JP2003134853A - Drive unit using electromechanical transducing element, and apparatus applying the element - Google Patents

Drive unit using electromechanical transducing element, and apparatus applying the element

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JP2003134853A
JP2003134853A JP2001326184A JP2001326184A JP2003134853A JP 2003134853 A JP2003134853 A JP 2003134853A JP 2001326184 A JP2001326184 A JP 2001326184A JP 2001326184 A JP2001326184 A JP 2001326184A JP 2003134853 A JP2003134853 A JP 2003134853A
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JP
Japan
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driving
drive
actuator
mirror
freedom
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Application number
JP2001326184A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Yoshida
龍一 吉田
Satoshi Araya
聡 新家
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-density actuator which is formed by frictionally bonding a single anchoring member to a large number of drive members and is easy to assemble, and to provide an apparatus to which the actuator is applied. SOLUTION: The actuator is formed by placing a plurality of actuator drive portions 30 using electromechanical transducing elements in a matrix at a high density, and frictionally bonding a common engaging member 34 for driving members 33 (33-1 to 33-9). One of apparatuses, to which the actuator is applied, is an optical switch 20. The optical switch 20 comprises the actuator drive portions 30 and the engaging member 34. An actuator drive portion 30 at relevant position is selected, and a drive pulse is applied to the piezoelectric element thereof. Then, vibration whose elongation rate and shrinkage rate differ from each other is produced. The tip of the drive member 33 is protruded from the engaging member 34 by this vibration. A flat face 33a at the tip of the protruded drive member 33 functions as a mirror. Therefore, a light made incident from an optical fiber 37 is reflected by the flat face, that is, the mirror 33a, and is made to emit to an optical fiber 38.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電気機械変換素
子を使用した駆動装置及びその駆動装置を使用した各種
の応用装置に関し、特に駆動装置に関しては、複数の駆
動機構が内包された高密度の駆動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device using an electromechanical conversion element and various applied devices using the driving device. In particular, the driving device has a high density including a plurality of driving mechanisms. A drive device.

【0002】[0002]

【従来の技術】複数の駆動機構を備えた高密度の駆動装
置は、光スイッチや、反射望遠鏡等においてミラーの曲
率を微妙に変化させる機構等に使用され、重要な要素部
品として注目されている。
2. Description of the Related Art A high-density driving device having a plurality of driving mechanisms is used as an optical switch, a mechanism for subtly changing the curvature of a mirror in a reflecting telescope, and the like, and is attracting attention as an important element component. .

【0003】即ち、光ファイバーを使用した光ネットワ
ークが急速に発展して大量の情報通信手段として使用さ
れるに到ったが、このような光ネットワークにおいて
は、光ファイバーからなる伝送経路を通ってきた光信号
を中継点で切換え接続する中継装置が不可欠である。従
来の中継装置は、入力側の光信号を一旦電気信号に変換
して電気的なスイッチ手段により伝送経路を切換え、切
換えられた出力側の電気信号を再度光信号に変換して送
出する構成を採用していたため、中継装置は極めて多数
の光電変換器を使用しなければならず、また光電変換器
を使用するために伝送効率が低下するという欠点があっ
た。
That is, an optical network using optical fibers has been rapidly developed and has been used as a large amount of information communication means. In such an optical network, an optical fiber passing through a transmission path composed of optical fibers is used. A relay device that switches and connects signals at relay points is indispensable. A conventional relay device has a configuration in which an optical signal on the input side is once converted into an electrical signal, the transmission path is switched by an electrical switch means, and the switched electrical signal on the output side is converted into an optical signal again and sent out. Since it is adopted, the relay device has to use a very large number of photoelectric converters, and there is a drawback that the transmission efficiency is lowered due to the use of the photoelectric converters.

【0004】この対策として、光信号を電気信号に変換
することなく伝送経路の切換を行うことができる光スイ
ッチの技術開発が進められている。M本の光ファイバー
とN本の光ファイバーとを接続するためには、M×N個
の交差位置に光スイッチを配置し、M本の光ファイバー
とN本の光ファイバーから任意の光ファイバー相互を接
続するものである。光スイッチは、装置の小型化と光路
長を短くするために素子の小型化が不可欠の条件であっ
て、いくつかの構成が提案されている。
As a countermeasure against this, technical development of an optical switch capable of switching a transmission path without converting an optical signal into an electric signal is being advanced. In order to connect the M optical fibers and the N optical fibers, optical switches are arranged at M × N crossing points, and the M optical fibers and the N optical fibers are connected to each other. is there. The optical switch is indispensable to downsize the device in order to downsize the device and shorten the optical path length, and several configurations have been proposed.

【0005】図14乃至図16は、従来のミラー型と呼
ばれる光スイッチの構成の一例を説明する図で、図14
は光スイッチの正面図、図15及び図16はその動作を
説明する側面図である。光スイッチの切換素子105
は、1辺が500μm程度の方形のシリコン基板の表面
に微小なミラー101〜104が蒸着等の手段で形成さ
れている。
14 to 16 are views for explaining an example of the configuration of a conventional mirror type optical switch, and FIG.
Is a front view of the optical switch, and FIGS. 15 and 16 are side views for explaining the operation thereof. Optical switch switching element 105
The micro mirrors 101 to 104 are formed on the surface of a rectangular silicon substrate having a side of about 500 μm by means such as vapor deposition.

【0006】図15に示すように、この切換素子105
を所定の極性(図15では正極性)の電界の中に配置
し、切換素子105には先と逆極性(図15では負極
性)の静電荷を与えて、発生する静電吸引力により切換
素子105を図15で上方向に移動させると、ミラー1
01〜104は光路内に入る。例えば光ファイバーから
の入射光(I)がミラー101に入射すると、その光は
ミラー101及びミラー102により反射し、反射光
(R)は入射光路とは別の光路から射出する。
As shown in FIG. 15, this switching element 105
Are arranged in an electric field of a predetermined polarity (positive polarity in FIG. 15), the switching element 105 is given an electrostatic charge of the opposite polarity (negative polarity in FIG. 15) to the switching element 105, and switching is performed by the generated electrostatic attraction force. When the element 105 is moved upward in FIG. 15, the mirror 1
01 to 104 enter the optical path. For example, when the incident light (I) from the optical fiber enters the mirror 101, the light is reflected by the mirror 101 and the mirror 102, and the reflected light (R) is emitted from an optical path different from the incident optical path.

【0007】また、図16に示すように、切換素子10
5に先と反対極性(図16では正極性)の静電荷を与え
て、発生する静電反撥力により切換素子105を図16
で下方向に移動させると、ミラー101〜104は光路
外に出るから、入射光(I)はそのまま通過して射出さ
れる。
Further, as shown in FIG. 16, the switching element 10
5 is given an electrostatic charge of the opposite polarity (positive in FIG. 16) to the above, and the switching element 105 is moved by the electrostatic repulsion force generated in FIG.
When the mirror 101 is moved downwards at, the mirrors 101 to 104 go out of the optical path, so that the incident light (I) passes through as it is and is emitted.

【0008】このように、図14乃至図16に示すミラ
ー型光スイッチは、静電力を利用して光路に直接ミラー
を出し入れし、光路の切り換えを行うものである。
As described above, the mirror type optical switch shown in FIGS. 14 to 16 uses the electrostatic force to directly insert and remove the mirror into and from the optical path to switch the optical path.

【0009】次に、リニアアクチエータを備えた3自由
度のステージを使用した光スイッチについて説明する。
図17及び図18は、光スイッチを構成することができ
る3本のリニアアクチエータを備えた3自由度のステー
ジ200の斜視図で、図17はステージ板を上側に取り
外した状態を示し、図18はステージ板をリニアアクチ
エータ上に取り付けた状態を示している。
Next, an optical switch using a stage having three degrees of freedom equipped with a linear actuator will be described.
17 and 18 are perspective views of a three-degree-of-freedom stage 200 including three linear actuators that can form an optical switch, and FIG. 17 shows a state in which the stage plate is removed to the upper side. Reference numeral 18 shows a state in which the stage plate is mounted on the linear actuator.

【0010】図17及び図18において、ステージ本体
201には、上端に球209aが取付けられた上下に移
動するロッド209を備えた3本のリニアアクチエータ
202、203、204が直立配置されており、ステー
ジ板205にはジョイント孔205a、長溝孔205b
が形成されている。なお、リニアアクチエータ202〜
204は全て同一の構造を備えている。
In FIGS. 17 and 18, three linear actuators 202, 203 and 204 each having a vertically moving rod 209 having a sphere 209a attached to the upper end thereof are vertically arranged on a stage main body 201. , The stage plate 205 has a joint hole 205a and a long groove 205b.
Are formed. The linear actuator 202-
All 204 have the same structure.

