JP3332954B2 - 急速変形圧電アクチュエータおよび急速変形圧電アクチュエータを用いた内視鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子の急速変形に伴
う慣性力を利用して移動を行なう急速変形圧電アクチュ
エータおよびそれを用いた内視鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特願平２−３０５１８２号
公報に示すように、簡単かつコンパクトな構成によって
レンズの移動操作を迅速かつ確実に行なおうとする急速
変形圧電アクチュエータが知られている。このアクチュ
エータは、対物光学系を構成するレンズ群における移動
レンズを保持するレンズ枠に移動体を連結し、前記レン
ズ枠を移動させるべき向きに沿って軸方向を配置したそ
の軸方向へ伸縮可能な圧電素子を設け、この圧電素子の
一端を前記移動体に実質的に固定するとともに、前記圧
電素子の他端に慣性体を取着し、前記圧電素子に印加す
る駆動電圧を制御手段で制御して前記圧電素子がその軸
方向へ伸縮するときの前記慣性体の慣性力と前記移動体
が移動路面から受ける摩擦力を利用しながら前記レンズ
枠を移動させて位置調整を行うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術では、
棒状または円筒状の前記移動体を円管等のハウジング内
に圧入して移動路面としての前記ハウジングの内面から
実質的に摩擦力を得ていた。

【０００４】しかしながら、棒状の移動体を前記ハウジ
ング内に圧入する際、移動体とハウジングの寸法公差内
のわずかなばらつきで、移動体がハウジングの内面から
受ける摩擦力が大きく異なってしまう虞があった。この
ことはアクチュエータ性能のばらつきに直結するため、
レンズ枠移動機構の信頼性が低くなる欠点があった。本
発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目
的とするところは、構成部材の寸法公差にばらつきがあ
っても性能が殆どばらつくことのない急速変形圧電アク
チュエータおよびそれを用いた内視鏡を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載された発明は、ハウジング内に嵌合
状態で摩擦力により保持された移動体と、前記移動体に
固定され且つ印加電圧によって軸方向に伸縮可能な圧電
素子を有した慣性部とから成り、前記圧電素子が軸方向
に急速に変形したときの前記慣性部の慣性力と前記移動
体が前記ハウジングの内面から受ける摩擦力との差を利
用して軸方向に移動する急速変形圧電アクチュエータに
おいて、前記ハウジングを縮径させる弾性力を付与する
弾性体が前記ハウジングの外周に設けられ、この弾性体
の弾性力によって前記移動体と前記ハウジングとが圧接
されることを特徴とする。また、請求項２に記載された
発明は、ハウジング内に嵌合状態で摩擦力により保持さ
れた移動体と、 前記移動体に固定され且つ印加電圧に
よって軸方向に伸縮可能な圧電素子を有した慣性部とか
ら成り、前記圧電素子が軸方向に急速に変形したときの
前記慣性部の慣性力と前記移動体が前記ハウジングの内
面から受ける摩擦力との差を利用して軸方向に移動する
急速変形圧電アクチュエータにおいて、前記ハウジング
を複数の磁性体で構成し、これら磁性体同士の磁気的な
吸引力によって前記移動体と前記ハウジングとを圧接さ
せることを特徴とする。また、請求項３に記載された発
明は、ハウジング内に嵌合状態で摩擦力により保持され
た移動体と、 前記移動体に固定され且つ印加電圧によ
って軸方向に伸縮可能な圧電素子を有した慣性部とから
成り、前記圧電素子が軸方向に急速に変形したときの前
記慣性部の慣性力と前記移動体が前記ハウジングの内面
から受ける摩擦力との差を利用して軸方向に移動する急
速変形圧電アクチュエータにおいて、前記移動体は、前
記ハウジングの内面に圧接され且つ磁性体を有する圧接
部を備え、前記圧接部は、前記磁性体同士の磁気的な反
発力によって前記ハウジングの内面に圧接されることを
特徴とする。また、請求項４に記載された発明は、請求
項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された急速変
形圧電アクチュエータを備えた内視鏡において、内視鏡
を構成する移動部材に前記急速変形圧電アクチュエータ
の前記移動体が接続され、前記急速変形圧電アクチュエ
ータを駆動させることによって前記移動部材が移動さ れ
ることを特徴とする。

【０００６】

【作用】上記構成により、構成部材の寸法公差のばらつ
きは、弾性体の弾性力もしくは磁性体の磁力によって吸
収される。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説
明する。図１および図２は本発明の第１の実施例を示す
ものである。図１の（ｃ）は本実施例の急速変形圧電ア
クチュエータ１が装着された内視鏡２０を示している。
内視鏡２０は、長尺な挿入部２１、操作部２２、および
ライトガイドケーブル２３を有している。挿入部２１
は、曲がり自在な可撓管３０と、強制的に湾曲操作され
る湾曲管３１と、先端構成部３２とからなる。操作部２
２には送気送水釦４１、吸引釦４２、および電子観察系
の操作スイッチ４３が設けられている。

【０００８】挿入部２１の先端構成部３２には対物光学
系１２が組み込まれており、この対物光学系１２は観察
窓１３を通じて観察される視野を固体撮像素子１４の撮
像面に結像するようになっている。また、先端構成部３
２には図示しない照明窓、鉗子口、送気送水ノズル等が
設けられている。前記照明窓は同じく図示しないライト
ガイドファイバを通じて送られてきた照明光を視野内に
照射する。前記鉗子口にはチャンネルチューブ１６が接
続され、前記送気送水ノズルには送気チューブ１７と送
水チューブ１８が接続されている。固体撮像素子１４に
は信号ケーブル１９が接続されている。

