JP2000188888A

JP2000188888A - 圧電アクチュエータ、時計および携帯機器

Info

Publication number: JP2000188888A
Application number: JP10363550A
Authority: JP
Inventors: Taiji Hashimoto; 泰治橋本; Osamu Miyazawa; 修宮澤; Tsukasa Funasaka; 司舩坂; Makoto Furuhata; 誠古畑
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: JP3680602B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電素子の振動を効率よく駆動対象に伝える
ことができ、かつ、小型化を容易とする。【解決手段】この圧電アクチュエータＡ１は、振動板
１０、ステータ２０およびロータ１００を備えている。
振動板１０はステータ２０の上面に取り付けられてお
り、振動板１０から図中矢印で示す方向に力が加えられ
ると、ステータ２０にねじれ振動が生じるようになって
いる。ステータ２０の先端である可動端２１は、ロータ
１００の上面に重なるように配置されており、上述した
ねじれ振動による可動端２１の位置変動に伴ってロータ
１００が回転させられるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タおよびこの圧電アクチュエータを用いた時計並びに携
帯機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、電気エネルギーから機械エ
ネルギーへの変換効率や、応答性に優れていることか
ら、近年、圧電素子の圧電効果を利用した各種の圧電ア
クチュエータが開発されている。この圧電アクチュエー
タは、カメラのシャッター機構、プリンタのインクジェ
ットヘッド、あるいは超音波モータ等の分野に応用され
ている。

【０００３】図１９は、従来の圧電アクチュエータを用
いた超音波モータを模式的に示す図である。この超音波
モータに用いられている圧電アクチュエータ３００は、
つっつき型と呼ばれるものであり、発振部３０１と、こ
の発振部３０１からの交流電圧により伸縮する圧電素子
３０２と、振動片３０３とにより構成されている。ここ
で、振動片３０３は、基端部が圧電素子３０２に固定さ
れるとともに先端部がロータ３５０の側面に当接してお
り、ロータ３５０の法線に対してやや傾いた姿勢をなし
ている。このような構成において、発振部３０１からの
交流電圧により圧電素子３０２が伸縮すると、これによ
り振動片３０３の先端がきつつきのようにロータ３５０
の側面を叩き、ロータ３５０を歩進駆動するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した圧
電アクチュエータは、携帯機器に用いられるようになっ
てきており、最近では特に腕時計への搭載が期待されて
いる。さらに詳述すると次の通りである。

【０００５】まず、腕時計は、ユーザが手首に装着して
携帯するものであるため、小型であることが望まれてい
る。この腕時計を小型化するためには、腕時計内部のカ
レンダ表示機構を小さくする必要がある。ここで、既存
のカレンダ表示機構は、電磁式のステップモータの回転
駆動力を運針用の輪列を介して日車に間欠的に伝達し、
この日車を送り駆動するように構成したものが一般的で
ある。しかし、このカレンダ表示機構に用いられるステ
ップモータは、コイル等の各種部品を組み合わせて構成
しているので、小型にすることには限界がある。

【０００６】以上のような理由により、ステップモータ
に代わる小型の駆動手段が求められており、この駆動回
路として圧電アクチュエータに期待が集まったのであ
る。

【０００７】しかしながら、このような期待に応えうる
小型の圧電アクチュエータはこれまで提供されていな
い。これは次の理由によるものである。

【０００８】まず、圧電アクチュエータを構成する圧電
素子は、電圧印可によって生じる変位が微少であり、通
常、この変位は数μｍ程度である。従って、必要な駆動
力を得るためには、この圧電素子に生じる変位を増幅し
て駆動対象に伝達する何等かの増幅機構が必要となる。

【０００９】しかし、この増幅機構は、ある程度の厚さ
を持ったものであり、増幅機構の構造上、これを小さく
することは困難であった。このため、圧電アクチュエー
タを十分に小型化することは困難だったのである。

【００１０】また、圧電アクチュエータを腕時計等の携
帯機器に用いる場合、さらに以下に説明する問題を解決
しなければならない。

【００１１】まず、腕時計等の携帯機器は、バッテリを
電源とするのが一般的であるため、これに搭載される圧
電アクチュエータは低い駆動電圧で駆動できるものであ
ることが求められる。

