JP2007037242A - 圧電アクチュエータ、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動体による被駆動体の安定的な駆動と省電力化とを実現できる圧電アクチュエータの提供。
【解決手段】圧電アクチュエータにおいて、ロータ３２の被当接面３２２が厚み方向Ｃにおいて平坦に形成され、この被当接面３２２に振動体３１の突起３１２Ａの当接面（側面）３１２Ａ１が傾いて配置されたことにより、振動体３１とロータ３２との間に作用する反力Ｆ１の方向が略一定となるとともに、角部３１２Ａ２が常にその１箇所のみで当接し、これによって振動体３１と被当接面３２２との厚み方向Ｃへの変位が防止される。これにより、駆動特性のばらつきを防止でき、振動体３１がロータ３２に確実に当接してロータ３２を所定の回転方向に押し出すから、駆動効率が低下しない。また、ロータ３２の駆動に寄与しない振動体３１の動作に投入電力が消費されることがなく、省電力を図ることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、圧電アクチュエータ、および電子機器に関する。

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、応答性などに優れているため、近年、圧電素子を有する振動体と、この振動体に当接されて駆動される被駆動体とを備える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の振動体は、圧電素子に重ねられる補強板などを備え、この補強板に形成された当接部が所定の固有振動数で繰り返し被駆動体に当接することにより、被駆動体が駆動される。
一方、被駆動体としては、従来、振動体が当接される被当接面に当接方向に窪んだ凹状の曲率を付けたロータなどが使用されており、振動体の当接部をこのロータの被当接面に応じて凸曲面状とした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように被駆動体の被当接面および振動体の当接部が曲面状であることにより、振動体とロータとの接触角度がばらついた場合でも、当接状態を維持できると考えられていた。

国際公開第００／３８３０９号パンフレット（第１５頁〜１７頁、図４（ａ））

しかしながら、特許文献１に示された構成では、ロータの被当接面や振動体の突起が曲面状であるため、振動体の当接部がロータの被当接面に当接するたびに振動体およびロータの互いの接触角度が変化し、振動体およびロータ間の互いの反力の方向が変動してしまう。つまり、ロータおよび振動体が動的な安定姿勢を持たないことで、振動体やロータの挙動が不安定となりやすく、駆動効率が損なわれるという問題があった。このような駆動の不安定さから、駆動特性もばらついてしまう。

これらの問題は、ロータの被当接面および振動体の当接部の一方が厚み方向に沿って平坦である場合にも同様に生じる。
図１６に示すように、振動体１０の当接部である突起１１の当接面１１Ａが厚み方向Ｃに沿って平坦に形成されていても、ロータ１５の被当接面１５１が厚み方向Ｃに対して交差する方向（径方向）に窪んだ凹曲面状である場合、振動体１０の突起１１の厚みによっては、突起１１の２つの角部１１１，１１２のいずれか一方、あるいは両方が不規則に被当接面１５１に当接するため、振動体１０はこれらの角部１１１，１１２から方向の異なるいずれかの反力Ｆ１，Ｆ２を受ける。このため、振動体１０が厚み方向Ｃに振れてしまい、安定姿勢を取り難い。
すなわち、ロータ１５への当節により振動体１０が受ける反力Ｆ１，Ｆ２の方向が一に定まらないため、振動体１０の突起１１がロータ１５の被当接面１５１上を跳ね回り、あるいは、ロータ１５およびロータ１５の支持体１６が揺らぎ、駆動状態が不安定となる。

図１７は、図１６に示したロータ１５を備えた圧電アクチュエータの駆動特性のグラフであり、ここでは、消費電力、ロータの回転数、および駆動効率を駆動周波数ごとにプロットした。このグラフ中、矢印で図示したように、消費電力に対してロータの回転数が低く、駆動効率が低下する領域が存在する。
これは、突起１１が厚み方向Ｃに変位するため被当接面１５１に十分当接せず、突起１１が被当接面１５１に繰り返し当接する振動サイクルにおいて振動体１０の振動がロータ１５に伝達されない区間が増大することに伴い、振動体の振動サイクル中の無拘束時間が増えるため、被駆動体の駆動に寄与しない振動だけが大きくなり、消費電力が増大したためと推察される。

このような問題に鑑みて、本発明の目的は、振動体による被駆動体の安定的な駆動と省電力化とを実現できる圧電アクチュエータ、およびこの圧電アクチュエータを備えた電子機器を提供することにある。

本発明の圧電アクチュエータは、電極が設けられた圧電素子を有して前記電極への電圧印加により振動する振動体と、この振動体が当接されて所定の駆動方向に駆動される被駆動体とを備えた圧電アクチュエータであって、前記被駆動体の駆動中に、当該被駆動体から受ける前記振動体での反力の方向が略一定となるよう、これら被駆動体および振動体の互いの当接状態を維持させる当接状態維持手段が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、当接状態維持手段により、被駆動体の被当接面への振動体の当接による被駆動体の反力の方向が略一定とされるため、被当接面に振動体が当接する位置が略一定に定まって振動体と被当接面との当接状態が安定し、駆動特性のばらつきを防止できる。
このような安定駆動により、所定の振動サイクルにおいて振動体が被駆動体に確実に当接し、被駆動体が所定の駆動方向に押し出されるから、駆動効率が低下せず、省電力を図ることができる。
なお、被駆動体の反力の方向を、被駆動体の所定の駆動方向と交差する方向において略一定とすることで、振動体および被駆動体の駆動方向と交差する方向への変位が封じられ、このような被駆動体の駆動に寄与しない振動体の動作に投入電力が消費されることがないから、一層の省電力を図ることができる。
なお、被駆動体は、回転駆動されるロータや、直線的に駆動されるスライダなどを採用でき、これらの被駆動体の移動軌跡に応じて、所定の駆動方向が変わる。