【０００９】対物光学系１２は筒状の鏡筒１５に複数の
固定レンズ３５を組み込んでなり、さらに鏡筒１５内に
は合焦レンズ３６を保持する筒状のレンズ枠１０が光軸
方向へスライド自在に装着されている。すなわち、合焦
レンズ３６を光軸方向へ移動することにより固体撮像素
子１４の撮像面に結像させるピント調整作用を行う。ま
た、筒状のレンズ枠１０の外周の一部（この実施例では
下面）にはアーム部１０ａが径方向外側に突設されてい
る。このアーム部１０ａは鏡筒１５に形成されたスライ
ド孔３７を通じて貫通して鏡筒１５の側方へ突出してい
る。スライド孔３７は対物光学系１２の光軸方向へ沿っ
て細長く形成されている。つまり、レンズ枠１０は、ア
ーム部１０ａをスライド孔３７に沿って前後に移動すれ
ば、光軸方向へスライドされ回転することなく直線的に
移動できる。

【００１０】また、先端構成部３２内のレンズ枠１０の
近傍には急速変形圧電アクチュエータ１が設けられてい
る。スライド孔３７から突き出るレンズ枠１０のアーム
部１０ａの先端はこのアクチュエータ１に接続されてい
る。

【００１１】図１の（ａ）に示すように、アクチュエー
タ１は円筒管からなるハウジング２からなる。ハウジン
グ２内には嵌合状態で摩擦力により保持されハウジング
２の内壁に接触しながら前後に摺動できる移動体３が設
けられている。移動体３には積層構造の圧電素子４を介
して慣性体６が接続固定されている。圧電素子４と慣性
体６はハウジング２の内壁に接触しないように設けられ
ている。圧電素子４は後述するように印加電圧によって
ハウジング２の軸方向に伸縮できるようになっている。
レンズ枠１０の側方に突き出るアーム部１０ａの先端は
移動体３の先端に接続されている。また、圧電素子４の
電極にはリード線５が接続されており、このリード線５
は保護チューブ３８内を通じて、内視鏡２０の挿入部２
１、操作部２２、およびライトガイドケーブル２３の各
内部を通り、内視鏡２０の外部に設けられる制御回路４
４と駆動電源４５に接続されている。

【００１２】移動体３は、その外面から径方向に突設さ
れた先端側の第１の接触部７と基端側の第２の接触部８
とによってハウジング２の内壁に接触している。第２の
接触部８は、ハウジング２の内径よりも小さくなるよう
なはめあい公差による外径寸法を有し、第１の接触部７
は、ハウジング２の内径よりも大きくなるようなはめあ
い公差による外径寸法を有している。移動体３の周縁部
付近の先端からは圧接力付与手段としての２つのスリッ
ト９，９が長手軸方向に向かって内側に切り込まれてい
る。スリット９，９は互いに略軸対象に設けられてお
り、このスリット９，９によって第２の接触部７は径方
向に弾性が付与されている。このスリット９，９によっ
て移動体３の外周縁部位には曲げ作用を受ける薄肉な梁
部３ａが形成されている。

【００１３】次に、移動体３の移動原理を図２および図
３を参照しつつ概念的に説明する。図２に示すように、
質量の大きな移動体Ｍ、質量の小さな慣性体ｍ、移動体
Ｍと慣性体ｍを連結する積層型圧電素子Ｐからなる走行
アクチュエータがベースＢの上に乗っているとする。そ
して、圧電素子Ｐに図３に示すような波形の駆動電圧を
印加することによりその走行アクチュエータの全体が前
進または後退する動作を行うものである。

【００１４】まず、前進（左方）移動するときの動作に
ついて説明する。図２の左側の図で示すように動作スタ
ート前において移動体ＭはベースＢ上におかれて静止摩
擦力で保持され、圧電素子Ｐは縮んだ状態にある。この
ため、慣性体ｍは前方の移動体Ｍに引き寄せられて待機
している。

【００１５】この状態から圧電素子Ｐに高圧の駆動電圧
を瞬時に印加して圧電素子Ｐを急激に伸ばすと、移動体
Ｍと慣性体ｍが互いに逆方向へ同時に移動する。このと
き、移動体Ｍは動摩擦力を受けながら前方へ距離Δｍ₁
移動する。

【００１６】続いて、圧電素子Ｐに対する印加電圧を比
較的ゆっくりと低減させて圧電素子Ｐを縮めて移動体Ｍ
側へ慣性体ｍを一定の加速度で引き戻す。このとき、移
動体ＭがベースＢとの静止摩擦力で保持されて静止する
ように、その加速度による慣性力が移動体ＭとベースＢ
との静摩擦力よりも小さくなるような印加電圧に調整し
ておく。

【００１７】圧電素子Ｐが充分に縮んだところで、通電
を急に止めて慣性体ｍの動きを急に止める。つまり、引
き戻し動作を急に停止させる。すると、慣性体ｍが移動
体Ｍに衝突する作用となり、これによって、この走行ア
クチュエータの全体が、前記静止摩擦力に打ち勝って前
進を始め、運動エネルギを移動体Ｍの動摩擦力によって
失われるまで移動して停止する。この動作によって前方
へ距離Δｍ₂ 移動する。 したがって、走行アクチュエ
ータはこの１サイクルの動作で（Δｍ₁ ＋Δｍ₂ ）の距
離を前進（粗動）することができる。そして、この微動
前進を繰り返すことにより大きく前進させることができ
る。

【００１８】一方、後退、つまり、右方向へ移動すると
きには、前記動作パターンの逆動作を行わせる。すなわ
ち、図２の右側の図で示すように動作スタート前におい
て移動体ＭはベースＢ上におかれて摩擦力で保持され、
圧電素子Ｐは伸びた状態にある。このため、慣性体ｍは
前方の移動体Ｍから離れている。

