Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP3816601B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator Download PDF

Info

Publication number
JP3816601B2
JP3816601B2 JP30642196A JP30642196A JP3816601B2 JP 3816601 B2 JP3816601 B2 JP 3816601B2 JP 30642196 A JP30642196 A JP 30642196A JP 30642196 A JP30642196 A JP 30642196A JP 3816601 B2 JP3816601 B2 JP 3816601B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
moving body
frictional force
piezoelectric actuator
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP30642196A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10150783A (en
Inventor
和博 吉田
均 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP30642196A priority Critical patent/JP3816601B2/en
Publication of JPH10150783A publication Critical patent/JPH10150783A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3816601B2 publication Critical patent/JP3816601B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子の変形動作を利用して被駆動部を駆動する圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧電アクチュエータは、圧電素子と、静止した固定部材と摺動する移動体とからなり、移動体を被駆動部に連結する構造になっている。例えば特開平６−３１５２８２号公報において示されるものは移動体をレンズ部に設けた光学素子に連結してあり、移動体には固定部材に対して所定の摩擦力をもって摺動可能に保持される梁状の脚部が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の圧電アクチュエータを作る際、製造上の誤差から脚部の先端が固定部材に対して摺接するときの摩擦力が必ずしも所定の値にならず、製品ごとにバラツキが発生する。そして製品ごとに固定部材と移動体との摩擦力の違いにより駆動時、固定部材の設けられた先端部本体に対する移動体の移動量にも差が生じ、このために正確な駆動制御ができにくくなるという問題が生じていた。本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは静止固定部材と移動体との摩擦力を調整する手段を設けることによりその静止固定部材と移動体との間の摩擦力を所定の値に設定できるようにし、静止固定部材と移動体との摩擦力の安定化を図り、正確な駆動制御ができるようにした圧電アクチュエータを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、筒状の静止固定部材と、駆動手段によって駆動される圧電素子と、前記圧電素子が固定され、前記静止固定部材内に対向して配置される２つの脚部及び前記脚部の一端に前記静止固定部材の内面と摩擦係合される摺動部とを有する移動体と、前記脚部に移動可能に嵌合されることにより前記脚部間の距離を変更し前記摺動部と前記静止固定部材との間の摩擦力を調整する摩擦力調整部材と、を有する圧電アクチュエータである。そして、前記脚部間の距離を変更して前記摺動部と前記静止固定部材との間の摩擦力を調整することにより動作の安定化を図る。
【０００５】
【実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。図１（ａ）は圧電アクチュエータの縦断面図であり、図１（ｂ）は圧電アクチュエータの組立前の各部材を並べた斜視図である。
【０００６】
（構成）
この実施形態に係る圧電アクチュエータ１は圧電素子２と、この圧電素子２の一端部に接着固定された移動体３と、この移動体３と摺動可能に摩擦係合する静止した固定部材４とから構成される。
【０００７】
圧電素子２は複数の圧電体と電極を積層してなる積層型圧電素子である。そして、圧電素子２はその電極に駆動電圧を印加することにより圧電体にその積層長手方向への機械的な伸縮変形を行わせて移動体３に瞬間的な衝撃を与える衝撃力発生部を構成している。前記圧電素子２の電極にはリード線５が半田付けして接続されている。そして、後述するようにリード線５を通じて前記圧電素子２に電圧を印加することによりその圧電素子２に急激な変形を起こし、前記圧電素子により前記移動体３に衝撃を与えて前記移動体３と前記固定部材４との間の摩擦係合に打ち勝って前記移動体３を前記固定部材４に対して移動させる駆動手段を構成している。前記リード線５は駆動手段の制御装置（図示せず）に接続されている。
【０００８】
前記移動体３は帯状の板ばね７と円板環状の芯出し部材８を備えてなる。板ばね７は帯状の板ばね材を中央で２つ折りに曲成してその折曲げ中間部を取付け部９としてなり、その折曲げ両端片部はそれぞれ前記固定部材４の内表面に圧接する片持ち梁からなる脚部１０を形成している。各脚部１０は外側に広がる向きにばね弾性で付勢されている。各脚部１０の先端部は固定部材４の内表面に押し当たり摩擦係合する摺動部１１を形成している。
【０００９】
各脚部１０の基端部の両者には前記芯出し部材８が嵌め込まれている。芯出し部材８には各脚部１０の基端部分の両方を嵌め込む矩形状の嵌合孔１２が形成されている。芯出し部材８の外径は筒状の固定部材４の内表面に軽く接触する程度に緩く嵌合して摺動可能なものである。前記芯出し部材８の前記固定部材４に対する摺動抵抗は前記移動体３の摺動部１１と前記固定部材４との摩擦力に比べ、十分小さい値に設定されている。芯出し部材８の嵌合孔１２は固定部材４の内孔中心と同軸に形成されている。芯出し部材８はその移動時に固定部材４の内面に摺接することにより前記圧電アクチュエータ１の芯倒れを制限する芯出し機構を構成している。
【００１０】
また、前記芯出し部材８は後述するように脚部１０に被嵌する位置を変えることにより前記移動体３と固定部材４との間の摩擦力を調整する摩擦力調整手段を構成する摩擦力調整部材を兼ねるものである。
【００１１】
芯出し部材８の嵌合孔１２に嵌め込む各脚部１０の基端部分はそれに芯出し部材８を組み付ける前での対向幅が、基端側の幅より先端側の幅が大きくなるように形成されていて、この領域により摩擦力調整部１３を形成している。そして、図１（ｂ）で示すように、摩擦力調整部１３の最基端位置の幅Ａと最先端位置のＢの寸法関係はＡ＜Ｂとなるように構成されている。
すなわち、各脚部９はこの摩擦力調整部１３の領域においては直線的な勾配をなし、その摩擦力調整部１３の最先端位置からさらに互いに反対外側へ屈曲して延び、その最先端で前記摺動部１１を形成している。各脚部９の摺動部１１における摺動面はこれに摺動する筒状の固定部材４の内面における摺動面とほぼ同形状に構成されている。
【００１２】
前記圧電素子２の、前記移動体３の各脚部１０側に位置するそれぞれの側面には絶縁部材１６が設けられている。絶縁部材１６は電気的絶縁性のあるセラミックスやプラスチック等の材料が良い。プラスチックとしてはポリイミドやテトラフロロエチレン等のシート状に形成したものが良い。電気的絶縁性のあるコーティング材でコーティングにより形成するものでも構わない。また、本実施形態では前記圧電素子２の、前記移動体３の固定部側とは反対側の他端には特になにも設けていないが、慣性体と呼ばれる重りを設けても構わない。
【００１３】
前記移動体３の板ばね７における取付け部９はその内側に圧電素子２の一端部を被嵌する状態で固定しており、また、取付け部９の外側部分には被駆動体の連結アーム部１７に形成した連結孔１８に差し込んだ状態で嵌合して弾性的に結合することにより取着固定されている。このために取付けや取外しが簡単である。このように前記被駆動体の連結アーム部１７と前記圧電アクチュエータ１との結合は脚構造をしている板ばね７における取付け部９を連結アーム部１７に形成した連結孔１８に差し込んだ状態で弾性的に嵌合するものであるが、その弾性的結合力は前記圧電アクチュエータ１の発生力より大きく設定してある。
もちろん、被駆動体の連結アーム部１７と圧電アクチュエータ１を、例えば接着等の他の固定手段で連結しても良い。
【００１４】
圧電アクチュエータ１で駆動する被駆動体としては、例えば光学機器のレンズやミラー等である。また、微小動作の必要なＸＹステージ等でも構わない。光学機器のレンズとは、例えば顕微鏡や、カメラ、内視鏡等の、ズームレンズ、フォーカスレンズ等がある。
【００１５】
（作用）
前記圧電アクチュエータ１の動作を説明する。前記移動体３が前記固定部材４内に挿入されており、前記移動体３の脚部１０における摺動部１１が前記固定部材４の内面に当り突っ張っているためにその各脚部１０が弾性的にたわみ、前記固定部材４の内面と脚部１０における摺動部１１との間には静止摩擦力が発生した状態にある。
前記芯出し部材８は前記固定部材４内に摺動可能に嵌め込まれており、前記移動体３と一体的に移動し、その移動時に固定部材４の内面に摺接することにより前記圧電アクチュエータ１の振れを防止する。
【００１６】
次に、摩擦力の調整方法について説明する。前記芯出し部材８はその嵌合孔１２が前記移動体３の脚部１０における摩擦力調整部１３に嵌合するところまで位置させると共に、前記芯出し部材８を前記摩擦力調整部１３の基端側（図１（ｂ）のＡ側）に寄せて固定すれば、前記移動体３の脚部１０の開きが大きくなり、前記脚部１０のたわみも大きくなる。固定部材４の内表面に当接する摺動部１１の摩擦力が大きくなる。
逆に、前記芯出し部材８を前記移動体３の摩擦力調整部１３の先端側（図１（ｂ）のＢ側に寄せて固定すれば、前記脚部１２の開きは小さくなり、脚部１０のたわみも小さくなるため、固定部材４の内表面に当接する摺動部１１の摩擦力は小さくなる。このようにして前記移動体３に設けた芯出し部材８で脚１０のたわみを制限して固定部材４の内表面に当接する摺動部１１の摩擦力を調整する。
【００１７】
次に、前記圧電アクチュエータ１の動作について説明する。まず、リード線５を通じて駆動手段の制御装置から、前記圧電素子２に、急速に伸長する波形の電圧を印加すると、その際に圧電素子２には慣性力が生じ、前記移動体３に衝撃力が大きく加わる。この慣性力が前記移動体３の摺動部１１で生じている静止摩擦力より大きいため、移動体３は前記固定部材４に対し、図１（ａ）の左方向へ僅かに移動する。ついで、ゆっくりと前記圧電素子２を縮めると、このときに発生する慣性力は前記静止摩擦力より小さいために前記移動体３はその場に止まる。このステップを繰り返し行うことにより、前記圧電アクチュエータ１の移動体３は圧電素子２と共に移動する。ここでの駆動電圧の実際の駆動周波数は数十ｋＨｚと高いため、前記圧電アクチュエータ１はトータル的に滑らかに動作することができる。前記圧電アクチュエータ１を反対方向に動かすためには上で述べた慣性力の発生する方向を逆にするような波形の電圧を印加すれば良い。
前記圧電素子２の移動体３と反対の端部に慣性体（図示せず）を設ければその慣性体により慣性力が増加し、駆動力が高まる。
【００１８】
（効果）
前記芯出し部材８の設置位置を選ぶことによって固定部材４に対する移動体３の摩擦力が容易に調整可能である。このため、個々の圧電アクチュエータ１によって摩擦力がばらつくことがなく、性能を安定させることができ、正確な駆動制御ができる圧電アクチュエータを提供することができる。また、移動体３と固定部材４との摩擦力の調整が容易であり、再調整も簡単に行うことができる。
また、前記芯出し部材８が、前記圧電アクチュエータ１の芯が倒れるのを防ぐため、前記圧電アクチュエータ１の移動体３が途中で固定部材４等に噛み付いてしまったりすること無く、動作が安定した信頼性のある圧電アクチュエータ１を提供することができる。
【００１９】
この実施形態では前記芯出し部材８による摩擦力調整機構と芯出し機構を兼ねているので、部品点数が少なくなり、その組立も容易であり、圧電アクチュエータ１の製造コストの低減化を図ることができる。
また、前記圧電アクチュエータ１の取付け部９を前記被駆動体の連結アーム部１７に形成した連結孔１８に押し込むだけで、弾性的に結合できるため、それらの連結や組立が容易である。
【００２０】
前記移動体３の摩擦力調整部１３と前記圧電素子２との間に前記絶縁部材１６を設けてあるために、移動体３が圧電素子２の部分と直接に接触することが無く、電気的に安全である。
前記移動体３の摩擦力調整部１３が、前記絶縁部材１６を介して前記圧電素子２を抑えるため、前記圧電素子２が衝撃によって壊れにくくなり、圧電アクチュエータ１の耐久性が向上する。
なお、別部材の慣性体を設けた場合には圧電素子２の急速な変形の際生じる慣性力が増すため、駆動力が高まる。
【００２１】
＜第２の実施形態＞
図２を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。図２は圧電アクチュエータの縦断面図である。
（構成）
この実施形態に係る圧電アクチュエータ２０は、圧電素子２１と、この圧電素子２１の一端部に設けた移動体２２と、前記移動体２２と摺動可能に摩擦係合する筒状の固定部材２３と、前記移動体２２と前記圧電素子２１を弾性的に結合する結合部材２４とから構成されている。前記移動体２２には出力軸（図示せず）が取り付けられ、この出力軸は被駆動体（図示せず）に固定されるようになっている。前記被駆動体としては例えば光学機器のレンズやミラー等であるが、微小動作の必要なＸＹステージ等でも構わない。光学機器のレンズとは例えば顕微鏡やカメラ、内視鏡等の、ズームレンズ、フォーカスレンズ、または照明用のレンズ等である。
【００２２】
前記圧電素子２１は積層型圧電素子であり、その電極にはリード線２５が接続されている。前記リード線２５は駆動手段の制御装置（図示せず）に接続されている。
また、前記移動体２２と前記リード線２５の間に、弾性部材からなる結合部材（図示せず）を設けてその両者を弾性的に結合するようにしてもよい。
【００２３】
前記移動体２２は前記圧電素子２１の一端に接着固定される圧電素子固定部２６と、この圧電素子固定部２６から片持ち梁の形状に伸びる少なくとも２つの脚部２７と、この脚部２７の延出先端にそれぞれ設けられた摺動部２８とで構成されている。前記脚部２７は前記圧電素子固定部２６に対して片持ち梁の形状となっており、その先端には前記摺動部２８が形成される。そして、前記摺動部２８は前記固定部材２３の内面と滑らかに摺動できるような形状に形成されている。
前記固定部材２３は前記移動体２２と滑らかに摺動できるようにその内面が滑らかに形成されている。また、固定部材２３の外形は特にどのような形状をしていても構わず、前記被駆動体（図示せず）を駆動する際に、組み付け易い形になっていれば良い。
【００２４】
前記結合部材２４は前記移動体２２の脚部２７と前記圧電素子２１との間に介在して設けられている。この結合部材２４の材料としては弾性体が良い。例えば、シリコン系の接着剤やゴム等が良い。前記結合部材２４は空気より熱伝導率が良いように構成されている。また、前記結合部材２４は電気的絶縁材で構成してあるとよい。
【００２５】
前記結合部材２４の弾性力は前記圧電素子２１の発生力と比較して十分に小さくなるように設定されている。また、前記結合部材２４は図２に示すように、前記脚部２７の全体と結合しても良いが、その一部だけでも良い。特に一部であるならば、前記脚部２７の摺動部２８側が良い。また、前記結合部材２４は前記移動体２２に固定し、前記圧電素子２１には弾性的に接触するようにしても良い。
本実施形態においても前記圧電素子２１の他端には何も設けていないが、慣性体と呼ばれる重りを設けても良いものである。
【００２６】
（作用）
前記圧電素子２１は前記移動体２２に設けた前記結合部材２４によって弾性的に結合されて押さえ付けられており、前記圧電素子２１をカバーして保護する状態にある。前記圧電アクチュエータ２０の動作については第１の実施形態で説明した内容と同じなので省略する。前記圧電素子２１に慣性体を設けた場合にはその動作時の慣性力が増加し、駆動力を高める。
【００２７】
（効果）
前記圧電素子２１は前記結合部材２４によって弾性的に押さえ付けられているために前記圧電アクチュエータ２０に衝撃が加わった際に折れ無くなり、耐衝撃性が向上し、前記圧電アクチュエータ２０の品質が向上する。
前記結合部材２４に熱伝導率の良いものを用いているため、圧電素子で生じる熱が速く放熱され、熱によって圧電アクチュエータ２０の性能が劣化することがなくなり、品質を保持する。
前記結合部材２４に電気的絶縁材を用いているので、圧電素子２１と脚部２７とが電気的に接触することなく安全性を高める。
【００２８】
＜第３の実施形態＞
図３及び図４を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。図３は圧電アクチュエータの縦断面図、図４は図３中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
（構成）
この実施形態に係る圧電アクチュエータ３０は圧電素子３１と、この圧電素子３１の一端部に固定した移動体３２と、前記圧電素子３１の他端を固定する静止基体としての基台３３と、前記移動体３２と摺動可能に摩擦係合する係止部材３４とから構成される。
【００２９】
前記圧電素子３１は積層型圧電素子であり、その電極にはリード線３５が半田付けされている。リード線３５は圧電アクチュエータ用制御装置（図示せず）に接続してある。図４で示すように、前記圧電素子３１はその長手方向の４箇所の稜線部に面取りを施してある。
【００３０】
前記移動体３２は前記圧電素子３１を覆う様に設けてある。前記移動体３２は前記係合部材３４と摺動する摺動部３６と、前記圧電素子３１を固定する圧電素子固定部材３７で構成されている。前記圧電素子固定部材３７は電気的絶縁材、例えばセラミックスや、プラスチック等で構成する。また、前記移動体３２と、前記圧電素子３１との間には結合部材３８が設けられている。この結合部材３８は弾性体が良く、例えばシリコン系の接着剤等が良い。この結合部材３８は空気より熱伝導率が良いものが良い。また、前記結合部材３８は電気的絶縁材でもある。
【００３１】
前記基台（静止基体）３３は前記圧電素子３１の一端を固定する圧電素子固定部３９と、前記移動体３２を摺動可能に支持する支持部４０とを備えて構成されている。前記移動体３２とこれを支持する支持部４０との間の摺動抵抗は前記係止部材３４と前記移動体２８との間の摩擦力に比べて遥かに小くなるように構成されている。
一方、係止部材３４には前記移動体３２を挿通ガイドするガイド孔４１が設けられていて、前記移動体３２はガイド孔４１の内周面に摺動部３６を摺接させて移動する。係止部材３４には前記移動体３２に押し付けられる付勢手段としてばね、例えば板ばね４２が設けられている。前記移動体３２は板ばね４２、及びその板ばね４２によって前記係止部材３４のガイド孔４１の内周面に押し付けられて摩擦抵抗を生じる。摩擦抵抗は板ばね４２の締結の程度で調整できる。
【００３２】
前記係止部材３４はカメラや顕微鏡や内視鏡等の用いられる光学部品、例えばレンズやミラー等が取り付けられたり、ＸＹ微動ステージ等が取り付けられている。例えばレンズであれば、フォーカスレンズ、ズームレンズ等が良い。
【００３３】
（作用）
リード線３５を通じて圧電アクチュエータ用制御装置から前記圧電素子３１に急速に伸長させる電圧を印加すると、圧電素子３１は一端が基台３３に固定された状態で他端側に急速に伸長する。その際に発生する慣性力が、前記係止部材３４と前記移動体３２との間の摩擦力に打ち勝つと、前記移動体３２が係止部材３４を残して移動する。次に、反対に圧電素子３１がゆっくりと縮む電圧を印加すると、その際に発生する慣性力は前記係止部材３４と前記移動体３２との間の摩擦力に打ち勝つことが無く、前記移動体３２は係止部材３４に対し移動せずに縮む。これらを繰り返すことによって、圧電アクチュエータ３０を駆動する。
【００３４】
（効果）
前記結合部材３８が前記圧電素子３１を弾性的に支えると共に、この結合部材３８が前記移動体３２と前記圧電素子３１の間を満たしているために、圧電素子３１に加わる衝撃が、前記結合部材３８でやわらぎ、耐衝撃性が向上する。
