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JPH06148497A - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator

Info

Publication number
JPH06148497A
JPH06148497A JP4302566A JP30256692A JPH06148497A JP H06148497 A JPH06148497 A JP H06148497A JP 4302566 A JP4302566 A JP 4302566A JP 30256692 A JP30256692 A JP 30256692A JP H06148497 A JPH06148497 A JP H06148497A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
actuator
piezoelectric
moving
outer tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4302566A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Umeyama
広一 梅山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP4302566A priority Critical patent/JPH06148497A/en
Publication of JPH06148497A publication Critical patent/JPH06148497A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Lens Barrels (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a piezoelectric actuator which drives to make the durability of a piezoelectric element excellent. CONSTITUTION:This piezoelectric actuator 1 obtains driving force by moving by means of using inertial force associated with the quick deformation of the piezoelectric element 23 on which high frequency pulse voltage is impressed and possesses a means 5 to switch the high frequency pulse voltage impressed on the piezoelectric element 23 to that of driving waveform whose spectrum of high frequency component is small after a specified time from the start of moving.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高周波パルス電圧が印加
される圧電素子の急速変形に伴う慣性力を利用して移動
を行なうことにより駆動力を得る圧電アクチュエータに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator that obtains a driving force by moving by utilizing inertial force caused by rapid deformation of a piezoelectric element to which a high frequency pulse voltage is applied.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in, for example, Japanese Patent Application No. 2-305182, there has been known a rapid deformation piezoelectric actuator which has a simple and compact structure to perform a moving operation of a lens quickly and reliably.

【0003】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。この場合、前記制御手段により圧電素子
に印加される電圧波形は、立ち上がりの速度と立ち下が
りの速度が違うパルス波形であり、このパルス波形を1
パルス印加することによってアクチュエータを1ステッ
プ移動させることができ、パルス波形を連続して印加す
ることによってアクチュエータを連続的に移動させるこ
とができる。
In this actuator, a movable body is connected to a lens frame which holds a movable lens in a lens group which constitutes an objective optical system, and an axial direction is arranged along an axial direction along which the lens frame is to be moved. An expandable and contractable piezoelectric element is provided, one end of the piezoelectric element is substantially fixed to the moving body, and an inertial body is attached to the other end of the piezoelectric element to control the drive voltage applied to the piezoelectric element. The position adjustment is performed by moving the lens frame while utilizing the inertial force of the inertial body when the piezoelectric element expands and contracts in the axial direction and the frictional force that the moving body receives from the moving road surface. is there. In this case, the voltage waveform applied to the piezoelectric element by the control means is a pulse waveform having different rising speeds and falling speeds.
The actuator can be moved by one step by applying the pulse, and the actuator can be continuously moved by continuously applying the pulse waveform.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、アクチュエ
ータを静止状態から移動させる段階と、その後アクチュ
エータを連続的に移動させる段階とでは、移動体が移動
路面から受ける摩擦力は異なる。言い換えると、圧電素
子に印加するパルス波の立ち上がり速度や立ち下がり速
度あるいはそのピーク電圧値は、アクチュエータを連続
的に移動させる時の方がアクチュエータを静止状態から
移動させる時に比べて小さくて済む。
By the way, the frictional force received by the moving body from the moving road surface is different between the step of moving the actuator from the stationary state and the step of continuously moving the actuator thereafter. In other words, the rising speed, the falling speed, or the peak voltage value of the pulse wave applied to the piezoelectric element can be smaller when the actuator is continuously moved than when the actuator is moved from the stationary state.

【0005】しかしながら、従来のアクチュエータは、
移動開始時と同一のパルス波形のままでその後の連続移
動を行なっていたため、圧電素子にかかる負担が大き
く、圧電素子が早く劣化してしまう虞があった。
However, the conventional actuator is
Since the same pulse waveform as that at the time of starting the movement is used and the subsequent continuous movement is performed, the load on the piezoelectric element is large and the piezoelectric element may be deteriorated quickly.

【0006】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、圧電素子の耐久性を
良好とする駆動を行なえる圧電アクチュエータを提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator which can be driven so as to improve the durability of the piezoelectric element.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、高周波パルス電圧が印加される圧電素子
の急速変形に伴う慣性力を利用して移動を行なうことに
より駆動力を得る圧電アクチュエータにおいて、移動開
始から所定時間後に前記圧電素子に印加する高周波パル
ス電圧を高周波成分のスペクトルが小さい駆動波形のも
のに切り換える手段を具備したものである。
In order to solve the above problems, the present invention obtains a driving force by moving by utilizing the inertial force associated with the rapid deformation of a piezoelectric element to which a high frequency pulse voltage is applied. The piezoelectric actuator includes means for switching the high frequency pulse voltage applied to the piezoelectric element after a predetermined time from the start of movement to a drive waveform having a small spectrum of high frequency components.

【0008】[0008]

【作用】移動開始から所定時間後、圧電素子の駆動発生
力は小さくなるが、アクチュエータの駆動の抵抗となる
摩擦力も小さくなるため、アクチュエータの移動速度は
ほとんど変化しない。
After a predetermined time from the start of the movement, the driving force of the piezoelectric element becomes small, but the frictional force that acts as a resistance for driving the actuator also becomes small, so that the moving speed of the actuator hardly changes.