【0011】リニアアクチエータ202〜204とステ
ージ板205との結合は、リニアアクチエータ202で
はロッド209の先端の球209aがジョイント孔20
5aに係合するボールジョイント、リニアアクチエータ
203ではロッド209の先端の球209aが溝孔20
5bに係合する長溝ジョイント、リニアアクチエータ2
04ではロッド209の先端の球209aがステージ板
205の裏面に接触して係合するフリージョイントとな
っている。
The linear actuators 202 to 204 and the stage plate 205 are connected to each other by connecting the ball 209a at the tip of the rod 209 to the joint hole 20 in the linear actuator 202.
In the linear joint 203, which is a ball joint that engages with 5a, the ball 209a at the tip of the rod 209 has a groove 20
Long groove joint that engages with 5b, linear actuator 2
In No. 04, the ball 209a at the tip of the rod 209 is a free joint that comes into contact with and engages with the back surface of the stage plate 205.

【0012】これにより、リニアアクチエータ202〜
204を上下に移動させることにより、ステージ板20
5を1自由度の直動(Z軸方向の移動)と、2自由度の
回転で移動させることができる。
As a result, the linear actuators 202 ...
By moving 204 up and down, the stage plate 20
It is possible to move 5 by a linear movement of one degree of freedom (movement in the Z-axis direction) and a rotation of two degrees of freedom.

【0013】図19はリニアアクチエータ202(20
3、204も同じ)の構成を示す断面図で、ステッピン
グモータ206とギヤ機構207及びボールねじ機構2
08を使用してロッド209を上下に駆動するように構
成されている。
FIG. 19 shows a linear actuator 202 (20
3 and 204 are the same), which is a sectional view showing a stepping motor 206, a gear mechanism 207, and a ball screw mechanism 2.
08 is used to drive the rod 209 up and down.

【0014】図20は上記した3自由度のステージ20
0を使用した光スイッチの斜視図で、ステージ板205
の上にミラー210を配置したものである。入射側の光
ファイバー211から入射した光は、リニアアクチエー
タ202〜204により移動するステージ板205を介
して高さと傾きが調整されたミラー210で反射され、
射出側の所望の光ファイバー212に射出することがで
きる。
FIG. 20 shows a stage 20 having the above three degrees of freedom.
0 is a perspective view of an optical switch using a stage plate 205.
The mirror 210 is arranged on top of the above. Light incident from the optical fiber 211 on the incident side is reflected by a mirror 210 whose height and inclination are adjusted via a stage plate 205 which is moved by linear actuators 202 to 204.
It can be emitted to a desired optical fiber 212 on the emission side.

【0015】図21及び図22は、複数の駆動機構を備
えた高密度の駆動装置を応用してミラーの曲率を変化さ
せて焦点調節を行うミラー補正機構を説明する図であ
る。
FIGS. 21 and 22 are views for explaining a mirror correction mechanism for adjusting the focus by changing the curvature of the mirror by applying a high-density driving device having a plurality of driving mechanisms.

【0016】図21はミラー301の曲率が温度変化、
或いはミラー301の配置による重力の変化に基いて変
化し、正確に結像していない状態を示し、ミラーの曲率
の補正が必要であることを示している。この他、積極的
にミラーの曲率を変化させ、結像位置を変化させる場合
も考えられる。
In FIG. 21, the curvature of the mirror 301 changes with temperature,
Alternatively, it shows a state in which an image is not accurately formed, which changes based on the change in gravity due to the arrangement of the mirror 301, indicating that the curvature of the mirror needs to be corrected. In addition, the curvature of the mirror may be positively changed to change the image forming position.

【0017】このため、図22に示すように、ミラーケ
ース303とミラー301の裏面との間に複数の圧電素
子302を配置し、1個又は複数個の圧電素子302に
選択的に電圧を印加して発生する長さ方向(厚み方向)
の変位によりミラー301を裏側から押圧して変形さ
せ、ミラー301の曲率を変化させて焦点調節を行う補
正機構が提案されている。
Therefore, as shown in FIG. 22, a plurality of piezoelectric elements 302 are arranged between the mirror case 303 and the back surface of the mirror 301, and a voltage is selectively applied to one or a plurality of piezoelectric elements 302. Generated in the length direction (thickness direction)
A correction mechanism has been proposed in which the mirror 301 is pressed from the back side to be deformed by the displacement of (1) to change the curvature of the mirror 301 to adjust the focus.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】上記したミラー型の光
スイッチでは、ミラーを備えた切換素子を構成するシリ
コン基板に自己保持性がなく、常時切換素子に所定の極
性の静電荷を与えていなければ、ミラーを所定の位置に
維持することができない。また、この構成ではマイクロ
マシン製造技術によりM×N個のミラーをシリコン基板
上に形成するから、一個のミラーが故障した場合にも全
ての切換素子の交換をしなければならず、コスト高にな
るという不都合がある。
In the above-mentioned mirror type optical switch, the silicon substrate constituting the switching element having the mirror has no self-holding property, and the switching element must always be given an electrostatic charge of a predetermined polarity. For example, the mirror cannot be kept in place. Further, in this configuration, since M × N mirrors are formed on the silicon substrate by the micromachine manufacturing technology, even if one mirror fails, all the switching elements must be replaced, resulting in high cost. There is an inconvenience.

【0019】また、上記した3自由度のステージを使用
した光スイッチは、ステージを駆動するリニアアクチエ
ータにステッピングモータ、ギヤ機構及びボールねじ機
構などを使用しており、その構造からステージ全体を小
型に構成することが困難であった。
The optical switch using the stage with three degrees of freedom uses a stepping motor, a gear mechanism, a ball screw mechanism, etc. as a linear actuator for driving the stage. Was difficult to configure.

【0020】さらに、ミラーの曲率を変化させるミラー
補正機構では、圧電素子に発生する長さ方向(厚み方
向)の変位が小さいために所望の曲率補正ができないこ
とが多く、また、補正状態を維持するためには圧電素子
に電圧を印加し続けて発生変位を維持し続けることが必
要である等の不都合があった。
Further, in the mirror correction mechanism for changing the curvature of the mirror, the desired curvature correction is often impossible because the displacement in the length direction (thickness direction) generated in the piezoelectric element is small, and the correction state is maintained. In order to do so, there is an inconvenience that it is necessary to continuously apply a voltage to the piezoelectric element and maintain the generated displacement.

【0021】上記した各種の課題を解決するために、次
に説明するようなアクチエータが提案される。ここで採
用したアクチエータは、圧電素子に駆動パルスを印加し
て伸び速度と縮み速度とが異なる振動を発生させ、圧電
素子に発生した速度の異なる振動を駆動部材に伝達し、
駆動部材に摩擦結合した係合部材を所定方向に移動させ
るアクチエータである。
In order to solve the above-mentioned various problems, an actuator as described below is proposed. The actuator adopted here applies a drive pulse to the piezoelectric element to generate vibrations having different expansion speeds and contraction speeds, and transmits the vibrations having different speeds generated in the piezoelectric element to the driving member,
It is an actuator that moves an engagement member frictionally coupled to a drive member in a predetermined direction.

【0022】図23は、上記したアクチエータを構成要
素を分解して示した斜視図である。図23において、ア
クチエータ410は基台411の上に圧電素子412の
一端を接着固定し、圧電素子412の他端には円柱状の
駆動部材413を接着固定する。
FIG. 23 is a perspective view showing the above-mentioned actuator by disassembling the constituent elements. In FIG. 23, the actuator 410 has one end of the piezoelectric element 412 adhered and fixed onto the base 411, and the cylindrical driving member 413 is adhered and fixed to the other end of the piezoelectric element 412.

【0023】駆動部材413には、断面略C型の係合部
材414を挿入して摩擦接触させるが、円柱状の駆動部
材413を、その軸方向に沿って表面を一部削って平面
413aを形成し、係合部材414にも前記平面413
aに対向する平面414aを形成することで、係合部材
414を駆動部材413に対し、中心軸の回りに回転す
ることなく、軸方向に沿って正確に移動させることがで
きる。光スイッチとして構成するときは、係合部材41
4にミラー415を接着固定する。
An engaging member 414 having a substantially C-shaped cross section is inserted into the driving member 413 and brought into frictional contact with the driving member 413. The surface of the cylindrical driving member 413 is partially shaved along the axial direction to form a flat surface 413a. The engaging member 414 is also formed with the flat surface 413.
By forming the flat surface 414a that faces a, the engagement member 414 can be accurately moved along the axial direction without rotating about the central axis with respect to the driving member 413. When configured as an optical switch, the engaging member 41
The mirror 415 is adhesively fixed to the surface 4.