本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、前記駆動方向と交差する方向において略平坦に形成された被当接面を有し、前記振動体は、略板状に形成されてその側面が前記被当接面に当接し、前記振動体の側面と前記被当接面とは、互いに傾いて配置されていることが好ましい。
なお、振動体の構造として、圧電素子に補強板が積層された構造とすることができ、この場合は、補強板の側面が被駆動体の被当接面に当接する構成とすることができる。
この発明によれば、振動体の側面と被当接面とが互いに傾いて配置されることにより、被当接面に対して振動体の側面のエッジ部分のみが当接し、所定の振動サイクルにおいて、振動体のエッジ部分が常にその１箇所のみで被駆動体に当接することとなるため、振動体の当接による被駆動体の反力の方向が略一定である構成を実現できる。これにより、別途、振動体の当接位置および被駆動体の反力方向を略一定とするためのガイド部材などを振動体ないし被駆動体に設けることを不要にでき、構成を簡略化できる。
また、このように被駆動体の反力の方向が略一定であって、振動体が被駆動体に確実に当接することにより、被駆動体の被当接面を厚み方向に曲面状として振動体と被駆動体との当接状態を維持することを不要にできる。つまり、被駆動体の被当接面を平坦として、この被当接面に対して振動体の側面を傾けて配置する簡略な構成を採用できる。また、被当接面が平坦であることにより、被駆動体のプレス打ち抜き等が可能となり、量産に対応できる。

本発明の圧電アクチュエータでは、前記振動体および前記被駆動体の一方には、当該一方を他方に向かって付勢する付勢手段が設けられ、前記付勢手段が前記一方を付勢する位置は、前記駆動方向と交差する方向において、前記振動体が前記被当接面に当接する位置とは異なることが好ましい。

この発明によれば、付勢手段によって振動体と被駆動体との間に適切な摩擦力を生じさせ、振動体から被駆動体への駆動力の伝達効率を向上させることができるとともに、所定の駆動方向と交差する方向において、付勢手段による付勢位置と、振動体がロータの被当接面に当接する位置とが異なることにより、駆動方向と交差する方向に傾きのモーメントを発生させ、被当接面と振動体の側面とを互いに傾いて配置することが可能となる。
これにより、前述と同様に振動体の当接位置を駆動方向と交差する方向において略一定とし、かつ被駆動体の反力方向を略一定とする構成を実現できる。
このように、振動体または被駆動体に設けられる付勢手段を利用できるため、振動体と被駆動体とを互いに傾いて配置するためだけに被駆動体および振動体、これらの支持構造の形状、寸法、配置などを規定することを不要にでき、設計および組み立てを容易化できる。

本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、支持体に軸支されるロータであり、前記支持体は、前記被駆動体の軸方向両側に設けられるとともに、当該被駆動体の軸方向両側に前記被駆動体を軸支する軸支部をそれぞれ有し、前記各軸支部は、前記被駆動体の軸と交差する面における位置が互いにずれていることが好ましい。
この発明によれば、軸支部の位置をロータの軸方向両側で互いにずらすことにより、ロータの被当接面が振動体の側面に対して傾いて配置されるので、振動体の当接位置が駆動方向と交差する方向において略一定とされ、そしてロータの反力方向が略一定とされるため、前述と同様の効果を得ることができる。

本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、支持体に軸支されるロータであり、前記振動体および前記被駆動体の一方には、当該一方を他方に向かって付勢する付勢手段が設けられ、前記被駆動体を前記支持体に軸支する軸支部は、前記付勢手段による付勢力によって弾性変形することが好ましい。

この発明によれば、軸支部が弾性変形し、軸支部の軸方向がロータの本来の軸方向から外れることで、ロータの被当接面が振動体の側面に対して傾いて配置されるので、振動体の当接力の方向が駆動方向と交差する方向において略一定とされ、そしてロータの反力方向が略一定とされるため、前述と同様の効果を得ることができる。
なお、軸支部が設けられる位置はロータ側でも支持体側でもよく、軸支部がロータに突出形成される場合は、その突出寸法の大小などで弾性変形の度合を調整できる。例えば、ロータの軸支部の突出寸法を大とすれば、弾性変形の度合を大きくできる。

本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、前記振動体が当接される被当接面を有し、前記被当接面は、前記駆動方向と交差する方向における一方の側から他方の側へとテーパされ、前記振動体は、略板状に形成されてその側面が前記被当接面に当接することが好ましい。
この発明によれば、被駆動体の被当接面をテーパすることで、略板状とされた振動体の側面に対して被駆動体の被当接面が傾いて配置されるので、被駆動体の軸方向に対して振動体が略垂直に配置される通常の配置を変更する必要がない。つまり、設計および組み立てを容易化できる。

本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、前記振動体が当接される被当接面を有し、前記被当接面は、前記振動体側に突出するように湾曲していることが好ましい。
この発明によれば、被当接面を凸状とすることにより、被当接面と振動体とが最も近接する位置でのみ当接するから、前述のように、振動体の当接位置が駆動方向と交差する方向において略一定であって、被駆動体の反力の方向が略一定である構成とすることができ、前述と同様の効果を得ることができる。

本発明の圧電アクチュエータでは、前記被駆動体は、支持体に軸支されるロータであり、前記ロータの軸部には、前記ロータを前記支持体に対して押さえる押さえ部材が設けられていることが好ましい。
この発明によれば、押さえ部材によってロータが押さえ込まれることで、駆動時に振動体およびロータの姿勢が安定し、駆動方向と交差する方向において振動体ないしロータがあがくことを防止できる。つまり、振動体の当接位置が駆動方向と交差する方向において略一定とされて、振動体がロータから受ける反力の方向が略一定となることから、前述と同様の効果を得ることができる。

