JP3614009B2 - 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの駆動方法、携帯機器および時計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータの屈曲振動等を利用した圧電アクチュエータ、その駆動方法、この圧電アクチュエータを用いた携帯機器および時計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、圧電素子を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ーなどの分野に応用されている。
図２５は従来の圧電アクチュエータを用いた超音波モーターを模式的に示す平面図である。この種の超音波モーターは、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、ローター面を少し傾斜させて接触させてある。回転の原理は、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、ローターの円周方向に分力が発生してローターが回転するといったものである。
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）。
【０００３】
【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少であり、数μｍ程度であるのが通常であり、上記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ーに伝達することが望ましい。一方、増幅機構を用いると、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、腕時計やカメラのような小型の携帯機器は電池で駆動するので、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重要である。
【０００４】
ところで、腕時計などにおいて日、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。このためには、カレンダー表示機構の厚さを薄くする必要がある。しかし、ステップモータはコイルやローター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のには限界がある。このため、ステップモータを用いた従来のカレンダー表示機構は、構造的に薄型化に向かないといった問題があった。
【０００５】
特に、カレンダー表示機構のある時計と、係る表示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。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の振動を効率よく増幅するとともに、薄型化に適した圧電アクチュエータ、これを用いた携帯機器および時計を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、振動により両端部が自由端として変位する板部と、この板部が屈曲振動した際に生じる腹の近傍に配置されて圧電素子を有する振動板と、前記板部が屈曲振動した際に生じる節の近傍に配置されて当該板部を支持する支持部と、前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい周波数を有する駆動信号を前記圧電素子に印加する駆動手段とを備え、前記振動板の固有振動周波数は前記板部の固有振動周波数とほぼ等しいことを特徴とする。
この発明において、振動板は板部が変位する力を加えるように配置されているから、振動板が振動すると、この振動によって、板部の端部が変位する。ここで、振動板に設けられた圧電素子には、板部の１次の振動モードあるいは高次の振動モードにおける固有振動周波数とほぼ等しい周波数を有する駆動信号が印加される。このため、板部は、その固有振動周波数で振動することになる。構造物は、固有振動周波数で振動するとき、その機械的インピーダンスが極小となり、大きな変位が生じる。したがって、この発明の圧電アクチュエータによれば、高いエネルギー効率の下に、低い駆動電圧で大きな変位が得られる。
【０００８】
また、本発明に係る圧電アクチュエータは、前記板部が屈曲振動した際に生じる節の近傍に配置されて当該板部を支持する支持部を有する。振動の節は固定点として作用するため、板部の中で応力の大きさが最も小さい箇所である。したがって、節の近傍で支持すると、そこで消費される機械的なエネルギーをより一層削減することができる。なお、支持部は、前記板部の幅より幅狭な括れ部によって構成することが好ましい。括れ部は、弾性体として作用するから、振動をさほど減衰させることなく板部を支持することが可能である。この構成においては、板部が屈曲振動した際に生じる節に対応した前記板部の側面に括れ部を設けることが好ましい。また、特に、板部を偶数次振動させる場合には、板部の中央の節で支持するのが好ましい。この場合には、板部のバランスを取りつつ支持することができるので、機械的な強度を増すことができる。
【０００９】
さらに、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、振動板は、前記板部が振動した際に生じる腹の近傍に配置されている。一般に、振動体においては、腹を加振することによって最大の伝達効率を得ることができる。したがって、この発明によれば、振動板の振動を高い効率で板部に伝達して、可動端から大きな振幅を取り出すことができ、駆動電圧の低電圧化を図ることができる。なお、この場合に、加振位置は腹そのものでなくとも、当該板部の振動伝達特性に応じた一定の範囲であれば、高い効率で振動を伝達することが可能である。したがって、加振位置は腹の近傍であればよい。
加えて、本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、前記振動板の固有振動周波数は前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい。この構成によれば、この発明によれば、振動板と板部は各々固有振動周波数で振動する。したがって、圧電アクチュエータ全体として見たとき、機械的なエネルギー効率を向上させることができる。
【００１０】
本発明において、前記振動板は、面外方向に撓み振動するように前記圧電素子を配置してもよい。例えば、板部を略長方形の形状で構成すると、その幅が狭いほど内部損失が低減するとともに固有振動周波数が低下する。一方、振動板を面外方向に撓み振動させる場合には、振動周波数を低周波数に設定することが容易である。したがって、この発明に係る圧電アクチュエータは、振動周波数を比較的低い周波数に設定するとともに板部の幅を狭くすることにより、板部での内部損失を低減してエネルギー効率の向上を図るのに適している。
