JPH07170770A

JPH07170770A - 直動機構

Info

Publication number: JPH07170770A
Application number: JP5313904A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Murai; 誠一郎村井; Kenji Igarashi; 健二五十嵐
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明は、直線方向に変位駆動される移動体
と、この移動体を変位方向に摺動自在に案内保持する案
内体と、上記移動体に摺接する駆動爪を有する可撓性の
振動子と、この振動子に連接して上記移動体の変位方向
に加振する圧電素子とを具備するものである。【効果】本発明は、構造が簡単になるとともに、小型化
が容易となる。したがって、この実施例の直動機構は、
内視鏡，小型映像機器，情報機器等に組み込んだ場合、
格別の効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直動機構に係り、特に
圧電素子の伸縮を利用して移動体に駆動力を与えること
により、移動体を前進・後退させる直動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電素子を駆動源に用いた直動機
構としては、例えば３つの圧電素子の伸縮を利用したイ
ンチワーム機構や超音波モータを利用した機構がある。
これらのうち、超音波モータを利用した直動機構して
は、くさび型モータ，定在波型モータ，進行波型モータ
等がある。ところで、図１２は、圧電振動子Ａ，Ｂを励
振させることによりロータＣを回転させるようにしたも
のである。これに対して、図１３は、図１２のモータを
改良した上記くさび型モータを示すもので、ランジュバ
ン型の振動子Ｄに取付けた振動子Ｅの先端にわずかな角
度を付けて、その面がロータＦと平行に接触するように
して、すべりの可能性をなくしたものである。さらに、
図１４は、定在波型モータであって、２つ振動子Ｇ，Ｈ
に位相のずれた正弦波を与え、移動体Ｊの接触部に楕円
運動を発生させ、前進・後退させるようにしたものであ
る。さらにまた、進行波型モータ（図示せず。）は、現
在最も多用されているもので、高周波電源を必要とす
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記インチ
ワーム機構は、駆動に必要な圧電素子が３つであり、ア
ンプ，制御用コントローラ等を備えなければならないた
め、コスト面で不利となる。また、圧電素子側が移動体
となるため、電圧を供給するためのリードを引き回す欠
点を有している。

【０００４】一方、前記くさび型モータは、構造が比較
的簡単であるが、これまで開発されてきたものは、回転
型で、直動型はほとんどない。さらに、前記定在波型モ
ータは、９０度の角度で配置された圧電素子からなる振
動子と台座部分の構造の小型化に制限がある。また、移
動体を挾んで圧電素子と反対側からばねなどにより加圧
する必要がある。

【０００５】最後に、進行波型モータは、分極処理され
た圧電素子を数１０kHz 程度の周波数で振動させたとき
に発生する進行波を駆動源として用いるため、高周波電
源が必要であることはもとより、圧電素子の振動の振幅
が小さいので、機構の設計に不備があると振動が吸収さ
れてしまってうまく動作しないことがある。