【００１２】しかし、圧電素子に増幅機構を付加した圧
電アクチュエータの場合、電源からの電気エネルギーが
圧電素子によって運動エネルギーに変換され、この運動
エネルギーが増幅機構を介して駆動対象に与えられる際
に、増幅機構において運動エネルギーの損失が生じる。

【００１３】従来の圧電アクチュエータは、この増幅機
構における運動エネルギーの損失が大きく、これを低減
することが困難であった。このため、駆動電圧を十分に
低く抑えることが困難であり、このことが、圧電アクチ
ュエータを腕時計等の携帯機器に適用することを妨げる
一要因となっていたのである。

【００１４】本発明は、このような背景の下になされた
ものであり、圧電素子の振動を効率よく駆動対象に伝え
ることができ、かつ、小型化に適した圧電アクチュエー
タおよびこれを用いた時計ならびに携帯機器を提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る圧電アクチュエータは、圧電素子と、
支持体と、平面部を有しており、当該平面部と直交する
方向を回転軸方向として前記支持体に対して回転可能に
支持されるロータと、前記支持体に固定される固定部、
および前記ロータの前記平面部と対向する位置に配置さ
れる可動端を有する板状の部材であって、前記圧電素子
からの圧力を受けた場合に、前記可動端が前記ロータに
おける前記平面部に接触しながら移動することにより前
記ロータを駆動する駆動力伝達部材とを具備することを
特徴としている。

【００１６】この構成によれば、ロータを回転駆動させ
る可動端がロータの平面部に対向する位置、つまりロー
タの平面部に重なるように配置されている。従って、装
置の小型化が可能となる。また、衝撃等が加わった場合
にも、ロータに重なるように駆動力伝達部材の可動端が
配置されているため、別に押さえ部材等を設けずに、ロ
ータが支持体からはずれたりすることを抑制できる。ま
た、装置の大型化を伴うことなく、ロータ径を大きくす
ることができるので、容易に大きなトルクを得ることが
できる。

【００１７】また、前記駆動力伝達部材における前記固
定部の近傍を、前記駆動力伝達部材の他の部分より幅を
狭くするようにしてもよい。このようにすれば、圧電素
子から駆動力伝達部材に圧力が加えられた場合に、可動
端の変位が大きくなり、より大きな駆動力をロータに伝
達することができる。

【００１８】また、前記駆動力伝達部材を、前記圧電素
子からの圧力を受けた場合に、ねじれ振動を生じる位置
に配置するようにしてもよい。圧電素子からの圧力を受
けて、駆動力伝達部材がねじれ振動した場合、可動端が
ロータの平面部を押さえつける方向にも移動することに
なり、ロータの駆動特性が向上する。

【００１９】また、前記駆動力伝達部材における前記固
定部を、前記圧電素子からの圧力を受けてねじれ振動が
生じているときの該振動の節となる位置に配置するよう
にしてもよい。このようにすれば、振動エネルギーの損
失が減少し、効率が向上する。

【００２０】また、前記駆動力伝達部材を、前記圧電素
子からの圧力を受けてねじれ振動が生じているときの該
振動の腹となる位置に、前記圧電素子からの圧力を受け
るように配置するようにしてもよい。このようにすれ
ば、圧電素子の圧力を効率よく駆動力伝達部材に伝達す
ることができる。

【００２１】また、前記駆動力伝達部材を長手方向を有
する板状の部材とし、前記駆動力伝達部材における前記
長手方向の一端を前記固定部とし、他端が前記可動端と
してもよい。このようにすれば、駆動力伝達部材を長手
方向の両端で支持できるので、駆動力伝達部材の支持構
造が強固となる。

【００２２】また、前記駆動力伝達部材における前記可
動端を、前記圧電素子からの圧力を受けた場合に、前記
ロータにおける前記平面部に対して斜め方向に前記平面
部側に向けて移動するようにし、該移動時に前記可動端
が前記平面部に接触することにより前記ロータを駆動す
るようにしてもよい。このようにすれば、可動端がロー
タの平面部を押さえつける方向にも移動することにな
り、ロータの駆動特性が向上する。

【００２３】また、前記駆動力伝達部材における前記可
動端を、耐摩耗部材で形成するようにしてもよい。この
ようにすれば、ロータ駆動時の接触部である可動端およ
びロータの耐久性を向上させることができる。

