装置から加わる力がロータの始動性に対する新たな負荷として影響する。しかし、以下に説明するように、弾性装置の弾性エネルギによって加わる力はロータの回転始動性に対する影響は小さい。
すなわち、圧電アクチュエータにかかる負荷として、動的負荷と静的負荷がある。そこで、どちらの負荷が、上記「圧電アクチュエータの駆動時間と駆動信号供給時間を短くでき、始動性が向上し、さらに低消費電力で駆動することができる」という作用効果をもたらすのかという観点から検討する。
動的負荷は、外乱等の加速度が働く環境下において駆動対象の慣性モーメントに基づいて生じるものであり、静的負荷は、駆動対象の摩擦、空気抵抗、本発明のような弾性装置の反力等により生じるものである。
圧電アクチュエータにおいては、上記動的負荷の影響は、静的負荷の影響より大きい。とくに、圧電アクチュエータが短時間で勢いよく駆動対象を駆動する場合(例えば指針を1ステップ分、瞬時に駆動する場合)には、上記慣性モーメントの影響が大きく、上記弾性装置等による静的負荷の影響度は小さい。このことは、本発明者が行った実験でも確認済みである。
従って、本発明では、弾性装置によってそれより後段の慣性モーメントの影響が圧電アクチュエータに及ばないようにすることにより、本発明の弾性装置を用いない場合に比べて上記の作用効果を現出させることができる。
In the present invention, as described above, by providing the elastic device, the influence of the moment of inertia of the rotated body and the rotating object after the elastic device can be eliminated from the rotor, and the startability can be improved. On the other hand, since the elastic energy of the elastic device is also applied to the stationary rotor, the force applied from the elastic device affects as a new load on the startability of the rotor. However, as will be described below, the force applied by the elastic energy of the elastic device has little influence on the rotational startability of the rotor.
That is, there are a dynamic load and a static load as loads applied to the piezoelectric actuator. Therefore, it is examined from the viewpoint of which load brings about the operational effect of “the drive time and drive signal supply time of the piezoelectric actuator can be shortened, the startability is improved, and the drive can be driven with low power consumption”. To do.
A dynamic load is generated based on the moment of inertia of an object to be driven in an environment where acceleration such as a disturbance is applied. Etc.
In the piezoelectric actuator, the influence of the dynamic load is larger than the influence of the static load. In particular, when the piezoelectric actuator drives the driving target vigorously in a short time (for example, when the pointer is driven instantaneously for one step), the influence of the inertia moment is large, and the static load caused by the elastic device or the like is large. The degree of influence is small. This has been confirmed in experiments conducted by the inventor.
Therefore, in the present invention, the effect of the above-described effect can be obtained compared with the case where the elastic device of the present invention is not used by preventing the influence of the moment of inertia after that by the elastic device from affecting the piezoelectric actuator. Can do.
また、弾性装置の負荷による圧電アクチュエータの特性への影響について図5に基づいて説明する。図5では、圧電アクチュエータに加わるトルクTが増大した場合の、圧電アクチュエータにおける回転数Nの低下量を示す。圧電アクチュエータが弾性装置の負荷を受けた状態での負荷トルクT2は、負荷トルクT1を最低限上回る必要がある。上記負荷トルクT2は、弾性装置に蓄積された弾性エネルギで回転される被駆動体(例えば輪列や指針)を駆動できる必要トルクである。上記上回るトルクをα1とする。また負荷トルクT2のときの回転数をN2とし、回転数がN1からN2に変化した際の回転数Nの低下量をα2とする。このようにトルクの増加量α1によって、回転数がα2だけ減少するため、圧電アクチュエータの基本特性が低下する。しかし、このようなトルクTおよび回転数Nの関係は、圧電アクチュエータが安定して駆動している状態での関係を示すものである。これに対して、本発明では、停止している圧電アクチュエータを起動させる際、特に素早く起動動作させる場合におけるエネルギ損失を低減させることで、起動から停止までの全体の駆動における低電力化を図ったものであり、回転数の低下量α2による基本特性の低下と、起動動作におけるエネルギ損失の低減との両者を比較して判断する必要がある。
そこで、時計の指針の駆動を例にして、弾性装置を使用した場合の負荷トルクT2について説明する。負荷トルクT2は負荷トルクT1より大きく、かつ、負荷トルクの増加量α1は極力小さくなることが望ましい。しかし、本発明では、所定間隔毎に駆動(ステップ駆動)する圧電アクチュエータにおいて、1ステップ分の駆動に対する弾性装置のたわみに応じた負荷の増加量が重要となる。この負荷の増加量がほとんどゼロであれば、圧電アクチュエータに加わる弾性装置による負荷は極わずかとなる。
例えば、ロータの1ステップ分の回転角を20度とし、弾性装置の初期たわみに対応する回転角を20度とした場合には、弾性装置のたわみが増加して40度分のたわみとなるので、弾性装置による負荷は初期状態の2倍となる。つまり、初期たわみを多くすることができれば負荷の増加量は小さくなる。弾性装置として「ひげぜんまい」のようなばねで初期たわみの巻数を3巻確保できると、ロータが20度回転しても、その値は、20度÷(360度×3巻)=0.018となり、負荷の増加量は2%以下となる。従って、弾性装置による負荷の増加量は、極わずかな量に抑えることができ、圧電アクチュエータの特性に与える影響をほとんどなくすことができる。
The influence of the load of the elastic device on the characteristics of the piezoelectric actuator will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a decrease amount of the rotational speed N in the piezoelectric actuator when the torque T applied to the piezoelectric actuator is increased. The load torque T2 when the piezoelectric actuator receives the load of the elastic device needs to exceed the load torque T1 at a minimum. The load torque T2 is a necessary torque that can drive a driven body (for example, a train wheel or a pointer) that is rotated by elastic energy accumulated in the elastic device. The torque exceeding the above is α1. Further, the rotational speed at the load torque T2 is N2, and the decrease amount of the rotational speed N when the rotational speed is changed from N1 to N2 is α2. As described above, the rotation speed is decreased by α2 due to the torque increase amount α1, so that the basic characteristics of the piezoelectric actuator are deteriorated. However, such a relationship between the torque T and the rotation speed N indicates a relationship in a state where the piezoelectric actuator is stably driven. On the other hand, in the present invention, when starting the stopped piezoelectric actuator, the energy loss is reduced particularly when the piezoelectric actuator is started quickly, thereby reducing power consumption in the entire drive from start to stop. Therefore, it is necessary to make a determination by comparing both the reduction of the basic characteristic due to the reduction amount α2 of the rotational speed and the reduction of the energy loss in the starting operation.
Therefore, the load torque T2 when the elastic device is used will be described by taking the driving of the hands of the watch as an example. It is desirable that the load torque T2 is larger than the load torque T1, and the increase amount α1 of the load torque is as small as possible. However, in the present invention, in a piezoelectric actuator that is driven at predetermined intervals (step drive), an increase in load according to the deflection of the elastic device with respect to the drive for one step is important. If the increase in the load is almost zero, the load due to the elastic device applied to the piezoelectric actuator is extremely small.
For example, if the rotation angle for one step of the rotor is 20 degrees and the rotation angle corresponding to the initial deflection of the elastic device is 20 degrees, the deflection of the elastic device will increase, resulting in a deflection of 40 degrees. The load by the elastic device is twice the initial state. That is, if the initial deflection can be increased, the increase in load is reduced. When the number of windings of the initial deflection can be secured with a spring such as a “spring spring” as an elastic device, even if the rotor rotates 20 degrees, the value is 20 degrees ÷ (360 degrees × 3 windings) = 0.018. Thus, the increase in load is 2% or less. Therefore, the amount of increase in load by the elastic device can be suppressed to a very small amount, and the influence on the characteristics of the piezoelectric actuator can be almost eliminated.
また、弾性装置を使用しない場合、必要となる圧電アクチュエータの性能は、回転対象物の形状、外部からの衝撃、温度環境の影響等を考慮して設定する必要がある。
図5に示すように、圧電アクチュエータにとって、負荷トルクT2は通常駆動の場合に負荷を駆動するために設定されているものであるのに対し、最大トルクT3は、突発的に発生する負荷に対する余裕分として設定される。例えば、アンバランスな形状の回転対象物(時計の指針のような片持ちで支持される部材等)が駆動経路に含まれている場合に、その回転対象物の姿勢の向きによって、圧電アクチュエータに与える慣性モーメントの影響が一時的に大きくなることがある。また、圧電駆動装置を腕等に装着させて使用する場合、腕の動きや軽衝撃による加速度Gが回転対象物に作用することがあり、特に、回転対象物がアンバランスな形状の場合には、静的な状態での負荷の何倍かの加速度Gが発生し、例えば拍手をした場合には、数十倍から百倍の加速度Gが発生することがある。従来のように圧電アクチュエータが直接被回転体を回転させる場合には、前述のような一時的に大きくなる慣性モーメントや突発的な負荷下で回転対象物を回転させるために、これらの負荷に打ち勝つだけのトルクを発生できるように、圧電アクチュエータの最大トルクT3を設定する必要がある。
これに対して、本発明のように弾性装置を使用する場合には、弾性装置が弾性変形することにより、一時的に大きくなる慣性モーメントや突発的な加速度Gによる圧電アクチュエータへの影響を小さくすることができる。すなわち、突発的な加速度Gが被回転体の回転を遮る方向に加わることで、被回転体の回転が一時的に停止したとしても、その間にロータは回転を続けることが可能で、ロータの回転エネルギが弾性装置の弾性エネルギとして蓄積される。そして、突発的な加速度Gが無くなってから、蓄積された弾性エネルギにより、被回転体を回転させることができる。また、拍手等のように突発的な加速度Gが間欠的に発生する場合には、突発的な加速度Gが発生しない合間に、蓄積された弾性エネルギによって被回転体を回転させることもできる。
このように、弾性装置を備えることにより、圧電アクチュエータを静的な負荷トルクT1に対応した特性に設定(T2に設定)することができ、従来のように、突発的な加速度Gに対応できる特性に設定しなくてもよく、圧電アクチュエータへの供給電力を小さくでき、消費電力W1を低減させることができる。
また、軸受部に用いる潤滑油の粘性の影響を考えると、低温になる程、潤滑油の粘性が増加し、粘性は、被回転体の速度に比例して増加するので、その分、圧電アクチュエータの性能を上げる必要がある。これに対して、弾性装置を使用する場合には、弾性エネルギによって被回転体を徐徐に回転させれば、被回転体の潤滑油の粘性の影響を小さくできる。
Further, when the elastic device is not used, the necessary performance of the piezoelectric actuator needs to be set in consideration of the shape of the rotating object, the impact from the outside, the influence of the temperature environment, and the like.
As shown in FIG. 5, for the piezoelectric actuator, the load torque T2 is set to drive the load in the case of normal driving, whereas the maximum torque T3 is a margin for the load that occurs suddenly. Set as minutes. For example, when an unbalanced rotating object (such as a member that is supported by a cantilever such as a watch pointer) is included in the drive path, the piezoelectric actuator depends on the orientation of the rotating object. The influence of the moment of inertia to give may become temporarily large. Further, when the piezoelectric drive device is used while being attached to an arm or the like, the acceleration G due to the movement of the arm or a light impact may act on the rotating object, particularly when the rotating object has an unbalanced shape. An acceleration G several times the load in a static state is generated. For example, when applause is performed, the acceleration G may be several tens to one hundred times. When the piezoelectric actuator directly rotates the rotating body as in the conventional case, the load is overcome in order to rotate the rotating object under the moment of inertia or a sudden load as described above. It is necessary to set the maximum torque T3 of the piezoelectric actuator so that only the torque can be generated.
On the other hand, when the elastic device is used as in the present invention, the elastic device is elastically deformed to reduce the influence on the piezoelectric actuator due to the moment of inertia temporarily increased or the sudden acceleration G. be able to. That is, the sudden acceleration G is applied in a direction that blocks the rotation of the rotating body, so that even if the rotation of the rotating body temporarily stops, the rotor can continue to rotate during that time. Energy is stored as the elastic energy of the elastic device. Then, after the sudden acceleration G disappears, the rotated body can be rotated by the accumulated elastic energy. In addition, when sudden acceleration G occurs intermittently, such as applause, the rotated body can be rotated by the accumulated elastic energy while no sudden acceleration G occurs.
As described above, by providing the elastic device, the piezoelectric actuator can be set to a characteristic corresponding to the static load torque T1 (set to T2), and can respond to the sudden acceleration G as in the past. The power supplied to the piezoelectric actuator can be reduced, and the power consumption W1 can be reduced.
Considering the effect of the viscosity of the lubricating oil used for the bearing, the viscosity of the lubricating oil increases as the temperature decreases, and the viscosity increases in proportion to the speed of the rotated body. It is necessary to improve the performance. On the other hand, when the elastic device is used, the influence of the viscosity of the lubricating oil of the rotated body can be reduced by rotating the rotated body gradually by elastic energy.
本発明のような弾性装置を備えた場合には、弾性装置に蓄積された弾性エネルギが被回転体の回転によってのみ消費されるように、弾性装置の弾性変形状態を保持する機構が必要となる。例えば、弾性エネルギによってロータが反対方向に回転してしまうようなことを防ぐ必要がある。本発明では、ロータと振動子とは接触した状態で、互いの摩擦力によって、ロータ自体の自由な回転が規制されている。しかし、振動等の外乱または衝突や落下等の衝撃が加わった場合に、ロータが容易に振動子から離れ得る可能性があり、ロータが逆転して弾性装置の弾性エネルギが解放されてしまうという問題がある。
これに対して本発明では、弾性装置に蓄積された弾性エネルギがロータの逆転によって解放されるのを規制する解放規制手段を備えている。よって、例えば、振動等の外乱や落下等による衝撃が加わり、振動子とロータとの接触が保持されず互いに離れた場合、あるいは、振動子とロータとの押圧力が弱まったり互いの表面状態が変化したりして、摩擦係数が減少した場合であっても、ロータが逆転しないため、弾性エネルギが保持される。解放規制手段としては、少なくとも弾性装置の弾性変形状態が維持できる機構を備えたものであればよい。従って、ロータおよび振動子間の押圧力を大きくしなくてもよいのでロータの起動性が確保され、衝撃等が加わった場合であっても、蓄積された弾性エネルギを確実に被回転体に伝達させることができる。
When the elastic device as in the present invention is provided, a mechanism for holding the elastic deformation state of the elastic device is required so that the elastic energy accumulated in the elastic device is consumed only by the rotation of the rotated body. . For example, it is necessary to prevent the rotor from rotating in the opposite direction due to elastic energy. In the present invention, in a state where the rotor and the vibrator are in contact with each other, free rotation of the rotor itself is restricted by the mutual frictional force. However, when a disturbance such as vibration or an impact such as a collision or a drop is applied, there is a possibility that the rotor can be easily separated from the vibrator, and the elastic energy of the elastic device is released by reversing the rotor. There is.
On the other hand, the present invention is provided with a release restricting means for restricting the elastic energy accumulated in the elastic device from being released by the reverse rotation of the rotor. Therefore, for example, when an impact due to disturbance such as vibration or dropping is applied, the contact between the vibrator and the rotor is not maintained and they are separated from each other, or the pressing force between the vibrator and the rotor is weakened or the surface condition of each other is Even when the coefficient of friction decreases and the friction coefficient decreases, the rotor does not reverse so that elastic energy is maintained. The release restricting means may be any means provided with a mechanism capable of maintaining at least the elastic deformation state of the elastic device. Therefore, since it is not necessary to increase the pressing force between the rotor and the vibrator, the startability of the rotor is secured, and even when an impact or the like is applied, the accumulated elastic energy is reliably transmitted to the rotated body. Can be made.
本発明の圧電駆動装置では、前記弾性装置は、前記ロータの正方向の回転に応じて弾性エネルギを蓄積し、前記解放規制手段は、前記ロータの逆方向の回転を防止する逆回転防止機構であることが好ましい。
この構成によれば、ロータが正方向に回転すれば、弾性エネルギが弾性装置に蓄積される。一方、逆回転防止機構によってロータの逆方向の回転が防止されるので、ロータが逆方向に回転して、弾性エネルギが解放されてしまうようなことがない。このように、ロータの逆方向の回転を防止することで、衝撃等が加わった場合であっても弾性エネルギを確実に被回転体に伝達させることができる。
In the piezoelectric drive device of the present invention, the elastic device accumulates elastic energy in accordance with the rotation of the rotor in the forward direction, and the release restricting means is a reverse rotation prevention mechanism that prevents the rotation of the rotor in the reverse direction. Preferably there is.
According to this configuration, when the rotor rotates in the positive direction, elastic energy is accumulated in the elastic device. On the other hand, since the reverse rotation prevention mechanism prevents the rotor from rotating in the reverse direction, the rotor does not rotate in the reverse direction and the elastic energy is not released. Thus, by preventing the rotor from rotating in the reverse direction, even when an impact or the like is applied, the elastic energy can be reliably transmitted to the rotated body.
本発明の圧電駆動装置では、前記逆回転防止機構は、前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転する被係止部材と、前記ロータの正方向の回転に対して前記被係止部材を係止せず前記ロータの正方向の回転を許容し、前記ロータの逆方向の回転に対して前記被係止部材を係止して前記ロータの逆方向の回転を防止する係止部材と、を備えることが好ましい。
この構成によれば、ロータが正方向に回転しようとする際、係止部材が被係止部材を係止しないで、ロータの正方向の回転が許容され、弾性装置に弾性エネルギが蓄積される。また、ロータが逆方向に回転しようとすると、係止部材が被係止部材を係止するので、ロータの逆方向の回転が防止され、弾性装置の弾性エネルギの解放が規制される。従って、係止部材と被係止部材との係止によって、ロータの逆方向の回転のみを確実に防止することができる。
ここで、圧電アクチュエータによる回転駆動系として、ロータの回転速度を増速輪列等で増速させて被回転体を回転させる駆動系が多く用いられ、このような場合には、ロータの回転トルクが最も大きくなる。従って、ロータよりも回転トルクの小さい回転体に逆回転防止機構を設ける場合よりも、回転トルクの最も大きいロータに対して逆回転防止機構を設けた場合の方が、逆回転防止機構の負荷の影響を最小限に抑えることができる。
また、ロータに逆回転防止機構を設ければ、ロータの回転エネルギが弾性装置に直接伝達されるように構成した場合であっても、ロータの逆方向の回転を防止できる。従って、ロータと弾性装置との間の輪列部品を設ける場合と比べて、部品点数の削減を図ることができる。
In the piezoelectric drive device of the present invention, the reverse rotation prevention mechanism includes a locked member that is provided coaxially with the rotor and rotates integrally with the rotor, and the locked rotation with respect to the rotation of the rotor in the positive direction. A locking member that allows rotation of the rotor in the forward direction without locking the member and locks the locked member against rotation in the reverse direction of the rotor to prevent rotation in the reverse direction of the rotor; Are preferably provided.