【0009】[0009]

【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(a)に示すように、本実施例の圧
電アクチュエータ1は、アクチュエータ本体8と、アク
チュエータ本体8を駆動させる駆動装置10とからな
る。この圧電アクチュエータ1は図1の(b)に示すよ
うに内視鏡30の対物レンズ20を移動させる移動機構
として内視鏡30の先端部32内に設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, the piezoelectric actuator 1 of this embodiment includes an actuator body 8 and a drive device 10 that drives the actuator body 8. The piezoelectric actuator 1 is provided in the tip portion 32 of the endoscope 30 as a moving mechanism for moving the objective lens 20 of the endoscope 30 as shown in FIG.

【0010】図1の(b)に示すように、内視鏡30の
先端部32には対物レンズ20を保持するレンズ枠22
が内視鏡30の軸方向に移動可能に保持されている。レ
ンズ枠22は慣性体35と一体となった突起部分24が
圧電素子23の一端に固定されている。圧電素子23の
他端には移動体26が固定されている。移動体26は内
視鏡30の軸方向に沿って配置されている外筒管25の
内周面と摺動可能に接触している。圧電素子23からは
リード線27が内視鏡30の軸方向にそって手元側まで
引き出されて駆動装置8と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1B, a lens frame 22 for holding the objective lens 20 is provided at a distal end portion 32 of the endoscope 30.
Are held so as to be movable in the axial direction of the endoscope 30. The lens frame 22 has a protrusion 24, which is integrated with the inertial body 35, fixed to one end of the piezoelectric element 23. The moving body 26 is fixed to the other end of the piezoelectric element 23. The moving body 26 slidably contacts with the inner peripheral surface of the outer tubular tube 25 arranged along the axial direction of the endoscope 30. A lead wire 27 is pulled out from the piezoelectric element 23 along the axial direction of the endoscope 30 to the near side, and is electrically connected to the drive device 8.

【0011】図1の(a)に示すように、駆動装置8
は、三角波発振部2と、三角波発振部2と電気的に接続
する装置Xと、コンパレータ4と、n進カウンタ7と、
切換えスイッチ5と、アンプ6とからなる。装置Xは、
電力ブリーダや電圧リミッタあるいは高周波フィルタや
ゲイン1の差動アンプ等の装置である。
As shown in FIG. 1A, the driving device 8
Is a triangular wave oscillator 2, a device X electrically connected to the triangular wave oscillator 2, a comparator 4, an n-ary counter 7,
It is composed of a changeover switch 5 and an amplifier 6. Device X
It is a device such as a power bleeder, a voltage limiter, a high frequency filter, or a gain 1 differential amplifier.

【0012】上記構成の圧電アクチュエータ1を駆動す
るために、急激な電圧変化を示す部分と緩慢な電圧変化
を示す部分を持つパルス波をアクチュエータ1の構成要
素である圧電素子23に印加する。これによって、慣性
体35による移動体26への衝撃力が生じて、移動体2
6を外筒管25の内周面に対して滑らせることができ
る。
In order to drive the piezoelectric actuator 1 having the above structure, a pulse wave having a portion showing a rapid voltage change and a portion showing a slow voltage change is applied to the piezoelectric element 23 which is a constituent element of the actuator 1. As a result, an impact force is generated on the moving body 26 by the inertial body 35, and the moving body 2
6 can be slid on the inner peripheral surface of the outer tube 25.

【0013】本実施例では、図2に示すようにアクチュ
エータ1の駆動を開始する時点では、圧電素子23が発
生する力を大きく取って大きな静止摩擦力に打ち勝つ衝
撃力を得られるように高周波成分のスペクトルが大きい
パルス波を圧電素子23に印加する。図中、(a)は装
置Xが電力ブリーダである場合、(b)は装置Xが電圧
リミッタである場合、(c)は装置Xが高周波フィルタ
である場合、(d)は装置Xがゲイン1の差動アンプで
ある場合をそれぞれ示している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, at the time of starting the driving of the actuator 1, a high frequency component is obtained so that a large force generated by the piezoelectric element 23 is taken to obtain an impact force that overcomes a large static friction force. A pulse wave having a large spectrum is applied to the piezoelectric element 23. In the figure, (a) is a case where the device X is a power bleeder, (b) is a case where the device X is a voltage limiter, (c) is a case where the device X is a high frequency filter, and (d) is a case where the device X is a gain. Each of the cases is a differential amplifier of No. 1.

【0014】駆動開始後nパルスになるとアクチュエー
タ1は、運動量を有するようになるため、移動体26と
外筒管25の内周面とに働く摩擦は運動摩擦となり静止
摩擦より小さくなる。nパルス以後は、n進カウンタの
carry信号で切換えスイッチ5が端子Aから端子B
に切換わり、装置Xを通った三角波が圧電素子23に印
加されるようになる。このため、圧電素子23の駆動発
生力は小さくなるがアクチュエータ1の駆動の抵抗とな
る摩擦力も小さくなっているため、アクチュエータ1の
移動速度は落ちない。本実施例では、アクチュエータ1
を駆動することによりレンズ枠22を内視鏡30の軸方
向に沿って前後移動させることができ、ズームやフォー
カスを行える。
At the time of n pulses after the start of driving, the actuator 1 comes to have a momentum, so that the friction acting on the moving body 26 and the inner peripheral surface of the outer tube 25 becomes kinetic friction and becomes smaller than static friction. After n pulses, the changeover switch 5 is switched from the terminal A to the terminal B by the carry signal of the n-ary counter.
The triangular wave passing through the device X is applied to the piezoelectric element 23. For this reason, the driving force of the piezoelectric element 23 becomes small, but the frictional force that acts as a resistance for driving the actuator 1 also becomes small, so that the moving speed of the actuator 1 does not decrease. In this embodiment, the actuator 1
The lens frame 22 can be moved back and forth along the axial direction of the endoscope 30 by driving, and zooming and focusing can be performed.