本発明の電子機器は、前述の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、前述の圧電アクチュエータを備えたことにより、前述と同様の作用および効果を享受できる。
ここで、圧電アクチュエータは、例えば、カメラのズーム機構およびオートフォーカス機構、プリンタのインクジェットヘッドや紙送り機構、圧電ブザー、可動玩具を駆動する超音波モータなどに使用できる。

本発明の電子機器は、計時手段と、この計時手段で計時された情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計であることが好ましい。
この発明によれば、前述の圧電アクチュエータで計時手段や計時情報表示部を構成する歯車などを駆動することが可能となる。本発明の前述した圧電アクチュエータでこの歯車等を介して時、分、秒などの時刻、あるいは年、月、日、曜などの暦などを表示すれば、安定した駆動を実現できる。また、省電力であることから、電池などの電源部を小さくでき、薄型化や小型化が図られる。
加えて、圧電アクチュエータにおける利点、すなわち、磁気の影響を受けない、応答性が高く微小送りが可能、小型薄型化に有利、高トルクなどを実現できる。

本発明によれば、振動体の当接による被駆動体の反力の方向が略一定に定まり、振動体と被駆動体との当接状態が維持されるから、振動体ないし被駆動体が駆動方向に寄与しない方向に動かず、振動体による被駆動体の安定的な駆動と省電力化とを実現できる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基いて説明する。
なお、第２実施形態以降の説明において、以下に説明する第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略化する。

（１．時計の概略構成）
図１は、本実施形態における電子機器としての時計１の平面図である。
時計１は、計時手段としてのムーブメント２と、計時情報表示部としての文字板３、秒針４、分針５、時針６とを備え、これらがケース７に収容されたアナログ表示式の腕時計（ウォッチ）である。
文字板３の３時位置には、略矩形状の窓部３Ａが設けられ、この窓部３Ａからは、文字板３の裏側に設けられた日車２４の回転により、日車２４に印字された日が順次表示される。

なお、時計１は電子時計（クォーツ時計）として構成されており、秒針４、分針５、時針６の駆動機構として、図示を省略するが、水晶振動子が組み込まれた回路基板と、コイル、ステータ、ロータを有するステッピングモータと、駆動輪列とがムーブメント２にそれぞれ組み込まれている。

（２．日表示装置の構造）
図２は、ムーブメント２を文字板３の表側から見た平面図であり、図３は、図２の部分拡大図である。
ムーブメント２には、窓部３Ａ（図１）からの日表示に関する日表示装置２０が組み込まれている。
日表示装置２０は、振動体３１および被駆動体としてのロータ３２を有する圧電アクチュエータ３０を駆動源として、その駆動力を減速しつつ伝達する日回し中間車２１および日回し車２３と、日回し車２３により回転する日車２４とを有して構成されている。
これらの圧電アクチュエータ３０、日回し中間車２１，２２、および日回し車２３、日車２４は、地板２５の表側（文字板３側）にそれぞれ設けられる。
一方、地板２５の裏側には、秒針４などに駆動力を伝達するステッピングモータや、圧電アクチュエータ３０などに設けられる電圧印加装置などに電力を供給する電池が設けられる他、ステッピングモータの駆動力を伝達して秒針４、分針５、時針６などを駆動する駆動輪列が設けられている。

日回し中間車２１には、ロータ３２上部のロータかな３２Ａが噛合しており、日回し中間車２１は、ロータ３２の回転に連動して回転する。
日回し中間車２２は、大径部２２１と小径部２２２とから構成されている。大径部２２１には、日回し中間車２１が噛合している。また、小径部２２２は、大径部２２１よりも若干小径の円板状であり、大径部２２１に対し、同心をなすように固着されている。この小径部２２２の外周面には１つの切欠部２２２Ａが形成されている。

日回し車２３は、歯数が５つの歯車であり、その回転軸２３１は、地板２５に形成された孔２５Ａに遊挿されている。孔２５Ａは、日車２４の周回方向に沿って長孔状に形成されている。そして、回転軸２３１は、地板２５に固定された板ばね２３２によって図２において右上方向、すなわち日回し中間車２２側に付勢されている。そして、日回し中間車２２の１回転に伴い、日回し車２３の歯が日回し中間車２２の切欠部２２２Ａに嵌まり込んで１歯分回転することで、日回し車２３は１歯送られ、窓部３Ａ（図１）から表示される日が変更される。
なお、日回し車２３は日車２４の内歯２４１に噛合しており、板ばね２３２の付勢作用によって日車２４の揺動も防止される。

日車２４は、周上に「１」〜「３１」までの数字が印字されたリング状の歯車であり、ムーブメント２の外周部に配置されている。
このような日表示装置２０では、日の変わり目（２４時）に圧電アクチュエータ３０が動作し、ロータ３２、日回し中間車２１，２２が順次回転し、日回し車２３が切欠部２２２Ａと係合して回転することにより、日車２４が１日分回転する。なお、時針６が取り付けられる筒車に各種の回転エンコーダなどを設けることによって、２４時を検出可能である。

（３．圧電アクチュエータの構造）
（ロータの構成）
圧電アクチュエータ３０は、図３に示すように、平面略矩形の板状の振動体３１および振動体３１の振動が伝達されるロータ３２を備える。
ロータ３２は、プレス打ち抜きなどで製作された円板状の回転体であって、ロータ支持体３５に回転自在に保持されている。ロータ３２の振動体３１が当接される被当接面３２２（図５）は、厚み方向において凹凸がなくフラットな形状となっている。
ロータ支持体３５は、ロータ３２の表裏を挟む断面コ字状（図５）に形成されるとともに、ピン３５Ａを中心に地板２５に軸支されている。また、ロータ支持体３５は、別のピン３５Ｂを備えており、このピン３５Ｂに地板２５の軸２５Ｂに巻回された付勢手段としての押圧ばね３５Ｃが当接することによって、図３中、反時計回りに（振動体３１側に）付勢されている。これにより、ロータ支持体３５に軸支されたロータ３２は、図３中、平面付勢方向Ｐに沿って振動体３１に所定の接触圧で当接され、圧電アクチュエータ３０による駆動力の伝達効率が良好となっている。

