JP6550823B2 - 圧電アクチュエータ及び電子時計 - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータ及び電子時計に関するものである。

従来、電圧を印加することにより伸縮する変位素子（圧電素子）を備える圧電アクチュエータが知られている。
圧電アクチュエータは、例えば、圧電素子に所定の電圧を印加することにより機械的な共振を起こし、この振動により伝達部（柱状突起）が楕円軌道を描くように動作する。そして、この伝達部の楕円運動によって、伝達部に加圧接触されている動作対象物を移動（駆動）させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

このような圧電アクチュエータでは、伝達部の楕円運動を動作対象物に伝達させるために、伝達部を動作対象物に対して加圧接触させて摩擦力を生起させることが必要であり、例えば、特許文献１には、コイルスプリングを利用して加圧を行う与圧手段を備える構成が開示されている。

特開２００９−７１９０３号公報

圧電素子は、所定の周波数の電圧を印加したときに共振がピークとなる。このため、圧電素子を効率よく共振させるためには、圧電素子に電圧を印可する際の駆動周波数を共振がピークとなる周波数帯に調整することが必要となる。
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の圧電アクチュエータのように、コイルスプリング等のバネを圧電アクチュエータに接触させてバネ力によって圧電アクチュエータを押圧する構成の場合、バネが接触することによって圧電素子の共振がピークとなる周波数帯も圧電アクチュエータ単体の場合にピークとなる周波数帯からずれてしまう。
このため、圧電アクチュエータ単体について駆動周波数の調整を行っても、バネ等を取り付けた組み込み状態において、バネを追加したことによる共振周波数のずれを考慮して、再度駆動周波数を調整し直さなければならないという問題がある。

また、従来の圧電アクチュエータでは、圧電アクチュエータとは別部材で構成された与圧機構を有し、この与圧機構によって圧電アクチュエータの一端側から他端側に向けて与圧をかけるようになっている。このため、圧電アクチュエータの伝達部が当接する動作対象物は与圧がかかる側にしか配置することができず、圧電素子の伸縮動作によって生じた力を十分に活用することができず、駆動効率が悪いとの問題もある。

さらに、圧電アクチュエータを外部から与圧する場合には、圧電素子等を固定する基台自体も圧電素子の共振時に変形してしまう。このため、圧電アクチュエータを装置内に組み込む際には基台をその変形量の少ない箇所で固定する必要があり、圧電アクチュエータの設置位置や設置手法が制約されてしまうとの問題もある。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、圧電アクチュエータの共振のピークとなる周波数を変動させる要素を減らして駆動周波数の設定を容易とするとともに、装置組み込み性がよく、駆動効率のよい圧電アクチュエータ及び電子時計を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明に係る圧電アクチュエータは、
所定の角度をなすようにＶ字状に配置され、電圧を印加することで変位する２つの変位部材と、
前記２つの変位部材の交点側に配置され、前記２つの変位部材の交点側の端部を固定する基台と、
前記２つの変位部材の拡開側に架け渡され、前記２つの変位部材の拡開側の端部に固定された薄板状の弾性部材と、
前記弾性部材における前記２つの変位部材への架け渡し方向の中央部に設けられた伝達部と、
を備え、
前記伝達部は、前記弾性部材における前記２つの変位部材が固定されている側の面及びその反対側の面にそれぞれ設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、圧電アクチュエータの共振のピークとなる周波数を変動させる要素を減らして駆動周波数の設定を容易にし、装置組み込み性及び駆動効率を向上させることができるという効果を奏する。

第１の実施形態における圧電アクチュエータの斜視図である。 図１の圧電アクチュエータの分解斜視図である。 図１の圧電アクチュエータとこれにより動作する動作対象物の正面図である。 図１の圧電アクチュエータに印加される印加電圧の波形の一例を示したグラフである。 （ａ）から（ｅ）は、図１の圧電素子に図４に示す波形の電圧を印加した場合の圧電アクチュエータの動きをシミュレーションした結果を模式的に示したイメージ図である。 図１の圧電アクチュエータに電圧を印加した場合の伝達部の軌跡をシミュレーションした結果を示す図である。 第１の実施形態における圧電アクチュエータを電子時計に組み込んだ状態を示す平面図である。 第２の実施形態における圧電アクチュエータとこれにより動作する動作対象物の正面図である。 図８の圧電アクチュエータに電圧を印加した場合の伝達部の軌跡をシミュレーションした結果を示す図である。 圧電アクチュエータの一変形例とこれにより動作する動作対象物の正面図である。 圧電アクチュエータの一変形例とこれにより動作する動作対象物の正面図である。 圧電アクチュエータの一変形例とこれにより動作する動作対象物の正面図である。 圧電アクチュエータの一変形例とこれにより動作する動作対象物の正面図である。