【０００６】本発明は、上述した従来の直動機構の欠点
を参酌してなされたもので、複雑な機構を必要とせず、
移動体を前進・後退させることが可能な、圧電素子の伸
縮を利用するタイプの直動機構を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、直線方向に変
位駆動される移動体と、この移動体を変位方向に摺動自
在に案内保持する案内体と、上記移動体に摺接する駆動
爪を有する可撓性の振動子と、この振動子に連接して上
記移動体の変位方向に加振する圧電素子とを具備するも
のである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、構造が簡単になるとともに、
小型化が容易となる。したがって、この実施例の直動機
構は、内視鏡，小型映像機器，情報機器等に組み込んだ
場合、格別の効果を奏する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。図１および図２は、この実施例の直動機構を示
している。この直動機構は、円筒状の固定部１と、この
固定部１に挿入された移動部２と、この移動部２を固定
部１の軸方向に精密に駆動する駆動部３とからなってい
る。しかして、固定部１は、互いに対向して同軸に設け
られた一対のリング状の支持体４，５と、この支持体
４，５をその両側部にて連接する棒状の連接部６，７と
からなっている。支持体４，５は、それぞれ同軸に穿設
された円孔８，９を有している。一方、移動部２は、円
孔９に同軸に遊挿された四角柱状筒体からなる移動体１
０と、この移動体１０をその軸方向に円滑に案内する丸
棒状の一対の案内体１１，１１とからっている。さら
に、移動体１０の内側には、横断面円形の貫通孔１２が
同軸に穿設されている。また、この移動体１０の外形
は、正四角形状をなし、かつ、コーナ部分は、面取りさ
れている。なお、貫通孔１２内には、例えばＣＣＤカメ
ラ用の焦点調節用光学系（図示せず。）が搭載されてい
る。さらに、案内体１１，１１は、例えばフッ素樹脂な
どからなっていて、支持体４，５の内側に軸方向に沿っ
て凹設された溝１３，１３に接着固定されている。ま
た、移動体１０の両側部にも溝１４，１４が軸方向に沿
って凹設されていて、これら溝１４，１４に案内体１
１，１１の一側部が嵌入して摺動自在に当接するように
なっている。つまり、支持体４，５の内壁面と移動体１
０の両側面との間には、間隙１５，１５が設けられ、こ
れら間隙１５，１５中に案内体１１，１１が介挿されて
いる。他方、駆動部３は、移動体１０の上下面に連接さ
れた振動子１６，１６と、これら振動子１６，１６と支
持体４との間に介挿された圧電素子１７，１７と、これ
ら圧電素子１７，１７には伸縮駆動させるための電圧源
１７ａが電気的に接続されている。しかして、振動子１
６は、全体としてコの字をなし、かつ、内側がＵ字状を
なすものであって、一対の舌片１８ａ，１８ｂを有して
いる。そして、一対の舌片１８ａ，１８ｂのうち、舌片
１８ｂの方が舌片１８ａよりも長めに設けられ、かつ、
舌片１８ｂの先端が移動体１０に対して接離自在に設け
られている。また、舌片１８ａの外面は、支持体５の内
面に連接・固定されている。他方、圧電素子１７，１７
の一端部は、支持体４の上下端部に設けられた嵌合部１
９，１９に嵌入・固定されているとともに、他端部は、
振動子１６，１６に連接・固定されている。これら圧電
素子１７，１７の寸法は、例えば縦２ｍｍ，横３ｍｍ，
長さ５ｍｍである。かくして、移動体１０は、一対の舌
片１８ｂ，１８ｂ並びに案内体１１，１１により、支持
体４，５に対して同軸位置に保持されている。さらに、
支持体４の内側には、連接部６，７をはさんで一対のス
リット２０，２０が、例えばワイヤ放電加工などによ
り、水平方向に形成されている。また、支持体４の上下
端部には、軸線に直角方向のスリット２１ａ，２１ｂが
例えばワイヤ放電加工などにより形成されている。これ
らのスリット２０，２０，２１ａ，２１ｂは、振動子１
６，１６の舌片１８ｂ，１８ｂの移動体１０への当接角
度を調節するためのもので、スリット２０，２０，２１
ａ，２１ｂ内に適当な厚さの板材からなる傾斜角調整片
２２を挾み込むようになっている。なお、電圧源１７ａ
は、一対の圧電素子１７，１７をそれぞれ各別に駆動す
ることができるように設けられている。