【0024】以上の構成のアクチエータ410の動作を
簡単に説明する。図示しない電源装置から圧電素子41
2の電極間に鋸歯状波の駆動パルスを印加し、伸び速度
と縮み速度とが異なる振動を発生させると、その端部に
接着固定された駆動部材413も軸方向に沿って振動す
る。駆動部材413に発生した伸び速度と縮み速度とが
異なる振動は、駆動部材413に摩擦結合した係合部材
414に伝達される。緩やかな伸び(或いは縮み)では
係合部材414は摩擦結合した駆動部材413と共に軸
方向に移動するが、急速な縮み(或いは伸び)では係合
部材414はその慣性力が摩擦結合力に打ち勝ってその
位置に留まり、移動しない。
The operation of the actuator 410 having the above configuration will be briefly described. From a power supply device (not shown)
When a drive pulse of a sawtooth wave is applied between the two electrodes to generate vibrations having different extension speeds and contraction speeds, the drive member 413 bonded and fixed to the end portion also vibrates along the axial direction. The vibration generated in the driving member 413 and having different expansion and contraction rates is transmitted to the engaging member 414 frictionally coupled to the driving member 413. With a slow extension (or contraction), the engagement member 414 moves axially with the frictionally coupled drive member 413, but with a rapid contraction (or extension), the engagement member 414 has its inertial force overcoming the frictional coupling force. It stays in that position and does not move.

【0025】この結果、圧電素子412に駆動パルスが
印加されている間、係合部材414は駆動部材413に
対して所定方向に移動し、駆動パルスの印加が停止する
と係合部材414はその位置に停止する。
As a result, while the driving pulse is being applied to the piezoelectric element 412, the engaging member 414 moves in a predetermined direction with respect to the driving member 413, and when the application of the driving pulse is stopped, the engaging member 414 moves to its position. Stop at.

【0026】図24及び図25は、上記したミラー41
5を設けたアクチエータ410を使用した光スイッチの
一例で、図24はその斜視図、図25は上から見た平面
図である。図24及び図25に示したように、光スイッ
チ430は9個のアクチエータ410(410−1〜4
10−9)から構成され、これに入射側の光ファイバー
421〜423と、射出側の光ファイバー425〜42
7とが接続される。なお、アクチエータの個数は9個に
限られるものではなく、入射側の光ファイバー、射出側
の光ファイバーの個数もこれに限られるものではない。
24 and 25 show the mirror 41 described above.
5 is an example of an optical switch using an actuator 410 provided with No. 5, FIG. 24 is a perspective view thereof, and FIG. 25 is a plan view seen from above. As shown in FIGS. 24 and 25, the optical switch 430 includes nine actuators 410 (410-1 to 410-4).
10-9), and the optical fibers 421 to 423 on the incident side and the optical fibers 425 to 42 on the exit side.
And 7 are connected. The number of actuators is not limited to nine, and the number of optical fibers on the incident side and the optical fibers on the emitting side is not limited to this.

【0027】次に、その動作を説明する。光ファイバー
421からの入射光を光ファイバー425に射出すると
きは、アクチエータ410−1を作動させて係合部材4
14−1を軸方向に移動し、係合部材414−1に固定
されているミラー415−1を光路内に移動する。その
他のアクチエータ410−n(n=2〜9)は不作動と
して、ミラー415−nを光路外に置く。これにより光
ファイバー421からの入射光をミラー415−1を経
て光ファイバー425に射出させることができる。
Next, the operation will be described. When the incident light from the optical fiber 421 is emitted to the optical fiber 425, the actuator 410-1 is operated to operate the engaging member 4
14-1 is moved in the axial direction, and the mirror 415-1 fixed to the engaging member 414-1 is moved into the optical path. The other actuators 410-n (n = 2 to 9) are deactivated and the mirrors 415-n are placed outside the optical path. Thereby, the incident light from the optical fiber 421 can be emitted to the optical fiber 425 via the mirror 415-1.

【0028】光ファイバー421からの入射光を光ファ
イバー426に射出するときは、アクチエータ410−
2を作動させ、ミラー415−2を光路内に移動させれ
ばよい。入射側の光ファイバーと射出側の光ファイバー
との交差位置にあるアクチエータ410−nを選択作動
させ、交差位置にあるミラー415−nを光路内に移動
することで、所望の入射側光路と射出側光路とを接続す
ることができる。
When the incident light from the optical fiber 421 is emitted to the optical fiber 426, the actuator 410-
2 may be operated to move the mirror 415-2 into the optical path. By selectively actuating the actuator 410-n at the intersection of the incident-side optical fiber and the exit-side optical fiber and moving the mirror 415-n at the intersecting position into the optical path, the desired incident-side optical path and exit-side optical path can be obtained. And can be connected.

【0029】上記した構成のアクチエータは、極めて小
型に製作できて狭いスペースに高密度に収納することが
でき、また圧電素子の変位量にとらわれない長ストロー
クの移動ができるし、さらに圧電素子の駆動を停止する
と、係合部材をその位置に保持する自己保持性があるの
で、係合部材を所定位置に保持するために特別にエネル
ギーを必要としない等、多くの利点を備えている。
The actuator having the above-described structure can be manufactured in an extremely small size, can be stored in a narrow space with high density, can be moved for a long stroke without being restricted by the displacement amount of the piezoelectric element, and can further drive the piezoelectric element. When stopped, it has many advantages, such as no special energy is required to hold the engagement member in place because it is self-holding to hold the engagement member in its position.

【0030】しかしながら、上記した構成のアクチエー
タを多数使用する装置を構成する場合、例えば光スイッ
チなどでは、高密度に配置された多数のアクチエータの
それぞれにミラーを備えた係合部材を設けなければなら
ず、アクチエータの個数が増えるにつれて組み立て作業
が極めて困難になるという不都合が生じる。その他の応
用装置でも多数のアクチエータのそれぞれに被駆動部材
を設けるという、多数の繁雑な工程が必要になるという
不都合が生じていた。
However, when an apparatus using a large number of actuators having the above-described structure is constructed, for example, in an optical switch, it is necessary to provide an engaging member having a mirror on each of a large number of densely arranged actuators. However, as the number of actuators increases, the assembly work becomes extremely difficult. Even in other applied devices, there has been a problem that a large number of complicated steps of providing a driven member for each of a large number of actuators are required.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の駆動
部材に対して共通の1個の係合部材を設けることにより
上記課題を解決するもので、請求項1の発明は、電気機
械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定され
た駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合された係合部材
とを備え、前記電気機械変換素子に伸びと縮みの速度の
異なる伸縮変位を発生させて前記駆動部材と係合部材と
を相対移動させる駆動装置において、前記駆動装置は前
記複数個の駆動部材に対して単一の前記係合部材が摩擦
結合されていることを特徴とする電気機械変換素子を使
用した駆動装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above problems by providing a single engaging member common to a plurality of driving members. The invention of claim 1 is an electromechanical conversion device. An element, a drive member fixed to one end of the electromechanical conversion element, and an engagement member frictionally coupled to the drive member, and generate expansion and contraction displacement of the electromechanical conversion element at different expansion and contraction speeds. In the drive device for relatively moving the drive member and the engagement member, the drive device is characterized in that a single engagement member is frictionally coupled to the plurality of drive members. It is a drive device using a mechanical conversion element.

【0032】そして、前記係合部材は、摩擦結合される
複数個の駆動部材よりも少ない個数の共用の摩擦力発生
部材を備え、該摩擦力発生部材により駆動部材との間に
摩擦力を発生させるようにしてもよい。
The engaging member includes a common frictional force generating member that is smaller in number than the plurality of frictionally coupled driving members, and the frictional force generating member generates a frictional force with the driving member. You may allow it.

【0033】また、前記係合部材は、前記複数の駆動部
材の相対位置を規定する位置決め部材を兼用するように
してもよい。
The engaging member may also serve as a positioning member that defines the relative positions of the plurality of driving members.

【0034】前記駆動装置は、前記係合部材に対して相
対移動する駆動部材により被駆動部材を駆動するもので
ある。
The driving device drives the driven member by a driving member that moves relative to the engaging member.