According to this configuration, when the rotor tries to rotate in the positive direction, the locking member does not lock the locked member, allowing the rotor to rotate in the positive direction, and elastic energy is accumulated in the elastic device. . When the rotor tries to rotate in the reverse direction, the locking member locks the locked member, so that the rotation of the rotor in the reverse direction is prevented, and the release of the elastic energy of the elastic device is restricted. Therefore, only the reverse rotation of the rotor can be reliably prevented by the locking of the locking member and the locked member.
Here, as a rotational drive system using a piezoelectric actuator, a drive system that rotates the rotating body by increasing the rotational speed of the rotor with a speed increasing wheel train or the like is often used. In such a case, the rotational torque of the rotor is used. Is the largest. Therefore, the load of the reverse rotation prevention mechanism is greater when the reverse rotation prevention mechanism is provided for the rotor having the largest rotation torque than when the reverse rotation prevention mechanism is provided for the rotating body having a smaller rotation torque than the rotor. The impact can be minimized.
Further, if the rotor is provided with a reverse rotation prevention mechanism, the rotation of the rotor in the reverse direction can be prevented even when the rotational energy of the rotor is directly transmitted to the elastic device. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the case where a train wheel part is provided between the rotor and the elastic device.
本発明の圧電駆動装置では、前記振動子を支持するベース部材と、前記ロータを支持するとともに、前記ベース部材に対して所定の軸周りに揺動可能に設けられるレバー部材とを備え、前記押圧手段は、前記ロータを前記振動子に接触させる方向に、前記レバー部材を押圧して揺動させるロータ押圧部材であり、前記係止部材は、前記レバー部材に支持されていることが好ましい。
ここで、振動子はベース部材に支持され、ロータはレバー部材に軸支され、ロータ押圧部材によってロータは振動子と接触する方向に押圧される。これによって、ロータと振動子との接触が維持される。しかし、係止部材がベース部材に支持され、被係止部材のみがレバー部材に支持されている場合、衝撃等によってレバー部材が揺動すると、係止部材と被係止部材との係止状態が変化してしまい、係止が解除されてしまう可能性がある。
この構成によれば、係止部材もレバー部材に支持されているので、レバー部材が揺動した場合であっても、係止部材および被係止部材の相対位置が変化せず、係止が解除されないので、ロータの逆方向の回転を確実に防止できる。
The piezoelectric drive device of the present invention includes a base member that supports the vibrator, and a lever member that supports the rotor and is provided to be swingable about a predetermined axis with respect to the base member. The means is a rotor pressing member that presses and swings the lever member in a direction in which the rotor contacts the vibrator, and the locking member is preferably supported by the lever member.
Here, the vibrator is supported by the base member, the rotor is pivotally supported by the lever member, and the rotor is pressed in a direction in contact with the vibrator by the rotor pressing member. Thereby, the contact between the rotor and the vibrator is maintained. However, when the locking member is supported by the base member and only the locked member is supported by the lever member, when the lever member swings due to an impact or the like, the locked state between the locking member and the locked member May change and the lock may be released.
According to this configuration, since the locking member is also supported by the lever member, even if the lever member swings, the relative position of the locking member and the locked member does not change, and the locking can be performed. Since it is not released, rotation of the rotor in the reverse direction can be reliably prevented.
本発明の圧電駆動装置では、前記振動子を支持するベース部材と、前記ロータを支持するとともに、前記ベース部材に対して所定の軸周りに揺動可能に設けられるレバー部材と、前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転するロータ歯車と、前記ロータ歯車と噛合するとともに前記ロータの回転エネルギを前記弾性装置に伝達する少なくとも一つのロータ伝え歯車とを備え、前記押圧手段は、前記ロータを前記振動子に接触させる方向に、前記レバー部材を押圧して揺動させるロータ押圧部材であり、前記振動子およびロータの接触部分と、前記ロータ歯車およびロータ伝え歯車の係合部分とは、前記レバー部材の回転軸と前記ロータの回転軸とを通る直線を挟む位置にそれぞれ設けられていることが好ましい。
ここで、ロータの回転エネルギは、ロータ歯車からロータ伝え歯車を介して弾性装置に伝達される。なお、振動子およびロータの接触部分を接触部分Aとし、ロータ歯車およびロータ伝え歯車の係合部分を係合部分Bとし、レバー部材の回転軸とロータの回転軸とを通る直線を直線Cとして説明する。
ロータの逆方向の回転を防止しても、レバー部材が揺動した際に、ロータ歯車とロータ伝え歯車との係合が外れてしまうと、弾性装置の弾性エネルギが解放されてしまうという課題がある。これに対して、本発明の構成によれば、衝撃等によって、ロータが振動子から離れるような方向に移動しようとしても、接触部分Aと係合部分Bとが直線Cを挟む位置にそれぞれ設けられているため、ロータの移動方向が、係合部分Bの係合が深くなる方向となる。従って、ロータ歯車とロータ伝え歯車との係合外れを防止することができ、弾性装置に蓄積された弾性エネルギを保持することができる。
In the piezoelectric driving device of the present invention, a base member that supports the vibrator, a lever member that supports the rotor and is swingable about a predetermined axis with respect to the base member, and coaxial with the rotor A rotor gear that is provided on the rotor and rotates integrally with the rotor; and at least one rotor transmission gear that meshes with the rotor gear and transmits the rotational energy of the rotor to the elastic device; A rotor pressing member that presses and swings the lever member in a direction in which the rotor comes into contact with the vibrator; and a contact portion between the vibrator and the rotor and an engagement portion between the rotor gear and the rotor transmission gear. Preferably, the lever member is provided at a position sandwiching a straight line passing through the rotation shaft of the lever member and the rotation shaft of the rotor.
Here, the rotational energy of the rotor is transmitted from the rotor gear to the elastic device via the rotor transmission gear. A contact portion of the vibrator and the rotor is a contact portion A, an engagement portion of the rotor gear and the rotor transmission gear is an engagement portion B, and a straight line passing through the rotation shaft of the lever member and the rotation shaft of the rotor is a straight line C. explain.
Even if the rotation of the rotor in the reverse direction is prevented, if the engagement between the rotor gear and the rotor transmission gear is released when the lever member swings, the elastic energy of the elastic device is released. is there. On the other hand, according to the configuration of the present invention, the contact portion A and the engagement portion B are provided at positions where the straight line C is sandwiched even when the rotor is moved away from the vibrator by an impact or the like. Therefore, the moving direction of the rotor is the direction in which the engagement portion B is deeply engaged. Therefore, the disengagement between the rotor gear and the rotor transmission gear can be prevented, and the elastic energy accumulated in the elastic device can be held.
本発明の圧電駆動装置では、前記振動子を支持するベース部材と、前記ロータを支持するとともに、前記ベース部材に対して所定の軸周りに揺動可能に設けられるレバー部材と、前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転するロータ歯車と、前記ロータ歯車と噛合するとともに前記ロータの回転エネルギを前記弾性装置に伝達する少なくとも一つのロータ伝え歯車とを備え、前記押圧手段は、前記ロータを前記振動子に接触させる方向に、前記レバー部材を押圧して揺動させるロータ押圧部材であり、前記振動子およびロータの接触部分と、前記ロータ歯車およびロータ伝え歯車の係合部分とは、前記レバー部材の回転軸と前記ロータの回転軸とを通る直線に対していずれも一方の側に配置され、前記ロータが逆方向に回転しようとした際に、前記ロータを前記振動子に接触させる方向とは反対方向に、前記レバー部材が揺動することを規制する揺動規制手段が設けられ、前記揺動規制手段は、前記直線に対して他方の側に配置されていることが好ましい。
この構成では、接触部分Aと係合部分Bとが直線Cに対していずれも一方の側に配置されていると、衝撃等によって、ロータが振動子から離れる方向へ移動し、係合部分Bの係合が浅くなってしまう。これに対して、本発明では、直線Cに対して他方の側には、揺動規制手段が配置されているので、ロータが振動子から離れる方向にレバー部材が揺動しても、レバー部材の回転が揺動規制手段によって規制される。従って、ロータ歯車とロータ伝え歯車との係合外れを防止することができ、弾性装置に蓄積された弾性エネルギを保持することができる。
In the piezoelectric drive device of the present invention, a base member that supports the vibrator, a lever member that supports the rotor and is provided so as to be swingable about a predetermined axis with respect to the base member, and coaxial with the rotor A rotor gear that is provided on the rotor and rotates together with the rotor; and at least one rotor transmission gear that meshes with the rotor gear and transmits the rotational energy of the rotor to the elastic device; A rotor pressing member that presses and swings the lever member in a direction in which the rotor is brought into contact with the vibrator; and a contact portion between the vibrator and the rotor and an engagement portion between the rotor gear and the rotor transmission gear. The lever member is disposed on one side with respect to a straight line passing through the rotation shaft of the lever member and the rotation shaft of the rotor, and the rotor rotates in the opposite direction. In this case, there is provided a swing restricting means for restricting the lever member from swinging in a direction opposite to the direction in which the rotor is brought into contact with the vibrator, and the swing restricting means is arranged on the straight line. On the other hand, it is preferably arranged on the other side.
In this configuration, when the contact portion A and the engagement portion B are both arranged on one side with respect to the straight line C, the rotor moves away from the vibrator by an impact or the like, and the engagement portion B Will become shallower. On the other hand, in the present invention, since the rocking restricting means is disposed on the other side with respect to the straight line C, even if the lever member rocks in the direction away from the vibrator, the lever member Is restricted by the swing restricting means. Therefore, the disengagement between the rotor gear and the rotor transmission gear can be prevented, and the elastic energy accumulated in the elastic device can be held.
なお、本発明の圧電駆動装置では、ベース部材に対して所定の軸周りに揺動可能に設けられるとともに前記振動子を支持する振動子支持部材を有し、前記押圧手段は、前記振動子を前記ロータに接触させる方向に、前記振動子支持部材を押圧して揺動させる振動子押圧部材であってもよい。
この構成では、振動子支持部材に支持された振動子がロータを押圧することで、振動子とロータとの接触が保持される。
この構成によれば、ロータを振動子に対して押圧させるロータ押圧機構が不要となるので、ロータの回転軸を地板等に設けることができる。従って、ロータがレバー部材で揺動可能に支持されている場合と比べて、ロータの位置座標が変化しないので、互いの係止外れが防止される。
In the piezoelectric drive device of the present invention, the piezoelectric drive device includes a vibrator support member that is provided so as to be swingable about a predetermined axis with respect to the base member, and that supports the vibrator. A vibrator pressing member that presses and swings the vibrator support member in a direction in contact with the rotor may be used.
In this configuration, the vibrator supported by the vibrator support member presses the rotor, so that the contact between the vibrator and the rotor is maintained.
According to this configuration, a rotor pressing mechanism that presses the rotor against the vibrator is not required, and therefore, the rotating shaft of the rotor can be provided on the ground plate or the like. Therefore, compared with the case where the rotor is supported by the lever member so as to be able to swing, the position coordinates of the rotor do not change, so that the mutual disengagement is prevented.
本発明の圧電駆動装置では、前記被回転体は、前記ロータに対して同軸上に設けられ当該ロータとは別体で回転し、前記弾性装置は、渦巻ばねであるとともに、前記ロータおよび被回転体の間に同軸となるように配置され、当該渦巻ばねの一端が前記ロータに係合され、当該渦巻ばねの他端が前記被回転体に係合されていることが好ましい。
この構成によれば、ロータの回転軸と被回転体の回転軸とが同一の軸上に形成され、それぞれ別体で回転可能に設けられているので、ロータおよび被回転体の間に、弾性装置として渦巻ばねを配置することが可能となり、弾性装置をコンパクトに収納できる。
In the piezoelectric drive device of the present invention, the rotated body is provided coaxially with the rotor and rotates separately from the rotor, and the elastic device is a spiral spring, and the rotor and the rotated body Preferably, the spiral springs are arranged coaxially between the bodies, one end of the spiral spring is engaged with the rotor, and the other end of the spiral spring is engaged with the rotated body.
According to this configuration, since the rotation shaft of the rotor and the rotation shaft of the rotated body are formed on the same axis and are provided to be rotatable separately from each other, there is no elasticity between the rotor and the rotated body. A spiral spring can be arranged as a device, and the elastic device can be stored compactly.
本発明の圧電駆動装置では、前記ロータを支持するベース部材を備え、前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転するロータ歯車と、前記ロータ歯車と噛合するとともに前記ロータの回転エネルギを前記弾性装置に伝達する少なくとも一つのロータ伝え歯車とを備え、前記逆回転防止機構は、前記ロータ伝え歯車と同軸上に設けられ前記ロータ伝え歯車と一体で回転するとともに前記ベース部材に軸支される被係止部材と、前記ベース部材に支持されるとともに、前記ロータの正方向の回転に対して前記被係止部材を係止せず前記ロータ伝え歯車の正方向の回転を許容し、前記ロータの逆方向の回転に対して前記被係止部材を係止して前記ロータ伝え歯車の逆方向の回転を防止する係止部材と、を備えることが好ましい。
この構成によれば、ロータ以外のロータ伝え歯車に対して逆回転防止機構を設けることで、ロータを従来のままの構成とすることができ、ロータおよび振動子から構成される圧電アクチュエータを設計変更することなく、逆転防止機構を付与することができる。
The piezoelectric drive device of the present invention includes a base member that supports the rotor, is provided coaxially with the rotor and rotates integrally with the rotor, and meshes with the rotor gear and transmits rotational energy of the rotor. At least one rotor transmission gear that transmits to the elastic device, and the reverse rotation prevention mechanism is provided coaxially with the rotor transmission gear and rotates integrally with the rotor transmission gear and is pivotally supported by the base member. A locked member that is supported by the base member, and allows the rotor transmission gear to rotate in the positive direction without locking the locked member with respect to the rotation of the rotor in the positive direction. It is preferable to include a locking member that locks the locked member against rotation in the opposite direction to prevent rotation of the rotor transmission gear in the reverse direction.
According to this configuration, by providing a reverse rotation prevention mechanism for the rotor transmission gear other than the rotor, the rotor can be configured as it is, and the design of the piezoelectric actuator composed of the rotor and vibrator is changed. The reverse rotation prevention mechanism can be provided without doing so.
本発明の圧電駆動装置では、前記被係止部材は、前記ロータの正方向の回転に応じて所定軸周りに回転可能に設けられる爪車であり、前記爪車は、周方向に沿って連続形成される複数の爪歯を有し、前記係止部材は、前記爪歯と係止する刃先を有するとともに爪軸回りに揺動可能に支持される爪であり、前記爪には、当該爪の刃先を前記爪歯に向かって付勢する付勢部材が隣接して設けられ、前記刃先は、前記ロータの逆方向の回転に対し、前記付勢部材の付勢によって前記爪歯との係止を維持し、前記ロータの逆方向の回転を防止するとともに、前記ロータの正方向の回転に対し、前記爪歯によって前記付勢部材の付勢に反して揺動し、前記ロータの正方向の回転を許可することが好ましい。
ここで、爪車は、ロータまたはロータ伝え歯車のいずれかの回転軸と同一の軸上に形成されていればよい。
この構成によれば、爪の刃先が、付勢部材によって、爪車の爪歯に付勢されている。これらの爪および爪車は、ラチェットとして機能し、ロータの逆方向の回転を防止することができる。
In the piezoelectric driving device of the present invention, the locked member is a claw wheel provided so as to be rotatable around a predetermined axis in accordance with the rotation of the rotor in the positive direction, and the claw wheel is continuous along the circumferential direction. A plurality of claw teeth formed, and the locking member is a claw having a blade edge that locks with the claw teeth and supported so as to be swingable about a claw axis; An urging member for urging the blade edge toward the claw tooth is provided adjacently, and the blade edge is engaged with the claw tooth by urging the urging member against rotation in the reverse direction of the rotor. The rotation of the rotor is prevented from rotating in the reverse direction, and the claw teeth oscillate against the bias of the biasing member with respect to the rotation of the rotor in the forward direction. It is preferable to allow the rotation of.
Here, the ratchet wheel should just be formed on the same axis | shaft as the rotating shaft of either a rotor or a rotor transmission gearwheel.
According to this structure, the blade edge | tip of a nail | claw is urged | biased by the nail | claw tooth | gear of a claw wheel by the biasing member. These claws and claw wheels function as a ratchet and can prevent the rotor from rotating in the reverse direction.
なお、本発明の圧電駆動装置では、前記ロータが逆方向に回転しようとした際に、前記刃先が前記付勢部材によって前記爪歯に付勢される方向に揺動するように、前記爪が前記爪車に対して配置されていてもよい。
この構成によれば、衝撃等によって、振動子がロータから離れた場合であっても、爪の刃先が爪車の爪歯に付勢される方向に移動するので、爪と爪車との係止が維持される。
In the piezoelectric drive device of the present invention, when the rotor is about to rotate in the reverse direction, the claw is moved so that the blade edge swings in a direction urged against the claw tooth by the urging member. You may arrange | position with respect to the said pinion wheel.
According to this configuration, even when the vibrator is separated from the rotor due to an impact or the like, the claw blade edge moves in a direction urged by the claw tooth of the claw wheel. The stop is maintained.