【００１９】この状態から圧電素子Ｐに対する高電圧の
印加を瞬時に消去し、圧電素子Ｐを急激に縮小すると、
移動体Ｍの摩擦力に比べて慣性体ｍの慣性力が相対的に
大きくなり、移動体Ｍと慣性体ｍが互いに逆方向へ同時
に移動する。このとき、移動体Ｍは後方へ距離Δｍ₁ へ
移動する。

【００２０】ついで、圧電素子Ｐに対する印加電圧を次
第に増加させて圧電素子Ｐを伸ばして移動体Ｍ側から慣
性体ｍを一定の加速度で後退させる。このとき、移動体
ＭはベースＢとの摩擦力で保持されて静止するようにそ
の加速度による慣性力がその静止摩擦力より小さくなる
ようにしておく。

【００２１】圧電素子Ｐが充分に伸びたところで、慣性
体ｍの動くを急に止める。これによって、大きな慣性力
が生じて自走装置全体が、前記静止摩擦力に打ち勝って
後退を始め、その自走装置全体の運動エネルギが移動体
Ｍの動摩擦力によって失われるまで移動して停止する。
この動作によって後方へ距離Δｍ₂ 移動する。

【００２２】したがって、走行アクチュエータはこの１
サイクル動作で（Δｍ₁ ＋Δｍ₂ ）の距離を後退させる
ことができる。そして、この微動後退を繰り返すことに
より大きく後退させることができる。

【００２３】なお、２回の電圧出力でこれを単一のサイ
クルとしての移動運動を行わせ、電圧を引き下げた直後
にすぐ立ち上げることによって急速変形時に発生したエ
ネルギを次の急速変形時の運動に加味してより大きな運
動量を得ることができる。

【００２４】以上のような原理によって、本実施例の急
速変形圧電アクチュエータ１は移動体３がハウジング２
内を軸方向に摺動することができる。移動体３が前後に
移動すれば、移動体３に接続されたアーム部１０ａもス
ライド孔３７に沿って前後に移動するため、アーム部１
０ａに連なるレンズ枠１０が対物光学系１２の光軸方向
に沿って前進または後退することができる。なお、合焦
レンズ３６を保持したレンズ枠１０の前進または後退の
選択は操作部２２の電子観察用操作スイッチ４３を操作
して行う。そして、観察対象物との距離に応じて対物光
学系１２の合焦を行うことができる。

【００２５】以上説明したように、本実施例の急速変形
圧電アクチュエータ１は、移動体３が第１の接触部７に
よってハウジング２の内壁に適当な摩擦力で圧接してお
り、しかも、第１の接触部７は、スリット９によって充
分な弾力を有するとともに、ハウジング２の内径よりも
大きくなるようなはめあい公差による外径寸法を有して
いるため、弾性的な付勢力によってハウジング２の内壁
に圧接した状態にある。したがって、ハウジング２の内
径や移動体３の第１の接触部７の外径にわずかな寸法公
差のばらつきがあっても、こうしたばらつきはスリット
９に伴う梁部３ａの弾性によって吸収できるため、ハウ
ジング２と第１の接触部７との間の摩擦力が大きく異な
ることはなく、レンズ枠１０の移動機構の性能のばらつ
きが小さくなる。

【００２６】また、第２の接触部８はハウジング２の内
径に対してゆるめのはめあいになっているため、慣性体
６を軸方向に長く移動体３より重くしたとしても、移動
体３、圧電素子４、慣性体６のそれぞれがハウジング２
の軸に対して傾くことはほとんどない。

【００２７】さらに、上記構成によれば、合焦レンズ３
６を保持したレンズ枠１０を移動するアクチュエータ１
を内視鏡の先端構成部３２内にコンパクトに組み込むこ
とができる。また、レンズ枠１０を動作させるための例
えば操作ワイヤを設ける代わりに挿入部２１にリード線
５を通すだけでよいため、挿入部２１の細径化を図るこ
ともできる。

【００２８】図４は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ５０は、
移動体３の基端面から内部方向に向かって空洞部５１が
形成されている。この空洞部５１によって移動体３の外
周縁部位には曲げ作用を受ける薄肉な梁部３ａが形成さ
れている。また、この空洞部５１内には空洞部５１の内
端面に接続された状態で圧電素子４が設けられており、
さらに、圧電素子４の基端面には空洞部５１内に完全に
内挿された状態で慣性体６が接続されている。なお、圧
電素子４は接着強度向上のため空洞部５１の内端面に嵌
め込んで接合されている。また、レンズ枠１０のアーム
部１０ａも移動体３の先端面に嵌め込み接合されてい
る。それ以外の構成は第１の実施例と同一である。な
お、慣性体６も圧電素子４に対して嵌め込み接合されて
いても良い。

【００２９】また、この構成では、第１の接触部７にお
ける移動体３の外径がハウジング２の内径よりも小さ
く、第２の接触部８における移動体３の外径がハウジン
グ２の内径よりも若干大きく形成されている。したがっ
て、第２の接触部８はハウジング２に挿入されると適度
な弾力でハウジング２の内壁と圧接する。したがって、
ハウジング２の内径や移動体３の第２の接触部８の外径
にわずかな寸法公差のばらつきがあっても、こうしたば
らつきは空洞部５１に伴う梁部３ａの弾性によって吸収
できるため、ハウジング２と第２の接触部８との間の摩
擦力が大きく異なることはなく、レンズ枠１０の移動機
構の性能のばらつきが小さくなる。

【００３０】また、上記構成では、アクチュエータ５０
の全長を短くすることが可能なばかりでなく、空洞部５
１によって形成された梁部３ａの長さを充分に長くでき
る。言い換えれば、アクチュエータ５０の長さを短くし
ても梁部３ａの長さを充分に長くすることができる。ま
た、ハウジング２と圧電素子４の間の隙間に梁部３ａが
延在しているので、圧電素子４が長方形の場合に特に有
効である。