前記結合部材３８には熱伝導率の高いものを使用しているため、前記圧電素子３１の発熱を速やかに放熱でき、前記圧電素子３１の性能を劣化させることがない。
また、電気的絶縁材で形成された圧電素子固定部材３７と結合部材３８が、前記移動体３２と前記係止部材３４と前記基台３３から前記圧電素子３１を電気的に絶縁する。また、前記圧電素子３１が電気的絶縁材の結合部材３８で覆われているため、前記圧電素子３１と前記移動体３２との電気的絶縁性が向上する。 さらに、前記圧電素子３１の稜線部には面取りを施してあるため、前記移動体３２の断面形状領域に対する前記圧電素子３１の断面積の割合を大きくできるため、前記圧電素子３１の発生駆動力を大きくでき、前記圧電アクチュエータ３０の性能を向上させることができる。
【００３５】
＜第４の実施形態＞
図５を参照して、本発明の第４の実施形態を説明する。図５は圧電アクチュエータの縦断面図である。
（構成）
この実施形態に係る圧電アクチュエータ４５は圧電素子４６と、前記圧電素子４６の一端部に、一端を連結して設けた結合部材４７と、前記結合部材４７の他端に設けた移動体４８と、前記圧電素子４６の他端を接着等で固定的に支持する静止基体としての基台４９と、前記移動体４８と摺動可能に摩擦係合した係止部材５０とから構成される。
【００３６】
前記圧電素子４６は圧電（電歪）素子であるが、本実施形態では積層型圧電素子を用いている。前記圧電素子４６にはリード線が固定されているが、本実施形態ではその図示を省略している。
前記移動体４８は前記基台４９の支持部５１に貫通されて摺動可能に支持されている。移動体４８と支持部５１との間の摺動抵抗は前記係止部材５０と前記移動体４８の摩擦力よりはるかに小さく設定してある。その摺接部分には摺動抵抗を低減するために表面処理や摺動材が用いられている。
【００３７】
前記係止部材５０には前記移動体４８を貫通する嵌合孔５２が設けられており、前記移動体４８はその嵌合孔５２に摺動するように嵌め込まれている。また、前記実施形態での板ばねのような付勢手段を設け、係止部材５０に移動体４８を押し付けるようにしてもよい。
【００３８】
前記係止部材５０には図示しないが、内視鏡や顕微鏡、カメラ等に使われるレンズ、ミラー、固体撮像素子等の光学素子が固定されているが、特に限らず、例えば、ＸＹステージを固定したり、位置決め装置として使用することもできる。
前記結合部材４７は弾性変形を用いた変位拡大機構を組み込んで構成されている。この場合の変位拡大機構としては図示しないが、例えばてこの原理を用いて圧電素子４６の振動、すなわち変位量を拡大するものである。てこの原理を用いることで、力点、支点、作用点の関係を任意に設定することによって、その変位拡大率を任意に設定できるようになる。また、変位拡大機構の弾性変形する部位は、例えば支点部であったり、てこ自身でもよい。具体的にはてこを板ばねで構成したり、てこと支点を一体に作り、支点部が弾性変形することで、てこが移動するように構成してもよい。
【００３９】
（作用）
この第４の実施形態の圧電アクチュエータ４５の動作は第３の実施形態と同じなので、その説明は省略する。前記変位拡大機構が前記移動体４８の移動量を増す。
【００４０】
（効果）
前記圧電素子４６と前記移動体４８が弾性変形を用いた変位拡大機構で結合しているために、圧電素子４６の一回の伸縮で、大きな変位が得られ、前記固定部材５０の移動量を大きくとることができる。
【００４１】
＜第５の実施形態＞
図６を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。図６は圧電アクチュエータの縦断面図である。
（構成）
この実施形態に係る圧電アクチュエータ５４は、圧電素子５５と、この圧電素子５５の一端部に設けた移動体５６と、前記移動体５６と摺動可能に摩擦係合する静止部材としての固定部材５７と、前記移動体５６と前記固定部材５７との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構５８とを設けて構成されている。
【００４２】
前記圧電素子５５は圧電（電歪）素子であり、本実施形態では積層型圧電素子が用いられている。前記圧電素子５５にはその電極に駆動信号を伝送するリード線５９が半田付けされている。前記リード線５９は図示しない圧電アクチュエータ駆動用制御装置に接続されている。
【００４３】
前記移動体５６は圧電素子５５の一端に取着された圧電素子固定部材６１と、この圧電素子固定部材６１に取着され、前記固定部材５７の内面と摺動する摺動部材６２と、圧電素子固定部材６１の他端に取着された結合部材６３から構成されている。摺動部材６２は円筒形状をしており、前記圧電素子５５を覆うように構成されている。そして、移動体５６はその摺動部材６２の一端に圧電素子固定部材６１を取着し、摺動部材６２の他端に結合部材６３を取着して、内部を気密にした構造としてある。前記静止部材用固定部材５７に摺接する摺動部材６２の外表面は大変滑らかに構成してある。前記圧電素子固定部材６１は電気的絶縁体で形成してある。電気的絶縁材としては例えば硬度のあるセラミックスや、硬度のあるプラスチック等が良い。また、金属材料、例えばアルミニウム等に絶縁皮膜を施して用いても構わない。
【００４４】
前記結合部材６３は前記リード線５９と弾性的に結合させるものであり、このためには摺動部材６２の一端開口部に取着される後部蓋６４であっても構わないし、前記後部蓋６４とリード線５９を弾性的に結合する接着剤６５等でも良く、少なくとも弾性率が低い（柔らかい）方を結合部材６３とすれば良いものである。前記接着剤としてはシリコン系のものや、ヤング率の小さいエポキシ系の接着剤等が良い。
【００４５】
前記移動体５６にはシャフト６６が設けてあり、このシャフト６６を介して前記圧電アクチュエータ５４の出力を取り出せるようになっている。前記シャフト６６には例えば被駆動体の光学系素子（図示せず）が固定される。光学素子としては例えば、内視鏡や顕微鏡、カメラ等に用いられるレンズ、ミラー、固体撮像素子等がある。
【００４６】
前記固定部材５７の内面は前記移動体５６と摺動可能に摩擦係合できるように、内面が円筒状であり、その摺接表面は大変滑らかに構成してある。固定部材５７の外形は前記圧電アクチュエータ５４を組み込む際に必要な形状にすればよい。
【００４７】
前記固定部材５７には前記摩擦力発生機構５８が取り付けられている。この摩擦力発生機構５８としては付勢部材、例えば板ばね６７が設けられている。板ばね６７はその一端が固定部材５７にねじ６８によりねじ止め固定されている。この固定方法はねじ止め以外の、例えば融着や接着剤等を用いたものでも良い。前記固定部材５７には前記板ばね６７の他端部が入り込むスリットまたは孔６９が形成されていて、この孔６９を通じて前記移動体５６の摺動部材６２の外表面に圧接して摩擦係合するようになっている。前記スリットまたは孔６９と板ばね６７は、前記移動体５６と前記固定部材５７との嵌合長が最小になった時にでも、摩擦力を発生できる様に設けられている。
また、摩擦力発生機構５８は例えば板ばね６７の付勢力を調節することにより摩擦力を調整できるようになっている。
【００４８】
（作用）
前記構成に基づき、作用を説明する。まず、摩擦力を発生させる摩擦力発生機構５８について説明する。前記板ばね６７の自由先端部が前記移動体５６の摺動部材６２の外表面に押し当り、移動体５６の摺動部材６２を固定部材５７に押し付けて両者の間の摩擦力を得ると同時に、摺動部材６２と板ばね６７との間の摩擦力を得る。この摩擦力を調整して組み立てすることができる。
【００４９】
次に、前記圧電アクチュエータ５４の動作について説明する。前記圧電素子５５にその圧電素子５５が急速に伸びる駆動電圧を印加すると、その際に移動体５６に生じる慣性力が、前記移動体５６と前記固定部材５７側との間の摩擦力より大きいと、前記移動体５６は前記シャフト６６側に向けて微小移動する。その後、前記圧電素子５５をゆっくりと縮め、その際、生じる慣性力が前記摩擦力より小さくするように駆動電圧を印加すれば、前記移動体５６はその場に留まり移動しない。このサイクルを繰り返すことによって、前記圧電アクチュエータ５４を図６の左の方向へ間欠的に移動させることができる。前記圧電アクチュエータ５４を逆向きに駆動する場合には前記圧電素子５５を急速に縮め、ゆっくり伸ばすというサイクルを繰り返せば良い。前記結合部材６３は前記リード線５９を弾性的に支持する。
【００５０】
（効果）
前記板ばね６７によって摩擦力を得ているため、板ばね６７のばね弾性力を調整することにより、容易に摩擦力を任意の値に調整できる。つまり、静止部材としての固定部材５７と移動体５６との間の摩擦力の調整が容易な圧電アクチュエータ５４を提供できる。
【００５１】
前記移動体５６が円筒状をしており、これが前記固定部材５７と嵌合しているため、前記圧電アクチュエータ５４の芯がずれることがなく、精密な駆動が可能である。
前記固定部材５７と前記移動体５６の摺動面は滑らかに磨かれているため、耐摩耗性が向上し、前記圧電アクチュエータ５４の品質が向上する。
【００５２】
前記シャフト６６が最大に伸びても前記移動体５６と前記固定部材５７が嵌合し摩擦係合できるように、前記板ばね６７等の位置を定めているため、無駄なスペースが無く、安定した摩擦力が提供でき、しかも前記圧電アクチュエータ５４の性能が安定する。
【００５３】
前記圧電素子５５が前記移動体５６に覆われているため、前記圧電素子５５に異物が付着し、圧電素子５５を劣化、または破壊させたりすることが無く、信頼性がある。また、圧電素子５５を気密的に密封する構造となっているため、圧電素子５５を劣化させる湿気やガス等の侵入を防止し、湿気やガス等に対する耐性が向上する。さらに、圧電素子５５自身に防湿コート等を施す必要が無く、コストダウンができる。
【００５４】
前記圧電素子固定部材６１を前記電気的絶縁体で構成しているため、前記圧電素子５５が電気的に絶縁され、電気的な安全性が高まる。前記圧電素子５５を、前記電気的絶縁体で覆っているため、前記リード線５９の取り付け高さの制限が緩和される等、設計製作が容易で、かつコストダウンが達成できる。
【００５５】
前記リード線５９を前記結合部材６３で支持しているため、前記圧電アクチュエータ５４の進退移動に伴う、前記リード線５９の伸縮時の応力集中が分散でき、前記圧電アクチュエータ５４の繰り返し駆動に対する耐久性が向上する。
【００５６】
＜第６の実施形態＞
図７及び図８を参照して、本発明の第６の実施形態を説明する。図７は圧電アクチュエータの縦断面図であり、図８は圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図である。
（構成）
この実施形態に係る圧電アクチュエータ７０は、圧電素子７１と、前記圧電素子７１の一端部に設けられた移動体７２と、前記移動体７２と摺動可能に摩擦係合する静止部材としての固定部材７３と、前記移動体７２と前記固定部材７３との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生機構７４から構成される。
【００５７】
前記圧電素子７１は圧電（電歪）素子であり、本実施形態では積層型圧電素子を用いている。前記圧電素子７１の、移動体固定側に近い方の端部にはリード線７５が半田付けされている。リード線７５の接続手段としては半田付けには限らず、導電性の接着剤を用いて固定しても構わない。前記リード線７５は圧電アクチュエータ用制御装置（図示せず）に接続してある。
【００５８】
前記移動体７２は前記圧電素子７１を覆う様に設けられており、その密封させた移動体７２の内部に圧電素子７１が設置されるようになっている。前記移動体７２は静止部材としての固定部材７３のガイド孔７６に摺動自在に設置される。前記移動体７２は円筒状の摺動部材７７と、この摺動部材７７の前端に接着固定された前部蓋７８と、摺動部材７７の後端に接着固定された圧電素子固定部材７９とから構成されている。前記摺動部材７７の表面は前記固定部材７３のガイド孔７６にスムーズに摺動できる様に大変滑らかにしてある。
【００５９】
前記摺動部材７７の前部蓋７８には前記シャフト８０が突設されている。前記前部蓋７８及びシャフト８０の材質はアルミニウムやプラスチック等軽い材質のものが良い。前記シャフト８０には、前記第５の実施形態で述べた様な光学素子（図示せず）や微動テーブル（図示せず）等が連結されている。
【００６０】
前記摺動部材７７の他端に取着された前記圧電素子固定部材７９には前記リード線７５を通す孔８１が設けられている。前記リード線７５と前記孔８１とは結合部材８２を介して弾性的に固定されている。前記結合部材８２としてはシリコンやゴムの充填剤や接着剤等の弾性体でも良い。また、ヤング率の低い、エポキシ系の接着剤でも構わない。
【００６１】
前記圧電素子固定部材７９は電気的絶縁体で構成してある。例えば、プラスチックや、セラミック等や、表面を絶縁処理した金属などが良い。
前記摺動部材７７の内面と前記圧電素子７１の外周との間にはチューブ状の電気的絶縁体８４が設けられている。本実施形態では電気的絶縁体８４にポリイミド製のチューブを用いている。このチューブ状の電気的絶縁体８４は前記移動体７２に接着固定しなくても構わない。
【００６２】
前記固定部材７３のガイド孔７６の内面は前記移動体７２の摺動部材７７がスムーズに摺動できるように構成されており、その摺動用内面は大変滑らかにしてある。前記固定部材７３の外形は、前記圧電アクチュエータ７０を前記第５の実施形態で述べた様なカメラや顕微鏡、内視鏡に組み込む際に適する任意の形にすれば良い。
【００６３】
さらに、前記固定部材７３の壁部には前記摩擦力発生機構７４が設けられている。この摩擦力発生機構７４は、移動体７２の摺動部材７７の外周面に押し付けられる押付け部材８５と、この押付け部材８５を押付け方向に付勢するばね８６と、このばね８６の付勢力を調整する調整ねじ８７で構成される。調整ねじ８７は固定部材７３の壁部にねじ込まれており、調整ねじ８７のねじ込み量に応じて固定部材７３と移動体７２との間の摩擦力を調整する摩擦力調整手段を構成している。前記押付け部材８５の先端は前記摺動部材７７の外周面とスムーズに摺動できるように滑らかに構成された摺動面８８となっている。
【００６４】
なお、付勢用ばね８６は弾性体であれば良く、例えば図８に示すようにそのばね８６の代わりにゴム部材８９を用いても良い。図８はこの場合の摩擦力発生機構の部分のみを示す。
【００６５】
（作用）
前記構成に基づき、作用を説明する。まず、摩擦力発生機構７４による摩擦力の発生方法について説明する。前記調整ねじ８７を回して、前記固定部材７３に調整ねじ８７をねじ込むことによって前記ばね８６を圧迫すると、その押し付け力が前記押付け部材８５に働き、前記移動体７２の摺動部材７７の外周面に押し付ける。これにより垂直抗力が生じ、移動体７２との間に摩擦力を発生させる。また、調整ねじ８７のねじ込み量を選択することにより摩擦力を変え、所定の摩擦力に調整する。
前記圧電アクチュエータ７０の駆動作用については前述した第５の実施形態の場合と同じなので省略する。ただし、前記圧電素子７１の固定位置が異なるために前述した第５の実施形態とは図７上での進む向きが反対になる。
【００６６】
（効果）
調整ねじ８７のねじ込み量を選択することによって、前記移動体７２と前記固定部材７３との摩擦力を容易に調整でき、一定の値にすることができるので、圧電アクチュエータ７０の性能が安定する。つまり摩擦力の調整が容易な圧電アクチュエータを提供できる。
【００６７】
前記圧電素子７１が前記移動体７２に覆われ、移動体７２の内部に密封されているため、湿度によって前記圧電素子７１の性能が劣化したり、液体やガス等の外界の影響を受けずに安定した性能を維持できる。
前記リード線７５は前記圧電素子固定部材７９に近い方で半田付けされているため、前記圧電素子７１と前記圧電素子固定部材７９との接着のばらつきによって、前記圧電素子７１が傾いて接着されても、前記リード線７５の半田付け部が、前記移動体７２の摺動部材７７と接触する可能性が減り、電気的安全性が向上する。
【００６８】
前記リード線７５が前記結合部材８２を介して前記圧電素子固定部材７９に弾性的に固定してあるため、前記圧電アクチュエータ７０の進退の際に、前記リード線７５の固定部に応力が集中することがなく、前記リード線７５の伸縮力に対する耐性を向上することができる。
【００６９】
前記圧電素子７１と前記移動体７２との間にチューブ状の電気的絶縁体８４を設けてあるので、前記圧電素子７１の電極高さの公差や、前記リード線７５の半田付け部の高さ等のバラツキがあっても、前記移動体７２に電極や、前記リード線７５が接触することが無くなる。この結果、前記圧電素子７１の寸法公差や、前記リード線７５の取付け高さの制限が緩和できるため、前記圧電アクチュエータ７０を安く作ることができる。また、電気的な安全性が向上する。
【００７０】
＜第７の実施形態＞
図９を参照して、本発明の第７の実施形態を説明する。図９は圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図である。
（構成）
この第７の実施形態は前述した第６の実施形態における摩擦力発生機構を変形した例である。変形した摩擦力発生機構７４についてのみを述べ、他の部分の説明は前述した第６の実施形態と同じであるので省略する。
【００７１】
この摩擦力発生機構７４は移動体７２の摺動部材７７の外周面に押し付けられる押付け部材８５と、この押付け部材８５を前記押付け方向へ付勢するバルーン９２で構成される。これらの部材は固定部材７３の壁部に形成した孔部９３内に配設される。前記押付け部材８５の当接表面は前記摺動部材７７とスムーズに摺動できるように滑らかに構成されている。
【００７２】
前記バルーン９２には液体や気体の注入口９４が設けられていて、この注入口９４に例えばシリンジ等を差し込んでバルーン９２の内部に液体や気体を充填し、バルーン９２を膨らませることができるようになっている。前記固定部材７３には前記バルーン９２の注入口９４に液体や気体を注入する際に注入器具を差し込むために使用する注入用穴９５が設けられている。
【００７３】
（作用）
摩擦力発生機構７４の作用について説明すると、前記バルーン９２に液体や気体を注入することにより、バルーン９２が膨らみ、前記押付け部材８５を移動体７２の摺動部材７７側へ押し込む。その結果、前記押付け部材８５が前記移動体７２の摺動部材７７に押し当り、その摺動部材７７を前記固定部材７３のガイド孔７６の内面に押し付ける。そして、これらの押し付け力が垂直抗力となり摩擦力を発生させるのである。
圧電アクチュエータ７０の駆動作用は前述した第６の実施形態と同じなので、その説明を省略する。
【００７４】
（効果）
本実施形態では摩擦力発生機構７４における付勢手段にバルーン９２を用い、バルーン９２の中の気体や液体の圧力を簡単に変えることができ、容易に摩擦力を調整することができる。つまり、摩擦力調整機構を構成する。
摩擦力発生機構７４以外の効果に付いては前述した第６実施形態と同じなので省略する。
【００７５】
＜第８の実施形態＞
図１０を参照して、本発明の第８の実施形態を説明する。図１０は圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図である。
（構成）
本実施形態も前述した第６の実施形態の変形例であり、第６の実施形態と異なる点は摩擦力発生機構７４の構成のみである。他の構成に付いては説明を省略する。
【００７６】
前記摩擦力発生機構７４は、前記固定部材７３の壁部に形成された孔部９３内に、押付け部材８５と、第２の圧電素子９６と、固定板９７とより構成されており、第２の圧電素子９６は押付け部材８５と固定板９７の間に介在している。前記第２の圧電素子９６の先端部には前記押付け部材８５が接着固定されていても良いし、弾性的に接触していても良い。また、前記第２の圧電素子９６の他端と前記固定板９７も接着固定されていても良いし、弾性的に接触していても構わない。
【００７７】
前記固定板９７は前記固定部材７３に接着固定されている。固定板９７は第２の圧電素子９６を受け止める保持部材であり、この保持部材としては固定板９７の代わりにねじ部材を用いて、前記固定部材７３にねじ込んで固定しても構わない。また、ねじ込みにて押付け部材８５と第２の圧電素子９６に予圧を掛けるようにしても良い。
前記第２の圧電素子９６にはリード線９８が半田付けされており、前記リード線９８は前記固定板９７の孔部９９を通して、前記固定部材９７の外へ導かれている。
【００７８】
（作用）
前記摩擦力発生機構７４のみについての作用を説明し、他の作用は前述した第６の実施形態と同じなので省略する。
前記第２の圧電素子９６に電圧を印加すると、その第２の圧電素子９６が伸び、前記押付け部材８５を押す。押圧力は印加する電圧によって異なる。これによって、前記移動体７２の摺動部材７７が前記固定部材７３に押し付けられる。そして、前記移動体７２と前記固定部材７３が摩擦係合する。
【００７９】
（効果）
前記第２の圧電素子９６に印加する電圧によって、前記押付け部材８５の押し付け力が容易に変更できるため、摩擦力の調整が容易になる。摩擦力が電気的に制御できるため、圧電アクチュエータ７０の複雑な制御が可能になる。つまり、摩擦力調整機構を構成する。