【0015】このように、本実施例の圧電アクチュエー
タ1は、駆動開始から終了まで一貫して高周波成分のス
ペクトルが大きい波形で駆動しないので圧電素子23に
かける負担が減り、圧電素子23の耐久性が上がる。
As described above, the piezoelectric actuator 1 according to the present embodiment does not consistently drive with a waveform having a large spectrum of high frequency components from the start to the end of driving, so that the load on the piezoelectric element 23 is reduced and the durability of the piezoelectric element 23 is reduced. Goes up.

【0016】図3および図4は本発明の第2の実施例を
示すものである。図4の(a)に示すように、本実施例
の圧電アクチュエータ40のアクチュエータ本体49
は、圧電素子23と圧電素子23の一端に固定された移
動体46とがバンド45によって緊縛されて成る。ま
た、移動体46は内視鏡30の軸方向に沿って配置され
ている外筒管25の内周面と摺動可能に接触している。
圧電素子23からはリード線27が内視鏡30の軸方向
にそって手元側まで引き出されて駆動装置44と電気的
に接続されている。
FIGS. 3 and 4 show a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4A, the actuator body 49 of the piezoelectric actuator 40 of this embodiment.
The piezoelectric element 23 and the moving body 46 fixed to one end of the piezoelectric element 23 are tightly bound by the band 45. Further, the moving body 46 slidably contacts the inner peripheral surface of the outer tube 25 arranged along the axial direction of the endoscope 30.
A lead wire 27 is pulled out from the piezoelectric element 23 to the proximal side along the axial direction of the endoscope 30 and is electrically connected to a drive device 44.

【0017】図3に示すように、圧電アクチュエータ4
0の駆動装置44は、第1のタイマーIC41の方形波
パルスに同期して、第3のタイマーIC42と、この第
3のタイマーIC42の三角パルスの立ち上がり時間よ
り長い立ち上がり時間の三角パルスを出力する第2のタ
イマーIC43とのいずれかから三角波パルスが出力さ
れるようになっている。この場合、第2のタイマーIC
43を通じて出力されるパルス波による圧電素子23の
駆動発生力は、第3のタイマーIC42を通じて出力さ
れるパルス波による圧電素子23の駆動発生力よりも小
さくなる。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric actuator 4
The driving device 44 of 0 outputs the third timer IC 42 and a triangular pulse having a rising time longer than the rising time of the triangular pulse of the third timer IC 42 in synchronization with the square wave pulse of the first timer IC 41. A triangular wave pulse is output from any one of the second timer ICs 43. In this case, the second timer IC
The drive generation force of the piezoelectric element 23 by the pulse wave output through 43 is smaller than the drive generation force of the piezoelectric element 23 by the pulse wave output through the third timer IC 42.

【0018】また、第1のタイマーIC41のパルス波
はn進カウンタ7にも入力されるようになっている。n
進カウンタ7は、入力されるパルス数がnになった時に
carry信号をアナログスイッチ5に出力してこのス
イッチ5の切り換えを行なう。これによって、アンプ6
に入力される信号は第3のタイマーIC42を介したも
のから第2のタイマーIC43を介したもに切り換わ
る。
The pulse wave of the first timer IC 41 is also input to the n-ary counter 7. n
The advance counter 7 switches the switch 5 by outputting a carry signal to the analog switch 5 when the number of input pulses reaches n. As a result, the amplifier 6
The signal input to is switched from that via the third timer IC 42 to that via the second timer IC 43.

【0019】このような駆動装置44によって、アクチ
ュエータ本体49の圧電素子23に立ち上がりが急で立
ち下がりが緩やかな三角波を印加した場合、圧電素子2
3は縮んだ状態から急に伸びる。この時、移動体46は
バンド45と圧電素子23に挟まれて外筒管25の径方
向に伸びる。これによって、外筒管25と移動体46と
の摩擦力は上がる。また、この時、圧電素子23の自重
による慣性力が生じ、移動体46は外筒管25との摩擦
力に抗して図中左方向に移動する。
When a triangular wave having a steep rise and a gradual fall is applied to the piezoelectric element 23 of the actuator body 49 by such a driving device 44, the piezoelectric element 2
3 grows rapidly from a contracted state. At this time, the moving body 46 is sandwiched between the band 45 and the piezoelectric element 23 and extends in the radial direction of the outer tube 25. As a result, the frictional force between the outer tube 25 and the moving body 46 is increased. At this time, an inertial force is generated due to the weight of the piezoelectric element 23, and the moving body 46 moves to the left in the figure against the frictional force with the outer tube 25.