【００３１】図５は本発明の第３の実施例を示すもので
ある。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ６０は、
圧接力付与手段としてのばね５９とこのばね５９の両端
に取り付けられた圧接部材５７，５８とが移動体３の内
部に配設された構成となっている。移動体５６がハウジ
ング２内に配設された状態で、ばね５９は圧接部材５
７，５８によって自然長よりも圧縮されるようになって
いる。したがって、圧接部材５７，５８は適度な弾性力
でハウジング２の内壁に圧接する。なお、圧接部材５
７，５８以外はハウジング２の内壁に接しないようにな
っている。それ以外の構成は第１の実施例と同様であ
る。

【００３２】上記構成では、移動体５６に弾力を有する
圧接部材５７，５８を設けたことで、ハウジング２内に
容易に挿入することができ、かつ、ハウジング２内に対
して適度に圧接することができる。つまり、移動体５６
は圧接部材５７，５８がばね５９の付勢力によってハウ
ジング２の内壁に圧接した状態にあるため、ハウジング
２の内径や圧接部材５７，５８の外径にわずかな寸法公
差のばらつきがあっても、こうしたばらつきはばね５９
の弾性によって吸収できるため、ハウジング２と圧接部
材５７，５８との間の摩擦力が大きく異なることはな
く、レンズ枠１０の移動機構の性能のばらつきが小さく
なる。無論、移動体５６がハウジング２内を繰り返し移
動して圧接部材５７，５８の表面が多少すり減っても、
ばね５９の付勢力により、圧接部材５７，５８とハウジ
ング２との圧接力はあまり変わらない。なおレンズ枠を
移動させることにより合焦だけでなくズーミング（ズー
ムレンズの移動）を行なってもよい。

【００３３】図６は本発明の第４の実施例を示すもので
ある。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ７０は、
弾性体からなるハウジング７３の一部が軸方向に沿った
スリット７２（圧接力付与手段）によって割れている。
このハウジング７３内には円柱状の移動体７１、圧電素
子４、慣性体６がそれぞれ接続されて設けられている。
ただし、ハウジング７３の内壁には移動体７１の外周面
だけが接触し、圧電素子４と慣性体６は接触していな
い。また、移動体７１の先端にはレンズ枠１０のアーム
部１０ａが取り付けられている。

【００３４】円柱状の移動体７１の外径はハウジング７
３の内径より大きくなるはめあい公差の寸法値で設計さ
れている。また、ハウジング７３の一部だけが図１の
（ｃ）に示す内視鏡２０の先端構成３２の内部に取り付
けられており、ハウジング７３全体としては、スリット
７２の効果により周方向に十分な弾性を有している。

【００３５】本実施例では、移動体とハウジングとの圧
接方法が第１の実施例と異なっている。すなわち、第１
の実施例では、移動体３にスリット９を設けることによ
り移動体３とハウジング２との接触部に十分な弾性を持
たせていたが、本実施例では、ハウジング７３側にスリ
ット７２を設けることによって円柱状の移動体７１がハ
ウジング７３を径方向に押し広げる状態となり、これに
よって移動体７１とハウジング７３とが適当な弾力で圧
接できるようにしたものである。それ以外の構成は第１
の実施例と同様である。

【００３６】上記構成では、ハウジング７３の内径より
大きい外径を有する移動体７１がスリット７２を有する
ハウジング７３を径方向に押し広げる状態でハウジング
７３の内壁に圧接した状態にある。言い換えれば、移動
体７１は径方向に締め付けるハウジング７３の付勢力に
より適当な弾力でハウジング７３の内壁に圧接してい
る。したがって、ハウジング７３の内径や移動体７１の
外径にわずかな寸法公差のばらつきがあっても、こうし
たばらつきはハウジング７３の弾性によって吸収できる
ため、ハウジング７３と移動体７１との間の摩擦力が大
きく異なることはなく、レンズ枠１０の移動機構の性能
のばらつきが小さくなる。また、ハウジング７３側にス
リットがある（分割されている）ため、移動体７１を単
純な構造とすることができる。

【００３７】なお、移動体７１を収容する前記ハウジン
グ７３を図７に示すように永久磁石から成る２つの半円
管７４，７５としても良い。これらの半円管７４，７５
は、永久磁石から成る円管を軸方向に沿って切断したも
のであり、互いに向き合う切断面が吸引し合うように磁
極が形成されている。半円管７４，７５のどちらか一方
は、図１に示す内視鏡２０先端構成部３２内に取り付け
られ、さらに、半円管７４，７５は互いに軸方向にずれ
ないように規制されている。これら半円管７４，７５の
中に図６と同様の移動体７１、圧電素子４、慣性体６が
セットされ、移動体７１だけが互いに吸引し合う半円管
７４，７５の磁力（付勢力）によって押し付けられて圧
接している。

【００３８】上記構成では、移動体７１が半円管７４，
７５の磁力によってハウジングとしての半円管７４，７
５の内壁に圧接した状態にあるため、半円管７４，７５
や移動体７１の寸法にわずかな公差のばらつきがあって
も、こうしたばらつきは半円管７４，７５の磁力によっ
て吸収できるため、移動体７１と半円管７４，７５との
間の摩擦力が大きく異なることはなく、レンズ枠１０の
移動機構の性能のばらつきが小さくなる。

【００３９】また、前記ハウジング７３は、図８に示す
ように、外管７６の内側にゴム等の材質から成る弾性管
７７を設け、さらにその内側に２つの半円管７８，７９
を設けたものでも良い。この場合も、半円管７８，７９
からなる環状体の内径寸法を移動体７１の外径よりもや
や小さく形成し、移動体７１を前記環状体内に嵌挿した
状態で、弾性円管７７の弾性力が半円管７８，７９と移
動体７１とを圧接させるようにする。