【００８０】
前記固定板９７の代わりにねじを用いた場合には前記押付け部材８５を前記第２の圧電素子９６に電圧を印加する前に押し付けて予圧を与えておけるので、前記圧電素子９６に電圧を印加すると所望する摩擦力に更に調整しやすくなる。 その他の効果は前述した第６の実施形態と同じであるので、その説明については省略する。
【００８１】
＜第９の実施形態＞
図１１を参照して、本発明の第９の実施形態を説明する。図１１は圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図である。
（構成）
本実施形態は前述した第８の実施形態に示した摩擦力発生機構７４の変形例である。他の構成については説明を省略する。本実施形態の摩擦力発生機構７４は前述した摩擦力発生機構７４の第２の圧電素子９６をケモメカ１０１に代えたものである。ケモメカ１０１は圧電素子と略同様に機能する。
【００８２】
（作用）
前記ケモメカ１０１に電圧を印加すると、そのケモメカ１０１が伸び、前記押付け部材８５を押し付け、この押付け部材８５を介して前記移動体７２の摺動部材７７を前記固定部材７３に押し付ける。これにより、前記移動体７２と前記固定部材７３が摩擦係合する。その他の作用は前述した第８の実施形態と同じであるので説明を省略する。
（効果）
本実施形態の効果は第８実施形態と同じであるので説明を省略する。
【００８３】
＜第１０の実施形態＞
図１２を参照して、本発明の第１０の実施形態を説明する。図１２は圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図である。
（構成）
本実施形態も前述した第８の実施形態の変形例であり、第８の実施形態と異なる点は摩擦力発生機構７４の構成のみである。このため、他の構成については説明を省略する。
本実施形態での摩擦力発生機構７４は固定部材７３の壁部に形成した孔部９３内に、前記同様の押付け部材８５と、コイル１０２と、前記押付け部材８５を押込み付勢するための超磁歪素子１０３と、この超磁歪素子１０３の後端を受け止める固定具１０４とを設置して構成されている。超磁歪素子１０３はコイル１０２の巻き芯内に同軸的に配置されている。超磁歪素子１０３は磁界をかけると、延びる性質をもつ素子であり、圧電素子と機能的に似た性質を有する。
【００８４】
前記押付け部材８５は前記超磁歪素子１０３の先端に弾性的に固定してあり、前記超磁歪素子１０３の他端には前記固定具１０４が固定してある。前記固定具１０４は前記固定部材７３に接着固定されている。前記超磁歪素子１０３の周囲に設けられた前記コイル１０２は前記固定部材７３の孔部９３の内壁に接着固定されている。前記コイル１０２にはリード線１０５が接続されている。リード線１０５は固定具１０４を貫通して外部へ導出している。
コイル１０２に電圧を印加する前に、前記超磁歪素子１０３と前記押付け部材８５とを前記移動体７２の摺動部７７に前記固定具１０４を用いて押し付けることにより、前記超磁歪素子１０３に予圧を与えるようにしても良い。
【００８５】
（作用）
前記摩擦力発生機構７４の作用について説明する。前記コイル１０２に電圧を印加すると、磁界が生じる。すると、前記超磁歪素子１０３が伸び、その際、超磁歪素子１０３に固定されている押付け部材８５が押される。そして、押付け部材８５が前記移動体７２を前記固定部材７３に押し付け、前記移動体７２と前記固定部材７３が摩擦係合する。前記圧電アクチュエータ７０の動作については前述した第８の実施形態に同じであるので説明を省略する。
【００８６】
（効果）
前記コイル１０２に印加する電圧の値によって、前記移動体７２と前記固定部材７３が摩擦係合する摩擦力の大きさを容易に調整できる。
前記超磁歪素子１０３に予圧を与えておいた場合には、前記摩擦係合によって生じる摩擦力がある幅をもって調整できるため、目的の摩擦力に調整しやすい。前記圧電アクチュエータ７０の他の効果は前述した第８の実施形態に同じなので省略する。
【００８７】
＜第１１の実施形態＞
図１３を参照して、本発明の第１１の実施形態を説明する。図１３は圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図である。
（構成）
本実施形態も前述した第８の実施形態の変形例であり、第８の実施形態と異なる点は摩擦力発生機構７４の構成のみである。このため、他の構成については説明を省略する。
本実施形態での摩擦力発生機構７４は固定部材７３の壁部に形成した孔部９３内に、前記同様の押付け部材８５と、ソレノイド１０８と、固定具１０９を配置して構成されている。前記ソレノイド１０８はコイル１１０と軸（プランジャー）１１１で構成されている。コイル１１０は固定具１０９に接着固定され、軸１１１は押付け部材８５に接着固定されている。前記軸１１１は磁性を帯びているように磁石等の磁性体で形成されている。前記固定具１０９は圧電アクチュエータ７０の固定部材７３に接着固定されている。前記コイル１１０は前記固定部材１０９の孔部９３の内壁に接着固定されている。前記コイル１１０にはリード線１１２が接続されている。リード線１１２は固定具１０９を貫通して外部へ導出している。
【００８８】
（作用）
前記摩擦力発生機構７４の作用について説明すると、前記コイル１１０に電圧を印加すると、前記コイル１１０内に生じる磁界に反発して、前記軸１１１が前記コイル１１０内から押し出されるように付勢される。すると、前記軸１１１に固定された押付け部材８５が前記移動体７２の摺動部材７７を前記固定部材７３に押し付けるので、前記移動体７２と前記固定部材７３は摺動可能に摩擦係合する。前記コイル１１０に印加する電圧を変えることによって前記押付け部材８５を押し付ける力が変わる。つまり、摩擦力を調整する摩擦力調整機構を構成している。この圧電アクチュエータ７０の動作は前述した第８の実施形態と同じであるので説明を省略する。
【００８９】
（効果）
前記圧電アクチュエータ７０の他の効果は前述した第８の実施形態に同じなので省略する。
摩擦力発生機構７４にソレノイド１０８を用いているため前記コイル１１０に印加する電圧を変えることによって前記押し付け部材８５を押し付ける力を調整し、摩擦力を容易に所望の値にすることができる。
【００９０】
＜第１２の実施形態＞
図１４を参照して、本発明の第１２の実施形態を説明する。図１４（ａ）は圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
（構成）
本実施形態の圧電アクチュエータは、圧電素子１１３と、この圧電素子１１３の一端部に固定された移動体１１４と、この移動体１１４と摺動可能に摩擦係合する静止部材としての固定部材１１５とを備えて構成されている。
前記圧電素子１１３は積層型圧電素子を用いているが、他の電歪素子でもかまわない。
前記圧電素子１１３にはリード線１１６が半田付けして接続されている。図１４（ｂ）で示すように、前記圧電素子１１３はその長手方向の４つの稜線部をそれぞれ面取りしてある。
【００９１】
前記移動体１１４は圧電素子固定部材１１７と、これに一端を接着で接続固定した筒状の摺動部材１１８と、この摺動部材１１８の他端に接着で取着された後部蓋１１９とで構成されている。また、前記圧電素子固定部材１１７には前記圧電素子１１３の一端が接着固定されている。前記圧電素子１１３は前記移動体１１４の内部に密閉的に配設され、かつ移動体１１４によって囲まれている。前記後部蓋１１９には前記リード線１１６を通す孔１１９ａが設けられ、前記リード線１１６はその孔１１９ａ内で接着固定されている。前記孔１１９ａは接着剤で充填されて閉塞されている。
【００９２】
図１４（ａ）で示すように前記移動体１１４と前記圧電素子１１３との間には結合部材１２０が設けられている。結合部材１２０は前記移動体１１４の筒状の摺動部材１１８における内面に取り付けられ、前記移動体１１４と前記圧電素子１１３との間に介在してその両者を弾性的に結合している。本実施形態では特に前記圧電素子１１３の前記リード線接続端部となる自由端部と移動体１１４との間に前記結合部材１２０が介在するように設けられている。
前記摺動部材１１８の外表面は前記固定部材１１５と摺動できるよう滑らかに構成してある。前記固定部材１１５の摺動面も滑らかに構成してある。
【００９３】
前記固定部材１１５には摩擦力発生機構１２１が設けてある。前記摩擦力発生機構１２１は前記固定部材１１５の端部に設けた少なくとも１つのスリット１２２と、前記スリット１２２のある端部に設けたねじ部１２３と、このねじ部１２３に結合するナット１２４で構成する。前記ねじ部１２３はテーパ状のねじ部として形成されている。この構成はナット１２４の締め付け量に応じてその摩擦力が調整できる摩擦力調整機構を兼ねる。
【００９４】
（作用）
前記摩擦力発生機構１２１について説明する。前記ねじ部１２３に前記ナット１２４を締め込んでいくと、前記ねじ部１２３にスリット１２２を設けてあり、さらに前記ねじ部１２３がテーパ状であることから、前記固定部材１１５の内径が小さくなり、前記移動体１１４を締め付ける。そして、前記固定部材１１５と、前記移動体１１４が摺動可能に摩擦係合することになる。この摩擦力はナット１２４の締込み量に応じて変わるため、その摩擦力を適宜調節可能である。
【００９５】
前記結合部材１２０は前記移動体１１４に保持されて前記圧電素子１１３の一部を弾性的に支える。
この圧電アクチュエータの他の動作は前述した第８の実施形態に説明した通りなので説明を省略する。
【００９６】
（効果）
前記摩擦力発生機構１２１はナット１２４の締め付けの程度によって摩擦力を容易に調整ができ、前記圧電アクチュエータの性能を安定させることができる。前記結合部材１２０を設けて、前記圧電素子１１３を弾性的に支えているので、前記圧電素子１１３の発生力をロスすること無く、また衝撃に対し強い構造となり、圧電アクチュエータの衝撃耐性が向上する。
さらに前記圧電素子１１３の稜線部を面取りしてあるため、前記移動体１１４断面に占める前記圧電素子１１３の断面積の割合が大きくとれるので、前記圧電素子１１３の発生力を大きくでき、前記圧電アクチュエータの性能を向上させることができる。
前記圧電アクチュエータの他の効果については前述した第９の実施形態に説明した通りであるので説明を省略する。
【００９７】
＜第１３の実施形態＞
図１５乃至図２０を参照して、本発明の第１３の実施形態を説明する。
（構成）
本実施形態は図１５で示すように内視鏡２０１の挿入部２０２における先端構成部２０３の内部に組み込まれた観察光学系の焦点調整機構２０４の駆動手段に前述したような圧電アクチュエータを利用したものである。
【００９８】
内視鏡２０１の観察光学系には先端構成部２０３の先端面に観察窓部２０５が配設されている。先端構成部２０３の内部空間には観察光学系が装着されているとともに、この装着位置の側方部位には前記焦点調整機構２０４が設置されている。
【００９９】
観察光学系には、観察窓部２０５に対向配置された前部側固定レンズ２０６と、この前部側固定レンズ２０６に対して離間して対向配置された後部側固定レンズ２０８と、固定レンズ２０６と後部側固定レンズ２０８との間に配置され、観察光学系の光軸方向に沿って移動自在な焦点調整レンズ２０９とが設けられている。これらの各レンズ２０６，２０８，２０９によって観察光学系の対物レンズ群が構成される。
【０１００】
前後の固定レンズ２０６，２０８を保持する鏡筒２０７には焦点調整レンズ２０９のレンズ枠２１０が観察光学系の光軸方向に沿って移動自在に支持されている。このレンズ枠２１０の下面にはラックギア２１１が設けられており、このラックギア２１１は後述する圧電アクチュエータによって回転されるピニオンギア２１２と噛合している。
【０１０１】
また、先端構成部２０３内には後述するような圧電アクチュエータを備えたアクチュエータユニット２１３が装着されている。このアクチュエータユニット２１３には前記ピニオンギア２１２に噛合するラックギア２１４が設けられている。ピニオンギア２１２は前記レンズ枠２１０のラックギア２１１と噛み合っており、そして、焦点調整レンズ２０９のレンズ枠２１０を観察光学系の光軸方向に移動させるようになっている。
【０１０２】
後部側固定レンズ２０８の後方にはその観察光学系の対物レンズ群によって結像された観察像を電気信号に変換する例えばＣＣＤ等の固体撮像素子２１５が配設されている。
【０１０３】
前記アクチュエータユニット２１３は図１６に示すように構成されている。すなわち、先端構成部２０３の部材に取着固定された静止部材としての円管２１６と、この円管２１６内に摺動自在に設けられた移動体２１７と、この移動体２１７に一端が固定され、電圧をかけることで伸縮動作をし、この伸縮動作によって前記移動体２１７に衝撃力を与える衝撃力発生部としての圧電素子（電歪素子）２１８とを備えて構成されている。
【０１０４】
ここで、前記圧電素子（電歪素子）２１８は例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸塩、磁器等のセラミックスに電極を形成し、この電極に直流電流を加えることにより、機械的な伸び変形を生じるものである。そして、圧電素子２１８は逆電圧効果により電界強度に比例した歪みが生じる素子であり、また、電歪素子は駆動電圧を印加した際に電界強度の２乗に比例した歪みが生じる素子であるが、いずれも圧電素子と称する。
【０１０５】
前記移動体２１７には圧電素子２１８の一端を固定する圧電素子固定部材２２１と、この圧電素子固定部材２２１に一端が固定され、前記圧電素子２１８を覆う円管部２２２と、この円管部２２２の他端に取着された蓋部２２３とを備えて構成されている。圧電素子２１８にはリード線２２４が接続されており、リード線２２４は蓋部２２３の中央を気密的に貫通して外に導出している。移動体２１７は圧電素子２１８を気密的に内包している。
【０１０６】
前記円管２１６には板ばね２２５の一端部がねじ２２６で取り付けられており、板ばね２２５の自由端部はその円管２１６に形成した開口部２２７を通して、移動体２１７の円管部２２２の外周に押し当てられている。この押当て荷重はそれに応じた強さの、円管２１６と板ばね２２５との間の摩擦力を生む。また、この押当て荷重はねじ２２６の締め加減で調整可能となっており、摩擦力調整機構を構成している。
【０１０７】
移動体２１７における圧電素子固定部材２２１にはシャフト２２８が突設され、シャフト２２８には前記ラックギア２１２が噛み合うラックギア２１４が形成されている。つまり、観察光学系のレンズ枠２１０と移動体２１７との動力の伝達がギア系を介して行われる。このため、従来のように連結部材で結合するものに比べて、移動体２１７とレンズ枠２１０との距離に比例して発生するモーメントが作用せず、したがって、それぞれの移動の際に、こじれが発生しにくい。
【０１０８】
圧電素子２１８に接続された前記リード線２２４は内視鏡２０１の挿入部２０２、及び図１７に示す操作部２３１、ユニバーサルコード２３２内にわたり配設され、外部の制御部２３３に接続されるようになっている。ここで、圧電素子２１８に取り付けられるリード線２２４は図１８に示すように次の２点で圧電素子２１８に固定されている。すなわち、その１点は圧電素子２１８の電極部分２１８ａにハンダ付けされ、他の１点は圧電素子２１８のダミー部分２１８ｂに接着剤により固定されている。圧電素子２１８には縦積層、横積層、単層のものがある。
【０１０９】
また、円筒２１６の内表面及び円管部２２２の外表面には耐摩耗性を向上させるための表面処理、例えばシュウ酸アルマイトとチタンコートが施されている。さらに、圧電素子２１８の表面には耐熱湿度性、耐薬品性を上げるためのパリレンコートが施されている。
【０１１０】
また、制御部２３３は例えば図１９（Ａ）に示す圧電素子２１８の第１の駆動波形、および図１９（Ｂ）に示す圧電素子２１８の第２の駆動波形の各駆動波形をもつ各電圧を発生して、必要に応じて前記圧電素子２１８に印加する電圧印加手段が設けられている。ここで、第１の駆動波形には１パルスの所定の設定時間Ｔ内に、設定電圧から０電位まで印加電圧を徐々に低下させるａ領域と、０電位から所定の設定電圧まで急激に上昇させるｂ領域とが設けられている。さらに、第２の駆動波形には１パルスの所定の設定時間Ｔ内に、０電位から所定の設定電圧まで印加電圧を徐々に上昇させるｃ領域と、設定電圧から０電位まで急激に低下させるｄ領域とが設けられている。
【０１１１】
（作用）
次に、前記構成の作用について説明する。まず、図１９（Ａ）の第１の駆動波形によって駆動されるアクチュエータユニット２１３の動作を図２０（Ａ）を参照して説明する。なお、アクチュエータユニット２１３は停止時には円管部２２２が板ばね２２５によって円管２１６の内面に圧接され、適当な摩擦力で摩擦係合された状態で保持される。
【０１１２】
そして、アクチュエータユニット２１３の圧電素子２１８に第１の駆動波形をもつ電圧が印加されると、この第１の駆動波形のａ領域では圧電素子２１８はゆっくり縮み、ｂ領域では急激に伸びるサイクルをくり返す。
すなわち、第１の駆動波形のａ領域で圧電素子２１８がゆっくり縮む場合には移動体２１７は図２０（Ａ）のａに示すように板ばね２２５および円管２１６の内面との接触面の摩擦力で静止したままの状態で保持される。
【０１１３】
さらに、第１の駆動波形のｂ領域で圧電素子２１８が急激に伸びる場合にはこの圧電素子２１８の急激な伸び動作によって移動体２１７を図２０（Ａ）中で左方向に押圧する衝撃力が発生する。そのため、移動体２１７はこの圧電素子２１８からの衝撃力によって圧電素子２１８の自重と移動体２１７の質量とにより決まる重心を不動点として図２０（Ａ）のｂに示すように図中左方向に移動する。また、図１９（Ｂ）の第２の駆動波形によってアクチュエータユニット２１３が駆動される場合には、アクチュエータユニット２１３は図２０（Ｂ）に示すように動作する。
ここで、アクチュエータユニット２１３の圧電素子２１８に第２の駆動波形をもつ電圧が印加されると、この第２の駆動波形のｃ領域では圧電素子２１８はゆっくり伸び、ｄ領域では急激に縮むサイクルをくり返す。
すなわち、第２の駆動波形のｃ領域で圧電素子２１８はゆっくり伸びる場合には移動体２１７は図２０（Ｂ）のｃに示すように板ばね２２５および円管２１６の内面との接触面の摩擦力で静止したままの状態で保持される。
【０１１４】
さらに、第２の駆動波形のｄ領域で圧電素子２１８が急激に縮む場合にはこの圧電素子２１８の急激な収縮動作によって移動体２１７を図２０（Ｂ）中で右方向に引っ張る衝撃力が発生する。そのため、移動体２１７はこの圧電素子２１８からの衝撃力によって圧電素子２１８の自重と移動体２１７の質量とにより決まる重心を不動点として図２０（Ｂ）のｄに示すように図中右方向に移動する。
【０１１５】
したがって、アクチュエータユニット２１３の動作時には圧電素子２１８に第１の駆動波形が印加される場合には、移動体２１７が図１中で左方向に前進し、圧電素子２１８に第２の駆動波形が印加される場合には移動体２１７が同図中で左方向に後退する。その結果、この移動体２１７の動作に連動して焦点調整レンズ２０９のレンズ粋２１０も前後動するので、焦点調整レンズ２０９の位置を前後方向に移動させ、観察光学系の対物レンズ群の焦点位置を調整することができる。
【０１１６】
そこで、前記構成のものにあってはレンズ枠２１０のラックギア２１１にピニオンギア２１２を介して連結された移動体２１７と、この移動体２１７に固定され、電圧をかけることで伸縮動作をし、この伸縮動作によって移動体２１７に衝撃力を与える圧電素子２１８と板ばね２２５および円管２１６とのみによってアクチュエータユニット２１３を構成したので、慣性体を省略することができる。そのため、一般的な圧電アクチュエータに比べて構成部品数を減らし、組み立てのコストを低減することができるとともに、アクチュエータユニット２１３の全体を小形化することができる。
【０１１７】
さらに、前記構成のアクチュエータユニット２１３を特に、内視鏡２０１の観察光学系の焦点調整機構２０４のアクチュエータとして利用したので、内視鏡２０１の挿入部２０２の先端構成部２０３によって形成される硬性部の長さを抑えることができ、内視鏡２０１の挿入部２０２を挿人する際の患者の負担を軽減することができる。
【０１１８】
＜第１４の実施形態＞
図２１を参照して、本発明の第１４の実施形態を説明する。図２１は内視鏡の観察光学系における焦点調整機構の圧電アクチュエータの縦断面図である。
（構成）
本実施形態は前述した第１３の実施形態におけるアクチュエータユニットの変形例である。このアクチュエータユニット２１３は静止部材としての円管２１６と移動体２１７との間に摩擦力を発生させる摩擦力発生手段が、前記板ばね２２５に代えて、磁性流体２４１を用いたものである。すなわち、円管２１６の内面部の一部に溝２４２を設け、移動体２１７の円管部２２２と溝２４２との間の空間に磁性流体２４１を封入したものである。ここでの移動体２１７の円管部２２２は磁性体で出来ており、磁性流体２４１はその磁力により溝２４２に引き付けられているために流れ出すことはない。また、磁性流体２４１は円管部２２２に対して移動体２１７が移動する際、その磁性流体２４１と円管部２２２との間に摩擦力を発生させる。また、摩擦力の調整はその接触状態を変えることにより変えることができる。例えば、磁性流体２４１の量を増減させることによりその摩擦力も増減する。また、溝２４２の磁力を変えることによっても摩擦力を変えることができる。つまり、これは摩擦力調整機構を構成する。
