JPH09322566A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、駆動したとき、その積層圧電素子の
発生する歪みまたは応力を検出し、例えば駆動ストロー
クの終端に達したことを確実に把握できる圧電アクチュ
エータを提供することにある。 【解決手段】本発明の圧電アクチュエータ３３は、複数
の圧電体層を積層した積層圧電素子３８と、この積層圧
電素子３８の一部に設けられ前記積層圧電素子３８の発
生する歪みまたは応力を検出するフィードバック電極３
８ｃとを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を利用し
て被駆動体を駆動する圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】従来、圧電素子の変形を利
用して被駆動体を駆動する圧電アクチュエータが一般に
知られている。例えば特開平６−３１５２８２号公報に
おいては圧電アクチュエータを用いて内視鏡装置の光学
系における調節機構部を駆動する例のものが提案されて
いる。

【０００３】ところが、圧電アクチュエータで光学系の
調節機構部を駆動する場合、その駆動ストロークの両端
の位置検出がなされず、このため、駆動終端（移動限界
点）に突き当たっているにも拘らず、駆動電圧を印加し
続け圧電アクチュエータの駆動を継続してしまうことが
あり、これが発熱と騒音の発生原因となり、また不要に
電力を消費する。さらにそれだけでなく、圧電アクチュ
エータ駆動機構を故障させる原因にもなっていた。

【０００４】特開平７−９９７８８号公報にも圧電アク
チュエータを用いて内視鏡装置の光学系における調節機
構部を駆動する例が提案されている。この公報のもので
は積層圧電素子の側面にマイクロフォンを設け、その積
層圧電素子が破壊に至る過程で発するクラック音を検出
するようにしているものであるが、それは駆動終端に突
き当たっていることを検出するものではない。従って、
この従来例の場合にも、駆動終端に突き当たっているに
も拘らず、駆動電圧を印加し続けて圧電アクチュエータ
の駆動を継続してしまうことがあり、これが圧電アクチ
ュエータ駆動機構を故障させる原因になっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記課題に着
目してなされたものであり、その目的とするところは駆
動したとき、その積層圧電素子の発生する歪みまたは応
力を検出し、例えば駆動ストロークの終端に達したこと
を確実に把握できる圧電アクチュエータを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータは、複数の圧電体層を積層した積層圧電素子と、こ
の積層圧電素子の一部に設けられ前記積層圧電素子の発
生する歪みまたは応力を検出する検出手段とを具備した
ことを特徴とする。検出手段により、圧電アクチュエー
タを駆動したとき、その積層圧電素子の発生する歪みま
たは応力を検出する。この検出信号により、例えば駆動
ストロークの終端に達したことを把握する。

【０００７】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞図１ないし図４を参照して、本発明の
第１の実施形態を説明する。 （特徴）この第１実施形態での特徴的な事項は内視鏡に
おける被駆動体を駆動する圧電アクチュエータ装置にフ
ィードバック電極式の圧電アクチュエータ装置を用いる
ものであり、この圧電アクチュエータ装置には駆動スト
ロークの終端においての突当てを検出する手段を組み込
む。圧電アクチュエータ装置は駆動周波数自動調整手段
を採用したものである。

【０００８】（構成）図１は、拡大式電子内視鏡（以下
は内視鏡と呼ぶ）１のシステムを概略的に示す。内視鏡
１は挿入部２、操作部３およびユニバーサルコード４を
備える。ユニバーサルコード４の延出先端には後述する
光源装置２５に接続するためのコネクタ５が設けられて
いる。内視鏡１の挿入部２は先端側から順次配置される
先端部６、湾曲部７および可撓管部８から成る。

【０００９】前記コネクタ５からはズームケーブル９が
延出し、そのズームケーブル９の先端にはズームコネク
タ１０が設けられている。ズームコネクタ１０には接続
コード１１が接続される。接続コード１１を接続してい
ないとき、ズームコネクタ１０にはキャップ１０ａが装
着される。前記接続コード１１はその一端に前記ズーム
コネクタ１０に対して着脱自在に接続するコネクタ１２
が取着され、その他端には別のコネクタ１３が固定され
ている。コネクタ１３は後述するズーム制御装置１４に
対して着脱自在に接続されている。

【００１０】ズーム制御装置１４には速度調整つまみ１
５が設けられている。さらにズーム制御装置１４にはフ
ットスイッチ１６への接続コード１７と、シーソー型の
ズーム用リモコンスイッチ１８への接続コード１９が着
脱自在に設けられている。

【００１１】さらにユニバーサルコード４のコネクタ５
にはビデオケーブル２０の一端に設けられたコネクタ２
１が着脱自在に接続されている。ビデオケーブル２０の
他端にはコネクタ２２が設けられ、このコネクタ２２は
カメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵと呼ぶ）２
３に対して着脱自在に接続される。ＣＣＵ２３の出力画
像は図２で示すモニタ２４の画面に表示される。

【００１２】ユニバーサルコード４のコネクタ５は光源
装置２５に対して着脱自在に接続されるが、図２で示す
ように、光源装置２５には内視鏡１内に内蔵されるライ
トガイドファイバ２７に照明光を入射せしめるランプ２
６が内蔵され、さらに図示しないが、送気管路に空気を
供給する送気源と送水管路に水を供給する送水源等が内
蔵されている。