【００１１】
また、振動板を面外方向に撓み振動させる場合、前記圧電素子を撓み振動の節で分割する構成としてもよい。このような構成において振動板を高次の振動モードで駆動するとき、振動板に複数の変極点が生じ、１枚の圧電素子の中に伸びる部分と縮む部分が発生する。伸びる部分と縮む部分とでは分極の方向が逆極性となるため、内部的に電荷が相殺され、電気的なエネルギー効率が低下する。これに対して、本発明のように圧電素子を撓み振動の節で分割すると、各圧電素子において伸びる部分と縮む部分とが同時に存在しないので、電気的なエネルギー効率を向上させることができ、低い駆動電圧で大きな変位を得ることができる。この構成においては、前記振動板の上下面に振動の節で分割した複数の圧電素子を各々配置し、前記振動板を介して上下方向に隣り合う圧電素子の分極方向を一致させるとともに、長手方向に隣り合う圧電素子の分極方向を逆極性とすることが好ましい。
【００１２】
また、振動板を高次の振動モードで駆動する場合、前記振動板の上下面に各々一枚の圧電素子を設け、各圧電素子に複数の分割された電極を配置し、前記駆動手段は長手方向に隣り合う電極に位相が１８０度ずれた駆動信号を供給するようにしてもよい。
【００１３】
本発明において、前記振動板は、面内方向に伸縮振動するように前記圧電素子を配置してもよい。この場合には、振動板と板部との間で面外方向の応力を面内方向の応力に変換する必要がないので、板部のねじれ等が発生せず、応力の方向変換に伴う損失が原理的にない。したがって、機械的なエネルギー効率の向上を図ることができ、低い駆動電圧で大きな変位を得ることができる。また、振動板の運動は面内方向であるから、上下方向に撓み振動するものと比較して、薄型化に適している。
【００１４】
また、振動板を面内方向に伸縮運動させる場合、前記圧電素子に印加する電界を前記振動板の長手方向としてもよい。この場合には、圧電素子の縦効果を利用することができるので、同一の駆動信号で大きな力または変位を得ることができ、電気的なエネルギー効率を向上させることができる。
【００１５】
本発明において、振動板は円板状に形成された圧電素子を備えるものであってもよい。一般に、印可する電界に対する変位量を示す圧電係数は、圧電素子の形状が円板であるとき最大となる。したがって、本発明によれば、同一の駆動信号で大きな変位を得ることができ、電気的なエネルギー効率をより一層向上させることができる。
【００２０】
本発明において、前記板部と前記振動板とを略同一平面内に構成するようにしてもよい。この場合には、圧電アクチュエータの薄型化を図ることができる。具体的には、前記板部と前記振動板とを一枚の板状部材で形成するとともに、前記振動板に薄板状の前記圧電素子を形成することが好ましい。この場合には、圧電アクチュエータの主要部を二つの部品から構成することができるので、構成を非常に簡易にすることができる。
【００２１】
本発明に係る圧電アクチュエータは、前記板部の端部と接し、この端部が面内方向に振動すると回転する円板状のローターを備えることが好ましい。この場合には、可動端の往復振動をローターによって回転方向の応力に変換することができる。
【００２２】
本発明に係る携帯機器は、前記圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータに電力を給電する電池とを備えたことを特徴とする。この場合、圧電アクチュエータはエネルギー効率が極めて良いので、長時間の連続使用が可能となる。なお、電池は、乾電池、水銀電池等の一次電池の他に、大容量のコンデンサ、リチウムイオン二次電池、Ｎｉ−Ｃｄ等の蓄電能力のある二次電池であってもよい。また、何らかの発電機構によって二次電池に電力が充電されるものであってもよい。
【００２３】
本発明に係る時計は、前記圧電アクチュエータと、前記ローター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備えたことを特徴とする。カレンダー表示車としては日車の他に曜車等がある。この圧電アクチュエータは、薄型化に適した構造をしているので、時計全体を薄型化することが可能である。
【００２４】
また、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動方法は、振動により両端部が自由端として変位する板部と、この板部が屈曲振動した際に生じる腹の近傍に配置されて圧電素子を有する振動板と、前記板部が屈曲振動した際に生じる節の近傍に配置されて当該板部を支持する支持部と、前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい周波数を有する駆動信号を前記圧電素子に印加する駆動手段とを備え、前記振動板の固有振動周波数と前記板部の固有振動周波数とがほぼ等しい圧電アクチュエータを駆動するものであって、前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい周波数を有する駆動信号を生成し、この駆動信号を前記圧電素子に供給することを特徴とする。
この発明によれば、板部の共振を積極的に利用することが可能となり、板部の機械的インピーダンスを極小として、大きな変位を取り出すことができる。この結果、高いエネルギー効率の下に、低い駆動電圧で大きな変位が得られる。また、前記駆動信号の周波数は、前記振動板の固有振動周波数と一致する。この場合には、板部のみならず振動板も固有振動周波数で振動するので、より高いエネルギー効率の下に、より低い駆動電圧で大きな変位が得られる。
【００２５】
［１．圧電アクチュエータの原理］
まず、本実施形態に用いられる圧電アクチュエータの原理について説明する。図１は、圧電アクチュエータの平面図である。この圧電アクチュエータＡは、図に示すように、板状の振動板１０とステータ２０とから概略構成される。振動板１０は、圧電素子１１とリン青銅等の薄板で構成され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。この圧電素子１１に交流電圧を給電するとことによって圧電素子１１が伸縮し、これによって振動板１０が振動する。ステータ２０は、略長方形の形状をした薄板で構成されており、円弧状の可動端２１と幅が狭くなった括れ部２２および固定部２３を備えている。
【００２６】
振動板１０の振動モードとしては、図２（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２（ｂ）に示すように振動板１０が長手方向に伸縮振動する縦振動モードとがある。圧電素子１１の構成によって、振動モードが決定されるが、いずれのモードにおいても振動板１０の端部１３がステータ２０の側面部を図１に示す矢印方向に押すことになる。
