JP2000188883A - Piezoelectric actuator, method for driving the same, portable apparatus, and timepiece - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator which can efficiently amplifies the vibration of a piezoelectric element and the thickness of which can be reduced. SOLUTION: A piezoelectric actuator A is provided with a plate-like diaphragm 10 and a stator 20. The diaphragm 10 is constituted by sticking together a piezoelectric element 11 and a shim section 12 which is composed of a thin plate of phosphor bronze, etc., and functions as an elastic plate to each other. When the element 11 extends and contacts, the diaphragm 10 vibrates. The stator 20 is constituted of a rectangular thin plate and is provided with a circular-arcuate mobile end 21, a narrow constricted part 22, and a fixed section 23. Since a drive signal having the characteristic frequency of the stator 20 is impressed upon the piezoelectric element 21, the stator 20 efficiently amplifies the displacement of the diaphragm 10 and transmits the amplified displacement to the mobile end 21 of the stator 20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator utilizing bending vibration of a stator, a driving method thereof, a portable device and a timepiece using the piezoelectric actuator.

【０００２】[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）。2. Description of the Related Art Various types of piezoelectric actuators utilizing the piezoelectric effect of a piezoelectric element have been developed in recent years because the piezoelectric element has excellent conversion efficiency from electric energy to mechanical energy and excellent responsiveness. This piezoelectric actuator is applied to fields such as a shutter mechanism of a camera, an ink jet head of a printer, and an ultrasonic motor. FIG. 25 is a plan view schematically showing an ultrasonic motor using a conventional piezoelectric actuator. This type of ultrasonic motor is of the so-called "stick type" type, in which the tip of a vibrating piece connected to a piezoelectric element is brought into contact with the rotor surface with a slight inclination. The principle of rotation is that when the piezoelectric element expands and contracts due to the AC voltage from the oscillating unit and the vibrating piece reciprocates in the length direction, a component force is generated in the circumferential direction of the rotor and the rotor rotates. Also, there is known a technology in which two ultrasonic vibrators (piezoelectric elements) are provided, each ultrasonic vibrator is vibrated at its own electric resonance frequency, and the vibrating element is displaced by this vibration (particularly, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157572). Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-225151).

【０００３】[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。However, the displacement of the piezoelectric element is very small, depending on the applied voltage, and is usually about several μm. The same applies to the case where the piezoelectric element is vibrated at the above-mentioned resonance frequency. For this reason, it is desirable to amplify the displacement by some amplification mechanism and transmit it to the rotor. On the other hand, when the amplification mechanism is used, there is a problem in that energy is consumed to move itself, and efficiency is reduced. Also, small portable devices such as wristwatches and cameras are driven by batteries, so it is necessary to reduce power consumption and drive voltage. Therefore, when a piezoelectric actuator is incorporated in such a portable device, it is particularly important that the energy efficiency is high and the driving voltage is low.

【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。In a calendar display mechanism for displaying the day, day of the week or the like in a wristwatch or the like, the rotational driving force of an electromagnetic step motor is intermittently transmitted to a date wheel and the like via a wheel train for moving hands. It is common to drive and drive a car. On the other hand, since a wristwatch is carried around a wrist with a belt, there has been a long-standing demand for a thin wristwatch for convenient carrying. For this purpose, it is necessary to reduce the thickness of the calendar display mechanism. However, since the step motor is configured by incorporating components such as a coil and a rotor in an out-of-plane direction, there is a limit in reducing the thickness thereof. For this reason, the conventional calendar display mechanism using the step motor has a problem that it is not structurally suitable for thinning.

【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。In particular, a clock having a calendar display mechanism,
In order to share the mechanical system of hand movement (so-called movement) with a timepiece without such a display mechanism, it is necessary to configure a calendar display mechanism on the dial side. It is difficult to reduce the thickness to such an extent that it can be configured. Therefore, in the conventional timepiece, it is necessary to separately design and manufacture the mechanical system of the hand movement depending on the presence or absence of the display mechanism, which has been a problem in improving the productivity.

【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。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a piezoelectric actuator that efficiently amplifies the vibration of a piezoelectric element and is suitable for thinning, and a portable device and a timepiece using the same. Aim.

【０００７】[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、振動により少
なくとも一方の端部が可動端として変位する板部と、こ
の板部に力を加えるように配置され、圧電素子を設けた
振動板と、前記圧電素子に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印加する駆動手段
とを備えたことを特徴とする。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、板部の少
なくとも一方の可動端が変位する。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。In order to solve the above-mentioned problems, a piezoelectric actuator according to the present invention includes a plate portion at least one end of which is displaced as a movable end by vibration, and a force applied to the plate portion. A vibration plate provided with a piezoelectric element is provided, and driving means for applying a driving signal having a frequency substantially equal to the natural vibration frequency of the plate portion to the piezoelectric element is provided. In the present invention, since the diaphragm is arranged so as to apply a force for displacing the plate portion, when the diaphragm vibrates, at least one movable end of the plate portion is displaced by the vibration. Here, a drive signal having a frequency substantially equal to the natural vibration frequency in the primary vibration mode or higher-order vibration mode of the plate portion is applied to the piezoelectric element provided on the vibration plate. Therefore, the plate portion vibrates at the natural vibration frequency. When a structure vibrates at a natural vibration frequency, its mechanical impedance is minimized and a large displacement occurs. Therefore, according to the piezoelectric actuator of the present invention, a large displacement can be obtained at a low driving voltage with high energy efficiency.

【０００８】また、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、振動により少なくとも一方の端部が可動端として面
内方向に変位する板部と、この板部が面内方向に変位す
る力を前記板部に加えるように配置され、圧電素子を設
けた振動板と、前記圧電素子に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印加する駆動
手段とを備えたことを特徴とする。この場合、振動板
は、板部の側面に配置されることが望ましい。Further, in the piezoelectric actuator according to the present invention, at least one end portion is displaced in the in-plane direction as a movable end by vibration, and a force for displacing the plate portion in the in-plane direction is applied to the plate portion. A vibration plate provided with a piezoelectric element and a driving unit for applying a driving signal having a frequency substantially equal to the natural vibration frequency of the plate portion to the piezoelectric element. In this case, it is desirable that the diaphragm be disposed on the side surface of the plate portion.

【０００９】この発明において、振動板は板部が面内方
向に変位する力を前記板部に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
の少なくとも一方の可動端は面内方向に変位する。この
発明の圧電アクチュエータは、板部の振動を面内方向の
振動として取り出す新しいタイプの圧電アクチュエータ
であり、少ない部品で構成することができる。さらに、
板部の側面に振動板を配置する場合には、圧電アクチュ
エータを薄型化することができ、しかも、面外方向への
力の逃げがなくなるので、送り方向への力の変換が大き
くなる。このため、入力エネルギーから出力エネルギー
への変換効率をより一層向上させることができる。In the present invention, since the diaphragm is arranged so as to apply a force for displacing the plate portion in the in-plane direction to the plate portion, when the diaphragm vibrates, the vibration causes at least one of the plate portions. The movable end is displaced in the in-plane direction. The piezoelectric actuator of the present invention is a new type of piezoelectric actuator that extracts vibration of a plate portion as in-plane vibration, and can be configured with a small number of components. further,
When the diaphragm is arranged on the side surface of the plate portion, the piezoelectric actuator can be reduced in thickness, and the force in the feed direction can be greatly converted because the force does not escape in the out-of-plane direction. For this reason, the conversion efficiency from input energy to output energy can be further improved.

【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。In the present invention, the piezoelectric element may be arranged so that the vibration plate bends and vibrates in an out-of-plane direction.
For example, when the plate portion is formed in a substantially rectangular shape, the narrower the width, the lower the internal loss and the lower the natural vibration frequency. On the other hand, when the diaphragm is flexed and vibrated in the out-of-plane direction, it is easy to set the vibration frequency to a low frequency. Therefore, the piezoelectric actuator according to the present invention is suitable for setting the vibration frequency to a relatively low frequency and reducing the width of the plate portion, thereby reducing internal loss in the plate portion and improving energy efficiency. ing.

