JP2003250284A - 圧電アクチュエータ、時計および携帯機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子の振動を効率よく伝達するととも
に、小型・薄型化に適しており、かつ駆動力を安定して
伝達する。 【解決手段】 圧電素子と補強板とが積層された長板状
の振動板１０は、支持部材１１によって地板に支持され
るとともに、支持部材１１の弾性力によってロータ１０
０側に付勢されている。これにより、振動板１０に設け
られた突起部３６がロータ１００の側面に当接させられ
ている。この構成の下、図中左右方向に振動板１０が縦
振動すると、突起部３６の変位に伴ってロータ１００が
反時計回りに回転させられる。

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、時計および携帯機器に関する。

【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、圧電ブザー、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などの分野に応用されている。

【０００３】図３８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平面図である。同図に
示すように、この種の超音波モータは、つっつき型と呼
ばれるものであって、圧電素子に結合した振動片の先端
に、ロータ面を少し傾斜させて接触させてある。このよ
うな構成の下、発振部からの交流電圧によって圧電素子
が伸縮し、振動片が長さ方向に往復運動すると、ロータ
の円周方向に分力が発生してロータが回転するようにな
っている。

【０００４】また、２個の超音波振動子（圧電素子）を
備え、各超音波振動子をそれ自身の電気的な共振周波数
で振動させ、この振動により振動片を変位させる技術が
知られている（特開平１０−２２５１５１号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子の変位は印加電圧にもよるが微小であり、数μｍ程度
であるのが通常であり、上述した共振周波数で振動させ
る場合でも同様である。このため、なんらかの増幅機構
によって変位を増幅してロータに伝達することが行われ
ている。しかし、増幅機構を用いた場合、それ自身を動
かすためにエネルギーが消費され、効率が低下するとい
った問題がある。また、増幅機構を介する場合、安定し
たロータへの駆動力の伝達が困難となることもある。

【０００６】また、腕時計のような小型の携帯機器は電
池で駆動されるため、消費電力や駆動電圧を低く抑える
必要がある。したがって、そのような携帯機器に圧電ア
クチュエータを組み込む場合には、特に、そのエネルギ
ー効率が高く、駆動電圧が低いことが要求される。

【０００７】ところで、時計などにおいて、日や曜など
を表示するカレンダー表示機構では、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などに
も間欠的に伝達し、日車を送り駆動するのが一般的であ
る。一方、腕時計は手首にベルトを巻き付けて携帯する
ものであるから、携帯に便利なように薄型化の要求が古
くからある。薄型化を追求するには、カレンダー表示機
構の厚さを薄くすることも必要となる。しかし、ステッ
プモータはコイルやロータといった部品を面外方向に組
み込んで構成されるので、その厚さを薄くするには限界
がある。このため、ステップモータを用いた従来のカレ
ンダー機構は、構造的に薄型化には向かないという問題
があった。

【０００８】特に、カレンダー表示機構のある時計と、
係る機構のない時計との間で運針の機械系（いわゆるム
ーブメント）を共通化するためには、カレンダー表示機
構を文字板側に構成する必要があるが、電磁式のステッ
プモータでは文字板側に構成できる程の薄型化が困難で
ある。したがって、従来の時計は、表示機構の有無によ
って運針の機械系を別々に設計して製造する必要があ
り、その生産性を向上させる際の問題となっていた。

【０００９】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
ものであり、圧電素子の振動を効率よく伝達するととも
に、小型・薄型化に適しており、かつ駆動力を安定して
伝達できる圧電アクチュエータ、これを用いた時計機器
および携帯機器を提供することを目的とする。

【００１０】

【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、支持体と、長
手方向を有する板状の圧電素子と補強板とが積層された
振動板と、前記振動板の属する平面内で前記振動板を前
記長手方向に振動させる縦振動、および前記平面内で前
記振動板を前記長手方向と直交する幅方向に揺動させる
屈曲振動とのいずれかを選択する選択手段と、前記支持
体に固定される固定部、および前記振動板に取り付けら
れる取付部を有する弾性部材であって、前記振動板の長
手方向の端部が前記駆動対象に当接するように前記振動
板に弾性力を付与する支持部材とを具備しており、前記
選択手段によって前記縦振動が選択された場合、前記振
動板が前記縦振動することにより、該振動による前記振
動板の変位に伴って前記駆動対象を駆動し、前記選択手
段によって前記屈曲振動が選択された場合、前記振動板
が前記屈曲振動することにより、該振動による前記振動
板の変位に伴って前記駆動対象を前記縦振動時と逆方向
に駆動することを特徴としている。

【００１１】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、支持体と、長手方向を有する板状の圧電素子と補強
板とが積層された振動板と、前記振動板の属する平面内
で前記振動板を前記長手方向に振動させる縦振動、およ
び前記平面内で前記振動板を前記長手方向と直交する幅
方向に揺動させる屈曲振動とのいずれかを選択する選択
手段と、前記支持体に固定される固定部、および前記振
動板に取り付けられる取付部を有し、前記振動板を前記
支持体に支持する支持部材と、前記振動板の長手方向の
端部が前記駆動対象に当接するように前記振動板に弾性
力を付与する弾性部材とを具備しており、前記選択手段
によって前記縦振動が選択された場合、前記振動板が前
記縦振動することにより、該振動による前記振動板の変
位に伴って前記駆動対象を駆動し、前記選択手段によっ
て前記屈曲振動が選択された場合、前記振動板が前記屈
曲振動することにより、該振動による前記振動板の変位
に伴って前記駆動対象を前記縦振動時と逆方向に駆動す
ることを特徴としている。