【００１３】一方、内視鏡１の先端部６内には対物レン
ズ系２８、及び撮像素子詳しくは固体撮像素子さらに好
ましくは電荷結合素子（以下ＣＣＤ）２９が内蔵され、
被写体を撮像するようになっている。

【００１４】前記対物レンズ系２８はその一部にズーム
レンズ３０を有している。このズームレンズ３０は一般
の、いわゆるズームレンズと異なり、変倍するとフォー
カス点も変化する形式のものである。すなわち、広角側
では、例えば被写界深度が５〜１００mmで、拡大側では
被写界深度が２〜５mmである。

【００１５】前記ＣＣＤ２９の撮像信号はプリアンプ３
１を介して前記ＣＣＵ２３内の信号処理回路３２に入力
される。内視鏡１の先端部６内には、前記ズームレンズ
３０を操作するアクチュエータ３３が設けられている。
このアクチュエータ３３はズーム制御装置１４内に設け
られた駆動回路３４から駆動信号を受けて駆動される。

【００１６】前記アクチュエータ３３は、詳しくは圧電
アクチュエータであり、この圧電アクチェエータ３３に
より連結腕３５を介して前記対物レンズ系２８のズーム
レンズ３０を光軸前後方向に移動させる。ズームレンズ
３０の移動領域の終端位置を規制するため、その移動ス
トロークの各終端において例えば連結腕３５が突き当た
るストッパが（図示せず）配置されている。

【００１７】前記圧電アクチェエータ３３は図３で示す
ように構成されている。すなわち前記ズームレンズ３０
の連結腕３５に連結部材３６を介して連結される移動体
３７と、この移動体３７に一端が固定され、所定の波形
の駆動電圧をかけることで機械的な伸縮変形動作をし、
この伸縮変形動作によって移動体３７に衝撃力を与える
衝撃力発生部としての圧電素子（電歪素子を含む）３８
のみを備える。なお、この実施形態では圧電素子３８の
他端側にいわゆる慣性体を別部材として設けないが、後
述する如く、圧電素子３８自体が慣性体として作用する
ようになっている。

【００１８】移動体３７は先端部６の本体部材に固定的
に設けられたベース（静止部材）、詳しくは円管３９の
内面に摩擦係合して保持されている。ここで、圧電素子
３８は例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛
等のセラミックスの圧電素子部（圧電体層）を積層した
積層縦効果素子型の積層圧電素子を構成してなる。これ
には駆動電極３８ａと他の駆動電極を兼ねた共通電極３
８ｂを設けてある。なお、本来的な圧電素子３８は電圧
逆効果により電界強度に比例した歪が生ずる素子であ
り、また、電歪素子は駆動電圧の２乗に比例した歪が生
じる素子であるが、ここではいずれも含めて圧電素子と
呼ぶ。

【００１９】前記圧電素子３８に形成される電極には前
記駆動電極３８ａと共通電極３８ｂの他にフィードバッ
ク電極（検出電極）３８ｃが設けられている。フィード
バック電極３８ｃは移動体３７に強固に接着された端面
３８ｄ側に位置した検出用圧電素子部分に接続されてい
る。

【００２０】前記駆動回路３４は駆動電極３８ａと共通
電極３８ｂに駆動電力を供給することにより圧電素子３
８の各圧電体層に機械的な伸び変形を生じさせる。一
方、共通電極３８ｂとフィードバック電極３８ｃはその
間の圧電体層（圧電素子部分）に発生した歪みまたは応
力に応じた電圧を検出し、この検出信号を前記制御回路
４３に入力する。つまり、フィードバック電極３８ｃは
駆動電極とは独立した検出電極を構成し、移動体３７の
移動ストローク終端での突当て状態等の動作状態を検出
する手段におけるセンサを構成する。

【００２１】前記移動体３７は前記円管３９の内面に接
する円形板状の部分と、その部分の外周部位から後方側
へ向けて延出されると共に、外向きに弾性的に開拡する
複数の脚部（梁部）４０が突設されている。これらの脚
部４０は弾性部材を構成し、この脚部４０の延出端には
それぞれ前記円管３９の内面に押し当たる突部４０ａが
設けられている。この突部４０ａが円管３９の内面に押
し当りその円管３９に摩擦係合されている。

【００２２】内視鏡１の操作部３にはアクチュエータ操
作用スイッチ、詳しくはシーソー型のズームスイッチ４
２が設けられている。このズームスイッチ４２の出力信
号はズーム制御装置１４内に設けられた制御回路４３に
入力する。制御回路４３は圧電アクチェエータ３３の駆
動波形の形式と駆動電力等の種類を前記駆動回路３４に
対して指示する。

【００２３】図２で示すように、ズームスイッチ４２は
シーソー型のものであり、その一方の山部からなる拡大
（Ｔ）スイッチ部４２ａと、他方の山部からなる広角
（Ｗ）スイッチ部４２ｂを備える。そして、各スイッチ
部４２ａ，４２ｂを選択的に操作することにより、それ
に応じて圧電アクチェエータ３３が前記ズームレンズ３
０を光軸方向の前方または後方に移動させ、対物レンズ
系２８のズームがされる。ここで、圧電アクチェエータ
３３の移動体３７は対物レンズ系２８のズームレンズ３
０と一体に対物レンズ系２８の光軸方向の前後に移動す
る。

