JPH06186485A

JPH06186485A - 急速変形圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH06186485A
Application number: JP4342173A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Moriyama; 宏樹森山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、移動体が、比重の比較的軽い材質で
ありながら、移動体とそれに接するハウジング内面と
が、アクチュエータの作動に対して耐摩耗性が良く、し
かも、仮に、多少の摩耗が生じても、アクチュエータの
性能がほとんど変わらない急速変形圧電アクチュエータ
を提供することを目的とする。【構成】前記移動体３の少なくとも前記ハウジング２に
接して摩擦力を受ける部分の表面と、前記ハウジング２
の内面の少なくとも前記移動体３に接してその間の摩擦
力によりその移動体３を保持する部分の表面との一方の
表面を硬質化し、他方の表面の硬度を前記一方の表面の
硬度より高い硬度にした。

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
エータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開昭４−１７７２１４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
可動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
可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、かつその軸方向に伸縮可能な圧電素子を設ける。さ
らに、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、
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との
作用を利用しながら前記レンズ枠を移動させて可動レン
ズの位置を調整するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成のもの
にあっては、移動体とそれに接するハウジング内面の材
質の検討がなされていない。特に、移動体はアクチュエ
ータの性能上、比重が軽い材質を採用したいが、通常の
アルミニウムや樹脂では、耐摩耗性がよくないため、そ
の場合には急速変形圧電アクチュエータの耐繰返し性
（耐摩耗性）に不安があった。また、ステンレス材を用
いた場合、その表面に少しでも磨耗が生じると、表面の
性質が変化してしまうため、アクチュエータの動作性能
が変わり、悪影響を及ぼす。

【０００４】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、移動体が、比重の比較的
軽い材質でありながら、移動体とそれに接するハウジン
グ内面とが、アクチュエータの作動に対して耐摩耗性が
良く、しかも、仮に、多少の摩耗が生じても、アクチュ
エータの性能がほとんど変わらない急速変形圧電アクチ
ュエータを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決する手段および作用】前記課題を解決する
ために、本発明は、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可能な移動体に印加電圧によって軸
方向に伸縮可能な圧電素子を介して慣性体を固定してな
り、前記圧電素子が軸方向に急速に変形したときの前記
慣性体の慣性力と、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、前記移動体を軸方
向に移動する急速変形圧電アクチュエータにおいて、前
記移動体の少なくとも前記ハウジングに接して摩擦力を
受ける部分の表面と、前記ハウジング内面の少なくとも
前記移動体に接してその間の摩擦力によりその移動体を
保持する部分の表面との一方の表面を硬質化し、他方の
表面の硬度を前記一方の表面の硬度より高い硬度にし
た。

【０００６】前記手段によって、例えば移動体の材料
に、比較的比重の軽いアルミニウムを用いながらもシュ
ウ酸アルマイト等の硬質化の表面処理によってその表面
硬度を上げ、さらに、ハウジング内面をそれ以上の硬度
にすることで、耐摩耗性を向上できる。仮に、摩耗が生
じるとすれば、硬度が低い側であるシュウ酸アルマイト
等の処理表面であるが、シュウ酸アルマイト膜等はステ
ンレス等とは異なって、表面が摩耗しても膜厚が少し薄
くなるだけで、その表面の性質は変わらないため、アク
チュエータの性能は、ほとんど影響しない。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示すものであ
る。同図１（ｃ）は急速変形圧電アクチュエータ１が装
着された内視鏡２０の全体的な構成を示している。すな
わち、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。また、挿
入部２１は、曲がりが自在な可撓管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２２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】前記挿入部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。また、先端構成部３２には図示し
ないが、一般的な内視鏡と同様に照明窓、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。ま
た、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】前記対物光学系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１
５内には、光軸方向へ摺動してスライド自在に筒状のレ
ンズ枠１０が設けられ、このレンズ枠１０は合焦レンズ
３６を保持する。すなわち、レンズ枠１０とともに合焦
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の撮像面に視野を結像させるピント調整が行な
われる。

【００１０】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
外側に向かって突設されている。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。なお、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ることにより、回転する
ことなく光軸方向へ直線的に移動するように規制され
る。

【００１１】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の先端は後述する急速変形圧電アクチュエータ
１の移動体３に連結される。