【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してもよい。
振動板を高次振動で駆動すると、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。この場合、
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。Further, when the diaphragm is caused to flex and vibrate in an out-of-plane direction, the piezoelectric element may be divided at nodes of the flexural vibration.
When the diaphragm is driven by high-order vibration, a plurality of inflection points are generated on the diaphragm, and a portion that extends and a portion that contracts are generated in one piezoelectric element. Since the directions of polarization of the expanding portion and the contracting portion are opposite to each other, the charges are internally canceled, and the electric energy efficiency is reduced. On the other hand, when the piezoelectric element is divided at the node of the flexural vibration as in the present invention, the extending part and the contracting part in each piezoelectric element do not exist simultaneously,
Electric energy efficiency can be improved, and large displacement can be obtained with a low driving voltage. in this case,
A plurality of piezoelectric elements divided by nodes of vibration are respectively arranged on the upper and lower surfaces of the vibration plate, and the polarization directions of vertically adjacent piezoelectric elements are matched via the vibration plate, and the piezoelectric elements adjacent in the longitudinal direction are arranged. It is preferable to make the polarization direction of the reverse polarity.

【００１２】また、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。A single piezoelectric element is provided on each of the upper and lower surfaces of the vibration plate, and a plurality of divided electrodes are disposed on each piezoelectric element. The driving means has a phase difference of 180 degrees between the electrodes adjacent in the longitudinal direction. A shifted drive signal may be supplied.

【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。In the present invention, the piezoelectric element may be arranged so that the diaphragm expands and contracts in an in-plane direction.
In this case, it is not necessary to convert out-of-plane stress between the diaphragm and the plate portion into in-plane stress, so that the plate portion does not torsion, etc. Is not in principle. Therefore, mechanical energy efficiency can be improved, and a large displacement can be obtained with a low driving voltage. Further, since the motion of the diaphragm is in the in-plane direction, the diaphragm is more suitable for thinning as compared with the one that flexes and vibrates in the vertical direction.

【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。Further, when the diaphragm is caused to expand and contract in the in-plane direction, the electric field applied to the piezoelectric element may be set in the longitudinal direction of the diaphragm. In this case, since the longitudinal effect of the piezoelectric element can be used, a large force or displacement can be obtained with the same drive signal, and the electrical energy efficiency can be improved.

【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。In the present invention, the diaphragm may include a piezoelectric element formed in a disk shape. In general, the piezoelectric coefficient indicating the amount of displacement with respect to an applied electric field is maximum when the shape of the piezoelectric element is a disk. Therefore, according to the present invention, a large displacement can be obtained with the same drive signal, and the electrical energy efficiency can be further improved.

【００１６】本発明において、駆動手段は、前記板部の
固有振動周波数と前記振動板の固有振動周波数とにほぼ
等しい周波数を有する前記駆動信号を前記圧電素子に供
給するようにしてもよい。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。In the present invention, the driving means may supply the driving signal having a frequency substantially equal to a natural vibration frequency of the plate portion and a natural vibration frequency of the diaphragm to the piezoelectric element. According to this invention, the diaphragm and the plate portion vibrate at the natural vibration frequency, respectively. Therefore, when viewed as a whole piezoelectric actuator, mechanical energy efficiency can be improved.

【００１７】本発明において、前記板部には、前記可動
端を変位可能に支持する支持部が設けられていてもよ
く、また、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。In the present invention, the plate portion may be provided with a support portion for supporting the movable end so as to be displaceable, and the support portion may be provided by a constricted portion narrower than the width of the plate portion. It is preferable to configure. Since the constricted portion acts as an elastic body, it is possible to support the plate portion without significantly damping the vibration.

【００１８】本発明において、前記支持部を前記板部に
おいて前記可動端と反対側の端部に設けてもよいし、あ
るいは、前記板部が振動した際に生じる節の近傍に設け
てもよい。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、括
れ部によって支持部を構成する場合には、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。In the present invention, the support portion may be provided at an end of the plate portion opposite to the movable end, or may be provided near a node generated when the plate portion vibrates. . Since the node of the vibration acts as a fixed point, it is a portion of the plate portion where the magnitude of the stress is the smallest. Therefore, if the support is provided in the vicinity of the node, the mechanical energy consumed there can be further reduced. When the support portion is formed by the constricted portion, it is preferable to provide the constricted portion on a side surface of the plate portion corresponding to a node generated when the plate portion bends and vibrates. In particular, when the plate portion is vibrated in an even-numbered order, it is preferable that the plate portion is supported by the central node of the plate portion. In this case, since the plate portion can be supported while maintaining the balance, the mechanical strength can be increased.

【００１９】本発明において、振動板は、前記板部が振
動した際に生じる腹の近傍を加振するように配置するこ
とが好ましい。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。In the present invention, it is preferable that the vibration plate is arranged so as to vibrate the vicinity of an antinode generated when the plate portion vibrates. Generally, in a vibrating body, the maximum transmission efficiency can be obtained by exciting the antinode. Therefore, according to the present invention, the vibration of the diaphragm can be transmitted to the plate portion with high efficiency, a large amplitude can be extracted from the movable end, and the driving voltage can be reduced. In this case, even if the vibration position is not the antinode itself, the vibration can be transmitted with high efficiency within a certain range according to the vibration transmission characteristic of the plate portion. Therefore, the vibration position may be near the antinode.

【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。In the present invention, the plate portion and the diaphragm may be formed in substantially the same plane. In this case, the thickness of the piezoelectric actuator can be reduced. Specifically, it is preferable that the plate portion and the vibrating plate are formed of a single plate-shaped member, and the thin plate-shaped piezoelectric element is formed on the vibrating plate. In this case, the main part of the piezoelectric actuator can be composed of two parts, so that the configuration can be extremely simplified.

【００２１】本発明に係る圧電アクチュエータは、前記
可動端と接し、この可動端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。Preferably, the piezoelectric actuator according to the present invention includes a disk-shaped rotor that contacts the movable end and rotates when the movable end vibrates in the in-plane direction. In this case, reciprocating vibration of the movable end can be converted into rotational stress by the rotor.

【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。A portable device according to the present invention includes the piezoelectric actuator and a battery for supplying power to the piezoelectric actuator. In this case, since the piezoelectric actuator has extremely high energy efficiency, it can be used continuously for a long time. The battery may be a large-capacity capacitor, a lithium-ion secondary battery, or a secondary battery having a storage capacity such as Ni-Cd, in addition to a primary battery such as a dry battery or a mercury battery. Further, the secondary battery may be charged with power by any power generation mechanism.

【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。A timepiece according to the present invention includes the piezoelectric actuator and a ring-shaped calendar display wheel which is rotated by a rotational force of the rotor. As the calendar display car, there are day cars in addition to day cars. Since the piezoelectric actuator has a structure suitable for thinning, the entire timepiece can be thinned.

【００２４】また本発明に係る圧電アクチュエータの駆
動方法は、振動により少なくとも一方の端部が可動端と
して面内方向に変位する板部と、この板部が面内方向に
変位する力を前記板部に加えるように配置され、圧電素
子を設けた振動板とを備えた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
しい周波数の駆動信号を生成し、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
波数と一致することが好ましい。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。Further, in the driving method of a piezoelectric actuator according to the present invention, there is provided a plate part whose at least one end is displaced in the in-plane direction as a movable end by vibration, and a force which displaces this plate part in the in-plane direction by the plate. A piezoelectric actuator provided with a vibrating plate provided with a piezoelectric element, wherein the driving signal has a frequency substantially equal to the natural vibration frequency of the plate portion. Is supplied to the piezoelectric element. According to the present invention, it is possible to positively use the resonance of the plate portion,
A large displacement can be taken out by minimizing the mechanical impedance of the plate portion. As a result, a large displacement can be obtained at a low driving voltage with high energy efficiency. Further, it is preferable that a frequency of the drive signal matches a natural vibration frequency of the diaphragm. In this case, since not only the plate portion but also the diaphragm vibrates at the natural vibration frequency, a large displacement can be obtained at a lower driving voltage with higher energy efficiency.