本発明の圧電駆動装置では、前記被係止部材は、前記ロータの正方向の回転に応じて所定軸周りに回転可能に設けられるとともに、前記弾性装置に回転エネルギを伝達するロータ歯車であり、前記係止部材は、前記ロータ歯車の歯と係止する先端を有する板ばねであり、前記板ばねは、当該板ばねの先端を前記ロータ歯車の歯に付勢するように弾性変形した状態で支持され、前記板ばねの先端は、前記ロータの逆方向の回転に対し、前記歯の側面に係止して前記ロータの逆方向の回転を防止するとともに、前記ロータの正方向の回転に対し、前記歯によって付勢方向に反してさらに弾性変形する方向に移動されて前記ロータの正方向の回転を許可することが好ましい。
この構成によれば、係止部材が板ばねであるので、板ばねの先端をロータ歯車に当接させることでロータの逆方向の回転を防止できる。従って、被係止部材として爪車等を設ける場合と比べて、爪車等が不要となるので、ロータの回転駆動に必要な回転トルクの低減化を図ることができる。
In the piezoelectric drive device of the present invention, the locked member is a rotor gear that is provided so as to be rotatable around a predetermined axis in accordance with the rotation of the rotor in the positive direction, and transmits rotational energy to the elastic device. The locking member is a leaf spring having a tip that engages with the teeth of the rotor gear, and the leaf spring is elastically deformed so as to bias the tip of the leaf spring to the teeth of the rotor gear. The tip of the leaf spring is supported by the tooth side surface against rotation of the rotor in the reverse direction to prevent the rotation of the rotor in the reverse direction and against the rotation of the rotor in the forward direction. It is preferable that the rotor is moved in a direction in which it is further elastically deformed against the biasing direction to allow the rotor to rotate in the positive direction.
According to this configuration, since the locking member is a leaf spring, the rotation of the rotor in the reverse direction can be prevented by bringing the tip of the leaf spring into contact with the rotor gear. Therefore, compared to the case where a claw wheel or the like is provided as a member to be locked, a claw wheel or the like is not necessary, and thus it is possible to reduce the rotational torque necessary for rotational driving of the rotor.
なお、本発明の圧電駆動装置では、前記被係止部材は、前記ロータの正方向の回転に応じて所定軸周りに回転可能に設けられるとともに、前記弾性装置に回転エネルギを伝達するロータ歯車であり、前記係止部材は、前記ロータ歯車の歯と係止する先端を有する複数の毛を備えるブラシであり、前記ブラシは、当該複数の毛の先端を前記ロータ歯車の歯に付勢するように弾性変形した状態で支持され、前記複数の毛の先端は、前記ロータの逆方向の回転に対し、前記歯の側面に係止して前記ロータの逆方向の回転を防止するとともに、前記ロータの正方向の回転に対し、前記歯によって付勢方向に反してさらに弾性変形する方向に移動されて前記ロータの正方向の回転を許可する構成であってもよい。
この構成によれば、係止部材がブラシであるので、ブラシの毛の先端をロータ歯車に当接させることでロータの逆方向の回転を防止できる。従って、被係止部材として爪車等を設ける場合と比べて、爪車等が不要となるので、ロータの回転駆動に必要な回転トルクの低減化を図ることができる。
In the piezoelectric drive device of the present invention, the locked member is a rotor gear that is provided so as to be rotatable about a predetermined axis in accordance with the rotation of the rotor in the positive direction and that transmits rotational energy to the elastic device. The locking member is a brush having a plurality of bristles having tips that engage with the teeth of the rotor gear, and the brush biases the tips of the plurality of bristles against the teeth of the rotor gear. The tips of the plurality of bristles are locked to the side surfaces of the teeth against the rotation of the rotor in the reverse direction to prevent the rotation of the rotor in the reverse direction. The forward rotation of the rotor may be permitted by the teeth being moved in a direction that is further elastically deformed against the biasing direction by the teeth.
According to this configuration, since the locking member is a brush, the rotation of the rotor in the reverse direction can be prevented by bringing the tip of the brush hair into contact with the rotor gear. Therefore, compared to the case where a claw wheel or the like is provided as a member to be locked, a claw wheel or the like is not necessary, and thus it is possible to reduce the rotational torque necessary for rotational driving of the rotor.
さらに、本発明の圧電駆動装置では、前記被係止部材は、前記ロータの正方向の回転に応じて所定軸周りに回転可能に設けられる爪車であり、前記係止部材は、前記爪車を挟むようにして設けられる押し爪および引き爪を有する爪レバーであり、前記押し爪および引き爪は、それぞれ爪レバー用の爪車の爪歯を付勢するように弾性変形した状態で配置され、前記爪レバーは、前記ロータの正方向の回転に対して前記押し爪および引き爪が前記爪歯と係止せずに弾性変形する方向に移動されて、前記爪車の正方向の回転を許可するとともに、前記ロータの逆方向の回転に対して前記押し爪および引き爪が前記爪歯と係止して前記爪車の逆方向の回転を防止する構成であってもよい。
この構成によれば、前述の爪と爪車との係止による逆回転防止機構における爪の代わりに、係止部材として爪レバーを使用して、爪レバーの押し爪および引き爪によって、ロータの逆方向の回転を防止できるので、前述と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, in the piezoelectric drive device of the present invention, the locked member is a claw wheel provided so as to be rotatable around a predetermined axis in accordance with the rotation of the rotor in the positive direction, and the locking member is the claw wheel. A claw lever having a push claw and a pull claw provided so as to sandwich the claw, wherein the push claw and the pull claw are arranged in an elastically deformed state so as to bias the claw teeth of a claw wheel for the claw lever, The claw lever is moved in a direction in which the push claw and the pull claw are elastically deformed without being engaged with the claw teeth with respect to the rotation of the rotor in the positive direction, and permits the claw wheel to rotate in the positive direction. The pushing claw and the pulling claw may be engaged with the claw teeth to prevent the claw wheel from rotating in the reverse direction with respect to the rotation of the rotor in the reverse direction.
According to this configuration, the claw lever is used as a locking member instead of the claw in the reverse rotation prevention mechanism by the locking of the claw and the claw wheel, and the rotor claw lever is pushed and pulled by the claw lever. Since rotation in the reverse direction can be prevented, the same effect as described above can be obtained.
また、本発明の圧電駆動装置では、前記ロータの回転によって駆動するカム部材を有し、前記爪レバーは、前記カム部材によって揺動されて前記爪車を正方向にのみ回転駆動させて、当該爪車を介して弾性装置に弾性エネルギを蓄積させる構成であってもよい。
この構成によれば、圧電アクチュエータにより駆動されるカム部材によって、爪レバーが揺動して、爪レバー用の爪車を駆動させる。そして、この爪車を介して弾性装置に弾性エネルギを蓄積させることができるので、爪レバーが逆回転防止機能および駆動機能の両機能を有することができる。従って、逆回転防止機能および駆動機能を別々の構成で設ける場合と比べて、部品点数を軽減化することができる。
また、カム部材により揺動可能なアンクルと、このアンクルと係合するガンギ歯車とを設け、ガンギ歯車を被回転体としてもよい。カム部材により、前述の爪レバーを揺動させて弾性装置に弾性エネルギを蓄積させることができるとともに、アンクルを揺動させて、被回転体であるガンギ歯車の回転角度を規制することもできる。従って、アンクルを揺動させる駆動系統と、爪レバーを揺動させる駆動系統とを個々に設ける場合と比べて、部品点数の削減を図ることができるとともに、2系統の輪列の位相がずれるということも防止できる。
Further, the piezoelectric drive device of the present invention has a cam member that is driven by the rotation of the rotor, and the claw lever is swung by the cam member to rotate the claw wheel only in the forward direction, The elastic energy may be stored in the elastic device via the claw wheel.
According to this configuration, the claw lever swings by the cam member driven by the piezoelectric actuator, and the claw wheel for the claw lever is driven. Since elastic energy can be accumulated in the elastic device via the claw wheel, the claw lever can have both functions of preventing reverse rotation and driving. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the case where the reverse rotation prevention function and the drive function are provided in different configurations.
Further, an ankle that can be swung by a cam member and an escape gear that engages with the ankle may be provided, and the escape gear may be a rotated body. The cam member can swing the aforementioned claw lever to accumulate elastic energy in the elastic device, and can also swing the ankle to regulate the rotation angle of the escape gear that is the rotated body. Therefore, the number of parts can be reduced and the phases of the two trains are out of phase as compared with the case where the drive system for swinging the ankle and the drive system for swinging the claw lever are individually provided. Can also be prevented.
本発明の圧電駆動装置では、前記係止部材の位置を検出する検出手段を備え、前記ロータの正方向の回転に対する前記係止部材の移動回数を取得することが好ましい。
この構成によれば、ロータが蓄積された弾性エネルギにより正方向に回転する際に、係止部材が移動する。例えば、被係止部材としての爪車の移動によって、係止部材としての爪が、付勢部材の付勢に反して揺動する場合や、被係止部材としてのロータ歯車の移動によって、係止部材としての板ばねが付勢方向に反して移動する場合が挙げられる。このような場合に、係止部材の移動位置を検出手段で検出することによって、ロータの正方向の回転量を把握することができる。
In the piezoelectric driving device of the present invention, it is preferable that the piezoelectric driving device includes a detecting unit that detects a position of the locking member, and obtains the number of movements of the locking member with respect to the rotation of the rotor in the positive direction.
According to this configuration, when the rotor rotates in the positive direction due to the accumulated elastic energy, the locking member moves. For example, when the pawl as the locked member moves due to the movement of the pawl as the locked member, or when the rotor gear as the locked member moves, The case where the leaf | plate spring as a stop member moves against a biasing direction is mentioned. In such a case, the amount of rotation of the rotor in the positive direction can be grasped by detecting the moving position of the locking member by the detecting means.
本発明の圧電駆動装置では、前記圧電アクチュエータは、前記ロータを間欠的に回転させ、前記被係止部材は、所定ピッチの被係止部を有し、前記係止部材は、前記ロータの正方向の回転に対し、前記被係止部を1ピッチずつ間欠的に係止するように設けられ、前記ロータの1ステップ分の回転角度が、前記被係止部の1ピッチに対応する前記被係止部材の回転角度と同じか、あるいは、前記被係止部の1ピッチに対応する前記被係止部材の回転角度の整数倍に設定されていることが好ましい。
この構成によれば、圧電アクチュエータをステップ駆動、すなわち一定の間隔で駆動させた場合に、ロータの1ステップ分の回転角度が、被係止部の1ピッチに対応する被係止部材の回転角度と同じか、あるいは、被係止部の1ピッチに対応する被係止部材の回転角度の整数倍に設定されているので、係止部と被係止部との係止位置と、ロータの1ステップ駆動分の回転位置とを一致させることができ、係止部と被係止部との係止が不十分な位置でロータが停止することを防ぐことができる。
In the piezoelectric driving device of the present invention, the piezoelectric actuator rotates the rotor intermittently, the locked member has a locked portion with a predetermined pitch, and the locking member is a positive part of the rotor. The rotating portion is provided to intermittently lock the locked portion by one pitch with respect to the rotation of the direction, and the rotation angle of one step of the rotor corresponds to the pitch of the locked portion corresponding to one pitch. It is preferable that the rotation angle is set to be the same as the rotation angle of the locking member or an integral multiple of the rotation angle of the locked member corresponding to one pitch of the locked portion.
According to this configuration, when the piezoelectric actuator is driven stepwise, that is, at a constant interval, the rotation angle of the rotor for one step corresponds to the rotation angle of the locked member corresponding to one pitch of the locked portion. Or an integer multiple of the rotation angle of the locked member corresponding to one pitch of the locked portion, so that the locking position between the locking portion and the locked portion and the rotor The rotational position for one step drive can be matched, and the rotor can be prevented from stopping at a position where the locking portion and the locked portion are not sufficiently locked.
本発明の圧電駆動装置では、前記被回転体の回転移動角度を所定角度に規制する移動規制装置を備えていることが好ましい。
ここで、移動規制装置としては、例えば、アンクルとガンギ歯車から構成される機構であってもよく、また、ゼネバ機構であってもよい。
この構成によれば、ロータの駆動によって被回転体が回転されるとともに、移動規制装置によって被回転体が一定角度毎に回転を規制されるので、圧電アクチュエータの駆動量に対して被回転体の回転量が一義的に決まらなくても、被回転体が一定角度回転すれば、移動規制装置が被回転体の回転角度を一定角度に規制するので、被回転体の回転量は一定となる。これによって、圧電アクチュエータによって回転される被回転体のオーバーランを防止できるので、ロータの回転角度を厳密に制御する必要がなく、被回転体の回転角度の精度を向上させることができ、被回転体で回転される指針等の表示手段の表示精度を向上させることができる。
なお、移動規制装置は、被回転体の回転角度を一定角度毎に規制するものに限らず、からくり時計のように、規制する回転角度が変化するように構成された移動規制装置であってもよい。すなわち、移動規制装置は、被回転体の回転角度を設定された所定角度に規制するものであればよい。
The piezoelectric drive device of the present invention preferably includes a movement restricting device that restricts the rotational movement angle of the rotated body to a predetermined angle.
Here, the movement restricting device may be, for example, a mechanism including an ankle and an escape gear, or may be a Geneva mechanism.
According to this configuration, the rotating body is rotated by the driving of the rotor, and the rotation of the rotating body is restricted at a certain angle by the movement restricting device. Even if the amount of rotation is not uniquely determined, if the rotating body rotates by a certain angle, the movement restricting device restricts the rotation angle of the rotating body to a certain angle, so that the rotation amount of the rotating body becomes constant. As a result, it is possible to prevent overrun of the rotating object rotated by the piezoelectric actuator, so that it is not necessary to strictly control the rotation angle of the rotor, and the accuracy of the rotating angle of the rotated object can be improved. The display accuracy of display means such as a pointer rotated by the body can be improved.
Note that the movement restricting device is not limited to a device that restricts the rotation angle of the rotated body at every fixed angle, but may be a movement restricting device configured to change the restricting rotation angle, such as a mechanical clock. Good. That is, the movement restricting device may be any device that restricts the rotation angle of the rotated body to a predetermined angle.
本発明の電子機器は、前述の圧電駆動装置と、この圧電駆動装置により駆動される被駆動部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、圧電駆動装置を駆動源とする各種電子機器を構成できる。この際、圧電駆動装置による被駆動部の駆動が磁界に影響されることを防止でき、かつ、駆動時の消費電力も低減でき、さらに、弾性装置に蓄積された弾性エネルギの解放を防止してロータの回転エネルギを確実に被駆動部に伝達できる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the above-described piezoelectric driving device and a driven portion driven by the piezoelectric driving device.
According to the present invention, it is possible to configure various electronic devices using a piezoelectric drive device as a drive source. At this time, the driving of the driven part by the piezoelectric driving device can be prevented from being influenced by the magnetic field, the power consumption during driving can be reduced, and further, the release of the elastic energy accumulated in the elastic device can be prevented. The rotational energy of the rotor can be reliably transmitted to the driven part.
本発明の電子機器では、前記被駆動部は、計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部であることが好ましい。
本発明によれば、圧電駆動装置によって時計の指針などの計時情報表示部を駆動できるため、指針等の駆動が磁界に影響されることを防止でき、かつ、計時情報表示部の指針等を低電力で駆動させることができ、さらに、弾性装置に蓄積された弾性エネルギの解放を防止してロータの回転エネルギを確実に計時情報表示部に伝達できる。
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the driven unit is a time information display unit that displays time information measured by the time unit.
According to the present invention, the time information display unit such as the timepiece of the watch can be driven by the piezoelectric driving device, so that the driving of the hand etc. can be prevented from being influenced by the magnetic field, and the hand of the time information display unit can be reduced. It can be driven by electric power, and further, the release of elastic energy accumulated in the elastic device can be prevented, and the rotational energy of the rotor can be reliably transmitted to the timing information display section.
本発明によれば、圧電素子の振動によって被回転体を駆動させる際に、被回転体を低電力で駆動させることができるという効果がある。 According to the present invention, the driven member can be driven with low power when the driven member is driven by the vibration of the piezoelectric element.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、後述する第2実施形態以降において、以下に説明する第1実施形態での構成部材と同じ構成部材および同様な機能を有する構成部材には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that, in the second and subsequent embodiments described later, the same reference numerals are given to the same structural members and structural members having the same functions as the structural members in the first embodiment described below, and the description will be simplified or omitted. .