【００２４】また、前記ロータにおける前記平面部を、
耐摩耗部材で形成するようにしてもよい。このようにす
れば、ロータ駆動時の接触部である可動端およびロータ
の耐久性を向上させることができる。

【００２５】また、前記耐摩耗部材としてポリイミド、
フッ化樹脂またはナイロンを用いるようにしてもよい。
このようにすれば、耐久性が向上すると共に、ロータ駆
動時の接触部である可動端とロータとの間に生じる摩擦
が大きくなり、駆動特性が向上する。

【００２６】また、前記ロータを、樹脂で形成するよう
にしてもよい。このようにすれば、耐久性が向上すると
共に、ロータ駆動時の接触部である可動端とロータとの
間に生じる摩擦が大きくなり、駆動特性が向上する。ま
た、ロータの回転軸とロータ自体を一体成形することも
可能となり、製造コストを低減できる。

【００２７】また、前記ロータにおける前記平面部に凹
部を形成するようにしてもよい。このようにすれば、ロ
ータ自体の弾性が大きくなる。従って、ロータと駆動力
伝達部材の取付精度が低い場合にも、駆動力を安定させ
ることができる。また、駆動力低下を招くことなく、弾
性の小さい駆動力伝達部材を使用することもできる。

【００２８】また、本発明に係る時計は、上述した圧電
アクチュエータと、前記圧電アクチュエータにおける前
記ロータの回転力によって回転するリング状のカレンダ
ー表示車とを具備することを特徴としている。この構成
によれば、内蔵される圧電アクチュエータが小型化に適
した構造をしているため、時計を小型化することが可能
となる。また、内蔵される圧電アクチュエータが高効率
であるため、時計全体の消費エネルギーを低減すること
ができる。

【００２９】また、本発明に係る携帯機器は、上述した
圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに電力
を給電する電池とを具備することを特徴としている。こ
の構成によれば、圧電アクチュエータが小型化に適して
いるため、機器全体の小型化が容易になるとともに、高
効率の圧電アクチュエータを搭載しているので電池寿命
が長くなり、携帯用として好適である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。Ａ．第１実施形態Ａ−１．腕時計のカレンダー表示機構まず、図１は本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュ
エータを備える腕時計のカレンダー表示機構を示す図で
あり、図２はこのカレンダー表示機構付近の断面図であ
る。図１および図２に示すように、このカレンダー表示
機構は、圧電アクチュエータＡ１、中間車１０１および
日や曜が表記されたリング状の日車１０２を有してい
る。

【００３１】圧電アクチュエータＡ１は、ロータ１００
を有しており、ロータ１００は、支持体である地板１０
３に回転可能に支持されている。圧電アクチュエータＡ
１は、後述する機構によってロータ１００を図１中矢印
Ｙで示す方向に駆動するようになっている。ロータ１０
０に伴って回転する歯車には、地板１０３に支持される
中間車１０１が噛合されており、中間車１０１には日車
１０２が噛合されている。この構成により、ロータ１０
０の回転に伴って日車１０２が図１中矢印Ｚで示す方向
に回転するようになっている。

【００３２】次に、上述したカレンダー表示機構を組み
込んだ時計の構成について図３を用いて説明する。同図
において、斜線部分に上述したカレンダー表示機構が組
み込まれている。カレンダー表示機構（斜線部分）の上
側には、円盤状の文字盤２０１が設けられている。この
文字盤２０１の外周部の一部には、日付を表示するため
に窓部２０２が設けられており、窓部２０２から日車１
０２に表記された日付が覗けるようになっている。な
お、文字盤２０１の下側には、運針２０３を駆動するム
ーブメント２０４が設けられている。この構成の下、日
車１０２が回転することにより、上述した窓部２０２に
表示される日や曜等の表示が切り換わることとなる。