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
に係る圧電アクチュエータを用いた時計について説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A timepiece using a piezoelectric actuator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【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。[1. Principle of Piezoelectric Actuator] First, the principle of the piezoelectric actuator used in the present embodiment will be described. FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator A is schematically constituted by a plate-shaped diaphragm 10 and a stator 20, as shown in the drawing.
The vibration plate 10 is formed by bonding a piezoelectric element 11 and a shim 12 made of a thin plate such as phosphor bronze and functioning as an elastic plate. When an AC voltage is supplied to the piezoelectric element 11, the piezoelectric element 11 expands and contracts, whereby the diaphragm 10 vibrates. The stator 20 is formed of a thin plate having a substantially rectangular shape, and includes an arc-shaped movable end 21, a constricted portion 22 having a reduced width, and a fixed portion 23.

【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３０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。The vibration mode of the diaphragm 10 is shown in FIG.
2A, there is a bending mode in which the diaphragm 10 bends and vibrates so as to undulate in a vertical direction, and as shown in FIG. 2B, a longitudinal vibration mode in which the diaphragm 10 expands and contracts in a longitudinal direction. The vibration mode is determined by the configuration of the piezoelectric element 11, and in either mode, the end 13 of the diaphragm 10 pushes the side surface of the stator 20 in the direction of the arrow shown in FIG. Assuming that the stator 30 is a rigid body, the stator 20 is displaced around the constricted portion 22 as shown in FIG. In this case, when the diaphragm 10 is displaced,
The displacement of the end 13 is amplified by the principle of leverage around the constricted portion 22 and transmitted to the movable end 21. But,
Since the stator 20 has a so-called cantilever structure, a large stress is applied to the constricted portion 22 serving as a support portion, and the stress escapes from the constricted portion 22 to increase energy loss. For this reason, there is a problem that conversion efficiency from electric energy to mechanical energy is reduced.

【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。By the way, when the excitation frequency is gradually increased under the condition of a constant force with respect to the mechanical structure, the amplitude of the structure takes a maximum value at a certain frequency and then takes a minimum value. Repeat the response. That is, there are a plurality of frequencies at which the amplitude has a maximum, and the frequencies corresponding to the respective maximums are collectively referred to as a natural vibration frequency. The mode of vibration corresponding to the lowest natural frequency is referred to as a primary vibration mode, and the mode of vibration corresponding to the next lowest natural frequency is referred to as a secondary mode. It is known that when a structure vibrates at the natural vibration frequency of these vibration modes, its mechanical impedance is minimized, and a large displacement can be easily obtained with a small driving force.

【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。The piezoelectric actuator A used in the present embodiment is constructed by paying attention to this point, and has a frequency substantially equal to the natural vibration frequency of the primary vibration mode or the higher vibration mode of the movable portion 21. Excites the movable part 21. FIG. 3B schematically illustrates the displacement of the movable portion 21 in the primary vibration mode, and FIG. 3C schematically illustrates the displacement of the movable portion 21 in the secondary vibration mode. It is a thing. As shown in FIGS. 3B and 3C,
The movable portion 21 vibrates while bending in the plane.

【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２
１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。Here, assuming that the movable portion is vibrated in the n-th vibration mode, the frequency of the drive signal V is set to be substantially equal to the natural vibration frequency of the n-th mode. According to the piezoelectric actuator A, the movable portion 2
Since the mechanical impedance of 1 is minimized, a large displacement can be easily obtained with a small driving force. Although it depends on the damping coefficient of the movable part 21, the movable part 21 is generally regarded as a rigid body,
As compared with the case where the vibration is applied without considering the natural vibration frequency, a displacement several to several thousand times can be obtained. In the following embodiments, an example will be described in which a piezoelectric actuator A that actively utilizes the natural vibration of the stator 20 is applied to a calendar display mechanism of a timepiece.

【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。[2. First Embodiment] [2-1. Overall Configuration] FIG. 4 is a transparent plan view showing a main configuration of a calendar display mechanism in a timepiece according to a first embodiment of the present invention. In the piezoelectric actuator A of this example, the vibration plate 10 bends and vibrates in a bending mode. In this case, the piezoelectric actuator A amplifies the vibration in the out-of-plane direction as the vibration in the in-plane direction, and outputs it as the displacement of the movable end 21. The movable end 21 is in contact with the rotor 30.
Here, the stator 20 and the rotor 30 are arranged so that an appropriate stress is applied in a stationary state. When the movable end 21 vibrates in the direction of arrow X, the rotor 30
Rotate in the direction of. The rotation of the rotor 30 is transmitted to the date wheel 50 via the intermediate wheel 40, and the date wheel 50 rotates in the direction of arrow Z.

【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。FIG. 5 is a sectional view of a timepiece according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the above-described calendar mechanism is incorporated in the shaded portion, and the thickness thereof is 0.5 mm.
Extremely thin with a degree. A disc-shaped dial 60 is provided above the calendar display mechanism (hatched portion). A window 61 for displaying a date is provided on a part of the outer peripheral portion of the dial 60 so that the date of the date dial 50 can be seen through the window 61. In addition, a movement for driving the hands 70 is provided below the dial 60.

【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。In the above-described configuration, the piezoelectric actuator A has a configuration in which the diaphragm 10, the stator 20, and the rotor 30 are arranged in the same plane, instead of stacking coils and rotors in an out-of-plane direction unlike a conventional step motor. Therefore, it is structurally suitable for thinning. For this reason, the calendar display mechanism can be made thinner,
As a result, the thickness of the entire watch can be reduced. Further, the movement can be shared between a timepiece having a calendar display mechanism and a timepiece having no such display mechanism, and productivity can be improved.

【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(Z
n1/3-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。[2-2. Configuration Examples of Piezoelectric Actuator] Next, configuration examples of various piezoelectric actuators will be described together with drive circuits. [2-2-1. First Embodiment] FIG. 6 shows a configuration example of a piezoelectric actuator A1 according to a first embodiment. In this piezoelectric actuator A1, a unimorph type piezoelectric element 11 of about 0.2 mm is bonded to the upper surface side of a metallic diaphragm 10 having a thickness of about 0.05 mm.
Are in contact with the stator 20. The material of the piezoelectric element 11 is quartz, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, polyvinylidene fluoride, lead zirconate titanate, lead zinc niobate ((Pb (Z
n1 / 3-Nb2 / 3) O3 1-x-Pb Ti O3 x) x differs depending on the composition. x = 0.09), lead scandium niobate ((Pb
{(Sc1 / 2Nb1 / 2) 1-x Tix)} O3) x varies depending on the composition. X
= About 0.09).

【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１０
２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１
０４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。The drive circuit 100 uses an electrode (not shown) provided on the upper surface of the piezoelectric element 11 and the diaphragm 10 as both poles, and applies a drive signal V between them. The drive circuit 100 that generates the drive signal V includes a separately-excited type and a self-excited type. First, FIG. 7A shows a block diagram of a separately excited drive circuit. In the separately-excited type, the oscillation signal output from the oscillation circuit 101 is
In step 2, the drive signal V is converted to a desired oscillation frequency to generate a drive signal V. In this case, the configuration can be simplified by using the oscillation circuit 101 also as a crystal oscillation circuit in a clock circuit for driving the hands, and using a frequency dividing circuit for the frequency conversion circuit 102. Next, FIG. 7B shows a block diagram of a self-excited drive circuit. The self-excited type shown in FIG.
The driving signal V is applied to the piezoelectric element 11 by positively feeding back only a signal of a predetermined frequency.

【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１
１を使用することが可能となる。Here, the frequency of the drive signal V is set to be the natural vibration frequency in the primary vibration mode or the higher vibration mode of the stator 20. As described above, when a structure vibrates at the natural vibration frequency,
It has the lowest mechanical impedance. Therefore,
By driving the stator 20 at the natural vibration frequency, the stator 20 can be largely displaced. In other words, the amplitude of the diaphragm 10 can be efficiently amplified and transmitted to the movable end 21. As a result, the power consumption of the drive circuit 100 can be reduced and the drive voltage can be reduced.
1 can be used.

【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。The vibration plate 10 in which the piezoelectric element 11 is bonded to the shim portion 12 has a natural vibration frequency fp independent of the natural vibration frequency fs of the stator 20. If the width of the stator 20 is Ws and the length is Ls, the natural vibration frequency fs is Ws
/ Ls, and if the length of the diaphragm 10 is Lp, the natural vibration frequency fp is proportional to 1 / Lp.