【００１２】この構成によれば、選択手段が縦振動を選
択した場合には、その振動による振動板の変位に伴って
該振動板が当接させられている駆動対象が駆動させられ
る。一方、選択手段が屈曲振動を選択した場合には、そ
の振動による振動板の変位に伴って該振動板が当接させ
られている駆動対象が逆方向に駆動させられる。従っ
て、振動板を複数配置したり、振動板の向きを調節する
機構などを設けることなく、つまり装置の大型化を招く
ことなく、駆動対象を正逆方向に駆動することができ
る。また、振動板に重なって配置される部品等が不要で
あるため、振動板を薄型化すれば、アクチュエータ全体
の薄型化が可能である。また、振動板を駆動対象に当接
させているので、振動板と駆動対象の接触状態が安定
し、より安定した駆動力の伝達を行うことができる。ま
た、振動板は、補強板と圧電素子を積層した構造となっ
ているため、過大振幅や外力に起因する振動板の破損等
を低減することができる。

【００１３】ここで、前記振動板を１つの頂点が切り欠
かれた矩形状に形成するようにし、前記振動板における
切り欠かれた部分が前記駆動対象に当接するようにして
もよい。このようにすれば、切り欠いた部分のみを研磨
等すればよく、製造・メンテナンスが容易となる。

【００１４】また、前記支持部材の前記固定部が前記駆
動対象の駆動方向線上に位置するようにしてもよい。こ
のようにすれば、振動板の端部と駆動対象との接触位置
や接触角度が安定し、より安定した駆動力の伝達が可能
となる。

【００１５】また、前記補強板として導体を用い、かつ
前記圧電素子の上下にそれぞれ積層するようにし、前記
圧電素子の上下に積層された前記補強板を介して前記圧
電素子に電力を供給するようにしてもよい。このように
すれば、振動板の破損を抑制する補強板が圧電素子への
給電機能を有するため、外部と圧電素子との導通構成が
簡易になる。

【００１６】また、前記支持部材として導体を用い、前
記支持部材を介して前記圧電素子に電力を供給するよう
にしてもよい。このようにすれば、支持部材が振動板を
支持する支持機能と給電機能を有することになり、外部
と圧電素子との導通構成が簡易になる。

【００１７】また、前記振動板の上下面にそれぞれ接触
して前記振動板を挟み込む弾性導電体をさらに具備する
ようにし、前記弾性導電体を介して前記圧電素子に電力
を供給するようにしてもよい。このようにすれば、外部
と圧電素子との導通構成が簡易となる。

【００１８】また、前記振動板の周囲に接触しながら巻
き付けられる導線をさらに具備するようにし、前記導線
を介して前圧電素子に電力を供給するようにしてもよ
い。このようにすれば、外部と圧電素子との導通構成が
簡易となる。

【００１９】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、圧電素子を有し、前記圧電素子の振動によって駆動
対象を駆動する圧電アクチュエータであって、前記圧電
素子の上下面にそれぞれ接触して前記圧電素子を挟み込
む弾性導電体を備え、前記弾性導電体を介して前記圧電
素子に電力を供給することを特徴としている。この構成
によれば、外部と圧電素子との導通構成が簡易となる。

【００２０】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、圧電素子を有し、前記圧電素子の振動によって駆動
対象を駆動する圧電アクチュエータであって、前記圧電
素子の周囲に接触しながら巻き付けられる導線を備え、
前記導線を介して前記圧電素子に電力を供給することを
特徴としている。この構成によれば、外部と圧電素子と
の導通構成が簡易となる。

【００２１】また、本発明に係る時計は、上記圧電アク
チュエータを有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薄型化に適し
た構造であるため、時計全体を薄型化が容易となる。ま
た、内蔵される圧電アクチュエータの高効率であるた
め、時計全体の消費エネルギーを低減することができ
る。

【００２２】また、本発明に係る携帯機器は、上記圧電
アクチュエータを有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薄型化に
適しているため、機器全体の薄型化が容易となるととも
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、携帯機器として好適である。

【００２３】

【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
ある。同図に示すように、このカレンダー表示機構は、
圧電アクチュエータＡ１、ロータ１００、中間車１０
１、および日や曜が表記されたリング状の日車１０２を
備えている。

【００２４】地板（支持体）１０３に軸支されるロータ
１００は、圧電アクチュエータＡ１によって図中矢印Ｙ
で示す方向に回転駆動させられるようになっている。こ
のロータ１００には、地板１０３に軸支される中間車１
０１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、圧電アクチュエータ
Ａ１に駆動されるロータ１００の回転に伴って日車１０
２が図中矢印Ｚで示す方向に回転させられるようになっ
ている。

【００２５】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２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、円盤状の文字板２０１が設けられている。この
文字板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。文字
板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
が回転させられることにより、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ようになってい
る。

【００２６】Ａ−２．圧電アクチュエータの構成 次に、図３および図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。図３に示すよう
に、圧電アクチュエータＡ１は、図の左右方向に長く形
成された長板状の振動板１０と、この振動板１０を地板
１０３（図１参照）に支持する支持部材１１とを備えて
いる。

【００２７】振動板１０の長手方向の端部３５には、突
起部３６がロータ１００側に向けて突設されており、こ
の突起部３６がロータ１００の側面に接触している。こ
のような突起部３６を設けることにより、ロータ１００
との接触面の状態等を維持するために突起部３６に対し
てのみ研磨等の作業を行えばよいので、ロータ１００と
の接触部の管理が容易となる。また、突起部３６として
は、導体または非導体のものを用いることができるが、
非導体から形成するようにすれば、一般的に金属から形
成されるロータ１００と接触しても圧電素子３０，３１
がショートしないようにすることができる。