【0020】圧電素子23に立ち上がりが緩やかで立ち
下がりが急な三角波を印加した場合、圧電素子23は伸
びた状態から急に縮む。この時、移動体46は、バンド
45による締め付けが緩むため、外筒管25の径方向に
縮み、外筒管25と移動体46との摩擦力は減少する。
また、この時、圧電素子23の自重による慣性力が生
じ、移動体46は外筒管25との摩擦力に抗して図中右
方向に移動する。なお、図中左方向の移動と右方向の移
動では外筒管25と移動体46との摩擦力が異なるので
速い動きとゆっくりした動きを行なわせることができ
る。つまり、本実施例の圧電アクチュエータ1は、圧電
素子23の伸縮に伴って外筒管25と移動体46との摩
擦力が変わるようになっており、移動する方向によって
移動速度や駆動発生力が変わる。すなわち、図面左方向
への移動は図面右方向への移動に較べて外筒管25と移
動体46との摩擦力が大きいので移動量は少なくなるが
駆動発生力は大きくなる(通常、摩擦力の1/2程度の
最大発生力を得られる)。
When a triangular wave having a gentle rise and a sharp fall is applied to the piezoelectric element 23, the piezoelectric element 23 suddenly contracts from the expanded state. At this time, since the moving body 46 is loosely tightened by the band 45, the moving body 46 contracts in the radial direction of the outer cylinder tube 25, and the frictional force between the outer cylinder tube 25 and the moving body 46 decreases.
At this time, an inertial force is generated due to the weight of the piezoelectric element 23, and the moving body 46 moves to the right in the figure against the frictional force with the outer tube 25. In addition, since the frictional force between the outer tube 25 and the moving body 46 is different between the movement in the left direction and the movement in the right direction in the figure, a fast movement and a slow movement can be performed. That is, in the piezoelectric actuator 1 of the present embodiment, the frictional force between the outer tube 25 and the moving body 46 changes as the piezoelectric element 23 expands and contracts, and the moving speed and the driving force are changed depending on the moving direction. change. That is, the movement in the left direction of the drawing has a larger frictional force between the outer tube 25 and the moving body 46 than the movement in the right direction of the drawing, so that the movement amount decreases but the driving force increases (usually the frictional force). You can get the maximum generated power of about 1/2).

【0021】駆動装置44でアクチュエータ本体49を
駆動させる場合、まず、駆動開始時は外筒管25と移動
体46との静止摩擦力に打ち勝つために立ち上がり時間
の短い三角波(第3のタイマーIC42を通じて出力さ
れるパルス波)で駆動する。そして、アクチュエータ本
体49の速度が安定するnパルス以後は、立ち上がり時
間の長い三角波(第2のタイマーIC43を通じて出力
されるパルス波)に切り変えて駆動させる。この時、外
筒管25と移動体46との間に生じる摩擦力は静止摩擦
力よりも小さい運動摩擦力であるため、三角波の立ち上
がり時間を長くして圧電素子23の駆動発生力を低くし
てもアクチュエータ本体49の移動速度は落ちない。
When the actuator main body 49 is driven by the drive device 44, first, in order to overcome the static frictional force between the outer tube 25 and the moving body 46 at the start of driving, a triangular wave having a short rise time (through the third timer IC 42 is used). Drive with output pulse wave). After n pulses at which the speed of the actuator body 49 stabilizes, the actuator body 49 is switched to a triangular wave having a long rise time (a pulse wave output through the second timer IC 43) for driving. At this time, since the frictional force generated between the outer tube 25 and the moving body 46 is a kinetic frictional force smaller than the static frictional force, the rising time of the triangular wave is lengthened to lower the drive generation force of the piezoelectric element 23. However, the moving speed of the actuator body 49 does not decrease.

【0022】また、図5に示す駆動装置50は、図3の
駆動装置44の回路構成に加えて、速度センサー53
と、この速度センサー53の出力を基に出力をHigh
かlowに切り換えるコンパレータ4と、コンパレータ
4の出力で信号ラインを切り換えるスイッチ52が付与
された回路構成となっている。
The drive device 50 shown in FIG. 5 has a speed sensor 53 in addition to the circuit configuration of the drive device 44 shown in FIG.
And the output is High based on the output of this speed sensor 53.
The circuit configuration is such that a comparator 4 that switches to low or a switch 52 that switches a signal line by the output of the comparator 4 is provided.

【0023】このような回路構成では、アクチュエータ
本体49の速度を速度センサー53によってモニターす
ることで、外筒管25の傷等で外筒管25と移動体46
との間の摩擦力が急に大きくなりアクチュエータ本体の
速度が急に落ちたような場合、圧電素子23に印加する
三角波を駆動開始時の第3のタイマーIC42の三角波
に戻すことによりアクチュエータ本体49の速度を加速
し、再びアクチュエータ本体49の速度が安定した段階
で第2のタイマーIC43の三角波に戻すという速度フ
ィードバック制御を行なうことができる。
In such a circuit structure, the speed of the actuator main body 49 is monitored by the speed sensor 53, so that the outer cylinder tube 25 and the moving body 46 are not damaged by the damage of the outer cylinder tube 25.
When the frictional force between the actuator and the actuator body suddenly decreases and the speed of the actuator body suddenly decreases, the actuator body 49 is restored by returning the triangular wave applied to the piezoelectric element 23 to the triangular wave of the third timer IC 42 at the start of driving. It is possible to perform speed feedback control in which the speed of the second timer IC 43 is returned to the triangular wave when the speed of the actuator body 49 is stabilized again.