（振動体の構成）
図４は、振動体３１の斜視図である。
振動体３１は、２つの矩形板状の圧電素子３１１と、略平面矩形の補強板３１２とが積層されて全体として略板状に形成されている。

圧電素子３１１は、補強板３１２の両面にそれぞれ、エポキシ系樹脂等の接着剤を用いて強固に接着されている。圧電素子３１１の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（登録商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。

また、圧電素子３１１の表面には、ニッケルあるいは金などによる電極３１１Ａがめっき、スパッタ、蒸着等の方法で形成され。この電極３１１Ａは、図示しないリード線によって交流電圧の印加装置に導通されている。なお、圧電素子３１１の補強板３１２と重ねられる面にも、電極３１１Ａと同様の電極を形成してもよい。

補強板３１２は、ステンレス鋼、その他の材料から構成され、プレス打ち抜きやワイヤカットなどで平面略矩形の板状に形成されている。
補強板３１２の両短辺には、平面略円弧凸状の突起３１２Ａ，３１２Ｂがそれぞれ形成され、一方の突起３１２Ａがロータ３２の被当接面３２２に当接される。本実施形態では、突起３１２Ａ，３１２Ｂは、補強板３１２の対角部分にそれぞれ形成されており、振動体３１の幅方向における重量バランスをアンバランスとして屈曲振動が生じやすいように構成している。
また、補強板３１２の長辺側の一側面には、補強板３１２の長手方向に対して略直角に延びる腕部３１２Ｃが形成されている。腕部３１２Ｃには、孔３１２Ｄが形成され、孔３１２Ｄには、固定用のねじ２５３（図３）が螺合されるねじピンが挿通される。

（振動体およびロータの当接態様）
次に、振動体３１とロータ３２との当接態様を図５に示す。図５は、振動体３１およびロータ３２の側面図である。
ロータ支持体３５の断面コ字状において向き合う上面部３５１および下面部３５２は互いに略平行に延びている。ここで、ロータ３２に形成された一対の軸部３２１がそれぞれ挿入される軸支部としての軸孔３５１Ａ，３５２Ａは、これらの上面部３５１および下面部３５２に対して斜めに形成されており、ロータ３２は上面部３５１および下面部３５２に対して傾いた状態で軸支される。なお、軸孔３５１Ａ，３５２Ａと軸部３２１との間には、ロータ３２が回転可能な程度のガタ（隙間）を有する。
このため、ロータ３２の被当接面３２２と振動体３１の突起３１２Ａの当接面（側面）３１２Ａ１とは互いに傾いて配置され、ロータ３２厚み方向（軸方向）における被当接面３２２の図５中下側には、突起３１２Ａの下側の角部３１２Ａ２が当接する。
ここで、本実施形態では、被当接面３２２と突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１とが互いに傾いて配置されて、突起３１２Ａの角部３１２Ａ２が被当接面３２２に当接することにより、当接状態維持手段が構成されている。

以上説明した圧電アクチュエータ３０において、電極３１１Ａに交流電圧を印加すると、振動体３１は長手方向に沿って縦一次振動を励振するとともに、突起３１２Ａ，３１２Ｂのアンバランスさから、長手方向と交差する方向に屈曲二次振動を誘起するので、これらの縦振動及び屈曲振動の組み合わせにより、突起３１２Ａは楕円に近似した軌跡Ｒ（図３）を描いて振動する。そして、この軌跡Ｒの一部において、突起３１２Ａがロータ３２の被当接面３２２を所定の駆動周波数で繰り返し押圧することで、ロータ３２は所定の回転量で回転する。

この際、突起３１２Ａは常に角部３１２Ａ２の１箇所にて被当接面３２２に当接されるので、突起３１２Ａが被当接面３２２に当接する際の当接位置（角部３１２Ａ２）が、ロータ３２の回転方向Ｂ（図３）と略直交する方向、すなわち振動体３１およびロータ３２の厚み方向Ｃにおいてばらつかず、略一定となる。このため、振動体３１が角部３１２Ａ２にて受けるロータ３２の反力Ｆ１の方向も略一定に定まり、振動体３１の突起３１２Ａとロータ３２の被当接面３２２との当接状態が維持されることから、圧電アクチュエータ３０は安定して駆動される。
なお、被当接面３２２と突起３１２Ａとの間の当接状態が安定することにより、腕部３１２Ｃで片持ち支持される振動体３１の支持状態も安定的となる。

図６は、本実施形態の振動体３１の厚み方向Ｃにおける変位（×印）と、図１６で示した振動体１０の厚み方向Ｃにおける変位（■印）とを駆動周波数ごとにプロットしたグラフである。
このグラフによれば、駆動周波数が高くなるほど、振動体３１の厚み方向Ｃにおける変位は次第に小さくなる傾向にあるものの、図１６ではロータ１５の被当接面１５１が厚み方向Ｃにおいて凹曲面状であることから、振動体１０の突起１１が被当接面１５１上を転動し、厚み方向Ｃにおける変位が本実施形態における振動体３１の変位と比べて大きいことがわかる。
つまり、本実施形態では、突起３１２Ａの側面、すなわちロータ３２との対向面３１２Ａ１が被当接面３２２に対して傾いて配置され、突起３１２Ａの角部３１２Ａ２のみが被当接面３２２に当接するため、突起３１２Ａの被当接面３２２への当接位置、および突起３１２Ａが受ける反力Ｆ１の方向が略一定となり、図１６の圧電アクチュエータと比べて振動体３１の厚み方向Ｃへの変位が抑制されたものと推察される。