[全体構成]
図6は、本実施形態に係る圧電駆動装置10の駆動機構を示す斜視図である。
圧電駆動装置10は、圧電アクチュエータの回転駆動力で、例えば、指針等を回転させるための装置であり、圧電素子の振動を利用してロータリング(ロータ)30を回転させる圧電アクチュエータ4と、ロータリング30の回転駆動を伝達車3に減速しつつ伝達するロータ伝え車5と、ロータリング30の逆方向の回転を防止する逆回転防止機構90とを備えている。
[overall structure]
FIG. 6 is a perspective view showing a drive mechanism of the
The
[圧電アクチュエータの構成]
圧電アクチュエータ4は、図6に示すように、圧電素子22を有する振動子20、および、振動子20と接触した状態で当該振動子20によって回転されるロータリング30を含んで構成される。
振動子20は、略矩形板状の薄板補強板21と、この薄板補強板21の両面に接着された略矩形板状の圧電素子22とを含んで構成され、全体薄板状の積層構造を有している。
薄板補強板21の長手方向略中央には、片側に突出する腕部211が形成されており、この腕部211がビス等によって図示しない地板等に固定されている。薄板補強板21の対角線上両端には、薄板補強板21の長手方向に沿って突出する略半円形の当接部212がそれぞれ形成されている。これらの当接部212のうちの一方は、ロータリング30の側面に当接されている。
なお、薄板補強板21やロータリング30は、例えばステンレス(SUS)などで構成される。特に、ステンレス、硬化処理されたベリリウム銅などの非磁性材料で薄板補強板21やロータリング30を構成すれば、圧電アクチュエータ4の耐磁性が向上し、磁界の影響を受けずに駆動できる。
[Configuration of piezoelectric actuator]
As shown in FIG. 6, the
The
An
The thin
圧電素子22は、チタン酸ジルコン酸鉛(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から選択した任意の材料で形成されている。圧電素子22の両面には、図示しないめっき層によって駆動電極221が形成されている。
このような振動子20の駆動電極221に、所定周波数の電圧を印加すると、圧電素子22が長手方向に沿って伸縮する縦一次振動モードの振動を励振する。このとき、振動子20の対角線上両端には当接部212が設けられているので、振動子20は全体として長手方向中心線に対して重量がアンバランスとなる。このアンバランスにより、振動子20は長手方向に略直交する方向に屈曲する屈曲二次振動モードの振動を励振する。したがって、振動子20は、これらの縦一次振動モードおよび屈曲二次振動モードを組み合わせた振動を励振し、当接部212は、略楕円軌道を描いて振動する。
When a voltage having a predetermined frequency is applied to the
ロータリング30は、振動子20によって回転駆動される。ロータリング30のロータ回転軸31には、回転駆動を第1ロータ伝え歯車40に伝達するロータ歯車32が固定されている。
ロータリング30と振動子20の当接部212とは、図示しない押圧手段によって押圧されて互いに当接するようになっている。この押圧手段としては、振動子20に対してロータリング30を押圧するものでもよく、ロータリング30に対して振動子20を押圧するものでもよい。押圧手段により、当接部212とロータリング30側面との間に適切な摩擦力が発生し、振動子20の駆動力の伝達効率が良好となる。
このような圧電アクチュエータ4では、振動子20の当接部212が略楕円軌道を描いて振動すると、その振動軌道の一部でロータリング30を押圧することによりロータリング30およびロータ歯車32を反時計回り(図6中の矢印A1で示す正転方向)のみに回転駆動する。
The
The
In such a
[ロータ伝え車の構成]
ロータ伝え車5は、図6に示すように、同一の軸上に設けられた2枚の歯車間に渦巻ばね(弾性装置)50が介在配置された構造となっており、指針等を回転させる輪列の一部である伝達車3に回転エネルギを伝達するためのものである。具体的には、ロータ伝え車5は、ロータ歯車32と噛合する第1ロータ伝え歯車40と、第1ロータ伝え歯車40に一端が係止された渦巻ばね50と、渦巻ばね50の他端と接続された第2ロータ伝え歯車60と、伝え車回転軸63とを備えて構成されている。
[Configuration of rotor transmission wheel]
As shown in FIG. 6, the
第1ロータ伝え歯車40は、円板状に形成され、伝え車回転軸63により回転自在に支持されている。第1ロータ伝え歯車40には、回転軸方向に貫通するばね用係止穴41および位置決め穴42が形成されている。なお、図示はしないが、第1ロータ伝え歯車40の回転量を検出する光学式の検出手段が設けられ、この非接触による検出手段によって、圧電アクチュエータ4により第1ロータ伝え歯車40が所定の回転量だけ駆動される毎に圧電アクチュエータ4を停止させ、所定時間後、圧電アクチュエータ4を起動させるようになっている。このように起動と停止を繰り返すことで、圧電アクチュエータ4を周期的に駆動させている。
圧電アクチュエータ4が停止すると、図示しない押圧手段により圧電アクチュエータ4の当接部212がロータリング30に押圧されて摩擦係合しているので、ロータリング30がその位置にて位置決めされることになる。よってロータリング30が回転方向に移動することがない。したがって、位置決めされたロータリング30により、第1ロータ伝え歯車40も回転方向において位置決めされることになる。なお、第2ロータ伝え歯車60および伝達車3は、後述するように解放規制部である位置決め穴42と位置決めピン61によって回転方向の位置が定まるので、指針等の位置も所定位置に位置決めされることになる。
The first
When the
位置決め穴42は、第1ロータ伝え歯車40の外周に沿って形成された長孔である。位置決め穴42の開口部における第1ロータ伝え歯車40の外周に沿った方向の寸法は、第2ロータ伝え歯車60を停止させた状態で、第1ロータ伝え歯車40が圧電アクチュエータの1周期分の駆動量だけ正転方向(図6中の矢印A1で示す方向)に回転可能な長さ寸法(遊び部分の寸法)に設定されている。
第2ロータ伝え歯車60は、伝え車回転軸63に固定され、第1ロータ伝え歯車40と同じ回転軸を有し、伝達車3と噛合している。第2ロータ伝え歯車60には、第1ロータ伝え歯車40側に突出して位置決め穴42に挿通される円筒の位置決めピン61が固定されている。
The
The second
渦巻ばね50は、断面円形状のばね素線を図6における平面上で時計回りの渦巻状に巻いて形成されている。渦巻ばね50の外周側の端部は、ばね用係止穴41に係合され、中心軸側の端部は、伝え車回転軸63に巻かれることにより係合されている。
渦巻ばね50は、第1ロータ伝え歯車40が第2ロータ伝え歯車60よりも時計回りに先行して回転することにより、巻き数が増える方向に弾性変形して、第1ロータ伝え歯車40に伝達されたロータリング30の回転エネルギを弾性エネルギとして蓄積することができる。
The
The
次に、渦巻ばね50において初期段階での弾性変形が維持されている状況を説明する。
上記渦巻ばね50に初期弾性変形(約3巻き分)を持たせた状態で、渦巻ばね50の中心側の端部を伝え車回転軸63に固定し、渦巻ばね50の外端部を前記ばね用係止穴41に係止しておく。
第1ロータ伝え歯車40および第2ロータ伝え歯車60を、上記初期弾性変形が維持されたまま図6のように組み立てると、前記渦巻ばね50の弾性エネルギによって、第2ロータ伝え歯車60は第1ロータ伝え歯車40に対して正転方向(図6の矢印A2の方向)に回転する力が加わる。但し、位置決めピン61が位置決め穴42に配置されているため、第2ロータ伝え歯車60は、第1ロータ伝え歯車40に対し、位置決めピン61が位置決め穴42の正転方向側の内側面に当接した位置、つまり図6に示す状態に維持される。
また、第1ロータ伝え歯車40は、ロータ歯車32に噛み合っている。ロータ歯車32と一体のロータリング30は、前述したように圧電アクチュエータ4の当接部212が弾圧することで位置決めされている。従って、圧電アクチュエータ4が停止している状態では、ロータリング30は、圧電アクチュエータ4の当接部212が当接することで停止状態に維持され、ロータ歯車32に噛み合う第1ロータ伝え歯車40も停止状態に維持される。さらに、第2ロータ伝え歯車60は、第1ロータ伝え歯車40に対して、位置決めピン61が位置決め穴42に当接した位置に位置決めされる。このようにして渦巻ばね50の弾性変形(初期弾性変形)が維持されている。
従って、本実施形態では、渦巻ばね50により弾性装置が構成され、第2ロータ伝え歯車60により被回転体が構成され、位置決めピン61および位置決め穴42により解放規制部が構成されている。
Next, the situation where the elastic deformation in the initial stage is maintained in the
In a state where the
When the first
Further, the first
Therefore, in the present embodiment, the
なお、解放規制部である上記位置決め穴42と位置決めピン61は、上述したように渦巻ばね50の初期段階での弾性変形(初期たわみ)を維持するものであるが、更に圧電アクチュエータ4が1ステップ分(1周期分)駆動した際に、第2ロータ伝え歯車60および伝達車3を所定位置に保持する役割をも有している。
すなわち、圧電アクチュエータ4が1ステップ分駆動すると、第1ロータ伝え歯車40は、図6において時計回り方向に1周期分(1ステップ分)回転され、同時に渦巻ばね50も巻き上げられる。すると渦巻ばね50に蓄積された弾性エネルギの解放力により第2ロータ伝え歯車60も時計回り方向に回転駆動するが、位置決めピン61が位置決め穴42の時計回り方向側の内側面(図6で位置決めピン61が接触している内側面)に当接し弾圧するので、第2ロータ伝え歯車60が回転方向において位置決めされることになる。
The
That is, when the
なお、圧電アクチュエータ4の振動子20は、腕部211により時計1の基枠である地板に固定されており、ロータ回転軸31、伝え車回転軸63、伝達車3の回転軸は、一端が地板の軸受穴に軸受けされ、他端は、地板上に対向して配置された輪列受に軸受けされて、保持されている。なお、伝達車3の回転軸や他の指針車の各回転軸は、一端が地板に軸受けされるが、他端は、輪列以外の受部材に軸受けされるようにしてもよい。
The
[逆回転防止機構の構成]
逆回転防止機構90は、図6に示すように、衝撃等によって、ロータリング30が押圧力に反して振動子20から離れた際に、渦巻ばね50に蓄積された弾性エネルギが解放されてしまうのを規制する解放規制手段として設けられている。
具体的には、逆回転防止機構90は、逆方向の回転に対して互いに係止を維持し、正方向の回転に対して互いに係止しないように設けられた爪車(被係止部材)91および爪(係止部材)92を有して構成されている。
[Configuration of reverse rotation prevention mechanism]
As shown in FIG. 6, the reverse
Specifically, the reverse
爪車91は、ロータリング30と同じ回転軸上に配置され、一体で回転可能に設けられている。また、爪車91は、周方向に沿って所定のピッチで連続形成される複数の被係止部である爪歯93を有している。
爪92は、前記地板から突出形成された軸部95周りに揺動移動可能に支持されるとともに、図示しないU字ばね等の付勢部材によって、先端部に設けられた刃先94が爪車91の爪歯93に付勢されるように、爪車91に対して配置されている。
刃先94は、爪車91の逆方向回転の際に、付勢部材の付勢によって爪歯93との係止状態が維持される位置(係止位置)と、爪車91の正方向回転の際に、爪歯93と係止しない位置(非係止位置)との間を移動可能に設けられている。
The
The
When the
このようなロータリング30に対して直接設けられた逆回転防止機構90により、ロータリング30の正方向の回転に対し、爪歯93は、付勢部材の付勢に反して刃先94を係止位置から非係止位置まで移動させるように設けられている。すなわち、爪92は、各爪歯93を1ピッチずつ間欠的に係止するように設けられ、ロータリング30の正方向の回転を許容している。
また、ロータリング30の逆方向の回転に対し、爪歯93は、刃先94との係止を維持するように設けられ、ロータリング30の逆方向の回転を防止する。
なお、本実施形態では、爪92によって係止部材が構成され、爪車91によって被係止部材が構成されている。
By such a reverse
Further, the
In this embodiment, the
ここで、爪車91は、ロータリング30と同一の軸上に一体で回転可能に形成される場合に限られず、例えば、ロータ歯車32と噛合する第1ロータ伝え歯車40や、ロータ歯車32と噛合する他の中間車等に対して設けられてもよい。すなわち、ロータリング30の回転に応じて所定軸周りに回転可能に設けられた第1ロータ伝え歯車40や中間車等に対して逆回転防止機構90を設けることで、ロータリング30の逆回転を防止するようにしてもよい。
Here, the
[圧電駆動装置の起動時の動作]
次に、圧電駆動装置10の起動時の動作について説明する。
まず、圧電アクチュエータ4の停止の状態で、振動子20に駆動電圧が印加されると、ロータリング30からロータ歯車32を介して第1ロータ伝え歯車40に回転エネルギが伝達され、これらの回転体(ロータリング30、ロータ歯車32、第1ロータ伝え歯車40)が回転を始めるとともに、渦巻ばね50が弾性変形を始め、伝達された回転エネルギが渦巻ばね50の弾性エネルギとして蓄積される。そして、渦巻ばね50の弾性エネルギによって、第2ロータ伝え歯車60に加わる回転エネルギが、所定の大きさに達した時点で、第2ロータ伝え歯車60、伝達車3が回転し始める。この所定の大きさの回転エネルギとは、各回転体(第2ロータ伝え歯車60、伝達車3および伝達車3により駆動される指針等)の慣性モーメントと、これらの各回転体の軸受負荷とを合計した負荷に等しい大きさの回転エネルギである。
従って、圧電アクチュエータ4が1周期分駆動すると、前述したように第1ロータ伝え歯車40も図6における時計回り方向に1周期分回転し、同時に渦巻ばね50も巻き上げられる。すると渦巻ばね50の解放力により第2ロータ伝え歯車60も時計回り方向に回転駆動するが、位置決めピン61が位置決め穴42の時計回り方向側の内側面(図6で位置決めピン61が接触している内側面)に当接し弾圧するので、第2ロータ伝え歯車60と指針等も回転方向において位置決めされることになる。
このようにして、圧電駆動装置10が起動して指針等が回転される。
[Operation when starting the piezoelectric drive]
Next, the operation at the time of starting of the
First, when a drive voltage is applied to the
Therefore, when the
In this way, the
[本実施形態による効果]
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
(1)渦巻ばね50を備え、圧電アクチュエータ4の起動の際、圧電アクチュエータ4の駆動力が渦巻ばね50の弾性エネルギとして蓄積されてから、第2ロータ伝え歯車60が回転を開始するので、圧電アクチュエータ4が駆動する際には、第2ロータ伝え歯車60、伝達車3および指針等の各慣性モーメントが圧電アクチュエータ4に作用せず、圧電アクチュエータ4に加わる起動時の負荷が軽減され、消費される起動電力を低減させることができる。
[Effects of this embodiment]
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
(1) A
(2)渦巻ばね50を備え、圧電アクチュエータ4に加わる起動時の負荷が軽減されることによって、短時間で圧電アクチュエータ4の駆動速度を所望の速度に上げることが可能となり、起動時間が短縮されるので、消費電力をさらに低減させることができる。
ここで、圧電アクチュエータ4に加わる負荷が軽減されることで消費電力を低減できる理由を、図7,8を参照して説明する。
図7,8は、ロータリング30に加わる慣性負荷が所定量のもの(以下、慣性負荷1倍という)と、慣性負荷がその10倍(慣性負荷10倍という)のものを駆動する場合において、駆動経過時間とロータリング30の回転速度の関係、および、駆動経過時間とロータリング30の回転角度の関係を示す。
ここで、回転速度は、圧電アクチュエータ4に駆動信号を与えると徐々に上昇し、やがて一定速度になる。一方、回転角度は、初期の速度上昇範囲では加速的に回転角が増加し、回転速度が一定になると回転角度は時間に比例して増加する。
図7,8に示すように、慣性負荷が低いほうが高いほうに比べて、回転速度の上昇も早く、所定の回転角度だけ移動する時間も短くできる。例えば、図7,8の例では、仮に10度回転するまでの時間で比較すると、図7に示す慣性負荷1倍の場合には約0.0017秒の時間が必要である。これに対し、図8に示す慣性負荷10倍の場合には約0.003秒の時間つまり慣性負荷1倍の場合の約2倍の時間が必要である。
従って、ロータリング30を一定角度毎回転する場合、ロータリング30つまり圧電アクチュエータ4に加わる慣性負荷が小さいほうが駆動時間を短くでき、その分、消費電力も低減することができる。
(2) Since the
Here, the reason why the power consumption can be reduced by reducing the load applied to the
FIGS. 7 and 8 illustrate a case where an inertial load applied to the
Here, the rotational speed gradually increases when a drive signal is given to the
As shown in FIGS. 7 and 8, the lower the inertia load, the faster the rotation speed increases, and the shorter the time required to move by a predetermined rotation angle. For example, in the example of FIGS. 7 and 8, if the time required to rotate 10 degrees is compared, the time of about 0.0017 seconds is required when the inertial load is 1 time as shown in FIG. On the other hand, in the case of 10 times the inertia load shown in FIG. 8, a time of about 0.003 seconds, that is, about twice as long as the case of 1 time of the inertia load is required.