［第１の実施形態］
以下、図１から図７を参照しつつ、本発明に係る圧電アクチュエータ及び電子時計の第１の実施形態について説明する。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、本実施形態における圧電アクチュエータの斜視図であり、図２は、圧電アクチュエータの分解斜視図であり、図３は、圧電アクチュエータとこれにより動作する動作対象物の正面図である。
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１００は、例えば電子時計である腕時計の日付機構等を構成するディスク針（例えば図７に示すディスク針５１０）を回転駆動させたり指針を動作させる運針機構を動作させるために適用されるものであり、動作対象物Ｒは、こうした機構を構成する歯車等と接続されるロータ等である。なお、圧電アクチュエータ１００により動作させる対象は、ここに例示したものに限定されない。

図１から図３に示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ１００は、変位可能な変位部材としての２つの圧電素子１（圧電素子１ａ，１ｂ）と、圧電素子１ａ，１ｂの一端側に固定される基台２と、圧電素子１ａ，１ｂの他端側に固定される弾性部材４と、弾性部材４に設けられた伝達部４３とを備えている。
なお、以下において、単に圧電素子１としたときは、圧電素子１ａ及び圧電素子１ｂを含むものとする。

本実施形態において２つの圧電素子１ａ，１ｂは、電圧を印加することで伸縮等の変位をする変位素子である。
圧電素子１は、例えば圧電セラミックスを用いた積層型等がある。
なお、圧電素子１は、電圧を印加することにより伸縮動作して振動し、この振動（共振）によって後述する伝達部４３を楕円運動させるものであればよく、このような動作が可能なものであれば、これに限定されず、上記に例示した以外のものでもよい。
２つの圧電素子１ａ，１ｂは、所定の角度をなすようにＶ字状に配置されており、２つの圧電素子１ａ，１ｂの交点側の端部が基台２に固定されている。

本実施形態の基台２は、正面視においてほぼ二等辺三角形状となっており、２つの傾斜面２ａ，２ｂを有している。
基台２は、２つの圧電素子１ａ，１ｂの交点側に配置されており、傾斜面２ａには接着剤層３を介して圧電素子１ａの一端側（交点側）の端部が固定されている。また、傾斜面２ｂには接着剤層３を介して圧電素子１ｂの一端側（交点側）の端部が固定されている。
本実施形態における基台２は、傾斜面２ａ，２ｂ同士がなす角度がほぼ９０度となっており、傾斜面２ａ，２ｂに固定された２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度は、ほぼ９０度となっている。

圧電アクチュエータ１００を電子時計５００のケース５０１（図７参照）の内部等に実装する場合には、基台２を図示しない地板や基板上等にビス止め等により固定する。
すなわち、本実施形態では、基台２の下に与圧機構を構成するバネ等を配置しないため、基台２の一面である底面を直接地板や基板上等に固定することができ、圧電アクチュエータ１００を駆動させた際にも基台２は変形しない。
圧電アクチュエータ１００を駆動させた際に基台２がともに振動・変形する場合には、基台２の変形等を考慮して固定位置や保持の手法を工夫する必要がある。この点、本実施形態ではそのような考慮が不要であるため、基台２の固定位置等が制限されず、圧電アクチュエータ１００の設置位置等の自由度が広がる。

弾性部材４は、２つの変位部材である圧電素子１ａ，１ｂの拡開側に架け渡され、２つの圧電素子１ａ，１ｂの拡開側の端部に固定される薄板状の部材である。
弾性部材４は、弾性変形可能な部材であり、例えば薄板状の鉄材等で形成された板バネある。なお、弾性部材を形成する材料等は特に限定されない。

本実施形態において、弾性部材４は、２つの圧電素子１ａ，１ｂへの架け渡し方向（薄板状の弾性部材４の長手方向、図３における横方向）の中央部が直線状の直状部４１となっており、この直状部４１の両側にそれぞれ、基台２の傾斜面２ａ，２ｂとほぼ同じ勾配で傾斜する傾斜部４２ａ，４２ｂを有している。
傾斜部４２ａにおける基台２と対向する側の面には、接着剤層５を介して圧電素子１ａの他端側（拡開側）の端部が固定されている。また、傾斜部４２ｂにおける基台２と対向する側の面には、接着剤層５を介して圧電素子１ｂの他端側（拡開側）の端部が固定されている。

弾性部材４における２つの圧電素子１ａ，１ｂへの架け渡し方向のほぼ中央部（すなわち、直状部４１のほぼ中央部）には、伝達部４３が設けられている。
本実施形態において、伝達部４３は、薄板状の弾性部材４の一部を折り曲げ加工することによって、基台２の設けられている側とは逆側に突出するように突起状に形成されている。
本実施形態において、伝達部４３は、圧電素子１ａ，１ｂの振動により楕円軌道を描くように動作（以下これを「楕円運動」という）するものである。

伝達部４３は、電子時計５００（図７参照）内等に組み付けられた状態において、動作対象物Ｒの表面に当接し、圧電アクチュエータ１００の振動等の動きを動作対象物Ｒに伝達する。
本実施形態では、伝達部４３が設けられている弾性部材４自体が板バネとなっており、弾性部材４は伝達部４３を動作対象物Ｒに対して押し付ける方向（すなわち、図３において上向き矢印で示す方向）に付勢する与圧機構として機能する。これにより、伝達部４３は常に与圧のかかった状態で動作対象物Ｒに接しており、伝達部４３が後述するように楕円運動をしたときには、摩擦力によって当該楕円運動を動作対象物Ｒに伝達可能となっている。