【0024】ところで、図6に示す各圧電アクチュエー
タは、電気的な手段を用いることなくアクチュエータ本
体の移動方向によって移動速度や駆動発生力を変化させ
ることができる。
By the way, in each piezoelectric actuator shown in FIG. 6, the moving speed and the driving force can be changed according to the moving direction of the actuator body without using electrical means.

【0025】すなわち、図6の(a)に示す圧電アクチ
ュエータ60は、圧電素子62と板バネ63とからな
る。板バネ63は、圧電素子62の電極面61に固定さ
れるとともに外筒管25に摺動自在に接触している。
That is, the piezoelectric actuator 60 shown in FIG. 6A comprises a piezoelectric element 62 and a leaf spring 63. The leaf spring 63 is fixed to the electrode surface 61 of the piezoelectric element 62 and is in slidable contact with the outer tube 25.

【0026】この構成では、圧電素子62に立ち上がり
が急で立ち下がりが緩やかな三角波を印加した場合、圧
電素子62は外筒管25の径方向に急に伸びるとともに
長軸方向に急に縮み、板バネ63と外筒管25との間の
摩擦力が増えるため、圧電素子62の自重による慣性力
が生じ、板バネ63は圧電素子62とともに外筒管25
との摩擦力に抗して図面左方向に移動する。
In this structure, when a triangular wave having a steep rise and a gradual fall is applied to the piezoelectric element 62, the piezoelectric element 62 suddenly extends in the radial direction of the outer cylindrical tube 25 and contracts in the major axis direction, Since the frictional force between the leaf spring 63 and the outer tube 25 increases, an inertial force is generated due to the weight of the piezoelectric element 62, and the leaf spring 63 together with the piezoelectric element 62 causes the outer tube 25 to move.
It moves to the left in the drawing against the frictional force with.

【0027】また、圧電素子62に立ち上がりが緩やか
で立ち下がりが急な三角波を印加した場合、圧電素子6
2は、外筒管25の径方向に急に縮むとともに長軸方向
に急に伸び、板バネ63と外筒管25との間の摩擦力が
減少するため、圧電素子62の自重による慣性力が生
じ、板バネ63は圧電素子62とともに外筒管25との
摩擦力に抗して図面右方向に移動する。なお、図面左方
向への移動は図面右方向への移動に較べ摩擦力が大きい
ので移動量は少なくなるが駆動発生力は大きくなる。
When a triangular wave having a gentle rise and a sharp fall is applied to the piezoelectric element 62, the piezoelectric element 6
2 rapidly contracts in the radial direction of the outer cylindrical tube 25 and rapidly extends in the long axis direction, and the frictional force between the leaf spring 63 and the outer cylindrical tube 25 decreases, so that the inertial force due to the own weight of the piezoelectric element 62. Occurs, the leaf spring 63 moves rightward in the drawing against the frictional force with the outer tube 25 together with the piezoelectric element 62. It should be noted that the movement in the left direction in the drawing has a larger frictional force than the movement in the right direction in the drawing, so the amount of movement is small but the driving force is large.

【0028】また、図6の(b)に示す圧電アクチュエ
ータ65は、圧電素子66と板バネ63とからなる。板
バネ63は、圧電素子66の非電極面67に固定される
とともに外筒管25に摺動自在に接触している。したが
って、本構成の圧電アクチュエータ65も図6の(a)
の構成と同様な動作を行なうことができる。
The piezoelectric actuator 65 shown in FIG. 6B is composed of a piezoelectric element 66 and a leaf spring 63. The leaf spring 63 is fixed to the non-electrode surface 67 of the piezoelectric element 66 and slidably contacts the outer tube 25. Therefore, the piezoelectric actuator 65 of this configuration is also shown in FIG.
An operation similar to that of the above can be performed.

【0029】また、図6の(c)に示す圧電アクチュエ
ータ70は、圧電素子71の一端に移動体72が固定さ
れてなる。移動体72は外筒管25に摺動自在に接触し
ている。この構成では、前述した2つの圧電アクチュエ
ータ60,65の場合と異なり移動方向による移動量の
違いはない。しかし、急激な立ち上がりと立ち下がりを
持つ電圧波形の印加によって圧電素子71の自重による
慣性力が生じ、移動体72を外筒管25に対して滑らす
ことができる。
Further, the piezoelectric actuator 70 shown in FIG. 6 (c) has a movable body 72 fixed to one end of a piezoelectric element 71. The moving body 72 slidably contacts the outer tube 25. In this configuration, there is no difference in the movement amount depending on the movement direction, unlike the case of the two piezoelectric actuators 60 and 65 described above. However, the application of the voltage waveform having the abrupt rising and falling causes an inertial force due to the weight of the piezoelectric element 71, and the moving body 72 can be slid with respect to the outer tube 25.