【００２４】前記フットスイッチ１６の出力信号はフォ
トカプラ４４を介して前記制御回路４３に入力する。こ
のため、前記フットスイッチ１６側と前記制御回路４３
側が電気的に絶縁された状態で制御回路４３に入力させ
ることができる。また、前記フットスイッチ１６は拡大
（Ｔ）スイッチ部１６ａと広角（Ｗ）スイッチ部１６ｂ
を備える。そして、各スイッチ部１６ａ，１６ｂを選択
的に操作することにより、圧電アクチェエータ３３が駆
動され、前記対物レンズ系２８におけるズームレンズ３
０を、その選択したスイッチ操作に応じて光軸方向の前
方または後方へ移動し、所定のズームがされる。

【００２５】前記リモコンスイッチ１８の出力信号も前
記制御回路４３に入力する。リモコンスイッチ１８もシ
ーソー型のものであり、その一方の山部からなる拡大
（Ｔ）スイッチ部１８ａと他方の山部からなる広角
（Ｗ）スイッチ部１８ｂを備える。そして、各スイッチ
部１８ａ，１８ｂを選択的に操作することにより圧電ア
クチェエータ３３が駆動され、前記対物レンズ系２８に
おけるズームレンズ３０をその選択したスイッチ操作に
応じて光軸方向の前方または後方へ移動し、所定のズー
ムがされる。

【００２６】なお、このリモコンスイッチ１８はＬ字状
の引っ掛け部４６を備えており、この引っ掛け部４６を
内視鏡１の可撓管部８に引っ掛けるとともに可撓管部８
の軸方向に摺動自在になっている。従って、術者はリモ
コンスイッチ１８の装着位置の選択と共に、そのリモコ
ンスイッチ１８と可撓管部８を同時に握ることができ
る。

【００２７】以上の各スイッチ４２，１６，１８でそれ
ぞれ構成されるスイッチ手段によりマニュアルズーム
（すなわち，マニュアルフォーカス）について説明し
た。次に、オートズーム（すなわち、オートフォーカ
ス）を行う機構について説明する。オートズーム（すな
わち、オートフォーカス）制御と前述したマニュアルズ
ーム（すなわち、マニュアルフォーカス）制御の選択は
図示しない選択スイッチにより行われる。

【００２８】前記ＣＣＵ２３内にはフォーカス検出回路
４５が内蔵され、これには前記ビデオ信号処理回路３２
の画像信号が入力される。フォーカス検出回路４５はそ
の入力された画像信号からコントラストのデータを算出
し、このデータを前記制御回路４３に入力する。

【００２９】オートフォーカス制御が選択された場合に
おいては前記制御回路４３は例えばコントラスト法（山
登り法）により画像のコントラストが最大になるように
前記ズームレンズ３０を移動させるごとく前記圧電アク
チェエータ３３の駆動を制御する。すなわち、前記ＣＣ
Ｄ２９の受光面にピントが常に合うようにズームレンズ
３０を移動させる。しかして、モニタ２４に表示される
画像は常にピントが合うようにズームされた状態にあ
る。

【００３０】（作用）内視鏡１を図１で示す状態にセッ
トする。そして、ズーム制御装置１４の電源スイッチ
（図示せず）をオンすると、制御回路４３は次の様に制
御する初期設定動作を行う（第１の制御モード）。ま
ず、圧電アクチェエータ３３の圧電素子３８に所定の波
形の駆動電圧が印加される。圧電アクチェエータ３３の
動作を一般的に述べれば次の通りである。圧電素子３８
に急激な変形と逆向きのゆっくりした変形を行わせる駆
動波形を駆動回路３４からその圧電素子３８の駆動電極
３８ａと共通電極３８ｂに印加する。すると、圧電素子
３８の急激な変形による衝撃でそれ自身の慣性力に抗し
て移動体３７を押し、円管３９に対する移動体３７の静
止摩擦係合が瞬間的に解除されて円管３９内を滑り微動
する。圧電素子３８は、それに続くゆっくりした変形に
より移動体３７を円管３９に摩擦係合させて移動させる
ことなく元の長さに復元する。このような動作を繰り返
すことにより円管３９に沿って移動体３７を移動させる
ことができる。

【００３１】なお、急激な変形と逆向きのゆっくりした
変形の順序を逆にしてもよい。移動体３７の移動方向は
急激な変形の向きによって定まり、それに応じた波形の
駆動電圧を印加する。駆動電圧の波形は種々のものがあ
り、例えば特開平６−３１５８２号公報のもので示され
るようなものでもよい。また、駆動電圧の周波数を変え
ることにより移動速度を制御することができる。

【００３２】ところで、圧電素子３８に対し、ズ−ムレ
ンズ３０が拡大方向に移動するように衝撃力を発生せし
める波形の駆動電圧を印加した場合、即ち、駆動電極３
８ａと共通電極３８ｂとの間に、所定の周波数、所定の
波形の電圧の駆動電力を供給すると、前記移動動作が行
われるが、駆動電極３８ａに対応する圧電素子部分の変
形動作の際、フィードバック電極３８ｃに対応位置する
圧電素子部分を介して、移動体３７に衝撃力を与え、移
動体３７を移動し、連結腕３５及び連結部材３６を介し
てズ−ムレンズ３０が拡大方向に微動する。そして、や
がて最大の拡大位置に達すると、図示しないストッパに
連結腕３５が突き当たる。