【0035】また、前記駆動装置は、前記被駆動部材を
前記駆動部材の駆動方向に沿った1自由度で駆動するほ
か前記駆動方向以外に2自由度で駆動できる、3自由度
の駆動ができる構成を備えるようにしてもよい。
Further, the driving device can drive the driven member with one degree of freedom along the driving direction of the driving member, and can also drive with two degrees of freedom other than the driving direction, and can have three degrees of freedom driving. You may make it provide a structure.

【0036】請求項6の発明は、電気機械変換素子と該
電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材とを備え
た複数個の駆動部と、前記複数個の駆動部がそれぞれ摩
擦結合された単一の係合部材と、前記係合部材に対して
相対移動する駆動部材により駆動され、駆動部材の駆動
方向に沿った1自由度で駆動されるほか、前記駆動方向
以外に2自由度で駆動できる3自由度を有する被駆動部
材とから構成されることを特徴とする3自由度を有する
ステージである。
According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of driving parts each including an electromechanical conversion element and a driving member fixed to one end of the electromechanical conversion element, and the plurality of driving parts are frictionally coupled to each other. Is driven by a single engaging member and a driving member that moves relative to the engaging member, and is driven with one degree of freedom along the driving direction of the driving member, and also with two degrees of freedom other than the driving direction. And a driven member having three degrees of freedom capable of being driven by a stage having three degrees of freedom.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】[第1の実施の形態]この発明の
第1の実施の形態の駆動装置、即ちアクチエータと、こ
のアクチエータを使用した光スイッチについて説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [First Embodiment] A drive device according to a first embodiment of the present invention, that is, an actuator and an optical switch using the actuator will be described.

【0038】図1及び図2は、この発明の第1の実施の
形態のアクチエータ10の構成を説明する斜視図で、図
1は係合部材を外した状態を示し、図2は係合部材を取
付け、光スイッチ20を構成した状態を示している。
1 and 2 are perspective views for explaining the structure of an actuator 10 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in which an engaging member is removed, and FIG. 2 shows an engaging member. Is attached and the optical switch 20 is configured.

【0039】図1において、アクチエータ駆動部30は
図23に示したアクチエータと類似した構成であるが、
係合部材34の構成が相違し、また、ミラーが駆動部材
33に形成されている点で相違する。
In FIG. 1, the actuator drive section 30 has a structure similar to that of the actuator shown in FIG.
The structure of the engaging member 34 is different, and the mirror is formed on the driving member 33.

【0040】即ち、アクチエータ駆動部30は、基台3
1の上に、電気機械変換素子の1つである圧電素子32
の一端を接着固定し、圧電素子32の他端には円柱状の
駆動部材33を接着固定する。円柱状の駆動部材33に
は、その表面を軸方向に沿って一部削って平面33aを
形成し、平面33aの表面を鏡面仕上げしてミラーとす
る。なお、アクチエータ10は複数個のアクチエータ駆
動部30を使用しているが、全て同じ構成である。
That is, the actuator drive unit 30 is composed of the base 3
1, a piezoelectric element 32, which is one of electromechanical conversion elements.
One end is adhered and fixed, and the other end of the piezoelectric element 32 is adhered and fixed with a cylindrical driving member 33. The surface of the cylindrical driving member 33 is partially cut along the axial direction to form a flat surface 33a, and the surface of the flat surface 33a is mirror-finished to form a mirror. Although the actuator 10 uses a plurality of actuator driving units 30, they all have the same configuration.

【0041】複数個(この例では9個)のアクチエータ
駆動部30(30−1〜30−9)を高密度で行列配置
し、駆動部材33(33−1〜33−9)の上に、共通
の1個の係合部材34を摩擦結合させる。係合部材34
には駆動部材33(33−1〜33−9)に嵌合する複
数個の孔35(35−1〜35−9)を設けてあるが、
各孔35には各駆動部材33に適当な圧力で接触する弾
性部材35aが内面に形成されている。なお、係合部材
34は複数の駆動部材33の相対位置を規定する位置決
め部材を兼用している。
A plurality (9 in this example) of actuator drive units 30 (30-1 to 30-9) are arranged in a matrix at a high density, and on the drive members 33 (33-1 to 33-9), The common one engaging member 34 is frictionally coupled. Engaging member 34
Is provided with a plurality of holes 35 (35-1 to 35-9) which fit into the driving members 33 (33-1 to 33-9).
An elastic member 35a is formed on the inner surface of each hole 35 so as to come into contact with each driving member 33 with an appropriate pressure. The engagement member 34 also serves as a positioning member that defines the relative positions of the plurality of drive members 33.

【0042】次に、その動作を説明するが、このアクチ
エータ10を光スイッチに適用した例で説明する。図2
は、アクチエータ10を使用した光スイッチの構成を示
す斜視図である。以下、光スイッチとしての動作を説明
する。
Next, the operation will be described, but an example in which the actuator 10 is applied to an optical switch will be described. Figure 2
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an optical switch using the actuator 10. The operation of the optical switch will be described below.

【0043】光ファイバー37からの入射光を光ファイ
バー38に射出するときは、アクチエータ駆動部30−
1を作動させて駆動部材33−1の先端を係合部材34
から突出させる。即ち、駆動部材33−1の圧電素子3
2−1(図1参照)に駆動パルスを印加することにより
発生する伸び速度と縮み速度とが異なる振動により、駆
動部材33−1は摩擦接触する係合部材34の孔35−
1の内部を上方向に移動し、先端が係合部材34から突
出する。駆動部材33−1の先端の平面33aはミラー
として機能するから、光ファイバー37からの入射光
は、平面33a、即ちミラー33aで反射して光ファイ
バー38に射出される。
When the incident light from the optical fiber 37 is emitted to the optical fiber 38, the actuator driving unit 30-
1 is operated so that the tip of the driving member 33-1 is engaged with the engaging member 34.
Project from. That is, the piezoelectric element 3 of the driving member 33-1
2-1 (see FIG. 1) is driven by the application of a drive pulse to the drive member 33-1, which causes frictional contact with the hole 35-
The inside of 1 moves upward, and the tip projects from the engaging member 34. Since the flat surface 33a at the tip of the driving member 33-1 functions as a mirror, the incident light from the optical fiber 37 is reflected by the flat surface 33a, that is, the mirror 33a, and is emitted to the optical fiber 38.

【0044】このように、入射側の光ファイバーと射出
側の光ファイバーとの交差位置にあるアクチエータ駆動
部30の圧電素子32を選択作動させ、駆動部材33を
係合部材34から突出させることで、所望の入射側光路
と射出側光路とを光学的に接続することができる。
As described above, by selectively operating the piezoelectric element 32 of the actuator driving section 30 at the intersection of the incident side optical fiber and the emitting side optical fiber, and projecting the driving member 33 from the engaging member 34, The optical path on the incident side and the optical path on the exit side can be optically connected.

【0045】なお、アクチエータ駆動部30の基台31
は、どの部材にも固定されていないが、一定の質量を備
えており、圧電素子32に発生する急速な伸び(或いは
縮み)振動では、慣性力により基台31の移動を阻止す
るように作用する。これにより、アクチエータ駆動部3
0は係合部材34との摩擦結合力に打ち勝って係合部材
34に対して相対的に移動し、駆動部材33の先端が係
合部材34から突出するのである。
The base 31 of the actuator drive unit 30
Is not fixed to any member, but has a constant mass, and acts to prevent the base 31 from moving due to inertial force in the rapid extension (or contraction) vibration generated in the piezoelectric element 32. To do. As a result, the actuator drive unit 3
0 overcomes the frictional coupling force with the engaging member 34 and moves relative to the engaging member 34, and the tip of the driving member 33 projects from the engaging member 34.

【0046】[第2の実施の形態]この発明の第2の実
施の形態のアクチエータ及びこのアクチエータを使用し
た光スイッチについて説明する。
[Second Embodiment] An actuator according to a second embodiment of the present invention and an optical switch using the actuator will be described.

【0047】図3乃至図6は、この発明の第2の実施の
形態のアクチエータの構成を説明する斜視図で、図3は
ばね部材を外した状態の係合部材の斜視図、図4はばね
部材を装着した状態の係合部材の斜視図、図5はアクチ
エータの断面図、図6はアクチエータの平面図である。
3 to 6 are perspective views for explaining the structure of an actuator according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of an engaging member with a spring member removed, and FIG. FIG. 5 is a perspective view of the engagement member with the spring member attached, FIG. 5 is a cross-sectional view of the actuator, and FIG. 6 is a plan view of the actuator.