【００２８】振動板１０の長手方向の中央よりもややロ
ータ１００側には、支持部材１１の一端部（取付部）３
７が取り付けられている。支持部材１１の他端部（固定
部）３８は、ネジ３９により地板１０３（図１参照）に
支持されている。この構成の下、支持部材１１は、その
弾性力によって振動板１０をロータ１００側に付勢した
状態で支持しており、これにより振動板１０の突起部３
６はロータ１００の側面に当接させられている。

【００２９】図４に示すように、振動板１０は、２つの
圧電素子３０，３１の間に、これらの圧電素子３０，３
１よりも肉厚の小さいステンレス鋼などの補強板３２を
配置した積層構造となっている。このように圧電素子３
０，３１の間に補強板３２配置することにより、振動板
１０の過振幅や外力に起因する振動板１０の損傷を低減
することができる。また、補強板３２としては、圧電素
子３０，３１よりも肉厚の小さいものを用いることによ
り、圧電素子３０，３１の振動を極力妨げないようにし
ている。

【００３０】上下に配置された圧電素子３０，３１の面
上には、それぞれ電極３３が配置されている。この電極
３３を介して圧電素子３０，３１に、後述する導通構成
から電圧が供給されるようになっている。ここで、圧電
素子３０，３１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-Nb2/3)03 1-
x-Pb Ti 03 x)xは組成により異なる。x=0.09程度）、ス
カンジウムニオブ酸鉛（（Pb((Sc1/2Nb1/2)1-x Tix)) 0
3)xは組成により異なる。x=0.09程度）等の各種のもの
を用いることができる。

【００３１】振動板１０は、後述する駆動回路から電極
３３を介して圧電素子３０，３１に交流電圧が印加され
ると、圧電素子３０，３１が伸縮することによって振動
するようになっている。その際、図５に示すように、振
動板１０が長手方向に伸縮する縦振動で振動するように
なっており、これにより振動板１０は図３中矢印で示す
方向に振動することになる（無負荷状態、つまり突起部
３６がロータ１００に接触していない状態）。また、上
述したように振動板１０を長板状の圧電素子３０，３１
が積層された構造とし、並列接続して駆動することによ
り、低駆動電圧でより大きな変位を得ることができる。

【００３２】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
電圧が印加されると、圧電素子３０，３１の伸縮によっ
て撓み振動し、図３に示すように、突起部３６がロータ
１００と当接した状態で振動板１０が矢印方向に振動す
る。この振動による突起部３６に伴ってロータ１００が
図中矢印方向に回転させられる。このようにロータ１０
０が回転させられることにより、中間車１０１を介して
日車１０２が回転させられ（図１参照）、表示される日
や曜が切り換わるようになっている。

【００３３】ここで、圧電アクチュエータＡ１では、ロ
ータ１００と当接させられる突起部３６が図中一点鎖線
で示す振動板１０の中心線からずれた位置に設けられて
いるため、ロータ１００の側面からの反力によって振動
板１０には、図６に示すような屈曲振動が生じるように
なっている。この屈曲振動と圧電素子３０，３１の伸縮
によって生じる縦振動との振動周波数が略一致する、つ
まり共振するように印加電圧、振動板１０の形状および
突起部３６の位置などを設定すれば、振動板１０に生じ
る振動の振幅が大きくなる。このように圧電素子３０，
３１の伸縮による縦振動と上述した屈曲振動とを共振さ
せれば、図７に示すように、突起部３６が楕円軌道に沿
って移動するようになる。すなわち、縦振動と共振する
屈曲振動を励振させれば、より大きな楕円軌道に沿って
突起部３６が移動することになる。このように大きな楕
円軌道に沿って突起部３６が移動するようにすれば、突
起部３６がロータ１００と接触する時間が長くなり、接
触時の突起部３６の変位が大きくなる。従って、圧電素
子３０，３１の伸縮による縦振動と共振するような屈曲
振動を誘発させれば、より高効率の駆動力伝達を行うこ
とができる。

【００３４】また、この圧電アクチュエータＡ１では、
突起部３６は支持部材１１の弾性力によってロータ１０
０側に付勢されているので、ロータ１００と突起部３６
との間に十分な摩擦が得られるようになっている。これ
により、突起部３６とロータ１００とがスリップするこ
とが低減され、突起部３６からロータ１００への安定し
た駆動力伝達が可能となる。さらに、寸法誤差や経時変
化などがあっても接触を保つことができる。なお、上述
したロータ１００からの反力による屈曲振動を誘発する
ためには、振動板１０におけるロータ１００との接触
部、つまり突起部３６が振動板１０の中心線からずれて
いればよく、突起部３６を図示の位置以外に設けるよう
にしてもよい。

【００３５】また、本実施形態に係る圧電アクチュエー
タＡ１では、図８中破線で示す振動板１０の中心線の振
幅の節となる位置、つまり振幅が極小となる位置に支持
部材１１の端部３７が取り付けられている。具体的に
は、振動板１０の長手方向の中央部よりもロータ１００
側に取り付けられている。これは、振動板１０が上述し
たように長方形状の場合、無負荷時には振動板１０の長
手方向の中央部が振動の節になるが、上述したようにロ
ータ１００からの反力等の影響により、実際には図８に
示したように、振動の節は中央部よりもロータ１００側
に位置することになるからである。このように振動板１
０を振動の節となる位置で支持することにより、振動エ
ネルギーの損失が減少し、より高効率の駆動力伝達が可
能となる。また、振動板１０の振動に伴う支持部材１１
の振動の節の位置が支持部材１１の端部３７とほぼ一致
するようにすれば、振動エネルギーの損失をさらに低減
することができる。