【0030】図7は本発明の第3の実施例を示すもので
ある。本実施例の圧電アクチュエータ79のアクチュエ
ータ本体75は、圧電素子23の一端に固定された慣性
体77がレンズ枠22の突起部78に穿設された横穴7
3に貫通されてネジ76により適度な摩擦力で摺動可能
に保持されているだけであり、それ以外の構成は第1の
実施例と同一である。
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. In the actuator body 75 of the piezoelectric actuator 79 of the present embodiment, the inertial body 77 fixed to one end of the piezoelectric element 23 is formed in the projection 78 of the lens frame 22 to form the lateral hole 7.
3 and is held slidably by a screw 76 with an appropriate frictional force, and the other structure is the same as that of the first embodiment.

【0031】この構成では、圧電素子に立ち上がりが急
で立ち下がりが緩い三角波を印加すると、立ち上がり時
に、移動体26は外筒管25に対して図面右方向にΔX
1 移動し、慣性体77はレンズ枠22に対して図面左方
周にΔX2 移動する。
In this structure, when a triangular wave having a steep rise and a gentle fall is applied to the piezoelectric element, the moving body 26 moves ΔX to the right in the drawing with respect to the outer tube 25 at the rise.
The inertial member 77 moves by .DELTA.X2 with respect to the lens frame 22 to the left in the drawing.

【0032】また、立ち下がり時、レンズ枠22は慣性
体77とともに圧電素子23の収縮に合わせて図面右方
向へΔX1 +ΔX2 移動する。立ち上がりが緩く立ち下
がりが急な三角波を印加すると、レンズ枠は図面左方向
へΔX1 +ΔX2 移動する。なお、第1の実施例の場合
には慣性体とレンズ枠とが固定されていたのでレンズ枠
はΔX1 しか移動しない。この構成では移動速度が第1
実施例のものよりも速くなる。
When the lens frame 22 falls, the lens frame 22 moves ΔX1 + ΔX2 rightward in the drawing in accordance with the contraction of the piezoelectric element 23 together with the inertial body 77. When a triangular wave with a slow rise and a sharp fall is applied, the lens frame moves ΔX1 + ΔX2 to the left in the drawing. In the case of the first embodiment, since the inertial body and the lens frame are fixed, the lens frame moves only .DELTA.X1. With this configuration, the moving speed is the first
It is faster than that of the embodiment.

【0033】図8ないし図10には圧電素子を用いたリ
ニアなアクチュエータが示されている。これらのアクチ
ュエータは特に急激な電圧の変化を必要としないアクチ
ュエータである。
8 to 10 show a linear actuator using a piezoelectric element. These actuators are actuators that do not require abrupt voltage changes.

【0034】図8の圧電アクチュエータ80は圧電素子
82の外面に斜毛81,84が接着されて外筒管25内
に配置されている。図8の(a)は外筒管25内の圧電
アクチュエータ80を上方から見た平図であり、図8の
(b)は外筒管25内の圧電アクチュエータ80を側方
から見た図である。つまり、圧電素子34の上面と下面
である非電極面86には図面左方向に傾いた斜毛86が
接着され、圧電素子34の両側面である電極面83には
図面右方向に傾いた斜毛81が接着されている。
The piezoelectric actuator 80 shown in FIG. 8 is arranged in the outer tubular tube 25 with the oblique hairs 81 and 84 bonded to the outer surface of the piezoelectric element 82. 8A is a plan view of the piezoelectric actuator 80 inside the outer tube 25 as seen from above, and FIG. 8B is a view of the piezoelectric actuator 80 inside the outer tube 25 as seen from the side. is there. That is, the slant bristles 86 inclined to the left in the drawing are adhered to the non-electrode surfaces 86 that are the upper surface and the lower surface of the piezoelectric element 34, and the slanted hairs 86 that are inclined to the right in the drawing are attached to the electrode surfaces 83 that are both side surfaces of the piezoelectric element 34. The hair 81 is adhered.

【0035】この構成では、図8の(c)のAに示す電
圧波形を印加すると、圧電素子82がまずバイアス部分
で電極面83方向に伸びて非電極面86方向に縮む。し
たがって、斜毛31が外筒管25に内接するとともに斜
毛84が外筒管25から離れる。次に、バイアスをかけ
たまま加えられるパルス電圧によって、斜毛81は外筒
管25に押し付けられて戻るという動作を繰り返す。そ
して、この動作を繰り返しながら外筒管25と斜毛81
との間で生じる左方向の力積によってアクチュエータ8
0は図中左方向に移動する。また、図8の(c)のBに
示す電圧波形を印加すると、今度は、斜毛84と外筒管
25との間に右方向の力積が生じてアクチュエータ80
は図中右方向に移動する。
In this configuration, when the voltage waveform shown in A of FIG. 8C is applied, the piezoelectric element 82 first expands in the bias portion toward the electrode surface 83 and contracts toward the non-electrode surface 86. Therefore, the bristles 31 are inscribed in the outer tube 25, and the bristles 84 separate from the outer tube 25. Next, the oblique voltage 81 is pressed against the outer tube 25 by the pulse voltage applied with the bias applied, and the operation of returning is repeated. Then, while repeating this operation, the outer tube 25 and the slant 81
The leftward impulse generated between the actuator 8 and
0 moves leftward in the figure. When the voltage waveform shown in B of FIG. 8C is applied, a rightward impulse is generated between the slanted hair 84 and the outer tube 25, and the actuator 80 is moved.
Moves to the right in the figure.