なお、伝達部４３は、動作対象物Ｒに動きを伝達できる形状のものであればよく、その形状や形成手法等は特に限定されない。
例えば、図１等では、薄板状の弾性部材４の幅方向（すなわち、弾性部材４の長手方向に直交する方向）に亘って、正面視においてほぼ山型の伝達部４３が設けられているが、伝達部は、弾性部材４における長手方向及び幅方向のほぼ中央部に設けられた錘状又は柱状の突起であってもよい。
また、図１等で示す伝達部４３は、薄板状の弾性部材４に折り曲げ加工を施しただけで内部は中空となっているが、突起状の伝達部４３の中空部分に比重の高い剛体等を埋め込むことで中実としてもよい。
このように、伝達部４３に比重の高い剛体等を配置することにより、伝達部４３を中空のままとした場合よりも、圧電素子１が振動（共振）した際の伝達部４３の縦方向及び横方向における変位量を拡大させることができる。

図３に示すように、２つの圧電素子１ａ，１ｂには、図示しない電極が設けられており、この電極にはそれぞれ電圧印加手段１１（電圧印加手段１１ａ，１１ｂ）が電気的に接続されている。
電圧印加手段１１ａ，１１ｂは、圧電素子１ａ，１ｂに交流の電圧を印加するものである。
本実施形態の電圧印加手段１１ａ，１１ｂは、２つの圧電素子１ａ，１ｂに対して、位相をずらした交流電圧を各々入力することで、圧電素子１ａ，１ｂに縦方向と横方向の振動（共振）を発生させ、その組み合わせにより、弾性部材４の中央に設けられた伝達部４３に楕円振動を励起する。
また、圧電素子１に電圧を印加することで生じる振動（共振）は、所定の周波数帯においてピークとなり、圧電素子１に印可される電圧の駆動周波数が当該所定の周波数帯に近いほど圧電素子１が大きく共振し、これに伴って伝達部４３の楕円運動の速度（すなわち、圧電アクチュエータ１００の駆動速度）及び推力（すなわち、圧電アクチュエータ１００の駆動力）も大きくなる。
このため、電圧印加手段１１ａ，１１ｂは、２つの圧電素子１ａ，１ｂに対して、圧電素子１ａ，１ｂの共振がピークとなる周波数帯の駆動周波数で電圧を印加する。
また、電圧印加手段１１ａ，１１ｂにより印加される電圧の電圧値が高いほど、圧電素子１に生じる振動（共振）も大きくなり、伝達部４３の楕円運動の速度（すなわち、圧電アクチュエータ１００の駆動速度）及び推力（すなわち、圧電アクチュエータ１００の駆動力）も大きくなる。
このため、電圧印加手段１１ａ，１１ｂによる印加電圧値は、圧電アクチュエータ１００の用途等に応じた所望の速度（駆動速度）と推力（駆動力）となるように適宜調整される。

図４は、電圧印加手段１１ａ，１１ｂにより圧電素子１ａ，１ｂに対して印加される交流電圧の波形の一例を示したグラフである。
図４において実線で示した波形ＣＨ１は、電圧印加手段１１ａにより圧電素子１ａに対して印加される交流電圧の波形例であり、一点鎖線で示した波形ＣＨ２は、電圧印加手段１１ｂにより圧電素子１ｂに対して印加される交流電圧の波形例である。
図４に示すように、波形ＣＨ１と波形ＣＨ２とには所定の位相差が設けられている。

ここで、図５（ａ）から図５（ｅ）を参照しつつ、本実施形態の圧電アクチュエータ１００の動きを説明する。
図５（ａ）から図５（ｅ）は、本実施形態の圧電素子１ａ，１ｂに対して図４に示すような位相差を設けた交流波形の電圧を印加した場合の圧電アクチュエータ１００の動きをシミュレーションした結果を模式的に示したイメージ図である。
図５（ａ）に示す初期状態から、まず、電圧印加手段１１ａにより圧電素子１ａに対して電圧が印加されると、図５（ｂ）に示すように圧電素子１ａが収縮変形することにより、弾性部材４が圧電素子１ａの側（図５（ｂ）における左側）に引っ張られて、圧電アクチュエータ１００全体が圧電素子１ａの側（図５（ｂ）における左側）に傾く。次に、電圧印加手段１１ｂにより圧電素子１ｂに対して電圧が印加されると、圧電素子１ｂが収縮変形することにより、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）に示す初期状態に近い状態となった後、図５（ｄ）に示すように、弾性部材４が圧電素子１ｂの側（図５（ｄ）における右側）に引っ張られて、圧電アクチュエータ１００全体が圧電素子１ｂの側（図５（ｂ）における右側）に傾く。そして、再び電圧印加手段１１ａにより圧電素子１ａに対して電圧が印加されると、圧電素子１ａが収縮変形することにより、図５（ｅ）に示すように、徐々に図５（ａ）に示す初期状態に近い状態となった後、図５（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ１００全体が圧電素子１ａの側（図５（ｂ）における左側）に傾く。
このように、電圧印加手段１１ａ，１１ｂにより圧電素子１ａ，１ｂに対して位相差を設けて交互に交流電圧を印加することにより、圧電アクチュエータ１００に縦方向と横方向の振動が発生し、弾性部材４の中央部に楕円振動が励起されて伝達部４３が楕円運動する。