このように、本実施形態の圧電アクチュエータ３０では安定駆動を実現できるため、図７のグラフに示すように、ロータ３２が回転可能な駆動周波数の範囲全体にわたり、消費電力に対してロータ３２の回転数が低下する領域がなく、駆動効率が良好となる。これに対して、図１６の圧電アクチュエータの駆動効率を示した図１７では、消費電力に対してロータの回転数が低下し、駆動効率が低下する領域（図１７中、矢印）が存在する。このことから、振動体３１の厚み方向Ｃにおける変位の抑制によって駆動効率に寄与できることが明らかとなった。
なお、図７、図１７におけるグラフの縦軸に付した「０」〜「１２」は、消費電力[mW]および回転数[rps]の両方を示す。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
（１）圧電アクチュエータ３０において、ロータ３２の被当接面３２２が厚み方向Ｃにおいて平坦に形成され、この被当接面３２２に振動体３１の突起３１２Ａの当接面（側面）３１２Ａ１が傾いて配置されたことにより、振動体３１とロータ３２との間に作用する反力Ｆ１の方向が略一定となるとともに、角部３１２Ａ２が常にその１箇所のみで当接する。これにより、振動体３１と被当接面３２２との当接状態が安定し、振動体３１および厚み方向Ｃへの変位および圧電アクチュエータ３０の駆動特性のばらつきを防止できる。
このような安定駆動により、突起３１２Ａが被当接面３２２に確実に当接し、ロータ３２が回転方向Ｂに押し出されるから、駆動効率が低下しない。また、振動体３１およびロータ３２の厚み方向Ｃへの変位が封じられたことで、このようなロータ３２の駆動に寄与しない振動体３１の動作に投入電力が消費されることがなく、省電力を図ることができる。

（２）ロータ３２の被当接面３２２が厚み方向Ｃにおいて平坦に形成され、この被当接面３２２に対して振動体３１を傾けて配置するだけで、別途、ガイド部材などを用いることなく、振動体３１のロータ３２への当接位置および反力Ｆ１の方向が略一定に規律できるため、構成を簡略化できる。
また、ロータ３２の被当接面３２２が厚み方向Ｃにおいて平坦であっても、振動体３１とロータ３２とが確実に当接するので、ロータ３２の被当接面３２２を曲面状として振動体３１とロータ３２との当接状態を維持することを不要にできる。このため、ロータ３２のプレス打ち抜き等が可能となり、量産に対応できる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第１実施形態では、ロータ支持体３５において、ロータ３２の軸部３２１が挿通される軸孔３５１Ａ，３５２Ａが斜めに形成されることでロータ３２が振動体３１に対して傾いて配置されていたが、本実施形態では、ロータ３２を振動体３１に付勢する押しばね３５Ｃを利用して、ロータ３２を振動体３１に対して斜めに配置する。
図８は、本実施形態における圧電アクチュエータ４０の側面図である。ここでは、作図上、ロータ３２のプロポーションを実際とは変えて、図５などの図示と比べて径を小さく示している。なお、振動体とロータとの当接を示す以降の図においても同様に図示する。

ロータ支持体４５には、ロータ３２の軸部３２１が挿入される軸孔４５１Ａ，４５２Ａが同軸上に形成されている。
ここで、ロータ支持体４５には、ピン３５Ｂ（図３）が一体に形成され、このピン３５Ｂは押圧ばね３５Ｃ（図３）によって付勢されており、ピン３５における押圧ばね３５Ｃの押圧位置は、図８中、厚み方向Ｃの下側位置であり、ロータ支持体４５の下面部３５２に近い位置である。このため、ロータ支持体４５に軸支されるロータ３２は、図８における付勢方向Ｅに沿って振動体３１側に付勢される。
一方、ロータ３２の被当接面３２２には突起３１２Ａの角部３１２Ａ２が当接し、図中、当接方向Ａに沿って、ロータ３２は突起３１２Ａの当接力を受ける。これらの押圧ばね３５Ｃの付勢位置および突起３１２Ａの被当接面３２２への当接位置が厚み方向Ｃにおいて互いに異なっていることから、ロータ３２の軸部３２１に対して傾きのモーメントが生じ、このモーメントによりロータ支持体３５は図８に二点鎖線で図示した状態からわずかに傾き、ロータ３２も傾いた状態で軸支される。
これにより、ロータ３２の被当接面３２２と突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１とが傾いて配置され、被当接面３２２には突起３１２Ａの角部３１２Ａ２のみが当接するため、ロータ３２の振動体３１への当接位置が略一定となる。そして、振動体３１が受けるロータ３２による反力Ｆ１の方向も略一定に定まる。
つまり、本実施形態では、押圧ばね３５Ｃの付勢位置および振動体３１の当接位置が厚み方向Ｃにおいて互いに異なっていることにより、当接状態維持手段が構成されている。

本実施形態の圧電アクチュエータ４０によれば、振動体３１とロータ３２とを互いに傾斜配置するために、振動体３１およびロータ３２間に適切な摩擦力を生じさせる押圧ばね３５Ｃを兼用できるので、振動体３１およびロータ３２、これらの支持部材の形状、寸法、配置などに関する設計および組み立てを容易化できる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、前記各実施形態と同様に、ロータ３２が傾いた状態で軸支されるが、その手段が前記各実施形態とは異なる。
図９は、本実施形態における圧電アクチュエータ４８の側面図である。
ロータ支持体４９の上面部３５１および下面部３５２に形成された軸孔４９１Ａ，４９２Ａの各軸方向Ｌ１，Ｌ２は同軸ではなく、上面部３５１あるいは下面部３５２において平面的にずれた位置にあり、これらの軸孔４９１Ａ，４９２Ａに対して、ロータ３２は傾斜して配置されている。