Therefore, when the
(3)渦巻ばね50を備えているので、落下時等に外部からの衝撃が指針等に作用した場合に、渦巻ばね50の干渉機能により、衝撃の影響を速く弱めることができるとともに、外部からの衝撃力が作用している間は、圧電アクチュエータ4の駆動力が渦巻ばね50に蓄積されるので、衝撃による影響がなくなった時点で、渦巻ばね50の弾性エネルギによって、指針等の回転を駆動させることができる。従って、圧電アクチュエータ4に指針等から衝撃の影響が伝わらずに済み、圧電アクチュエータ4の動作を安定させることができる。
(4)位置決めピン61と位置決め穴42とを備え、渦巻ばね50の初期たわみ(初期ひずみ)が維持されているので、第2ロータ伝え歯車60に初期たわみによる力が常時作用することによって、外部の衝撃による指針等の揺動を抑制することができる。
(3) Since the
(4) Since the
(5)第2ロータ伝え歯車60から指針側の回転系の慣性モーメントが比較的大きい場合であっても、圧電アクチュエータ4を間欠的に駆動させた際に、位置決めピン61と位置決め穴42との遊び部分の範囲が、圧電アクチュエータ4の1周期分の駆動量に対応する範囲に設定されているので、第1ロータ伝え歯車40と第2ロータ伝え歯車60とが干渉して圧電アクチュエータ4に加わる負荷が増大することを避けることができる。
(5) Even when the moment of inertia of the rotating system on the pointer side from the second
(6)渦巻ばね50を備えているので、大きな変位量を確保するために、渦巻ばね50の巻き数を増加させても、U字ばねや片持ちばねを使用する場合と比べて、設置空間をそれほど広げることなく、渦巻ばね50を配置できる。
さらに、渦巻ばね50を備えているので、大きな変位量を確保することができ、渦巻ばね50の変位量に関わらず略一定の弾性エネルギを生じさせることができる。従って、外部の衝撃の大小に関わらず、第2ロータ伝え歯車60が渦巻ばね50から略一定の弾性エネルギを受けるので、第2ロータ伝え歯車60の動作を安定させることができる。
(7)圧電素子22が矩形板状に形成されているので、圧電駆動装置10の薄型化を促進できる。
(6) Since the
Further, since the
(7) Since the
(8)ロータリング30が正方向に回転すれば、弾性エネルギが渦巻ばね50に蓄積される。一方、逆回転防止機構90によってロータリング30の逆方向の回転が防止されるので、ロータリング30が逆方向に回転して、弾性エネルギが解放されてしまうようなことがない。このように、ロータリング30の逆方向の回転を防止することで、振動等の外乱や落下等の衝撃が加わった場合に、ロータリング30が振動子20から離れたとしても、弾性エネルギが保持される。
従って、ロータリング30および振動子20間の押圧力を大きくしなくてもよいのでロータリング30の起動性が確保され、衝撃等が加わった場合であっても、蓄積された弾性エネルギを確実に第2ロータ伝え歯車60に伝達させることができる。
(8) If the
Therefore, since it is not necessary to increase the pressing force between the
(9)ロータリング30が正方向に回転しようとする際、爪車91および爪92が係止しないので、ロータリング30の正方向の回転が許容され、渦巻ばね50に弾性エネルギが蓄積される。また、ロータリング30が逆方向に回転しようとすると、爪車91および爪92が係止しあって、ロータリング30の逆方向の回転が防止され、渦巻ばね50の弾性エネルギの解放が規制される。従って、爪車91および爪92がラチェットとして機能し、ロータリング30の逆方向の回転のみを確実に防止することができる。
(9) When the
(10)ロータリング30と振動子20との接触面の摩擦抵抗が小さくなった場合(ある程度の使用により接触面が滑らかになった場合、接触面に油が入り込んだ場合等)でも、弾性エネルギが解放されることがない。
(10) Even when the frictional resistance of the contact surface between the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る時計1における圧電駆動装置10Aについて図9から図12に基づいて説明する。
[全体構成]
図9は、本実施形態に係る時計1における分針2の駆動機構を示す全体平面図である。図10および図11は、圧電駆動装置10Aを示す縦断面図である。図12は、図9を部分的に拡大して示す平面図である。なお、図10は、図9において、圧電アクチュエータ4、中間車71、カム車72、アンクル8を結ぶ伝達経路の断面図である。また、図11は、図9において、ロータ伝え車5A、三番車11、二番車12を結ぶ伝達経路の断面図である。
時計1は、図示しない外装ケースの内部に計時部と、この計時部で計時された計時情報を分針2によって表示する計時情報表示部と、駆動機構(複数個の指針を駆動する機構等を含み、図11の運針機構を含む)とが搭載されたものであり、被駆動部の駆動機構の動作に圧電駆動装置10が利用されたものである。ここで、被駆動部とは、計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部のことを示す。
[Second Embodiment]
Next, a
[overall structure]
FIG. 9 is an overall plan view showing a drive mechanism of the
The timepiece 1 includes a timekeeping section inside an exterior case (not shown), a time information display section for displaying timekeeping information measured by the timekeeping section with the
図9にて、圧電駆動装置10Aは、前述の第1実施形態の圧電駆動装置10に対して、第2ロータ伝え歯車に対応するガンギ歯車60Aを備え、圧電アクチュエータ4で駆動されるアンクル8によって、ガンギ歯車60Aの回転が所定回転角毎に規制される構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。
例えば、第1実施形態における圧電アクチュエータ4の構成および動作、渦巻ばね50の構成および動作、図示しない解放規制部(位置決め穴と位置決めピン)の基本構造および基本動作、逆回転防止機構90の構造および動作は、第2実施形態においても同様である。
In FIG. 9, the
For example, the configuration and operation of the
[ロータ押圧機構の構成]
圧電駆動装置10Aは、振動子20およびロータリング30のロータ押圧機構35を備えている。
ロータ押圧機構35は、所定の軸部352周りに揺動可能に設けられるとともにロータリング30を軸支する支持アーム351(レバー部材)と、ロータリング30を振動子20に接触させる方向に、支持アーム351を押圧して揺動させる押圧ばね353(ロータ押圧部材)とを有している。
ロータリング30のロータ回転軸31は、軸部352から所定距離の支持アーム351の一端付近に設けられている。この支持アーム351は、軸部352回りに地板等に対して揺動自在に支持されている。支持アーム351の他端は、押圧ばね353によって付勢されている。
押圧ばね353は、ロータリング30と振動子20の当接部212とが互いに当接する方向に押圧するように構成されている。
具体的には、押圧ばね353は、ねじりコイルばねから構成され、押圧ばね353の一端は、支持軸354によって地板等に対して固定されている。押圧ばね353の他端は、支持アーム351の端部を付勢し、ロータリング30が振動子20側に付勢され、当接部212に対して押圧方向Fに押圧されている。押圧方向Fは、ロータリング30の回転軸に対して略直交する方向であり、押圧方向Fと、振動子20の振動方向とが同一平面上となっている。
[Configuration of rotor pressing mechanism]
The
The rotor
The
The
Specifically, the
[移動規制装置の構成]
圧電駆動装置10Aは、圧電アクチュエータ4と、この圧電アクチュエータ4により駆動され、ロータリング30の回転駆動を輪列(三番車11、二番車12、日の裏車13、筒車14)に伝達するロータ伝え車5Aとを備えている。また、圧電駆動装置10Aは、圧電アクチュエータ4によりロータ歯車32を介して駆動される中間車71と、中間車71に駆動されるカム部材としてのカム車72と、このカム車72によって揺動するアンクル8とを備えている。
ロータ歯車32は、回転駆動を第1ロータ伝え歯車40および中間車71に伝達する。
[Configuration of Movement Control Device]
The
The
ロータ伝え車5Aは、ロータ歯車32と噛合するロータ伝え歯車40Aと、ロータ伝え歯車40Aのばね用係止穴41(図11)に外周側の一端が係止された渦巻ばね50と、渦巻ばね50の内周側の他端と接続されたガンギ歯車60Aと、伝え車回転軸63とを備えて構成されている。このようにして、ロータリング30の駆動力が渦巻ばね50に伝達される第1の伝達経路が構成されている。なお、ロータ伝え歯車40Aの構成部品の中で、ガンギ歯車60Aが図9にて最も手前に配置されているが、図示を簡略するために、以降の説明では、ガンギ歯車60Aを2点鎖線で示すものとする。
ロータ伝え歯車40Aには、第1実施形態と同じく、回転軸方向に貫通するばね用係止穴41および不図示の位置決め穴が形成されている。
ガンギ歯車60Aは、図12にも示すように、15枚のガンギ歯62を備え、アンクル8に対向する位置に支持されている。伝え車回転軸63には、ガンギ歯車60Aとともにガンキかな67(図11)が固定されている。ガンギかな67は、ガンギ歯車60Aと一体で回転し、三番車11と噛合している。また、伝え車回転軸63にはロータ伝え歯車40Aが回転自在に支持されている。なお、伝え車回転軸63には、渦巻ばね50の他端が固定されているので、ガンギ歯車60Aは渦巻ばね50の他端と接続されているものである。
なお、ガンギ歯車60Aには、図示しないが第1実施形態の第2ロータ伝え歯車60と同様に、ロータ伝え歯車40A側に突出して位置決め穴に挿通される位置決めピンが固定されている。
上記位置決め穴と位置決めピンは、ロータ伝え車5Aを組み立てる際、およびロータ伝え車5Aを図11のように各部品とともに地板(ベース部材)15に組み込む際において、第1実施形態で説明したように渦巻ばね50の初期たわみを維持しておくためのものである。
The
Similarly to the first embodiment, the
As shown in FIG. 12, the
Although not shown, a positioning pin that protrudes toward the
As described in the first embodiment, the positioning hole and the positioning pin are used when the
中間車71は、カム車72と噛合する歯車であり、ロータ歯車32と噛合する中間かな73を有し、中間かな73とともに中間車回転軸74に固定されている。中間車71には、中間車回転軸74周りに60度毎に回転検出用の検出孔75が形成されている。この検出孔75を貫通するように図示しない光センサが配置されている。この光センサは、中間車71が60度回転する毎に、中間車71の回転位置を検出するようになっている。
The
カム車72は、中間車71と噛合するカムかな76と、回転軸に対して外周の中心軸が偏心している円形のカム77と、カムかな76およびカム77を固定するカム回転軸78とを備えて構成されている。
アンクル8は、アンクル本体部81と、2つのアンクル爪82,83と、カム77と係合する切欠部84と、アンクル回転軸85とを備えて構成されている。
アンクル本体部81は、第1アーム部811と、第2アーム部812とを備え、これらがアンクル回転軸85を挟んで両側に一体的に形成され、アンクル回転軸85を中心にして揺動可能に支持されている。第1アーム部811は、アンクル回転軸85からロータ歯車32側とは反対側に延設され、ガンギ歯車60A側に突出するアンクル爪82を固定している。第2アーム部812は、アンクル回転軸85からロータ歯車32側に延設され、ガンギ歯車60A側に突出するアンクル爪83を固定している。
The
The
The
アンクル本体部81には、アンクル回転軸85からアンクル爪82,83とは反対側のカム車72に向かって延設される2つの突出部86が形成されている。これらの突出部86に挟まれた部分に切欠部84が形成され、この切欠部84の内側面にカム77の側面が当接されるように、カム車72が配置されている。
このような構成において、ロータ歯車32が回転すると、カム車72が回転し、偏心したカム77によりアンクル8が揺動する。ここで、カム車72が1回転すると、アンクル8が1往復だけ揺動し、2つのアンクル爪82,83が、交互にガンギ歯車60Aと当接する。このように、ロータリング30の駆動力がアンクル8に伝達される第2の伝達経路が構成されている。
The
In such a configuration, when the
このような構成の移動規制装置において、ガンギ歯車60Aが回転した際に、2つのアンクル爪82,83が交互にガンギ歯62間に挿入され、ガンギ歯車60Aの回転角度を一定角度毎に規制する。つまり、アンクル8が第1の方向(図12では反時計回りの方向)に揺動し、アンクル8の一方のアンクル爪83がガンギ歯62間に挿入され、時計回りの方向に回転駆動されるガンギ歯車60Aのガンギ歯62と当接すると、ガンギ歯車60Aの回転が規制されるようになっている。
さらに、アンクル8が第2の方向(図12では時計回りの方向)に揺動すると、アンクル8の一方のアンクル爪83がガンギ歯62間から離れてガンギ歯車60Aの規制を解除する。同時に、他方のアンクル爪82がガンギ歯62間に挿入され、ガンギ歯車60Aが渦巻ばね50に蓄積された弾性エネルギによってガンギ歯62の半ピッチ分の角度だけ回転して、アンクル8の他方のアンクル爪82がガンギ歯車60Aのガンギ歯62と当接する。こうして再び、ガンギ歯車60Aの回転が規制されるようになっている。また、ガンギ歯62が半ピッチ分の角度だけ回転すると同時に、ロータ歯車32によりロータ伝え歯車40Aが半ピッチ分の角度だけ正方向に回転して渦巻ばね50を巻き上げるので、渦巻ばね50に蓄積される弾性エネルギが維持される。
本実施形態では、ガンギ歯車60Aにより被回転体が構成されるとともに、ガンギ歯車60Aおよびアンクル8により移動規制装置が構成されている。
なお、圧電アクチュエータ4の振動子20は、腕部211により時計1の基枠である地板15に固定されており、中間車回転軸74、伝え車回転軸63、カム車72のカム回転軸78、アンクル回転軸85、三番車11、二番車12の回転軸は、一端が地板15の軸受穴に軸受けされ、他端は地板上に対向して配置された輪列受16に軸受けされて、保持されている。なお、三番車11、二番車12の回転軸や他の指針車の各回転軸は、一端が地板15に軸受けされるが、他端は輪列受16以外の受部材に軸受けされるようにしてもよい。
また、ガンギ歯車60A、アンクル8、さらにガンギ歯車60Aで回転される各歯車は、非磁性材料で構成されることが好ましい。ただし、これらの材料は非磁性材料に限定されない。
In the movement restricting device having such a configuration, when the
Further, when the
In the present embodiment, a rotating body is configured by the
The
Moreover, it is preferable that each gear rotated by the
[逆回転防止機構の構成]
逆回転防止機構90は、第1実施形態と同様に、ロータリング30と同軸で一体に設けられた爪車91と、この爪車91に対して正方向の回転の際に係止を維持する係止位置および逆方向の回転の際に係止しない非係止位置の間を移動可能に設けられた爪92と、爪92を爪車91に対して付勢する付勢部材としての板ばね96とを有して構成されている。すなわち、板ばね96は、板ばね固定部97を介して地板15等に固定され、地板から突出する軸部95周りに爪92を揺動移動させて、爪92の先端部に設けられた刃先94を爪歯93(図12)に付勢するように配置されている。
[Configuration of reverse rotation prevention mechanism]
Similar to the first embodiment, the reverse
なお、中間車71の検出孔75に対して設けられる光センサの代わりに、刃先94が係止位置となる状態、および、刃先94が非係止位置となる状態を、それぞれ検出可能な光センサを爪92に対して設けてもよい。この光センサは爪92の検出手段として機能する。このようにすれば、刃先94がロータリング30の正方向の回転に応じて、係止位置と非係止位置との両位置を交互に移動するので、爪92の移動位置を検出手段で検出すれば、ロータリング30の正方向の回転量を取得することができる。
In addition, instead of the optical sensor provided for the
[爪車の爪歯のピッチ]
図12に示すように、ロータリング30の1ステップ分の回転角度は、爪車91の外周に沿って形成される爪歯93の1ピッチに対応する爪車91の回転角度の整数倍となるように設定されている。
これによって、圧電アクチュエータ4をステップ駆動、すなわち一定の間隔で間欠的に駆動させた場合に、刃先94と爪歯93との係止位置と、ロータリング30の1ステップ駆動分の回転位置とを一致させることができ、刃先94と爪歯93との係止が不十分な位置でロータリング30が停止するというようなことが生じない。従って、圧電アクチュエータ4の停止中に確実にロータリング30の逆回転を防止できる。また、圧電アクチュエータ4の1ステップ分の駆動中に刃先94と爪歯93との係止状態が複数回生じるので、圧電アクチュエータ4の駆動中であってもロータリング30の逆回転を防止し易くなる。
なお、ロータリング30の1ステップ分の回転角度は、爪歯93の1ピッチに対応する爪車91の回転角度と同じになるように設定されていてもよい。
[Pitch of claw teeth of a claw wheel]
As shown in FIG. 12, the rotation angle for one step of the
As a result, when the
The rotation angle for one step of the
[支持アームに対する振動子およびロータ伝え車の配置]
図13は、圧電駆動装置10Aの一部を示す平面図である。
ここで、振動子20およびロータリング30の接触部分を接触部分Aとし、ロータ歯車32およびロータ伝え歯車40Aの係合部分を係合部分Bとし、支持アーム351の軸部352中心とロータリング30のロータ回転軸31中心とを通る直線を直線Cとして説明する。
図13に示すように、当接部212およびロータリング30の接触部分Aは、直線Cに対して一方の側に配置されており、ロータ歯車32およびロータ伝え歯車40Aの係合部分Bは、直線Cに対して他方の側に配置されている。すなわち、接触部分Aおよび係合部分Bは、直線Cを挟む位置にそれぞれ設けられている。
[Arrangement of vibrator and rotor transmission wheel to support arm]
FIG. 13 is a plan view showing a part of the
Here, a contact portion between the
As shown in FIG. 13, the
この構成によれば、衝撃等によって、支持アーム351が押圧ばね353の押圧方向とは反対側に揺動して、振動子20がロータリング30の逆方向の回転を摩擦力で保持できなくなっても、接触部分Aと係合部分Bとが直線Cを挟む位置にそれぞれ設けられているため、ロータリング30の移動方向が、係合部分Bの係合を深める方向となる。従って、図示しない逆回転防止機構によりロータリング30の逆方向の回転を防止しさえすれば、ロータ歯車32とロータ伝え歯車40Aとの係合外れが防止されているので、渦巻ばね50に蓄積された弾性エネルギが保持される。
According to this configuration, due to an impact or the like, the
なお、本実施形態の支持アーム351に対する振動子20およびロータ伝え車5Aの配置については、図14に示すような配置としてもよい。
図14は、本実施形態の変形例に係る圧電駆動装置10Bの一部を示す平面図である。
圧電駆動装置10Bにおいて、
振動子20およびロータリング30の接触部分Aと、ロータ歯車32およびロータ伝え歯車40Aの係合部分Bとは、支持アーム351の軸部352中心とロータリング30のロータ回転軸31中心とを通る直線Cに対していずれも同じ側に配置されている。
直線Cに対して、接触部分Aおよび係合部分Bとは反対側には、揺動規制手段36が設けられている。
揺動規制手段36は、衝撃等によりロータリング30が振動子20から離れた際に、支持アーム351がその押圧方向に反する方向に回転することを規制するようになっている。
揺動規制手段36としては、図14に示すような支持アーム351と直接、当接する当接部材361が例示される。当接部材361と支持アーム351との間には、所定の隙間Sが設けられている。衝撃等により支持アーム351が揺動した際に、ロータ歯車32およびロータ伝え歯車40Aの係合量Kが零となる手前で、支持アーム351と当接部材361とが当接するように、隙間Sが設定されている。
In addition, about the arrangement | positioning of the vibrator |
FIG. 14 is a plan view showing a part of a
In the
The contact portion A of the
On the side opposite to the contact portion A and the engagement portion B with respect to the straight line C, a
The
As the
このような構成によれば、直線Cに対して他方の側には、揺動規制手段36が配置されているので、ロータリング30が振動子20から離れる方向に支持アーム351が揺動した場合であっても、支持アーム351の揺動が揺動規制手段36によって規制される。
従って、揺動規制手段36を設ければ、接触部分Aおよび係合部分Bを直線Cに対して同じ側に配置した場合であっても、係合部分Bの係合が維持されるので、渦巻ばね50に蓄積された弾性エネルギを保持することができ、また、配置の自由度を高めることもできる。
According to such a configuration, the
Therefore, if the
[時計の回路構成]
次に、時計1の回路構成について、図15に基づいて説明する。
時計1の駆動回路は、一次電池または二次電池等からなる電源101によって駆動される発振回路102、分周回路103、制御回路104を備えている。
発振回路102は、水晶振動子等の基準発振源を有し、発振信号を分周回路103に出力する。
分周回路103は、発振回路102から出力された発振信号が入力され、この発振信号に基づいて時計基準信号(例えば1Hzの信号)を出力する。
[Circuit configuration of the watch]
Next, the circuit configuration of the timepiece 1 will be described with reference to FIG.