ステータ２０を剛体として考えると、図３（ａ）に示すようにステータ２０は括れ部２２を中心として変位する。この場合、振動板１０が変位すると、端部１３の変位が括れ部２２を中心として、てこの原理によって増幅され、可動端２１に伝達される。しかし、ステータ２０は、いわゆる片持ち梁構造をしているため、支持部となる括れ部２２に大きな応力が掛かり、応力が括れ部２２から逃げてエネルギー損失が大きくなる。このため、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率が低下するといった問題がある。
【００２７】
ところで、機械的な構造物に対して力一定の条件で、加振周波数を徐々に大きくしてゆくと、ある周波数で構造物の振幅は極大値を取り、その後極小値を取るといった応答を繰り返す。すなわち、振幅が極大となる周波数は複数存在し、この各々の極大に対応する各周波数を一括して固有振動周波数という。そして、最も低い固有振動周波数に対応する振動の態様を１次の振動モード、その次に低い固有振動周波数に対応する振動の態様を２次の振動モード、…という。
構造物は、これらの振動モードの固有振動周波数で振動する時、そ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ことが知られている。
【００２８】
本実施形態に用いられる圧電アクチュエータＡは、この点に着目して構成されたものであり、可動部２１の１次の振動モードもしくは高次の振動モードの固有振動周波数にほぼ等しい周波数で可動部２１を加振する。図３（ｂ）は、可動部２１の１次の振動モードにおける変位を模式的に示したものであり、図３（ｃ）は可動部２１の２次の振動モードにおける変位を模式的に示したものである。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、可動部２１は面内で屈曲しながら振動する。
【００２９】
ここで、可動部をｎ次の振動モードで振動させるものとすれば、駆動信号Ｖの周波数をｎ次のモードの固有振動周波数にほぼ等しい周波数になるように設定する。この圧電アクチュエータＡによれば、可動部２１の機械的インピーダンスが極小となるので、小さな駆動力で容易に大きな変位が得られる。
可動部２１の減衰係数にもよるが、一般に可動部２１を剛体として捉え、その固有振動周波数を考慮することなく加振した場合と比して、数倍から数千倍の変位を得ることができる。
以下の各実施形態にあっては、ステータ２０の固有振動を積極的に利用した圧電アクチュエータＡを時計のカレンダー表示機構に応用した例を説明する。
【００３０】
［２．第１実施形態］
［２−１．全体構成］
図４は、本発明の第１実施形態に係る時計において、カレンダー表示機構の主要構成を示す透過平面図である。
この例の圧電アクチュエータＡにおいて、振動板１０は屈曲モードで撓み振動するものとする。この場合、圧電アクチュエータＡは面外方向の振動を面内方向の振動として増幅し、可動端２１の変位として出力する。可動端２１はロータ３０に接触している。
ここで、ステータ２０とロータ３０とは、静止状態において適度な応力が掛かるように配置されている。可動端２１が矢印Ｘの方向に振動すると、ロータ３０は矢印Ｙの方向に回転する。ロータ３０の回転は、中間車４０を介して日車５０に伝達され、日車５０が矢印Ｚの方向に回転する。
【００３１】
図５は本発明の第１実施形態に係る時計の断面図である。図において、斜線部分に、上述したカレンダー機構が組み込まれており、その厚さは０．５ｍｍ程度と極めて薄い。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６０が設けられている。この文字板６０の外周部の一部には日付を表示するための窓部６１が設けられており、窓部６１から日車５０の日付が覗けるようになっている。また、文字板６０の下側には、針７０を駆動するムーブメントが設けられている。
【００３２】
以上の構成において、圧電アクチュエータＡは、従来のステップモータのようにコイルやローターを面外方向に積み重ねるのではなく、同一平面内に振動板１０、ステータ２０およびローター３０を配置した構成となっているので、構造的に薄型化に適している。このため、カレンダー表示機構を薄型化することができ、ひいては時計全体の厚さを薄くすることができる。さらに、カレンダー表示機構のある時計と、係る表示機構のない時計との間でムーブメントを共通化することができ、生産性を向上させることができる。
【００３３】
［２−２．圧電アクチュエータの構成例］
次に、各種の圧電アクチュエータの構成例を駆動回路とともに説明する。
［２−２−１．第１の態様］
図６に第１の態様に係る圧電アクチュエータＡ１の構成例を示す。この圧電アクチュエータＡ１は、０．０５ｍｍ程度の厚さの金属性の振動板１０の上面側に、０．２ｍｍ程度のユニモルフ型の圧電素子１１を貼り合わせており、振動板１０の端部１３がステータ２０に当接している。なお、圧電素子１１の材料には、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、チタン酸ジルコン酸鉛、亜鉛酸ニオブ酸鉛（（Ｐｂ（Ｚｎ１／３−Ｎｂ２／３）Ｏ３ １−ｘ−Ｐｂ Ｔｉ Ｏ３ 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）｝ Ｏ３）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。
【００３４】
駆動回路１００は、圧電素子１１の上面に設けられた電極（図示せず）と振動板１０とをそれぞれ両極として、それらの間に駆動信号Ｖが印加する。駆動信号Ｖを生成する駆動回路１００としては、他励式のものと自励式のものがある。まず、図７（ａ）に他励式の駆動回路のブロック図を示す。他励式のものは、発振回路１０１から出力される発振信号を周波数変換回路１０２で所望の発振周波数に変換して駆動信号Ｖを生成する。この場合、発振回路１０１を指針を駆動するための時計回路における水晶発振回路と兼用し、また、周波数変換回路１０２に分周回路を用いることにより、構成を簡易にすることができる。
次に、図７（ｂ）に自励式の駆動回路のブロック図を示す。同図に示す自励式のものは、コルピッツ型の発振回路１０３に対してフィルタ１０４を設け、所定の周波数の信号のみを正帰還させることにより圧電素子１１に駆動信号Ｖを印加する。
【００３５】
ここで、駆動信号Ｖの周波数は、ステータ２０の１次の振動モード、あるいは高次の振動モードにおける固有振動周波数となるように設定されている。上述したように構造物は固有振動周波数で振動するとき、機械的インピーダンスが最も小さくなる。したがって、固有振動周波数でステータ２０を駆動することによって、ステータ２０を大きく変位させることが可能となる。換言すれば、振動板１０の振幅を効率良く増幅して可動端２１に伝達することができる。この結果、駆動回路１００の消費電力を削減するできるとともに駆動電圧の低電圧化を図ることができ、さらに小型の圧電素子１１を使用することが可能となる。
【００３６】