【００３３】Ａ−２．圧電アクチュエータの構成次に、図４を参照して、本実施形態に係る圧電アクチュ
エータについて説明する。同図に示すように、圧電アク
チュエータＡ１は、板状の振動板１０と、ステータ２０
と、ロータ１００とを備えた構成となっている。振動板
１０は、圧電素子１１と、弾性板として機能するシム部
１２とを貼り合わせて構成されている。ここで、シム部
１２としては、リン青銅等の薄板（厚さ０．５ｍｍ程
度）等を用いることができ、圧電素子１１としては、
０．２ｍｍ程度の圧電素子等を用いることができる。ま
た、圧電素子１１の材料としては、チタン酸ジルコニウ
ム酸鉛（ＰＺＴ（商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、
チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリ
フッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛（（Ｐｂ（Ｚｎ１／
３-Ｎｂ１／２）Ｏ３１-ｘ-ＰｂＴｉＯ３ｘ）ｘは
組成により異なる。ｘ＝０．０９程度）、またはスカン
ジウムニオブ酸鉛（（Ｐｂ（（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）
１-ｘＴｉｘ）Ｏ３）ｘは組成により異なる。ｘ＝０．
０９程度）などの各種のものを用いることができる。

【００３４】振動板１０は、図示しない駆動回路からの
交流電圧が圧電素子１１に印加されることにより振動す
る。その際の振動モードとしては、図５（ａ）に示すよ
うに振動板１０が上下方向に波打つように撓み振動する
屈曲モードと、図５（ｂ）に示すように振動板１０が長
手方向に伸縮する縦振動モードとがある。いずれのモー
ドで振動するかは、圧電素子１１の構成によって決定さ
れるが、いずれのモードにおいても振動板１０の端部１
３が図４に示す矢印方向に振動することになる。

【００３５】ステータ２０は、振動板１０の振動を増幅
して駆動対象に伝える駆動力伝達部材である。ステータ
２０は、略長方形の形状をした薄板であり、円弧状の可
動端２１と、幅が狭くなった括れ部２２と、ネジ２４に
よって地板１０３（図２参照）に固定された固定部２３
とを有している。

【００３６】図２に示すように、振動板１０は、ステー
タ２０の上面に重なるように取り付けられている。ま
た、ステータ２０の可動端２１は、地板１０３に軸支さ
れるロータ１００の上面（平面部）と対向する位置に配
置、つまりロータ１００の上面に重なるように配置され
ている。ステータ２０の可動端２１は、下方に突出する
突起部２５を有しており、ステータ２０の静止時におい
ては突起部２５がロータ１００の上面に接触するように
なっている。

【００３７】Ａ−３．圧電アクチュエータの動作次に、上記構成の圧電アクチュエータＡ１の動作につい
て説明する。まず、図示せぬ駆動回路から振動板１０に
駆動信号が印加されると、圧電素子１１の伸縮によって
撓み振動し、ステータ２０の上面に取り付けられた端部
１３を介してステータ２０に振動を伝達する。

【００３８】この場合、図６に示すように、一点鎖線で
示すステータ２０の断面中心より上部に右向きの力が加
わることになる。このような力がステータ２０に加わる
と、図７に示すようなねじれがステータ２０に生じ、ス
テータ２０にねじれ振動が生じることになる。なお、図
７はねじれ振動を生じた場合の一時点でのステータ２０
を示しており、またステータ２０のねじれを明確にする
ために振幅等を実際より大きく表現した図である。

【００３９】ここで、図８は、ステータ２０にねじれ振
動が生じた場合の、ステータ２０の可動端２１の動きを
示す図である。同図に示すように、ステータ２０にねじ
れ振動が生じた場合、突起部２５の先端部は点ａ、点
ｂ、点ｃ、点ａの順番で移動する。つまり、突起部２５
の先端部は、ほぼ楕円状の軌道に沿って移動することに
なる。ここで、ａ点からｂ点の間を移動する間には、突
起部２５は図の右下側に移動しようとするが、ロータ１
００と接触しているため、突起部２５の先端部は、ロー
タ１００の上面と接触した状態でほぼ右側に移動するこ
とになる。これにより突起部２５とロータ１００との間
に生じる摩擦によってロータ１００が突起部２５の動き
に伴って図中右側（実際には回転方向）にａｂ間の距離
を移動させられることになる。ｂ点以降は、突起部２５
とロータ１００とが離間した状態でステータ２０が振動
して元の位置に戻る。つまり、突起部２５の先端部とロ
ータ１００とがａ点で接触している状態に戻る。従っ
て、突起部２５の先端部がｂｃ間およびｃａ間を移動し
ている間は、ロータ１００には駆動力が伝わらず、ロー
タ１００が逆回転しないようになっている。このような
ステータ２０のねじれ振動を利用してロータ１００が回
転することにより、中間車１０１を介して日車１０２が
回転させられる。