このため、ロータ３２の被当接面３２２と振動体３１の突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１とが互いに傾いて配置され、被当接面３２２には突起３１２Ａの角部３１２Ａ２のみが当接するため、ロータ３２の振動体３１への当接位置が厚み方向Ｃにおいて略一定となる。また、振動体３１が受けるロータ３２による反力Ｆ１の方向も略一定に定まる。
すなわち、本実施形態では、軸孔４９１Ａ，４９２Ａの各軸方向Ｌ１，Ｌ２が、上面部３５１あるいは下面部３５２において平面的にずれた位置にあることにより、当接状態維持手段が構成されている。
本実施形態の圧電アクチュエータ４８によれば、ロータ支持体４９の軸孔４９１Ａ，４９２Ａが平面的にずれた通り違いに形成されることで、ロータ３２と振動体３１とを互いに傾いて配置することを容易に実現できる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態では、前記各実施形態と異なる手段により、ロータ３２が傾いた状態で軸支される。
図１０は、本実施形態における圧電アクチュエータ５０の側面図である。
ロータ５２の一方の軸部５２１Ａは、他方の軸部５２１Ｂよりも長く形成されているため、押圧ばね３５Ｃ（図３）の付勢力により、軸部５２１Ａが弾性変形する。図１０では、軸部５２１Ａの弾性変形の度合を誇張して示している。
なお、軸部５２１Ａを可撓性材料で形成することにより、当該軸部５２１Ａを弾性変形可能に構成することもできる。また、上端側の軸部５２１Ａの代わりに下端側の軸部５２１Ｂを弾性変形させる構成としても良い。

本実施形態では、この軸部５２１Ａが弾性変形することにより、当接状態維持手段が構成されている。
軸部５２１Ａの弾性変形によって軸部５２１Ａの軸方向がロータ５２の本来の軸方向Ｙから外れ、ロータ５２は傾いた状態で軸支される。
なお、突起３１２Ａは、被当接面３２２の厚み方向Ｃにおける略中央に当接している。

本実施形態によれば、ロータ５２の被当接面３２２と振動体３１の突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１とが互いに傾いて配置され、被当接面３２２には突起３１２Ａの角部３１２Ａ２のみが当接するため、ロータ５２の振動体３１への当接位置が厚み方向Ｃにおいて略一定となる。そして、振動体３１が受けるロータ５２による反力Ｆ１の方向も略一定に定まる。
すなわち、押圧ばね３５Ｃの付勢力によるロータ５２の軸部５２１Ａの弾性変形により、ロータ５２の被当接面３２２が振動体３１に対して傾斜配置されるので、前記各実施形態と略同様の効果を得ることができる。

〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
前記各実施形態におけるロータ、例えば図５におけるロータ３２は、軸部３２１を中心とする円柱形状とされていたが、本実施形態におけるロータは、厚み方向Ｃにおいてテーパされている。

図１１は、本実施形態における圧電アクチュエータ６０の側面図である。
ロータ６２は、上端側の軸部３２１側から下端側の軸部３２１側に向かって次第に縮径しており、被当接面６２２は厚み方向Ｃに傾斜するテーパ面となっている。このロータ６２は、金属板のプレス打ち抜きやワイヤカットされたものの側面外周を切削、研摩などすることで製作される。
なお、本実施形態における振動体３１は、ロータ６２の軸部３２１の方向に対して略垂直に配置されている。

ロータ６２の被当接面６２２がテーパされていることは、本実施形態における当接状態維持手段を構成し、このような構成により、被当接面６２２が突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１に対して傾いて配置され、被当接面６２２には突起３１２Ａの角部３１２Ａ２のみが当接する。これによって振動体３１のロータ６２への当接位置が厚み方向Ｃにおいて略一定となり、反力Ｆ１の方向も略一定に定まる。
すなわち、本実施形態の圧電アクチュエータ６０によれば、ロータ６２の被当接面６２２をテーパすることで、被当接面６２２と突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１とが互いに傾いて配置されるので、ロータ６２の軸部３２１の方向に対して振動体３１が略垂直に配置される通常の配置を変更する必要がない。つまり、設計および組み立てを容易化できる。

〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態におけるロータの被当接面は、厚み方向において湾曲している。
図１２は、本実施形態における圧電アクチュエータ６５の側面図である。
ロータ６７の被当接面６７２は、厚み方向Ｃにおいて突起３１２Ａ側に突出するように湾曲しており、このことは、本実施形態における当接状態維持手段を構成している。
このような凸曲面状の被当接面６７２には、被当接面６７２に最も近接する突起３１２Ａの角部３１２Ａ２がその一点のみで当接するため、振動体６６のロータ６７への当接位置が厚み方向Ｃにおいて略一定となり、反力Ｆ１の方向も略一定に定まる。
なお、本実施形態における振動体６６は、ロータ６７の軸部３２１の方向に対して略垂直に配置されている。

本実施形態の圧電アクチュエータ６５によれば、ロータ６７の被当接面６７２を凸曲面状とすることにより、突起３１２Ａが角部３１２Ａ２でのみ被当接面６７２に当接するから、振動体６６のロータ６７への当接位置および反力Ｆ１の方向を厚み方向Ｃにおいて略一定とすることができ、前記各実施形態と略同様の効果を得ることができる。

〔第７実施形態〕
次に、本発明の第７実施形態について説明する。
本実施形態では、第１実施形態などとは異なり、振動体の方を、ロータに対して傾けて配置している。
図１３に示すように、本実施形態における圧電アクチュエータ７０では、ロータ７２が地板２５に略垂直に軸支される一方、振動体７１は、地板２５に対して傾いて配置されている。なお、振動体７１がこのように傾いているのは、本実施形態では、地板２５に設けられた腕部３１２Ｃ（図４）の取付面が傾斜していることによる。この他、例えば、腕部３１２Ｃの裏側などにスペーサを挟み込むなどの方法によって、振動体７１を地板２５に対して傾けることも考えられる。