ところで、圧電素子１１をシム部１２に貼り合わせた振動板１０は、ステータ２０の固有振動周波数ｆｓとは独立した固有振動周波数ｆｐを有する。ステータ２０の幅をＷｓ，長さをＬｓとすると固有振動周波数ｆｓはＷｓ／Ｌｓに比例し、また、振動板１０の長さをＬｐとすると固有振動周波数ｆｐは１／Ｌｐに比例する。
【００３７】
図８は、固有振動周波数ｆｓ，ｆｐと、Ｗｓ／Ｌｓおよび１／Ｌｐとの関係を示したグラフである。圧電素子１１にはステータ２０の固有振動周波数ｆｓを有する駆動信号Ｖが印加されるので、振動板１０は固有振動周波数ｆｓで振動する。ここで、固有振動周波数ｆｓと固有振動周波数ｆｐとがかけ離れていると、振動板１０の機械的インピーダンスが大きくなり大きな変位が得られず効率が悪くなる。このため、固有振動周波数ｆｓ，ｆｐは、略一致するようにステータ２０の幅Ｗｓと長さＬｓ、および振動板１０の長さＬｐを各々設定する。この場合、固有振動周波数ｆｓ，ｆｐは、±５％の範囲内に設定することが望ましい。ここで、ステータ２０を２次の振動モード（図２（ｃ）参照）、３次の振動モード、…ｎ次の振動モードといった高次の振動モードで駆動する場合には、その次数に併せて振動板１０を振動させればよい。あるいは、固有振動周波数ｆｓ，ｆｐを振動モードの次数を変数とする関数であらわすものとすれば、駆動信号Ｖの周波数ｆを以下の式で与えられるように設定し、ステータ２０をｎ次の振動モードで駆動するとともに、振動板１０をｍ次の振動モードで駆動するようにしてもよい。
ｆ＝ｆｓ（ｎ）＝ｆｐ（ｍ） 但し、ｎ，ｍは自然数
例えば、ステータ２０の２次の振動モードに対応する固有振動周波数ｆｓ（２）と、振動板１０の３次の振動モードに対応する固有振動周波数ｆｐ（３）が一致するのであれば、ステータ２０を２次の振動モードで振動させるとともに振動板１０を３次の振動モードで振動させればよい。
【００３８】
ところで、ステータ２０の固有振動周波数ｆｓはその幅Ｗｓに比例するが、これが広くなるほど、Ｑ値が低下してステータ２０の内部損失が大きくなる。このため、ステータ２０の幅Ｗｓは狭いことが望ましい。ステータ２０の幅Ｗｓを狭くすると、これに伴って固有振動周波数数ｆｓが低下する。すなわち、固有振動周波数ｆｓが低い程、機械的なエネルギー効率が向上する。
【００３９】
さらに、駆動回路１００から圧電素子１１まで実際の配線には浮遊容量が存在するし、駆動回路１００の内部においても寄生容量が存在する。したがって、駆動信号Ｖの周波数が高いと、これらの容量を介して漏洩電流が流れてしまうので、電気的なエネルギー効率が低下する。換言すれば、固有振動周波数ｆｐが低い程、電気的なエネルギー効率が向上する。
【００４０】
機械的なエネルギー効率と電気的なエネルギー効率を向上させるためには、ステータ２０の幅Ｗｓを狭くすることによって、ステータ２０の固有振動周波数ｆｓを低く設定するとともに、これに略一致するように振動板１０の固有振動周波数ｆｐを設定し、駆動信号Ｖの周波数を低くすることが望ましい。
ここで、振動板１０の振動モードとして屈曲モードは、図２（ａ）に示すように振動板１０を上下方向に撓み振動させるものであるので、図２（ｂ）に示す縦振動モードに比較して、低い周波数の駆動に適している。そこで、この例にあっては、屈曲モードで振動可能な圧電素子１１と幅Ｗｓの狭いステータ２０とを組み合わせている。この組み合わせにより、機械的および電気的なエネルギー効率の向上させることができる。
【００４１】
［２−２−２．第２の態様］
次に、図９に第２の態様に係る圧電アクチュエータＡ２の構成例を示す。この例の圧電アクチュエータＡ２は、圧電素子１１の構成を除いて、第１の態様に係る圧電アクチュエータと同様に構成されている。この例の圧電素子１１はバイモルフ型の構造をしている。具体的には、図示するように、シム部１２の上面側に圧電素子１１ａをその下面側に圧電素子１１ｂを貼り合わせたサンドイッチ構造をしている。このようなサンドイッチ構造では、シム部１２によって振動板１０の強度を高めることができるから、落下衝撃に強く耐久性を高めることができる。
【００４２】
この場合、振動板１０は、圧電素子１１ａ，１１ｂの共通電極として作用し、そこには駆動回路１００から接地電位ＧＮＤが給電される。そして、圧電素子１１ａおよび圧電素子１１ｂには駆動信号Ｖが給電される。一般に、圧電素子に印加する電界の方向と変位方向（歪み方向）とが一致する場合を縦効果、電界の方向と変位方向とが直交する場合を横効果というが、この例では横効果を利用している。ここで、圧電素子１１ａと圧電素子１１ｂとの分極方向は、図中の矢印で示すように分極方向が一致するように設定する。このため、駆動信号Ｖが印加されると、一方の圧電素子が長手方向に伸びたとき、他方の圧電素子が長手方向に縮む。したがって、交流電圧が印可されると、振動板１０が屈曲運動することになる。図に示す結線はパラレル接続と呼ばれる。パラレル接続では、第１の態様と比較して、低電圧駆動で大きな変位を得ることができる。このため、時計など電池で駆動させる携帯機器への応用に適している。
【００４３】
［２−２−３．第３の態様］
実際の圧電アクチュエータにおいて、ステータ２０の幅Ｗｓと長さＬｓは、ロータ３０を回転させるための駆動力や、機械的な強度を考慮して定める必要がある。さらに、振動板１０の構造は他の構成部分の配置等の制約を受ける。このため、第１の態様で説明したように、ステータ２０をｎ次のモードで振動させ振動板１０をｍ次のモードで振動させることもある。ここで、ｍが２以上の自然数であると、振動板１０に２以上の変極点が生じる。
【００４４】
ところで、第２の態様で説明した圧電アクチュエータＡ２の振動板１０は、シム部１２の上面側と下面側とに各１枚の圧電素子１１ａ，１１ｂをそれぞれ貼り合わせた構造をしているので、複数の変極点が生じるような高次振動で駆動すると、１枚の圧電素子の中に伸びる部分と縮む部分が存在する。伸びる部分と縮む部分とでは、分極の方向が逆極性となる。このため、圧電素子の内部で電荷が相殺され、大きな変位を得ることができず、電気的なエネルギー効率が低下してしまう。そこで、第３の態様に係る圧電アクチュエータＡ３にあっては、圧電素子を振動モードの次数に併せて振動の節で分割することによって、電気的なエネルギー効率を向上させている。
【００４５】
図１０に第３の態様に係る圧電アクチュエータＡ３の構成例を示す。なお、この例では、振動板１０を２次の振動モードで駆動するものとする。圧電アクチュエータＡ３は、圧電素子１１の構成を除いて、第２の態様に係る圧電アクチュエータＡ２と同様に構成されている。この例の圧電素子１１は、図示するように、シム部１２の上面左側に圧電素子１１ａ１を、上面右側に圧電素子１１ａ２を、下面左側に圧電素子１１ｂ１を、さらに下面右側に圧電素子１１ｂ２を貼り合わせて構成されている。また、各圧電素子において電圧を印加しない場合の分極方向を、図中矢印で示す。この場合、圧電素子１１ａ１および圧電素子１１ｂ１の分極方向が一致し、圧電素子１１ａ２および圧電素子１１ｂ２の分極方向が一致するように設定されており、長手方向に隣り合う圧電素子（例えば、１１ａ１と１１ａ２）の分極方向が逆極性となるように設定されている。