【0048】第2の実施の形態のアクチエータ駆動部
は、図1に示した第1の実施の形態のアクチエータ駆動
部30と同一構成であるから、同一部材には同一符号を
付して詳細な説明は省略するが、アクチエータ駆動部3
0の円柱状の駆動部材33にはその表面を軸方向に沿っ
て一部削って平面33aを形成して鏡面仕上げしてミラ
ーが形成されているものとする。
Since the actuator drive unit of the second embodiment has the same structure as the actuator drive unit 30 of the first embodiment shown in FIG. 1, the same members are designated by the same reference numerals and detailed description will be given. Although not described, the actuator drive unit 3
It is assumed that the cylindrical drive member 33 of 0 has a mirror 33 formed by partially cutting the surface along the axial direction to form a flat surface 33a and mirror-finishing.

【0049】図3及び図4に示すように、係合部材41
には、アクチエータ駆動部30の駆動部材33の円柱部
に接触するV溝41bとその対向面に形成された凹面4
1cから構成された受部41dが複数(この例では3
個)連続して配列された孔部41aが形成され、さらに
この孔部41aが複数個(この例では3個)平行に配置
され、合計9個の受部41dが高密度で形成されてい
る。また、この孔部41aには複数の受部41d(この
例では3個)に対して1個のばね部材42が装着されて
いる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the engaging member 41
Includes a V-shaped groove 41b that comes into contact with the cylindrical portion of the driving member 33 of the actuator driving unit 30 and a concave surface 4 formed on the opposite surface thereof.
A plurality of receiving portions 41d composed of 1c (in this example, 3
The holes 41a are continuously arranged and a plurality (three in this example) of the holes 41a are arranged in parallel, and a total of nine receiving portions 41d are formed with high density. . Further, one spring member 42 is attached to the plurality of receiving portions 41d (three in this example) in the hole portion 41a.

【0050】ばね部材42は、係合部材41と駆動部材
33とを摩擦結合させる摩擦力発生部材として機能する
ものである。なお、受部41dや孔部41aの個数、ば
ね部材42の個数、連続配列数等は、図示のものに限ら
れるものではない。
The spring member 42 functions as a frictional force generating member for frictionally coupling the engaging member 41 and the driving member 33. The number of receiving portions 41d and holes 41a, the number of spring members 42, the number of continuous arrangements, etc. are not limited to those shown in the figure.

【0051】図5に示すように、アクチエータ50は、
係合部材41と、保持部材43、結合部材44をボルト
45a及び45bで結合したフレーム46に、アクチエ
ータ駆動部30を複数個(この例では9個)配列して構
成される。
As shown in FIG. 5, the actuator 50 is
A plurality of (nine in this example) actuator driving units 30 are arranged on a frame 46 in which an engaging member 41, a holding member 43, and a connecting member 44 are connected by bolts 45a and 45b.

【0052】複数個(この例では9個)のアクチエータ
駆動部30をフレーム46に行列配置し、アクチエータ
駆動部30の駆動部材33(33−1〜33−9)の円
柱部分を係合部材41の受部41d(V溝41bと凹面
41cから構成)に挿入し、ばね部材42で係合部材4
1と摩擦結合させる。
A plurality of (in this example, nine) actuator drive units 30 are arranged in a matrix on the frame 46, and the cylindrical portions of the drive members 33 (33-1 to 33-9) of the actuator drive unit 30 are engaged with the engagement member 41. Of the engaging member 4 with the spring member 42.
Frictionally coupled with 1.

【0053】なお、係合部材41は駆動部材33(33
−1〜33−9)の相対位置を規定する位置決め部材と
しても機能するものである。
The engaging member 41 is the driving member 33 (33
-1 to 33-9) also functions as a positioning member that defines the relative position.

【0054】この光スイッチとしての動作は、第1の実
施の形態のものと同じで、切換を行う光路位置にあるア
クチエータ駆動部30を作動させて駆動部材33の先端
を係合部材41から突出させ、平面33aに形成された
ミラーを光路中に位置させることで、光スイッチに入射
した光を所望の光路へ切換えることができる。図5にお
いて、アクチエータ駆動部30(30−1)の点線で示
した位置は、駆動部材33(33−1)の先端が係合部
材41から突出してミラー(33a)が光路中に位置し
ている状態を示している。
The operation as the optical switch is the same as that of the first embodiment, and the actuator drive unit 30 at the optical path position for switching is operated to project the tip of the drive member 33 from the engaging member 41. By arranging the mirror formed on the plane 33a in the optical path, the light incident on the optical switch can be switched to a desired optical path. In FIG. 5, the position shown by the dotted line of the actuator drive unit 30 (30-1) is such that the tip of the drive member 33 (33-1) projects from the engagement member 41 and the mirror (33a) is located in the optical path. It shows the state.

【0055】[第3の実施の形態]この発明の第3の実
施の形態の3自由度のステージ及びこのステージを使用
した光スイッチについて説明する。
[Third Embodiment] A three-degree-of-freedom stage and an optical switch using this stage according to a third embodiment of the present invention will be described.

【0056】図7及び図8は、3本のリニアアクチエー
タを備えた3自由度のステージ60の斜視図で、図7は
係合部材、ピン、及びステージ板を取り外した状態を示
し、図8は係合部材及びピンを組み付け、ステージ板を
取り外した状態を示した状態を示している。
7 and 8 are perspective views of a three-degree-of-freedom stage 60 equipped with three linear actuators, and FIG. 7 shows a state in which the engaging member, the pin, and the stage plate are removed. Reference numeral 8 shows a state in which the engaging member and the pin are assembled and the stage plate is removed.

【0057】図7及び図8において、ステージ本体61
には、上端に球が取付けられた上下に移動するロッドを
有する3本のアクチエータ駆動部62、63、64が直
立配置されており、アクチエータ駆動部62、63、6
4には共通の1個の係合部材65が摩擦結合している。
7 and 8, the stage main body 61
Uprightly arranged are three actuator drive parts 62, 63, 64 having vertically moving rods having spheres attached to their upper ends.
A common single engaging member 65 is frictionally coupled to 4.

【0058】アクチエータ駆動部62、63、64は、
図1に示した第1の実施の形態のアクチエータ駆動部と
類似した構成を備えているが、駆動部材に形成された平
面部をミラーとして使用しないため、平面部が鏡面仕上
げされていない点で相違する。アクチエータ駆動部6
2、63、64は全て同一の構成であるから、以下、ア
クチエータ駆動部62について説明する。
The actuator drive units 62, 63 and 64 are
Although the actuator drive unit of the first embodiment shown in FIG. 1 is provided with a similar configuration, the flat portion formed on the drive member is not used as a mirror, and thus the flat portion is not mirror-finished. Be different. Actuator drive unit 6
Since 2, 63 and 64 have the same configuration, the actuator drive section 62 will be described below.

【0059】アクチエータ駆動部62(63、64)
は、基台62a(63a、64a)の上に圧電素子62
b(63b、64b)の一端を接着固定し、圧電素子6
2b(63b、64b)の他端には円柱状の駆動部材6
2c(63c、64c)を接着固定する。
Actuator drive section 62 (63, 64)
Is the piezoelectric element 62 on the base 62a (63a, 64a).
One end of b (63b, 64b) is bonded and fixed, and the piezoelectric element 6
A cylindrical driving member 6 is provided at the other end of 2b (63b, 64b).
2c (63c, 64c) is adhesively fixed.

【0060】円柱状の駆動部材62c(63c、64
c)には、その表面を軸方向に沿って一部削って平面6
2d(63d、64d)を形成する。但し、平面62d
(63d、64d)はミラーとして使用しないので、鏡
面仕上げされていない。
A cylindrical driving member 62c (63c, 64)
In c), the surface is partially cut along the axial direction to obtain a flat surface 6
2d (63d, 64d) is formed. However, the plane 62d
Since (63d, 64d) is not used as a mirror, it is not mirror-finished.

【0061】アクチエータ駆動部62(63、64)の
駆動部材62c(63c、64c)の先端は別体に作成
した半球体62e(63e、64e)を接着等の手段で
固定する等、適宜の手段で半球体62e(63e、64
e)に仕上げる。
The tip of the drive member 62c (63c, 64c) of the actuator drive unit 62 (63, 64) is a suitable means such as fixing a separately formed hemisphere 62e (63e, 64e) by means such as adhesion. And hemisphere 62e (63e, 64)
e) finish.