【００３６】さらに、本実施形態に係る圧電アクチュエ
ータＡ１では、圧電素子３０，３１と補強板３２とが積
層された構造の振動板１０が増幅部材を介さずにロータ
１００を回転駆動することができるので、構成が簡易と
なり、装置の小型化が容易となる。また、圧電アクチュ
エータＡ１の機械的な構成要素は、振動板１０と支持部
材１１だけであり、厚さ方向（図１の紙面垂直方向）に
部品等を積層されていないため、薄型化も容易である。

【００３７】また、圧電アクチュエータＡ１では、ロー
タ１００を図中矢印で示す方向にのみ駆動する構成であ
り、逆方向へロータ１００を駆動するための別の振動板
や、振動板のロータ１００への当接方向を変化させる機
構などがない、すなわち振動板１０の振動を妨げる要素
が少ないため、より効率よく駆動力を伝達することがで
きる。

【００３８】また、本実施形態に係る圧電アクチュエー
タＡ１では、ロータ１００を一方向にのみ駆動する構成
であるため、ロータ１００の逆方向への回転を規制する
必要があるが、外力等によってロータ１００が逆回転し
ようとすることがある。例えば、突起部３６とロータ１
００との間の摩擦力を越える逆回転力が生じた場合、両
者が滑ってしまい、ロータ１００の逆回転を許容するこ
とになる。しかし、本実施形態に係る圧電アクチュエー
タＡ１では、図９に示すように、支持部材１１が剛体で
はなく弾性を有しているので、ロータ１００が逆回転し
ようとした場合には、ロータ１００の逆回転とともに、
突起部３６がロータ１００と接触した状態で振動板１０
が回動することを許容するようになっている。そして、
支持部材１１の弾性力によって振動板１０が図中一点鎖
線で示す下の位置に戻る。このとき、突起部３６とロー
タ１００とが接触しているため、振動板１０の戻りに合
わせてロータ１００も正方向に戻るようになる。従っ
て、ロータ１００の逆回転を規制することができる。こ
こで、図１０に示すように、本実施形態では、振動板１
０の回動中心をロータ１００と突起部３６の接触点Ａか
ら点Ａにおけるロータ１００の駆動方向と逆方向に伸び
る線Ｂと、点Ａにおいて線Ｂと直交する線Ｃとによって
形成される象限内に回動中心が位置するように設定され
ており、具体的には上述した象限内に属する支持部材１
１の端部３８を中心として振動板１０が回動することを
許容するようになされている。このような位置に回動中
心を設けることにより、上述したように振動板１０によ
って回動および復帰動作が行われ、ロータ１００の逆回
転を抑制することができる。

【００３９】また、上述したように圧電アクチュエータ
Ａ１をカレンダー表示機構に適用した場合には、圧電ア
クチュエータＡ１自体の小型化が容易であるため、カレ
ンダー表示機構全体の寸法の大型化を招くことなく、ロ
ータ１００の径を大型にすることも可能となる。従っ
て、圧電素子３０，３１に印加する電圧を大きくするこ
となく、圧電アクチュエータＡ１から得られるロータ１
００の回転トルクを大きくすることができる。

【００４０】Ａ−４．圧電アクチュエータの変形例 なお、本発明に係る圧電アクチュエータは、上述した実
施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の
変形も可能である。

【００４１】Ａ−４−１．第１の変形例 上述した実施形態に示した圧電アクチュエータＡ１で
は、振動板１０におけるロータ１００との接触部に突起
部３６を設けるようにしていたが、図１１に示すよう
に、長方形状の振動板１０のロータ１００側の頂点を切
り欠いた切り欠き部９０を形成し、切り欠き部９０をロ
ータ１００の側面と当接させるようにしてもよい。この
場合にも、上述した突起部３６と同様に切り欠き部９０
の表面状態の管理が容易となる。

【００４２】Ａ−４−２．第２の変形例 また、上述した実施形態では、圧電素子３０，３１の全
面上に電極３３を設けるようにしていたが、図１２に示
すように、圧電素子３０，３１の中央部付近にのみ電極
３３を配置し、両端側には電極３３を配置しないように
してもよい。つまり、圧電素子３０，３１がその面上に
電極を有する電極部と、その両端側に位置する無電極部
を有する構成とするようにしてもよい。このようにすれ
ば、ロータ１００への駆動力を維持しつつ、低駆動電圧
化が可能となる。これは、振動板１０をその固有振動周
波数で振動させた場合、その振動による振動板１０の両
端側の変位は十分大きく、その部分に電圧を印加して両
端側の圧電素子３０，３１を伸縮させても、さらに変位
を大きくするものとはならないためである。

【００４３】Ａ−４−３．第３の変形例 また、上述した実施形態では、長方形状の振動板１０を
用いるようにしていたが、図１３に示すように、ロータ
１００側が細くなるテーパー状の振動板９５を用いるよ
うにしてもよい。このような形状の振動板９５を作製す
る場合、上述した振動板１０と同様にテーパー状の圧電
素子と補強板を積層すればよい。このような振動板９５
を用いれば、振動板１０のロータ１００側の端部９６の
変位が大きくなり、駆動力の伝達効率が向上する。ま
た、図の上下方向である幅方向の長さが不均一になるた
め、振動板１０の幅方向の共振を抑制する、すなわち幅
方向の振動を低減することができる。