【００４６】
このため、圧電素子１１ａ１が横効果によって長手方向に縮むように駆動信号Ｖが印加されると、圧電素子１１ａ２，１１ｂ１が長手方向に伸び、圧電素子１１ｂ２が長手方向に縮む（図示する状態）。また逆に、圧電素子１１ａ１が横効果によって長手方向に伸びるように駆動信号Ｖが印加されると、圧電素子１１ａ２，１１ｂ１が長手方向に縮み、圧電素子１１ｂ２が長手方向に伸びる。この屈曲運動を繰り返すことによって、振動板１０は屈曲モードで振動する。
【００４７】
図１１（ａ）は、ｍ次の振動モードで駆動する振動板１０の構成例を示したものである。この図に示すように、ｍ次の振動モードで駆動する場合には（ｍは２以上の自然数）、振動板１０を長手方向にｍ分割し、各領域の上下に同一の分極方向を有する圧電素子を貼り合わせるとともに（例えば、１１ａｍと１１ｂｍ）、長手方向に隣り合う圧電素子の分極方向を逆極性となるように構成すればよい（例えば１１ｂ１と１１ｂ２）。
【００４８】
このように第３の態様に係る圧電アクチュエータＡ３によれば、振動板１０の振動次数に併せて、振動の節で圧電素子を分割して配置したので、各圧電素子は一様に伸びるかあるいは縮むので、一つの圧電素子の中で分極方向が逆極性となって電荷が相殺されるといったことがなくなる。この結果、電気的なエネルギー効率を向上させることができ、駆動電圧の低電圧化を図ることができる。
また、図１１（ｂ）に示すように、シム板１２の上下面に分極方向が同一となる圧電素子１１ａと１１ｂを貼り合わせ、各圧電素子１１ａ，１１ｂにｍ個の電極Ａ１〜Ａｍ、Ｂ１〜Ｂｍを設け、長手方向に隣り合う電極に印加する駆動信号ＶおよびＶ’の位相を１８０度ずらすようにしてもよい。この場合には、上述した図１１（ａ）と同等の効果を得ることができる。
【００４９】
［２−２−４．第４の態様］
上述した第１乃至第３の態様は、屈曲モードによって振動板１０を撓み振動させるものであった。これらの場合には、振動周波数を低く設定するのに適している。駆動周波数が低周波数であると、駆動回路１００内部の寄生容量やあるいは配線の引き回しに伴う浮遊容量を介して流れる漏洩電流が低減し、電気的な効率を高めることができる。しかしながら、屈曲モードでは、振動板１０の端部１３において、面外方向の変位を面内方向の変位に変換するが、その過程で、ステータ２０にねじれが発生してしまう。本来、ステータ２０は面内方向に屈曲振動することによって、振動板１０の変位を増幅するものであるから、ねじれが発生すると、機械的なエネルギー効率が低下してしまう。一方、駆動回路１００の寄生容量は、トランジション周波数の高いトランジスタを用いたり回路構成を工夫すること等によって、低減することができる。また、配線の浮遊容量は、誘電率の低い絶縁体を用いたり配線を短くすることによって、低減することができる。そこで、第４の態様にあっては、寄生容量や浮遊容量が低減されることを前提に、振動板１０を縦振動モードで振動させ、これによって、機械的なエネルギー効率の向上を図っている。
【００５０】
図１２に第４の態様に係る圧電アクチュエータＡ４の構成例を示す。この圧電アクチュエータＡ４は、圧電素子１１ｂの替わりに圧電素子１１ｂ’を用いる点を除いて、図９に示す圧電アクチュエータＡ２と同様に構成されている。ここで、圧電素子１１ｂ’の分極方向は、シム部１２の上面側に設ける圧電素子１１ａの分極方向と逆方向になるようにする。この場合、圧電素子１１ａ，１１ｂ’に駆動信号Ｖが印加されると、横効果によって両方の圧電素子が同時に伸び、また、同時に縮む。したがって、振動板１０は図中矢印で示すように、長手方向に伸縮する。
【００５１】
振動板１０は面内方向に振動するから、その端部１３では変位の方向の変換が行われず、単に面内方向の振動を伝達するだけでよい。このため、ステータ２０にねじれが発生せず、機械的なエネルギーを高い効率で伝達することができる。
【００５２】
［２−２−５．第５の態様］
上述した第４の態様では、圧電素子１１ａ，１１ｂ’の分極方向を逆方向に設定して横効果によって駆動することによって、屈曲モードで振動板１０を振動させた。
ところで、圧電素子に電界を加えて分極を起こさせると電界に比例した変位（歪み）が生じるが、電界方向と同一方向の変位量（縦効果）と、電界方向と直交する方向の変位量（横効果）は相違することが知られている。電界強度に対する変位量は（ｍ／Ｖ）、圧電係数と呼ばれ「ｄｘｙ」で表す。ここで、添字ｘは、電界方向を指示しており、電界方向がＸ軸方向である場合は１、Ｙ軸方向である場合は２、Ｚ軸方向である場合は３で表す。また、添字ｙは、変位方向を電界方向と同様の規則で表したものである。一般に、縦効果に対応する圧電係数ｄ３３は、横効果に対応する圧電係数ｄ３１よりも大きい。したがって、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する効率は、縦効果を用いる方が有利である。
そこで、第５の態様にあっては、圧電素子の縦効果を利用して、振動板１０を縦振動モードで駆動することにより、エネルギー効率の向上を図っている。
【００５３】
図１３に第５の態様に係る圧電アクチュエータＡ５の構成例を示す。この図に示す圧電アクチュエータＡ５は、直方体の形状をした圧電素子１１ｃとシム部１２を備えた振動板１０と、ステータ２０とから構成されている。圧電素子１１ｃの左右の側面（斜線部分）には電極が各々構成されており、両電極間に駆動信号Ｖが印加される。ここで、圧電素子１１ｃの分極方向は図示するように左側面から右側面に向かう方向となっている。したがって、圧電素子１１ｃに駆動信号Ｖを印加すると、圧電素子１１ｃは長手方向に伸縮運動を繰り返す。この場合、伸縮は圧電素子１１ｃの縦効果によって生じるので、高いエネルギー効率でステータ２０を振動させることが可能である。
【００５４】
なお、圧電素子１１ｃの替わりに、図１４に示す積層型の圧電素子１１ｄを用いてもよい。この圧電素子１１ｄにあっては、各電極間の距離Ｄが短くなる。電界強度は、同一の電圧を印加しても電極間の距離Ｄが短くなるほど大きくなる。このため、圧電素子１１ｄは、圧電素子１１ｃと比較して、より大きな変位を取り出すことができる。換言すれば、振動板１０に必要とされる変位量を低電圧の駆動信号Ｖで取り出すことができる。したがって、圧電素子１１ｄを用いた圧電アクチュエータＡ５は、時計など電池で駆動させる携帯機器への応用に適している。
【００５５】
［２−２−６．第６の態様］
上述した第１乃至第５の態様において、圧電素子の形状は、いずれも直方体であった。これに対して、第６の態様では円板状の圧電素子を用いることを特徴とする。
図１５に第６の態様に係る圧電アクチュエータＡ６の構成例を示す。この圧電アクチュエータＡ６は、円板状のシム部１２の上面側に圧電素子１１ｅとその下面側に圧電素子１１ｆを貼り合わせた振動板１０と、ステータ２０とから構成されている。