【0062】係合部材65にはアクチエータ駆動部6
2、63、64の駆動部材62c、63c、64cに嵌
合する複数個の孔65a、65b、65cが設けてある
が、各孔65a、65b、65cには駆動部材62c、
63c、64cに適当な圧力で接触する弾性部材65
d、65e、65fが内面に形成されている。また、係
合部材65はステージ本体61に植設されたピン66に
よりステージ本体61から所定の間隔を隔てて固定支持
されている。
The engaging member 65 has an actuator drive portion 6
A plurality of holes 65a, 65b, 65c that fit into the driving members 62c, 63c, 64c of 2, 63, 64 are provided, and the driving members 62c, 65b, 65c are provided in the holes 65a, 65b, 65c, respectively.
Elastic member 65 that contacts 63c and 64c with appropriate pressure
d, 65e, 65f are formed on the inner surface. Further, the engagement member 65 is fixedly supported by the pin 66 implanted in the stage body 61 at a predetermined distance from the stage body 61.

【0063】なお、係合部材65は駆動部材62c、6
3c、64cの相対位置を規定する位置決め部材として
も機能するものである。
The engaging member 65 is the driving members 62c and 6c.
It also functions as a positioning member that defines the relative positions of 3c and 64c.

【0064】ステージ板70とアクチエータ駆動部6
2、63、64の駆動部材62c、63c、64cとの
結合は、図17、図18で説明した構成と同様に結合さ
れている。即ち、ステージ板70にはジョイント孔70
aと長溝孔70bが形成されており、駆動部材62cの
先端の半球体62eがジョイント孔70aに係合するボ
ールジョイント、駆動部材63cの先端の半球体63e
が長溝孔70bに係合する長溝ジョイント、駆動部材6
4cの先端の半球体64eがステージ板70の裏面に接
触係合するフリージョイントとなっている。
Stage plate 70 and actuator drive unit 6
The coupling of the driving members 62c, 63c, 64c of the reference numerals 2, 63, 64 is performed in the same manner as the configuration described with reference to FIGS. 17 and 18. That is, the stage plate 70 has a joint hole 70.
a and a long groove 70b are formed, a hemisphere 62e at the tip of the drive member 62c engages the joint hole 70a, and a hemisphere 63e at the tip of the drive member 63c.
Drive member 6 that engages with the long groove 70b
A hemisphere 64e at the tip of 4c is a free joint that contacts and engages with the back surface of the stage plate 70.

【0065】アクチエータ駆動部62、63、64の基
台62a、63a、64aは、どの部材にも固定されて
いないが、一定の質量を備えており、圧電素子62b、
63b、64bに発生する急速な伸び(或いは縮み)振
動では、慣性力により基台62a、63a、64aの移
動を阻止するように作用する。これにより、アクチエー
タ駆動部62、63、64は係合部材65との摩擦結合
力に打ち勝って係合部材65に対して相対的に移動し、
駆動部材62c、63c、64cの先端が係合部材65
から突出する。
The bases 62a, 63a, 64a of the actuator drive units 62, 63, 64 are not fixed to any member, but have a constant mass, and the piezoelectric element 62b,
In the rapid extension (or contraction) vibration generated in 63b and 64b, the inertial force acts to prevent the bases 62a, 63a and 64a from moving. As a result, the actuator drive parts 62, 63, 64 overcome the frictional coupling force with the engagement member 65 and move relative to the engagement member 65,
The tips of the driving members 62c, 63c, 64c are the engaging members 65.
Stick out from.

【0066】この構成によれば、アクチエータ駆動部6
2〜64の駆動部材62c〜64cを上下に移動させる
ことができるので、ステージ板70を1自由度の直動
(Z軸方向の移動)と、2自由度の回転で移動させるこ
とができ、3自由度のステージを構成することができ
る。
According to this configuration, the actuator drive section 6
Since the driving members 62c to 64c of 2 to 64 can be moved up and down, the stage plate 70 can be moved by linear movement of one degree of freedom (movement in the Z-axis direction) and rotation of two degrees of freedom. A stage with three degrees of freedom can be constructed.

【0067】図9は上記した3自由度のステージ60を
使用した光スイッチ75の斜視図で、ステージ板70の
上にミラー76を配置したものである。入射側の光ファ
イバー77から入射した光は、アクチエータ駆動部6
2、63、64によりステージ板70を介して高さと傾
きが調整されたミラー76で反射され、射出側の所望の
光ファイバー78に射出することができる。
FIG. 9 is a perspective view of an optical switch 75 using the above-described three-degree-of-freedom stage 60, in which a mirror 76 is arranged on a stage plate 70. Light incident from the optical fiber 77 on the incident side is transmitted to the actuator driving unit 6
It is reflected by the mirror 76 whose height and inclination are adjusted by the reference numerals 2, 63, 64 via the stage plate 70, and can be emitted to a desired optical fiber 78 on the emitting side.

【0068】[第4の実施の形態]この発明の第4の実
施の形態のミラーの曲率を変化させるミラー補正機構に
ついて説明する。
[Fourth Embodiment] A mirror correcting mechanism for changing the curvature of the mirror according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

【0069】図10は、ミラー補正機構80の構成を示
す断面図で、ミラーケース82とミラー(凹面鏡)81
の裏面との間に複数の駆動部材を備えたアクチエータ8
3を配置したものである。
FIG. 10 is a sectional view showing the structure of the mirror correction mechanism 80. The mirror case 82 and the mirror (concave mirror) 81 are shown in FIG.
Actuator 8 provided with a plurality of driving members between the back surface of the
3 is arranged.

【0070】アクチエータ83は、複数個のアクチエー
タ駆動部85と1個の係合部材86とから構成される。
The actuator 83 is composed of a plurality of actuator driving parts 85 and one engaging member 86.

【0071】図11はアクチエータ駆動部85の構成を
示す斜視図で、基台85a上に圧電素子85bの一端を
接着固定し、圧電素子85bの他端には円柱状の駆動部
材85cを接着固定して構成される。この構成は、第1
乃至第3の実施の形態で説明したアクチエータ駆動部と
同様の構成であるから、詳細な説明は省略する。
FIG. 11 is a perspective view showing the structure of the actuator drive section 85. One end of the piezoelectric element 85b is adhered and fixed on the base 85a, and the cylindrical drive member 85c is adhered and fixed on the other end of the piezoelectric element 85b. Configured. This configuration is the first
Since the structure is similar to that of the actuator drive unit described in the third embodiment, detailed description thereof will be omitted.

【0072】図12は係合部材86の構成を示す斜視図
で、ミラー(凹面鏡)81の曲率に近い適宜の曲面を有
する円板で、その上に複数の孔86aが設けられてい
る。孔86aの配置や個数は、ミラーの寸法や補正する
曲率の大きさ等により適宜決定するものとする。孔86
aには、先に第1の実施の形態、第3の実施の形態で説
明した係合部材と同様に、駆動部材85cに適当な圧力
で接触する弾性部材86bが内面に形成されている。
FIG. 12 is a perspective view showing the structure of the engaging member 86, which is a disk having an appropriate curved surface close to the curvature of the mirror (concave mirror) 81, and a plurality of holes 86a are provided on the disk. The arrangement and number of the holes 86a are appropriately determined according to the dimensions of the mirror, the magnitude of the curvature to be corrected, and the like. Hole 86
Similar to the engaging members described in the first and third embodiments, an elastic member 86b that comes into contact with the driving member 85c with an appropriate pressure is formed on the inner surface of a.

【0073】アクチエータ83は、複数個のアクチエー
タ駆動部85の駆動部材85cを係合部材86の孔86
aに適当な圧力で摩擦結合させて構成される。
In the actuator 83, the driving members 85c of the plurality of actuator driving portions 85 are connected to the holes 86 of the engaging member 86.
It is constructed by frictionally connecting to a with an appropriate pressure.

【0074】なお、係合部材86は複数個の駆動部材8
5cの相対位置を規定する位置決め部材としても機能す
るものである。
The engaging member 86 is composed of a plurality of driving members 8
It also functions as a positioning member that defines the relative position of 5c.