図６は、圧電アクチュエータ１００の圧電素子１ａ，１ｂに対して上記に説明したような位相差を設けた交流波形の電圧を印加した場合の伝達部４３の軌跡をシミュレーションした結果を示す図である。
図６において実線で示す楕円は、図６左下に示した圧電アクチュエータ１００の伝達部４３の頂点（図６の図において黒点で示す）の動きをプロットしたものである。
図６に示すように、電圧印加手段１１ａ，１１ｂにより圧電素子１ａ，１ｂに対して交互に位相差を設けた交流波形の電圧を印加すると、圧電素子１ａ，１ｂが交互に伸縮・振動することにより、圧電素子１ａ，１ｂと接続されている弾性部材４の中央部に設けられている伝達部４３が大きく楕円軌道を描いて楕円運動する。

図７は、圧電アクチュエータ１００を指針５０２等を備えた電子時計５００（例えば腕時計）のケース５０１の内部等に実装した状態を示す図である。
前述のように、圧電アクチュエータ１００を電子時計５００のケース５０１（図７参照）の内部等に実装する場合には、基台２を図示しない地板や基板上等にビス止め等により固定する。
なお、基台２の設けられる位置等は図示例に限定されない。

図７では、日付窓５０３から数字を露出させることで日付表示を行うディスク針５１０を本実施形態の圧電アクチュエータ１００によって回転駆動させる場合を例示している。
図７に示すように、圧電アクチュエータ１００の伝達部４３は、ロータ等の動作対象物Ｒに当接しており、伝達部４３が楕円運動を行うことにより、動作対象物Ｒが回転するようになっている。なお、動作対象物Ｒの図示しない回転軸には、第１の歯車５１２が取り付けられており、この第１の歯車５１２は、ディスク針５１０の回転軸５１１に設けられている図示しないカナ（小歯車）と噛み合っている。
ディスク針５１０には、その周縁に沿って日付を表す数字（１から３１までの数字）が順に書かれている。圧電アクチュエータ１００の伝達部４３によって動作対象物Ｒに楕円運動が伝達され、動作対象物Ｒが回転することにより、第１の歯車５１２を介してディスク針５１０が回転軸５１１を軸中心として回転すると、日付窓５０３から露出される数字が切り替えられ、これによって、適宜日付が表示できるようになっている。
なお、圧電アクチュエータ１００によってディスク針５１０を回転させる構成は、ここに例示したものに限定されない。例えば圧電アクチュエータ１００とディスク針５１０との間にさらに多くの歯車を介してもよい。
また、圧電アクチュエータ１００によって回転駆動させる対象はディスク針５１０に限定されない。例えば指針５０２を回転駆動させるための駆動源として本実施形態の圧電アクチュエータ１００を用いてもよい。

次に、本実施形態における圧電アクチュエータ１００及びこれを備える電子時計５００の作用について説明する。

本実施形態において、圧電アクチュエータ１００を組み立てる際には、傾斜面２ａ，２ｂを有する基台２の上に、圧電素子１ａ，１ｂを固定する。具体的には、傾斜面２ａの上に接着剤層３を介して圧電素子１ａの交点側の端部を固定し、傾斜面２ｂの上に接着剤層３を介して圧電素子１ｂの交点側の端部を固定する。
さらに、圧電素子１ａ，１ｂの拡開側に、伝達部４３を有する弾性部材４を配置し、弾性部材４の一方の傾斜部４２ａの下側面（図３等において下側の面）に接着剤層５を介して圧電素子１ａの拡開側の端部を固定し、他方の傾斜部４２ｂの下側面（図３等において下側の面）に接着剤層５を介して圧電素子１ｂの拡開側の端部を固定する。
さらに、圧電素子１ａ，１ｂの電極に電圧印加手段１１ａ，１１ｂをそれぞれ接続する。
これにより圧電アクチュエータ１００が完成する。
圧電アクチュエータ１００を電子時計５００に組み込む際には、ロータ等の動作対象物Ｒの表面に伝達部４３が接する位置に圧電アクチュエータ１００を配置して、基台２をビス等によりケース５０１内の地板や基板上等に固定する。

圧電アクチュエータ１００を動作させる際には、電圧印加手段１１ａ，１１ｂから圧電素子１ａ，１ｂに対して、例えば図４に示したような位相差を設けた交流波形の電圧を所定の駆動周波数及び電圧値で印加する。
これにより、例えば図５（ａ）から（ｅ）に示すように、圧電素子１ａ，１ｂが交互に伸縮・振動を繰り返し、圧電素子１ａ，１ｂと連結されている弾性部材４の中央部に設けられた伝達部４３に図６に示すような楕円運動を励起する。
伝達部４３は、弾性部材４のバネ力により常に動作対象物Ｒの表面に押圧された与圧状態となっており、伝達部４３の楕円運動は、摩擦力により動作対象物Ｒ（例えばロータ）に伝達される。これにより、動作対象物Ｒ（例えばロータ）が所定方向に移動（回転）する。