シム部１２は、圧電素子１１ｅ，１１ｆの共通電極として作用し、そこには駆動回路１００から接地電位ＧＮＤが給電される。また、圧電素子１１ｅおよび圧電素子１１ｆには駆動信号Ｖが給電される。ここで、圧電素子１１ｅと圧電素子１１ｆの分極方向は、図中の矢印で示すように分極方向が逆方向になるように設定する。駆動信号Ｖが印加されると、径方向に圧電素子１１ｅと圧電素子１１ｆとが同時に拡張し、同時に収縮する。これにより振動板１０が径方向に振動する。
【００５６】
円板状の圧電素子において、円板の電気機械結合係数（機械エネルギーと電気エネルギーとの間の変換を表す）Ｋｐは、縦効果の電気機械結合係数ｋ３３（ｄ３３から導かれる）よりも大きい。したがって、第６の態様によれば、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する効率をより一層向上させることができる。
【００５７】
［３．第２実施形態］
次に、本発明の係る第２実施形態の時計を説明する。第２実施形態に係る時計は、圧電アクチュエータの構成を除いて、第１実施形態と略同様に構成されている。
第１実施形態の圧電アクチュエータＡでは、ステータ２０において、可動端２１と反対側の端部に括れ部２２を介して固定部２３を設けており、固定部２３において圧電アクチュエータＡを固定していた。括れ部２２の幅は狭くなっているから、括れ部２２は比較的自由に動くことができ、ステータ２０の振動をあまり減衰させずに支持することができる。
【００５８】
しかしながら、括れ部２２の幅は、機械的な強度とエネルギー損失の兼ね合いによって定められるものであるから、括れ部２２である程度のエネルギー損失が発生していた。特に、スポーツタイプのように、大きな加速度が使用時に掛かることが想定される腕時計にあっては、括れ部２２の幅をある程度広くして機械的な強度を高める必要がある。したがって、腕時計の用途によっては、括れ部２２におけるエネルギー損失が大きく無視できないこともありえる。ところで、本実施形態のステータ２０は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、固有振動周波数ｆｓで振動するものであり、振動モードの次数は予め定められている。ステータ２０の屈曲状態は振動モードの次数に応じて定まるから、振動の節となる位置も振動モードの次数に応じて定まる。ここで、ステータ２０の振動の節は、固定点として作用する。
【００５９】
第２実施形態に係る圧電アクチュエータＢはこの点に鑑みてなされたものであり、振動の節でステータ２０を支持することにより、エネルギー損失を低減するとともに機械的な強度を高めるものである。なお、圧電アクチュエータＢとしては、以下に述べる各種の態様がある。
【００６０】
［３−１．第１の態様］
図１６は、第１の態様に係る圧電アクチュエータＢ１の構成例を示す平面図である。なお、同図に示す圧電アクチュエータＢ１は、１次の振動モードによって駆動されるものとする。
【００６１】
同図において、圧電アクチュエータＢ１は、振動板１０とステータ２０とを備えている。振動板１０としては、第１実施形態で説明した第１乃至第６の態様に係るいずれのものでも適用することができる。ステータ２０は、略長方形の形状をした薄板で構成されており、円弧状の可動端２１、幅が狭くなった括れ部２２’および固定部２３を備えており、その長手方向の端部はいずれも自由端となっている。
【００６２】
ここで、括れ部２２’は、ステータ２０が１次の振動モードで振動した場合に生じる節２４の位置において、振動板１０と反対側の側面に設けられており、ステータ２０は括れ部２２’を介して固定部２３に固定されている。振動板１０に駆動信号Ｖが給電される。駆動信号Ｖの交流周波数は、ステータ２０の固有振動周波数ｆｓと等しくなるように設定されている。なお、振動板１０の固有振動周波数ｆｐは固有振動周波数ｆｓと略一致するように選ばれている。このため、機械的なエネルギー効率を向上させることができる。
【００６３】
以上の構成において、振動板１０が振動すると、ステータ２０は面内で屈曲しながら一次振動する。ステータ２０の長手方向は自由端であるから、振動の節２４、２５はステータの長さをＬｐとすると、０．２２４Ｌｐ，０．７７６Ｌｐの位置に生ずる。節２４、２５は、ステータ２０が屈曲振動しても固定点として作用する。この例では、括れ部２２’が節２４に対応するステータ２０の側面に設けられているから、括れ部２２’には大きな応力がかからず、あまり変形しない。したがって、第１実施形態のようにステータ２０の端部に括れ部２２を設けた場合と比較して、括れ部２２’において、機械的なエネルギーの損失を低減することができる。
また、そこにかかる応力も小さいことから、機械的な強度を得るために括れ部２２’の幅を多少広くしても、機械的なエネルギーの損失がそれほど増加しない。したがって、圧電アクチュエータＢ１は、括れ部２２’の幅を多少広くして機械的な強度を大きくすることによって、大きな加速度が係ることが予想されるタイプの腕時計に適用することが好ましい。
【００６４】
なお、ステータ２０を２次の振動モードで駆動する場合には、図１７に示すように圧電アクチュエータＢ１を構成すればよい。この場合には、ステータ２０に三つの節２６、２７、２８が生じるため、括れ部２２’をいずれかの節２６、２７、２８に対応するステータ２０の側面に設ければよい。この例では、中央の節２７に対応する位置に括れ部２２’設けている。このようにステータ２０の中央に括れ部２２’を設けると、長手方向のバランスを取りながらステータ２０を支持することができるので、機械的な強度が増し、衝撃に強い構造となる。
【００６５】
［３−２．第２の態様］
図１８は、第２の態様に係る圧電アクチュエータＢ２の構成例を示す平面図であり、図１９はその断面図である。なお、同図に示す圧電アクチュエータＢ１は、２次の振動モードによって駆動されるものとする。
この例の圧電アクチュエータＢ２は、括れ部２２’と固定部２３が設けられておらず、これらの替わりに振動の節２４に固定部２３’が直接設けられている。固定部２３’は図１９に示すようにピンでベースに固定しても良いし、あるいは、スポット溶接によってステータ２０をベースに固定するものであってもよい。
以上の構成によれば、振動の節に固定部２３’を直接設けたので、第１の態様と比較して、より一層、支持部における機械的なエネルギー損失を低減することができる。また、括れ部２２’や固定部２３を設ける必要がないので、スペースを有効に活用することができる。
【００６６】
なお、ステータ２０を２次の振動モードで駆動する場合には、図２０に示すように圧電アクチュエータＢ２を構成すればよい。この例では、第１の態様と同様に、中央の節２７に固定部２３’を設けることにより、長手方向のバランスを取りながらステータ２０を支持することができるので、機械的な強度が増し、衝撃に強い構造となる。
【００６７】
［４．第３実施形態］