【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１
０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２
０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。FIG. 8 shows the natural vibration frequencies fs, fp and Ws / Ls
6 is a graph showing a relationship between the values and 1 / Lp. Since the driving signal V having the natural vibration frequency fs of the stator 20 is applied to the piezoelectric element 11, the vibration plate 10
Vibrates at fs. Here, if the natural vibration frequency fs and the natural vibration frequency fp are far apart, the mechanical impedance of the diaphragm 10 becomes large and a large displacement cannot be obtained, resulting in poor efficiency. For this reason, the natural vibration frequencies fs, fp and the width Ws and length Ls of the stator 20 and the vibration plate 1 are substantially matched.
The length Lp of 0 is set. In this case, the natural vibration frequency
It is desirable that fs and fp be set within a range of ± 5%.
Here, the stator 20 is set in the secondary vibration mode (FIG. 2C).
When driving in a higher-order vibration mode such as a third-order vibration mode,..., An n-th vibration mode, the diaphragm 10 may be vibrated in accordance with the order. Alternatively, if the natural vibration frequencies fs, fp are represented by functions using the order of the vibration mode as a variable, the frequency f of the drive signal V is set so as to be given by the following equation, and the stator 20 is driven by the n-th vibration. The diaphragm 10 may be driven in an m-th order vibration mode while being driven in the mode. f = fs (n) =
fp (m) where n and m are natural numbers, for example, stator 2
Natural vibration frequency fs (2) corresponding to secondary vibration mode of 0
If the natural vibration frequency fp (3) corresponding to the third vibration mode of the diaphragm 10 matches, the stator 20 is set to 2
What is necessary is just to vibrate the diaphragm 10 in the third vibration mode while vibrating in the next vibration mode.

【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。By the way, the natural vibration frequency of the stator 20
Although fs is proportional to the width Ws, the Q value decreases and the internal loss of the stator 20 increases as the width Ws increases. For this reason, it is desirable that the width Ws of the stator 20 be narrow. When the width Ws of the stator 20 is reduced, the natural frequency fs is reduced accordingly. That is, the lower the natural vibration frequency fs, the higher the mechanical energy efficiency.

【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１
００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。Further, the driving circuit 100 supplies the piezoelectric element 11
There is a stray capacitance in the actual wiring up to
There is also a parasitic capacitance inside the "00". Therefore, when the frequency of the drive signal V is high, a leakage current flows through these capacitors, and the electrical energy efficiency is reduced. In other words, the lower the natural vibration frequency fp, the higher the electrical energy efficiency.

【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。In order to improve the mechanical energy efficiency and the electrical energy efficiency, the natural vibration frequency of the stator 20 is reduced by reducing the width Ws of the stator 20.
It is desirable to set fs to be low and to set the natural vibration frequency fp of the diaphragm 10 so as to substantially coincide with the fs, thereby lowering the frequency of the drive signal V. Here, diaphragm 10
The bending mode is a mode in which the diaphragm 10 bends and vibrates in the up-down direction as shown in FIG. 2A, and thus has a lower frequency than the longitudinal mode shown in FIG. 2B. Suitable for driving. Therefore, in this example, the piezoelectric element 11 capable of vibrating in the bending mode and the stator 20 having a small width Ws are combined. This combination can improve mechanical and electrical energy efficiency.

【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から、落
下衝撃に強く耐久性を高めることができる。[2-2-2. Second Embodiment] Next, FIG. 9 shows a configuration example of a piezoelectric actuator A2 according to a second embodiment. The piezoelectric actuator A2 of this example includes a piezoelectric element 11
Except for the configuration described above, the configuration is the same as that of the piezoelectric actuator according to the first embodiment. The piezoelectric element 11 of this example has a bimorph structure. Specifically, as shown in the figure, a sandwich structure is formed in which a piezoelectric element 11a is bonded to the upper surface of the shim portion 12 and a piezoelectric element 11b is bonded to the lower surface. In such a sandwich structure, the shim 12
As a result, the strength of the diaphragm 10 can be increased, so that the diaphragm 10 is resistant to a drop impact and the durability can be increased.

【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１０
０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。In this case, the diaphragm 10 includes the piezoelectric elements 11a,
11b acts as a common electrode, and there is a drive circuit 10b
From 0, the ground potential GND is supplied. The drive signal V is supplied to the piezoelectric elements 11a and 11b. In general, when the direction of the electric field applied to the piezoelectric element and the direction of displacement (strain direction) match, the longitudinal effect is used, and when the direction of the electric field is perpendicular to the direction of displacement, the lateral effect is used. In this example, the lateral effect is used. are doing. Here, the polarization directions of the piezoelectric element 11a and the piezoelectric element 11b are set such that the polarization directions coincide with each other as shown by arrows in the figure. Therefore, when the drive signal V is applied, when one of the piezoelectric elements expands in the longitudinal direction, the other piezoelectric element contracts in the longitudinal direction. Therefore, when an AC voltage is applied, the diaphragm 10 bends. The connection shown in the figure is called a parallel connection. In the parallel connection, a large displacement can be obtained by low-voltage driving as compared with the first mode. Therefore, it is suitable for application to portable equipment driven by a battery such as a watch.

【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。[2-2-3. Third Embodiment] In an actual piezoelectric actuator, the width Ws and the length Ls of the stator 20 are expressed as follows.
It is necessary to determine in consideration of the driving force for rotating the rotor 30 and the mechanical strength. Further, the structure of the diaphragm 10 is subject to restrictions such as the arrangement of other components. For this reason,
As described in the first embodiment, the stator 20 may be vibrated in the n-th mode and the diaphragm 10 may be vibrated in the m-th mode. Here, if m is a natural number of 2 or more, two or more inflection points occur on the diaphragm 10.

【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。The vibration plate 10 of the piezoelectric actuator A2 described in the second embodiment has a structure in which a single piezoelectric element 11a and a single piezoelectric element 11b are bonded to the upper surface and the lower surface of the shim 12, respectively. Therefore, when driven by high-order vibration that generates a plurality of inflection points, there is a portion that extends and a portion that contracts in one piezoelectric element. The direction of polarization is opposite in polarity between the extending part and the contracting part. For this reason, the electric charges are canceled inside the piezoelectric element, so that a large displacement cannot be obtained, and the electric energy efficiency is reduced. Thus, in the piezoelectric actuator A3 according to the third embodiment, the electric energy efficiency is improved by dividing the piezoelectric element at the nodes of vibration in accordance with the order of the vibration mode.

【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１
０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１１
a1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。FIG. 10 shows a configuration example of a piezoelectric actuator A3 according to the third embodiment. In this example, the diaphragm 1
0 is driven in the secondary vibration mode. The piezoelectric actuator A3 has the second configuration except for the configuration of the piezoelectric element 11.
The configuration is the same as that of the piezoelectric actuator A2 according to the embodiment. As shown in the drawing, the piezoelectric element 11 of this example has a piezoelectric element 11a1 on the upper left side of the shim portion 12, a piezoelectric element 11a2 on the upper right side, a piezoelectric element 11b1 on the lower left side, and a piezoelectric element 11b2 on the lower right side. It is configured together. The direction of polarization when no voltage is applied to each piezoelectric element is indicated by an arrow in the figure. In this case, the piezoelectric element 11
The polarization directions of the piezoelectric elements 11a1 and 11b1 are set to be the same, and the polarization directions of the piezoelectric elements 11a2 and 11b2 are set to be the same. The polarity is set to be opposite.

【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１１b
2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。Therefore, when the drive signal V is applied so that the piezoelectric element 11a1 contracts in the longitudinal direction due to the lateral effect, the piezoelectric elements 11a2 and 11b1 extend in the longitudinal direction and the piezoelectric element 11b
2 shrinks in the longitudinal direction (as shown). Conversely, when the drive signal V is applied so that the piezoelectric element 11a1 extends in the longitudinal direction due to the lateral effect, the piezoelectric elements 11a2 and 11b1 contract in the longitudinal direction, and the piezoelectric element 11b2 extends in the longitudinal direction. By repeating this bending motion, diaphragm 10 vibrates in a bending mode.