【００３３】移動体３７が移動ストローク領域範囲内で
は圧電素子３８に発生する衝撃力で移動体３７は円管３
９の内面を摺動して移動可能である。そして、フィード
バック電極３８ｃに対応する圧電素子部分には通常の圧
縮伸長力が加わるのみであるから、その圧電素子部分の
歪みまたは応力は、後述するようにストッパに突き当た
る場合に比較して小さい。

【００３４】ところが、ストッパに突き当たった終端
（移動限界点）においてはその移動体３７はそれ以上移
動しないため、フィードバック電極３８ｃに対応する圧
電素子部分には通常以上の大きな力が加わり、歪みも大
きくなる。つまり、その突き当たり時には移動中のフィ
ードバック電極３８ｃの出力電圧値より大きな電圧が発
生する。

【００３５】この検出信号の電圧値は制御回路４３に設
けられた図示しないコンパレータにより、基準電圧と比
較され、基準電圧より大きなフィードバック電圧値の場
合にはその制御回路４３により突き当たったと判断さ
れ、基準電圧より小さなフィードバック電圧値の場合に
は突き当たっていないと判断される。この基準電圧値は
ストッパに突き当たったときのフィードバック電圧と、
ストッパに突き当たっていないときのフィードバック電
圧値の中間の電圧値に予め設定される。

【００３６】制御回路４３はその最大拡大時の突き当て
状態で、駆動回路３４の駆動周波数をスイープし、拡大
方向に移動する向きに駆動をし、最もフィードバック電
圧値が大きくなる周波数を記憶する。

【００３７】次に、制御回路４３は広角側に圧電アクチ
ェエータ３３を移動させる。最大広角でストッパに突き
当て状態に達すると、制御回路４３は前記拡大側と同様
にして駆動回路３４の駆動周波数をスイープし、広角方
向に駆動をし、最もフィードバック電圧が大きくなる周
波数を記憶する。

【００３８】以後、内視鏡１を通常に使用する場合（第
２の制御モード）においては、ズ−ムスイッチ４２，１
６，１８が押されると、拡大／広角方向とも前記記憶さ
れた周波数で駆動される。従って、常にパワーの大きな
（衝撃力の大きな）移動スピードの速い駆動周波数で駆
動できる。

【００３９】次に、ズ−ムスイッチ４２が押された場合
について説明する。他のズームスイッチ１６，１８が押
されたときも同様であるので、それの場合については説
明を省略する。

【００４０】ズ−ムスイッチ４２の拡大スイッチ部４２
ａが押されると、駆動回路３４は圧電素子３８の駆動電
極３８ａと共通電極３８ｂとの間に、ズ−ムレンズ３０
を拡大方向に移動させるように、衝撃力を発生せしめる
駆動電力を供給する。しかして、駆動電極３８ａに対応
する圧電素子部分が、フィードバック電極３８ｃに対応
する圧電素子部分を介して、移動体４０に衝撃力を伝達
する。従って、ズ−ムレンズ３０が拡大方向に移動す
る。そして、やがて最大拡大状態に達すると図示しない
ストッパに連結腕３５が突き当たる。

【００４１】移動体３７が移動中は圧電素子３８の衝撃
力に対して移動体３７が移動するので、フィードバック
電極３８ｃに対応する圧電素子３８はストッパに突き当
たった場合に比較して小さい。一方、ストッパに突き当
たった移動限界点に達したときには移動体３７はそれ以
上移動しないため、フィードバック電極３８ｃに対応す
る圧電素子部分には大きな応力が働き、歪みも大きくな
る。すると、移動中のフィードバック電極３８ｃの出力
電圧値より大きな電圧が発生する。この電圧値は制御回
路４３に設けられて図示しないコンパレータにより、基
準電圧と比較され、基準電圧より大きなフィードバック
電圧値の場合は、制御回路４３により突き当たったと判
断され、基準電圧より小さなフィードバック電圧値の場
合は、突き当たっていないと判断される。なお、基準電
圧値は突き当たった時のフィードバック電圧と突き当た
っていない時のフィードバック電圧値の中間の電圧にあ
らかじめ設定されている。

【００４２】そして、制御回路４３は、上述の突き当て
状態を検出すると、ズームスイッチ４２の拡大スイッチ
部４２ａが押されていても、拡大方向への駆動電圧の供
給を停止する。なお、制御回路４３は突き当て状態が検
出された時のズームスイッチ４２の押されている方向に
より、どちらの突き当て状態、即ち拡大側なのか広角側
なのかの判断がされる。

【００４３】一方、ズームスイッチ４２の広角スイッチ
部４２ｂが押されると、駆動回路３４は圧電素子３８に
対して、ズ−ムレンズ３０が広角方向に移動するよう
に、衝撃力を発生せしめるが、ズ−ムレンズ３０の移動
方向が逆となるだけなので、その説明は省略する。

【００４４】なお、制御装置１４から内視鏡１が取り外
された場合は、前述した記憶周波数は消去され、所定の
基準モード周波数に初期化される。しかし、再度、同じ
内視鏡１が制御装置１４に接続されると、上述の駆動周
波数の自動設定がされる。