【００４４】Ａ−４−４．第４の変形例 また、図１４に示すように、振動板１０からロータ１０
０側に延出するホーン部（延出部）１１０を設けるよう
にしてもよい。このようなホーン部１１０を設ける場合
には、図１５に示すように、補強板３２を図示のように
ホーン部１１０を含んだ形状に作製し、これの上下にそ
れぞれ圧電素子３０，３１を積層するようにすればよ
い。この構成の下、振動板１０を振動させれば、図１４
中破線で示すような振幅で振動板１０およびホーン部１
１０が振動する。従って、ロータ１００と当接するホー
ン部１１０の先端の変位が大きくなり、効率よく駆動力
付与を行うことができる。なお、ホーン部１１０は図１
４に示すような形状に限らず、図１６に示すような形状
のものであってもよい。

【００４５】Ａ−４−５．第５の変形例 また、図１７に示すように、振動板１０の突起部３６と
ロータ１００との接線、つまり振動初期状態での突起部
３６からロータ１００への押し付け力Ｆの方向と垂直な
線Ｓ、つまりロータ１００と突起部３６との当接点にお
ける駆動方向線上に支持部材１１の端部３８、つまり地
板１０３に固定される部分がほぼ位置するようにしても
よい。このような位置関係となるように振動板１０、支
持部材１１およびロータ１００を配置すれば、突起部３
６のロータ１００への押し付け力等を調整するために、
ネジ３９で固定された端部３８を中心に支持部材１１お
よび振動板１０の位置の微調整を行った場合にも、ロー
タ１００と突起部３６との接触位置や角度が変化せず、
常に安定した駆動力付与を行うことができる。また、形
状、位置ずれおよび経時変化などに起因する振動板とロ
ータの接触角度の変化を防止することができる。

【００４６】Ａ−４−６．第６の変形例 また、図１８に示すように、２つの支持部材１１で振動
板１０の長手方向の両端側をそれぞれ支持するようにし
てもよい。このようにすれば、振動板１０の幅方向（図
の上下方向）の振動を抑制する、つまりロータ１００の
駆動に必要となる図の左右方向の振動の妨げとなる振動
を抑制することができる。この場合、図１９に示すよう
に支持部材１１における端部３７が振動板１０の振動に
伴う支持部材１１の振動の腹となる位置とほぼ一致す
る、例えば支持部材１１の長さを支持部材１１の振動波
長の１／４となる長さにすれば、振動板１０の図の左右
方向の振動を妨げとなることが減少し、効率がさらに向
上する。

【００４７】また、このように２つの支持部材１１で振
動板１０を支持する場合、図２０に示すように、いずれ
か一方の支持部材１１で振動板１０の振動の節となる位
置を支持し、他方の支持部材１１で振動板１０における
ロータ１００側の端部を支持するようにしてもよい。こ
のようにすれば、一方の支持部材１１は振動の節を支持
するようにしているので、振動エネルギーの損失が減少
するとともに、他方の支持部材１１はロータ１００との
接触部付近での幅方向の振動を抑制することができる。

【００４８】Ａ−４−７．第７の変形例 また、上述した実施形態では、支持部材１１が振動板１
０をロータ１００側に付勢するようにしていたが、図２
１に示すように、ばね部材（弾性部材）１８０を設けて
振動板１０をロータ１００側に付勢するようにしてもよ
い。同図に示すように、振動板１０の図の上側には支持
部材１１が取り付けられており振動板１０の下側には、
ばね部材１８０の一端が取り付けられている。ばね部材
１８０の他端は、地板１０３（図１参照）に立設された
ピン１８１に支持されている。これにより、振動板１０
は図の上側であるロータ１００側に付勢され、突起部３
６がロータ１００の側面に当接させられるようになって
いる。このようにばね部材１８０を設けて振動板１０を
ロータ１００側に付勢するようにすれば、上述した実施
形態の圧電アクチュエータＡ１と同様に安定した駆動力
の伝達を行うことができる。

【００４９】このように振動板１０を支持する支持部材
１１と振動板１０をロータ１００側に付勢するばね部材
１８０を設けた場合にも、図２２に示すように、上述し
た実施形態と同様に線Ｂと線Ｃによって形成される象限
内、例えば図示のように端部３８の位置を中心として振
動板１０が回動できるようにしておけばよい。このよう
にすれば、外力によってロータ１００が逆回転しようと
した場合にも、図２３に示すように、振動板１０がロー
タ１００の逆回転に伴って回動した後、振動板１０が元
の位置に戻ることにより、振動板１０の戻りに伴ってロ
ータ１００が正方向に戻り、ロータ１００の逆回転を抑
制することができる。

【００５０】なお、このように支持部材１１とばね部材
１８０を設けた場合にも、図２４に示すように、振動板
１０をテーパー状に形成してもよいし、またホーン部
（図１４参照）を設けるようにしてもよい。

【００５１】Ａ−４−８．第８の変形例 また、上述した実施形態においては、振動板１０が補強
板３２の上下に圧電素子３０，３１をそれぞれ積層した
構造となっていたが、これに限らず、１つの圧電素子２
５１の上下にそれぞれ補強板３２を積層するようにして
もよい。この場合、図２５に示すように、上層の補強板
３２を支持部材１１ａで支持し、下層の補強板３２を支
持部材１１ｂで支持するようにし、補強板３２および、
支持部材１１ａ，１１ｂを導電体で形成すればよい。こ
の構成の下、駆動回路２５０から支持部材１１ａ，１１
ｂおよび補強板３２を介して駆動電圧を圧電素子２５１
に供給するようにしてもよい。このようにすれば、支持
部材１１ａ，１１ｂが振動板１０をロータ１００側に付
勢しながら支持する機能に加えて圧電素子２５１に駆動
電圧を供給する導通機能を有することになる。従って、
別に圧電素子２５１に駆動電圧を供給するための導通構
成を設ける必要がなくなり、構成が簡易となる。また、
振動板１０の振動の妨げとなる導通部品等が不要とな
り、効率のよい駆動力伝達を行うことができる。