【００１０】つぎに、上記構成の直動機構の作動につい
て述べる。まず、図１に示すように、楔状の傾斜角調整
片２２をスリット２１ａに圧入し、支持体４を角度θだ
け時計回り方向に微小量（例えば５度前後）回動する
（図３参照）。すると、この支持体４の回動にともなっ
て、振動子１６，１６の一方の舌片１８ｂ，１８ｂも時
計回りに傾いた位置に固定される。このとき、図３に示
すように、舌片１８ｂ，１８ｂの最先端は、移動体１０
に対してわずかに離間させおく。そして、移動体１０を
矢印２３方向（図１紙面右方向）に変位させたい場合
は、電圧源１７ａから図１上側の圧電素子１７に電圧Ｖ
を印加し、ΔＬだけ伸長させる。すると、図１上側の舌
片１８ｂのコーナ部位が移動体１０に当接し、さらに、
このコーナ部位が駆動爪となって移動体１０を蹴り飛ば
す（図３想像線参照）。その結果、移動体１０は、圧電
素子１７の変位ΔＬを駆動力としてΔＤだけ矢印２３方
向に変位する。しかして、電圧源１７ａから図１上側の
圧電素子１７の電圧Ｖの印加を停止する。すると、図１
上側の圧電素子１７及び図１上側の舌片１８ｂは、原位
置に復帰する。このような、図１上側の圧電素子１７の
伸長動作と原位置復帰動作とを繰り返すことにより、移
動体１０を所望量だけ変位することが可能となる。反対
に、移動体１０を矢印２４方向（図１紙面左方向）に変
位させたい場合は、電圧源１７ａから図１下側の圧電素
子１７に電圧Ｖを印加し、ΔＬだけ伸長させる。する
と、図１下側の舌片１８ｂのコーナ部位が移動体１０に
当接し、このコーナ部位が駆動爪となって、圧電素子１
７の変位ΔＬを駆動力としてΔＤだけ矢印２４方向に変
位する。しかして、電圧源１７ａから図１下側の圧電素
子１７の電圧Ｖの印加を停止する。すると、図１下側の
圧電素子１７及び図１下側の舌片１８ｂは、原位置に復
帰する。このような、図１下側の圧電素子１７の伸長動
作と原位置復帰動作とを繰り返すことにより、移動体１
０を所望量だけ変位することが可能となる。

【００１１】なお、このときの、電圧源１７ａによる圧
電素子１７，１７への電圧印加方法は、図４に示すよう
に、伸長時に急増させ、逆に、縮小時に漸減させると、
より効率的に移動体１０を変位させることができる。

【００１２】さらに、上記実施例においては、スリット
２０，２０，２１ａ，２１ｂに傾斜角調整片２２を挿入
することにより、振動子１６，１６の舌片１８ｂ，１８
ｂの移動体１０への当接角度を調節するようにしている
が、図５に示すように、ねじ２２ａにより角度調節を行
うようにしてもよい。

【００１３】以上のように、この実施例の直動機構は、
構造が簡単になるとともに、小型化が容易となる。した
がって、この実施例の直動機構は、内視鏡，小型映像機
器，情報機器等に組み込んだ場合、格別の効果を奏す
る。

【００１４】なお、上記実施例においては、支持体４を
時計回り方向に微小量回動したが、反時計回り方向に微
小回動させるようにしてもよい。この場合、図１上側の
圧電素子１７は、移動体１０を図１紙面左方向に変位さ
せるときに用い、図１下側の圧電素子１７は、移動体１
０を図１紙面右方向に変位させるときに用いる。

【００１５】さらにまた、図６に示すように、振動子１
６の舌片１８ｂに駆動爪として鋸歯状部６１を形成すれ
ば、スリット２０，２０，２１ａ，２１ｂにより支持体
４を傾ける必要はない。すなわち、この場合、鋸歯状部
６１は、紙面斜め右下方向に傾斜している傾斜面６２…
と、ほぼ垂直方向に屹立し傾斜面６２…とともに鋭角を
形成する垂直面６３…とからなっている。このようにす
ると、振動子１６を加振することにより、舌片１８ｂが
移動体１０上を紙面右側方向（矢印６４方向）に摺動さ
せるときの方が、紙面左側方向（矢印６５方向）に摺動
させるときよりも摩擦力が大きくなり、移動体１０を紙
面右方向に変位させるこができる。この場合は、前記実
施例のように、スリット２０，２０，２１ａ，２１ｂを
設ける必要がないことはもとより、支持体４の傾きを微
小調整する必要がなくなるので、作業能率が向上する。

【００１６】さらにまた、上記鋸歯状部６１の代りに、
図７に示すように、紙面斜め右下方向に傾斜している斜
毛６６（ワイヤ材のような剛毛が好ましい。）を駆動爪
として用いても同様の作用効果を奏することができる。