以上のように、本実施形態によれば、圧電アクチュエータ１００は、所定の角度をなすようにＶ字状に配置され、変位可能な変位部材である圧電素子１を２つ備えており、この２つの圧電素子１ａ，１ｂの交点側の端部が基台２に固定され、２つの圧電素子１ａ，１ｂの拡開側の端部が薄板状の弾性部材４に固定されている。また、弾性部材４における長さ方向のほぼ中央部には動作対象物Ｒの表面に当接する伝達部４３が設けられている。
このように、伝達部４３がバネ性を有する薄板状の弾性部材４に設けられているため、別途与圧をかけるためのバネ等の与圧機構を設けることなく、伝達部４３を動作対象物Ｒの表面に押圧し、与圧状態とすることができる。このため、圧電アクチュエータ１００を構成する部品点数が少なくて済み、小型で簡易な構造とすることができる。
また、電圧印加手段１１ａ，１１ｂから圧電素子１ａ，１ｂに印加する電圧の駆動周波数が圧電素子１ａ，１ｂの共振周波数帯からずれると圧電アクチュエータ１００の駆動速度及び駆動力が低下して圧電アクチュエータ１００の駆動効率が低下する。このため、駆動周波数については、一旦圧電素子１ａ，１ｂの共振周波数帯に対応する駆動周波数に調整した後は変化させず、当該周波数に固定することが好ましい。しかし、伝達部を動作対象物の表面に押圧するための与圧機構を別途設ける場合には、与圧機構のバネの個体差（製造ばらつき）等を考慮して事後的に駆動周波数の設定や調整を行う必要が生じる。
この点、本実施形態では圧電アクチュエータ１００を構成する弾性部材４が伝達部４３を与圧する与圧機構として機能する。このため、外部要素による圧電素子１ａ，１ｂの共振周波数の変動を抑えることができ、事後的に駆動周波数の設定や調整を行う必要がなく、圧電アクチュエータ１００の電子時計５００等への組み込み等を容易に行うことができる。
また、本実施形態では、基台２の下に与圧機構を構成するバネ等を配置しないため、基台２の一面である底面を直接地板や基板上等に固定することができ、圧電アクチュエータ１００を駆動させた際にも基台２は変形しない。これにより、圧電アクチュエータ１００を電子時計５００等に組み込む際に基台２の固定手法や固定位置等が制限されず、圧電アクチュエータ１００の設置位置等の自由度が広がる。

［第２の実施形態］
次に、図８及び図９を参照しつつ、本発明に係る圧電アクチュエータ及びこれを備える電子時計の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、弾性部材のみが第１の実施形態と異なるものであるため、以下においては、特に第１の実施形態と異なる点について説明する。

図８は、圧電アクチュエータとこれにより動作する動作対象物の正面図である。
図８に示すように、圧電アクチュエータ２００は、第１の実施形態と同様の２つの圧電素子１ａ，１ｂと、圧電素子１ａ，１ｂの交点側の端部を固定する基台２とを備えている。
また、圧電素子１ａ，１ｂの拡開側には、薄板状の弾性部材６が架け渡されている。弾性部材６は、第１の実施形態と同様に例えば薄板状の鉄材等で形成された板バネある。

本実施形態において、弾性部材６は、２つの圧電素子１ａ，１ｂへの架け渡し方向（薄板状の弾性部材６の長手方向、図８における横方向）の中央部が直線状の直状部６１となっており、この直状部６１の両側にそれぞれ、基台２の傾斜面２ａ，２ｂとほぼ同じ勾配で傾斜する傾斜部６２ａ，６２ｂを有している。
傾斜部６２ａにおける基台２と対向する側の面には、接着剤層５を介して圧電素子１ａの他端側（拡開側）の端部が固定されている。また、傾斜部６２ｂにおける基台２と対向する側の面には、接着剤層５を介して圧電素子１ｂの他端側（拡開側）の端部が固定されている。

弾性部材６における２つの圧電素子１ａ，１ｂへの架け渡し方向のほぼ中央部（すなわち、直状部６１のほぼ中央部）であって、基台２の設けられている側には、薄板状の弾性部材６の一部を折り曲げ加工することによって突起状に形成された伝達部６３が設けられている。
本実施形態において、伝達部６３は、圧電素子１ａ，１ｂの振動により楕円軌道を描くように動作（以下これを「楕円運動」という）するものである。

本実施形態において、圧電アクチュエータ２００は、電子時計内等に組み付けられた状態において、弾性部材６の下側（図８における下側）に動作対象物Ｒが配置されるようになっている。
そして、伝達部６３は、上側（図８における上側）から動作対象物Ｒの表面に当接し、圧電アクチュエータ２００の振動等の動きを動作対象物Ｒに伝達する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、伝達部６３が設けられている弾性部材６自体が、板バネとなっており、弾性部材６は伝達部６３を動作対象物Ｒに対して押し付ける方向（すなわち、図８において下向き矢印で示す方向）に付勢する与圧機構として機能する。これにより、伝達部６３は常に与圧のかかった状態で動作対象物Ｒに接しており、伝達部６３が後述するように楕円運動をしたときには、摩擦力によって当該楕円運動を動作対象物Ｒに伝達可能となっている。