【００４０】図９は本発明の第５の実施例を示すもので
ある。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ８０はハ
ウジング８１が途中から細径になっている。すなわち、
ハウジング８１は先端側の細径部８１ａと基端側の太径
部８１ｂとからなる。また、図９の（ｂ）（ｃ）に示す
ように、細径部８１ａはスリット８９によって２つに分
割されており、これによって梁部８７，８８を形成して
いる。ハウジング８１の細径部８１ａにはアーム部１０
ｂと一体に形成された棒状の移動体８４が挟み込まれて
いる。

【００４１】移動体８４の一端には圧電素子４が接合さ
れ、圧電素子４の他端には慣性体６が取り付けられてい
る。ハウジング８１の細径部８１ａの内径と移動体８４
の外径は略同一に設計されている。ハウジング８１の細
径部８１ａの外周の一部には弾性リング８５が嵌められ
ており、この弾性リング８５は２つの梁８７，８８を適
度な弾力で締め付けるように働いている。弾性リング８
５の外径はハウジング８１の太径部８１ｂの外径より小
さく形成されている。それ以外の構成は第１の実施例と
同様である。

【００４２】なお、ハウジング８１の細径部８１ａの外
周面に雄ねじを形成し、弾性リング８５を硬質にしてそ
の内面に雌ねじを設け、細径部８１ａと弾性リング８５
とを螺合した構成にしてもよい。この構成でも第１の実
施例と同様の作用効果を得ることができる。

【００４３】また、上記構成では、さらに、弾性リング
８５の位置をハウジング８１の細径部８１ａに沿って前
後にずらすことによって、梁部８７，８８の移動体８４
に対する圧接力を調節できる。この場合、弾性リング８
５を段付きハウジング８１の細径部８１ａに設け、弾性
リング８５の外径をハウジング８１の太径部８１ｂの外
径より小さく形成したため、アクチュエータ８０のサイ
ズを太くしないで済む。 また、アクチュエータ８０の
太さを太くせずに、アクチュエータ８０の外側からアク
チュエータ８０の性能を調整できるため、製作時のばら
つき補正やメンテナンスが容易である。

【００４４】図１０は本発明の第６の実施例を示すもの
である。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ９０は
第５の実施例と略似た構成となっている。すなわち、ハ
ウジング９１の先端側はハウジング９１の外周面に形成
された段差部９６によって基端側よりも外径が細いくな
った細径部９１となっており、この細径部９１ａ内に棒
状の移動体８４が嵌挿されている。また、移動体８４が
嵌挿された細径部９１ａの内孔の周縁部側の内面は途中
から軸方向に沿って削られており、これによって、梁部
９３が形成されている。梁部９３はビス９５によってそ
の撓み量を変化できるようになっている。移動体８４は
梁部９３の先端部９４と圧接している。上記構成では、
ハウジング９１の細径部９１ａの内径や移動体８４の外
径にわずかな寸法公差のばらつきがあっても、こうした
ばらつきは梁部９３の弾性によって吸収できるため、移
動体８４と梁部９３の先端部９４との間の摩擦力が大き
く異なることはなく、レンズ枠１０の移動機構の性能の
ばらつきが小さくなる。また、ビス９５を回転させるこ
とで、移動体８４と梁部９３の先端部９４との圧接力を
調整することができる。なお、アクチュエータ９０を内
視鏡２０に組み込んだ後でも、内視鏡２０の一部にビス
９５が通じる連通路を設けておけば、内視鏡２０の外側
からアクチュエータ９０の性能を容易に調整できる。

【００４５】図１１は本発明の第７の実施例を示すもの
である。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ１００
は、移動体５６に設けられた圧接力付与手段を除いて第
３の実施例と同一である。

【００４６】本実施例における圧接力付与手段は、移動
体５６内で互いに反発し合う向きに対向された一対の永
久磁石１０１，１０２を備え、各永久磁石１０１，１０
２の外側に圧接部材５７，５８が取り付けられているも
のである。したがって、圧接部材５７，５８は永久磁石
１０１，１０２の反発力によって適度な弾性力でハウジ
ング２の内壁に圧接する。

【００４７】上記構成では、移動体５６に弾力を有する
圧接部材５７，５８を設けたことで、ハウジング２内に
容易に挿入することができ、かつ、ハウジング２内に対
して適度に圧接することができる。つまり、移動体５６
は圧接部材５７，５８が永久磁石１０１，１０２の反発
力によってハウジング２の内壁に圧接した状態にあるた
め、ハウジング２の内径や圧接部材５７，５８の外径に
わずかな寸法公差のばらつきがあっても、こうしたばら
つきは永久磁石１０１，１０２の反発力によって吸収で
きるため、ハウジング２と圧接部材５７，５８との間の
摩擦力が大きく異なることはなく、レンズ枠１０の移動
機構の性能のばらつきが小さくなる。また、第３の実施
例のばねがなくなった分構造がシンプルとなる。

【００４８】また、図１２に示すように、永久磁石１０
１，１０２の間に電磁石１０３を設けてもよい。また、
永久磁石１０１，１０２の一方はＳ極が内側に向き、他
方はＮ極が内側を向くように配置されている。電磁石１
０３は電流を流した時に永久磁石１０１，１０２と反発
し合うように設けられている。この構成では、電磁石１
０３に通電することにより永久磁石１０１，１０２を反
発させて、ハウジング２と圧接部材５７，５８とを圧接
させることができる。また、電磁石１０３への通電量を
変化させることにより、圧接部材５７，５８とハウジン
グ２との圧接力を変化させることができ、アクチュエー
タ１００の性能（力量、スピード）を変化させることが
できる。