【００１７】さらに、図８および図９は、この発明の他
の実施例の直動機構を示している。この直動機構は、同
軸の貫通穴３１ａを有する環状の固定部３１と、この固
定部３１の上下端部に対称的に固定されたＬ字状の振動
子３２ａ，３２ｂと、これらの振動子３２ａ，３２ｂの
内側に配設された圧電素子３３ａ，３３ｂと、これら圧
電素子３３ａ，３３ｂと振動子３２ａ，３２ｂとの間に
介挿された球状の振動伝播子３４ａ，３４ｂと、振動子
３２ａ，３２ｂにより固定部３１に対して同軸に挾持さ
れコーナ部分が面取りされた正四角形状の移動体３５
と、この移動体３５をその両側部において軸方向に円滑
に案内する丸棒状の一対の案内体３６，３６とからなっ
ている。しかして、振動子３２ａ，３２ｂは、板状をな
し、その幅は、移動体１０の幅とほぼ同じとなってい
る。そして、上側の振動子３２ａの先端は、内側が欠切
されたナイフエッジ状の駆動爪４０ａに形成されてい
る。他方、下側の振動子３２ｂは、先端は、外側が欠切
されたナイフエッジ状の駆動爪４０ｂに形成されてい
る。さらに、振動子３２ａ，３２ｂの折曲部内側および
圧電素子３３ａ，３３ｂには、振動伝播子３４ａ，３４
ｂが嵌入する陥凹穴（図示せず。）が凹設されている。
また、案内体３６，３６の一端部は、固定部３１の内面
両側部に固設されているとともに、他端部は、移動体１
０の両側部に形成された案内溝３７，３７に摺動自在に
嵌合し、移動体１０を固定部３１の軸方向に移動自在に
保持するように設けられている。

【００１８】しかして、この実施例の直動機構において
は、移動体３５を矢印４１方向に微小変位させる場合に
は、圧電素子３３ａに電圧を印加し、発生した伸縮運動
を振動伝播子３４ａを介して、振動子３２ａの駆動爪４
０ａに伝播させることにより行う。逆に、移動体３５を
矢印４２方向に微小変位させる場合には、圧電素子３３
ｂに電圧を印加し、発生した伸縮運動を振動伝播子３４
ｂを介して、振動子３２ｂの駆動爪４０ｂに伝播させる
ことにより行う。

【００１９】さらにまた、図１０および図１１は、他の
実施例の直動機構は、相対向し同軸の貫通穴５１ａ，貫
通穴５１ａを有する一対の円環状の固定部５１，５１
と、これら固定部５１，５１の内側上下端部に左右対称
的に突設された４個の圧電素子５２ａ，５２ｂ，５２
ｃ，５２ｄと、これら圧電素子５２ａ，５２ｂ，５２
ｃ，５２ｄにより介挿されたＵ字形をなす振動子５３
ａ，５３ｂと、振動子５３ａ，５３ｂと圧電素子５２
ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄとの間に介挿された振動伝
播子５４…と、一対の振動子５３ａ，５３ｂにより固定
部５１，５１に対して同軸に挾持された移動体５５と、
この移動体５５をその両側部において案内溝５５ａ，５
５ａを介して軸方向に円滑に案内する丸棒状の一対の案
内体５６，５６とからなっている。しかして、振動子５
３ａ，５３ｂは、板状をなし、その幅は、移動体５５の
幅とほぼ同じとなっている。そして、振動子５３ａ，５
３ｂのそれぞれの先端には、一対の相対向するナイフエ
ッジ状の駆動爪５７ａ，５７ｂが形成されている。これ
ら駆動爪５７ａ，５７ｂは、外側が欠切されている。ま
た、案内体５６，５６の両端部は、固定部５１，５１の
内面両側部に固設されている。

【００２０】しかして、この実施例の直動機構において
は、移動体５５を矢印５８方向に微小変位させる場合に
は、圧電素子５２ａ，５２ｃに電圧を印加し、発生した
伸縮運動を振動伝播子５４…を介して、振動子５３ａの
駆動爪５７ａおよび振動子５３ｂの駆動爪５７ｂに伝播
させることにより行う。逆に、移動体５５を矢印５９方
向に微小変位させる場合には、圧電素子５２ｂ，５２ｄ
に電圧を印加し、発生した伸縮運動を振動伝播子５４…
を介して、振動子５３ａの駆動爪５７ｂおよび振動子５
３ｂの駆動爪５７ａに伝播させることにより行う。