なお、伝達部６３は、動作対象物Ｒに動きを伝達できる形状のものであればよく、その形状や形成手法等が特に限定されないことは第１の実施形態と同様である。

図９は、圧電アクチュエータ２００の圧電素子１ａ，１ｂに上記に説明したような位相差を設けた交流波形の電圧を印加した場合の伝達部６３の軌跡をシミュレーションした結果を示す図である。
図９において実線で示す楕円は、図９左下に示した圧電アクチュエータ２００の伝達部６３の頂点（図９の図において黒点で示す）の動きをプロットしたものである。
図９に示すように、電圧印加手段１１ａ，１１ｂにより圧電素子１ａ，１ｂに対して交互に位相差を設けた交流波形の電圧を印加すると、圧電素子１ａ，１ｂが交互に伸縮・振動することにより、圧電素子１ａ，１ｂと接続されている弾性部材６の中央部に設けられている伝達部６３が大きく楕円軌道を描いて楕円運動する。

なお、その他の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様であることから、同一部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

次に、本実施形態における圧電アクチュエータ２００及びこれを備える電子時計の作用について説明する。

本実施形態において、圧電アクチュエータ２００を組み立てる際には、傾斜面２ａ，２ｂを有する基台２の上に、圧電素子１ａ，１ｂを固定し、圧電素子１ａ，１ｂの拡開側に、伝達部６３を有する弾性部材６を配置し、弾性部材６の一方の傾斜部６２ａの下側面（図８において下側の面）に接着剤層５を介して圧電素子１ａの拡開側の端部を固定し、他方の傾斜部６２ｂの下側面（図８において下側の面）に接着剤層５を介して圧電素子１ｂの拡開側の端部を固定する。
さらに、圧電素子１ａ，１ｂの電極に電圧印加手段１１ａ，１１ｂをそれぞれ接続する。
これにより圧電アクチュエータ２００が完成する。
圧電アクチュエータ２００を電子時計に組み込む際には、ロータ等の動作対象物Ｒの表面に伝達部６３が接する位置に圧電アクチュエータ２００を配置して、基台２をビス等によりケース５０１内の地板や基板上等に固定する。
本実施形態では、図８に示すように、動作対象物Ｒは伝達部６３の下側に配置され、伝達部６３は動作対象物Ｒに対して与圧のかかった状態で上側から当接する。

圧電アクチュエータ２００を動作させる際には、電圧印加手段１１ａ，１１ｂから圧電素子１ａ，１ｂに対して、例えば位相差を設けた交流波形の電圧を所定の駆動周波数及び電圧値で印加する。
これにより、圧電素子１ａ，１ｂが交互に伸縮・振動を繰り返し、圧電素子１ａ，１ｂと連結されている弾性部材６の中央部に設けられた伝達部６３に図９に示すような楕円運動を励起する。
伝達部６３は、弾性部材６のバネ力により常に動作対象物Ｒの表面に押圧された与圧状態となっており、伝達部６３の楕円運動は、摩擦力により動作対象物Ｒ（例えばロータ）に伝達される。これにより、動作対象物Ｒ（例えばロータ）が所定方向に移動（回転）する。
なお、その他の点については第１の実施形態で説明したものと同様であることから、その説明を省略する。

以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られる他、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、伝達部６３が、弾性部材６の下側（図８において下側、圧電アクチュエータ２００の内側）に設けられており、動作対象物Ｒが伝達部６３の下側に配置される。
このため、動作対象物Ｒが伝達部の上側に配置される場合と比較して圧電アクチュエータ２００を設けるスペースを小さくすることができ、小型のケース内にも収容しやすくなる。
本実施形態では、楕円運動する伝達部６３が薄板状の弾性部材６に設けられている。このように伝達部６３を薄い板バネ上に配置する場合、動作対象物Ｒと接する伝達部６３の位置を多少変えても伝達部６３における楕円運動にあまり影響がなく、圧電素子１ａ，１ｂの振動（共振）により伝達部６３は大きく楕円の軌跡を描いて動作する（図９に示す楕円軌道参照）。このため、薄板状の弾性部材６の下側面に伝達部６３を設けても圧電アクチュエータ２００の駆動効率が低下せず、駆動効率を維持しながら圧電アクチュエータ２００の小型化、省スペース化を図ることができる。

なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、上記各実施形態では、基台２の傾斜面２ａ，２ｂ同士のなす角度がほぼ９０度となっており、傾斜面２ａ，２ｂに固定された２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度がほぼ９０度となっている場合を例示したが、２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度は、ほぼ９０度に限定されない。
例えば、図１０に示すように、基台２１の傾斜面２１ａ，２１ｂの勾配を緩やかにして、傾斜面２１ａ，２１ｂに固定される２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度を９０度よりも鋭角としてもよい。この場合、弾性部材７も基台２１の形状に対応する形状となり、具体的には、直状部７１の両側に設けられる傾斜部７２ａ，７２ｂの傾斜が、基台２１の傾斜面２１ａ，２１ｂの勾配に対応して緩やかとなる。
このように２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度を鋭角とした場合には、伝達部７３の楕円運動の軌跡を見たときに、楕円の縦方向の変位が増加する傾向となる。これにより、圧電アクチュエータの推力（駆動力）が向上する。

また、例えば、図１１に示すように、基台２２の傾斜面２２ａ，２２ｂの勾配を急にして、傾斜面２２ａ，２２ｂに固定される２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度を９０度よりも鈍角としてもよい。この場合、弾性部材８も基台２２の形状に対応する形状となり、具体的には、直状部８１の両側に設けられる傾斜部８２ａ，８２ｂの傾斜は、基台２２の傾斜面２２ａ，２２ｂの勾配に対応して急となる。
このように２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度を鈍角とした場合には、伝達部８３伝達部８３の楕円運動の軌跡を見たときに、楕円の横方向の変位が増加する傾向となる。これにより、圧電アクチュエータの速度（駆動速度）が向上する。

なお、図１０及び図１１では、第２の実施形態に示したように、動作対象物Ｒが弾性部材の下側（図１０及び図１１において下側、圧電アクチュエータにおける内側）に配置されている例を図示しているが、２つの圧電素子１ａ，１ｂのなす角度と伝達部の楕円運動の軌跡との関係は、第１の実施形態に示したような動作対象物Ｒが弾性部材の上側（図１０及び図１１において上側、圧電アクチュエータにおける外側）に配置されている場合でも同様であり、同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施形態では、薄板状の弾性部材に折り曲げ加工を施すことで伝達部を形成する場合を例示したが、伝達部を形成する手法はこれに限定されない。
例えば、図１２に示しように、直状部９１、傾斜部９２ａ，９２ｂを有する弾性部材９の圧電素子１ａ，１ｂに対する架け渡し方向（弾性部材９の長手方向、図１２における横方向）のほぼ中央部（すなわち、直状部９１のほぼ中央部）に、比重の高い剛体等により別部材として形成された突起状の部材を貼り付けることにより伝達部９３を構成してもよい。突起状の部材を形成する材料等は剛性、耐摩耗性等を備えるものであればよく、特に限定されない。また、突起状の部材を弾性部材９に貼り付ける手法は特に限定されず、例えば接着固定、スポット溶接等の手法を用いることができる。
このように、比重の高い剛体等で形成された突起状の部材で伝達部９３を構成した場合には、薄板状の弾性部材を折り曲げ加工して伝達部を形成した場合よりも、圧電素子１が振動（共振）した際の伝達部９３の縦方向及び横方向における変位量を拡大させることができる。
なお、図１２では、第１の実施形態に示したように、動作対象物Ｒが弾性部材の上側（図１２において上側、圧電アクチュエータにおける外側）に配置されている例を図示しているが、突起状の部材を貼り付けることで形成された伝達部９３を、第２の実施形態で示したように、弾性部材の下側（図１２において下側、圧電アクチュエータにおける内側）に配置した場合でも同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施形態では、伝達部４３を弾性部材４の上側（図３等において上側、圧電アクチュエータ１００における外側）又は伝達部６３を弾性部材６の下側（図８において下側、圧電アクチュエータ２００における内側）に配置し、動作対象物Ｒが伝達部４３，６３に対応する弾性部材４の上側（図３等において上側、圧電アクチュエータにおける外側）又は弾性部材６の下側（図８において下側、圧電アクチュエータにおける内側）のいずれか一方に配置されている場合を例示したが、伝達部及び伝達部が当接することで動作する動作対象物Ｒの配置はこれに限定されない。