【００４５】オートフォーカス（オートズ−ム）の場合
は、制御回路４３はピントが常に合う様にズ−ムレンズ
３０を移動するように制御する。最大拡大に達している
にも拘らず、拡大方向にさらに移動させようとしている
場合、最大広角に達しているにも拘らず広角方向にさら
に移動させようとしている場合はその駆動が停止され
る。また同時に警告音を発し、告知するようにしてもよ
い。

【００４６】（効果）この実施形態では突き当て検出用
のセンサを内視鏡側、あるいは静止部材の円管３９側に
設ける必要がないため、内視鏡あるいは円管の構造を簡
略化できる。

【００４７】最大拡大または最大広角位置に達した後、
さらに拡大、広角方向に駆動されないため、圧電素子３
８に負荷が加わらず、その圧電素子３８の劣化、発熱を
防止でき、さらに電力の節約ができる。また、圧電アク
チェエータの経時変化による最適駆動周波数の変化にも
自動的に対応できる。さらに内視鏡ごと、圧電アクチェ
エータごとの特性（駆動周波数）の違いにも自動的に対
応できる。

【００４８】＜第１実施形態の変形例＞拡大側、広角側
の駆動周波数を同一として、拡大側、もしくは広角側の
みの突き当て状態で駆動周波数を設定しても良い。この
場合は駆動周波数の設定が簡略化できる。

【００４９】最大拡大位置、最大広角位置に達したこと
を操作者に告知（例えば音の発生あるいはモニターの観
察画面にスーパーインポーズ表示）すれば、各終端位置
に達してそれ以上に動かないのか、故障で動かないのか
が分かり易い。

【００５０】圧電アクチェエータの最適駆動周波数の変
化を検出することにより、圧電アクチェエータの劣化の
度合いを推定でき、圧電アクチェエータの交換時期を知
らせることもできる。

【００５１】なお、被駆動体はズ−ムレンズ、フォーカ
スレンズの他、アイリス、鉗子起上台、視野変換プリズ
ム、立体内視鏡の輻輳角調整レンズでも良い。また、内
視鏡に限定されず、圧電アクチェエータ装置でも良い。

【００５２】また、圧電素子３８のフィードバック電極
３８ｃはその圧電素子３８の不活性層に設けても良い。
さらに圧電素子３８のフィードバック電極３８ｃはその
圧電素子３８の駆動電極側素子部分とは別体でも良い。

【００５３】＜第２実施形態＞図５を参照して、本発明
の第２実施形態を説明する。 （特徴）この第２実施形態は静止部材の円管側で移動部
材の突き当て状態を検出する形式とした圧電アクチュエ
ータ装置である。また、その検出信号を利用して駆動周
波数の自動調整を行う。そして、このような圧電アクチ
ュエータ装置を内視鏡の光学系の調整装置に採用したも
のである。

【００５４】（構成）この第２実施形態は、第１実施形
態と同様の内視鏡１に係り、その対物レンズ系２８にお
けるズームレンズ３０を操作する圧電アクチェエータ３
３の構成が以下の点で相違する。

【００５５】第１実施形態での圧電アクチェエータ３３
はその圧電素子４１にフィードバック電極を設けたが、
ここでの圧電アクチェエータ３３では圧電素子４１にフ
ィードバック電極を設けず、駆動用の電極のみを設けて
いる。

【００５６】一方、静止部材の円管３９の、腕３５側端
には第１の検出手段としての検出素子、詳しくは第１圧
電素子４７を固定的に設置する。腕３５と移動体３７は
連結部材４３により連結されているが、その連結部材４
３は軸状の部材からなり、その軸状の部材は前記検出用
の第１圧電素子４７の中央孔部分を貫通している。連結
部材４３の貫通先端側に位置してその部材の中間部は太
径の鍔部４８が形成されている。また、連結部材４３の
先端側には第２の検出手段としての検出素子、詳しくは
第２圧電素子４９が固定的に設置されている。

【００５７】そして、移動体３７が後退してズ−ムレン
ズ３０が最大拡大位置に達したとき、この太径の鍔部４
８が第１圧電素子４７に当たり圧接する。また、移動体
３７が前進してズ−ムレンズ３０が最大広角位置に達す
ると、連結部材４３の先端４６が第２圧電素子４９に突
き当たり圧接するようになっている。

【００５８】前記各検出用圧電素子４７，４９は図示し
ないリード線を介して制御回路４３に接続され、その各
出力信号を突き当て信号として制御回路４３に入力す
る。制御回路４３は最大拡大位置と最大広角位置におけ
る突き当て状態である移動限界点に達したことの検出を
行うようになっている。

【００５９】（作用）この第２実施形態でもズーム制御
装置１４の電源スイッチ（図示せず）をオンするか、内
視鏡１が再接続されると、その駆動周波数の自動設定が
行われる。

【００６０】移動体３７が後退してズ−ムレンズ３０が
最大拡大位置に達すると、鍔部４８が第１圧電素子４７
に当たり圧接する。第１圧電素子４７はその突き当て力
に応じた電圧値を出力する。この出力信号により、制御
回路４３は最大拡大位置での突き当て状態を検出する。
また、移動体３７が前進してズ−ムレンズ３０が最大広
角位置に達し、連結部材４３の先端４６が第２圧電素子
４９に突き当たり圧接する。第２圧電素子４９はその突
き当て力に応じた電圧値を出力する。この出力信号によ
り、制御回路４３は最大広角位置での突き当て状態を検
出する。なお、検出用圧電素子４７，４９のいずれもが
太径の鍔部４８や連結部材４３の先端４６が接しない、
つまり最大拡大位置にも最大広角位置にも達していない
中間位置では検出用圧電素子４７，４９の出力が共に０
Ｖであるのは言うまでもない。