【０１１９】
＜第１５の実施形態＞
図２２を参照して、本発明の第１５の実施形態を説明する。図２２（ａ）は内視鏡の観察光学系における焦点調整機構とそのアクチュエータの部分の縦断面図であり、図２２（ｂ）はその一部の正面図である。
（構成）
本実施形態も前述した第１３の実施形態の変形例である。すなわち、アクチュエータユニット２１３における移動体２１７と焦点調整機構のレンズ枠２１０との結合にギア手段に代わってリンク２５１を用いるようにしたものである。レンズ枠２１０にはピン２５２が設けられ、移動体２１７のシャフト２２８にはピン２５３が設けられている。リンク２５１は先端構成部における固定部材に取り付けたピン２５５に対して回転可能に支持されており、止め輪２５６でピン２５５の軸方向にリンク２５１が外れないようになっている。リンク２５１はその両端にＵ字の切欠き部２５７，２５８が形成されており、その切欠き部２５７，２５８のそれぞれにピン２５２，２５３が嵌まって係合している。
【０１２０】
（作用）
アクチュエータユニット２１３が作動すると、その移動体２１７が移動し、リンク２５１を介してレンズ枠２１０を移動させる。レンズ枠２１０と移動体２１７との動力の伝達がリンク２５１を介して行われているので、レンズ枠２１０と移動体２１７との距離に比例して発生するモーメントが作用せず、したがって、それぞれの移動の際にこじれが発生しにくい。
【０１２１】
＜第１６の実施形態＞
図２３を参照して、本発明の第１６の実施形態を説明する。図２３は観察光学系における焦点調整機構とそのアクチュエータの部分の縦断面図である。
本実施形態も前述した第１３の実施形態の変形例であり、これは内視鏡の先端構成部２０３における固定部材２６０の孔２６１に移動体２１７のシャフト２２８を軸方向へ移動可能に嵌挿してなり、静止部材としての固定部材２６０に直接板ばね２６２を取着し、その板ばね２６２とシャフト２２８の間で摩擦力を発生させるようになっている。
板ばね２６２は内視鏡先端構成部の固定部材２６０に一端が固定ねじ２６３で固定され、他端が調節ねじ２６４により固定部材２６０に押し込み自在に取着されている。そして、板ばね２６２の中央部分が移動体２１７のシャフト２２８に押し当るように接触している。移動体２１７は板ばね２６２および円管２１６の内面との間に摩擦力を発生する。また、調節ねじ２６４の締め具合によりシャフト２２８に対する押当て荷重が調整し、摩擦力を調整する機構を構成するようになっている。
【０１２２】
＜第１７の実施形態＞
図２４及び図２５を参照して、本発明の第１７の実施形態を説明する。図２４はアクチュエータの部分の縦断面図、図２５（ａ）は円管の内面と移動体の脚の先端部とが接触した状態の縦断面図、図２５（ａ）は同じく円管の内面と移動体の脚の先端部とが接触した状態の正面図である。
本実施形態も前述した第１３の実施形態の変形例である。このアクチュエータユニット２１３における移動体２１７はシャフト２７１、摩擦力調整ナット２７２、板ばね２７３から構成される。板ばね２７３は２つの脚２７４を有し、各脚２７４の先端部２７５が前記円管２１６の内面に接触している。円管２１６の内面と脚２７４の先端部２７５との間には板ばね２７３により押当て荷重が作用している。
【０１２３】
調整ナット２７２はシャフト２７１の基部に形成した雄ねじ部２７６にねじ込まれて固定されており、調整ナット２７２を回転させることにより、板ばね２７３の固定部に締め付け力を作用させる摩擦力発生機構を構成する。また、板ばね２７３の脚２７４の開き角度を変えることにより前記押当て荷重を調整する機構を兼ねる構成である。
【０１２４】
図２５は円管２１６の内面と脚２７４の先端部２７５の接触した状態を示している。図２５で示すように、脚２７４の先端部２７５は円管２１６の軸に対する平行断面および垂直断面のいずれの断面においてもＲを有する。平行断面のＲは円管２１６の内面のｒより小さい。したがって、先端部は円管２１６に対して点接触している。したがって、移動体２１７の軸中心が円管２１６の軸中心に対して若千のずれを生じたとしても、点接触のため接触面積は変化しにくく、その結果、摩擦力も変化しにくい。
【０１２５】
［付記］
１．移動体と、この移動体に固定された圧電振動子と、前記移動体と摩擦係合する静止固定部材と、前記圧電振動子に急激な変形を起こし、前記圧電振動子により前記移動体に衝撃を与えて、前記移動体と前記静止固定部材との摩擦係合に打ち勝って前記移動体を前記静止固定部材に対して移動させる駆動手段とを有し、さらに前記移動体と静止固定部材との摩擦力を調整する摩擦力調整手段を設けたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【０１２６】
１−１．前記移動体は少なくとも２つの脚を有し、前記摩擦力調整手段はその脚のたわみを制限する調整部材を前記移動体に設けたことを特徴とする付記項１に記載の圧電アクチュエータ。
１−２．前記調整部材が、前記圧電アクチュエータの姿勢を保つ芯出し機構を兼ねていることを特徴とする付記項１−２に記載の圧電アクチュエータ。
【０１２７】
１−３．前記脚と前記圧電素子の間に電気的絶縁材を設けたことを特徴とする付記項１−１に記載の圧電アクチュエータ。
１−４．前記絶縁体が、セラミックで構成してあることを特徴とする付記項１−３に記載の圧電アクチュエータ。
１−５．前記絶縁体が、ポリイミド、テトラフロロエチレン等のプラスチックで構成してあることを特徴とする付記項１−３に記載の圧電アクチュエータ。
【０１２８】
１−６．前記圧電素子の一端に移動体を設け、圧電素子の他端に慣性体を設けたことを特徴とする付記項１に記載の圧電アクチュエータ。
【０１２９】
１−７．前記摩擦力調整手段が、移動体の移動周面に接触する板ばねや移動体の脚に連設された板ばね等の弾性部材と、この弾性部材板を締め付けて前記摩擦力を調整するねじやナット等の調整部材とからなることを特徴とする付記項１に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３０】
２．圧電素子と、この圧電素子の端部に固定された移動体と、この移動体と摺動可能に摩擦係合する固定部材とを有する圧電アクチュエータで、前記移動体と前記圧電素子とを弾性的に結合する結合手段を設けたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
これによれば、衝撃力に対し圧電素子が移動体から折れ外れることを防ぐことができる。
２−１．前記結合手段の弾性力が、前記圧電素子の発生力に対し十分小さいことを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
２−２．前記結合手段が、シリコン系接着剤で有ることを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
２−３．前記結合手段が、電気的絶縁材であることを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３１】
２−４．前記結合手段が、前記移動体に固定され、前記圧電素子には弾性的に接触していることを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３２】
２−５．前記結合手段の位置を、前記移動体と前記圧電素子の固定部と反対側の前記移動体及びまたは前記圧電素子に設けたことを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
２−６．前記移動体が少なくとも２つの脚を有し、前記結合部材が、前記脚と前記圧電素子との間に設けられていることを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
２−７．前記移動体が円筒形状に構成され、前記移動体の円筒内面と前記圧電素子との間に結合部材を設けたことを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
２−８．前記結合部材が空気より熱伝導性の良い弾性体であることを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
２−９．前記圧電素子の一端に前記移動体を設け、他端に慣性体を設けたことを特徴とする付記項２に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３３】
３．圧電素子と、この圧電素子の端部に設けられた結合手段と、この結合手段に固定された移動体と、前記圧電素子の他端に固定された静止部材と、前記移動体と摺動可能に摩擦係合する固定部材からなる圧電アクチュエータで、前記結合手段が、弾性変形を用いた変位拡大機構であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
これによれば、衝撃力に対し圧電素子が移動体から折れ外れることを防ぐことができる。
【０１３４】
４．圧電素子と、この圧電素子の一端部に設けられた移動体と、前記圧電素子の他端部と固定的に連結された静止基体と、前記移動体と摺動可能に摩擦係合する係止部材からなる圧電アクチュエータで、前記圧電素子と、前記移動体とを弾性的に結合する結合手段を設けたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
これによれば、衝撃力に対し圧電素子が移動体から折れ外れることを防ぐことができる。
４−１．前記結合手段が、シリコン系接着剤で有ることを特徴とする付記項４に記載の圧電アクチュエータ。
４−２．前記結合手段が、前記移動体に固定され、前記圧電素子には接触していることを特徴とする付記項４に記載の圧電アクチュエータ。
４−３．前記移動体が円筒形状をしており、前記円筒内面と前記圧電素子との間に結合手段を設けたことを特徴とする付記項４に記載の圧電アクチュエータ。
４−４．前記結合手段を、前記移動体と前記圧電素子の固定部と、反対側の前記移動体及びまたは圧電素子端部に設けたことを特徴とする付記項４に記載の圧電アクチュエータ。
４−５．前記結合部材が空気より熱伝導性の良い弾性体であることを特徴とする付記項４に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３５】
５．圧電素子と、この圧電素子の端部に固定された移動体と、この移動体と摺動可能に摩擦係合する固定部材からなり、前記移動体を前記圧電素子を覆う円筒形状にし、前記固定部材に前記円筒外面と嵌合する孔を設けたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
これによれば、移動体と固定部材の摩擦係合の状態を安定化させることができる。
５−１．前記移動体を前記圧電素子の全面を覆う様に設けたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−２．前記移動体により前記圧電素子が、密閉されていることを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−３．前記圧電アクチュエータで、前記移動体と前記固定部材を摺動可能に摩擦係合させる摩擦力発生手段を前記固定部材に設けたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３６】
５−４．前記摩擦力発生手段が、摩擦力を可変できる様に構成したことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−５．前記摩擦力発生手段の調整を、ねじを用いて調整することを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−６．前記摩擦力発生手段の調整を、電気的に調整することを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−７．前記摩擦力発生手段に弾性体を用いたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−８．前記弾性体が、ばねであることを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３７】
５−９．前記ばねが、コイルばねであることを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１０．前記ばねが、板ばねであることを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１１．前記摩擦力発生手段及びまたは調整手段に、圧電素子の発生力を用いたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１２．前記摩擦力発生手段及びまたは調整手段に、超磁歪素子の発生力を用いたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１３．前記摩擦力発生手段及びまたは調整手段に、ケモメカの発生力を用いたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１４．前記摩擦力発生手段及びまたは調整手段に、電磁石の発生力を用いたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１５．前記電磁石の発生力に、ソレノイド機構を用いたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３８】
５−１６．前記電磁石の発生力に、前記電磁石の吸引力を用いたことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１７．前記圧電素子に結線させるリード線が、前記圧電素子と前記移動体の固定部側から、前記移動体の外側へ引き出されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
５−１８．前記リード線が、前記圧電素子の振動状態を把握する、及び／又は前記圧電素子を駆動するためのものであることを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−１９．前記圧電素子の長手方向の稜線部に面取りを施したことを特徴とする付記項５に記載の圧電アクチュエータ。
５−２０．前記圧電素子の長手方向に垂直な断面の形状が８角形以上の多角形で構成されることを特徴とする付記項５−１９に記載の圧電アクチュエータ。
【０１３９】
６．圧電素子と、この圧電素子の端部に設けた移動体と、前記移動体と摺動可能に摩擦係合する固定部材からなる圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータが駆動する被駆動体からなり、前記圧電アクチュエータの移動体の弾性を用いて、前記被駆動体と前記移動体を弾性的に結合したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
これによれば、衝撃力に対し圧電素子が移動体から折れ外れることを防ぐことができる。
【０１４０】
７．内視鏡の光学系を駆動する圧電アクチュエータにおいて、
移動体と、この移動体に固定された圧電振動子と、前記移動体と摩擦係合する固定部材と、前記圧電振動子に急激な変位を起こし、前記圧電振動子により前記移動体に衝撃を与えて、前記移動体と前記固定部材との摩擦係合に打ち勝って、前記移動部材を前記固定部材に対して移動させる駆動手段とを設け、移動体と固定部材との摩擦力を調整手段を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
これによれば、内視鏡の光学系の駆動にあたって、アクチュエータの力によるモーメントが光学系およびアクチュエータの動作に影響を発生させない。
７−１．内視鏡の光学系と前記圧電アクチュエータがリンクで結合されることを特徴とする付記項７に記載の圧電アクチュエータ。
７−２．内視鏡の光学系と前記アクチュエータがギアで結合されることを特徴とする付記項７に記載の圧電アクチュエータ。
【０１４１】
８．圧電素子と該圧電素子の端部に固定された移動体と、該移動体と摺動可能に摩擦係合する固定部材とを有する圧電アクチュエータにおいて、前記移動体と前記圧電素子を絶縁したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
８−１．前記移動体を、前記固定部材と摺動する摺動部材と、前記圧電素子を固定する圧電素子固定部で構成し、前記圧電素子固定部を絶縁剤で構成したことを特徴とする付記項８に記載の圧電アクチュエータ。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、静止固定部材と移動体との摩擦力を調整する手段を設けることによりその静止固定部材と移動体との摩擦力が所定の値に設定することができ、静止固定部材と移動体との摩擦力の安定化を図り、正確な駆動制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係る圧電アクチュエータの縦断面図、（ｂ）はその圧電アクチュエータの組立前の各部材を並べた斜視図。
【図２】第２の実施形態に係る圧電アクチュエータの縦断面図。
【図３】第３の実施形態に係る圧電アクチュエータの縦断面図。
【図４】図３中Ａ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】第４の実施形態に係る圧電アクチュエータの縦断面図。
【図６】第５の実施形態に係る圧電アクチュエータの縦断面図。
【図７】第６の実施形態に係る圧電アクチュエータの縦断面図。
【図８】同じく第６の実施形態に係る圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図。
【図９】第７の実施形態に係る圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図。
【図１０】第８の実施形態に係る圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図。
【図１１】第９の実施形態に係る圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図。
【図１２】第１０の実施形態に係る圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図。
【図１３】第１１の実施形態に係る圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図。
【図１４】第１２の実施形態に係る圧電アクチュエータの摩擦力発生機構付近の縦断面図。
【図１５】第１３の実施形態に係る圧電アクチュエータを適用した焦点調整機構を含む内視鏡先端部の断面図。
【図１６】第１３の実施形態に係る圧電アクチュエータの断面図。
【図１７】第１３の実施形態に係る内視鏡の操作部の側面図。
【図１８】第１３の実施形態に係る圧電アクチュエータにおける圧電素子のリード線接続部の斜視図。
【図１９】第１３の実施形態に係る圧電アクチュエータを駆動する駆動波形を示す説明図。
【図２０】第１３の実施形態に係る圧電アクチュエータの動作の説明図。
【図２１】第１４の実施形態に係る圧電アクチュエータの縦断面図。
【図２２】（ａ）は第１５の実施形態に係る圧電アクチュエータを組み込んだ内視鏡の観察光学系における焦点調整機構の部分の縦断面図、（ｂ）はその一部の正面図。
【図２３】第１６の実施形態に係る圧電アクチュエータを組み込んだ内視鏡の観察光学系における焦点調整機構の部分の縦断面図。
【図２４】第１７の実施形態に係る圧電アクチュエータの部分の縦断面図。
【図２５】（ａ）は第１７の実施形態に係る圧電アクチュエータの円管の内面と移動体の脚の先端部とが接触した状態の縦断面図、（ｂ）は同じくその円管の内面と移動体の脚の先端部とが接触した状態の正面図。
【符号の説明】
１…圧電アクチュエータ、２…圧電素子、３…移動体、４…固定部材、７…帯状の板ばね、８…芯出し部材、９…取付け部、１０…脚部、１１…摺動部、１２…嵌合孔、１３…摩擦力調整部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator that drives a driven portion using a deformation operation of a piezoelectric element.