【００１２】急速変形圧電アクチュエータ１は図１
（ａ）で示すように構成される。急速変形圧電アクチュ
エータ１は円筒管からなるハウジング２を有し、このハ
ウジング２内には嵌合状態で摩擦力により保持され、か
つハウジング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。また、移動体３には積層構
造の圧電素子４と慣性体６が設けられている。そして、
移動体３と慣性体６が圧電素子４を介して固定的に連結
される。この場合、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配置されている。圧電素子
４は後述するように電圧を印加することによってハウジ
ング２の軸方向に伸縮するようになっている。

【００１３】レンズ枠１０の側方に突き出るアーム部１
０ａの先端は移動体３の先端に連結されている。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２
０の挿入部２１、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４４と駆動電源４５に接続されている。

【００１４】前記移動体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は互いに略軸対称に設けられてお
り、このスリット９，９によってこれに対応した周部は
片持ち梁状に切り離されてその第１の接触部７を径方向
に向かう弾性が付与されている。つまり、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
薄肉な弾性梁部３ａ，３ｂが形成されている。

【００１５】この移動体３は質量を軽くするためにアル
ミニウムによって作られている。移動体３は、その全体
でもいいが、少なくとも第１の接触部７の外周表面の部
位には、シュウ酸アルマイト処理がしてあり、その表面
の硬度を上げている。さらに、ハウジング２の少なくと
も第１の接触部７と接触する部分は、第１の接触部７の
シュウ酸アルマイト処理した表面よりも高い硬度の材
料、若しくは硬質化処理、例えば表面処理により第１の
接触部７のシュウ酸アルマイト処理した表面よりも高い
硬度に形成されている。

【００１６】例えば、第１の接触部７の表面（又は移動
体３の表面）をシュウ酸アルマイトの蒸気封孔処理を
し、その表面のビッカース硬度を４００以上にしたな
ら、ハウジング２はＳＵＳ４４０Ｃを熱処理し、表面の
ビッカース硬度を６５０以上にしたものを用いる。ま
た、移動体３の表面のシュウ酸アルマイト処理を表面の
ビッカース硬度を６５０以上にした場合には、ハウジン
グ２はＳＵＳ４４０Ｃを熱処理し、表面のビッカース硬
度を８００以上にしたものを用いる。また、ハウジング
２にＳＵＳ３０３等の軟らかめのステンレスを用いた場
合は、ハウジング２の内面に無電解ニッケルめっきやチ
タンコートを施して硬度を前記シュウ酸アルマイト処理
面の硬度より高くする。

【００１７】また、アーム部１０ａは、慣性体６の端面
に取り付けられていてもよい。すなわち、図１（ａ）で
いうならば、移動体３と慣性体６の位置を逆にし、慣性
体６の端面にアーム部１０ａを取り付けるか、さらに、
慣性体６をなくし、アーム部１０ａを圧電素子４に直接
取り付ける。この場合、レンズ枠１０が慣性体となる。
こうすることで、移動体３の質量を極力軽くし、慣性体
６の質量を極力大きくすることができ、アクチュエータ
１の性能を上げることができる（慣性力による影響を大
きくできるので、力やスピードを上げることができ
る）。

【００１８】また、移動体３の表面処理は、シュウ酸ア
ルマイトだけでなく、硬質アルマイト、クロムめっき
（又は工業用クロムめっき）、無電解ニッケル−リンめ
っき、酸化クロム、酸化チタン等のセラミック溶射にす
る等、他の表面硬質化処理でもよい。

【００１９】次に、アクチュエータ１の移動体３が移動
する原理を図２および図３を参照して概念的に説明す
る。図２に示すように、質量の大きな移動体をＭ、質量
の小さな慣性体をｍ、移動体Ｍと慣性体ｍを連結する積
層型圧電素子をＰとして移動体ＭがベースＢの上に乗っ
ているとする。そこで、圧電素子Ｐに図３（ａ）又は図
３（ｂ）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図２（ａ）又は
図２（ｂ）でそれぞれ示すような前進と後退の動作を行
う。

【００２０】まず、前進（左方）移動するときの動作に
ついて図２（ａ）を参照して説明する。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
その位置に保持され、また、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の方へ引き
寄せられて待機している。

【００２１】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（急速変
形動作）。このとき、移動体Ｍは動摩擦力を受けながら
前方へ距離△ｍ₁移動する。

【００２２】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。

【００２３】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（急速停止）。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
作によって移動体Ｍは前方へ距離△ｍ₂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（△ｍ₁＋△ｍ₂）の距離を前進微動することができ
る。そして、この微動前進を繰り返すことによりその回
数に応じて大きく前進させることができるのである。

【００２４】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、圧電素子Ｐに対して高電圧の印加をゆっくり行って
おく。図２（ｂ）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その位置に保
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から最大に離れている。