【００６１】そして、前記駆動周波数の自動設定は第１
実施形態のフィードバック電極の代わりに検出用圧電素
子４７，４９が用いられる。この周波数の自動設定時、
拡大方向への移動の場合は太径の鍔部４８が第１圧電素
子４７に接した状態で、駆動回路３４の駆動周波数をス
イープし、拡大方向に駆動し、その圧電素子４７からの
フィードバック電圧が最も大きくなる周波数を記憶す
る。また、広角方向の場合は連結部材４３の先端４６が
第２圧電素子４９に接した状態で駆動回路３４の駆動周
波数をスイープし、広角方向に駆動し、その圧電素子４
９からのフィードバック電圧が最も大きくなる周波数を
記憶する。

【００６２】以後、通常の使用時、ズ−ムスイッチ４
２、１６，１８が押されると、拡大／広角方向とも前記
記憶された周波数で駆動される。従って、常にパワーの
大きな（衝撃力の大きな、移動スピードの速い）駆動周
波数で駆動できる。

【００６３】（効果）この第２実施形態では圧電アクチ
ェエータ３３の圧電素子４１に検出用素子を設ける必要
がないため、その圧電素子４１を簡略化でき、容易に製
作できる。

【００６４】＜第２実施形態の変形例＞突き当て状態を
検出する検出素子としては、圧電素子の代わりに高分子
圧電体（ＰＶＤＦ）でもよいし、また感圧導電ゴムでも
よい。検出素子に設けるフィードバック電極はその検出
素子の不均一層や保護層に設けるとよい。被駆動体とし
ては、ズ−ムレンズの他、フォーカスレンズ、アイリ
ス、鉗子起上台、視野変換プリズム、立体内視鏡の輻輳
角調整レンズ等であってもよい。

【００６５】＜第３実施形態＞図６及び図７を参照し
て、本発明の第３実施形態を説明する。 （構成）第２実施形態と異なる部分のみ説明する。この
第３実施形態では移動体３７の脚部４０（梁部）の内側
部分においてその梁部４０の内側面が接する程度に圧電
素子３８の表面にコーティング層５１を形成したもので
ある。

【００６６】具体的には移動体３７との固着部５２を除
き、圧電素子３８はその外表面全体が柔軟で防湿性の優
れるウレタンコーティング材で覆い、コーティング層５
１を形成する。このコーティング層５１は移動体３７が
円管３９内に挿入された状態で、移動体３７の内側面に
接する程度にコーティングされている。

【００６７】このウレタンコーティング処理は圧電素子
３８が移動体３７に接着される前に行われる。図７を参
照してコーティングの仕方を説明する。圧電素子３８の
固着部５２にマスク５５を貼着し、この状態で圧電素子
３８をウレタンコーティング材５６の満たされた容器５
７内に浸漬する。所望の回数だけ浸漬を繰り返す。しか
して、所望のコーティング厚さ、即ち上述の、移動体３
７が円管３９内に挿入された状態で、その移動体３７の
内側面に接する程度の厚さにコーティングがなされる。

【００６８】次に、マスク５５を剥がし、その固着部５
２の部分に移動体３７を接着固定する。 （作用・効果）圧電アクチェエータ３３に衝撃が加わっ
た場合でも、圧電素子３８と移動体３７の間には柔軟な
ウレタンコーティング層５１があるので、その衝撃が緩
衝され、圧電素子３８が折れにくい。また、圧電素子３
８の固着部５２に強い衝撃力が加わらず、移動体３７か
ら圧電素子３８が剥がれ難い。

【００６９】＜第４実施形態＞図８を参照して、本発明
の第４実施形態を説明する。 （構成）この第４実施形態は圧電アクチェエータ３３の
円管３９内で移動体３７の脚部４０の内側に、ウレタン
コーテング材６１が接する程度に圧電素子３８にコーテ
ィングするものである。ウレタンコーティング材６１は
圧電素子３８が移動体３７に接着された後にコーティン
グされる。また、移動体３７の円管３９に接する部分は
コーティング時にマスキングされる。

【００７０】具体的なコーティング処理は以下の通りで
ある。前記第３実施形態と場合と異なる部分のみ説明す
る。まず、圧電素子３８に移動体３７を接着した後、そ
の移動体３７の、連結部材３６との固着部６３をマスク
６４でマスキングする。さらに移動体３７の梁４０の延
出先端部４０ａを覆うようにリング状のマスキング材６
５を貼着する。なお、このときの移動体３７と圧電素子
３８の間隔は移動体３７が円管３９内に挿入されたとき
の間隔に略保たれている。

【００７１】この準備後、図８に示すようにウレタンコ
ーティング材中に浸漬し、移動体３７と圧電素子３８の
間にウレタンコーティング材が隙間なくコーティングさ
れる回数だけ繰り返し浸漬する。しかして、所望のコー
ティング厚さ即ち、移動体３７が円管３９内に挿入され
た状態で、圧電素子３８と移動体３７の内面に接する厚
さ程度にコーティングされる。