[0002]
[Prior art]
In general, a piezoelectric actuator includes a piezoelectric element, a stationary member and a movable body that slides, and has a structure that connects the movable body to a driven part. For example, what is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-315282 is a moving body connected to an optical element provided in a lens portion, and the moving body is slidably held with a predetermined frictional force against a fixed member. Beam-shaped legs are provided.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When manufacturing such a conventional piezoelectric actuator, the frictional force when the tip end of the leg comes into sliding contact with the fixed member is not necessarily a predetermined value due to manufacturing errors, and variations occur from product to product. When the product is driven due to the difference in frictional force between the fixed member and the moving body for each product, there is also a difference in the amount of movement of the moving body with respect to the tip body provided with the fixed member, which makes accurate drive control difficult. The problem of becoming. The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems. The object of the present invention is to provide friction between the stationary fixing member and the moving body by providing means for adjusting the frictional force between the stationary fixing member and the moving body. An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of setting a force to a predetermined value, stabilizing a frictional force between a stationary fixing member and a moving body, and performing an accurate drive control.
[0004]
[Means and Actions for Solving the Problems]
The present invention includes a cylindrical stationary fixing member, a piezoelectric element driven by a driving means, two legs fixed to the piezoelectric element, and arranged opposite to each other in the stationary fixing member. A movable body having a sliding portion frictionally engaged with the inner surface of the stationary fixing member at one end, and a distance between the leg portions is changed by being movably fitted to the leg portion. And a frictional force adjusting member for adjusting a frictional force between the stationary fixing member and the stationary fixing member. Then, the distance between the leg portions is changed to adjust the frictional force between the sliding portion and the stationary fixing member, thereby stabilizing the operation.
[0005]
Embodiment
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator, and FIG. 1B is a perspective view in which the respective members are assembled before the piezoelectric actuator is assembled.
[0006]
(Constitution)
A piezoelectric actuator 1 according to this embodiment includes a piezoelectric element 2, a moving body 3 that is bonded and fixed to one end of the piezoelectric element 2, and a stationary fixing member 4 that is slidably engaged with the moving body 3. Consists of
[0007]
The piezoelectric element 2 is a stacked piezoelectric element formed by stacking a plurality of piezoelectric bodies and electrodes. The piezoelectric element 2 constitutes an impact force generator that applies a driving voltage to the electrodes to cause the piezoelectric body to perform mechanical expansion and contraction in the longitudinal direction of the stack, and to apply an instantaneous impact to the moving body 3. is doing. A lead wire 5 is soldered to the electrode of the piezoelectric element 2. Then, as will be described later, by applying a voltage to the piezoelectric element 2 through the lead wire 5, the piezoelectric element 2 is suddenly deformed, and the movable body 3 is shocked by the piezoelectric element to Drive means for moving the movable body 3 relative to the fixed member 4 by overcoming the frictional engagement with the fixed member 4 is configured. The lead wire 5 is connected to a control device (not shown) of driving means.
[0008]
The moving body 3 includes a strip-shaped leaf spring 7 and a disc-shaped centering member 8. The leaf spring 7 is formed by folding a belt-like leaf spring material into two at the center, and the bent middle portion serves as the attachment portion 9, and the bent both end pieces are pieces that press against the inner surface of the fixing member 4. A leg portion 10 made of a cantilever is formed. Each leg 10 is urged by spring elasticity in a direction spreading outward. The tip of each leg 10 forms a sliding portion 11 that presses against the inner surface of the fixing member 4 and frictionally engages.
[0009]
The centering member 8 is fitted into both base end portions of the leg portions 10. The centering member 8 is formed with a rectangular fitting hole 12 into which both the base end portions of the leg portions 10 are fitted. The outer diameter of the centering member 8 is slidably fitted and slidable enough to lightly contact the inner surface of the cylindrical fixing member 4. The sliding resistance of the centering member 8 with respect to the fixing member 4 is set to a sufficiently small value as compared with the frictional force between the sliding portion 11 of the moving body 3 and the fixing member 4. The fitting hole 12 of the centering member 8 is formed coaxially with the center of the inner hole of the fixing member 4. The centering member 8 constitutes a centering mechanism for restricting the centering of the piezoelectric actuator 1 by slidingly contacting the inner surface of the fixed member 4 during the movement.
[0010]
Further, the centering member 8 forms a frictional force adjusting means for adjusting the frictional force between the movable body 3 and the fixed member 4 by changing the position where the centering member 8 is fitted to the leg 10 as will be described later. It also serves as an adjustment member.
[0011]
The base end portion of each leg 10 fitted into the fitting hole 12 of the centering member 8 is such that the width of the front end side before the centering member 8 is assembled is larger than the width on the base end side. The frictional force adjusting portion 13 is formed by this region. And as shown in FIG.1 (b), it is comprised so that the dimension relationship of the width A of the most proximal end position of the frictional force adjustment part 13 and B of the most advanced position may become A <B.
That is, each leg portion 9 has a linear gradient in the region of the friction force adjusting portion 13, and further bends and extends outward from the most distal position of the friction force adjusting portion 13. A sliding portion 11 is formed. The sliding surfaces of the sliding portions 11 of the leg portions 9 are configured to have substantially the same shape as the sliding surfaces on the inner surface of the cylindrical fixing member 4 that slides on the sliding portions 11.
[0012]
An insulating member 16 is provided on each side surface of the piezoelectric element 2 located on the side of each leg 10 of the movable body 3. The insulating member 16 is preferably made of an electrically insulating material such as ceramic or plastic. As the plastic, one formed in a sheet shape such as polyimide or tetrafluoroethylene is preferable. It may be formed by coating with an electrically insulating coating material. In the present embodiment, nothing is provided at the other end of the piezoelectric element 2 on the side opposite to the fixed portion side of the movable body 3, but a weight called an inertial body may be provided.
[0013]
The attachment portion 9 of the leaf spring 7 of the movable body 3 is fixed in a state in which one end portion of the piezoelectric element 2 is fitted inside, and the connecting arm portion of the driven body is attached to the outer portion of the attachment portion 9. It is fixed by being fitted and elastically connected in a state where it is inserted into the connecting hole 18 formed in 17. This makes it easy to install and remove. In this way, the coupling arm portion 17 of the driven body and the piezoelectric actuator 1 are coupled with the attachment portion 9 of the leaf spring 7 having a leg structure inserted into the coupling hole 18 formed in the coupling arm portion 17. The elastic coupling force is set to be larger than the generated force of the piezoelectric actuator 1.
Of course, the connecting arm portion 17 of the driven body and the piezoelectric actuator 1 may be connected by other fixing means such as adhesion.
[0014]
The driven body driven by the piezoelectric actuator 1 is, for example, a lens or a mirror of an optical device. Further, an XY stage or the like that requires minute operation may be used. Examples of the lens of the optical device include a zoom lens and a focus lens such as a microscope, a camera, and an endoscope.
[0015]
(Function)
The operation of the piezoelectric actuator 1 will be described. Since the movable body 3 is inserted into the fixed member 4 and the sliding portion 11 of the leg portion 10 of the movable body 3 hits the inner surface of the fixed member 4, each leg portion 10 is elastic. Specifically, a static frictional force is generated between the inner surface of the fixing member 4 and the sliding portion 11 of the leg portion 10.
The centering member 8 is slidably fitted into the fixed member 4, moves integrally with the moving body 3, and slidably contacts the inner surface of the fixed member 4 when moving. Prevent runout.
[0016]
Next, a method for adjusting the frictional force will be described. The centering member 8 is positioned until the fitting hole 12 is fitted to the frictional force adjusting portion 13 in the leg portion 10 of the movable body 3, and the centering member 8 is based on the frictional force adjusting portion 13. If fixed toward the end side (A side in FIG. 1B), the opening of the leg portion 10 of the movable body 3 is increased, and the deflection of the leg portion 10 is also increased. The frictional force of the sliding portion 11 that comes into contact with the inner surface of the fixing member 4 increases.
On the contrary, if the centering member 8 is fixed to the front end side of the frictional force adjusting portion 13 of the movable body 3 (B side in FIG. 1 (b)) and fixed, the opening of the leg portion 12 becomes small. 10 also decreases, so that the frictional force of the sliding portion 11 that comes into contact with the inner surface of the fixing member 4 is reduced, and the deflection of the leg 10 is limited by the centering member 8 provided on the movable body 3 in this way. Thus, the frictional force of the sliding portion 11 that contacts the inner surface of the fixing member 4 is adjusted.
[0017]
Next, the operation of the piezoelectric actuator 1 will be described. First, when a voltage having a rapidly expanding waveform is applied to the piezoelectric element 2 from the controller of the driving means through the lead wire 5, an inertial force is generated in the piezoelectric element 2 at that time, and an impact force is applied to the moving body 3. Greatly added. Since this inertial force is larger than the static frictional force generated at the sliding portion 11 of the moving body 3, the moving body 3 moves slightly to the left in FIG. Next, when the piezoelectric element 2 is contracted slowly, the inertial force generated at this time is smaller than the static frictional force, so that the moving body 3 stops in place. By repeating this step, the moving body 3 of the piezoelectric actuator 1 moves together with the piezoelectric element 2. Since the actual driving frequency of the driving voltage here is as high as several tens of kHz, the piezoelectric actuator 1 can operate smoothly in total. In order to move the piezoelectric actuator 1 in the opposite direction, a voltage having a waveform that reverses the direction in which the inertial force described above is generated may be applied.
If an inertial body (not shown) is provided at the end opposite to the moving body 3 of the piezoelectric element 2, the inertial force is increased by the inertial body, and the driving force is increased.
[0018]
(effect)
By selecting the installation position of the centering member 8, the frictional force of the moving body 3 with respect to the fixed member 4 can be easily adjusted. For this reason, it is possible to provide a piezoelectric actuator in which the frictional force does not vary among the individual piezoelectric actuators 1, the performance can be stabilized, and accurate drive control can be performed. Also, the frictional force between the moving body 3 and the fixed member 4 can be easily adjusted, and readjustment can be easily performed.
Further, since the centering member 8 prevents the core of the piezoelectric actuator 1 from falling down, the movable body 3 of the piezoelectric actuator 1 does not bite into the fixed member 4 or the like in the middle, and the operation is stable. A reliable piezoelectric actuator 1 can be provided.
[0019]
In this embodiment, since the frictional force adjusting mechanism and the centering mechanism by the centering member 8 are combined, the number of parts is reduced, the assembly is easy, and the manufacturing cost of the piezoelectric actuator 1 can be reduced. it can.
Further, since the attachment portion 9 of the piezoelectric actuator 1 can be elastically coupled simply by being pushed into the coupling hole 18 formed in the coupling arm portion 17 of the driven body, the coupling and assembly thereof are easy.
[0020]
Since the insulating member 16 is provided between the frictional force adjusting portion 13 of the movable body 3 and the piezoelectric element 2, the movable body 3 does not directly contact the piezoelectric element 2 portion and is electrically Safe.
Since the frictional force adjusting unit 13 of the moving body 3 suppresses the piezoelectric element 2 via the insulating member 16, the piezoelectric element 2 is hardly broken by an impact, and the durability of the piezoelectric actuator 1 is improved.
In addition, when an inertial body as a separate member is provided, the inertial force generated when the piezoelectric element 2 is rapidly deformed is increased, so that the driving force is increased.
[0021]
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
The piezoelectric actuator 20 according to this embodiment includes a piezoelectric element 21, a moving body 22 provided at one end of the piezoelectric element 21, and a cylindrical fixing member 23 slidably engaged with the moving body 22. The movable body 22 and the coupling member 24 that elastically couples the piezoelectric element 21 are configured. An output shaft (not shown) is attached to the moving body 22, and this output shaft is fixed to a driven body (not shown). The driven body is, for example, a lens or a mirror of an optical device, but may be an XY stage that requires a minute operation. The lens of the optical device is, for example, a zoom lens, a focus lens, an illumination lens, or the like such as a microscope, a camera, or an endoscope.
[0022]
The piezoelectric element 21 is a laminated piezoelectric element, and a lead wire 25 is connected to the electrode. The lead wire 25 is connected to a control device (not shown) of driving means.
Further, a coupling member (not shown) made of an elastic member may be provided between the moving body 22 and the lead wire 25 so that both are elastically coupled.
[0023]
The movable body 22 includes a piezoelectric element fixing portion 26 bonded and fixed to one end of the piezoelectric element 21, at least two leg portions 27 extending from the piezoelectric element fixing portion 26 into a cantilever shape, It is comprised with the sliding part 28 each provided in the extension front-end | tip. The leg portion 27 has a cantilever shape with respect to the piezoelectric element fixing portion 26, and the sliding portion 28 is formed at the tip thereof. The sliding portion 28 is formed in a shape that can slide smoothly with the inner surface of the fixing member 23.
The inner surface of the fixing member 23 is smoothly formed so as to be able to slide smoothly with the moving body 22. Further, the outer shape of the fixing member 23 may have any shape, and it is sufficient that the fixing member 23 has a shape that can be easily assembled when the driven body (not shown) is driven.
[0024]
The coupling member 24 is provided between the leg portion 27 of the moving body 22 and the piezoelectric element 21. The material of the coupling member 24 is preferably an elastic body. For example, a silicon-based adhesive or rubber is preferable. The coupling member 24 is configured to have better thermal conductivity than air. The coupling member 24 may be made of an electrically insulating material.
[0025]
The elastic force of the coupling member 24 is set to be sufficiently smaller than the generated force of the piezoelectric element 21. Further, as shown in FIG. 2, the coupling member 24 may be coupled to the entire leg portion 27, or only a part thereof. In particular, if it is a part, the sliding part 28 side of the leg part 27 is good. The coupling member 24 may be fixed to the moving body 22 and elastically contact the piezoelectric element 21.
Also in this embodiment, nothing is provided at the other end of the piezoelectric element 21, but a weight called an inertial body may be provided.
[0026]
(Function)
The piezoelectric element 21 is elastically coupled and pressed by the coupling member 24 provided on the movable body 22, and covers and protects the piezoelectric element 21. Since the operation of the piezoelectric actuator 20 is the same as that described in the first embodiment, a description thereof will be omitted. In the case where the piezoelectric element 21 is provided with an inertial body, the inertial force during the operation increases and the driving force is increased.
[0027]
(effect)
Since the piezoelectric element 21 is elastically pressed by the coupling member 24, the piezoelectric element 21 is not broken when an impact is applied to the piezoelectric actuator 20, the impact resistance is improved, and the quality of the piezoelectric actuator 20 is improved. .
Since the coupling member 24 having a good thermal conductivity is used, the heat generated in the piezoelectric element is quickly dissipated and the performance of the piezoelectric actuator 20 is not deteriorated by the heat, and the quality is maintained.
Since an electrical insulating material is used for the coupling member 24, the piezoelectric element 21 and the leg portion 27 are not in electrical contact with each other, thereby improving safety.
[0028]
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
(Constitution)
A piezoelectric actuator 30 according to this embodiment includes a piezoelectric element 31, a moving body 32 fixed to one end of the piezoelectric element 31, a base 33 as a stationary base for fixing the other end of the piezoelectric element 31, and the movement. A locking member 34 is slidably frictionally engaged with the body 32.
[0029]
The piezoelectric element 31 is a laminated piezoelectric element, and a lead wire 35 is soldered to the electrode. The lead wire 35 is connected to a piezoelectric actuator control device (not shown). As shown in FIG. 4, the piezoelectric element 31 is chamfered at four ridge lines in the longitudinal direction.
[0030]
The moving body 32 is provided so as to cover the piezoelectric element 31. The moving body 32 includes a sliding portion 36 that slides with the engaging member 34 and a piezoelectric element fixing member 37 that fixes the piezoelectric element 31. The piezoelectric element fixing member 37 is made of an electrically insulating material such as ceramics or plastic. A coupling member 38 is provided between the moving body 32 and the piezoelectric element 31. The coupling member 38 is preferably an elastic body, for example, a silicon adhesive. The coupling member 38 preferably has a thermal conductivity higher than that of air. The coupling member 38 is also an electrical insulating material.
[0031]
The base (stationary base) 33 includes a piezoelectric element fixing portion 39 that fixes one end of the piezoelectric element 31 and a support portion 40 that slidably supports the movable body 32. The sliding resistance between the moving body 32 and the support portion 40 that supports the moving body 32 is configured to be much smaller than the frictional force between the locking member 34 and the moving body 28. .
On the other hand, the locking member 34 is provided with a guide hole 41 through which the moving body 32 is inserted and guided. The moving body 32 moves by sliding the sliding portion 36 on the inner peripheral surface of the guide hole 41. The locking member 34 is provided with a spring, for example, a leaf spring 42, as an urging means that is pressed against the moving body 32. The movable body 32 is pressed against the inner peripheral surface of the guide hole 41 of the locking member 34 by the leaf spring 42 and the leaf spring 42 to generate a frictional resistance. The frictional resistance can be adjusted by the degree of fastening of the leaf spring 42.
[0032]
The locking member 34 is provided with an optical component such as a camera, a microscope, or an endoscope, for example, a lens or a mirror, or an XY fine movement stage. For example, if it is a lens, a focus lens, a zoom lens, etc. are good.
[0033]
(Function)
When a voltage for rapidly extending the piezoelectric element 31 is applied from the piezoelectric actuator control device to the piezoelectric element 31 through the lead wire 35, the piezoelectric element 31 rapidly extends to the other end side with one end fixed to the base 33. When the inertial force generated at this time overcomes the frictional force between the locking member 34 and the moving body 32, the moving body 32 moves leaving the locking member 34. Next, on the contrary, when a voltage that causes the piezoelectric element 31 to contract slowly is applied, the inertial force generated at that time does not overcome the frictional force between the locking member 34 and the moving body 32, and the moving body 32 contracts without moving relative to the locking member 34. By repeating these, the piezoelectric actuator 30 is driven.
[0034]
(effect)
Since the coupling member 38 elastically supports the piezoelectric element 31 and the coupling member 38 fills the space between the moving body 32 and the piezoelectric element 31, an impact applied to the piezoelectric element 31 is affected by the coupling member. It is soft with 38 and impact resistance is improved.
Since the coupling member 38 is made of a material having high thermal conductivity, the heat generated by the piezoelectric element 31 can be quickly radiated and the performance of the piezoelectric element 31 is not deteriorated.
Further, the piezoelectric element fixing member 37 and the coupling member 38 formed of an electrically insulating material electrically insulate the piezoelectric element 31 from the moving body 32, the locking member 34, and the base 33. Further, since the piezoelectric element 31 is covered with the electrically insulating material coupling member 38, the electrical insulation between the piezoelectric element 31 and the movable body 32 is improved. Further, since the ridge line portion of the piezoelectric element 31 is chamfered, the ratio of the cross-sectional area of the piezoelectric element 31 to the cross-sectional area of the movable body 32 can be increased. Therefore, the performance of the piezoelectric actuator 30 can be improved.
[0035]
<Fourth Embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
The piezoelectric actuator 45 according to this embodiment includes a piezoelectric element 46, a coupling member 47 provided with one end connected to one end of the piezoelectric element 46, a moving body 48 provided at the other end of the coupling member 47, It comprises a base 49 as a stationary base for fixedly supporting the other end of the piezoelectric element 46 by adhesion or the like, and a locking member 50 slidably engaged with the moving body 48.
[0036]
The piezoelectric element 46 is a piezoelectric (electrostrictive) element, but in the present embodiment, a multilayer piezoelectric element is used. A lead wire is fixed to the piezoelectric element 46, which is not shown in the present embodiment.
The moving body 48 is slidably supported through the support portion 51 of the base 49. The sliding resistance between the moving body 48 and the support portion 51 is set to be much smaller than the frictional force between the locking member 50 and the moving body 48. A surface treatment or a sliding material is used for the sliding contact portion in order to reduce sliding resistance.