The driving circuit of the timepiece 1 includes an
The
The
制御回路104は、分周回路103から出力された基準信号に基づいて時刻をカウントするとともに、時計仕様にあった時計駆動信号の出力を時計駆動回路106に指示する。
例えば、時計1が時針、分針、秒針を備える場合のように1秒ごとにステップ運針を行う場合には、制御回路104は、時計駆動信号を1秒に1回出力するように時計駆動回路106に指示する。
一方、時計1が時針および分針の2針時計であり、分針を20秒間隔で2度ずつ送る場合には、制御回路104は、時計駆動信号を20秒に1回出力するように時計駆動回路106に指示する。
The
For example, when the timepiece 1 performs step hand movement every second as in the case where the timepiece 1 includes an hour hand, a minute hand, and a second hand, the
On the other hand, when the timepiece 1 is a two-hand timepiece having an hour hand and a minute hand and the minute hand is sent twice every 20 seconds, the
また、制御回路104は、検出回路(検出手段)107と接続され、検出回路107から出力される検出信号をトリガーとして、時計駆動回路106の動作を制御する。
検出回路107は、ロータリング30の移動量(回転角度)が所定量に到達したかを検出し、検出信号を制御回路104に出力するものである。本実施形態では、ロータリング30に対してダイレクトに動く中間車71の回転角度を検出し、間接的にロータリング30の移動量を取得するようになっている。従って、検出回路107は、LED等による光学的な検出、ばね等によるメカ接点、磁気センサによるものなど、ロータリング30の回転量(回転角度)を検出可能な各種センサが利用できる。
さらに、検出回路107は、中間車71の代わりに、ロータ伝え歯車40Aの回転角度を検出するものでもよい。すなわち、ロータリング30から渦巻ばね50の手前に設けられ、ロータリング30と共に回転する部材の移動量を検出してもよい。あるいは、中間車71等を介さず、ロータリング30またはロータ歯車32の回転角度を直接的に検出するものでもよい。
なお、本実施形態では、前述のとおり、中間車71の回転量を検出する光学式の検出回路(検出手段)107が設けられている。
The
The
Further, the
In the present embodiment, as described above, the optical detection circuit (detection means) 107 that detects the rotation amount of the
そして、前記制御回路104は、検出回路107から検出信号が出力されると、つまりロータリング30が所定量移動したことを検出すると、時計駆動回路106に対して駆動信号の出力を停止させる制御つまり圧電駆動装置10Aを停止させる制御を行う。
例えば、秒針を1秒間隔でステップ運針する場合、制御回路104は時計駆動回路106に対して1秒毎に駆動信号を出力するように指示する。この場合、検出回路107は、秒針が1秒分つまり6度回転するのに対応する所定角度だけロータリング30が回転することを検出するように設定され、検出回路107でロータリング30が前記所定角度回転したことを検出すると、制御回路104は時計駆動回路106に対して駆動信号の出力を停止させる。このため、圧電駆動装置10Aは1秒間隔で秒針を1秒分移動させる量だけ駆動する。
また、二針時計のように、20秒間隔で分針を2度ずつ送る場合は、制御回路104は時計駆動回路106に対して20秒毎に駆動信号を出力するように指示する。この場合、検出回路107は、分針が20秒分つまり2度回転するのに対応する所定角度だけロータリング30が回転することを検出するように設定され、検出回路107でロータリング30が前記所定角度回転したことを検出すると、制御回路104は時計駆動回路106に対して駆動信号の出力を停止させる。
When the detection signal is output from the
For example, when the second hand is stepped at intervals of 1 second, the
In addition, when the minute hand is sent twice at intervals of 20 seconds as in a two-hand timepiece, the
また、制御回路104には、リューズやボタンなどの時刻修正機構108の操作を検出する操作検出部109が接続されている。操作検出部109は、時刻修正機構108の所定の操作を検出すると、その操作を検出して所定の信号を制御回路104に送る。制御回路104は、操作検出部109からの信号に基づいて、時計駆動回路106に対し、駆動信号の出力つまり圧電駆動装置10Aの駆動開始や、駆動信号の出力停止つまり圧電駆動装置10Aの駆動停止を指示する。
例えば、時刻修正のために、リューズを引き出した際には、指針の運針を停止する必要がある。このため、操作検出部109がリューズの引き出し操作の検出信号を出力すると、制御回路104は、圧電駆動装置10Aの駆動を停止する制御信号を時計駆動回路106に出力する。一方、操作検出部109がリューズの押し込み操作の検出信号を出力すると、制御回路104は、圧電駆動装置10Aの駆動を開始する制御信号を時計駆動回路106に出力する。
In addition, an
For example, when the crown is pulled out to correct the time, it is necessary to stop the hand movement of the pointer. For this reason, when the
時計駆動回路106は、制御回路104からの制御信号を受けて、圧電駆動装置10Aの駆動信号を出力する。具体的には、時計駆動回路106は、交流信号(パルス信号)によって圧電駆動装置10Aの圧電素子22に所定周波数の駆動電圧を印加させて駆動する。
なお、圧電駆動装置10Aの駆動周波数の制御方法は特に限定せず、例えば、特許文献(特開2006−20445号公報)に開示されているように、圧電素子22へ供給される駆動信号の周波数を、駆動可能な周波数範囲を含む広い範囲でスイープ(変化)させ、確実に圧電駆動装置10Aを駆動させる方法でも良いし、特許文献(特開2006−33912号公報)に開示されているように、圧電素子22に供給される駆動信号の周波数と圧電素子22の振動状態から得られる検出信号との位相差を駆動に適した所定の目標位相差となるように駆動信号の周波数を変更させる方法でも良いし、あらかじめ温度毎に設定された固定周波数で駆動させる方法でも良い。
また、圧電駆動装置10Aの圧電素子22に電圧印加の対象となっていない検出電極を設け、この検出電極から出力される検出信号を制御回路104にフィードバックして前記駆動信号の周波数を制御してもよい。この検出信号によって、制御回路104は、圧電駆動装置10Aの駆動状態を確認して、駆動信号の周波数をフィードバック制御できる。
The
The method for controlling the drive frequency of the
In addition, a detection electrode that is not subject to voltage application is provided on the
運針機構110は、圧電駆動装置10A(圧電アクチュエータ4およびロータ伝え車5A)で駆動される輪列などで構成され、本実施形態では、図11に示す三番車11、二番車12、日の裏車13、筒車14を備えている。
この運針機構110は、圧電駆動装置10Aから得られる移動量を計時情報表示部である時刻表示部(指針)の時刻表示に適した移動量に変換して、時刻表示部を駆動する。本実施形態では、運針機構110は、減速輪列であり、所定の減速比で圧電駆動装置10Aの移動量(ロータリング30の回転量)を分針2の回転量に減速させる。例えば、運針機構110の減速比が1/6であるとすると、分針2を20秒毎に2度ずつ回転させるには、圧電駆動装置10Aの被駆動体であるガンギ歯車60Aを12度回転させればよい。また、ガンギ歯車60Aを12度回転させるには、ロータリング30からガンギ歯車60Aまでの増速比が1.2であるとすると、振動子20によってロータリング30を10度回転させればよい。なお、ロータリング30から中間車71への増速比が6倍であるとすると、中間車71が60度回転する度に検出信号が出力されるように検出回路107を設定すればよい。
The
The
本実施形態では、以上のような回路構成に加えて、前述のアンクル8およびガンギ歯車60Aによる移動規制装置が設けられているので、運針機構110を介して回転される分針2の回転量を精度良く制御することができる。すなわち、アンクル8の一方のアンクル爪82,83がガンギ歯車60Aのガンギ歯62に係合している状態で、圧電アクチュエータ4が1ステップ駆動を開始し、ロータリング30が1ステップ分回転した際、アンクル8の他方のアンクル爪82,83が次のガンギ歯62に係合するようになっている。このように、ロータリング30が1ステップ当り10度回転すると、アンクル爪82,83のガンギ歯62への係合が切り替わるように設定されており、ガンギ歯車60A(すなわち分針2)の1ステップ分の回転角度が保持される。
なお、検出回路107の検出誤差を考慮し、ロータリング30が10度を少し上回る角度(例えば11度)まで回転したら検出回路107がロータリング30の回転角度を検出するようにして、検出回路107がロータリング30が少なくとも10度以上回転することを検出するように設定してもよい。この場合、カム車72の回転角度も多少大きくなるが、図12に示すように、その際のカム回転軸73から切欠部84に当接するカム77の側面までの距離の変化量は小さいため、アンクル8も殆ど移動せず、アンクル爪82,83のガンギ歯62への係合状態も維持できる。また、ロータリング30が多少オーバーランした場合、アンクル爪82,83に係合して停止するガンギ歯車60Aに対し、ロータ伝え歯車40Aが回転するが、その回転分は渦巻ばね50が巻かれることで吸収でき、かつ、それによる渦巻ばね50の弾性エネルギの変化も僅かであるため、分針2の運針に影響することはない。
In the present embodiment, in addition to the circuit configuration as described above, the movement restricting device using the
In consideration of the detection error of the
[圧電駆動装置の動作]
ロータリング30は、振動子20により図12における時計回りに回転する。ロータリング30の回転は、中間車71とロータ伝え歯車40Aにそれぞれ伝達される。中間車71の回転はカム車72に伝達される。ロータ伝え歯車40Aの回転は、渦巻ばね50の弾性エネルギを介してガンギ歯車60Aに伝達される。
ここで、ロータリング30からロータ伝え歯車40Aまでの輪列は、ロータリング30が10度回転する場合に、ロータ伝え歯車40Aが12度に増速して回転する設定となっている。また、ロータリング30の回転は、カム車72に増速して伝達され、ロータリング30が10度回転する場合に、カム車72が180度回転する設定となっている。
アンクル8がガンギ歯車60Aの回転を規制している間は、ガンギ歯車60Aは停止したままで、渦巻ばね50が弾性変形して、ロータリング30の回転エネルギを弾性エネルギとして蓄積する。続いて、カム車72が回転して、カム77の偏心によってアンクル8が揺動し、ガンギ歯車60Aと係合するアンクル8の一方の爪がガンギ歯車60Aのガンギ歯62から外れると、ガンギ歯車60Aは、渦巻ばね50の弾性エネルギにより回転する。その際、アンクル8の他方の爪の先端部分がガンギ歯62間に挿入されている。アンクル8の他方の爪がさらにガンギ歯62間の内部に挿入され、ガンギ歯62が爪に当接すると、再びガンギ歯車60Aの回転を規制する。なお、アンクル8の1往復の揺動で、ガンギ歯車60Aは1ピッチ(24度)回転する。つまり、ロータリング30が10度回転すると、カム車72は180度回転し、それによって、アンクル8が一方向に移動し、ガンギ歯車60Aは12度回転する。その際、ロータ伝え歯車40Aは、12度回転されるので、渦巻ばね50は、初期状態に戻る。従って、ガンギ歯車60Aは、アンクル8の揺動によって、間欠的に駆動される。
すなわち、アンクル8の一方のアンクル爪82がガンギ歯車60Aのガンギ歯62と係合している状態がスタート時(図12の図示状態)として、カム77が回転し始めて、一方のアンクル爪82がガンギ歯62と離れ、アンクル8の他方のアンクル爪83が他のガンギ歯62と係合し、更に他方のアンクル爪83が他のガンギ歯62と離れ、再び一方のアンクル爪82がガンギ歯車60Aのガンギ歯62と係合し、カム77の回転が停止するまでのサイクルを、アンクル8の1往復という。したがってアンクル8の1往復は、アンクル8の1揺動往復となる。
[Operation of Piezoelectric Drive]
The
Here, the train wheel from the
While the
That is, when the state in which one
なお、渦巻ばね50の弾性エネルギは、ガンギ歯車60Aを反時計回りに回転させる方向に付勢するので、アンクル爪82,83がガンギ歯62と当接している状態では、互いの摩擦力が増大される。
また、外部からの衝撃などで、アンクル8が揺動しようとするモーメントが働いても、アンクル8はカム車72とのカム機構によって連結されており、アンクル8からカム77に働く力の方向が、ほぼカム77の回転中心方向となるので、アンクル8からカム車72への回転エネルギの伝達はされない。従って、衝撃でアンクル8が揺動する方向の力が作用しても、カム77を回転させる力としては伝達されないので、アンクル8が揺動してガンギ歯車60Aの規制が解除されることはなく、指針等の位置を保持することができる。
The elastic energy of the
Even if a moment that the
このような本実施形態によれば、前記(1)〜(10)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(11)前記(1)の効果と同様に、渦巻ばね50によって圧電アクチュエータ4に加わる起動時の負荷が軽減され、消費される起動電力を低減させることができる。
特に、アナログ時計では、棒状の分針2は大きな慣性モーメントを持ち、かつ、指針形状は時計のデザイン(モデル)で変化する。このため、時計のモデル毎に分針2による慣性モーメントも異なり、従来の方法では消費電力も変化する。このことは、電池で駆動される時計の場合、モデルによって電池寿命も変化してしまうことになる。
これに対し、本実施形態では、前記渦巻ばね50を設けることで、分針2の慣性モーメントが圧電アクチュエータ4に作用しないため、分針2の慣性モーメントの変化の影響をキャンセルでき、低電力で駆動でき、かつモデルによる電池寿命の変化を防止できる。
その上、分針2に比べて慣性モーメントの大きな円板状の指針も使用することができ、時計のデザイン自由度を向上できる。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (10), the following effects can be achieved.
(11) Similar to the effect of (1) above, the startup load applied to the
In particular, in an analog timepiece, the rod-shaped
In contrast, in this embodiment, by providing the
In addition, a disc-shaped pointer having a large moment of inertia compared to the
(12)圧電アクチュエータ4の駆動によってガンギ歯車60Aに回転エネルギが加えられるとともに、アンクル8によってガンギ歯車60Aが一定角度毎に回転を規制されるので、圧電アクチュエータ4の駆動量に対してガンギ歯車60Aの回転量が一義的に決まらなくても、ガンギ歯車60Aが一定角度回転すれば、アンクル8がガンギ歯車60Aの回転角度を一定角度に規制するので、ガンギ歯車60Aの回転量は正確に一定となる。従って、圧電アクチュエータ4によって回転されるガンギ歯車60Aのオーバーランを防止できるので、ロータリング30の回転角度を厳密に制御する必要がなく、ガンギ歯車60Aの回転角度の精度を向上させることができ、ガンギ歯車60Aで回転される分針2等の表示手段の表示精度を向上させることができる。
(12) Rotational energy is applied to the
(13)また、アンクル8およびガンギ歯車60Aを設けることで、ガンギ歯車60Aつまりは分針2の移動を精度良く制御できる。このため、検出回路において、検出誤差を考慮し、ロータリング30が所定の目標値よりも多少大きく回転したことを検出するように設定した場合でも、そのオーバーラン分はカム車72、アンクル8、ガンギ歯62、渦巻ばね50等で吸収でき、ガンギ歯車60Aや分針2は正確に駆動できる。
(14)さらに、ガンギ歯車60Aにアンクル爪82,83が噛み合っているので、リューズなどの時刻修正機構による時刻修正操作時に輪列が回転することを規制できる。このため、一般的なクオーツ時計において時刻修正時に輪列が回転することを規制する規制レバーの機能を実現でき、本実施形態では規制レバーを不要にできる。
(13) By providing the
(14) Furthermore, since the
(15)ガンギ歯車60Aの駆動源と、アンクル8の駆動源を共通化することができるので、部品点数の低減および時計の小型化を図ることができる。
(16)カム77によってアンクル8の往復動作が実施されるので、アンクル8の駆動源としての圧電アクチュエータ4を両方向の回転可能に構成する必要がなく、一方向に回転可能な構成とすることができる。特に、矩形板状の振動子20を用いているので、片回転式はロータリング30との接触位置を自由に選択できるので駆動力の伝達効率が向上され、低電力化や高トルク化を促進できる。
(15) Since the drive source of the
(16) Since the
(17)検出回路107を設け、中間車71つまりはロータリング30の移動量を検出しているので、分針2の移動量も正確に設定できる。すなわち、圧電アクチュエータ4の振動子20とロータリング30とは摩擦によってトルクを伝達しているので、圧電アクチュエータ4の駆動時間によってロータリング30の回転量を正確に設定することは難しい。そこで、本実施形態では、実際にロータリング30やロータリング30とダイレクトに駆動する中間車71の移動量を検出回路107で検出しており、検出回路107でロータリング30が所定量移動した時点で駆動を停止しているので、ロータリング30つまりは分針2を正確に移動できる。
(17) Since the
(18)ロータリング30の回転速度よりもロータ伝え歯車40Aおよび中間車71の回転速度の方がそれぞれ大きいので、ロータリング30の回転トルクが最も大きくなる。そして、ロータリング30に対して逆回転防止機構90が設けられているので、刃先94を爪歯93に付勢する力をできる限り小さくすることができ、効率よくロータリング30の逆方向の回転を防止することができる。
(18) Since the rotational speeds of the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る時計における圧電駆動装置10Cについて図16に基づいて説明する。
図16は、本実施形態の時計における駆動機構を示す平面図である。
圧電駆動装置10Cは、前述の第2実施形態の圧電駆動装置10Aに対して、爪92が支持アーム351Aに支持される構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。
例えば、第2実施形態における時計の回路構成および動作、圧電アクチュエータ4の構成および動作、ロータ伝え車5Aの構成および動作、図示しない解放規制部(位置決め穴と位置決めピン)の基本構造および基本動作、ガンギ歯車60Aの移動規制装置の構成および動作は、第3実施形態においても同様である。また、第3実施形態のロータ押圧機構35、逆回転防止機構90Aの基本構成および基本動作は、第2実施形態と同様であり、ロータリング30の回転量検出手段と動作は、第2実施形態と同様の中間車の回転量を検出する光学式検出手段が用いられ、同様の動作を行うものである。
[Third Embodiment]
Next, a
FIG. 16 is a plan view showing a drive mechanism in the timepiece of the present embodiment.
The
For example, the circuit configuration and operation of the timepiece according to the second embodiment, the configuration and operation of the
図16に示すように、地板に回転可能に配設された支持アーム351Aには、爪92の軸部95が固定され、この軸部95を中心に爪92が回転移動可能に設けられている。爪92の先端である刃先94は、板ばね96によって爪歯93に付勢されている。
図17は、本実施形態の変形例に係る逆回転防止機構90Bを示す平面図である。図17に示すように、刃先94Aは、ルビーで形成され、爪92Aの先端部に固定されていてもよい。刃先94Aとしてルビーを用いることによって、刃先94Aの摩擦係数が小さくなり、ロータの負荷を低減させることができる。
As shown in FIG. 16, a
FIG. 17 is a plan view showing a reverse
このような本実施形態によれば、前記(1)〜(18)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(19)支持アーム351Aが爪車91および爪92の両方を支持しているので、支持アーム351Aが揺動した場合であっても、爪車91および爪92の相対位置が変化せず、係止が解除されないので、ロータリング30の逆方向の回転を確実に防止できる。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (18), the following effects can be achieved.