【００４９】なお、同様の効果を狙ったものとして、第
３の実施例におけるばね５９をＳＭＡ（形状記憶合金）
コイルとし、このＳＭＡコイルに通電してＳＭＡコイル
を伸長（記憶形状）させることで、圧接部材５７，５８
とハウジング２との圧接力を変化させるようにしてもよ
い。

【００５０】図１３は本発明の第８の実施例を示したも
のである。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ１１
０は、第３の実施例のアクチュエータ６０のばね５９を
ゴム等の樹脂からなる円柱状の弾性体１１１に置き換え
たものである。本実施例では、圧接部材５７，５８の他
にも圧接部材１１２，１１３が設けられハウジング２に
圧接している。なお、圧接部材５７，５８，１１２，１
１３はそれぞれ弾性体１１１の周方向に沿って９０°の
角度間隔で設けられている。弾性体１１１は、ハウジン
グ２と同軸に配設されており、移動体５６がハウジング
２内に嵌挿された状態で圧接部材５７，５８，１１２，
１１３によりその外周部が多少潰される程度の大きさを
有している。このような構成では、第３の実施例のよう
なばねを用いた場合に比べて構造がシンプルであり、ハ
ウジング２の四方八方をまんべんなくグリップすること
が容易となる。

【００５１】図１４は本発明の第９の実施例を示したも
のである。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ１２
０の移動体１２１にはその外周面に設けられた段差部１
２５によって先端側に細径部１２１ａ、基端側に太径部
１２１ｂが形成されている。細径部１２１ａの外周には
環状の圧接力調整体１２２が螺合されている。また、段
差部１２５と圧接力調整体６３との間の細径部１２１ａ
の外周上には弾性体からなる板ばね１２３が径方向外側
に凸状に湾曲した状態で設けられており、板ばね１２３
はその湾曲した凸部をハウジング２の内壁に圧接させる
ことで移動体１２１をハウジング２内で支持している。
それ以外の構成は第１の実施例と同一である。

【００５２】上記構成では、移動体１２１上で圧接力調
整体１２２を回動させると軸方向に圧接力調整体１２２
が移動する。この圧接力調整体１２２の移動で板ばね１
２３の曲率半径が変わり、板ばね１２３のハウジング２
に対する圧接力が変化できる。また、移動体１２１の移
動特性、例えば移動速度や発生力が常に最適かつ安定し
た状態でアクチュエータ１２０を組み立てることがで
き、アクチュエータ１２０としての品質管理が容易とな
る。

【００５３】図１５は本発明の第１０の実施例を示した
ものである。本実施例の急速変形圧電アクチュエータ１
３０は、移動体１３３が２つに分割されており、分割さ
れた移動体１３３ａ、１３３ｂは湾曲した形状の弾性材
料からなる板ばね１３２で連接されている。板ばね１３
２の湾曲形状の凸部がハウジング２の内壁に圧接してお
り、これによって移動体１３３ａ、１３３ｂがハウジン
グ２内で支持されている。そして、移動体１３３ａ，１
３３ｂにはそれぞれ圧電素子１３５ａ，１３５ｂと慣性
体１３７ａ，１３７ｂが連結されている。また、先端側
に位置する慣性体１３７ａと圧電素子１３５ａはアーム
部１０ａの基端部に形成された空洞１３９内に収容さ
れ、この状態で圧電素子１３５ａの後方に位置する移動
体１３３ａがアーム部１０ａの基端面に連結されてい
る。

【００５４】次に、上記構成のアクチュエータ１３０の
動作原理を説明する。まず、圧電素子１３５ｂに電圧を
印加し、図１５の（ｂ）に示すように圧電素子１３５ｂ
をハウジング２の軸方向に急速に収縮させると、移動体
１３３ａ，１３３ｂ間の距離が大きくなり、その結果、
板ばね１３２が撓んでハウジング２への圧接力が低下す
る。そのため、移動体１３３ａ，１３３ｂを含むアクチ
ュエータ１３０全体がが右方向に大きく移動する（図１
１の（ｂ））。その後、図１５の（ｂ）から（ｃ）にか
けて示すように、圧電素子１３５ｂを急速に伸長させる
と、２つの移動体１３３ａ、１３３ｂ間の距離が元に戻
る。この場合、板ばね１３２のハウジング２への圧接力
が増加するので、アクチェータ１２０の移動量は０であ
る。

【００５５】このように圧電素子１３５ｂに図１６に示
すような駆動波形を印加し急速な伸縮を繰り返すこと
で、その振動周波数に応じた板ばね１３２の撓みによる
ハウジング２への圧接力の変化とその時の慣性力とでア
クチュエータ１３０は右方向へ移動することができる。
また、圧電素子１３５ａを駆動することで、図１５の
（ｄ）〜（ｅ）に示すようにアクチュエータ１３０を左
方向に移動することができる。

【００５６】上記構成のアクチュエータ１３０は、圧電
素子１３５の変形に伴って板ばね１３２が撓み、板ばね
１３２とハウジング２との摩擦力が低下している時に移
動できるるとともに、圧電素子１３５の１回の変形時の
移動量が大きくかつ一方向への移動における圧電素子１
３５の変形を伸長・収縮ともに急速変形できるため、図
１７に示す従来の駆動波形より高い周波数での駆動が可
能となることから、アクチュエータ１３０の移動速度を
飛躍的に高めることができる。

【００５７】図１８は本発明の第１１の実施例を示した
ものである。本実施例の急速変形圧電アクチュエータは
レンズ枠１０自体を移動体（Ｍ）として兼用するもので
ある。このレンズ枠１０が嵌められている鏡筒１５のう
ちレンズ枠１０が摺動する部分は図１８の（ｂ）に示す
ごとく２重構造になっている。すなわち、先端構成部３
２に接する鏡筒１５の部分は樹脂等の十分な弾性を有す
る弾性管１５ａであり、この弾性管１５ａは先端構成部
３２に接着固定されている。そして、この弾性管１５ａ
の内側に硬質円管１５ｂが嵌められている。