【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）。FIG. 11A shows a configuration example of the diaphragm 10 driven in the m-th order vibration mode. As shown in this figure, when driving in the m-th order vibration mode, (m
Is a natural number of 2 or more), the diaphragm 10 is divided into m parts in the longitudinal direction, and piezoelectric elements having the same polarization direction are attached to the top and bottom of each area (for example, 11am and 11bm), and the piezoelectric elements adjacent in the longitudinal direction May be configured so that the polarization directions thereof are opposite to each other (for example, 11b1 and 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。As described above, according to the piezoelectric actuator A3 according to the third embodiment, in accordance with the vibration order of the diaphragm 10,
Since the piezoelectric elements are divided and arranged at the node of vibration, each piezoelectric element expands or contracts uniformly, so that the polarization direction is reversed in one piezoelectric element and the charge is canceled. Disappears. As a result, the electrical energy efficiency can be improved, and the driving voltage can be reduced. Further, as shown in FIG. 11B, the piezoelectric elements 11a having the same polarization direction on the upper and lower surfaces of the shim plate 12.
And the piezoelectric elements 11a and 11b are provided with m electrodes A1 to Am and B1 to Bm so that the phases of the drive signals V and V ′ applied to the electrodes adjacent in the longitudinal direction are shifted by 180 degrees. You may. In this case, FIG.
The same effect as (a) can be obtained.

【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。[2-2-4. Fourth Aspect] In the first to third aspects described above, the diaphragm 10 is flexibly vibrated in the bending mode. These cases are suitable for setting the vibration frequency low. When the driving frequency is low, a leakage current flowing through a parasitic capacitance in the driving circuit 100 or a stray capacitance due to wiring layout is reduced, so that electrical efficiency can be increased. However, in the bending mode, the displacement in the out-of-plane direction is converted into the displacement in the in-plane direction at the end portion 13 of the diaphragm 10, but in the process, the stator 20 is twisted. Originally, the stator 20 amplifies the displacement of the diaphragm 10 by bending and vibrating in the in-plane direction. Therefore, when the torsion occurs, the mechanical energy efficiency is reduced. On the other hand, the parasitic capacitance of the driver circuit 100 can be reduced by using a transistor with a high transition frequency or devising a circuit configuration. Also,
The stray capacitance of the wiring can be reduced by using an insulator having a low dielectric constant or by shortening the wiring. Therefore, in the fourth embodiment, the diaphragm 10 is vibrated in the longitudinal vibration mode on the premise that the parasitic capacitance and the stray capacitance are reduced, thereby improving mechanical energy efficiency. .

【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１
１a,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。FIG. 12 shows a configuration example of a piezoelectric actuator A4 according to the fourth embodiment. This piezoelectric actuator A4
Has the same configuration as the piezoelectric actuator A2 shown in FIG. 9 except that the piezoelectric element 11b 'is used instead of the piezoelectric element 11b. Here, the polarization direction of the piezoelectric element 11b 'is set to be opposite to the polarization direction of the piezoelectric element 11a provided on the upper surface side of the shim portion 12. In this case, the piezoelectric element 1
When the drive signal V is applied to 1a and 11b ', both piezoelectric elements expand and contract simultaneously due to the lateral effect. Therefore, the diaphragm 10 expands and contracts in the longitudinal direction as indicated by arrows in the figure.

【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。Since the vibrating plate 10 vibrates in the in-plane direction, the end portion 13 does not change the direction of displacement, but only transmits the in-plane vibration. For this reason, the torsion does not occur in the stator 20 and mechanical energy can be transmitted with high efficiency.

【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。[2-2-5. Fifth Mode] In the fourth mode described above, the polarization directions of the piezoelectric elements 11a and 11b 'are set to be opposite to each other, and the piezoelectric elements 11a and 11b' are driven by the lateral effect, so that the piezoelectric elements 11a and 11b 'are driven in the bending mode. The diaphragm 10 was vibrated. By the way, when an electric field is applied to the piezoelectric element to cause polarization, a displacement (strain) proportional to the electric field occurs, but a displacement (vertical effect) in the same direction as the direction of the electric field and a displacement (direction) perpendicular to the direction of the electric field ( Side effect)
Are known to be different. The amount of displacement with respect to the electric field strength (m / V) is called a piezoelectric coefficient and is represented by "dxy". Here, the subscript x indicates the direction of the electric field, and 1 when the electric field direction is the X-axis direction, 2 when the electric field direction is the Y-axis direction, and Z
If it is in the axial direction, it is represented by 3. The suffix y represents the direction of displacement in the same rule as the direction of the electric field. Generally, the piezoelectric coefficient d33 corresponding to the vertical effect is larger than the piezoelectric coefficient d31 corresponding to the horizontal effect. Therefore, it is more advantageous to use the longitudinal effect to convert electric energy into mechanical energy. Therefore, in the fifth mode, the energy efficiency is improved by driving the vibration plate 10 in the longitudinal vibration mode by utilizing the longitudinal effect of the piezoelectric element.

【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。FIG. 13 shows a configuration example of a piezoelectric actuator A5 according to the fifth embodiment. The piezoelectric actuator A5 shown in this figure is composed of a piezoelectric element 11c having a rectangular parallelepiped shape, a diaphragm 10 having a shim 12, and a stator 20. Electrodes are respectively formed on the left and right side surfaces (hatched portions) of the piezoelectric element 11c, and a drive signal V is applied between both electrodes. Here, the polarization direction of the piezoelectric element 11c is a direction from the left side to the right side as shown in the figure. Therefore, when the drive signal V is applied to the piezoelectric element 11c, the piezoelectric element 11c repeatedly expands and contracts in the longitudinal direction. In this case, since expansion and contraction occur due to the longitudinal effect of the piezoelectric element 11c, the stator 20 can be vibrated with high energy efficiency.

【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１１
d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。Note that, instead of the piezoelectric element 11c, FIG.
May be used. In this piezoelectric element 11d, the distance D between the electrodes is reduced. The electric field intensity increases as the distance D between the electrodes becomes shorter even when the same voltage is applied. Therefore, the piezoelectric element 11
As for d, a larger displacement can be extracted as compared with the piezoelectric element 11c. In other words, the amount of displacement required for the diaphragm 10 can be extracted with the low-voltage drive signal V. Therefore, the piezoelectric actuator A5 using the piezoelectric element 11d is suitable for application to a portable device driven by a battery such as a timepiece.

【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Ｇ
ＮＤ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。[2-2-6. Sixth Embodiment] In the first to fifth embodiments described above, each of the piezoelectric elements has a rectangular parallelepiped shape. On the other hand, the sixth mode is characterized in that a disc-shaped piezoelectric element is used. FIG. 15 shows a configuration example of a piezoelectric actuator A6 according to the sixth embodiment. The piezoelectric actuator A6 includes a diaphragm 10 in which a piezoelectric element 11e is attached to the upper surface of a disk-shaped shim 12 and a piezoelectric element 11f is attached to the lower surface thereof, and a stator 20. The shim 12 acts as a common electrode for the piezoelectric elements 11e and 11f, and the driving circuit 100
ND is powered. The drive signal V is supplied to the piezoelectric elements 11e and 11f. Here, the polarization directions of the piezoelectric element 11e and the piezoelectric element 11f are set such that the polarization directions are opposite as indicated by arrows in the figure. When the drive signal V is applied, the piezoelectric element 11e and the piezoelectric element 11f radially expand and contract at the same time. As a result, the diaphragm 10 vibrates in the radial direction.

【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。In the disk-shaped piezoelectric element, the electromechanical coupling coefficient Kp (representing the conversion between mechanical energy and electric energy) of the disk is represented by the longitudinal effect electromechanical coupling coefficient k33 (d33).
Derived from). Therefore, according to the sixth aspect, the efficiency of converting electrical energy to mechanical energy can be further improved.

【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。[3. Second Embodiment] Next, a timepiece according to a second embodiment of the present invention will be described. The timepiece according to the second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, except for the configuration of the piezoelectric actuator. In the piezoelectric actuator A of the first embodiment, a fixed portion 23 is provided at the end of the stator 20 opposite to the movable end 21 via a constricted portion 22, and the piezoelectric actuator A is fixed at the fixed portion 23. . Since the width of the constricted portion 22 is narrow, the constricted portion 22 can move relatively freely, and can support the stator 20 without significantly damping the vibration.