【0036】このように、アクチュエータ80は、上記
各実施例と同様、運動中の駆動波形の高周波成分スペク
トルを落とすことにより圧電素子の耐久性を向上させる
ことができる。
As described above, the actuator 80 can improve the durability of the piezoelectric element by dropping the high frequency component spectrum of the driving waveform during movement, as in the above-described embodiments.

【0037】図9の圧電アクチュエータ90は円筒状の
圧電素子94の内面に図面右方向に傾く斜毛95が接着
されている。また、圧電素子94の外周には図面左方向
に傾く斜毛92が接着されている。また、圧電アクチュ
エータ90が配置される外筒管25は中心バー91を有
しており、この中心バー91は円筒素子94の内孔に挿
通されている。
In the piezoelectric actuator 90 shown in FIG. 9, a slanted hair 95 inclined to the right in the drawing is bonded to the inner surface of a cylindrical piezoelectric element 94. Further, a slanted hair 92 that is inclined to the left in the drawing is attached to the outer periphery of the piezoelectric element 94. Further, the outer cylinder tube 25 in which the piezoelectric actuator 90 is arranged has a center bar 91, and this center bar 91 is inserted into the inner hole of the cylindrical element 94.

【0038】この構成では、図8の(c)のAに示す電
圧波形を印加すると、圧電素子94はまずバイアス電圧
部分で外筒管25の径方向に膨らみ、斜毛92が外筒管
25の内周面に接する。一方、斜毛95は中心バー91
から離れる。次に、バイアスをかけたまま加えられるパ
ルス電圧によって、斜毛92は外筒管25の内面に押し
付けられて戻るという動作を繰り返す。そして、この動
作を繰り返しながら外筒管25と斜毛92との間で生じ
る力積によってアクチュエータ90は図中右方向に移動
する。また、図8の(c)のBに示す電圧波形を印加す
ると、圧電素子94はまずバイアス電圧部分で外筒管2
5の径方向に縮み、斜毛95が中心カバー43に接す
る。一方、斜毛92は外筒管25の内周面から離れる。
次に、バイアスをかけたまま加えられるパルス電圧によ
って、斜毛95は中心バー91に押し付けられて戻ると
いう動作を繰り返す。そして、この動作を繰り返しなが
ら中心バー91と斜毛95との間で生じる力積によって
アクチュエータ90は図中左に移動する。
In this structure, when the voltage waveform shown in A of FIG. 8C is applied, the piezoelectric element 94 first swells in the radial direction of the outer cylinder tube 25 at the bias voltage portion, and the oblique hairs 92 are formed. Touch the inner surface of. On the other hand, the slanted hair 95 is the center bar 91.
Get away from. Next, the oblique voltage 92 is pressed against the inner surface of the outer tube 25 by the pulse voltage applied with the bias applied, and the operation of returning is repeated. While repeating this operation, the actuator 90 moves to the right in the drawing due to the impulse generated between the outer tube 25 and the slanted hair 92. When the voltage waveform shown in B of FIG. 8C is applied, the piezoelectric element 94 first causes the outer cylinder tube 2 at the bias voltage portion.
5, the bristles 95 contact the center cover 43. On the other hand, the slanted hair 92 separates from the inner peripheral surface of the outer tube 25.
Then, the oblique voltage 95 is pressed against the central bar 91 and returned by the pulse voltage applied while biasing is repeated. Then, by repeating this operation, the actuator 90 moves to the left in the drawing due to the impulse generated between the center bar 91 and the oblique hair 95.

【0039】次に、図10の圧電アクチュエータ100
について説明する。図10の(a)に示すように、バイ
モルフ素子103の一方の表面電極面101には、その
中心付近に図面右方向に傾く斜毛102が接着され、そ
の両端部に図面左方向に傾く斜毛105が取り付けられ
ている。バイモルフ素子103の他方の表面電極面10
1には、その中心付近に図面左方向に傾く斜毛106が
接着され、その両端部に図面右方向に傾く斜毛107が
取り付けられている。
Next, the piezoelectric actuator 100 shown in FIG.
Will be described. As shown in (a) of FIG. 10, a bristles 102 tilted to the right in the drawing are adhered to the one surface electrode surface 101 of the bimorph element 103 near the center thereof, and diagonally tilted to the left in the drawing at both ends thereof. Hair 105 is attached. The other surface electrode surface 10 of the bimorph element 103
In FIG. 1, a slanted bristles 106 inclined to the left in the drawing are adhered near the center thereof, and slanted bristles 107 inclined to the right in the drawing are attached to both ends thereof.