【0075】次に、図10を参照してミラー81の曲率
補正動作を説明する。ミラー81の曲率を補正したい位
置にある1又は複数のアクチエータ駆動部85の圧電素
子85bに駆動パルスを供給して発生する伸び速度と縮
み速度とが異なる振動により、駆動部材85cを摩擦接
触する係合部材86に対して前後に移動させてミラー8
1の裏面に接触する駆動部材85cの先端押し出し量を
調整し、ミラー81の曲率を補正する。
Next, the curvature correction operation of the mirror 81 will be described with reference to FIG. The driving member 85c is frictionally brought into contact with the driving member 85c by vibration generated by supplying a driving pulse to the piezoelectric element 85b of the actuator driving unit 85 at a position where the curvature of the mirror 81 is desired to be corrected and having different expansion and contraction speeds. The mirror 8 is moved back and forth with respect to the joining member 86.
The amount of pushing of the tip of the drive member 85c that contacts the back surface of the mirror 1 is adjusted to correct the curvature of the mirror 81.

【0076】アクチエータ駆動部85の基台85aは、
どの部材にも固定されていないが、一定の質量を備えて
おり、圧電素子85bに発生する急速な伸び(或いは縮
み)振動では、慣性力により基台85aの移動を阻止す
るように作用する。これにより、アクチエータ駆動部8
5は係合部材86との摩擦結合力に打ち勝って係合部材
86に対して相対的に移動させることができるのであ
る。
The base 85a of the actuator drive section 85 is
Although it is not fixed to any member, it has a constant mass, and acts on the movement of the base 85a by the inertial force in the rapid extension (or contraction) vibration generated in the piezoelectric element 85b. As a result, the actuator drive unit 8
5 can overcome the frictional coupling force with the engaging member 86 and can be moved relative to the engaging member 86.

【0077】[第5の実施の形態]この発明の第5の実
施の形態について説明する。第5の実施の形態は、前記
した第1乃至第4の実施の形態におけるアクチエータ駆
動部への給電手段に関するものである。
[Fifth Embodiment] The fifth embodiment of the present invention will be described. The fifth embodiment relates to a power feeding means to the actuator drive section in the above-described first to fourth embodiments.

【0078】図13は、アクチエータ駆動部への給電手
段を説明する図である。図13において、アクチエータ
駆動部90は、基台91、圧電素子92、駆動部材93
から構成され、この構成は第1乃至第4の実施の形態の
アクチエータ駆動部のそれぞれの部材に対応する。ま
た、94は係合部材で、第1の実施の形態の係合部材3
4、第2の実施の形態の係合部材41、第3の実施の形
態の係合部材65、第4の実施の形態の係合部材86に
対応するものである。
FIG. 13 is a diagram for explaining the power feeding means to the actuator drive section. In FIG. 13, an actuator drive unit 90 includes a base 91, a piezoelectric element 92, a drive member 93.
This configuration corresponds to each member of the actuator drive section of the first to fourth embodiments. Further, 94 is an engaging member, which is the engaging member 3 of the first embodiment.
4, the engaging member 41 of the second embodiment, the engaging member 65 of the third embodiment, and the engaging member 86 of the fourth embodiment.

【0079】図13において、駆動部材93はカーボン
で構成され、また係合部材94も金属で構成され、それ
ぞれは導電性を有しているから、駆動部材93を係合部
材94に貫通させ摩擦結合させることで、駆動部材93
と係合部材94は電気的に接続される。
In FIG. 13, the driving member 93 is made of carbon, and the engaging member 94 is also made of metal. Since each of them has conductivity, the driving member 93 is pierced through the engaging member 94 to cause friction. By coupling, the driving member 93
And the engaging member 94 are electrically connected.

【0080】圧電素子92の一方の電極(負極)はワイ
ヤを介して駆動部材93に電気的に接続され、圧電素子
92の他方の電極(正極)はコイル状のワイヤ95を介
してスイッチ96に接続される。圧電素子92の他方の
電極(正極)とスイッチ96との接続にコイル状のワイ
ヤ95を使用したのは、圧電素子92、駆動部材93を
含むアクチエータ駆動部90が移動するとき、ワイヤ9
5に無理な力が加わらないようにするためである。
One electrode (negative electrode) of the piezoelectric element 92 is electrically connected to the driving member 93 via a wire, and the other electrode (positive electrode) of the piezoelectric element 92 is connected to the switch 96 via a coiled wire 95. Connected. The coil-shaped wire 95 is used to connect the other electrode (positive electrode) of the piezoelectric element 92 and the switch 96 because the wire 9 is moved when the actuator driving unit 90 including the piezoelectric element 92 and the driving member 93 moves.
This is to prevent unreasonable force from being applied to 5.

【0081】係合部材94とスイッチ96を電源97に
接続することにより、電源97から出力される駆動パル
スは圧電素子92に供給される。なお、スイッチ96は
アクチエータ駆動部90の圧電素子92を選択的に駆動
するためのものである。
By connecting the engaging member 94 and the switch 96 to the power source 97, the drive pulse output from the power source 97 is supplied to the piezoelectric element 92. The switch 96 is for selectively driving the piezoelectric element 92 of the actuator drive section 90.

【0082】以上の構成により、アクチエータ駆動部9
0への電極配線を駆動部材93と係合部材94により行
うことができ、配線本数を減らすことができる。
With the above configuration, the actuator drive unit 9
The electrode wiring to 0 can be performed by the driving member 93 and the engaging member 94, and the number of wirings can be reduced.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上詳細に説明したとおり、この発明に
係る電気機械変換素子を使用した駆動装置、即ちアクチ
エータは、多数の駆動部材に対して単一の係合部材を摩
擦結合して構成されるものであるから、従来のもののよ
うに多数のアクチエータを配置した構成のものに比較し
て繁雑な組立工程を必要とせず、組立作業を容易に行う
ことができる。
As described above in detail, the drive device using the electromechanical conversion element according to the present invention, that is, the actuator, is constructed by frictionally coupling a single engagement member to a large number of drive members. Therefore, the assembly work can be easily performed without requiring a complicated assembly process as compared with the conventional structure in which a large number of actuators are arranged.

【0084】また、この発明に係る電気機械変換素子を
使用した駆動装置、即ちアクチエータは、極めて小型に
製作でき、狭いスペースに高密度に収納することがで
き、しかも電気機械変換素子の駆動を停止すると、駆動
部材をその位置に保持する自己保持性があるので、被駆
動部材を所定位置に保持するために特別にエネルギーを
必要としない等、多くの利点を備えたアクチエータを提
供することができる。
A driving device using the electromechanical conversion element according to the present invention, that is, an actuator, can be manufactured in an extremely small size and can be stored in a narrow space with high density, and the driving of the electromechanical conversion element can be stopped. Then, since there is a self-holding property of holding the driving member in that position, it is possible to provide an actuator having many advantages such as not requiring special energy to hold the driven member in a predetermined position. .

【0085】そして、この発明の駆動装置を使用した光
スイッチ、ミラーの曲率補正装置などの応用装置におい
ても、多数の繁雑な組立工程を必要とせず応用装置の組
立作業を容易に行うことができる。また、応用装置の被
駆動部材等を所定位置に保持するために特別にエネルギ
ーを必要としないなど、多くの利点を備えた応用装置を
提供することができる。
Also in the applied device such as the optical switch and the mirror curvature correction device using the drive device of the present invention, the assembly work of the applied device can be easily performed without requiring many complicated assembling steps. . Further, it is possible to provide an application device having many advantages such as not requiring special energy to hold a driven member or the like of the application device at a predetermined position.

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

【図1】第1の実施の形態のアクチエータの斜視図(係
合部材取外し状態)。
FIG. 1 is a perspective view of an actuator according to a first embodiment (engagement member detached state).

【図2】図1に示すアクチエータにより構成した光スイ
ッチを説明する斜視図。
FIG. 2 is a perspective view illustrating an optical switch including the actuator shown in FIG.

【図3】第2の実施の形態のアクチエータの係合部材か
らばね部材を外した状態を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a spring member is removed from an engaging member of the actuator of the second embodiment.

【図4】図3に示す係合部材にばね部材を装着した状態
を示す斜視図。
4 is a perspective view showing a state in which a spring member is attached to the engaging member shown in FIG.

【図5】第2の実施の形態のアクチエータの断面図。FIG. 5 is a sectional view of an actuator according to a second embodiment.

【図6】図5に示すアクチエータの平面図。6 is a plan view of the actuator shown in FIG.

【図7】第3の実施の形態の3自由度のステージの斜視
図(係合部材、ピン及びステージ板を取り外した状
態)。
FIG. 7 is a perspective view of a stage with three degrees of freedom according to the third embodiment (state in which an engaging member, a pin, and a stage plate are removed).