【００２５】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を急激に縮少すると、
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が互いに近付く向きで
逆方向へ同時に移動する（急速変形）。このとき、移動
体Ｍは後方へ距離△ｍ₁へ移動する。

【００２６】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。

【００２７】圧電素子Ｐが充分に伸びたところで、慣性
体ｍの動きを急に止める。これによって、大きな慣性力
が生じて走行アクチュエータ全体が、前記静止摩擦力に
打ち勝って後退を始め、その走行アクチュエータ全体の
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△
ｍ₂移動する。

【００２８】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（△ｍ₁＋△ｍ₂）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。

【００２９】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
にすぐ立ち上げれば、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。

【００３０】以上のような原理によって、この急速変形
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。このため、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。

【００３１】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。

【００３２】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を移動する機構の性能のば
らつきが小さくなる。

【００３３】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。

【００３４】さらに、前記構成によれば、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。

【００３５】また、前記構成においては、移動体３の第
１の接触部７の表面がシュウ酸アルマイト処理により、
硬度が高くなり、耐摩耗性に優れている。さらに、第１
の接触部７と接するハウジング２の表面は、第１の接触
部７の表面よりも、さらに硬度の高いものとなっている
ので、耐摩耗性がより優れたものとなっている。圧接さ
れているそれぞれの表面は耐摩耗性に優れている。

【００３６】仮に、アクチュエータ１を多数回移動させ
てるうちに摩耗することがあっても、移動体３側の表面
の硬度の低いシュウ酸アルマイト処理部分が微量ずつけ
ずられるに過ぎない。移動体３側におけるシュウ酸アル
マイト処理部分が削れる限りにおいては、削れる前と後
とではその表面状態は変化しないので、摩擦力の変化も
ほとんどなく、アクチュエータ１の性能もほとんど変化
しない。

【００３７】なお、ハウジング２側のステンレス材料等
が摩耗してしまうと、その表面状態が変化して移動体３
との摩擦力も変化し、アクチュエータ１の性能が低下し
てしまうが、この実施例では第１の接触部７と接するハ
ウジング２の表面は、第１の接触部７の表面よりもさら
に硬度の高いものとなっているので、その摩耗によるア
クチュエータ１の性能の低下の虞がない。

【００３８】図４は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。こ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
内に配置された場合、ばね５９は圧接部材５７，５８に
よって自然長よりも圧縮された状態にある。したがっ
て、そのばね５９の弾性付勢力によって圧接部材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５７，５８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。また、ばね５９は同じばね
効果を持つものであれば、螺旋状部材でなくてもゴム等
の樹脂材料であってもよい。それ以外の構成は第１の実
施例と同様である。

【００３９】また、前記圧接部材５７，５８はアルミニ
ウムから成り、ハウジング２と接するその表面部分には
前述したような硬化処理、例えばシュウ酸アルマイト処
理がなされている。なお、圧接部材５７，５８の全体を
硬化処理してもよい。さらに、圧接部材５７，５８が接
するハウジング２の内表面の硬度は、その圧接部材５
７，５８の表面より高くなっている。

【００４０】前記構成では、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
移動体５６を容易に挿入することができ、かつ、圧接部
材５７，５８がハウジング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５７，５
８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。

【００４１】このため、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。むろ
ん、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）を行ってもよい。

【００４２】また、仮に、圧接部材５７，５８の表面が
多少すり減っても、シュウ酸アルマイト層が多少薄くな
るだけで、表面の状態（性質）は変化しないので、アク
チュエータの性能に及ぼす影響はほとんどない。

【００４３】さらに、本実施例においては、上述の圧接
部材５７，５８のすり減りに対してメンテナンスを行う
場合、移動体５６の全体ではなく、圧接部材５７，５８
だけを取り替えればよく、メンテナンスコストを安くで
きる。

【００４４】図５は本発明の第３の実施例を示すもので
ある。この実施例の急速変形圧電アクチュエータ６１は
前述した第１の実施例の構成における通電手段を変更す
るようにしたものである。すなわち、図５（ａ）で示す
ようにハウジング６２の内壁において、前記移動体３と
接しない部分には、一対の電極６３，６３が埋め込みま
たは貼り付けて固定されている。この固定式の電極６
３，６３は、図５（ｂ）で示すようにハウジング６２の
内壁の上下に対向して配設されている。また、各電極６
３，６３には、それぞれリード線６４が接続され、各リ
ード線６４はハウジング６２の外へ導出している。