【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２３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２（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。However, since the width of the constricted portion 22 is determined by a balance between mechanical strength and energy loss, a certain amount of energy loss occurs in the constricted portion 23. In particular, in a wristwatch in which a large acceleration is likely to be applied during use, such as a sports type, it is necessary to increase the width of the constricted portion 22 to some extent to increase the mechanical strength. Therefore, depending on the use of the wristwatch, the energy loss in the constricted portion 22 may not be negligible. By the way, as shown in FIGS. 2B and 2C, the stator 20 of the present embodiment vibrates at the natural vibration frequency fs, and the order of the vibration mode is predetermined. Since the bending state of the stator 20 is determined according to the order of the vibration mode, the position of the node of the vibration is also determined according to the order of the vibration mode. Here, the node of the vibration of the stator 20 acts as a fixed point.

【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。The piezoelectric actuator B according to the second embodiment
Is made in view of this point, and by supporting the stator 20 at nodes of vibration, reduces energy loss and increases mechanical strength. In addition,
As the piezoelectric actuator B, there are various modes described below.

【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。[3-1. First Embodiment] FIG. 16 is a plan view showing a configuration example of a piezoelectric actuator B1 according to a first embodiment. The piezoelectric actuator B1 shown in FIG.
It is assumed that it is driven in the primary vibration mode.

【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２
２'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。In the figure, the piezoelectric actuator B1
Includes a diaphragm 10 and a stator 20. As the diaphragm 10, any one of the first to sixth modes described in the first embodiment can be applied. The stator 20 is formed of a thin plate having a substantially rectangular shape, and has an arc-shaped movable end 21 and a narrowed narrow portion 2.
2 'and a fixed portion 23' are provided, and both ends in the longitudinal direction are free ends.

【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。Here, the constricted portion 22 'is provided on the side surface opposite to the diaphragm 10 at the position of the node 24 generated when the stator 20 vibrates in the primary vibration mode, and the stator 20 is constricted. It is fixed to the fixing part 23 'via the part 22'. The driving signal V is supplied to the diaphragm 10. The AC frequency of the drive signal V is set to be equal to the natural vibration frequency fs of the stator 20. In addition,
The natural vibration frequency fp of the diaphragm 10 is selected so as to substantially match the natural vibration frequency fs. For this reason, mechanical energy efficiency can be improved.

【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、0.224L
p,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。In the above configuration, when the diaphragm 10 vibrates, the stator 20 vibrates primary while bending in the plane. Since the longitudinal direction of the stator 20 is a free end, the nodes 24 and 25 of vibration are 0.224L when the length of the stator is Lp.
It occurs at the position of p, 0.776Lp. The nodes 24 and 25 function as fixed points even when the stator 20 bends and vibrates. In this example, since the constricted portion 22 ′ is provided on the side surface of the stator 20 corresponding to the node 24, a large stress is not applied to the constricted portion 22 ′, and the constricted portion 22 ′ does not deform much. Therefore, compared with the case where the constricted portion 22 is provided at the end of the stator 20 as in the first embodiment, the loss of mechanical energy can be reduced in the constricted portion 22 ′. Further, since the stress applied thereto is small, even if the width of the constricted portion 22 'is slightly increased in order to obtain mechanical strength, the loss of mechanical energy does not increase so much. Therefore, it is preferable to apply the piezoelectric actuator B1 to a wristwatch of a type in which a large acceleration is expected by increasing the mechanical strength by slightly increasing the width of the constricted portion 22 '.

【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２
０に三つの節２６、２７、２８が生じるため、括れ部２
２'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２
７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。When driving the stator 20 in the secondary vibration mode, the piezoelectric actuator B1 may be configured as shown in FIG. In this case, the stator 2
0 has three nodes 26, 27, 28,
2 ′ may be provided on the side surface of the stator 20 corresponding to any of the nodes 26, 27, 28. In this example, the central section 2
7, a constricted portion 22 'is provided. When the constricted portion 22 'is provided at the center of the stator 20, the stator 20 can be supported while maintaining a balance in the longitudinal direction, so that the mechanical strength is increased and the structure is resistant to impact.

【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Ｂ
2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。[3-2. Second Embodiment] FIG. 18 is a plan view showing a configuration example of a piezoelectric actuator B2 according to a second embodiment, and FIG. 19 is a sectional view thereof. It is assumed that the piezoelectric actuator B1 shown in the drawing is driven in a secondary vibration mode. Piezoelectric actuator B of this example
2 is not provided with the constricted portion 22 'and the fixed portion 23, and instead of these, the fixed portion 23' is directly provided on the node 24 of the vibration. The fixing portion 23 'may be fixed to the base with a pin as shown in FIG. 19, or may be one fixing the stator 20 to the base by spot welding. According to the above configuration, since the fixing portion 23 'is directly provided at the node of the vibration, mechanical energy loss in the supporting portion can be further reduced as compared with the first mode. Further, since there is no need to provide the constricted portion 22 'and the fixed portion 23, the space can be effectively used.

【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。When the stator 20 is driven in the secondary vibration mode, the piezoelectric actuator B2 may be configured as shown in FIG. In this example, as in the first embodiment, the stator 20 can be supported while maintaining the balance in the longitudinal direction by providing the fixing portion 23 'at the central node 27, so that the mechanical strength is increased. The structure is strong against impact.

【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。[4. Third Embodiment] Next, a timepiece according to a third embodiment of the present invention will be described. The timepiece according to the third embodiment has substantially the same configuration as that of the first or second embodiment except for the configuration of the piezoelectric actuator. In the piezoelectric actuators A and B of the first and second embodiments, no special consideration is given to the position where the diaphragm 10 vibrates the stator 20. However, the vibrator has
There is a portion called a node that does not displace at all during vibration, and a portion called an antinode that is the most displaced portion during vibration. The most efficient way to vibrate the vibrating body is to support the node and apply vibration to the belly. The piezoelectric actuator C according to the third embodiment is configured by paying attention to this point. By vibrating antinodes of the vibration of the stator 20 with the vibration plate 10, the vibration of the vibration plate 10 can be efficiently reduced. 20. As the piezoelectric actuator C, there are various modes described below.

【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。[4-1. First Embodiment] FIG. 21 is a plan view showing a configuration example of a piezoelectric actuator C1 according to a first embodiment. The piezoelectric actuator C1 shown in FIG.
It corresponds to the piezoelectric actuator A of the first embodiment,
It shall be driven by primary vibration.

【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。In the same figure, the piezoelectric actuator C1
Includes a diaphragm 10 and a stator 20. As the diaphragm 10, any one of the first to sixth aspects described in the first embodiment can be applied. The stator 20 is formed of a thin plate having a substantially rectangular shape. A movable end 21 is provided at one end in the longitudinal direction, and the other end is fixed at a fixed portion 23 via a constricted portion 22.

【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１
０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。Here, the diaphragm 10 is arranged so as to be located at a portion of an antinode generated when the stator 20 primary-vibrates, and a drive signal V applied to the diaphragm 10 is provided.
Is set to be equal to the natural vibration frequency fs of the stator 20. Therefore, diaphragm 1
0 excites primary vibration in the stator 20 and excites the antinode of the vibration. Therefore, the stator 20 can be excited most efficiently. As a result, the amplitude of the vibration of the diaphragm 10 is amplified by the stator 20, and the movable end 21 can be largely displaced.