本実施形態においても、第１実施形態などと同様、振動体７１の突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１が被当接面３２２に対して傾いて配置されているので、突起３１２Ａの角部３１２Ａ２のみがロータ７２の被当接面３２２に当接し、振動体７１のロータ７２への当接位置が厚み方向Ｃにおいて略一定となり、反力Ｆ１の方向も略一定に定まる。
本実施形態の圧電アクチュエータ７０によれば、第１実施形態と略同様の効果を得ることができる。

〔第８実施形態〕
次に、本発明の第８実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態の圧電アクチュエータ８０の側面図である。
ロータ８２は、第７実施形態のロータ７２と同様、地板２５（図１３）に略垂直に軸支されているが、その被当接面８２２は、図１６で示した背景技術におけるロータ１５と同様に、厚み方向Ｃにおいて凹状に湾曲しており、被当接面８２２には、突起３１２Ａの角部３１２Ａ２，３１２Ａ３がそれぞれ当接される。なお、振動体６６はロータ８２の軸方向Ｙと直交する方向Ａに押圧ばね３５Ｃによって付勢されている。

そして、本実施形態では、ロータ支持体４５の上面部３５１に板状の押さえ部材８６が重ねられ、この押さえ部材８６により、ロータ８２の軸部３２１が厚み方向Ｃに沿って押さえられている。このように押さえ部材８６によってロータ８２の軸部３２１が押さえられることにより、本実施形態における当接状態維持手段が構成されている。

このような構成において、ロータ８２の被当接面８２２に突起３１２Ａの角部３１２Ａ２，３１２Ａ３の両方が当接されているが、押さえ部材８６によってロータ８２が厚み方向Ｃに押さえ込まれているため、被当接面８２２が凹曲面状であるにも関わらず、駆動時にロータ８２および振動体６６の姿勢が安定し、突起３１２Ａの被当接面８２２への当接置が厚み方向Ｃにおいて一定となって、反力Ｆ１の方向が駆動中にばらつかない。このため、圧電アクチュエータ８０の駆動状態が安定し、第１実施形態と略同様の効果を得ることができる。
なお、被当接面８２２が厚み方向Ｃにおいて凹曲面状であるので、衝撃時に振動体６６の突起３１２Ａが被当接面８２２から外れないという効果も得られる。

一方、本実施形態において、第７実施形態で示した被当接面３２２が平坦（フラット）形状のロータ７２（図１３）を使用することも可能である。
この場合、図１５に示すように、振動体６６の突起３１２Ａの対向面３１２Ａ１がロータ７２の被当接面３２２に対し、厚み方向Ｃに沿って線接触する。
このような構成としても、押さえ部材８６が設けられていることから、振動体６６のロータ７２への当接位置が厚み方向Ｃにおいて略一定となり、反力Ｆ１の方向も略一定に定まる。このため、厚み方向Ｃにおける突起３１２Ａの変位を防止して、安定駆動を実現できる。

〔本発明の変形例〕
以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形および改良を加えることができるものである。
上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、第１実施形態などにおいて、振動体３１に突起３１２Ａが形成され、この突起３１２Ａが被駆動体であるロータ３２に当接されていたが、このような突起３１２Ａは形成されていなくてもよく、例えば、矩形板状に形成された振動体の端部がロータの被当接面に当接されていてもよい。
なお、前記各実施形態の振動体において、突起３１２Ａ，３１２Ｂは補強板３１２に一体形成されていたが、これに限らず、これらの突起は補強板とは別体とされていてもよい。

また、ロータを軸支する態様は、前記各実施形態のようにロータ支持体３５の軸孔３５１Ａ，３５２Ａなどにロータ３２の軸部３２１などが挿通される構成に限らず、ロータに軸方向に沿って形成された孔に、支持体に突出形成された軸部が挿通される構成であってもよい。この場合、ロータを軸支する軸支部は、支持体側に形成されていることになる。

さらに、振動体および被駆動体の一方を他方に付勢する付勢手段としては、前記各実施形態では地板２５に設けられた押圧ばね３５Ｃであったが、このほか、コイルばね、板ばねなどの各種のばねや弾性部材などを使用してもよく、付勢手段による振動体や被駆動体に対する付勢位置、および付勢の方向などは限定されない。

そして、前記各実施形態では、被駆動体として回転駆動するロータを例示したが、これに限らず、直線駆動する被駆動体を採用し得る。その直線駆動する被駆動体は、例えば、スライダに設けられたり、複数のローラによりガイドされていればよい。

また、前記各実施形態における振動体３０（振動体７０も同じ）では、突起３１２Ａは振動体３０の矩形対角部分に形成されていたが（図３）、突起の位置はこれに限らず、図１８に示す圧電アクチュエータ９０のように、突起９１２Ａが振動体９１の幅方向の中心部分に形成されたものでもよい。このような圧電アクチュエータ９０では、圧電素子の表面側の面には、５つに分割された駆動電極９１１Ａ〜９１１Ｃが形成され、駆動電極９１１Ｂ，９１１Ｃを使い分けることにより、ロータ３２を両方向に回転駆動することができる。
すなわち、駆動電極９１１Ａと駆動電極９１１Ｂとを電圧印加の対象として圧電素子に電圧を印加すると、振動体９１は縦振動および屈曲振動を励振し、振動体９１の突起９１２Ａが振動体９１の長手方向に沿った中心線に対して傾斜した楕円軌跡を描く。そして、突起９１２Ａの押圧により、ロータ３２は順方向に回転する。一方、駆動電極９１１Ｂの代わりに駆動電極９１１Ｃを電圧印加の対象とした場合には、駆動電極９１１Ｂと駆動電極９１１Ｃとは、振動体９１の長手方向に沿った中心線を軸として線対称の位置関係にあるから、駆動電極９１１Ｃに電圧を印加することにより、縦振動に対する交差方向が駆動電極９１１Ｂに電圧印加した場合とは線対称となる屈曲振動が誘発される。したがって、振動体９１の突起９１２Ａの軌跡は、駆動電極９１１Ｂに電圧印加した場合とは線対称に傾斜する楕円軌跡となり、ロータ３２は反対方向に回転駆動される。なお、電圧印可の対象となっていない電極９１１Ｂ，９１１Ｃを検出電極として用いることができる。