【００５８】図１８の（ｂ）に示すように、硬質円管１
５ｂの側面には軸方向に沿ってスリット１４９が切られ
ている。硬質円管１５ｂの内径はここに嵌められるレン
ズ枠１０の外径よりもやや小さめに設計されている。慣
性体６と圧電素子４は図１８の（ｃ）に示すように円筒
状に形成され、対物光学系１２の光軸と同軸に配置され
ている。また、慣性体６と圧電素子４は鏡筒１５の壁部
に形成したスペース１４８に配置される。

【００５９】なお、図１８（ｄ）に示すように、圧電素
子４を棒状のものとして、これが複数本、レンズ枠（移
動体）１０と慣性体６との間に架設するようにしても良
い。この際、光軸に対して各圧電素子４…を対称的に設
けると良い。

【００６０】上記構成では、レンズ枠１０がきつい嵌め
合いによって、鏡筒１５にはめられているが、硬質円管
１５ｂはスリット１４９と弾性管１５ａとによって適度
な弾性で周方向に拡張してレンズ枠１０と圧接すること
ができる。また、レンズ枠（移動体）１０と圧電素子４
と慣性体６とからなるアクチュエータがレンズ枠１０の
径内にあるため、第１の実施例に比べてアクチュエータ
をコンパクトに設けることができ、レンズ枠１０の移動
が安定する。

【００６１】図１９に示す内視鏡２０は、前述した第１
の実施例と同様の構成に、自動絞り機構１５０を付加し
たものである。

【００６２】すなわち、移動体３と共に移動するレンズ
枠１０にテーパピン１５１を取り付け、このテーパピン
１５１がレンズ枠１０と共に移動するようになってい
る。テーパピン１５１は光軸に平行でありレンズ枠１０
より前方へ突出して配置されている。

【００６３】絞り機構１５０は図２０に示すように交差
する２枚の絞り羽根１５３からなる。この２枚の絞り羽
根１５３は、その交差部を固定軸１５６で枢着してな
り、その脚部１５３ａ間にテーパピン１５１のテーパ部
１５１ａが嵌入している。各脚部１５３ａは，スプリン
グ１６１によって閉じる向きに付勢され、テーパピン１
５１のテーパ部１５１ａの外周面に対して常に追従して
圧接しており、２枚の絞り羽根１５３の交差角度を決定
している。つまり、絞り機構１５０の絞り部１６０の開
度は、絞り羽根１５３の各脚部１５３ａが圧接するテー
パピン１５１のテーパ部１５１ａの径の大きさによって
定まる。

【００６４】また、２枚の絞り羽根１５３は、図２１に
示すように、小穴１６３を有する１枚の羽根としても良
い。この場合も、固定ピン１６２に片側が固定されたス
プリング１６１によって絞り羽根１５３の脚部１５３ａ
がテーパピン１５１のテーパ部１５１ａの外周に圧接さ
れている。

【００６５】図２１の（ａ）のように、テーパピン１５
１のテーパ部１５１ａの径の大きさが大きい時には絞り
羽根１５３が合焦レンズ３６の外にあるので、絞りが開
いた状態となる。また、テーパ部１５１ａの径の大きさ
が小さい時には絞り羽根１５３が合焦レンズ３６の正面
にかぶさり、小穴１６３によって絞られた状態になる。
なお、絞り動作だけを行い、合焦レンズ３６を固定し
たい場合は、移動体３とレンズ枠１０は切り離してお
き、移動体３とテーパピン１５１だけが連結されていれ
ば良い。

【００６６】上記構成では、移動体３によりレンズ枠１
０が移動すると、それに伴って合焦レンズ３６が移動し
て合焦するとともに、絞り１６０の開度が調節される。
したがって、合焦操作に追従してそれに的した絞り１６
０の開度が自動的に決まる。図２２は図１９の変形例を
示したものである。先端構成部３２の壁部には棒状部材
１７１が両端を固定された状態で取り付けられている。
図２２の（ａ）に示すように、移動体１７０と圧接部材
１７２が棒状部材１７１を把持している。移動体１７０
の一端には圧電素子４の一端が取り付けられ、圧電素子
４の他端には慣性体６が取り付けられている。移動体１
７０はレンズ枠１０と一体に形成されている。移動体１
７０の一部にはテーパピン１５１が取り付けられてい
る。テーパピン１５１は光軸に平行でありレンズ枠１０
より前方へ突出して配置されている。移動体１７０と圧
接部材１７２とはゴム等からなる２つの弾性部材１７
５，１７５によって繋がれている。移動体１７０と圧接
部材１７２と弾性部材１７５とで形成する円形の穴１８
０は、棒状部材１７１の外径よりも若干小さな寸法に設
計され、その穴１８０の中に棒状部材１７１を挿入され
ることにより、弾性部材１７５の弾性変形によって穴１
８０が拡がり移動体１７０と圧接部材１７２とが棒状部
材１７１を把持する。それ以外の構成は図１９と同一で
ある。

【００６７】この構成では、棒状部材４８が移動体１７
０の移動路となっており、弾性部材１７５の弾性力によ
って圧接部材１７２と移動体１７０とが棒状部材１７１
を適度にグリップしている。そして、移動体１７０が移
動することによって、レンズ枠１０と合焦レンズ３６が
移動して合焦するとともに絞り１６０の開度が調節され
る。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動体やハウジングといった構成部材の寸法公差のばら
つきは、弾性体の弾性力もしくは磁性体の磁力によって
吸収される。そのため、ハウジングと移動体との間の摩
擦力が大きく異なることはなく、その性能が殆どばらつ
くことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例の急速変形圧電
アクチュエータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡーＡ線に
沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のアクチュエータが装着さ
れた内視鏡の部分断面図である。