(19) Since the
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る時計における圧電駆動装置10Dについて図18に基づいて説明する。
図18は、本実施形態の時計における圧電駆動装置10Dを示す平面図である。
圧電駆動装置10Dは、前述の第2実施形態の圧電駆動装置10Aに対して、ロータに対する逆回転防止機構90Cの配置が相違するもので、その他の構成は略同様である。
図18に示すように、支持アーム351Bには、爪92の軸部95が固定され、この軸部95を中心に爪92が回転移動可能に設けられている。そして、爪92の先端である刃先94は、板ばね96によって爪歯93に付勢されている。
[Fourth Embodiment]
Next, a
FIG. 18 is a plan view showing the
The
As shown in FIG. 18, the
ここで、板ばね96の付勢力は、衝撃等によって爪92に生じるモーメントを抑えられるほど大きく設定されていない。例えば、前記実施形態の図16に示すような爪車91に対する爪92の位置では、ロータリング30が振動子20から離れる方向に衝撃が加わった際に、爪92には、軸部95回りにロータリング30から離れる方向にモーメントが働くので、爪92が爪歯93から離れてしまう可能性がある。
これに対して、本実施形態での図18に示す爪車91と爪92との位置関係では、ロータリング30が振動子20から離れる方向に衝撃が加わった際に、爪92には軸部95回りに爪車91に食い込む方向にモーメントが働くようになっている。従って、モーメントによって刃先94が爪歯93に付勢される方向に移動するので、爪92と爪歯93との係止が維持される。なお、支持アーム351Bが揺動しても、爪92が支持アーム351Bに軸支されているので、相対位置が変化しない。
Here, the urging force of the
On the other hand, in the positional relationship between the
このような本実施形態によれば、前記(1)〜(19)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(20)衝撃等によって、ロータリング30が振動子20から離れる方向に移動した場合であっても、爪92に生じるモーメントによって、刃先94が爪歯93に付勢される方向に移動するので、爪92と爪車91との係止が維持され、ロータリング30の逆方向の回転が防止される。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (19), the following effects can be achieved.
(20) Even when the
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係る時計における圧電駆動装置10Eについて図19に基づいて説明する。
図19は、本実施形態の時計における圧電駆動装置10Eを示す平面図である。
圧電駆動装置10Eは、前述の第2実施形態の圧電駆動装置10Aに対して、ロータリング30を振動子20に押圧させるロータ押圧機構35ではなく、振動子20をロータリング30に押圧させる振動子押圧機構37を備える点が相違するもので、その他の構成は略同様である。
図19に示すように、振動子押圧機構37は、所定の回転軸213周りに回転可能に設けられるとともに振動子20を支持する振動子支持部材としての腕部211Aと、振動子20をロータリング30に接触させる方向に、腕部211Aを押圧して回転させる振動子押圧部材としての押圧ばね373と、を有して構成されている。
[Fifth Embodiment]
Next, a
FIG. 19 is a plan view showing the
The
As shown in FIG. 19, the
このような本実施形態によれば、前記(1)〜(18)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(21)ロータリング30を振動子20側から押圧することで、ロータリング30のロータ回転軸31を地板15等に設けることができ、ロータリング30の位置座標が変化しないので、ロータ歯車32とロータ伝え歯車40Aとの係止外れが防止される。また、ロータ歯車32に対する、ロータ伝え歯車40Aおよび中間車71の係合もそれぞれ保持される。従って、ロータリング30の逆回転が確実に防止され、中間車71によるロータの回転角度の誤検出による位相ずれも防止される。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (18), the following effects can be achieved.
(21) By pressing the
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態に係る時計における圧電駆動装置10Fについて図20、21に基づいて説明する。
図20および21は、本実施形態の時計における圧電駆動装置10Fを示す平面図および縦断面図である。
圧電駆動装置10Fは、前述の第5実施形態の圧電駆動装置10Eに対して、ロータリング30が、ロータ伝え歯車40Aを介さないで、直接的に渦巻ばね50を巻き上げるように構成されている点が相違するもので、その他の構成は略同様である。
例えば、第5実施形態における振動子押圧機構37の構成および動作、ガンギ歯車60Aの移動規制装置、逆回転防止機構90の基本構成および基本動作は、第6実施形態においても同様である。
図20、21に示すように、ガンギ歯車60Aは、ロータリング30に対して同軸上に構成されている。すなわち、図21にてロータリング30、ロータ歯車32、爪車91は、共通の筒部38に固定され、この筒部38は、ロータ回転軸31Aの外周を回転自在に支持されている。筒部38よりも輪列受16側(図中の上方)のロータ回転軸31Aには、ガンギ歯車60Aが固定されており、ロータリング30とガンギ歯車60Aとは渦巻ばね50で接続されている。筒部38よりも地板15側(図中の下方)のロータ回転軸31Aには、ガンギかな67が固定されており、ガンギかな67は、ガンギ歯車60Aと一体で回転するようになっている。
なお、逆回転防止機構90は、ロータリング30に対して設けられているので、ロータリング30が直接、渦巻ばね50を巻き上げる構成であっても、ロータリング30の逆方向の回転を防止することができ、渦巻ばね50の弾性エネルギを維持できる。
[Sixth Embodiment]
Next, a
20 and 21 are a plan view and a longitudinal sectional view showing the
The
For example, the basic configuration and basic operation of the
As shown in FIGS. 20 and 21, the
In addition, since the reverse
このような本実施形態によれば、前記(1)〜(18)および(21)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(22)ロータリング30の回転軸とガンギ歯車60Aの回転軸とが、同一の軸上に形成されているので、ロータリング30およびガンギ歯車60Aの間に渦巻ばね50を配置して、渦巻ばね50をコンパクトに収納できる。また、ロータ伝え歯車40Aが不要となるので、部品点数の削減および地板15に沿った平面的な配置空間の削減が可能となる。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (18) and (21), the following effects can be achieved.
(22) Since the rotation shaft of the
[第7実施形態]
次に、本発明の第7実施形態に係る時計における圧電駆動装置10Gについて図22に基づいて説明する。
図22は、本実施形態の時計における圧電駆動装置10Gを示す平面図である。
圧電駆動装置10Gは、前述の第3実施形態の圧電駆動装置10Cに対して、逆回転防止機構90Dの係止部材として係止用板ばね98を用いた構成が相違するもので、その他の構成は略同様である。
図22に示すように、逆回転防止機構90Dは、ロータ歯車32および当該ロータ歯車32の歯321に当接する長方形状の係止用板ばね98から構成されている。
係止用板ばね98の長手方向は、被係止部である歯321との当接部分からロータ歯車32の接線方向に略沿って配置されている。係止用板ばね98の基端は、固定部982を介して支持アーム351Bに固定されている。係止用板ばね98は弾性変形した状態で設置され、先端981が歯321をロータ歯車32の回転中心方向に付勢するようになっている。また、係止用板ばね98は、ロータ歯車32の逆方向の回転に対して、歯321が係止用板ばね98の先端981に係止されるようになっている。ここで、係止用板ばね98は、渦巻ばね50の弾性エネルギによるロータ歯車32の逆方向の回転力に対して、座屈しない程度の剛性を有している。
[Seventh Embodiment]
Next, a
FIG. 22 is a plan view showing the
The
As shown in FIG. 22, the reverse
The longitudinal direction of the locking
この構成により、ロータリング30の逆方向の回転に対して、係止用板ばね98の先端981が、歯321の谷部の内側面を係止して、ロータリング30の回転移動を防止する。一方、ロータリング30の正方向の回転に対して係止用板ばね98の先端981は、歯321を係止せず、ロータリング30の回転移動を許容する。
なお、図示を省略するが、係止用板ばね98の代わりにブラシを使用してもよい。すなわち、ブラシの各毛の先端が、ロータ歯車32の歯321を付勢するように弾性変形した状態で配置され、ロータリング30の逆方向の回転に対して、歯321の谷部の側面を係止してロータリング30の回転移動を防止してもよい。このようにすれば、係止用板ばね98の場合と同様の効果が得られる。
With this configuration, the
Although not shown, a brush may be used instead of the locking
このような本実施形態によれば、前記(1)〜(19)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(23)ロータリング30の逆方向の回転に対して、係止用板ばね98の先端981がロータ歯車32の歯321に係止するので、ロータリング30の逆方向の回転を防止できる。従って、被係止部材として爪車等を設けた場合に比べて、ロータの回転系の慣性モーメントが軽減されるので、ロータリング30の回転駆動に必要な回転トルクの低減化を図ることができる。また、部品点数を削減できるという効果もある。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (19), the following effects can be achieved.
(23) Since the
[第8実施形態]
次に、本発明の第8実施形態に係る時計における圧電駆動装置10Hについて図23に基づいて説明する。
図23は、本実施形態の時計における圧電駆動装置10Hを示す平面図である。
圧電駆動装置10Hは、前述の第2実施形態の圧電駆動装置10Aと同様の圧電アクチュエータ4と、ロータ歯車32と噛合する中間車71と、中間車71と噛合するカム部材としてのカム車72Aと、カム車72Aによって揺動する係止部材である爪レバー79と、爪レバー79によって回転駆動するロータ伝え車5Bとを有して構成されている。
カム車72Aは、中間車71と噛合するカムかな721と、このカムかな721に対してそれぞれ異なる角度で偏芯して設けられた爪レバー用カム722およびアンクル用カム723とを有する。爪レバー用カム722は、爪レバー79を揺動させ、アンクル用カム723は、アンクル8を揺動させるためのものである。なお、爪レバー用カム722およびアンクル用カム723は、同一でもよい。
[Eighth Embodiment]
Next, a
FIG. 23 is a plan view showing the
The
The
爪レバー79は、爪レバー用カム722の外周に嵌め込まれた爪レバー本体部791と、爪レバー本体部791から延設された2本の押し爪792および引き爪793とを有して構成されている。
押し爪792および引き爪793は、各先端部に刃794を備え、ロータ伝え車5Bに設けられた被係止部材である爪車40Bを挟むようにして配置されている。また、押し爪792および引き爪793は、それぞれ爪車40Bの歯を付勢するように弾性変形した状態で配置されており、押し爪792および引き爪793の各刃794が爪車40Bの歯に当接している。押し爪792および引き爪793は、ロータリング30の正方向の回転に対して、爪車40Bの歯を係止せず、一方、ロータリング30の逆方向の回転に対して、爪車40Bの歯を係止するように設けられている。
The
The pushing
ロータ伝え車5Bは、爪レバー79により正方向にのみ回転駆動する爪車40Bと、爪車40Bによって巻き上げられる渦巻ばね(図示を省略)と、渦巻ばねの一端と連結されるとともにアンクル8に間欠的に係止されるガンギ歯車60Aと、ガンギかな67とを有して構成される。このようにロータ伝え車5Bは、第2実施形態のロータ伝え車5Aにおいて、ロータ伝え歯車40Aを爪車40Bに置き換えたものに相当する。
ガンギかな67の回転力は、伝達歯車17、三番車11A、二番車12Aからなる輪列に伝達され、図示しない指針を回転駆動するようになっている。
本実施形態では、爪レバー79および爪車40Bによって逆回転防止機構90Eが構成される。また、アンクル8およびガンギ歯車60Aによって第2実施形態と同様の移動規制装置が構成される。
The
The rotational force of the
In the present embodiment, the
このような構成により爪レバー79がカム車72Aによって揺動すると、爪レバー79が爪車40Bを正方向にのみ回転駆動させる。爪車40Bが正方向に回転すると、渦巻ばね50が巻き上げられ、渦巻ばね50に弾性エネルギが蓄積される。爪レバー79により、爪車40Bの逆方向の回転が防止されているので、蓄積された弾性エネルギの解放が規制される。
With this configuration, when the
このような本実施形態によれば、前記(1)〜(18)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(24)カム車72Aは、爪レバー79を揺動させて爪車40Bを介して渦巻ばね50に弾性エネルギを蓄積させることができるとともに、アンクル用カム723により、アンクル8を揺動させて、ガンギ歯車60Aの回転角度を規制することができる。従って、アンクル8を往復運動させる駆動系統と、爪レバー79を揺動させる駆動系統とを個々に設ける場合と比べて、部品点数の削減を図ることができるとともに、2系統の輪列の位相がずれるということも防止できる。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (18), the following effects can be achieved.
(24) The
[本発明の変形例]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第1実施形態では、第1ロータ伝え歯車40が位置決め穴42を有し、第2ロータ伝え歯車60が位置決めピン61を有している解放規制部を例示したが、例えば、第1ロータ伝え歯車40が位置決めピンを有し、第2ロータ伝え歯車60が位置決め穴を有していてもよい。また、解放規制部は、少なくとも渦巻ばね50の初期たわみを維持するものであればよく、ピンと穴とによる係合以外の方法、例えば、第1、第2ロータ伝え歯車にそれぞれ互いに当接可能な突起部を形成してもよい。
[Modification of the present invention]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the first embodiment, the first
前記第1実施形態では、弾性装置として渦巻ばね50を使用し、外周方向の端部を第1ロータ伝え歯車40に固定し、中心方向の端部を第2ロータ伝え歯車60に固定し、第1ロータ伝え歯車40を圧電アクチュエータの駆動方向に先行して回転させた場合に、渦巻ばね50の変形量が増大する方向に取り付けたが、渦巻ばねの巻き方向が逆のものを使用するとともに、固定方法を逆にしてもよい。すなわち、渦巻ばねの中心方向の端部を第1ロータ伝え歯車に固定し、外周方向の端部を第2ロータ伝え歯車に固定し、第1ロータ伝え歯車だけを先行して回転させた場合に、渦巻ばねの変形量が増大する方向(渦巻ばねを第2ロータ伝え歯車側から見て、左回りの渦を形成する方向)に取り付けてもよい。
In the first embodiment, the
前記各実施形態では、弾性装置として渦巻ばねを使用したが、これに限らず、U字ばね、片持ちばね、コイルばね等を使用してもよい。また、ばね素線の断面が円形の渦巻ばね50を例示したが、矩形等の断面形状の渦巻ばねでもよい。
前記各実施形態では、中間車71の回転量を検出する検出手段を例示したが、ロータ歯車32の移動量を検出する検出手段としてもよい。または、爪、係止用板ばね、ブラシ、爪レバー等の係止部材の移動位置を検出する検出手段としてもよい。各実施形態において検出手段としては、光学式以外のどのような方式でもよく、例えば磁気式、機械式(接点方式、部材同士の係合・非係合方式など)でもよい。ただし、外部の磁気の影響を受けた場合のことを考慮すると、光学式の検出手段の方が好適である。
In each of the above embodiments, the spiral spring is used as the elastic device. However, the invention is not limited to this, and a U-shaped spring, a cantilever spring, a coil spring, or the like may be used. Moreover, although the
In each of the above embodiments, the detection means for detecting the rotation amount of the
第2実施形態においては、圧電アクチュエータを1つ設けており、この圧電アクチュエータが第1伝達経路とともに第2伝達経路の駆動源となるものであったが、第1伝達経路駆動用の第1の圧電アクチュエータと、第2伝達経路駆動用の第2の圧電アクチュエータとを別々に設けるようにしても良い。
例えば、第1の圧電アクチュエータの振動子20で、中間車71またはロータ伝え歯車40Aを駆動し、第2の圧電アクチュエータの振動子20で、ロータリング30(中間車71とは噛み合わせないように分離させてある)またはカム車72に別途固定したロータ部材を駆動するようにしてもよい。
さらに第2実施形態において、カム車72のカム77がアンクル8の切欠部84内を回転してアンクル8を揺動するようにしていたが、アンクル8の揺動構造は上記に限定されるものではなくどのような構造であっても良い。たとえば、アンクル8の上記切欠部84が配置されている位置に切欠部の代わりに軸受穴があけられた軸受穴部材(ルビー等の硬質材にて形成)を嵌め込み固定しておき、カム車72に回転中心に対し偏心した偏心ピンを突出しておき、この偏心ピンを上記軸受穴に挿入させるようにしてもよい。この場合は、第2実施形態の構造に比べ、平面面積が小さくなり、軸受穴と偏心ピンとの摩擦が小さく接触半径が短くなる事、接触部に付着させる潤滑油が表面張力により流出しにくくなる事、等によって機械的損失が小さく効率の良い往復揺動機構が得られる。
In the second embodiment, one piezoelectric actuator is provided, and this piezoelectric actuator serves as a driving source for the second transmission path together with the first transmission path. However, the first transmission path driving first The piezoelectric actuator and the second piezoelectric actuator for driving the second transmission path may be provided separately.
For example, the
Furthermore, in the second embodiment, the
また、移動規制装置は、被回転体の回転角度を一定角度毎に規制するものに限らず、からくり時計のように、規制する回転角度が変化するように構成された移動規制装置であってもよい。すなわち、移動規制装置は、被回転体の回転角度を設定された所定角度に規制するものであればよい。 In addition, the movement restricting device is not limited to a device that restricts the rotation angle of the rotated body at every fixed angle, but may be a movement restricting device configured to change the restricting rotation angle, such as a clockwork clock. Good. That is, the movement restricting device may be any device that restricts the rotation angle of the rotated body to a predetermined angle.
前記各実施形態では、圧電駆動装置の駆動対象物として分針2を用いて説明したが、分針2としては、秒針、分針、時刻針等が例示でき、これらを組み合わせたものでもよい。また、駆動対象物としては、分針2に限らず、時計のカレンダー表示板のような回転物でもよい。
In each of the embodiments described above, the
また、逆回転防止機構90はロータリング30に対して設けなくともよく、ロータ伝え歯車40Aに設けてもよいし、中間車71やカム車72に設けてもよい。これによって、ロータを従来の構成のままとすることができ、ロータおよび振動子から構成される圧電アクチュエータを設計変更することなく、逆回転防止機構を付与することができる。ただし、できるだけトルクが大きい箇所に設ければ、ロータリング30よりも回転トルクの小さい回転体に逆回転防止機構を設ける場合よりも、逆回転防止機構の負荷の影響を最小限に抑えることができるので、前記実施形態のように最もトルクが高いロータリング30に逆回転防止機構を設けることが好ましい。
Further, the reverse
また、中間車71やカム車72に逆回転防止機構90を設ける場合、ロータ歯車32と中間車71との係合外れに関する配置上の配慮が必要となる。ロータ歯車32と中間車71との係合部分が、接触部分Aおよび係合部分Bとともに、3部分とも直線Cに対して同じ側に配置しなければ、衝撃等による係合外れを防止することができる。
Further, when the reverse
例えば、第2実施形態における爪92の代わりに、第8実施形態の爪レバー79を設けて、爪レバー79を爪車91に係止させることで、ロータリング30の逆方向の回転を防止するようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、被係止部材である爪車や歯車等が、ロータまたは伝達車と一体で回転するように設けられ、係止部材である爪や板ばね等が、地板または支持アームに揺動自在に支持さている構成を説明したが、被係止部材が地板または支持アームに固定され、係止部材がロータまたは伝達車に揺動自在に支持されている構成であってもよい。
For example, the
Further, in each of the above embodiments, the claw wheel, the gear, or the like that is the locked member is provided so as to rotate integrally with the rotor or the transmission wheel, and the claw, the leaf spring, or the like that is the locking member is connected to the base plate or the support. Although the configuration in which the arm is swingably supported has been described, the locked member is fixed to the base plate or the support arm, and the locking member is swingably supported by the rotor or the transmission wheel. Good.