【００４５】また、圧電素子４の電極部には、導電性の
弾性ワイヤ６５，６５が取り付けてあり、この弾性ワイ
ヤ６５，６５は、ハウジング６２に設けられた対応する
電極６３，６３に接するように付勢されている。つま
り、電極６３，６３と弾性ワイヤ６５，６５とにより圧
電素子４をリード線６４に接続するブラシとして機能す
る。それ以外の構成における材質、表面処理等は第１の
実施例と同様である。

【００４６】このアクチュエータ１の動作、耐摩耗特性
等は前述した第１の実施例のものと同様である。本実施
例で、圧電素子４への通電は、リード線６４からハウジ
ング６２に設けられた電極６３と、それと接している弾
性ワイヤ６５を介して通電されることによってなされる
ため、移動体３が前後に移動しても、リード線６４は移
動しない。また、弾性ワイヤ６５は移動体３の移動に伴
って電極６３上をすべるが、付勢力によって常に接触が
保たれる。

【００４７】しかして、この通電手段によれば、リード
線６４が移動しなくてすむので、リード線６４、および
リード線６４と圧電素子４の接続部にかかる機械的負荷
が減り、アクチュエータの耐久性が向上する。

【００４８】図６は本発明の第４の実施例を示すもので
ある。この実施例の急速変形圧電アクチュエータ６１は
前述した第１の実施例の構成における通電手段を変更す
るようにしたものである。すなわち、これでは、移動体
３が絶縁材料から成る１つの絶縁部７３と導電材料から
成る２つの導電部７４，７４とに分かれており、絶縁部
７３が内側で、２つの導電部７４，７４が外側に位置し
て上下に配置され、それらの一端部同士が互いに連結し
た片持ち梁構造になっている。また、圧電素子４の両電
極は半田等の導電部材７５，７５を介して対応する導電
部７４，７４に対して電気的に接続されている。

【００４９】さらに、ハウジング７２の内壁において上
下部分には、それぞれ軸方向に沿って形成される導体パ
ターン７６，７６が設けられている。この各導体パター
ン７６，７６には、ハウジング７２の外へ導出するリー
ド線７７が接続されている。その他の構成は前述した第
１の実施例と同様であり、その基本的な動作もその第１
の実施例と同様である。

【００５０】本実施例では、圧電素子４の駆動電圧の印
加は、リード線７７より導体パターン７６と移動体３の
導電部７４と導電部材７５を介して通電されることによ
ってなされる。導電部７４は付勢力によってハウジング
７２の導体パターン７６に圧接され、移動体３が移動し
ても、常に接触が保たれている。

【００５１】図７は本発明の第５の実施例の構成を示す
ものである。これは内視鏡チャンネルに挿入され、生体
内組織を把持する処置具８０に適用したものである。す
なわち、処置具８０のシース８１の先端部内には、例え
ば比較的質量が極力軽い材料からなる移動体８２を摺動
自在に設け、その移動体８２はシース８１内面に摩擦力
によって保持されている。この移動体８２とこれを摺接
するシース８１とは、前述した各実施例で示したような
硬度を高める処理を適宜施して耐久性を向上させる。

【００５２】移動体８２の先端には、連結部材８３を介
して、把持部８４を構成する一対の把持椀８４ａ，８４
ｂが取り付けられている。把持椀８４ａ，８４ｂはピン
８５によって連結部材８３に回転可能に固定されてい
る。さらに、ピン８５の内部には、図示しない回転トル
クばね等が設けられ、自然状態では把持椀８４ａ，８４
ｂが開いた状態となるように付勢している。

【００５３】また、移動体８２の後端には、電圧印加に
よってシース８１の軸方向に伸縮可能な圧電素子８６の
先端が連結固定され、圧電素子８６の他端には慣性体８
７が連結固定されている。慣性体８７はシース８１の内
壁と僅かな隙間を形成して、接触しないように取り付け
られている。また、圧電素子８６もシース８１の内壁と
隙間を形成する太さとなっている。圧電素子８６の電極
部にはリード線８８が取り付けられ、リード線８８はシ
ース８１内を通じて内視鏡の外に設けられた制御装置８
９に接続される。

【００５４】また、移動体８２と慣性体８７の間には、
シース８１の内壁から圧電素子８６に接しない範囲で突
出した突起９０が設けられている。さらに、移動体８２
と慣性体８７の互いに向かい合う各端面９１ａ，９１ｂ
は、ほぼ同方向にシース８１の軸に対して斜めで互いに
平行なスパイラル状にカットされている。そして、この
各端面９１ａ，９１ｂには移動体８２の移動に伴って前
記突起９０が衝止するようになっている。