[0037]
The locking member 50 is provided with a fitting hole 52 that penetrates the moving body 48, and the moving body 48 is fitted into the fitting hole 52 so as to slide. Further, an urging means such as a leaf spring in the above embodiment may be provided so that the moving body 48 is pressed against the locking member 50.
[0038]
Although not shown in the drawing, the locking member 50 is fixed with optical elements such as lenses, mirrors, and solid-state imaging devices used in endoscopes, microscopes, cameras, etc., but not limited thereto, for example, an XY stage is fixed. It can also be used as a positioning device.
The coupling member 47 is constructed by incorporating a displacement enlarging mechanism using elastic deformation. Although not shown in the figure as a displacement enlarging mechanism in this case, for example, the lever principle is used to enlarge the vibration of the piezoelectric element 46, that is, the displacement amount. By using the lever principle, the displacement magnification rate can be arbitrarily set by arbitrarily setting the relationship between the force point, the fulcrum, and the action point. Further, the elastically deforming portion of the displacement magnifying mechanism may be a fulcrum portion or the lever itself, for example. Specifically, the lever may be configured by a leaf spring, or a lever fulcrum may be integrally formed, and the fulcrum may be elastically deformed so that the lever moves.
[0039]
(Function)
Since the operation of the piezoelectric actuator 45 of the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted. The displacement enlarging mechanism increases the amount of movement of the moving body 48.
[0040]
(effect)
Since the piezoelectric element 46 and the moving body 48 are coupled by a displacement enlarging mechanism using elastic deformation, a large displacement can be obtained by one expansion and contraction of the piezoelectric element 46, and the movement amount of the fixing member 50 can be reduced. It can be taken big.
[0041]
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
The piezoelectric actuator 54 according to this embodiment includes a piezoelectric element 55, a moving body 56 provided at one end of the piezoelectric element 55, and a fixed member 57 as a stationary member slidably engaged with the moving body 56. And a frictional force generating mechanism 58 for generating a frictional force between the moving body 56 and the fixed member 57.
[0042]
The piezoelectric element 55 is a piezoelectric (electrostrictive) element, and in the present embodiment, a laminated piezoelectric element is used. A lead wire 59 for transmitting a drive signal is soldered to the electrode of the piezoelectric element 55. The lead wire 59 is connected to a piezoelectric actuator drive control device (not shown).
[0043]
The moving body 56 includes a piezoelectric element fixing member 61 attached to one end of the piezoelectric element 55, a sliding member 62 attached to the piezoelectric element fixing member 61 and sliding on the inner surface of the fixing member 57, and a piezoelectric element. The coupling member 63 is attached to the other end of the element fixing member 61. The sliding member 62 has a cylindrical shape and is configured to cover the piezoelectric element 55. The moving body 56 has a structure in which the piezoelectric element fixing member 61 is attached to one end of the sliding member 62 and the coupling member 63 is attached to the other end of the sliding member 62 so that the inside is hermetically sealed. The outer surface of the sliding member 62 that is in sliding contact with the stationary member fixing member 57 is very smooth. The piezoelectric element fixing member 61 is formed of an electrical insulator. As the electrical insulating material, for example, a hard ceramic or a hard plastic is preferable. Further, an insulating film may be applied to a metal material such as aluminum.
[0044]
The coupling member 63 is elastically coupled to the lead wire 59. For this purpose, the coupling member 63 may be a rear lid 64 attached to one end opening of the sliding member 62, or the rear lid 64. An adhesive 65 or the like that elastically couples the lead wire 59 may be used, and at least the one having a lower (soft) elastic modulus may be used as the coupling member 63. As the adhesive, a silicon-based adhesive or an epoxy-based adhesive having a low Young's modulus is preferable.
[0045]
The movable body 56 is provided with a shaft 66 through which the output of the piezoelectric actuator 54 can be taken out. For example, an optical system element (not shown) of a driven body is fixed to the shaft 66. Examples of the optical element include a lens, a mirror, and a solid-state image sensor used for an endoscope, a microscope, a camera, and the like.
[0046]
The inner surface of the fixing member 57 is cylindrical so that the inner surface of the fixing member 57 can be slidably engaged with the movable body 56, and the sliding contact surface is very smooth. The outer shape of the fixing member 57 may be a shape required when the piezoelectric actuator 54 is incorporated.
[0047]
The frictional force generating mechanism 58 is attached to the fixing member 57. As the frictional force generating mechanism 58, an urging member, for example, a leaf spring 67 is provided. One end of the leaf spring 67 is fixed to the fixing member 57 by screws 68. This fixing method may be other than screwing, for example, using a fusion or an adhesive. The fixing member 57 is formed with a slit or hole 69 into which the other end of the leaf spring 67 enters. Through this hole 69, the fixing member 57 is brought into pressure contact with the outer surface of the sliding member 62 of the movable body 56 and is frictionally engaged. It is like that. The slit or hole 69 and the leaf spring 67 are provided so as to generate a frictional force even when the fitting length between the moving body 56 and the fixed member 57 is minimized.
The frictional force generating mechanism 58 can adjust the frictional force by adjusting the urging force of the leaf spring 67, for example.
[0048]
(Function)
Based on the above configuration, the operation will be described. First, the frictional force generating mechanism 58 that generates a frictional force will be described. At the same time as the free tip of the leaf spring 67 presses against the outer surface of the sliding member 62 of the moving body 56 and the sliding member 62 of the moving body 56 is pressed against the fixed member 57 to obtain a frictional force therebetween. The frictional force between the sliding member 62 and the leaf spring 67 is obtained. This frictional force can be adjusted and assembled.
[0049]
Next, the operation of the piezoelectric actuator 54 will be described. When a driving voltage at which the piezoelectric element 55 rapidly extends is applied to the piezoelectric element 55, an inertial force generated in the moving body 56 at that time is larger than a frictional force between the moving body 56 and the fixed member 57 side. The moving body 56 slightly moves toward the shaft 66 side. Thereafter, when the piezoelectric element 55 is slowly contracted and a driving voltage is applied so that the generated inertial force is smaller than the frictional force, the moving body 56 stays in place and does not move. By repeating this cycle, the piezoelectric actuator 54 can be moved intermittently in the left direction of FIG. When the piezoelectric actuator 54 is driven in the opposite direction, a cycle of rapidly contracting and slowly extending the piezoelectric element 55 may be repeated. The coupling member 63 elastically supports the lead wire 59.
[0050]
(effect)
Since the friction force is obtained by the leaf spring 67, the friction force can be easily adjusted to an arbitrary value by adjusting the spring elastic force of the leaf spring 67. That is, it is possible to provide the piezoelectric actuator 54 in which the frictional force between the fixed member 57 as a stationary member and the moving body 56 can be easily adjusted.
[0051]
Since the moving body 56 has a cylindrical shape and is fitted to the fixing member 57, the piezoelectric actuator 54 is not misaligned and can be driven accurately.
Since the sliding surfaces of the fixed member 57 and the moving body 56 are smoothly polished, the wear resistance is improved and the quality of the piezoelectric actuator 54 is improved.
[0052]
Since the position of the leaf spring 67 and the like is determined so that the movable body 56 and the fixed member 57 can be fitted and frictionally engaged even when the shaft 66 extends to the maximum, there is no wasted space and stable. A frictional force can be provided, and the performance of the piezoelectric actuator 54 is stabilized.
[0053]
Since the piezoelectric element 55 is covered by the moving body 56, foreign matter is not attached to the piezoelectric element 55, and the piezoelectric element 55 is not deteriorated or destroyed, so that there is reliability. Further, since the piezoelectric element 55 is hermetically sealed, the penetration of moisture, gas, or the like that deteriorates the piezoelectric element 55 is prevented, and resistance to moisture, gas, or the like is improved. Furthermore, it is not necessary to apply a moisture-proof coating or the like to the piezoelectric element 55 itself, and the cost can be reduced.
[0054]
Since the piezoelectric element fixing member 61 is composed of the electrical insulator, the piezoelectric element 55 is electrically insulated, and electrical safety is enhanced. Since the piezoelectric element 55 is covered with the electrical insulator, design and manufacture are easy and cost reduction can be achieved, for example, the restriction on the mounting height of the lead wire 59 is eased.
[0055]
Since the lead wire 59 is supported by the coupling member 63, the stress concentration during the expansion and contraction of the lead wire 59 accompanying the forward / backward movement of the piezoelectric actuator 54 can be dispersed, and the durability against repeated driving of the piezoelectric actuator 54 is achieved. Will improve.
[0056]
<Sixth Embodiment>
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator, and FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the frictional force generating mechanism of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
The piezoelectric actuator 70 according to this embodiment includes a piezoelectric element 71, a moving body 72 provided at one end of the piezoelectric element 71, and a fixed member as a stationary member slidably engaged with the moving body 72. 73 and a frictional force generating mechanism 74 that generates a frictional force between the moving body 72 and the fixed member 73.
[0057]
The piezoelectric element 71 is a piezoelectric (electrostrictive) element, and in the present embodiment, a multilayer piezoelectric element is used. A lead wire 75 is soldered to the end of the piezoelectric element 71 closer to the movable body fixed side. The connection means of the lead wire 75 is not limited to soldering, and may be fixed using a conductive adhesive. The lead wire 75 is connected to a piezoelectric actuator control device (not shown).
[0058]
The moving body 72 is provided so as to cover the piezoelectric element 71, and the piezoelectric element 71 is installed inside the sealed moving body 72. The moving body 72 is slidably installed in a guide hole 76 of a fixed member 73 as a stationary member. The moving body 72 includes a cylindrical sliding member 77, a front lid 78 bonded and fixed to the front end of the sliding member 77, and a piezoelectric element fixing member 79 bonded and fixed to the rear end of the sliding member 77. It is composed of The surface of the sliding member 77 is very smooth so that it can slide smoothly into the guide hole 76 of the fixing member 73.
[0059]
The shaft 80 projects from the front lid 78 of the sliding member 77. The front lid 78 and the shaft 80 are preferably made of a light material such as aluminum or plastic. The shaft 80 is connected to an optical element (not shown), a fine movement table (not shown) and the like as described in the fifth embodiment.
[0060]
The piezoelectric element fixing member 79 attached to the other end of the sliding member 77 is provided with a hole 81 through which the lead wire 75 is passed. The lead wire 75 and the hole 81 are elastically fixed via a coupling member 82. The coupling member 82 may be an elastic body such as silicon or rubber filler or adhesive. An epoxy adhesive having a low Young's modulus may also be used.
[0061]
The piezoelectric element fixing member 79 is made of an electrical insulator. For example, plastic, ceramic, or a metal whose surface is insulated is preferable.
A tube-shaped electrical insulator 84 is provided between the inner surface of the sliding member 77 and the outer periphery of the piezoelectric element 71. In this embodiment, a polyimide tube is used for the electrical insulator 84. The tubular electrical insulator 84 may not be bonded and fixed to the moving body 72.
[0062]
The inner surface of the guide hole 76 of the fixed member 73 is configured so that the sliding member 77 of the moving body 72 can slide smoothly, and the inner surface for sliding is very smooth. The outer shape of the fixing member 73 may be any shape suitable for incorporating the piezoelectric actuator 70 into a camera, a microscope, or an endoscope as described in the fifth embodiment.
[0063]
Further, the frictional force generating mechanism 74 is provided on the wall portion of the fixing member 73. The frictional force generating mechanism 74 adjusts the pressing member 85 pressed against the outer peripheral surface of the sliding member 77 of the moving body 72, the spring 86 that biases the pressing member 85 in the pressing direction, and the biasing force of the spring 86. It is comprised with the adjustment screw 87 to do. The adjustment screw 87 is screwed into the wall portion of the fixing member 73 and constitutes a friction force adjusting means for adjusting the friction force between the fixing member 73 and the moving body 72 in accordance with the screwing amount of the adjustment screw 87. . The front end of the pressing member 85 is a sliding surface 88 configured smoothly so that it can slide smoothly with the outer peripheral surface of the sliding member 77.
[0064]
The urging spring 86 may be an elastic body. For example, a rubber member 89 may be used instead of the spring 86 as shown in FIG. FIG. 8 shows only the portion of the frictional force generating mechanism in this case.
[0065]
(Function)
Based on the above configuration, the operation will be described. First, a method for generating a friction force by the friction force generation mechanism 74 will be described. When the adjustment screw 87 is turned and the adjustment screw 87 is screwed into the fixing member 73 to press the spring 86, the pressing force acts on the pressing member 85, and the outer peripheral surface of the sliding member 77 of the moving body 72. Press on. Thereby, a vertical drag is generated, and a frictional force is generated between the movable body 72 and the body. In addition, the frictional force is changed by selecting the screwing amount of the adjusting screw 87 and adjusted to a predetermined frictional force.
Since the driving action of the piezoelectric actuator 70 is the same as that of the fifth embodiment described above, a description thereof will be omitted. However, since the fixing position of the piezoelectric element 71 is different, the advancing direction on FIG. 7 is opposite to that of the fifth embodiment described above.
[0066]
(effect)
By selecting the screwing amount of the adjusting screw 87, the frictional force between the moving body 72 and the fixed member 73 can be easily adjusted to a constant value, so that the performance of the piezoelectric actuator 70 is stabilized. That is, it is possible to provide a piezoelectric actuator that can easily adjust the frictional force.
[0067]
Since the piezoelectric element 71 is covered by the moving body 72 and sealed inside the moving body 72, the performance of the piezoelectric element 71 is not deteriorated by humidity, and it is not affected by the outside world such as liquid or gas. Stable performance can be maintained.
Since the lead wire 75 is soldered closer to the piezoelectric element fixing member 79, the piezoelectric element 71 is tilted and bonded due to variations in bonding between the piezoelectric element 71 and the piezoelectric element fixing member 79. However, the possibility that the soldered portion of the lead wire 75 contacts the sliding member 77 of the moving body 72 is reduced, and the electrical safety is improved.
[0068]
Since the lead wire 75 is elastically fixed to the piezoelectric element fixing member 79 through the coupling member 82, stress concentrates on the fixing portion of the lead wire 75 when the piezoelectric actuator 70 advances and retreats. In other words, the resistance to the stretching force of the lead wire 75 can be improved.
[0069]
Since a tubular electrical insulator 84 is provided between the piezoelectric element 71 and the moving body 72, the tolerance of the electrode height of the piezoelectric element 71 and the height of the soldered portion of the lead wire 75 are provided. Even if there is a variation such as, the electrode and the lead wire 75 do not come into contact with the moving body 72. As a result, since the dimensional tolerance of the piezoelectric element 71 and the limit of the mounting height of the lead wire 75 can be relaxed, the piezoelectric actuator 70 can be made cheaply. Moreover, electrical safety is improved.
[0070]
<Seventh Embodiment>
The seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the frictional force generating mechanism of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
The seventh embodiment is an example in which the frictional force generating mechanism in the sixth embodiment described above is modified. Only the deformed frictional force generating mechanism 74 will be described, and the description of the other parts will be omitted because it is the same as that of the sixth embodiment described above.
[0071]
The frictional force generating mechanism 74 includes a pressing member 85 that is pressed against the outer peripheral surface of the sliding member 77 of the moving body 72, and a balloon 92 that urges the pressing member 85 in the pressing direction. These members are disposed in a hole 93 formed in the wall portion of the fixing member 73. The abutting surface of the pressing member 85 is configured to be smoothly slidable with the sliding member 77.
[0072]
The balloon 92 is provided with an inlet 94 for liquid or gas, and for example, a syringe or the like can be inserted into the inlet 94 to fill the balloon 92 with liquid or gas so that the balloon 92 can be inflated. It has become. The fixing member 73 is provided with an injection hole 95 used for inserting an injection device when liquid or gas is injected into the injection port 94 of the balloon 92.
[0073]
(Function)
The action of the frictional force generating mechanism 74 will be described. By injecting liquid or gas into the balloon 92, the balloon 92 expands, and the pressing member 85 is pushed into the sliding member 77 side of the moving body 72. As a result, the pressing member 85 presses against the sliding member 77 of the moving body 72 and presses the sliding member 77 against the inner surface of the guide hole 76 of the fixed member 73. These pressing forces become vertical drags and generate frictional forces.
Since the driving action of the piezoelectric actuator 70 is the same as that of the sixth embodiment described above, the description thereof is omitted.
[0074]
(effect)
In the present embodiment, the balloon 92 is used as the urging means in the frictional force generating mechanism 74, and the pressure of gas or liquid in the balloon 92 can be easily changed, and the frictional force can be easily adjusted. That is, a frictional force adjusting mechanism is configured.
Since effects other than the frictional force generation mechanism 74 are the same as those in the sixth embodiment described above, a description thereof is omitted.
[0075]
<Eighth Embodiment>
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the frictional force generating mechanism of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
This embodiment is also a modification of the above-described sixth embodiment, and the only difference from the sixth embodiment is the configuration of the frictional force generating mechanism 74. Description of other configurations is omitted.
[0076]
The frictional force generating mechanism 74 includes a pressing member 85, a second piezoelectric element 96, and a fixing plate 97 in a hole 93 formed in the wall portion of the fixing member 73. The piezoelectric element 96 is interposed between the pressing member 85 and the fixed plate 97. The pressing member 85 may be bonded and fixed to the tip of the second piezoelectric element 96, or may be in elastic contact. Further, the other end of the second piezoelectric element 96 and the fixing plate 97 may be bonded and fixed, or may be in elastic contact.
[0077]
The fixing plate 97 is bonded and fixed to the fixing member 73. The fixing plate 97 is a holding member that receives the second piezoelectric element 96, and as this holding member, a screw member may be used instead of the fixing plate 97, and the fixing plate 73 may be screwed and fixed. Alternatively, a preload may be applied to the pressing member 85 and the second piezoelectric element 96 by screwing.
A lead wire 98 is soldered to the second piezoelectric element 96, and the lead wire 98 is led out of the fixing member 97 through a hole 99 of the fixing plate 97.
[0078]
(Function)
The operation of only the frictional force generating mechanism 74 will be described, and the other operations are the same as those in the sixth embodiment described above, and will be omitted.
When a voltage is applied to the second piezoelectric element 96, the second piezoelectric element 96 extends and pushes the pressing member 85. The pressing force varies depending on the applied voltage. As a result, the sliding member 77 of the moving body 72 is pressed against the fixed member 73. The moving body 72 and the fixed member 73 are frictionally engaged.
[0079]
(effect)
Since the pressing force of the pressing member 85 can be easily changed by the voltage applied to the second piezoelectric element 96, the frictional force can be easily adjusted. Since the frictional force can be electrically controlled, complicated control of the piezoelectric actuator 70 becomes possible. That is, a frictional force adjusting mechanism is configured.
[0080]
When a screw is used instead of the fixing plate 97, the pressing member 85 can be pressed before the voltage is applied to the second piezoelectric element 96 to apply a preload, so that a voltage is applied to the piezoelectric element 96. Then, it becomes easier to adjust to the desired frictional force. Since other effects are the same as those of the sixth embodiment described above, the description thereof is omitted.
[0081]
<Ninth Embodiment>
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the frictional force generating mechanism of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
This embodiment is a modification of the frictional force generating mechanism 74 shown in the eighth embodiment described above. Description of other configurations is omitted. The friction force generation mechanism 74 of this embodiment is obtained by replacing the second piezoelectric element 96 of the friction force generation mechanism 74 described above with a chemo mechanism 101. The chemo mechanism 101 functions in substantially the same manner as a piezoelectric element.