【図２】図１の急速変形圧電アクチュエータの動作原理
を示す概念図である。

【図３】図１の急速変形圧電アクチュエータを駆動させ
る駆動波形を示す波形図である。

【図４】本発明の第２の実施例の急速変形圧電アクチュ
エータを示し、（ａ）は（ｂ）のＢーＢ線の矢印の方向
から見た矢視図、（ｂ）はアクチュエータの断面図であ
る。

【図５】（ａ）は本発明の第３の実施例の急速変形圧電
アクチュエータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＣーＣ線に
沿う断面図である。

【図６】本発明の第４の実施例の急速変形圧電アクチュ
エータの概略構成図である。

【図７】図６の急速変形圧電アクチュエータのハウジン
グの変形例を示す斜視図である。

【図８】図６の急速変形圧電アクチュエータのハウジン
グの変形例を示す断面図である。

【図９】（ａ）は本発明の第５の実施例の急速変形圧電
アクチュエータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＤーＤ線に
沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のアクチュエータの側面図
である。

【図１０】（ａ）は本発明の第６の実施例の急速変形圧
電アクチュエータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＥーＥ線
に沿う断面図である。

【図１１】本発明の第７の実施例の急速変形圧電アクチ
ュエータの断面図である。

【図１２】図１２の急速変形圧電アクチュエータの変形
例を示す断面図である。

【図１３】（ａ）は本発明の第８の実施例の急速変形圧
電アクチュエータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＦーＦ線
に沿う断面図である。

【図１４】（ａ）は本発明の第９の実施例の急速変形圧
電アクチュエータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＧーＧ線
に沿う断面図である。

【図１５】本発明の第１０の実施例の急速変形圧電アク
チュエータの断面図である。

【図１６】図１５の急速変形圧電アクチュエータを駆動
させる駆動波形を示す波形図である。

【図１７】従来の駆動波形を示す波形図である。

【図１８】（ａ）は本発明の第１１の実施例の急速変形
圧電アクチュエータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＨーＨ
線に沿う断面図、（ｃ）はアクチュエータの要部を示す
斜視図、（ｄ）は（ｃ）の変形例を示す斜視図である。

【図１９】本発明の急速変形圧電アクチュエータを有す
る内視鏡の応用例を示す断面図である。

【図２０】絞り機構の概略構成図である。

【図２１】絞り機構の概略構成図である。

【図２２】（ａ）本発明の急速変形圧電アクチュエータ
を有する内視鏡の他の応用例を示す断面図、（ｂ）は棒
状部材の係合位置の断面図である。

【符号の説明】

１，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，
１２０，１３０…急速変形圧電アクチュエータ、２…ハ
ウジング、３…移動体、４…圧電素子、６…慣性体、
９，７２，８９…スリット（圧接力付与手段）、５１…
空洞部、５９…ばね（圧接力付与手段）、７４，７５…
永久磁石（圧接力付与手段）、１２３，１３２…板ばね
（圧接力付与手段）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−177214（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−288041（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−71835（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−2262（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 1/00 - 1/32

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に嵌合状態で摩擦力により
   保持された移動体と、 前記移動体に固定され且つ印加
   電圧によって軸方向に伸縮可能な圧電素子を有した慣性
   部とから成り、前記圧電素子が軸方向に急速に変形した
   ときの前記慣性部の慣性力と前記移動体が前記ハウジン
   グの内面から受ける摩擦力との差を利用して軸方向に移
   動する急速変形圧電アクチュエータにおいて、前記ハウジングを縮径させる弾性力を付与する弾性体が
   前記ハウジングの外周に設けられ、この弾性体の弾性力
   によって前記移動体と前記ハウジングとが圧接される こ
   とを特徴とする急速変形圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 ハウジング内に嵌合状態で摩擦力により
   保持された移動体と、 前記移動体に固定され且つ印加
   電圧によって軸方向に伸縮可能な圧電素子を有した慣性
   部とから成り、前記圧電素子が軸方向に急速に変形した
   ときの前記慣性部の慣性力と前記移動体が前記ハウジン
   グの内面から受ける摩擦力との差を利用して軸方向に移
   動する急速変形圧電アクチュエータにおいて、前記ハウジングを複数の磁性体で構成し、これら磁性体
   同士の磁気的な吸引力によって前記移動体と前記ハウジ
   ングとを圧接させる ことを特徴とする急速変形圧電アク
   チュエータ。
3. 【請求項３】 ハウジング内に嵌合状態で摩擦力により
   保持された移動体と、 前記移動体に固定され且つ印加
   電圧によって軸方向に伸縮可能な圧電素子を有した慣性
   部とから成り、前記圧電素子が軸方向に急速に変形した
   ときの前記慣性部の慣性力と前記移動体が前記ハウジン
   グの内面から受ける摩擦力との差を利用して軸方向に移
   動する急速変形圧電アクチュエータにおいて、前記移動体は、前記ハウジングの内面に圧接され且つ磁
   性体を有する圧接部を備え、 前記圧接部は、前記磁性体同士の磁気的な反発力によっ
   て前記ハウジングの内面に圧接される ことを特徴とする
   急速変形圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載された急速変形圧電アクチュエータを備えた内視
   鏡において、内視鏡を構成する移動部材に前記急速変形
   圧電アクチュエータの前記移動体が接続され、前記急速
   変形圧電アク チュエータを駆動させることによって前記
   移動部材が移動されることを特徴とする内視鏡。