次に、本発明の係る第３実施形態の時計を説明する。第３実施形態に係る時計は、圧電アクチュエータの構成を除いて、第１実施形態または第２実施形態と略同様に構成されている。
第１および第２実施形態の圧電アクチュエータＡ，Ｂでは、振動板１０がステータ２０を加振する位置については、特別な配慮が払われていなかった。
しかし、振動体には、振動時に全く変位しない節と呼ばれる部分と、振動時に最も変位する部分である腹と呼ばれる部分がある。振動体を最も効率良く振動させるには、節を支持して腹を加振すればよい。
第３実施形態に係る圧電アクチュエータＣは、この点に着目して構成されたものであり、ステータ２０の振動の腹を振動板１０で加振することによって、振動板１０の振動を効率良くステータ２０に伝達するものである。圧電アクチュエータＣとしては、以下に述べる各種の態様がある。
【００６８】
［４−１．第１の態様］
図２１は、第１の態様に係る圧電アクチュエータＣ１の構成例を示す平面図である。なお、同図に示す圧電アクチュエータＣ１は、第１実施形態の圧電アクチュエータＡに対応しており、一次振動によって駆動されるものとする。
【００６９】
同図において、圧電アクチュエータＣ１は、振動板１０とステータ２０とを備えている。振動板１０としては、第１実施形態で説明した第１乃至第６の態様に係るいずれのものを適用することができる。ステータ２０は、略長方形の形状をした薄板で構成されている。その長手方向の一端には可動端２１が設けられており、他端は括れ部２２を介して固定部２３で固定されている。
【００７０】
ここで、振動板１０は、ステータ２０が一次振動した場合に生じる腹の部分に位置するように配置されており、また、振動板１０に印加される駆動信号Ｖの交流周波数は、ステータ２０の固有振動周波数ｆｓと等しくなるように設定されている。したがって、振動板１０は、ステータ２０に一次振動を励起して、その振動の腹を加振する。このため、ステータ２０を最も効率良く加振することができる。この結果、振動板１０の振動振幅をステータ２０で増幅して、可動端２１を大きく変位させることができる。
【００７１】
上述したように、振動体を加振する場合、振動の腹の部分を加振するのが最も効率が良いが、伝達効率の観点から見ると、腹の部分から多少ずれてもさほど問題とならない。図２２は、円板状の振動体を半径方向に加振した場合の伝達効率を示したグラフである。なお、このグラフでは円板の中心（即ちａ＝０）の伝達効率を１００として正規化してある。円板状の振動体では、腹の部分に相当する中心を加振するのが最も効率が良いため、ａ＝０で伝達効率は最大となるが、０＜ａ＜０．１の範囲内では、伝達効率は最大値の９８％以内に収まっている。したがって、この範囲内で加振すれば、ほぼ最大の効率が得られるといえる。
本実施形態における振動体は長方形をしたステータ２０であるから、ステータ２０に図２２から得られる知見と同様のことがあてはまるとは限らない。しかし、円板であれ細長いステータ２０であれ、振動体であることには変わりがない。したがって、ステータ２０の加振の位置は、振動の腹そのものでなくてもよく、腹近傍の一定範囲を加振すれば、効率よく振動を伝達することができる。なお、実際の加振位置は、実験によって許容される腹近傍の範囲を求めればよい。
【００７２】
［４−２．第２の態様］
図２３は、第２の態様に係る圧電アクチュエータＣ２の構成例を示す平面図である。なお、同図に示す圧電アクチュエータＣ２は、第２実施形態の圧電アクチュエータＢに対応しており、２次の振動モードによって駆動されるものとする。
【００７３】
同図において、圧電アクチュエータＣ２は、振動板１０とステータ２０とを備えている。振動板１０としては、第１実施形態で説明した第１乃至第６の態様に係るいずれのものを適用することができる。ステータ２０は、略長方形の形状をした薄板で構成されており、中央の節２７の部分に固定部２３’が設けられている。ここで、振動板１０は、ステータ２０が２次の振動モードで振動した場合に生じる腹の部分に位置するように配置されており、また、振動板１０に印加される駆動信号Ｖの交流周波数は、ステータ２０の固有振動周波数ｆｓ（２）となるように設定されている。したがって、振動板１０は、ステータ２０に二次振動を励起して、その振動の腹を加振する。このため、ステータ２０を最も効率良く加振することができる。この結果、振動板１０の振動振幅をステータ２０で増幅して、可動端２１を大きく変位させることができる。
なお、第１の態様と同様に振動板１０がステータ２０を加振する位置は、振動の腹そのものでなくてもよく、腹近傍の一定範囲を加振すれば、効率よく振動を伝達することができる。
【００７４】
［５．変形例］
（１）上述した各実施形態において、振動モードの次数は１次および２次を主として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに高次の振動であってもよいことは、勿論である。
【００７５】
（２）上述した各実施形態において、シム部１２とステータ２０とは、一枚の板状部材で形成するとともに、シム部１２に薄板状の圧電素子１１を設けることによって振動板１０を構成するようにしてもよい。この場合には、圧電アクチュエータの主要部を二つの部品から構成することができるので、構成を非常に簡易にすることができる。
【００７６】
（３）上述した各実施形態は、カレンダー表示機構の日車５０を回転させるものであったが、圧電アクチュエータＡ，Ｂ，Ｃによって、曜車を回転させてもよい。また、腕時計のカレンダー表示機構だけでなく、時刻、月、年、月齢、太陽位置、さらには、水深、気圧、温度、湿度、方位、速度などを表示する装置の駆動装置としてりようできる。さらには、表示装置以外の各種の駆動装置として利用できることは勿論である。例えば、絵本やカードの中に組み込むからくりの駆動装置としても応用することができる。
また、特に、圧電アクチュエータＡ，Ｂ，Ｃは、エネルギー効率が極めて高いので、電池で駆動する携帯機器に適用することが好ましく。この場合には、使用時間を長時間化することができる。なお、電池は、乾電池、水銀電池等の一次電池の他に大容量のコンデンサ、リチウムイオン電池、Ｎｉ−Ｃｄ等の蓄電可能な二次電池であってもよい。さらに、何らかの発電機構によって二次電池に電力が充電されるものであってもよい。
【００７７】
（４）上述した各実施形態では、ステータ２０にその固有振動周波数に応じた面内方向の屈曲振動を励起させる例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステータ２０にねじれ振動や、長手方向に伸縮する振動を励起させるものであってもよい。これらの場合には、ねじれ振動やあるいは伸縮振動といった振動の種類に応じて定まるステータ２０の固有振動周波数で振動板１０を駆動することになる。また、振動板１０にねじれ振動を励起させてもよい。