【００５２】Ａ−４−９．第９の変形例 また、図２６および図２７に示すように、補強板３２と
その上下に圧電素子３０，３１をそれぞれ積層した振動
板１０を用いる場合にも、導電体から形成される支持部
材１１ｃ，１１ｄを介して駆動回路２５０から圧電素子
３０，３１に駆動電圧を供給するようにしてもよい。

【００５３】支持部材１１ｃは、振動板１０側で２つに
分岐する形状になされており、上側（図２６の紙面手前
側）に分岐した上端部２６０、および下側（図の紙面奥
側）に分岐した下端部２６１を有している。上端部２６
０は、圧電素子３０の面上に形成された電極３３にはん
だや導電性接着剤等により取り付けられており、下端部
２６１は、圧電素子３１の面上に形成された電極３３に
はんだや導電性接着剤等により取り付けられている。一
方、支持部材１１ｄは、補強板３２に取り付けられてお
り、これにより駆動回路２５０から圧電素子３０，３１
に駆動電圧が供給されるようになっている。この場合に
も、上述したように支持部材１１ｃ，１１ｄが振動板１
０を支持する機能を有するとともに、圧電素子３０，３
１への導通機能を有することになり、構成が簡易となる
とともに、効率のよい駆動力伝達を行える。

【００５４】Ａ−５．圧電アクチュエータへの導通構成 次に、上述した様々な態様の圧電アクチュエータの圧電
素子に駆動回路から駆動電圧を供給する導通構成につい
て説明する。上述した第８および第９の変形例で説明し
たように、導電体から形成される支持部材を介して駆動
回路から圧電素子に駆動電圧を供給するようにしてもよ
いが、図２８に示すような導通構成で圧電素子に駆動電
圧を供給するようにしてもよい。同図に示すように、こ
の導通構成では、Ｃ字状の弾性導通部材２８０で振動板
１０の上下面（電極３３）を挟持させ、補強板３２から
駆動回路２５０に配線を接続している。このような弾性
導通部材２８０を用いれば、簡易な構成でありながら、
駆動回路２５０から上下に積層された圧電素子３０，３
１に駆動電圧を供給することができる。

【００５５】また、図２９および図３０に示すように、
振動板１０に導線２９０を巻き付けるようにし、巻き付
けた導線２９０を介して駆動回路２５０から駆動電圧を
圧電素子３０，３１に供給するようにしてもよい。この
ようにしても簡易な導通構成で圧電素子３０，３１に駆
動電圧を供給することができる。なお、上述したように
弾性導通部材２８０や導線２９０を介して電圧を供給す
る場合、振動板１０の積層構造は、上下面に電極が配置
される構造であってもよいし、上下面に導体かなる補強
板が配置される構造のものであってもよい。また、圧電
素子と補強板の積層構造である振動板以外にも、圧電素
子に電圧を供給する場合にも、上述した弾性導通部材２
８０や導線２９０を用いることができる。

【００５６】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
について説明する。図３１に示すように、第２実施形態
に係る圧電アクチュエータは、第１実施形態に係る圧電
アクチュエータＡ１の振動板１０の代わりに振動板３１
０を備えた構成となっている。

【００５７】図３２に示すように、振動板３１０は、第
１実施形態における振動板１０と同様に補強板３２の上
下に圧電素子３０，３１それぞれ積層した構造である
が、図３３に示すように、圧電素子３０，３１上に電極
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが配置されている点で
振動板１０と異なっている。同図に示すように、振動板
３１０では、圧電素子３０を（図示はしないが圧電素子
３１も同じ）４つの領域に分割し、分割された領域上に
それぞれ電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを配置し
ている。

【００５８】このように圧電素子３０の４つの領域上に
配置された電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに駆動
電圧を供給する導通構成について図３４を用いて説明す
る。同図に示すように、スイッチ（選択手段）３４１の
オン／オフを切り換えることによって、電源３４０から
駆動電圧を全ての電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ
に供給するモードと、電源３４０から電極３３ａ，３３
ｄに供給するモードとを切り換えることができるように
なっている。

【００５９】ここで、スイッチ３４１がオンになされ、
全ての電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄに駆動電圧
を供給するモードが選択された場合には、図３５（ａ）
に示すように、上述した第１実施形態と同様に振動板３
１０が長手方向に伸縮して、振動板３１０の長手方向に
縦振動するようになっている（以下、縦振動モードとす
る）。一方、スイッチ３４１がオフになされ、電極３３
ａ，３３ｄにのみ駆動電圧を供給するモードが選択され
た場合には、駆動電圧が印加された領域のみの圧電素子
が伸縮し、図３５（ｂ）に示すように、振動板３１０は
振動板３１０の属する平面内で幅方向（図の上下方向）
に屈曲振動するようになっている（以下、屈曲振動モー
ドとする）。このように、スイッチ３４１を切り換える
ことによって振動板３１０の振動モードを選択すること
ができるようになっている。

【００６０】第２実施形態に係る圧電アクチュエータで
は、上述したように２つの振動モードを切り換えること
が可能な振動板３１０を用いてロータ１００を駆動して
おり、振動モードを切り換えることによりロータ１００
の駆動方向を切り換えることができきるようになってい
る。縦振動モードが選択されている場合には、図３６に
示すように、振動板３１０の縦振動によって、ロータ１
００と突起部３６の当接部から図中右向きの駆動力が付
与され、これによりロータ１００が図中反時計回りに回
転させられる。