【００７２】次に、マスク６４，６５が剥がされ、移動
体３７の固着部６３には連結部材３６を接着して取着す
る。 （作用・効果）前記第３実施形態では移動体３７と圧電
素子３８との接着強度を下げないため、圧電素子３８の
移動体３７に接着する部分よりわずかに大きなマスクを
しなければならない。従って、移動体３７と圧電素子３
８の接着部でコーティング材の隙間ができやすく、接着
剤を盛る等の追加の作業が必要になるが、本実施形態で
は、圧電素子と移動体を隙間無くコーティングでき、防
湿性が高い。

【００７３】［付記］ （付記項１）複数の圧電体層を積層した積層圧電素子
と、この積層圧電素子の一部に設けられ前記積層圧電素
子の発生する歪みまたは応力を検出する検出手段と、を
具備したことを特徴とする圧電アクチュエータ。

【００７４】（付記項１−１）前記検出手段は、前記積
層圧電素子の圧電体層の一部と、この圧電体層の一部に
接続され、かつ歪み発生のための駆動電極とは独立した
検出電極とを備えて成ることを特徴とする付記項１記載
の圧電アクチュエータ。

【００７５】（付記項１−２）前記圧電体層の一部は、
前記積層圧電素子の不活性層であることを特徴とする付
記項１−１記載の圧電アクチュエータ。

【００７６】（付記項１−３）前記積層圧電素子上に固
定され、弾性部材を有する移動体と、前記移動体を内包
し、前記弾性部材と内壁が摩擦係合する筒状の静止部材
とを具備し、前記移動体が前記静止部材中を移動するよ
うに構成された付記項１記載の圧電アクチュエータ。

【００７７】（付記項２）複数の圧電体層を積層した積
層圧電素子と、この積層圧電素子上に固定され、弾性部
材を有する移動体と、前記移動体を内包し、前記弾性部
材と内壁とが摩擦係合する筒状の静止部材とを具備し、
前記移動体が前記静止部材中を移動するように構成され
た圧電アクチュエータにおいて、前記筒状の静止部材側
に設けられ、前記移動体が移動限界点に達したことを検
出する検出手段を有することを特徴とする圧電アクチュ
エータ。

【００７８】（付記項２−１）前記検出手段は、前記静
止部材側に設けられ、前記移動体が突き当たることによ
り検出信号を発生する突き当て検出手段であることを特
徴とする付記項２記載の圧電アクチュエータ。

【００７９】（付記項２−２）前記突き当て検出手段
は、圧電体であることを特徴とする付記項２−１記載の
圧電アクチュエータ。 （付記項２−３）前記圧電体は、ＰＶＤＦで成ることを
特徴とする付記項２−２記載の圧電アクチュエータ。

【００８０】（付記項３）付記項１−３または２記載の
移動体は、前記積層圧電素子に固定される固定部と、こ
の固定部から延在し弾性変形する脚部とを有し、前記積
層圧電素子は、前記移動体を筒状の静止部材内に挿入さ
れたときに前記脚部の、前記積層圧電素子側の面が接す
る程度の厚さにてコートされてなることを特徴とする圧
電アクチュエータ。

【００８１】（付記項３−１）前記積層圧電素子を覆う
コート層は、ウレタンコートであることを特徴とする付
記項３記載の圧電アクチュエータ。

【００８２】（付記項４）付記項１−３または２記載の
移動体は、前記積層圧電素子に固定される固定部と、こ
の固定部から延在し弾性変形する脚部とを有し、前記積
層圧電素子は、コートされ、該コート層の厚さは、前記
移動体が前記筒状の静止部材内に挿入されたときに、前
記脚部の、前記積層圧電素子側の面が前記コート層を押
す程度とすることを特徴とする圧電アクチュエータ。

【００８３】（付記項５）前記コート層は、前記積層圧
電素子が前記移動体に接着される前に施してなる付記項
３または４記載の圧電アクチュエータ。 （付記項５−１）前記コートを施す際に、前記脚部の前
記筒状部材に接する面にマスキングを施してなる付記項
５記載の圧電アクチュエータ。

【００８４】（付記項６）前記コートは、前記弾性部材
が接着された後に施してなる付記項３または４記載の圧
電アクチュエータ。

【００８５】（付記項７）付記項１または２記載の圧電
アクチュエータと、この圧電アクチュエータの検出手段
の検出信号と所定値とを比較する比較手段を有すること
を特徴とする圧電アクチュエータ装置。

【００８６】（付記項８）付記項１記載の圧電アクチュ
エータと、この圧電アクチュエータに対して、周波数可
変にして高周波駆動電力を発生する駆動回路と、前記圧
電アクチュエータの検出手段の検出信号が入力され、前
記駆動回路の駆動周波数をスイープして前記検出信号の
最大値を与える最適駆動周波数を記憶する第１の制御モ
ードと、前記最適駆動周波数にて高周波駆動電力を発生
するよう前記駆動回路を制御する第２の制御モードとを
有する制御手段と、を有することを特徴とする圧電アク
チュエータ装置。