【００４０】本実施形態に係る圧電アクチュエータＡ１
では、ロータ１００とステータ２０の一部とが重なった
構造となっているため、振動板１０の発する振動の増幅
部であるステータ２０を小さくすることなく、つまり増
幅率を小さくすることなく、装置全体の小型化が可能で
ある。

【００４１】また、通常時は、ロータ１００の上面にス
テータ２０が重なっており、またステータ２０の突起部
２５がロータ１００の上面に接触した状態となっている
ので、ロータ１００を上面から押さえる部材等を別に設
ける必要がなく、構成を簡易とすることができる。

【００４２】また、装置の大型化を招くことなく、ロー
タ１００の径を大きくすることができるので、圧電アク
チュエータＡ１の発するトルクを大きくすることができ
る。これにより、従来装置と比較して圧電素子１１に供
給する電圧を少なくした場合にも、必要十分なトルクを
得ることができるようになる、従って、上述したような
低電圧での動作が要求される時計のカレンダー表示機構
を駆動するアクチュエータとして使用するのに好適であ
る。

【００４３】また、可動端２１の突起部２５がロータ１
００の上面に接触しながら移動することにより、ロータ
１００を回転させているので、ロータ１００の側面を押
圧して駆動するアクチュエータと比較してロータ１００
の厚みを小さくすることができるとともに、簡単な形状
のロータ１００を用いることも可能となる。

【００４４】また、ステータ２０は、ステータ２０にお
ける長手方向の一端である固定部２３が地板１０３に固
定されており、他端が可動端２１としてロータ１００と
接触した状態になっている、つまりステータ２０を長手
方向の両端部で支持しているので、ステータ２０の支持
構造が強固となる。従って、上述したように時計に組み
込んだ場合にも、落下等の衝撃に対する信頼性が向上す
る。

【００４５】また、ロータ１００との接触部である突起
部２５をポリイミド、フッ化樹脂またはナイロン等の耐
摩耗性に優れた材料により構成すれば、耐久性が向上す
ると共に、ロータ１００と突起部２５との間の摩擦が大
きくなり、ロータ１００駆動時のロータ１００と突起部
２５の滑りが小さくなるため、駆動特性が向上する。ま
た、ロータ１００の上面をポリイミド、フッ化樹脂また
はナイロン等の耐摩耗性に優れた材料から構成するよう
にしても同様の効果が得られる。この場合、ロータ１０
０全体を上述したような樹脂で構成すれば、ロータ１０
０における地板１０３に支持される軸部と円盤部とを一
体で構成することが可能となり、低コスト化が可能とな
る。また、突起部２５およびロータ１００の上面の両方
を、上述した耐摩耗性に優れた材料を用いて構成するよ
うにしてもよい。

【００４６】Ａ−４．変形例なお、上述した第１実施形態においては、以下のような
種々の変形が可能である。

【００４７】（１）ステータ２０における地板１０３に
支持される部分である固定部２３は、ステータ２０の長
手方向の端部となっていたが、これに限らず、例えばス
テータ２０にねじれ振動が生じているときの振動の節と
なる位置、つまり振幅の小さい位置を固定部として地板
１０３に取り付けるようにしてもよい。図９に示すよう
な振動がステータ２０に生じる場合、図示の部分が振動
の節となり、この場合、図１０に示す位置に固定部２３
を設け、ステータ２０を固定すればよい。このようにす
れば、振動エネルギーの損失が少なくなり、効率がよく
なる。

【００４８】また、ステータ２０におけるねじれ振動の
腹となる位置、つまり振幅の大きい位置に振動板１０を
取り付ければ、振動板１０の振動を効率よくステータ２
０に伝達することができる。図９に示すような振動がス
テータ２０に生じる場合には、図１０に示す位置に振動
板１０を取り付ければよい。なお、図９中の破線は、ス
テータ２０の中心部の振幅を平面的に表した図であり、
実際にはねじれ振動であるため、図の紙面垂直方向にも
振幅を有している。