【００６１】一方、屈曲振動モードが選択された場合、
図３７に示すように、振動板３１０の屈曲振動によっ
て、ロータ１００と突起部３６との当接部から図中上向
きの駆動力が付与され、これによりロータ１００が図中
時計回りに回転させられるようになっている。

【００６２】第２実施形態に係る圧電アクチュエータで
は、スイッチ３４１を切り換えることにより、ロータ１
００を正方向および逆方向に駆動することができる。上
述したように振動板３１０の振動モードを切り換えるこ
とにより、駆動方向の切り換えを行うようにしたので、
駆動方向毎に振動板を設けたり、振動板と駆動対象であ
るロータとの位置関係を調節する調節機構を設けたりす
る必要がない。従って、構成の複雑化および装置の大型
化を招くことなく、駆動方向を正逆に切り換えることが
可能である。

【００６３】なお、第２実施形態に係る圧電アクチュエ
ータにおいても、上述した第１実施形態と同様に種々の
変形が可能である。例えば、振動板３１０に突起部３６
の代わりに切り欠き部を設けるようにしてもよい（図１
１参照）。また、振動板３１０の突起部３６とロータ１
００との接線上に支持部材１１の端部３８が位置するよ
うにしてもよい（図１７参照）。また、支持部材１１に
加えてばね部材を設けるようにし、このばね部材によっ
て振動板３１０をロータ１００側に付勢するようにして
もよい（図２１参照）。

【００６４】Ｃ．変形例 なお、上述した様々な実施形態においては、圧電アクチ
ュエータが円盤状のロータを回転駆動する構成となって
いたが、駆動対象はこれに限定されるものではなく、例
えば略直方体状の部材に上述した振動板を当接させ、こ
の直方体状部材をその長手方向に駆動するようにしても
よい。

【００６５】また、上述した様々な実施形態に係る圧電
アクチュエータは、時計のカレンダー表示機構に搭載さ
れる以外にも、電池駆動される時計以外の携帯機器に搭
載して用いることも可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電アクチュエータにおける圧電素子の振動を効率よく
伝達するとともに、小型・薄型化に適しており、かつ駆
動力を安定して伝達できる。

【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
ータを備えた時計のカレンダー表示機構を示す平面図で
ある。

【図２】 前記カレンダー表示機構を組み込んだ時計の
概略構成を示す側断面図である。

【図３】 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４】 前記圧電アクチュエータの構成要素である振
動板を示す側断面図である。

【図５】 前記振動板が縦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、前記カレンダ
ー表示機構のロータからの反力によって屈曲振動する様
子を示す図である。

【図７】 前記屈曲振動時における前記振動板に設けら
れた突起部の軌道を説明するための図である。

【図８】 前記振動板の振動時における振幅を説明する
ための図である０。

【図９】 前記ロータが逆回転しようとした場合の、前
記振動板の状態を説明するための図である。

【図１０】 前記振動板を回動自在に支持する回動中心
の位置を説明するための図である。

【図１１】 前記圧電アクチュエータの第１の変形例を
示す平面図である。

【図１２】 前記圧電アクチュエータの第２の変形例に
おける振動板を示す側断面図である。

【図１３】 前記圧電アクチュエータの第３の変形例を
示す平面図である。

【図１４】 前記圧電アクチュエータの第４の変形例を
示す平面図である。

【図１５】 前記圧電アクチュエータの第４の変形例の
振動板の製造方法を説明するための図である。

【図１６】 前記圧電アクチュエータの第４の変形例の
他の変形例を示す図である。

【図１７】 前記圧電アクチュエータの第５の変形例を
示す平面図である。

【図１８】 前記圧電アクチュエータの第６の変形例を
示す平面図である。

【図１９】 前記圧電アクチュエータの第６の変形例の
構成要素である支持部材の振幅を説明するための図であ
る。

【図２０】 前記圧電アクチュエータの第６の変形例の
他の例を示す平面図である。

【図２１】 前記圧電アクチュエータの第７の変形例を
示す平面図である。

【図２２】 前記圧電アクチュエータの第７の変形例の
構成要素である振動板を回動自在に支持する回動中心の
位置を説明するための図である。

【図２３】 前記第７の変形例において、前記ロータが
逆回転しようとした場合の、前記振動板の振動板の状態
を説明するための図である。

【図２４】 前記圧電アクチュエータの第７の変形例の
他の例を示す平面図である。

【図２５】 前記圧電アクチュエータの第８の変形例を
示す図である。

【図２６】 前記圧電アクチュエータの第９の変形例を
示す平面図である。

【図２７】 前記圧電アクチュエータの第９の変形例を
示す側面図である。

【図２８】 前記圧電アクチュエータに駆動電圧を供給
する導通構成を示す図である。

【図２９】 前記圧電アクチュエータに駆動電圧を供給
する導通構成の他の例を示す平面図である。

【図３０】 前記圧電アクチュエータに駆動電圧を供給
する導通構成の他の例を示す側面図である。

【図３１】 本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュ
エータ全体構成を示す平面図である。

【図３２】 前記第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振動板を示す側面図である。

【図３３】 前記第２実施形態に係る圧電アクチュエー
タの前記振動板を示す平面図である。

【図３４】 前記第２実施形態に係る圧電アクチュエー
タに駆動電圧を供給する導通構成を示す図である。

【図３５】 （ａ）は前記第２実施形態に係る圧電アク
チュエータの前記振動板が縦振動する様子を示す図であ
り、（ｂ）は前記振動板が屈曲振動する様子を示す図で
ある。