【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。As described above, when vibrating the vibrating body,
It is most efficient to vibrate the antinode of the vibration, but from the viewpoint of transmission efficiency, a slight shift from the antinode does not cause much problem. FIG. 22 is a graph showing transmission efficiency when a disk-shaped vibrator is vibrated in the radial direction. In this graph, the transmission efficiency at the center of the disk (that is, a = 0) is normalized as 100. In the case of a disk-shaped vibrator, it is most efficient to vibrate the center corresponding to the antinode, so that the transmission efficiency becomes maximum at a = 0, but 0 <a <
In the range of 0.1, the transmission efficiency is within 98% of the maximum value. Therefore, if you vibrate within this range,
It can be said that almost maximum efficiency can be obtained. Since the vibrating body in the present embodiment is the rectangular stator 20, the same thing as the knowledge obtained from FIG. 22 does not always apply to the stator 20. However, whether it is a disk or an elongated stator 20, it is still a vibrating body. Therefore, the position of the vibration of the stator 20 does not need to be the antinode of the vibration itself.
Vibration can be transmitted efficiently. Note that the actual vibration position may be obtained in a range near the antinode which is allowed by an experiment.

【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。[4-2. Second Embodiment] FIG. 23 is a plan view showing a configuration example of a piezoelectric actuator C2 according to a second embodiment. The piezoelectric actuator C2 shown in FIG.
It corresponds to the piezoelectric actuator B of the second embodiment,
It is assumed that it is driven in the secondary vibration mode.

【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。In the figure, the piezoelectric actuator C2
Includes a diaphragm 10 and a stator 20. As the diaphragm 10, any one of the first to sixth aspects described in the first embodiment can be applied. The stator 20 is formed of a thin plate having a substantially rectangular shape, and a fixing portion 23 ′ is provided at a central node 27. Here, the diaphragm 10 is arranged so as to be located at an antinode generated when the stator 20 vibrates in the secondary vibration mode, and the AC frequency of the drive signal V applied to the diaphragm 10 Is the natural vibration frequency of the stator 20
fs (2) is set. Therefore, diaphragm 10 excites secondary vibration in stator 20 and excites the antinode of the vibration. Therefore, the stator 20 can be excited most efficiently. As a result, the amplitude of the vibration of the diaphragm 10 is amplified by the stator 20, and the movable end 21 can be largely displaced. Note that, as in the first embodiment, the position at which the diaphragm 10 vibrates the stator 20 does not need to be the antinode of the vibration itself, and if a certain range near the antinode is vibrated, the vibration can be transmitted efficiently. Can be.

【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。[5. Modifications] (1) In each of the above-described embodiments, the order of the vibration mode is mainly described as the first order and the second order. However, the present invention is not limited to this. Of course, the vibration may be the same.

【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。(2) In each of the embodiments described above, the shim portion 12 and the stator 20 are formed of a single plate-like member, and the thin May be configured.
In this case, the main part of the piezoelectric actuator can be composed of two parts, so that the configuration can be extremely simplified.

【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−Ｃ
ｄ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。(3) In the above embodiments, the date wheel 50 of the calendar display mechanism is rotated, but the day wheel may be rotated by the piezoelectric actuators A, B, and C. In addition to the watch's calendar display mechanism,
It can be used as a driving device for a device that displays time, month, year, age, sun position, water depth, atmospheric pressure, temperature, humidity, azimuth, speed, and the like. Further, it is needless to say that the present invention can be used as various driving devices other than the display device. For example, the present invention can be applied to a mechanism driving device incorporated in a picture book or a card. In particular, since the piezoelectric actuators A, B, and C have extremely high energy efficiency, they are preferably applied to portable devices driven by batteries. In this case, the use time can be lengthened. The batteries include primary batteries such as dry batteries and mercury batteries, as well as large-capacity capacitors, lithium-ion batteries, Ni-C
It may be a secondary battery capable of storing electricity such as d. Further, the secondary battery may be charged with electric power by some power generation mechanism.

【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１
０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。(4) In each of the above-described embodiments, an example has been described in which the in-plane bending vibration is excited in the stator 20 in accordance with the natural vibration frequency. However, the present invention is not limited to this. It may be one that excites the stator 20 with torsional vibration or vibration that expands and contracts in the longitudinal direction. In these cases, the vibration plate 10 is driven at the natural vibration frequency of the stator 20 determined according to the type of vibration such as torsional vibration or stretching vibration. Further, torsional vibration may be excited in diaphragm 10. By the way, when torsional vibration is excited in the stator 20, the diaphragm 10 may be connected to the upper surface of the stator 20 as shown in FIG. In this case, the diaphragm 10 is
Vibrating the upper surface of the stator 20, it is possible to excite a large twist in the stator 20. That is, the diaphragm 1
0 is not necessarily connected to the side surface of the stator 20. In short, it may be arranged so as to apply a force that can excite the stator 20 to a predetermined vibration mode (bending, twisting, expansion and contraction, etc.).

【００７８】[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。As described above, according to the present invention, the plate portion can be vibrated at a frequency substantially equal to the natural vibration frequency, so that the mechanical impedance of the plate portion can be minimized. In addition, a large displacement can be extracted from the movable end with a low driving voltage under high energy efficiency. Further, the piezoelectric actuator of the present invention
It is suitable for thinning and can be configured easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明に係る圧電アクチュエータの平面図で
ある。FIG. 1 is a plan view of a piezoelectric actuator according to the present invention.

【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。2A is a diagram showing a state in which a diaphragm bends and vibrates in a bending mode in a piezoelectric actuator according to the present invention; FIG. is there.

【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。3 (a) is a plan view showing vibration when the stator is considered as a rigid body, FIG. 3 (b) is a plan view showing primary vibration of the stator, and FIG. 3 (c) shows secondary vibration of the stator. It is a top view.

【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。FIG. 4 is a timepiece according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a transparent plan view showing a main configuration of a calendar display mechanism.

【図５】 同実施形態に係る時計の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of the timepiece according to the embodiment.

【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。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric actuator A1 according to a first mode of the embodiment.

【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。FIG. 7A is a block diagram in the case where the drive circuit of the embodiment is separately excited, and FIG. 7B is a circuit diagram in a case where the drive circuit is separately excited.

【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。FIG. 8 is a graph showing a relationship between the natural vibration frequencies fs, fp of the stator and the diaphragm according to the embodiment, and Ws / Ls and 1 / Lp.

【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。FIG. 9 is a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric actuator A2 according to a second mode of the embodiment.

【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。FIG. 10 is a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric actuator A3 according to a third mode of the embodiment.

【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。FIG. 11 is a perspective view showing a configuration example of a diaphragm driven by m-order vibration in the piezoelectric actuator A3 according to the same embodiment of the embodiment.

【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。FIG. 12 is a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric actuator A4 according to a fourth mode of the embodiment.

【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。FIG. 13 is a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric actuator A5 according to a fifth mode of the embodiment.

【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。FIG. 14 is a perspective view showing a configuration example of a laminated piezoelectric element according to the same embodiment.

【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。FIG. 15 is a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric actuator A6 according to a sixth mode of the embodiment.

【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。FIG. 16 is a plan view illustrating an example of a piezoelectric actuator B1 according to a first embodiment in the second embodiment of the present invention.

【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。FIG. 17 is a plan view showing another example of the piezoelectric actuator B1 according to the first mode of the embodiment.

【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。FIG. 18 is a plan view showing an example of a piezoelectric actuator B2 according to a second mode of the embodiment.

【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。FIG. 19 is a sectional view of a piezoelectric actuator B2 according to a second mode of the embodiment.

【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。FIG. 20 is a plan view showing another example of the piezoelectric actuator B2 according to the second mode of the embodiment.

【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。FIG. 21 is a plan view illustrating a configuration example of a piezoelectric actuator C1 according to a first embodiment in the third embodiment of the present invention.

【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。FIG. 22 is a graph showing the transmission efficiency when a disk-shaped vibrator is vibrated in the radial direction.

【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。FIG. 23 is a plan view showing a configuration example of a piezoelectric actuator C2 according to a second mode of the embodiment.

【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。FIG. 24 is a perspective view illustrating a configuration example of a piezoelectric actuator according to a modification.