なお、前記各実施形態では、圧電アクチュエータの適用例として腕時計を例示したが、これに限定されず、本発明は、懐中時計、置時計、掛け時計などにも適用できる。これらの各種時計において、例えばからくり人形などを駆動する機構としても利用できる。
さらに、時計以外に、カメラのズームやオートフォーカス機構、フィルムの巻き上げ機構、プリンタの紙送り機構や、乗り物並びに人形などの玩具類を駆動する機構などにも、本発明の圧電アクチュエータを適宜使用できる。本発明の圧電アクチュエータは、カメラやプリンタ、玩具などをはじめとして、携帯情報端末、電話機などの各種電子機器に広く利用できる。

本発明の第１実施形態における時計の外観図。 前記実施形態におけるムーブメントの平面図。 前記実施形態における圧電アクチュエータの平面図。 前記実施形態における振動体の斜視図。 前記実施形態における振動体とロータとの当接状態を示す側面図。 前記実施形態において側面が平面状のロータと当接された振動体の変位を、背景技術（側面が凹曲面状のロータと当接された振動体）との比較において示すグラフ。 前記実施形態における圧電アクチュエータの駆動特性を示すグラフ。 本発明の第２実施形態における圧電アクチュエータの側面図。 本発明の第３実施形態における圧電アクチュエータの側面図。 本発明の第４実施形態における圧電アクチュエータの側面図。 本発明の第５実施形態における圧電アクチュエータの側面図。 本発明の第６実施形態における圧電アクチュエータの側面図。 本発明の第７実施形態における圧電アクチュエータの側面図。 本発明の第８実施形態における圧電アクチュエータの側面図。 前記実施形態の変形における圧電アクチュエータの側面図。 背景技術における圧電アクチュエータの側面図。 背景技術における圧電アクチュエータの駆動特性を示すグラフ。 本発明の変形例における圧電アクチュエータの平面図。

符号の説明

１・・・時計、２・・・ムーブメント（計時手段）、３・・・文字板（計時情報表示部）、３０、４０，４８，５０，６０，６５，７０，８０，９０・・・圧電アクチュエータ、３１，７１，９１・・・振動体、３２，５２，６２，６７・・・ロータ、３５Ｃ・・・押圧ばね（付勢手段）、４５，４９・・・ロータ支持体（支持体）、５２，６２，６６，７２，８２・・・ロータ、８６・・・押さえ部材、３１１・・・圧電素子、３１１Ａ，９１１Ａ〜９１１Ｃ・・・電極、３１２Ａ，９１２Ａ・・・突起、３１２Ａ１・・・当接面（側面）、３２１，５２１Ａ，５２１Ｂ・・・軸部（軸支部）、３２２，６２２，８２２・・・被当接面、３５１Ａ，３５２Ａ，４５１Ａ，４５２Ａ，４９１Ａ，４９２Ａ・・・軸孔（軸支部）、Ｂ・・・回転方向（駆動方向）、Ｃ・・・厚み方向（駆動方向と交差する方向）、Ｙ・・・軸方向。

Claims (10)

1. 電極が設けられた圧電素子を有して前記電極への電圧印加により振動する振動体と、この振動体が当接されて所定の駆動方向に駆動される被駆動体とを備えた圧電アクチュエータであって、
   前記被駆動体の駆動中に、当該被駆動体から受ける前記振動体での反力の方向が略一定となるよう、これら被駆動体および振動体の互いの当接状態を維持させる当接状態維持手段が設けられている
   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において、
   前記被駆動体は、前記駆動方向と交差する方向において略平坦に形成された被当接面を有し、
   前記振動体は、略板状に形成されてその側面が前記被当接面に当接し、
   前記振動体の側面と前記被当接面とは、互いに傾いて配置されている
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記振動体および前記被駆動体の一方には、当該一方を他方に向かって付勢する付勢手段が設けられ、
   前記付勢手段が前記一方を付勢する位置は、前記駆動方向と交差する方向において、前記振動体が前記被当接面に当接する位置とは異なる
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記被駆動体は、支持体に軸支されるロータであり、
   前記支持体は、前記被駆動体の軸方向両側に設けられるとともに、当該被駆動体の軸方向両側に前記被駆動体を軸支する軸支部をそれぞれ有し、
   前記各軸支部は、前記被駆動体の軸と交差する面における位置が互いにずれている
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記被駆動体は、支持体に軸支されるロータであり、
   前記振動体および前記被駆動体の一方には、当該一方を他方に向かって付勢する付勢手段が設けられ、
   前記被駆動体を前記支持体に軸支する軸支部は、前記付勢手段による付勢力によって弾性変形する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記被駆動体は、前記振動体が当接される被当接面を有し、
   前記被当接面は、前記駆動方向と交差する方向における一方の側から他方の側へとテーパされ、
   前記振動体は、略板状に形成されてその側面が前記被当接面に当接する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記被駆動体は、前記振動体が当接される被当接面を有し、
   前記被当接面は、前記振動体側に突出するように湾曲している
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
   前記被駆動体は、支持体に軸支されるロータであり、
   前記ロータの軸部には、前記ロータを前記支持体に対して押さえる押さえ部材が設けられている
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えた
   ことを特徴とする電子機器。
10. 請求項９に記載の電子機器は、計時手段と、この計時手段で計時された情報を表示する計時情報表示部とを備えた時計である
    ことを特徴とする電子機器。

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