【００４９】（２）上述した実施形態においては、振動
板１０をステータ２０の上面に取り付けるようにしてい
たが、ステータ２０の下面に振動板１０を取り付けるよ
うにしてもよい。他にも、振動板１０のステータ２０へ
の取付位置は、上述したようにステータ２０にねじれ振
動を生じさせる位置であればよく、例えば、図１１に示
すように、振動板１０をステータ２０の側部に取り付け
るようにしてもよい。この場合、図示のように、ステー
タ２０の断面中心より上部に力が加わるように振動板１
０を取り付ければ、ステータ２０にねじれ振動を生じさ
せることが可能である。

【００５０】（３）上述した実施形態においては、ステ
ータ２０の可動端２１が円弧状に形成されていたが、こ
のような形状に限定されるわけではなく、可動端２１が
ロータ１００の上面に重なるように配置されていれば、
図１２に示すように可動端２１をステータ２０の他の部
分より幅を狭くするようにしてもよい。

【００５１】（４）ステータ２０が静止している時に
は、ロータ１００の上面と可動端２１とが接触しない状
態であってもよく、ステータ２０にねじれ振動が生じた
時に、可動端２１がロータ１００の上面と接触しながら
移動することにより、ロータ１００を回転させることが
可能な構造であればよい。

【００５２】（５）また、図１３に示すように、振動板
１０をステータ２０に取り付けて、図中矢印で示すステ
ータ２０の属する平面に対して傾斜する方向から力を加
えるようにしてもよい。このようにステータ２０に対し
て力を加えた場合にも、上述した実施形態と同様にステ
ータ２０にねじれ振動が生じ、ロータ１００を駆動する
ことができる。

【００５３】Ｂ．第２実施形態次に、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータ
Ａ２について説明する。第１実施形態においては、ステ
ータ２０にねじれ振動を生じさせるような位置に振動板
１０およびステータ２０が配置されていたが、第２実施
形態においては、図１４に示すように、薄板状のステー
タ２０の属する平面内でステータ２０が振動するように
振動板１０とステータ２０とが配置されている。具体的
には、図１５および図１６に示すように、振動板１０の
端部１３がステータ２０の側部に取り付けられている。

【００５４】図１６に示すように、第２実施形態におい
ては、ロータ１００の属する平面に対して振動板１０お
よびステータ２０の属する平面が傾斜するように、振動
板１０およびステータ２０が配置されている。従って、
圧電素子１１に駆動電圧を印加することにより振動板１
０がステータ２０に振動を伝達した場合、ステータ２０
が振動し、可動端２１は図中矢印で示す方向に移動しよ
うとする、つまりロータ１００の上面は可動端２１によ
って図中矢印で示す方向に押圧される。このようにロー
タ１００の上面が押圧されると、可動端２１とロータ１
００の上面との間に生じる摩擦によって、可動端２１と
ロータ１００とが接触した状態で図中右側（実際には回
転方向側）に移動する。このようにしてロータ１００を
回転させた後、ステータ２０の伸縮に伴って可動端２１
が元の位置に戻る。

【００５５】本実施形態に係る圧電アクチュエータＡ２
では、上述した第１実施形態と同様にロータ１００とス
テータ２０の一部とが重なった構造となっているため、
装置の小型化が容易である。また、第１実施形態と同様
に、ロータ１００の径を大きくできるので、発生トルク
を増大させることが可能であり、またロータ１００を薄
く簡単な形状とすることができる。

【００５６】また、ステータ２０におけるロータ１００
の上面と接触する部分である可動端２１をポリイミド、
フッ化樹脂またはナイロン等の耐摩耗性に優れた材料に
より構成すれば、耐久性が向上すると共に、駆動特性が
向上する。また、ロータ１００をポリイミド、フッ化樹
脂またはナイロン等の耐摩耗性に優れた材料により構成
しても同様の効果が得られる。

【００５７】なお、第２実施形態においてはロータ１０
０の属する平面に対して振動板１０およびステータ２０
の属する平面が傾斜している場合について述べたが、図
１７に示すように、振動板１０およびステータ２０の属
する平面とロータ１００の属する平面とがほぼ平行とな
るように配置してもよい。同図に示すように、この例で
は、可動端２１に設けられた突起部２５がロータ１００
の上面に接触し、ステータ２０で押さえつけられた状態
となっている。この力によってロータ１００はたわみ、
上面がわずかにステータ２０に対して傾くため、駆動力
を生じることができる。