【図３６】 前記第２実施形態に係る圧電アクチュエー
タの前記振動板が縦振動した時の、前記ロータの駆動方
向を説明するための図である。

【図３７】 前記第２実施形態に係る圧電アクチュエー
タの前記振動板が屈曲振動した時の、前記ロータの駆動
方向を説明するための図である。

【図３８】 従来の圧電アクチュエータを用いた超音波
式モータを模式的に示す平面図である。

【符号の説明】

１０……振動板、１１……支持部材、１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ，１１ｄ……支持部材、３０……圧電素子、３１
……圧電素子、３２……補強板、３３……電極、３５…
…端部、３６……突起部、３７……端部（取付部）、３
８……端部（固定部）、９０……切り欠き部、９５……
振動板、９６……端部、１００……ロータ、１０１……
中間車、１０２……日車、１０３……地板（支持体）、
１１０……ホーン部（延出部）、１８０……ばね部材
（弾性部材）、２５０……駆動回路、２５１……圧電素
子、２８０……弾性導通部材、２９０……導線、３１０
……振動板、３４０……電源、３４１……スイッチ（選
択手段）

───────────────────────────────────────────────────── 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） 5H680 AA06 AA19 BB02 BB15 BC02 CC04 DD02 DD14 DD23 DD37 DD65 DD82 GG02

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体と、 長手方向を有する板状の圧電素子と補強板とが積層され
   た振動板と、 前記振動板の属する平面内で前記振動板を前記長手方向
   に振動させる縦振動、および前記平面内で前記振動板を
   前記長手方向と直交する幅方向に揺動させる屈曲振動と
   のいずれかを選択する選択手段と、 前記支持体に固定される固定部、および前記振動板に取
   り付けられる取付部を有する弾性部材であって、前記振
   動板の長手方向の端部が前記駆動対象に当接するように
   前記振動板に弾性力を付与する支持部材とを具備してお
   り、 前記選択手段によって前記縦振動が選択された場合、前
   記振動板が前記縦振動することにより、該振動による前
   記振動板の変位に伴って前記駆動対象を駆動し、 前記選択手段によって前記屈曲振動が選択された場合、
   前記振動板が前記屈曲振動することにより、該振動によ
   る前記振動板の変位に伴って前記駆動対象を前記縦振動
   時と逆方向に駆動することを特徴とする圧電アクチュエ
   ータ。
2. 【請求項２】 支持体と、 長手方向を有する板状の圧電素子と補強板とが積層され
   た振動板と、 前記振動板の属する平面内で前記振動板を前記長手方向
   に振動させる縦振動、および前記平面内で前記振動板を
   前記長手方向と直交する幅方向に揺動させる屈曲振動と
   のいずれかを選択する選択手段と、 前記支持体に固定される固定部、および前記振動板に取
   り付けられる取付部を有し、前記振動板を前記支持体に
   支持する支持部材と、 前記振動板の長手方向の端部が前記駆動対象に当接する
   ように前記振動板に弾性力を付与する弾性部材とを具備
   しており、 前記選択手段によって前記縦振動が選択された場合、前
   記振動板が前記縦振動することにより、該振動による前
   記振動板の変位に伴って前記駆動対象を駆動し、 前記選択手段によって前記屈曲振動が選択された場合、
   前記振動板が前記屈曲振動することにより、該振動によ
   る前記振動板の変位に伴って前記駆動対象を前記縦振動
   時と逆方向に駆動することを特徴とする圧電アクチュエ
   ータ。
3. 【請求項３】 前記振動板は、１つの頂点が切り欠かれ
   た矩形状に形成されており、 前記振動板における切り欠かれた部分が前記駆動対象に
   当接す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。
4. 【請求項４】 前記支持部材の前記固定部は、前記駆動
   対象の駆動方向線上に位置す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。
5. 【請求項５】 前記補強板は導体であり、かつ前記圧電
   素子の上下にそれぞれ積層されており、 前記圧電素子の上下に積層された前記補強板を介して前
   記圧電素子に電力を供給することを特徴とする請求項１
   ないし４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記支持部材は導体であり、 前記支持部材を介して前記圧電素子に電力を供給するこ
   とを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧
   電アクチュエータ。
7. 【請求項７】 前記振動板の上下面にそれぞれ接触して
   前記振動板を挟み込む弾性導電体をさらに具備し、 前記弾性導電体を介して前記圧電素子に電力を供給する
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の
   圧電アクチュエータ。
8. 【請求項８】 前記振動板の周囲に接触しながら巻き付
   けられる導線をさらに具備し、 前記導線を介して前圧電素子に電力を供給することを特
   徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電アク
   チュエータ。
9. 【請求項９】 圧電素子を有し、前記圧電素子の振動に
   よって駆動対象を駆動する圧電アクチュエータであっ
   て、 前記圧電素子の上下面にそれぞれ接触して前記圧電素子
   を挟み込む弾性導電体を備え、 前記弾性導電体を介して前記圧電素子に電力を供給する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
10. 【請求項１０】 圧電素子を有し、前記圧電素子の振動
    によって駆動対象を駆動する圧電アクチュエータであっ
    て、 前記圧電素子の周囲に接触しながら巻き付けられる導線
    を備え、 前記導線を介して前記圧電素子に電力を供給することを
    特徴とする圧電アクチュエータ。
11. 【請求項１１】 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を備えることを特徴とする時計。
12. 【請求項１２】 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を備えることを特徴とする携帯機
    器。