【0040】この構成では、図8の(c)のAに示す電
圧波形を印加すると、圧電素子103はまずバイアス部
分の電圧で圧電素子103の中心部分が図面下方に曲が
り、斜毛105,106が外筒管25に内接し、斜毛1
02,107が外筒管25の内面から離れる。次に、バ
イアス電圧をかけたまま加えられるパルス電圧によっ
て、斜毛105,106は外筒管25の内面に押し付け
られて戻るという動作を繰り返す。そして、この動作を
繰り返しながら外筒管25と斜毛105,106との間
で生じる力積によってアクチュエータ100は図中右方
向に移動する。また、図8の(c)のBに示す電圧波形
を印加すると、圧電素子103の中心部分が図面上方に
曲がって振動するため、斜毛102,107と外筒管2
5との間に左方向の力積が生じてアクチュエータ100
は左方向に移動する。
In this configuration, when the voltage waveform shown in A of FIG. 8C is applied, the central portion of the piezoelectric element 103 is bent downward by the voltage of the bias portion of the piezoelectric element 103, and the oblique fibers 105, 106. Is inscribed in the outer tube 25, and the oblique hair 1
02 and 107 are separated from the inner surface of the outer tube 25. Next, with the pulse voltage applied with the bias voltage applied, the slants 105, 106 are repeatedly pressed against the inner surface of the outer tube 25 and returned. Then, while repeating this operation, the actuator 100 moves to the right in the drawing due to the impulse generated between the outer tube 25 and the oblique fibers 105, 106. Further, when the voltage waveform shown in B of FIG. 8C is applied, the central portion of the piezoelectric element 103 bends and vibrates upward in the drawing, so that the oblique fibers 102, 107 and the outer tube 2
5, an impulse is generated in the left direction between the actuator 100 and the actuator 100.
Moves to the left.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電アク
チュエータは、駆動開始から所定時間後に圧電素子の駆
動発生力を小さくし、駆動開始から終了まで一貫して高
周波成分のスペクトルが大きい初期の波形で駆動しない
ため、圧電素子にかける負担を軽減し、圧電素子の耐久
性を向上させることができる。
As described above, in the piezoelectric actuator of the present invention, the driving force of the piezoelectric element is reduced after a predetermined time from the start of driving, and the spectrum of the high frequency component is consistently large from the start to the end of driving. Since it is not driven in a waveform, the load applied to the piezoelectric element can be reduced and the durability of the piezoelectric element can be improved.

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

【図1】(a)は本発明の第1の実施例を示す圧電アク
チュエータの構成図、(b)は(a)の圧電アクチュエ
ータが内蔵された内視鏡先端部の断面図である。
FIG. 1A is a configuration diagram of a piezoelectric actuator showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view of a distal end portion of an endoscope in which the piezoelectric actuator of FIG.

【図2】図1の圧電アクチュエータの駆動装置によって
形成される高周波パルス電圧の波形を示す波形図であ
る。
FIG. 2 is a waveform diagram showing a waveform of a high frequency pulse voltage formed by the driving device of the piezoelectric actuator of FIG.

【図3】本発明の第2の実施例を示す圧電アクチュエー
タの構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator showing a second embodiment of the present invention.

【図4】(a)は図3の圧電アクチュエータが内蔵され
た内視鏡先端部の断面図、(b)は図3の圧電アクチュ
エータの駆動装置によって形成される高周波パルス電圧
の波形を示す波形図である。
4A is a cross-sectional view of a distal end portion of an endoscope in which the piezoelectric actuator of FIG. 3 is incorporated, and FIG. 4B is a waveform showing a waveform of a high frequency pulse voltage formed by the driving device of the piezoelectric actuator of FIG. It is a figure.

【図5】第2の実施例の変形例を示す圧電アクチュエー
タの構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator showing a modification of the second embodiment.

【図6】電気的な手段を用いることなくアクチュエータ
本体の移動方向によって移動速度や駆動発生力を変化さ
せることができる圧電アクチュエータの構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a piezoelectric actuator capable of changing a moving speed and a driving force according to a moving direction of an actuator body without using an electric means.

【図7】本発明の第3の実施例を示す圧電アクチュエー
タと、電アクチュエータが内蔵された内視鏡先端部の断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention and a distal end portion of an endoscope having a built-in electric actuator.

【図8】特に急激な電圧の変化を必要としない圧電アク
チュエータの第1の例を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a first example of a piezoelectric actuator that does not require a particularly rapid voltage change.

【図9】特に急激な電圧の変化を必要としない圧電アク
チュエータの第2の例を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a second example of a piezoelectric actuator that does not require a particularly rapid voltage change.

【図10】特に急激な電圧の変化を必要としない圧電ア
クチュエータの第3の例を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a third example of a piezoelectric actuator that does not require a particularly rapid voltage change.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,40,50,79…圧電アクチュエータ、23…圧
電素子、5,51,52…切換えスイッチ。
1, 40, 50, 79 ... Piezoelectric actuator, 23 ... Piezoelectric element, 5, 51, 52 ... Changeover switch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高周波パルス電圧が印加される圧電素子
の急速変形に伴う慣性力を利用して移動を行なうことに
より駆動力を得る圧電アクチュエータにおいて、移動開
始から所定時間後に前記圧電素子に印加する高周波パル
ス電圧を高周波成分のスペクトルが小さい駆動波形のも
のに切り換える手段を具備することを特徴とする圧電ア
クチュエータ。
1. A piezoelectric actuator that obtains a driving force by moving by utilizing inertial force associated with rapid deformation of a piezoelectric element to which a high-frequency pulse voltage is applied, and applies the piezoelectric force to the piezoelectric element after a predetermined time from the start of movement. A piezoelectric actuator comprising means for switching a high frequency pulse voltage to a drive waveform having a high frequency component having a small spectrum.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003055053A1 (en) * 2001-12-21 2003-07-03 Sony Corporation Drive device and recording and/or reproducing device

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