【００５８】Ｃ．変形例なお、上述した第１および第２実施形態においては、円
盤状のロータ１００を用いるようにしていたが、図１８
に示すように、貫通部（凹部）１７０が形成されたロー
タ１７１を用いるようにしてもよい。このような貫通部
１７０を有するロータ１７１は、通常の円盤状のロータ
と比較した場合、ロータ自体の弾性が大きくなる。従っ
て、ステータ２０とロータ１００との取付精度が低くな
った場合にも、ステータ２０からロータ１００への加圧
力をほぼ一定に維持することが可能となり、駆動特性が
安定する。また、ロータ１７１により大きな弾性を持た
せることによって、駆動力のばらつきの増大を伴わずに
弾性の小さいステータ２０を使用することも可能とな
る。なお、貫通部は必ずしも穴である必要はなく、ハー
フエッチングによる凹みなど、ロータの柔軟性を増すこ
とができる凹部であればよいことはもちろんである。

【００５９】また、上述した第１および第２実施形態で
は、ロータ１００の上面に可動端２１を接触させてロー
タ１００を駆動するようにしていたが、ロータ１００の
下面側に可動端２１を重ねるように配置し、ロータ１０
０の下面を可動端２１と接触させてロータ１００を駆動
するようにしてもよい。

【００６０】また、上述した第１および第２実施形態に
おいては、本発明に係る圧電アクチュエータを時計のカ
レンダー表示機構に組み込んだ例を説明したが、これに
限らず他の装置に適用することも可能である。特に、電
池駆動される携帯機器に適用した場合には、この機器の
小型化および低消費電力が容易となる。この場合、本発
明が適用される装置のフレーム等の支持部が請求項で示
した支持体に相当することになる。また、圧電アクチュ
エータ自体が、ロータおよびステータを支持するフレー
ム等を有する構造としてもよい。

【００６１】ところで、機械的な構造物に対して力を一
定にして、加振周波数を徐々に大きくしていくと、特定
の周波数で構造物の振幅は最大値となり、その後極小値
となるといった応答を繰り返す。すなわち、振幅が極大
値をとる加振周波数は複数存在し、そのような各加振周
波数を固有振動周波数という。そして、固有振動周波数
のうち最も小さい固有振動周波数によって加振された際
の振動の態様を１次の振動モード、その次に小さい固有
振動周波数によって加振された際の振動の態様を２次の
振動モード、……、という。構造物は、この固有振動周
波数で振動する場合、その機械的なインピーダンスが極
小となるため、小さな駆動力で容易に大きな変位が得ら
れる。このような原理を利用し、上述した第１および第
２実施形態において、振動板１０がステータ２０の固有
振動周波数の１次ましくは高次の周波数で加振する構成
とすれば、ステータ２０の機械的インピーダンスが極小
となり、小さな駆動力で容易に大きな変位が得られるの
で、低い電圧での駆動が実現する。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
駆動力伝達部材の一部である可動端がロータの平面部と
対向する位置に配置されている、つまりロータと重なっ
た構造になっているため、装置の小型化容易である。ま
た、装置の大型化を招くことなくロータ径を大きくする
ことができるので、発生トルクを増加させることができ
る。従って、圧電アクチュエータとしての効率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエ
ータを備えたカレンダー表示機構の構成を示す平面図で
ある。

【図２】前記カレンダー表示機構を組み込んだ時計
の、前記圧電アクチュエータ付近を示す断面図である。

【図３】前記カレンダー表示機構を組み込んだ時計の
断面図である。

【図４】前記圧電アクチュエータの全体構成を示す平
面図である。

【図５】（ａ）は前記圧電アクチュエータの構成要素
である振動板が縦モードに振動する様子を示す図であ
り、（ｂ）は前記振動板が横モードによって振動する様
子を示す図である。

【図６】前記振動板が振動した場合に、前記圧電アク
チュエータの構成要素であるステータに加わる力を説明
するための図である。

【図７】前記ステータのねじれ振動時の様子を示す図
である。

【図８】前記ステータのねじれ振動時のステータによ
るロータの駆動動作を説明するための図である。

【図９】前記ステータのねじれ振動時の振幅を説明す
るための図である。

【図１０】前記圧電アクチュエータの変形例を示す平
面図である。

【図１１】前記圧電アクチュエータの他の変形例にお
ける振動板とステータとの位置関係を説明するための図
である。

【図１２】前記圧電アクチュエータのさらに他の変形
例を示す平面図である。

【図１３】前記圧電アクチュエータのさらに他の変形
例の振動板とステータとの位置関係を説明するための図
である。

【図１４】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュ
エータの構成要素であるステータの振動時の様子を示す
平面図である。