ところで、ステータ２０にねじれ振動を励起させる場合には、図２４に示すようにステータ２０の上面に振動板１０を連結するしてもよい。この場合には、振動板１０がステータ２０の上面を加振することになるので、ステータ２０に大きなねじれを励起することができる。すなわち、振動板１０は、ステータ２０の側面に連結されるとは限らず、要は、ステータ２０に予め定められた振動態様（屈曲、ねじれ、伸縮等）を励起できる力を加えるように配置されればよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発明特定事項によれば、板部を固有振動周波数とほぼ等しい周波数で振動させることができるので、板部の機械的インピーダンスを極小にすることが、高いエネルギー効率の下に、低い駆動電圧で大きな変位を可動端から取り出すことができる。また、この発明の圧電アクチュエータは、薄型化に適しており、しかも簡単に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電アクチュエータの平面図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る圧電アクチュエータにおいて振動板が屈曲モードが撓み振動する様子を示す図であり、（ａ）は振動板が縦振動モードが伸縮振動する様子を示す図である。
【図３】（ａ）はステータを剛体として考えたときの振動を示す平面図であり、（ｂ）はステータの一次振動を示す平面図であり、（ｃ）はステータの二次振動を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る時計において、カレンダー表示機構の主要構成を示す透過平面図である。
【図５】同実施形態に係る時計の断面図である。
【図６】同実施形態の第１の態様に係る圧電アクチュエータＡ１の構成例を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は同実施形態の駆動回路を他励式で構成した場合のブロック図であり、（ｂ）は励式で構成した場合の回路図である。
【図８】同実施形態に係るステータおよび振動板の固有振動周波数ｆｓ，ｆｐと、Ｗｓ／Ｌｓおよび１／Ｌｐとの関係を示したグラフである。
【図９】同実施形態の第２の態様に係る圧電アクチュエータＡ２の構成例を示す斜視図である。
【図１０】同実施形態の第３の態様に係る圧電アクチュエータＡ３の構成例を示す斜視図である。
【図１１】同実施形態の同態様に係る圧電アクチュエータＡ３において、ｍ次振動で駆動する振動板の構成例を示した斜視図である。
【図１２】同実施形態の第４の態様に係る圧電アクチュエータＡ４の構成例を示す斜視図である。
【図１３】同実施形態の第５の態様に係る圧電アクチュエータＡ５の構成例を示す斜視図である。
【図１４】同実施形態に係る積層型の圧電素子の構成例を示す斜視図である。
【図１５】同実施形態の第６の態様に係る圧電アクチュエータＡ６の構成例を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態において、第１の態様に係る圧電アクチュエータＢ１の一例を示す平面図である。
【図１７】同実施形態の第１の態様に係る圧電アクチュエータＢ１の他の例を示す平面図である。
【図１８】同実施形態の第２の態様に係る圧電アクチュエータＢ２の一例を示す平面図である。
【図１９】同実施形態の第２の態様に係る圧電アクチュエータＢ２の断面図である。
【図２０】同実施形態の第２の態様に係る圧電アクチュエータＢ２の他の例を示す平面図である。
【図２１】本発明の第３実施形態において、第１の態様に係る圧電アクチュエータＣ１の構成例を示す平面図である。
【図２２】円板状の振動体を半径方向に加振した場合の伝達効率を示したグラフである。
【図２３】同実施形態の第２の態様に係る圧電アクチュエータＣ２の構成例を示す平面図である。
【図２４】変形例に係る圧電アクチュエータをの構成例を示す斜視図である。
【図２５】従来の圧電アクチュエータを用いた超音波モーターを模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１０…振動板
１１…圧電素子
１２…シム部
２０…ステータ（板部）
２１…可動端
２２，２２’…括れ部
５０…日車（カレンダー表示車）
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２…圧電アクチュエータ

Claims (6)

1. 振動により両端部が自由端として変位する板部と、
   この板部が屈曲振動した際に生じる腹の近傍に配置されて圧電素子を有する振動板と、
   前記板部が屈曲振動した際に生じる節の近傍に配置されて当該板部を支持する支持部と、
   前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい周波数を有する駆動信号を前記圧電素子に印加する駆動手段とを備え、
   前記振動板の固有振動周波数は前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記振動板の圧電素子は、面外方向に撓み振動するように配置され、
   前記圧電素子は、撓み振動の節で分割されている
   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。
3. 前記板部の端部と接し、この端部が面内方向に振動すると回転する円板状のローターを備えた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。
4. 請求項３に記載の圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータに電力を給電する電池とを備えたことを特徴とする携帯機器。
5. 請求項３に記載の圧電アクチュエータと、前記ローター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備えたことを特徴とする時計。
6. 振動により両端部が自由端として変位する板部と、この板部が屈曲振動した際に生じる腹の近傍に配置されて圧電素子を有する振動板と、前記板部が屈曲振動した際に生じる節の近傍に配置されて当該板部を支持する支持部と、前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい周波数を有する駆動信号を前記圧電素子に印加する駆動手段とを備え、前記振動板の固有振動周波数と前記板部の固有振動周波数とがほぼ等しい圧電アクチュエータを駆動する方法であって、
   前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい周波数を有する駆動信号を生成し、
   この駆動信号を前記圧電素子に供給する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。

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