[0082]
(Function)
When a voltage is applied to the chemo mechanism 101, the chemo mechanism 101 extends, presses the pressing member 85, and presses the sliding member 77 of the moving body 72 against the fixing member 73 via the pressing member 85. Thereby, the movable body 72 and the fixed member 73 are frictionally engaged. Since other operations are the same as those of the above-described eighth embodiment, description thereof will be omitted.
(effect)
Since the effect of this embodiment is the same as that of the eighth embodiment, the description thereof is omitted.
[0083]
<Tenth Embodiment>
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the frictional force generating mechanism of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
This embodiment is also a modification of the above-described eighth embodiment, and the only difference from the eighth embodiment is the configuration of the frictional force generating mechanism 74. For this reason, description is abbreviate | omitted about another structure.
In this embodiment, the frictional force generating mechanism 74 has a superposition for pressing and urging the pressing member 85, the coil 102, and the pressing member 85 in the hole 93 formed in the wall portion of the fixing member 73. The magnetostrictive element 103 and a fixture 104 that receives the rear end of the giant magnetostrictive element 103 are installed. The giant magnetostrictive element 103 is coaxially arranged in the winding core of the coil 102. The giant magnetostrictive element 103 is an element having a property of extending when a magnetic field is applied, and has a property functionally similar to that of a piezoelectric element.
[0084]
The pressing member 85 is elastically fixed to the tip of the giant magnetostrictive element 103, and the fixture 104 is fixed to the other end of the giant magnetostrictive element 103. The fixture 104 is fixedly bonded to the fixing member 73. The coil 102 provided around the giant magnetostrictive element 103 is bonded and fixed to the inner wall of the hole 93 of the fixing member 73. A lead wire 105 is connected to the coil 102. The lead wire 105 penetrates the fixture 104 and leads to the outside.
Before applying a voltage to the coil 102, the super magnetostrictive element 103 and the pressing member 85 are pressed against the sliding portion 77 of the moving body 72 using the fixture 104, thereby preloading the super magnetostrictive element 103. You may make it give.
[0085]
(Function)
The operation of the frictional force generating mechanism 74 will be described. When a voltage is applied to the coil 102, a magnetic field is generated. Then, the giant magnetostrictive element 103 is extended, and at that time, the pressing member 85 fixed to the giant magnetostrictive element 103 is pushed. Then, the pressing member 85 presses the movable body 72 against the fixed member 73, and the movable body 72 and the fixed member 73 are frictionally engaged. Since the operation of the piezoelectric actuator 70 is the same as that of the eighth embodiment described above, the description thereof is omitted.
[0086]
(effect)
The magnitude of the frictional force that frictionally engages the moving body 72 and the fixed member 73 can be easily adjusted by the value of the voltage applied to the coil 102.
When a preload is applied to the giant magnetostrictive element 103, the frictional force generated by the frictional engagement can be adjusted with a certain width, so that the target frictional force can be easily adjusted. The other effects of the piezoelectric actuator 70 are the same as those of the eighth embodiment described above, and are therefore omitted.
[0087]
<Eleventh embodiment>
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the frictional force generating mechanism of the piezoelectric actuator.
(Constitution)
This embodiment is also a modification of the above-described eighth embodiment, and the only difference from the eighth embodiment is the configuration of the frictional force generating mechanism 74. For this reason, description is abbreviate | omitted about another structure.
The frictional force generating mechanism 74 in this embodiment is configured by arranging a pressing member 85, a solenoid 108, and a fixture 109 similar to those described above in a hole 93 formed in the wall portion of the fixing member 73. The solenoid 108 includes a coil 110 and a shaft (plunger) 111. The coil 110 is bonded and fixed to the fixture 109, and the shaft 111 is bonded and fixed to the pressing member 85. The shaft 111 is made of a magnetic material such as a magnet so as to have magnetism. The fixture 109 is adhesively fixed to a fixing member 73 of the piezoelectric actuator 70. The coil 110 is bonded and fixed to the inner wall of the hole 93 of the fixing member 109. A lead wire 112 is connected to the coil 110. The lead wire 112 penetrates the fixture 109 and leads to the outside.
[0088]
(Function)
The operation of the frictional force generating mechanism 74 will be described. When a voltage is applied to the coil 110, the shaft 111 is urged to be pushed out of the coil 110 by repelling a magnetic field generated in the coil 110. . Then, the pressing member 85 fixed to the shaft 111 presses the sliding member 77 of the moving body 72 against the fixing member 73, so that the moving body 72 and the fixing member 73 are slidably engaged with each other. By changing the voltage applied to the coil 110, the pressing force of the pressing member 85 is changed. That is, a frictional force adjusting mechanism that adjusts the frictional force is configured. Since the operation of the piezoelectric actuator 70 is the same as that of the above-described eighth embodiment, description thereof is omitted.
[0089]
(effect)
The other effects of the piezoelectric actuator 70 are the same as those of the eighth embodiment described above, and are therefore omitted.
Since the solenoid 108 is used for the frictional force generating mechanism 74, the force applied to the pressing member 85 can be adjusted by changing the voltage applied to the coil 110, and the frictional force can be easily set to a desired value.
[0090]
<Twelfth Embodiment>
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14A is a longitudinal sectional view in the vicinity of the frictional force generating mechanism of the piezoelectric actuator, and FIG. 14B is a sectional view taken along line AA in FIG.
(Constitution)
The piezoelectric actuator of the present embodiment includes a piezoelectric element 113, a moving body 114 fixed to one end of the piezoelectric element 113, and a fixed member 115 as a stationary member slidably engaged with the moving body 114. It is configured with.
The piezoelectric element 113 uses a laminated piezoelectric element, but other electrostrictive elements may be used.
A lead wire 116 is soldered to the piezoelectric element 113. As shown in FIG. 14B, the piezoelectric element 113 has chamfered four ridge lines in the longitudinal direction.
[0091]
The movable body 114 includes a piezoelectric element fixing member 117, a cylindrical sliding member 118 having one end connected and fixed thereto, and a rear lid 119 attached to the other end of the sliding member 118 by adhesive. It is configured. Further, one end of the piezoelectric element 113 is bonded and fixed to the piezoelectric element fixing member 117. The piezoelectric element 113 is hermetically disposed inside the moving body 114 and is surrounded by the moving body 114. The rear lid 119 is provided with a hole 119a through which the lead wire 116 is passed, and the lead wire 116 is bonded and fixed in the hole 119a. The hole 119a is filled with an adhesive and closed.
[0092]
As shown in FIG. 14A, a coupling member 120 is provided between the moving body 114 and the piezoelectric element 113. The coupling member 120 is attached to the inner surface of the cylindrical sliding member 118 of the movable body 114, and is interposed between the movable body 114 and the piezoelectric element 113 to elastically couple them. In the present embodiment, in particular, the coupling member 120 is provided between the free end portion serving as the lead wire connecting end portion of the piezoelectric element 113 and the moving body 114.
The outer surface of the sliding member 118 is configured to be smoothly slidable with the fixing member 115. The sliding surface of the fixing member 115 is also configured smoothly.
[0093]
The fixing member 115 is provided with a frictional force generating mechanism 121. The frictional force generating mechanism 121 includes at least one slit 122 provided at an end portion of the fixing member 115, a screw portion 123 provided at an end portion where the slit 122 is provided, and a nut 124 coupled to the screw portion 123. To do. The threaded portion 123 is formed as a tapered threaded portion. This configuration also serves as a friction force adjusting mechanism that can adjust the friction force according to the tightening amount of the nut 124.
[0094]
(Function)
The frictional force generating mechanism 121 will be described. As the nut 124 is tightened into the threaded portion 123, a slit 122 is provided in the threaded portion 123, and since the threaded portion 123 is tapered, the inner diameter of the fixing member 115 is reduced, The moving body 114 is tightened. Then, the fixed member 115 and the movable body 114 are slidably frictionally engaged. Since this frictional force changes according to the tightening amount of the nut 124, the frictional force can be adjusted as appropriate.
[0095]
The coupling member 120 is held by the moving body 114 and elastically supports a part of the piezoelectric element 113.
The other operations of this piezoelectric actuator are the same as those described in the eighth embodiment described above, and a description thereof will be omitted.
[0096]
(effect)
The frictional force generating mechanism 121 can easily adjust the frictional force according to the degree of tightening of the nut 124, and can stabilize the performance of the piezoelectric actuator. Since the coupling member 120 is provided to elastically support the piezoelectric element 113, the structure is strong against impact without losing the generated force of the piezoelectric element 113, and the impact resistance of the piezoelectric actuator is improved. .
Further, since the ridge line portion of the piezoelectric element 113 is chamfered, the ratio of the cross-sectional area of the piezoelectric element 113 to the cross section of the moving body 114 can be increased, so that the generated force of the piezoelectric element 113 can be increased and the piezoelectric actuator can be increased. Performance can be improved.
Other effects of the piezoelectric actuator are the same as those described in the ninth embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0097]
<13th Embodiment>
A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(Constitution)
In this embodiment, as shown in FIG. 15, the piezoelectric actuator as described above is used as the driving means of the focus adjustment mechanism 204 of the observation optical system incorporated in the distal end configuration section 203 in the insertion section 202 of the endoscope 201. Is.
[0098]
In the observation optical system of the endoscope 201, an observation window portion 205 is disposed on the distal end surface of the distal end configuration portion 203. An observation optical system is mounted in the internal space of the tip component 203, and the focus adjusting mechanism 204 is installed at a side portion of the mounting position.
[0099]
The observation optical system includes a front fixed lens 206 disposed opposite to the observation window 205, a rear fixed lens 208 disposed opposite to the front fixed lens 206, and a fixed lens 206. And a rear fixed lens 208, and a focus adjustment lens 209 that is movable along the optical axis direction of the observation optical system is provided. These lenses 206, 208, and 209 constitute an objective lens group of the observation optical system.
[0100]
A lens frame 210 of the focus adjustment lens 209 is supported by a lens barrel 207 that holds the front and rear fixed lenses 206 and 208 movably along the optical axis direction of the observation optical system. A rack gear 211 is provided on the lower surface of the lens frame 210, and the rack gear 211 meshes with a pinion gear 212 rotated by a piezoelectric actuator described later.
[0101]
In addition, an actuator unit 213 provided with a piezoelectric actuator as will be described later is mounted in the distal end constituent portion 203. The actuator unit 213 is provided with a rack gear 214 that meshes with the pinion gear 212. The pinion gear 212 meshes with the rack gear 211 of the lens frame 210, and moves the lens frame 210 of the focus adjustment lens 209 in the optical axis direction of the observation optical system.
[0102]
Behind the rear fixed lens 208 is disposed a solid-state imaging device 215 such as a CCD that converts an observation image formed by the objective lens group of the observation optical system into an electric signal.
[0103]
The actuator unit 213 is configured as shown in FIG. That is, a circular tube 216 as a stationary member attached and fixed to a member of the tip constituting portion 203, a moving body 217 slidably provided in the circular tube 216, and one end fixed to the moving body 217. And a piezoelectric element (electrostrictive element) 218 serving as an impact force generating unit that performs an expansion / contraction operation by applying a voltage and applies an impact force to the moving body 217 by the expansion / contraction operation.
[0104]
Here, the piezoelectric element (electrostrictive element) 218 is formed with an electrode on ceramics such as barium titanate, zirconate titanate, porcelain, etc., and mechanically deformed by applying a direct current to the electrode. It will occur. The piezoelectric element 218 is an element that generates a distortion proportional to the electric field strength due to the reverse voltage effect, and the electrostrictive element is an element that generates a distortion proportional to the square of the electric field intensity when a driving voltage is applied. These are all called piezoelectric elements.
[0105]
A piezoelectric element fixing member 221 that fixes one end of the piezoelectric element 218 to the moving body 217, a circular pipe portion 222 that has one end fixed to the piezoelectric element fixing member 221 and covers the piezoelectric element 218, and the circular pipe portion 222. And a lid portion 223 attached to the other end. A lead wire 224 is connected to the piezoelectric element 218, and the lead wire 224 passes through the center of the lid 223 in an airtight manner and is led out. The moving body 217 includes the piezoelectric element 218 in an airtight manner.
[0106]
One end portion of a leaf spring 225 is attached to the circular tube 216 with a screw 226, and the free end portion of the leaf spring 225 passes through an opening 227 formed in the circular tube 216, and the circular tube portion 222 of the moving body 217. It is pressed against the outer periphery. This pressing load generates a frictional force between the circular tube 216 and the leaf spring 225 having a strength corresponding to the pressing load. The pressing load can be adjusted by tightening the screw 226 to constitute a frictional force adjusting mechanism.
[0107]
A shaft 228 protrudes from the piezoelectric element fixing member 221 of the moving body 217, and a rack gear 214 that meshes with the rack gear 212 is formed on the shaft 228. That is, power is transmitted between the lens frame 210 of the observation optical system and the moving body 217 via the gear system. For this reason, the moment generated in proportion to the distance between the moving body 217 and the lens frame 210 does not act as compared with the conventional case where the connecting member is coupled with the connecting member. Hard to occur.
[0108]
The lead wire 224 connected to the piezoelectric element 218 is disposed over the insertion portion 202 of the endoscope 201, the operation portion 231 and the universal cord 232 shown in FIG. 17, and is connected to the external control portion 233. It has become. Here, the lead wire 224 attached to the piezoelectric element 218 is fixed to the piezoelectric element 218 at the following two points as shown in FIG. That is, one point is soldered to the electrode portion 218a of the piezoelectric element 218, and the other point is fixed to the dummy portion 218b of the piezoelectric element 218 with an adhesive. The piezoelectric element 218 includes a vertical stack, a horizontal stack, and a single layer.
[0109]
The inner surface of the cylinder 216 and the outer surface of the circular pipe portion 222 are subjected to surface treatment for improving wear resistance, for example, oxalic acid alumite and titanium coat. Further, the surface of the piezoelectric element 218 is provided with a parylene coat for improving heat and humidity resistance and chemical resistance.
[0110]
Further, the control unit 233 outputs each voltage having each drive waveform of, for example, the first drive waveform of the piezoelectric element 218 shown in FIG. 19A and the second drive waveform of the piezoelectric element 218 shown in FIG. A voltage applying means that is generated and applied to the piezoelectric element 218 as necessary is provided. Here, in the first drive waveform, within a predetermined setting time T of one pulse, the a region where the applied voltage is gradually decreased from the set voltage to 0 potential and the abrupt increase from 0 potential to the predetermined set voltage. b region. Further, in the second drive waveform, within a predetermined set time T of one pulse, a c region where the applied voltage is gradually increased from 0 potential to a predetermined set voltage, and d which is rapidly decreased from the set voltage to 0 potential. And an area.
[0111]
(Function)
Next, the operation of the above configuration will be described. First, the operation of the actuator unit 213 driven by the first drive waveform in FIG. 19A will be described with reference to FIG. When the actuator unit 213 is stopped, the circular pipe portion 222 is pressed against the inner surface of the circular pipe 216 by the leaf spring 225 and is held in a state of frictional engagement with an appropriate frictional force.
[0112]
When a voltage having the first drive waveform is applied to the piezoelectric element 218 of the actuator unit 213, the piezoelectric element 218 contracts slowly in the region a of the first drive waveform, and a cycle of abruptly extending in the region b is repeated. return.
That is, when the piezoelectric element 218 contracts slowly in the region a of the first drive waveform, the moving body 217 has friction on the contact surface between the leaf spring 225 and the inner surface of the circular tube 216 as shown in FIG. It is held stationary with force.
[0113]
Further, when the piezoelectric element 218 is suddenly extended in the region b of the first drive waveform, an impact force that presses the moving body 217 leftward in FIG. appear. Therefore, the moving body 217 has a center of gravity determined by the weight of the piezoelectric element 218 and the mass of the moving body 217 by the impact force from the piezoelectric element 218 as a fixed point in the left direction in the figure as shown in FIG. Moving. Further, when the actuator unit 213 is driven by the second drive waveform of FIG. 19B, the actuator unit 213 operates as shown in FIG.
Here, when a voltage having the second drive waveform is applied to the piezoelectric element 218 of the actuator unit 213, a cycle in which the piezoelectric element 218 extends slowly in the c region of the second drive waveform and rapidly contracts in the d region. Repeat.
That is, when the piezoelectric element 218 extends slowly in the region c of the second drive waveform, the moving body 217 has friction on the contact surface with the inner surface of the leaf spring 225 and the circular tube 216 as shown in c of FIG. It is held stationary with force.
[0114]
Further, when the piezoelectric element 218 contracts rapidly in the region d of the second drive waveform, an impact force that pulls the moving body 217 rightward in FIG. 20B is generated by the rapid contraction operation of the piezoelectric element 218. To do. Therefore, the moving body 217 has a center of gravity determined by the weight of the piezoelectric element 218 and the mass of the moving body 217 by the impact force from the piezoelectric element 218 as a fixed point in the right direction in the drawing as shown in FIG. Moving.
[0115]
Therefore, when the first drive waveform is applied to the piezoelectric element 218 during the operation of the actuator unit 213, the moving body 217 moves forward in the left direction in FIG. 1 and the second drive waveform is applied to the piezoelectric element 218. In this case, the moving body 217 moves backward in the left direction in the figure. As a result, the lens element 210 of the focus adjustment lens 209 also moves back and forth in conjunction with the operation of the moving body 217. Therefore, the position of the focus adjustment lens 209 is moved in the front-rear direction, and the focus position of the objective lens group of the observation optical system. Can be adjusted.
[0116]
Therefore, in the above structure, the movable body 217 connected to the rack gear 211 of the lens frame 210 via the pinion gear 212 is fixed to the movable body 217, and expands and contracts by applying a voltage. Since the actuator unit 213 is configured only by the piezoelectric element 218 that applies an impact force to the moving body 217 by the expansion and contraction operation, the leaf spring 225, and the circular tube 216, the inertial body can be omitted. Therefore, the number of components can be reduced compared to a general piezoelectric actuator, the assembly cost can be reduced, and the entire actuator unit 213 can be miniaturized.
[0117]
Further, since the actuator unit 213 having the above-described configuration is used as an actuator of the focus adjustment mechanism 204 of the observation optical system of the endoscope 201 in particular, a rigid portion formed by the distal end configuration portion 203 of the insertion portion 202 of the endoscope 201 is used. And the burden on the patient when inserting the insertion portion 202 of the endoscope 201 can be reduced.
[0118]
<Fourteenth embodiment>
A fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator of the focus adjustment mechanism in the observation optical system of the endoscope.
(Constitution)
This embodiment is a modification of the actuator unit in the thirteenth embodiment described above. The actuator unit 213 uses a magnetic fluid 241 instead of the plate spring 225 as a frictional force generating means for generating a frictional force between a circular tube 216 as a stationary member and a moving body 217. That is, a groove 242 is provided in a part of the inner surface of the circular tube 216, and the magnetic fluid 241 is sealed in the space between the circular tube portion 222 and the groove 242 of the moving body 217. Here, the circular pipe portion 222 of the moving body 217 is made of a magnetic material, and the magnetic fluid 241 is attracted to the groove 242 by the magnetic force, and therefore does not flow out. Further, the magnetic fluid 241 generates a frictional force between the magnetic fluid 241 and the circular pipe part 222 when the moving body 217 moves relative to the circular pipe part 222. Also, the adjustment of the frictional force can be changed by changing the contact state. For example, increasing or decreasing the amount of the magnetic fluid 241 also increases or decreases the friction force. The frictional force can also be changed by changing the magnetic force of the groove 242. That is, this constitutes a frictional force adjusting mechanism.