【００２１】

【発明の効果】本発明の直動機構は、直線方向に変位駆
動される移動体と、この移動体を変位方向に摺動自在に
案内保持する案内体と、上記移動体に摺接する駆動爪を
有する可撓性の振動子と、この振動子に連接して上記移
動体の変位方向に加振する圧電素子とを具備するもので
あって、構造が簡単になるとともに、小型化が容易とな
る。したがって、この実施例の直動機構は、内視鏡，小
型映像機器，情報機器等に組み込んだ場合、格別の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の直動機構の正面図である。

【図２】本発明の一実施例の直動機構の右側面図であ
る。

【図３】本発明の一実施例の直動機構の作用説明図であ
る。

【図４】本発明の一実施例の直動機構の電圧印加方法を
示すグラフである。

【図５】本発明の一実施例の直動機構の変形例を示す図
である。

【図６】本発明の一実施例の直動機構の変形例を示す図
である。

【図７】本発明の研磨装置の変形例の説明図である。

【図８】本発明の他の実施例の直動機構の正面図であ
る。

【図９】本発明の他の実施例の直動機構の右側面図であ
る。

【図１０】本発明の他の実施例の直動機構の正面図であ
る。

【図１１】本発明の他の実施例の直動機構の右側面図で
ある。

【図１２】従来技術の説明図である。

【図１３】従来技術の説明図である。

【図１４】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

２：移動体，１１：案内体，１６：振動子，１７：圧電
素子。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｂ 23/24 ＡＧ０３Ｂ 3/10 13/34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線方向に変位駆動される移動体と、この
移動体を変位方向に摺動自在に案内保持する案内体と、
上記移動体に摺接する可撓性の駆動爪を有する振動子
と、この振動子に連接して上記移動体の変位方向に加振
する圧電素子とを具備することを特徴とする直動機構。
【請求項２】案内体と圧電素子は支持体により支持され
ていることを特徴とする請求項１記載の直動機構。
【請求項３】振動子は、駆動爪は移動体の往動方向と復
動方向のそれぞれに対して少なくとも１個ずつ設けられ
ていることを特徴とする請求項１記載の直動機構。
【請求項４】圧電素子への電圧印加は、伸長時に急増さ
せ、かつ、縮小時に漸減させることを特徴とする請求項
１記載の直動機構。
【請求項５】駆動爪は、鋭角をなす一対の面からなり、
これら一対の面の傾斜角は、上記駆動爪が往動方向に振
動したときの摩擦力が、上記駆動爪が復動方向に振動し
たときの摩擦力よりも大きくなる角度に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の直動機構。
【請求項６】振動子は、先端が平面をなす板状部を有
し、上記板状部先端のコーナ部が駆動爪となることを特
徴とする請求項１記載の直動機構。
【請求項７】振動子は傾斜して設けられ、駆動爪となる
板状部先端のコーナ部を移動体に摺接させることを特徴
とする請求項５記載の直動機構。
【請求項８】支持体にはスリットが設けられ、上記スリ
ットにくさび体を挿入することにより圧電素子及び上記
圧電素子に連接されている振動子を傾斜させることを特
徴とする請求項６記載の直動機構。
【請求項９】支持体にはスリットが設けられ、スリット
間隔をねじにより拡縮することにより圧電素子及び上記
圧電素子に連接されている振動子を傾斜させることを特
徴とする請求項６記載の直動機構。
【請求項１０】駆動爪は鋸歯状部をなし、かつ、上記駆
動爪は、上記振動子が往動方向に振動したときの摩擦力
が、上記振動子が復動方向に振動したときの摩擦力より
も大きくなる鋸歯形状に設けられていることを特徴とす
る請求項１記載の直動機構。
【請求項１１】駆動爪は斜毛部をなし、かつ、上記駆動
爪の斜毛傾斜方向は、上記振動子が往動方向に振動した
ときの摩擦力が、上記振動子が復動方向に振動したとき
の摩擦力よりも大きくなる方向に設けられていることを
特徴とする請求項１記載の直動機構。