【００５５】この場合、前記移動体８２がシース８１に
対して移動する原理は前述した第１の実施例の場合と同
様である。そこで、ここでは本実施例特有の作用を中心
に図７（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）は
処置具８０の把持椀８４ａ，８４ｂが開いた状態であ
る。この状態から圧電素子８６を駆動させ、移動体８２
を後方へ移動させるとすると、シース８１の先端開口の
エッジに把持椀８４ａ，８４ｂの周囲の一部に当たり、
その各把持椀８４ａ，８４ｂが次第に閉じることにな
る。把持部８４の把持椀８４ａ，８４ｂが、図７（ｂ）
で示すように完全に閉じると、把持椀８４ａ，８４ｂは
シース８１内に収まる状態になる。ここで、図７（ａ）
から図７（ｂ）に移る間、移動体８２は軸方向に移動す
るが、軸まわりには、ほとんど回転しない。

【００５６】また、図７（ｂ）の状態では移動体８２の
後方の端面９１ａの一部が突起９０とほぼ接した状態で
止まっているが、さらに、圧電素子８６を駆動させて移
動体８２を後方に移動させると、突起９０と接する移動
体８２の端面９１ａがシース８１の軸に対して斜めにカ
ットされているため、この両者間にカム作用が働き、図
７（ｃ）で示す状態まで、移動体８２は軸まわりに回転
する。この図７（ｃ）の状態は、図７（ｂ）より約９０
゜回転して止まっている状態である。図（ｂ）の状態か
らも、図（ｃ）の状態からも、移動体８２を前方に移動
させれば、把持椀８４ａ，８４ｂを開くことができる
が、図７（ｂ）と図７（ｃ）とでは、把持椀８４ａ，８
４ｂの向いている方向が９０゜程度異なっている。

【００５７】また、図７（ｃ）の状態から移動体８２を
前方に移動させ、把持椀８４ａ，８４ｂを開き、突起９
０が慣性体８７に当たったところで、さらに、移動体８
２を前方に移動させれば、慣性体８７の端面９１ｂのカ
ム作用で図７（ａ）と同じ状態に戻すことができる。こ
れによれば、処置具の処置作用時（把持部材の開閉時）
は処置作用部を回転させることなく、処置作用を行う前
後で処置作用部を回転制御することができる。

【００５８】なお、前述した第１の実施例等において
は、移動体３の方を表面硬化処理や硬質の材質を用いて
硬化し、ハウジング２の内面は硬質な材質や硬化処理に
より、移動体３の方より硬質なものとしたが、これらの
対策を移動体３とハウジング２を逆にしてもよいもので
ある。また、本発明の急速変形圧電アクチュエータは内
視鏡や処置具の他の各種可動部分にも適用することが可
能である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、移
動体に例えばアルミニウムのような軽量のものを用いな
がらも、耐摩耗性が高く、しかも、仮に、摩耗が生じて
もアクチュエータの性能がほとんど変化しない。

【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
アクチュエータの部分の断面図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−
Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は前記急速変形圧電アクチュ
エータを使用した内視鏡の断面図。

【図２】前記急速変形圧電アクチュエータの動作原理を
示す説明図。

【図３】前記急速変形圧電アクチュエータを駆動する電
圧の波形を示す図。

【図４】（ａ）は本発明の第２の実施例の急速変形圧電
アクチュエータの部分の断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｂ−
Ｂ線に沿う断面図。

【図５】（ａ）は本発明の第３の実施例の急速変形圧電
アクチュエータの部分の断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｃ−
Ｃ線に沿う断面図。

【図６】（ａ）は本発明の第４の実施例の急速変形圧電
アクチュエータの部分の断面図、（ｂ）は（ａ）中Ｄ−
Ｄ線に沿う断面図。

【図７】本発明の第５の実施例の処置具を示す説明図。

【符号の説明】

１…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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内に嵌合状態で摩擦力により保
持された移動可能な移動体に印加電圧によって軸方向に
伸縮可能な圧電素子を介して慣性体を固定してなり、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体
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、前記移動体を軸方向に移
動する急速変形圧電アクチュエータにおいて、前記移動
体の少なくとも前記ハウジングに接して摩擦力を受ける
部分の表面と、前記ハウジング内面の少なくとも前記移
動体に接してその間の摩擦力によりその移動体を保持す
る部分の表面との一方の表面を硬質化し、他方の表面の
硬度を前記一方の表面の硬度より高い硬度にしたことを
特徴とする急速変形圧電アクチュエータ。