【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。FIG. 25 is a plan view schematically showing an ultrasonic motor using a conventional piezoelectric actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vibration plate 11 ... Piezoelectric element 12 ... Shim part 20 ... Stator (plate part) 21 ... Movable end 22, 22 '... Constricted part 50 ... Date dial (calendar display car) A, A1, A2, A3, A4, A5 , A6, B1, B2, C1, C2 ... piezoelectric actuator

───────────────────────────────────────────────────── 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 橋本 泰治 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 AA04 AA19 BB02 BB15 BC01 BC02 BC04 CC10 DD01 DD15 DD23 DD24 DD28 DD44 DD53 DD82 DD85 DD92 DD97 EE10 EE12 EE24 FF08 FF25 FF26 FF30 FF32 GG02 GG23  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tsukasa Funasaka 3-5-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Seiko Epson Corporation (72) Inventor Taiji Hashimoto 3-3-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Seiko-Epson F term (reference) 5H680 AA04 AA19 BB02 BB15 BC01 BC02 BC04 CC10 DD01 DD15 DD23 DD24 DD28 DD44 DD53 DD82 DD85 DD92 DD97 EE10 EE12 EE24 FF08 FF25 FF26 FF30 FF32 GG02 GG23

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 振動により少なくとも一方の端部が可動
端として変位する板部と、 この板部に力を加えるように配置され、圧電素子を設け
た振動板と、 前記圧電素子に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印加する駆動手段とを備えた
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。1. A plate part at least one end of which is displaced as a movable end by vibration, a vibration plate arranged to apply a force to the plate part and provided with a piezoelectric element, and a plate part provided on the piezoelectric element. A driving means for applying a driving signal having a frequency substantially equal to the natural vibration frequency of the piezoelectric actuator. 【請求項２】 振動により少なくとも一方の端部が可動
端として面内方向に変位する板部と、 この板部が面内方向に変位する力を前記板部に加えるよ
うに配置され、圧電素子を設けた振動板と、 前記圧電素子に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印加する駆動手段とを備えた
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。2. A piezoelectric element, wherein at least one end of the plate is displaced in the in-plane direction as a movable end by vibration, and a force is applied to the plate for displacing the plate in the in-plane direction. And a driving means for applying a driving signal having a frequency substantially equal to the natural vibration frequency of the plate portion to the piezoelectric element. 【請求項３】 前記振動板は、前記板部の側面に連結さ
れることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエ
ータ。3. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the diaphragm is connected to a side surface of the plate. 【請求項４】 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たことを特徴とする請求項
２に記載の圧電アクチュエータ。4. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the vibrating plate has the piezoelectric element arranged so as to bend and vibrate in an out-of-plane direction. 【請求項５】 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４に記載の圧電アクチュ
エータ。5. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein the piezoelectric element is divided at nodes of flexural vibration. 【請求項６】 前記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
ことを特徴とする請求項５に記載の圧電アクチュエー
タ。6. When driving the diaphragm in a higher-order vibration mode, a plurality of piezoelectric elements divided by nodes of vibration are arranged on upper and lower surfaces of the diaphragm, respectively, and the piezoelectric elements are vertically arranged via the diaphragm. While matching the polarization directions of adjacent piezoelectric elements,
The piezoelectric actuator according to claim 5, wherein the polarization directions of the piezoelectric elements adjacent to each other in the longitudinal direction have opposite polarities. 【請求項７】 前記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ことを特徴とする請求項４に記
載の圧電アクチュエータ。7. When driving the diaphragm in a higher-order vibration mode, a single piezoelectric element is provided on each of the upper and lower surfaces of the diaphragm, and a plurality of divided electrodes are arranged on each piezoelectric element. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein the driving means supplies a driving signal having a phase shifted by 180 degrees to the electrodes adjacent in the longitudinal direction. 【請求項８】 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た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。8. The piezoelectric actuator according to claim 3, wherein the vibrating plate has the piezoelectric elements arranged so as to expand and contract in an in-plane direction. 【請求項９】 前記圧電素子に印加する電界を前記振動
板の長手方向とすることにより、前記振動板を面内方向
に伸縮振動させることを特徴とする請求項８に記載の圧
電アクチュエータ。9. The piezoelectric actuator according to claim 8, wherein an electric field applied to the piezoelectric element extends in a longitudinal direction of the vibration plate to cause the vibration plate to expand and contract in an in-plane direction. 【請求項１０】 前記圧電素子を円板状に形成した前記
振動板を備えることを特徴とする請求項２に記載の圧電
アクチュエータ。10. The piezoelectric actuator according to claim 2, further comprising the diaphragm in which the piezoelectric element is formed in a disk shape. 【請求項１１】 前記駆動手段は、前記板部の固有振動
周波数と前記振動板の固有振動周波数とにほぼ等しい周
波数を有する前記駆動信号を前記圧電素子にに供給する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエー
タ。11. The piezoelectric device according to claim 11, wherein the driving unit supplies the piezoelectric element with a driving signal having a frequency substantially equal to a natural vibration frequency of the plate portion and a natural vibration frequency of the vibration plate. 3. The piezoelectric actuator according to 2. 【請求項１２】 前記板部には、前記可動端を変位可能
に支持する支持部が設けられていることを特徴とする請
求項２に記載の圧電アクチュエータ。12. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein a support portion for displaceably supporting the movable end is provided on the plate portion. 【請求項１３】 前記支持部は、前記板部の幅より幅狭
な括れ部によって構成されることを特徴とする請求項１
１に記載の圧電アクチュエータ。13. The device according to claim 1, wherein the support portion is formed by a narrow portion narrower than a width of the plate portion.
2. The piezoelectric actuator according to 1. 【請求項１４】 前記支持部は、前記板部において前記
可動端と反対側の端部に設けられていることを特徴とす
る請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。14. The piezoelectric actuator according to claim 11, wherein the support portion is provided at an end of the plate portion opposite to the movable end. 【請求項１５】 前記支持部は、前記板部が振動した際
に生じる節の近傍に設けられることを特徴とする請求項
１１に記載の圧電アクチュエータ。15. The piezoelectric actuator according to claim 11, wherein the support portion is provided near a node generated when the plate portion vibrates. 【請求項１６】 前記支持部は、前記板部が屈曲振動し
た際に生じる節に対応した前記板部の側面に設けられ、
前記板部の幅より幅狭な括れ部によって構成されること
を特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。16. The support portion is provided on a side surface of the plate portion corresponding to a node generated when the plate portion bends and vibrates,
The piezoelectric actuator according to claim 11, wherein the piezoelectric actuator is configured by a constricted portion narrower than the width of the plate portion. 【請求項１７】 前記振動板が、前記板部が振動した際
に生じる腹の近傍を加振するように配置したことを特徴
とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。17. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the vibration plate is arranged so as to vibrate the vicinity of an antinode generated when the plate portion vibrates. 【請求項１８】 前記板部と前記振動板とを略同一平面
内に構成したことを特徴とする請求項２に記載の圧電ア
クチュエータ。18. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein said plate portion and said diaphragm are formed in substantially the same plane. 【請求項１９】 前記可動端と接し、この可動端が面内
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に記載した圧電アクチ
ュエータ。19. The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising a disk-shaped rotor that contacts the movable end and rotates when the movable end vibrates in an in-plane direction. 【請求項２０】 請求項１９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。20. A portable device comprising: the piezoelectric actuator according to claim 19; and a battery for supplying electric power to the piezoelectric actuator. 【請求項２１】 請求項１９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。21. A timepiece comprising: the piezoelectric actuator according to claim 19; and a ring-shaped calendar display wheel that is rotated by a rotational force of the rotor. 【請求項２２】 振動により少なくとも一方の端部が可
動端として面内方向に変位する板部と、この板部が面内
方向に変位する力を前記板部に加えるように配置され、
圧電素子を設けた振動板とを備えた圧電アクチュエータ
の駆動方法であって、 前記板部の固有振動周波数とほぼ等しい周波数の駆動信
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。22. A plate portion, at least one end of which is displaced in the in-plane direction as a movable end by vibration, and a force for displacing the plate portion in the in-plane direction is arranged on the plate portion,
A method for driving a piezoelectric actuator comprising: a vibration plate provided with a piezoelectric element, the method comprising: generating a drive signal having a frequency substantially equal to a natural vibration frequency of the plate portion; and supplying the drive signal to the piezoelectric element. Characteristic driving method of a piezoelectric actuator. 【請求項２３】 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とを特徴とする請求項２
２に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。23. The apparatus according to claim 2, wherein a frequency of the drive signal is equal to a natural vibration frequency of the diaphragm.
3. The method for driving a piezoelectric actuator according to item 2.