なお、前述した各実施形態は、弾性装置の弾性エネルギにより被回転体が回転するものであったが、弾性装置により駆動される被駆動体は、非回転駆動するものであっても良い。上記非回転駆動は、例えば、直線駆動、直線往復駆動、円弧往復駆動等である。
たとえば、圧電振動子によって回転駆動するロータリング30の下側にピニオンが一体形成されており、このピニオンの歯車に噛み合うラチェット歯が形成されたラックが直線駆動され、このラックの先端側に配置されて前記ラックが駆動される直線方向に伸縮する弾性装置(コイルバネ等)に弾性エネルギが蓄積され、しかるべきタイミングにより弾性装置の弾性エネルギが解放されて弾性装置の先端側に配置された被駆動装置が直線駆動するようにすればよい。上記被駆動装置は所定位置まで直線駆動されると元の位置に戻るようになっている。その際、上記被駆動装置が元の位置に戻ると前記弾性装置が押圧されて前記ラックも押し戻され、ラックは前記ピニオンの外周側を逃げるように移動しながら元の位置に戻り、ラックのラチェット歯にピニオンの歯車が噛み合って位置決めされるように構成されていても良い。
なお、上記ラックを上記のように直線駆動するに際しては、上記ロータを用いずに圧電振動子が直接にラックに接触して直線駆動するようにしても良い。
In each of the embodiments described above, the rotated body is rotated by the elastic energy of the elastic device. However, the driven body driven by the elastic device may be non-rotatably driven. The non-rotational drive is, for example, linear drive, linear reciprocating drive, circular arc reciprocating drive, or the like.
For example, a pinion is integrally formed on the lower side of a
When the rack is linearly driven as described above, the piezoelectric vibrator may be linearly driven by directly contacting the rack without using the rotor.
また、本発明の圧電駆動装置は、時計に限らず、各種電子機器の駆動源としても利用できる。すなわち、本発明の圧電駆動装置を有する電子機器としては、例えば、表示針を圧電駆動装置で駆動する各種計器類や、ターンテーブルのように被駆動体を駆動させる電子機器などでもよい。特に、本発明の圧電駆動装置は、ステッピングモータなどに比べて耐
磁性能に優れているため、耐磁性が要求される駆動源として広く利用できる。
The piezoelectric driving device of the present invention can be used not only as a timepiece but also as a driving source for various electronic devices. That is, the electronic device having the piezoelectric driving device of the present invention may be, for example, various instruments that drive the display needle with the piezoelectric driving device, or an electronic device that drives the driven body such as a turntable. In particular, the piezoelectric drive device of the present invention is widely used as a drive source that requires anti-magnetism because it has excellent anti-magnetic performance compared to a stepping motor or the like.
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、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を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、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、材質等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。
In addition, the best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed above, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described with particular reference to certain specific embodiments, but without departing from the spirit and scope of the invention, Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of material, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such is included in this invention.
4…圧電アクチュエータ、10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H…圧電駆動装置、15…地板(ベース部材)、20…振動子、22…圧電素子、30…ロータリング(ロータ)、32…ロータ歯車(被係止部材)、36…揺動規制手段、40…第1ロータ伝え歯車、40A…ロータ伝え歯車、40B…爪車(被係止部材)、50…渦巻ばね(弾性装置)、60…第2ロータ伝え歯車(被回転体)、60A…ガンギ歯車(被回転体)、72A…カム車(カム部材)、79…爪レバー(係止部材)、90,90A,90B,90C,90D,90E…逆回転防止機構(解放規制手段)、91…爪車(被係止部材)、92…爪(係止部材)、93…爪歯(被係止部)、94,94A…刃先、96…板ばね(付勢部材)、98…係止用板ばね(係止部材)、107…検出回路(検出手段)、211A…腕部(振動子支持部材)、321…歯(被係止部材)、351,351A,351B…支持アーム(レバー部材)、353…押圧ばね(ロータ押圧部材)、373…押圧ばね(振動子押圧部材)、792…押し爪、793…引き爪、794…刃。
4 ...
Claims (15)
前記振動子およびロータを互いに押圧させる押圧手段と、
前記ロータの回転による回転エネルギを弾性エネルギとして蓄積可能な弾性装置と、
この弾性装置に蓄積された弾性エネルギで回転される被回転体と、を備える圧電駆動装置であって、
前記振動子による前記ロータの回転方向とは逆方向に当該ロータを回転させる前記弾性エネルギの解放を規制する解放規制手段を備えることを特徴とする圧電駆動装置。 A vibrator having a piezoelectric element, and a piezoelectric actuator having a rotor rotated by the vibrator in contact with the vibrator;
Pressing means for pressing the vibrator and the rotor together;
An elastic device capable of storing rotational energy generated by rotation of the rotor as elastic energy;
A rotating body rotated by elastic energy accumulated in the elastic device, and a piezoelectric driving device comprising:
A piezoelectric drive device comprising: release restriction means for restricting release of the elastic energy for rotating the rotor in a direction opposite to the rotation direction of the rotor by the vibrator.
前記弾性装置は、前記ロータの正方向の回転に応じて弾性エネルギを蓄積し、
前記解放規制手段は、前記ロータの逆方向の回転を防止する逆回転防止機構である
ことを特徴とする圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 1,
The elastic device accumulates elastic energy according to the positive rotation of the rotor,
The piezoelectric drive device according to claim 1, wherein the release restricting means is a reverse rotation prevention mechanism that prevents the rotor from rotating in the reverse direction.
前記逆回転防止機構は、
前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転する被係止部材と、
前記ロータの正方向の回転に対して前記被係止部材を係止せず前記ロータの正方向の回転を許容し、前記ロータの逆方向の回転に対して前記被係止部材を係止して前記ロータの逆方向の回転を防止する係止部材と、
を備えることを特徴とする圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 2,
The reverse rotation prevention mechanism is
A locked member provided coaxially with the rotor and rotating integrally with the rotor;
The locking member is not locked against the rotation of the rotor in the forward direction, the rotation of the rotor in the forward direction is allowed, and the locked member is locked against the rotation of the rotor in the reverse direction. A locking member for preventing reverse rotation of the rotor;
A piezoelectric drive device comprising:
前記振動子を支持するベース部材と、
前記ロータを支持するとともに、前記ベース部材に対して所定の軸周りに揺動可能に設けられるレバー部材とを備え、
前記押圧手段は、前記ロータを前記振動子に接触させる方向に、前記レバー部材を押圧して揺動させるロータ押圧部材であり、
前記係止部材は、前記レバー部材に支持されていることを特徴とする圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 3.
A base member for supporting the vibrator;
A lever member that supports the rotor and is provided to be swingable around a predetermined axis with respect to the base member;
The pressing means is a rotor pressing member that presses and swings the lever member in a direction in which the rotor is brought into contact with the vibrator.
The piezoelectric driving device, wherein the locking member is supported by the lever member.
前記振動子を支持するベース部材と、
前記ロータを支持するとともに、前記ベース部材に対して所定の軸周りに揺動可能に設けられるレバー部材と、
前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転するロータ歯車と、
前記ロータ歯車と噛合するとともに前記ロータの回転エネルギを前記弾性装置に伝達する少なくとも一つのロータ伝え歯車とを備え、
前記押圧手段は、前記ロータを前記振動子に接触させる方向に、前記レバー部材を押圧して揺動させるロータ押圧部材であり、
前記振動子およびロータの接触部分と、前記ロータ歯車およびロータ伝え歯車の係合部分とは、前記レバー部材の回転軸と前記ロータの回転軸とを通る直線を挟む位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to claim 3 or 4,
A base member for supporting the vibrator;
A lever member that supports the rotor and is provided to be swingable around a predetermined axis with respect to the base member;
A rotor gear provided coaxially with the rotor and rotating integrally with the rotor;
Including at least one rotor transmission gear meshing with the rotor gear and transmitting rotational energy of the rotor to the elastic device;
The pressing means is a rotor pressing member that presses and swings the lever member in a direction in which the rotor is brought into contact with the vibrator.
The contact portion of the vibrator and the rotor and the engaging portion of the rotor gear and the rotor transmission gear are respectively provided at positions sandwiching a straight line passing through the rotation shaft of the lever member and the rotation shaft of the rotor. A piezoelectric drive device characterized by the above.
前記振動子を支持するベース部材と、
前記ロータを支持するとともに、前記ベース部材に対して所定の軸周りに揺動可能に設けられるレバー部材と、
前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転するロータ歯車と、
前記ロータ歯車と噛合するとともに前記ロータの回転エネルギを前記弾性装置に伝達する少なくとも一つのロータ伝え歯車とを備え、
前記押圧手段は、前記ロータを前記振動子に接触させる方向に、前記レバー部材を押圧して揺動させるロータ押圧部材であり、
前記振動子およびロータの接触部分と、前記ロータ歯車およびロータ伝え歯車の係合部分とは、前記レバー部材の回転軸と前記ロータの回転軸とを通る直線に対していずれも一方の側に配置され、
前記ロータが逆方向に回転しようとした際に、前記ロータを前記振動子に接触させる方向とは反対方向に、前記レバー部材が揺動することを規制する揺動規制手段が設けられ、
前記揺動規制手段は、前記直線に対して他方の側に配置されている
ことを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to claim 3 or 4,
A base member for supporting the vibrator;
A lever member that supports the rotor and is provided to be swingable around a predetermined axis with respect to the base member;
A rotor gear provided coaxially with the rotor and rotating integrally with the rotor;
Including at least one rotor transmission gear meshing with the rotor gear and transmitting rotational energy of the rotor to the elastic device;
The pressing means is a rotor pressing member that presses and swings the lever member in a direction in which the rotor is brought into contact with the vibrator.
The contact portion of the vibrator and the rotor and the engagement portion of the rotor gear and the rotor transmission gear are both arranged on one side with respect to a straight line passing through the rotation shaft of the lever member and the rotation shaft of the rotor. And
When the rotor tries to rotate in the reverse direction, a swing restricting means is provided for restricting the lever member from swinging in a direction opposite to a direction in which the rotor contacts the vibrator.
The piezoelectric drive device according to claim 1, wherein the swing restricting means is disposed on the other side with respect to the straight line.
前記被回転体は、前記ロータに対して同軸上に設けられ当該ロータとは別体で回転し、
前記弾性装置は、渦巻ばねであるとともに、前記ロータおよび被回転体の間に同軸となるように配置され、当該渦巻ばねの一端が前記ロータに係合され、当該渦巻ばねの他端が前記被回転体に係合されていることを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 3 to 6,
The rotated body is provided coaxially with the rotor and rotates separately from the rotor,
The elastic device is a spiral spring, and is arranged so as to be coaxial between the rotor and the rotating body. One end of the spiral spring is engaged with the rotor, and the other end of the spiral spring is A piezoelectric driving device being engaged with a rotating body.
前記ロータを支持するベース部材を備え、
前記ロータと同軸上に設けられ前記ロータと一体で回転するロータ歯車と、
前記ロータ歯車と噛合するとともに前記ロータの回転エネルギを前記弾性装置に伝達する少なくとも一つのロータ伝え歯車とを備え、
前記逆回転防止機構は、
前記ロータ伝え歯車と同軸上に設けられ前記ロータ伝え歯車と一体で回転するとともに前記ベース部材に軸支される被係止部材と、
前記ベース部材に支持されるとともに、前記ロータの正方向の回転に対して前記被係止部材を係止せず前記ロータ伝え歯車の正方向の回転を許容し、前記ロータの逆方向の回転に対して前記被係止部材を係止して前記ロータ伝え歯車の逆方向の回転を防止する係止部材と、を備えることを特徴とする圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to claim 2,
A base member for supporting the rotor;
A rotor gear provided coaxially with the rotor and rotating integrally with the rotor;
Including at least one rotor transmission gear meshing with the rotor gear and transmitting rotational energy of the rotor to the elastic device;
The reverse rotation prevention mechanism is
A locked member provided coaxially with the rotor transmission gear and rotating integrally with the rotor transmission gear and pivotally supported by the base member;
While being supported by the base member, the rotor transmission gear is allowed to rotate in the forward direction without locking the locked member with respect to the forward rotation of the rotor, and against the rotation of the rotor in the reverse direction. And a locking member that locks the locked member to prevent the rotor transmission gear from rotating in the reverse direction.
前記被係止部材は、前記ロータの正方向の回転に応じて所定軸周りに回転可能に設けられる爪車であり、
前記爪車は、周方向に沿って連続形成される複数の爪歯を有し、
前記係止部材は、前記爪歯と係止する刃先を有するとともに爪軸回りに揺動可能に支持される爪であり、
前記爪には、当該爪の刃先を前記爪歯に向かって付勢する付勢部材が隣接して設けられ、
前記刃先は、
前記ロータの逆方向の回転に対し、前記付勢部材の付勢によって前記爪歯との係止を維持し、前記ロータの逆方向の回転を防止するとともに、
前記ロータの正方向の回転に対し、前記爪歯によって前記付勢部材の付勢に反して揺動し、前記ロータの正方向の回転を許可することを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 3 to 8,
The locked member is a claw wheel provided to be rotatable around a predetermined axis according to the rotation of the rotor in the positive direction.
The claw wheel has a plurality of claw teeth continuously formed along the circumferential direction,
The locking member is a claw having a cutting edge that locks with the claw teeth and supported so as to be swingable around a claw axis,
The nail is provided adjacent to a biasing member that biases the blade edge of the nail toward the nail teeth,
The cutting edge is
Maintaining locking with the claw teeth by urging the urging member against rotation in the reverse direction of the rotor, preventing rotation in the reverse direction of the rotor,
A piezoelectric drive device that swings against the biasing force of the biasing member by the claw teeth with respect to the rotation of the rotor in the positive direction, and allows the rotor to rotate in the positive direction.
前記被係止部材は、前記ロータの正方向の回転に応じて所定軸周りに回転可能に設けられるとともに、前記弾性装置に回転エネルギを伝達するロータ歯車であり、
前記係止部材は、前記ロータ歯車の歯と係止する先端を有する板ばねであり、
前記板ばねは、当該板ばねの先端を前記ロータ歯車の歯に付勢するように弾性変形した状態で支持され、
前記板ばねの先端は、
前記ロータの逆方向の回転に対し、前記歯の側面に係止して前記ロータの逆方向の回転を防止するとともに、
前記ロータの正方向の回転に対し、前記歯によって付勢方向に反してさらに弾性変形する方向に移動されて前記ロータの正方向の回転を許可する
ことを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 3 to 8,
The locked member is a rotor gear that is provided so as to be rotatable around a predetermined axis in accordance with rotation in the positive direction of the rotor, and that transmits rotational energy to the elastic device,
The locking member is a leaf spring having a tip locked with a tooth of the rotor gear,
The leaf spring is supported in an elastically deformed state so as to urge the tip of the leaf spring to the teeth of the rotor gear,
The tip of the leaf spring is
While preventing rotation of the rotor in the reverse direction by locking to the side surface of the teeth against rotation in the reverse direction of the rotor,
The piezoelectric drive device according to claim 1, wherein the rotor is moved in a direction in which it is further elastically deformed against the biasing direction by the teeth with respect to the rotation of the rotor in the positive direction, and the rotation of the rotor in the positive direction is permitted.
前記係止部材の位置を検出する検出手段を備え、
前記ロータの正方向の回転に対する前記係止部材の移動回数を取得する
ことを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 3 to 10,
A detection means for detecting the position of the locking member;
A piezoelectric driving device characterized in that the number of movements of the locking member with respect to rotation of the rotor in the positive direction is acquired.
前記圧電アクチュエータは、前記ロータを間欠的に回転させ、
前記被係止部材は、所定ピッチの被係止部を有し、
前記係止部材は、前記ロータの正方向の回転に対し、前記被係止部を1ピッチずつ間欠的に係止するように設けられ、
前記ロータの1ステップ分の回転角度が、前記被係止部の1ピッチに対応する前記被係止部材の回転角度と同じか、あるいは、前記被係止部の1ピッチに対応する前記被係止部材の回転角度の整数倍に設定されていることを特徴とする圧電駆動装置。 In the piezoelectric drive device according to any one of claims 3 to 11,
The piezoelectric actuator rotates the rotor intermittently,
The locked member has a locked portion with a predetermined pitch,
The locking member is provided so as to intermittently lock the locked portion pitch by pitch with respect to the positive rotation of the rotor
The rotation angle of one step of the rotor is the same as the rotation angle of the locked member corresponding to one pitch of the locked portion, or the locked surface corresponding to one pitch of the locked portion. A piezoelectric driving device characterized in that the piezoelectric driving device is set to an integral multiple of the rotation angle of the stop member.
前記被回転体の回転移動角度を所定角度に規制する移動規制装置を備えている
ことを特徴とする圧電駆動装置。 The piezoelectric drive device according to any one of claims 1 to 12,
A piezoelectric drive device comprising a movement restricting device for restricting a rotational movement angle of the rotated body to a predetermined angle.
前記被駆動部は、計時部で計時された計時情報を表示する計時情報表示部であることを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 14, wherein
The electronic device according to claim 1, wherein the driven unit is a time information display unit that displays time information measured by a time measuring unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008050239A JP2009207339A (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Piezoelectric driving device and electronic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008050239A JP2009207339A (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Piezoelectric driving device and electronic apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009207339A true JP2009207339A (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41149034
Family Applications (1)
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JP2008050239A Pending JP2009207339A (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Piezoelectric driving device and electronic apparatus |
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JP (1) | JP2009207339A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115057105A (en) * | 2022-07-15 | 2022-09-16 | 上海天臣微纳米科技股份有限公司 | A bottle cap and packaging bottle based on a spring clockwork mechanical structure |
JP7622559B2 (en) | 2021-06-09 | 2025-01-28 | 株式会社リコー | Movable device, distance measuring device, display device and wavelength tunable laser |
-
2008
- 2008-02-29 JP JP2008050239A patent/JP2009207339A/en active Pending
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