【００８７】（付記項９）付記項２記載の圧電アクチュ
エータと、この圧電アクチュエータに対して、周波数可
変にして高周波駆動電力を発生する駆動回路と、前記圧
電アクチュエータを前記移動限界まで駆動する第１の制
御モードと、前記圧電アクチュエータの検出手段の検出
信号が入力され、前記駆動回路の駆動周波数をスイープ
して前記検出信号の最大値を与える最適駆動周波数を記
憶する第２の制御モードと、前記最適駆動周波数にて高
周波駆動電力を発生するよう前記駆動回路を制御する第
３の制御モードとを有する制御手段と、を有することを
特徴とする圧電アクチュエータ装置。

【００８８】（付記項１０）挿入部の先端にズームレン
ズを有する内視鏡と、付記項１ないし９記載の圧電アク
チュエータと、前記ズームレンズと前記圧電アクチュエ
ータの移動体とを連結する連結部材とを有することを特
徴とする内視鏡装置。

【００８９】（付記項１１）挿入部の先端にフォーカス
レンズを有する内視鏡と、付記項１ないし９記載の圧電
アクチュエータと、前記フォーカスレンズと前記圧電ア
クチュエータの移動体とを連結する連結部材とを有する
ことを特徴とする内視鏡装置。

【００９０】（付記項１２）挿入部の先端にアイリス調
整手段を有する内視鏡と、付記項１ないし９記載の圧電
アクチュエータと、前記アイリス調整手段と前記圧電ア
クチュエータの移動体とを連結する連結部材とを有する
ことを特徴とする内視鏡装置。

【００９１】（付記項１３）挿入部の先端に鉗子起上台
を有する内視鏡と、付記項１ないし９記載の圧電アクチ
ュエータと、前記鉗子起上台と前記圧電アクチュエータ
の移動体とを連結する連結部材とを有することを特徴と
する内視鏡装置。

【００９２】（付記項１４）挿入部の先端に視野変換プ
リズムを有する内視鏡と、付記項１ないし９記載の圧電
アクチュエータと、前記視野変換プリズムと前記圧電ア
クチュエータの移動体とを連結する連結部材とを有する
ことを特徴とする内視鏡装置。

【００９３】（付記項１５）挿入部の先端に輻輳角調整
レンズを有する内視鏡と、付記項１ないし９記載の圧電
アクチュエータと、前記輻輳角調整レンズと前記圧電ア
クチュエータの移動体とを連結する連結部材とを有する
ことを特徴とする内視鏡装置。

【００９４】（付記項８、９に対する従来例）圧電アク
チュエータのスピード発生力等の性能は駆動周波数に左
右される。個々の圧電アクチュエータ毎に、その最適な
駆動周波数は異なるため、性能の良い周波数で駆動しよ
うとすると、例えば、個々の圧電アクチュエータごと
に、各周波数でのスピードをいちいち測定して駆動周波
数を決定しなくてはならず、非常に煩わしかった。

【００９５】（付記項３−１、４、５、５−１、６に対
する従来例）特開平７−９９７８８号公報の圧電アクチ
ュエータでは積層圧電素子と移動体の隙間にシリコンゴ
ムが設けてあるが、シリコンゴムでは完全な防湿性が得
られない欠点があった。また、圧電アクチュエータでは
積層圧電素子と移動体の隙間に熱電動性グリスを設ける
ことがあるが、グリスでは完全な防湿性、防ガス性（例
えばエチレンオキサイドガス等）が得られない欠点があ
った。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は積層圧電素
子の発生する歪みまたは応力を検出する検出手段を設け
たから、その積層圧電素子の動作状況を把握できる。例
えば移動体が移動限界点に達した状況を知り、圧電アク
チュエータの不要な動作や発熱をなくし、圧電アクチュ
エータの故障を少なくできる。また、最適な駆動周波数
の検出や最適な駆動周波数がずれても自動的に補正でき
る等、種々の利用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る拡大式電子内視鏡システム
を概略的に示す斜視図。

【図２】同じくその第１実施形態に係る内視鏡システム
の電気回路を概略的に示す説明図。

【図３】同じくその第１実施形態に係る内視鏡の対物光
学系を駆動する圧電アクチュエータ部分の断面図。

【図４】同じくその第１実施形態に係る圧電アクチュエ
ータの圧電素子部分の平面図。

【図５】第２実施形態に係る圧電アクチュエータの断面
図。

【図６】第３実施形態に係る圧電アクチュエータの要部
の断面図。

【図７】同じく第３実施形態に係る圧電アクチュエータ
のウレタンコーティング処理状況の説明図。

【図８】第４実施形態に係る圧電アクチュエータのウレ
タンコーティング処理状況の説明図。

【符号の説明】

１…内視鏡、１４…ズーム制御装置、１６…フットスイ
ッチ、２８…対物レンズ系、３０…ズームレンズ、３３
…圧電アクチュエータ、３４…駆動回路、３５…連結
腕、３７…移動体、３８…圧電素子、３９…円管、３８
ａ…駆動電極、３８ｂ…共通電極、３８ｃ…フィードバ
ック電極（検出電極）、４０…脚部、４２…ズームスイ
ッチ、４３…制御回路、４５…フォーカス検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の圧電体層を積層した積層圧電素子
   と、 この積層圧電素子の一部に設けられ前記積層圧電素子の
   発生する歪みまたは応力を検出する検出手段と、を具備
   したことを特徴とする圧電アクチュエータ。