【図１５】第２実施形態に係る圧電アクチュエータの
全体構成を示す平面図である。

【図１６】第２実施形態に係る圧電アクチュエータの
構成要素であるロータと、振動板と、前記ステータとの
位置関係を説明するための図である。

【図１７】第２実施形態に係る圧電アクチュエータの
変形例を示す図である。

【図１８】第１および第２実施形態に係る圧電アクチ
ュエータの変形例におけるロータを示す平面図である。

【図１９】従来の圧電アクチュエータを用いた超音波
モータを模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０…振動板、１１…圧電素子、１２…シム部、１３…
端部、２０…ステータ（駆動力伝達部材）、２１…可動
端、２２…括れ部、２３…固定部、２５…突起部、１０
０…ロータ、１０１…中間車、１０２…日車、１０３…
地板（支持体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者舩坂司長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者古畑誠長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF52 AG37 BC09 2H081 BB18 5H680 AA01 AA06 AA12 AA19 BB02 BB16 BC01 BC02 BC04 DD01 DD02 DD15 DD23 DD24 DD28 DD44 DD53 DD55 DD82 DD85 DD92 EE10 EE12 FF25 FF32 GG02 GG11 GG23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子と、支持体と、平面部を有しており、当該平面部と直交する方向を回転
軸方向として前記支持体に対して回転可能に支持される
ロータと、前記支持体に固定される固定部、および前記ロータの前
記平面部と対向する位置に配置される可動端を有する板
状の部材であって、前記圧電素子からの圧力を受けた場
合に、前記可動端が前記ロータにおける前記平面部に接
触しながら移動することにより前記ロータを駆動する駆
動力伝達部材とを具備することを特徴とする圧電アクチ
ュエータ。
【請求項２】前記駆動力伝達部材における前記固定部
の近傍は、前記駆動力伝達部材の他の部分より幅が狭く
なっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アク
チュエータ。
【請求項３】前記駆動力伝達部材は、前記圧電素子か
らの圧力を受けた場合に、ねじれ振動を生じる位置に配
置されていることを特徴とする請求項１または２に記載
の圧電アクチュエータ。
【請求項４】前記駆動力伝達部材における前記固定部
は、前記圧電素子からの圧力を受けてねじれ振動が生じ
ているときの該振動の節となる位置に配置されているこ
とを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】前記駆動力伝達部材は、前記圧電素子か
らの圧力を受けてねじれ振動が生じているときの該振動
の腹となる位置に、前記圧電素子からの圧力を受けるよ
うに配置されていることを特徴とする請求項３または４
に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】前記駆動力伝達部材は、長手方向を有す
る板状の部材であり、前記駆動力伝達部材における前記長手方向の一端は前記
固定部であり、他端が前記可動端であることを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電アクチュエ
ータ。
【請求項７】前記駆動力伝達部材における前記可動端
は、前記圧電素子からの圧力を受けた場合に、前記ロー
タにおける前記平面部に対して斜め方向に前記平面部側
に向けて移動し、該移動時に前記可動端が前記平面部に
接触することにより前記ロータを駆動することを特徴と
する請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】前記駆動力伝達部材における前記可動端
は、耐摩耗部材から形成されていることを特徴とする請
求項１ないし７のいずれかに記載の圧電アクチュエー
タ。
【請求項９】前記ロータにおける前記平面部は、耐摩
耗部材から形成されていることを特徴とする請求項１な
いし８のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】前記耐摩耗部材は、ポリイミド、フッ
化樹脂またはナイロンであることを特徴とする請求項８
または９に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】前記ロータは、樹脂から形成されてい
ることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記
載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】前記ロータにおける前記平面部には、
凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし
１１のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】請求項１ないし１２のいずれかに記載
の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータにおける前記ロータの回転力に
よって回転するリング状のカレンダー表示車とを具備す
ることを特徴とする時計。
【請求項１４】請求項１ないし１２のいずれかに記載
の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータに電力を給電する電池とを具備
することを特徴とする携帯機器。