【図8】図7に示すステージの斜視図(係合部材及びピ
ンを組み付け、ステージ板を取り外した状態)。
8 is a perspective view of the stage shown in FIG. 7 (a state in which an engaging member and pins are assembled and a stage plate is removed).

【図9】第3の実施の形態の3自由度のステージを使用
した光スイッチの斜視図。
FIG. 9 is a perspective view of an optical switch using a stage with three degrees of freedom according to a third embodiment.

【図10】第4の実施の形態のミラー補正機構の構成を
示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a mirror correction mechanism according to a fourth embodiment.

【図11】図10に示すミラー補正機構のアクチエータ
駆動部の構成を示す斜視図。
11 is a perspective view showing a configuration of an actuator drive unit of the mirror correction mechanism shown in FIG.

【図12】図10に示すミラー補正機構の係合部材の構
成を示す斜視図。
12 is a perspective view showing a configuration of an engagement member of the mirror correction mechanism shown in FIG.

【図13】第5の実施の形態のアクチエータ駆動部への
給電手段を説明する図。
FIG. 13 is a diagram illustrating a power feeding unit for an actuator driving unit according to the fifth embodiment.

【図14】従来のミラー型と呼ばれる光スイッチの構成
の一例を説明する図。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional optical switch called a mirror type.

【図15】図14に示す光スイッチの側面図(その
1)。
FIG. 15 is a side view (1) of the optical switch shown in FIG.

【図16】図14に示す光スイッチの側面図(その
2)。
16 is a side view (part 2) of the optical switch shown in FIG.

【図17】3自由度のステージの構成を示す外観図(ス
テージ板取外し状態)。
FIG. 17 is an external view showing a configuration of a stage having three degrees of freedom (stage plate removed state).

【図18】図17に示すステージの構成を示す外観図
(ステージ板取付け状態)。
18 is an external view showing the configuration of the stage shown in FIG. 17 (stage plate attached state).

【図19】図17に示すステージに使用するリニアアク
チエータの構成を示す断面図。
19 is a cross-sectional view showing the structure of a linear actuator used for the stage shown in FIG.

【図20】図17に示すステージを使用した光スイッチ
の外観図。
20 is an external view of an optical switch using the stage shown in FIG.

【図21】従来のミラーの曲率の変化を説明する図。FIG. 21 is a diagram illustrating a change in curvature of a conventional mirror.

【図22】従来のミラーの曲率を補正するミラー補正機
構を説明する図。
FIG. 22 is a diagram illustrating a conventional mirror correction mechanism for correcting the curvature of a mirror.

【図23】アクチエータを構成要素を分解して示した斜
視図。
FIG. 23 is a perspective view showing the actuator by disassembling the constituent elements.

【図24】アクチエータを使用したミラー型の光スイッ
チの一例を示す斜視図。
FIG. 24 is a perspective view showing an example of a mirror type optical switch using an actuator.

【図25】図24に示すミラー型の光スイッチの平面
図。
25 is a plan view of the mirror type optical switch shown in FIG. 24. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 アクチエータ 20 光スイッチ 30 アクチエータ駆動部 31 基台 32 圧電素子 33 駆動部材 33a 平面(ミラー) 34 係合部材 35 孔 35a 弾性部材 37、38 光ファイバー 41 係合部材 41b V溝 41c 凹面 41d 受部 42 ばね部材 43 保持部材 44 結合部材 46 フレーム 50 アクチエータ 60 3自由度のステージ 61 ステージ本体 62、63、64 アクチエータ駆動部 65 係合部材 66 ピン 70 ステージ板 75 光スイッチ 76 ミラー 77、78 光ファイバー 80 ミラー補正機構 81 ミラー(凹面鏡) 82 ミラーケース 83 アクチエータ 85 アクチエータ駆動部 86 係合部材 90 アクチエータ駆動部 91 基台 92 圧電素子 93 駆動部材 94 係合部材 95 コイル状のワイヤ 96 スイッチ 97 電源 10 Activator 20 optical switch 30 Actuator drive 31 base 32 Piezoelectric element 33 Drive member 33a Plane (mirror) 34 Engaging member 35 holes 35a elastic member 37, 38 optical fiber 41 Engagement member 41b V groove 41c concave 41d receiver 42 Spring member 43 Holding member 44 Coupling member 46 frames 50 Activator 60 3 degrees of freedom stage 61 Stage body 62, 63, 64 Actuator drive unit 65 Engagement member 66 pin 70 Stage board 75 optical switch 76 mirror 77, 78 Optical fiber 80 Mirror correction mechanism 81 Mirror (concave mirror) 82 mirror case 83 Actuator 85 Actuator drive 86 Engagement member 90 Actuator drive 91 base 92 Piezoelectric element 93 Drive member 94 Engagement member 95 coiled wire 96 switch 97 power supply

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気機械変換素子と、 前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、 前記駆動部材に摩擦結合された係合部材とを備え、 前記電気機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる伸縮
変位を発生させて前記駆動部材と係合部材とを相対移動
させる駆動装置において、 前記駆動装置は複数個の前記駆動部材に対して単一の前
記係合部材が摩擦結合されていることを特徴とする電気
機械変換素子を使用した駆動装置。
1. An electromechanical conversion element, a drive member fixed to one end of the electromechanical conversion element, and an engagement member frictionally coupled to the drive member, wherein the electromechanical conversion element extends and contracts. In the drive device for causing the drive member and the engagement member to relatively move by generating expansion and contraction displacements at different speeds, the drive device is configured such that a single engagement member is frictionally coupled to the plurality of drive members. A drive device using an electro-mechanical conversion element.
【請求項2】 前記係合部材は、摩擦結合される複数個
の駆動部材よりも少ない個数の共用の摩擦力発生部材を
備え、該摩擦力発生部材により駆動部材との間に摩擦力
を発生させることを特徴とする請求項1記載の電気機械
変換素子を使用した駆動装置。
2. The engagement member includes a common frictional force generating member that is smaller in number than a plurality of frictionally coupled driving members, and the frictional force generating member generates a frictional force with the driving member. A drive device using the electromechanical conversion element according to claim 1.
【請求項3】 前記係合部材は、前記複数の駆動部材の
相対位置を規定する位置決め部材を兼用していることを
特徴とする請求項1記載の電気機械変換素子を使用した
駆動装置。
3. The drive device using the electromechanical conversion element according to claim 1, wherein the engagement member also serves as a positioning member that defines relative positions of the plurality of drive members.
【請求項4】 前記駆動装置は、前記係合部材に対して
相対移動する駆動部材により被駆動部材を駆動すること
を特徴とする請求項1記載の電気機械変換素子を使用し
た駆動装置。
4. The drive device using the electromechanical conversion element according to claim 1, wherein the drive device drives the driven member by a drive member that moves relative to the engagement member.
【請求項5】 前記駆動装置は、前記被駆動部材を前記
駆動部材の駆動方向に沿った1自由度で駆動するほか前
記駆動方向以外に2自由度で駆動できる、3自由度の駆
動ができる構成を備えていることを特徴とする請求項4
記載の電気機械変換素子を使用した駆動装置。
5. The driving device can drive the driven member with one degree of freedom along a driving direction of the driving member, and can drive with two degrees of freedom other than the driving direction, and can have three degrees of freedom driving. 5. The structure according to claim 4, wherein the structure is provided.
A drive device using the electromechanical conversion element described.
【請求項6】 電気機械変換素子と該電気機械変換素子
の一端に固定された駆動部材とを備えた複数個の駆動部
と、 前記複数個の駆動部がそれぞれ摩擦結合された単一の係
合部材と、 前記係合部材に対して相対移動する駆動部材により駆動
され、駆動部材の駆動方向に沿った1自由度で駆動され
るほか、前記駆動方向以外に2自由度で駆動できる3自
由度を有する被駆動部材とから構成されることを特徴と
する3自由度を有するステージ。
6. A plurality of driving parts each including an electromechanical conversion element and a driving member fixed to one end of the electromechanical conversion element, and a single engagement member in which the plurality of driving parts are frictionally coupled to each other. It is driven by a coupling member and a driving member that moves relative to the engaging member, and is driven with one degree of freedom along the driving direction of the driving member, and also with three degrees of freedom that can be driven with two degrees of freedom other than the driving direction. A stage having three degrees of freedom, comprising a driven member having a degree of freedom.
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JP2018021930A (en) * 2012-01-31 2018-02-08 インフィニテシマ リミテッド Beam scan system

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