例えば、図１３に示すように、伝達部を、弾性部材９の上側（図１３において伝達部９３）と下側（図１３において伝達部９４）にそれぞれ設けて、各伝達部９３，９４に対応する位置に、伝達部９３，９４が当接することで動作する動作対象物Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ配置してもよい。
この場合、伝達部９３及び伝達部９４は板バネである弾性部材９を挟んで表裏に配置され、伝達部９３及び伝達部９４にはそれぞれ動作対象物Ｒ１，Ｒ２が当接していることから、伝達部９３は動作対象物Ｒ１に対して与圧され、伝達部９４は動作対象物Ｒ２に対して与圧された状態となる。
圧電アクチュエータをこのような構成とした場合、電圧が印加されることで圧電素子１ａ，１ｂが振動（共振）すると、弾性部材９の上側に設けられた伝達部９３及び弾性部材９の下側に設けられた伝達部９４がそれぞれ楕円運動する。
伝達部９３は楕円運動した状態で動作対象物Ｒ１に圧接され、これにより、動作対象物Ｒ１に楕円運動が伝達されて、動作対象物Ｒ１が所定方向に移動（回転）する。また、伝達部９４は楕円運動した状態で動作対象物Ｒ２に圧接され、これにより、動作対象物Ｒ２に楕円運動が伝達されて、動作対象物Ｒ２が所定方向に移動（回転）する。
このように、伝達部９３及び伝達部９４を弾性部材９の上下（表裏、すなわち圧電アクチュエータの外側及び内側）に配置した場合には、１つの圧電アクチュエータによって２つの動作対象物Ｒ１，Ｒ２を同時に動作させることができ、伝達部が動作対象物に当接しないまま空回りするロスを極力減らして、圧電アクチュエータの駆動効率を向上させることができる。
なお、図１３では、突起状の部材を貼り付けることで形成された伝達部９３，９４を弾性部材９の上下（表裏、すなわち圧電アクチュエータの外側及び内側）に配置する場合を例示したが、伝達部９３，９４の構成はこれに限定されず、例えば、第１の実施形態、第２の実施形態に示したように、薄板状の弾性部材に折り曲げ加工等を施すことで中空の伝達部を形成した場合でも同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施形態では、電圧印加手段１１ａ，１１ｂにより２つの圧電素子１ａ，１ｂに対して、位相をずらした交流電圧を各々入力することで、圧電素子１ａ，１ｂに縦方向と横方向の振動を発生させ、その組み合わせにより、弾性部材４の中央に設けられた伝達部４３に楕円振動を励起する駆動手法を取る場合を例示したが、圧電アクチュエータを駆動させる駆動手法はこれに限定されない。
例えば、２つの圧電素子１ａ，１ｂのうち一方にのみ交流電圧を入力することで、当該圧電素子１を伸縮運動させ、この伸縮運動を弾性部材４及び基台２経由で他方の圧電素子１に伝達させることによって、他方の圧電素子１をこの動きに連動して振動させてもよい。
この場合、互いの圧電素子１ａ，１ｂが位相がずれながら振動し、これによって縦方向と横方向の振動を発生させて、その組み合わせにより、伝達部４３に楕円振動を励起させることができる。

また、上記各実施形態では、２つの変位部材が、ともに電圧を印加することで変位する変位素子としての２つの圧電素子１ａ，１ｂである場合を例示したが、２つの変位部材は、少なくとも１つが電圧を印加することで変位する変位素子であればよく、ともに変位素子である必要はない。
例えば、上記のように、いずれか一方の変位部材のみに交流電圧を印加することで伸縮運動を生じさせ、この伸縮運動を他方の変位部材に伝達させて従動的に振動させる場合には、電圧が印加されない従動側の変位部材は、圧電素子等の変位素子である必要はなく、例えば変位可能なバネ等の弾性部材であってもよい。
この場合も、電圧を印加されない他方の変位部材が従動的に連動して振動することで、２つの変位部材が互いに位相がずれながら振動し、これによって縦方向と横方向の振動を発生させ、その組み合わせにより、伝達部４３に楕円振動を励起することができる。

また、上記各実施形態では、圧電アクチュエータを電子時計５００に組み込む場合を例示したが、圧電アクチュエータを適用する対象は電子時計５００に限定されない。
例えば、歩数計や心拍数計、高度計、気圧計等の端末装置に圧電アクチュエータ１００を適用してもよい。

以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
所定の角度をなすようにＶ字状に配置され、電圧を印加することで変位する２つの変位部材と、
前記２つの変位部材の交点側に配置され、前記２つの変位部材の交点側の端部を固定する基台と、
前記２つの変位部材の拡開側に架け渡され、前記２つの変位部材の拡開側の端部に固定された薄板状の弾性部材と、
前記弾性部材における前記２つの変位部材への架け渡し方向の中央部に設けられた伝達部と、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
＜請求項２＞
前記伝達部は、前記弾性部材における前記２つの変位部材が固定されている側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
＜請求項３＞
前記伝達部は、前記弾性部材における前記２つの変位部材が固定されている側の面及びその反対側の面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
＜請求項４＞
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータによって動作する動作対象物と
前記圧電アクチュエータ及び前記動作対象物を収容するケースと、
を備える電子時計。

１ａ，ａｂ 圧電素子
２ 基台
２ａ，２ｂ 傾斜面
４ 弾性部材
１１ 電圧印加手段
４３ 伝達部
４２ａ，４２ｂ 傾斜部
１００ 圧電アクチュエータ
５００ 電子時計
５０１ ケース
Ｒ 動作対象物

Claims (2)

1. 所定の角度をなすようにＶ字状に配置され、電圧を印加することで変位する２つの変位部材と、
   前記２つの変位部材の交点側に配置され、前記２つの変位部材の交点側の端部を固定する基台と、
   前記２つの変位部材の拡開側に架け渡され、前記２つの変位部材の拡開側の端部に固定された薄板状の弾性部材と、
   前記弾性部材における前記２つの変位部材への架け渡し方向の中央部に設けられた伝達部と、
   を備え、
   前記伝達部は、前記弾性部材における前記２つの変位部材が固定されている側の面及びその反対側の面にそれぞれ設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータと、
   前記圧電アクチュエータによって動作する動作対象物と
   前記圧電アクチュエータ及び前記動作対象物を収容するケースと、
   を備える電子時計。

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