[0119]
<Fifteenth embodiment>
A fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 22A is a longitudinal sectional view of a focus adjustment mechanism and its actuator portion in the observation optical system of the endoscope, and FIG. 22B is a front view of a part thereof.
(Constitution)
This embodiment is also a modification of the thirteenth embodiment described above. That is, the link 251 is used in place of the gear means for coupling the moving body 217 and the lens frame 210 of the focus adjustment mechanism in the actuator unit 213. A pin 252 is provided on the lens frame 210, and a pin 253 is provided on the shaft 228 of the moving body 217. The link 251 is supported so as to be rotatable with respect to a pin 255 attached to a fixing member in the tip component portion, and the link 251 is prevented from being detached in the axial direction of the pin 255 by a retaining ring 256. The link 251 is formed with U-shaped notches 257 and 258 at both ends, and pins 252 and 253 are fitted and engaged with the notches 257 and 258, respectively.
[0120]
(Function)
When the actuator unit 213 is activated, the moving body 217 moves and moves the lens frame 210 via the link 251. Since the transmission of power between the lens frame 210 and the moving body 217 is performed via the link 251, the moment generated in proportion to the distance between the lens frame 210 and the moving body 217 does not act. It is hard for twisting to occur during movement.
[0121]
<Sixteenth Embodiment>
A sixteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a longitudinal sectional view of a focus adjustment mechanism and an actuator portion thereof in the observation optical system.
This embodiment is also a modification of the above-described thirteenth embodiment, in which the shaft 228 of the moving body 217 is inserted into the hole 261 of the fixing member 260 in the distal end configuration portion 203 of the endoscope so as to be movable in the axial direction. Thus, a plate spring 262 is directly attached to a fixed member 260 as a stationary member, and a frictional force is generated between the plate spring 262 and the shaft 228.
One end of the leaf spring 262 is fixed to the fixing member 260 of the endoscope distal end component portion with a fixing screw 263, and the other end is attached to the fixing member 260 so as to be freely pushed by the adjusting screw 264. The central portion of the leaf spring 262 is in contact with the shaft 228 of the moving body 217 so as to press against it. The moving body 217 generates a frictional force between the leaf spring 262 and the inner surface of the circular pipe 216. Further, the pressing load on the shaft 228 is adjusted by the tightening degree of the adjusting screw 264, thereby constituting a mechanism for adjusting the frictional force.
[0122]
<Seventeenth embodiment>
With reference to FIGS. 24 and 25, a seventeenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 24 is a longitudinal sectional view of the actuator portion, FIG. 25 (a) is a longitudinal sectional view of the state in which the inner surface of the circular tube is in contact with the tip of the leg of the moving body, and FIG. 25 (a) is the inner surface of the circular tube. It is a front view of the state which contacted with the tip of the leg of a mobile object.
This embodiment is also a modification of the thirteenth embodiment described above. A moving body 217 in the actuator unit 213 includes a shaft 271, a frictional force adjusting nut 272, and a leaf spring 273. The leaf spring 273 has two legs 274, and the tip 275 of each leg 274 is in contact with the inner surface of the circular tube 216. A pressing load is applied by a leaf spring 273 between the inner surface of the circular tube 216 and the tip 275 of the leg 274.
[0123]
The adjustment nut 272 is fixed by being screwed into a male screw portion 276 formed at the base portion of the shaft 271. By rotating the adjustment nut 272, a frictional force generating mechanism for applying a tightening force to the fixing portion of the leaf spring 273 is configured. To do. In addition, the structure also serves as a mechanism for adjusting the pressing load by changing the opening angle of the leg 274 of the leaf spring 273.
[0124]
FIG. 25 shows a state where the inner surface of the circular tube 216 and the tip 275 of the leg 274 are in contact with each other. As shown in FIG. 25, the distal end portion 275 of the leg 274 has R in both the parallel cross section and the vertical cross section with respect to the axis of the circular tube 216. R in the parallel cross section is smaller than r on the inner surface of the circular tube 216. Therefore, the tip portion is in point contact with the circular tube 216. Therefore, even if the axial center of the moving body 217 is displaced by a few thousand from the axial center of the circular tube 216, the contact area is hardly changed due to point contact, and as a result, the frictional force is also hardly changed.
[0125]
[Appendix]
1. A moving body, a piezoelectric vibrator fixed to the moving body, a stationary fixing member frictionally engaged with the moving body, a sudden deformation of the piezoelectric vibrator, and impact on the moving body by the piezoelectric vibrator Driving means for overcoming the frictional engagement between the movable body and the stationary fixing member to move the movable body relative to the stationary stationary member, and further comprising: A piezoelectric actuator comprising a friction force adjusting means for adjusting a friction force.
[0126]
1-1. 2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the moving body has at least two legs, and the frictional force adjusting means is provided with an adjusting member for limiting the deflection of the legs.
1-2. The piezoelectric actuator according to appendix 1-2, wherein the adjustment member also serves as a centering mechanism that maintains a posture of the piezoelectric actuator.
[0127]
1-3. The piezoelectric actuator according to appendix 1-1, wherein an electrically insulating material is provided between the leg and the piezoelectric element.
1-4. The piezoelectric actuator as set forth in Additional Item 1-3, wherein the insulator is made of ceramic.
1-5. Item 4. The piezoelectric actuator according to item 1-3, wherein the insulator is made of a plastic such as polyimide or tetrafluoroethylene.
[0128]
1-6. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a moving body is provided at one end of the piezoelectric element, and an inertial body is provided at the other end of the piezoelectric element.
[0129]
1-7. The frictional force adjusting means includes an elastic member such as a leaf spring contacting the moving peripheral surface of the moving body or a leaf spring connected to a leg of the moving body, and a screw for tightening the elastic member plate to adjust the friction force. The piezoelectric actuator as set forth in appendix 1, wherein the piezoelectric actuator comprises an adjustment member such as a nut or a nut.
[0130]
2. A piezoelectric actuator having a piezoelectric element, a moving body fixed to the end of the piezoelectric element, and a fixed member that frictionally engages the moving body, and elastically connects the moving body and the piezoelectric element. A piezoelectric actuator comprising a coupling means for coupling to the piezoelectric actuator.
According to this, it is possible to prevent the piezoelectric element from being detached from the moving body due to the impact force.
2-1. Item 3. The piezoelectric actuator according to item 2, wherein an elastic force of the coupling means is sufficiently smaller than a generated force of the piezoelectric element.
2-2. Item 3. The piezoelectric actuator according to Item 2, wherein the coupling means is a silicon adhesive.
2-3. Item 3. The piezoelectric actuator according to Item 2, wherein the coupling means is an electrically insulating material.
[0131]
2-4. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the coupling means is fixed to the movable body and elastically contacts the piezoelectric element.
[0132]
2-5. 3. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the position of the coupling means is provided on the movable body and / or the piezoelectric element on the opposite side of the movable body and the fixed portion of the piezoelectric element.
2-6. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the movable body has at least two legs, and the coupling member is provided between the legs and the piezoelectric element.
2-7. The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the movable body is configured in a cylindrical shape, and a coupling member is provided between a cylindrical inner surface of the movable body and the piezoelectric element.
2-8. Item 3. The piezoelectric actuator according to Item 2, wherein the coupling member is an elastic body having better thermal conductivity than air.
2-9. Item 3. The piezoelectric actuator according to Item 2, wherein the movable body is provided at one end of the piezoelectric element, and an inertial body is provided at the other end.
[0133]
3. Piezoelectric element, coupling means provided at the end of the piezoelectric element, a moving body fixed to the coupling means, a stationary member fixed to the other end of the piezoelectric element, and slidable with the moving body A piezoelectric actuator comprising a fixed member that frictionally engages with the piezoelectric actuator, wherein the coupling means is a displacement enlarging mechanism using elastic deformation.
According to this, it is possible to prevent the piezoelectric element from being detached from the moving body due to the impact force.
[0134]
4). A piezoelectric element, a moving body provided at one end of the piezoelectric element, a stationary base fixedly connected to the other end of the piezoelectric element, and a latch that is slidably frictionally engaged with the moving body A piezoelectric actuator comprising a member, wherein a coupling means for elastically coupling the piezoelectric element and the moving body is provided.
According to this, it is possible to prevent the piezoelectric element from being detached from the moving body due to the impact force.
4-1. Item 5. The piezoelectric actuator according to item 4, wherein the coupling means is a silicon-based adhesive.
4-2. Item 5. The piezoelectric actuator according to item 4, wherein the coupling means is fixed to the movable body and is in contact with the piezoelectric element.
4-3. Item 5. The piezoelectric actuator according to item 4, wherein the movable body has a cylindrical shape, and a coupling means is provided between the inner surface of the cylinder and the piezoelectric element.
4-4. 5. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein the coupling means is provided at the movable body and the fixed portion of the piezoelectric element, and the movable body and / or the piezoelectric element end on the opposite side.
4-5. Item 5. The piezoelectric actuator according to item 4, wherein the coupling member is an elastic body having better thermal conductivity than air.
[0135]
5). A piezoelectric element, a movable body fixed to the end of the piezoelectric element, and a fixed member that frictionally engages the movable body. The movable body has a cylindrical shape that covers the piezoelectric element, and is fixed. A piezoelectric actuator characterized in that a hole is provided in the member for fitting with the outer surface of the cylinder.
According to this, the state of frictional engagement between the moving body and the fixed member can be stabilized.
5-1. Item 6. The piezoelectric actuator according to Item 5, wherein the moving body is provided so as to cover the entire surface of the piezoelectric element.
5-2. Item 6. The piezoelectric actuator according to Item 5, wherein the piezoelectric element is hermetically sealed by the movable body.
5-3. 6. The piezoelectric actuator according to claim 5, wherein a frictional force generating means for slidably engaging the movable body and the fixed member with the piezoelectric actuator is provided on the fixed member.
[0136]
5-4. Item 6. The piezoelectric actuator according to Item 5, wherein the frictional force generating means is configured to change the frictional force.
5-5. The piezoelectric actuator according to claim 5, wherein the frictional force generating means is adjusted using a screw.
5-6. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein adjustment of the frictional force generating means is electrically adjusted.
5-7. Item 6. The piezoelectric actuator according to Item 5, wherein an elastic body is used as the frictional force generating means.
5-8. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein the elastic body is a spring.
[0137]
5-9. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein the spring is a coil spring.
5-10. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein the spring is a leaf spring.
5-11. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein a generating force of a piezoelectric element is used for the frictional force generating means and / or the adjusting means.
5-12. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein a generating force of a giant magnetostrictive element is used for the frictional force generating means and / or the adjusting means.
5-13. 6. The piezoelectric actuator according to claim 5, wherein a generating force of a chemo mechanism is used for the frictional force generating means and / or the adjusting means.
5-14. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein a generation force of an electromagnet is used for the frictional force generation means and / or the adjustment means.
5-15. Item 6. The piezoelectric actuator according to Item 5, wherein a solenoid mechanism is used for the generated force of the electromagnet.
[0138]
5-16. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein the attraction force of the electromagnet is used as the generation force of the electromagnet.
5-17. A piezoelectric actuator, wherein a lead wire to be connected to the piezoelectric element is drawn out of the movable body from a fixed portion side of the piezoelectric element and the movable body.
5-18. The piezoelectric actuator according to claim 5, wherein the lead wire is used for grasping a vibration state of the piezoelectric element and / or driving the piezoelectric element.
5-19. Item 6. The piezoelectric actuator according to item 5, wherein chamfering is performed on a longitudinal ridge line portion of the piezoelectric element.
5-20. Item 20. The piezoelectric actuator according to item 5-19, wherein a shape of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the piezoelectric element is an octagon or more polygon.
[0139]
6). A piezoelectric element; a moving body provided at an end of the piezoelectric element; a piezoelectric actuator including a fixed member that is slidably engaged with the moving body; and a driven body that is driven by the piezoelectric actuator, A piezoelectric actuator characterized in that the driven body and the moving body are elastically coupled using the elasticity of the moving body of the piezoelectric actuator.
According to this, it is possible to prevent the piezoelectric element from being detached from the moving body due to the impact force.
[0140]
7). In the piezoelectric actuator that drives the optical system of the endoscope,
A moving body, a piezoelectric vibrator fixed to the moving body, a fixing member that frictionally engages the moving body, and a sudden displacement of the piezoelectric vibrator, and the piezoelectric vibrator causes an impact on the moving body. Driving means for overcoming the frictional engagement between the movable body and the fixed member to move the movable member relative to the fixed member; and adjusting means for adjusting the frictional force between the movable body and the fixed member. A piezoelectric actuator comprising:
According to this, when driving the optical system of the endoscope, the moment due to the force of the actuator does not affect the operation of the optical system and the actuator.
7-1. Item 8. The piezoelectric actuator according to item 7, wherein an optical system of the endoscope and the piezoelectric actuator are coupled by a link.
7-2. Item 8. The piezoelectric actuator according to item 7, wherein an optical system of the endoscope and the actuator are coupled by a gear.
[0141]
8). In a piezoelectric actuator having a piezoelectric element, a movable body fixed to the end of the piezoelectric element, and a fixed member slidably engaged with the movable body, the movable body and the piezoelectric element are insulated. A characteristic piezoelectric actuator.
8-1. Item 8. The movable body includes a sliding member that slides on the fixing member and a piezoelectric element fixing portion that fixes the piezoelectric element, and the piezoelectric element fixing portion is formed of an insulating agent. The piezoelectric actuator described in 1.
[0142]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing the means for adjusting the frictional force between the stationary fixing member and the moving body, the frictional force between the stationary fixing member and the moving body can be set to a predetermined value. The frictional force between the stationary fixing member and the moving body is stabilized, and accurate drive control can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a longitudinal sectional view of a piezoelectric actuator according to a first embodiment, and FIG. 1B is a perspective view in which members before assembly of the piezoelectric actuator are arranged.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric actuator according to a second embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric actuator according to a third embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric actuator according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric actuator according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric actuator according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a frictional force generating mechanism of a piezoelectric actuator according to a sixth embodiment.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a frictional force generating mechanism of a piezoelectric actuator according to a seventh embodiment.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a frictional force generating mechanism of a piezoelectric actuator according to an eighth embodiment.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a frictional force generation mechanism of a piezoelectric actuator according to a ninth embodiment.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a frictional force generation mechanism of a piezoelectric actuator according to a tenth embodiment.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a frictional force generating mechanism of a piezoelectric actuator according to an eleventh embodiment.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the vicinity of a frictional force generating mechanism of a piezoelectric actuator according to a twelfth embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a distal end portion of an endoscope including a focus adjustment mechanism to which a piezoelectric actuator according to a thirteenth embodiment is applied.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a piezoelectric actuator according to a thirteenth embodiment.
FIG. 17 is a side view of an operation unit of an endoscope according to a thirteenth embodiment.
FIG. 18 is a perspective view of a lead wire connecting portion of a piezoelectric element in a piezoelectric actuator according to a thirteenth embodiment.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing drive waveforms for driving a piezoelectric actuator according to a thirteenth embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram of the operation of the piezoelectric actuator according to the thirteenth embodiment.
FIG. 21 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric actuator according to a fourteenth embodiment.
22A is a longitudinal sectional view of a focus adjustment mechanism in an observation optical system of an endoscope incorporating a piezoelectric actuator according to a fifteenth embodiment, and FIG. 22B is a partial front view thereof.
FIG. 23 is a longitudinal sectional view of a focus adjustment mechanism part in an observation optical system of an endoscope incorporating a piezoelectric actuator according to a sixteenth embodiment.
FIG. 24 is a longitudinal sectional view of a portion of a piezoelectric actuator according to a seventeenth embodiment.
FIG. 25A is a longitudinal sectional view showing a state in which the inner surface of the circular tube of the piezoelectric actuator according to the seventeenth embodiment is in contact with the tip of the leg of the moving body, and FIG. 25B is the same inner surface of the circular tube. The front view of the state which contacted the front-end | tip part of the leg of a moving body.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric actuator, 2 ... Piezoelectric element, 3 ... Moving body, 4 ... Fixed member, 7 ... Strip | belt-shaped leaf | plate spring, 8 ... Centering member, 9 ... Mounting part, 10 ... Leg part, 11 ... Sliding part, 12 ... fitting hole, 13 ... frictional force adjusting part.

Claims (1)

筒状の静止固定部材と、
駆動手段によって駆動される圧電素子と、
前記圧電素子が固定され、前記静止固定部材内に対向して配置される２つの脚部及び前記脚部の一端に前記静止固定部材の内面と摩擦係合される摺動部とを有する移動体と、
前記脚部に移動可能に嵌合されることにより前記脚部間の距離を変更し前記摺動部と前記静止固定部材との間の摩擦力を調整する摩擦力調整部材と、
を有する圧電アクチュエータ。A cylindrical stationary fixing member;
A piezoelectric element driven by the driving means;
A movable body to which the piezoelectric element is fixed and which has two leg portions arranged opposite to each other in the stationary fixing member and a sliding portion frictionally engaged with an inner surface of the stationary fixing member at one end of the leg portion. When,
A frictional force adjusting member that adjusts the frictional force between the sliding portion and the stationary fixing member by changing the distance between the leg portions by being movably fitted to the leg portions;
A piezoelectric actuator.
JP30642196A 1996-11-18 1996-11-18 Piezoelectric actuator Expired - Fee Related JP3816601B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30642196A JP3816601B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Piezoelectric actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30642196A JP3816601B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Piezoelectric actuator

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004013155A Division JP3826137B2 (en) 2004-01-21 2004-01-21 Piezoelectric actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10150783A JPH10150783A (en) 1998-06-02
JP3816601B2 true JP3816601B2 (en) 2006-08-30

Family

ID=17956826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30642196A Expired - Fee Related JP3816601B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Piezoelectric actuator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3816601B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4667838B2 (en) * 2004-11-26 2011-04-13 オリンパスイメージング株式会社 Ultrasonic motor
IT201800003187A1 (en) * 2018-03-01 2019-09-01 Balance Systems Srl DEVICE FOR HANDLING AN OBJECT, IN PARTICULAR FOR A BALANCING EQUIPMENT

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10150783A (en) 1998-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3826137B2 (en) Piezoelectric actuator
US7309943B2 (en) Mechanism comprised of ultrasonic lead screw motor
KR101258309B1 (en) Mechanism comprised of ultrasonic lead screw motor
JP5296086B2 (en) Shape memory alloy drive unit
JP5144281B2 (en) Imaging device
JP4896020B2 (en) Mechanism including ultrasonic lead screw motor
JP3816601B2 (en) Piezoelectric actuator
US7945147B2 (en) Image pick up unit
JPH06315282A (en) Actuator
JP4644662B2 (en) Linear output section, closed loop motor assembly
US20180287513A1 (en) Vibration wave motor and imaging device having vibration wave motor
WO2018207442A1 (en) Optical unit and endoscope
JP3193562B2 (en) Piezo actuator
JP2008278727A (en) Drive unit
JP3635525B2 (en) Endoscope system
JP4855364B2 (en) Actuator
JP3611827B2 (en) Piezoelectric actuator
JP2007274788A (en) Drive unit
JP3611644B2 (en) Piezoelectric actuator
KR100542774B1 (en) Piezo driver
JP2010040080A (en) Driving unit and optical pick-up device including the same
JP2007274816A (en) Drive unit
JP2015134100A (en) Mobile device and endoscope system
JP2004219440A (en) Lens driving device
JP6122351B2 (en) Scanning probe

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050307

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060530

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060608

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees