JP2615143B2 - 紙送り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等で用い
て好適な紙送り装置に関する。

（従来の技術とその課題） 複写機、ファクシミリ、プリンタ等で紙を所定の位置
に円滑に送る紙送り装置が広く用いられている。従来の
この種の紙送り装置は、２つのローラーと、電磁力で回
転し、これらローラーのうちの少なくとも一方にトルク
を与えるモータとを備えてなり、２つのローラーで紙を
挟持して、該ローラーを回転させることにより紙を送る
方式であった。

このように、従来の紙送り装置は電磁モータを有して
いる。ところが、電磁モータはそれ自体構造が複雑であ
り、また低速回転ではトルクが極めて小さいことから減
速機構を必要とする。そこで、従来の紙送り装置は複雑
で、大形で、高価であった。従来の紙送り装置にはこの
ような解決すべき課題があった。本発明の目的は、その
従来技術の課題を解決し、構造が簡単で、小形化および
低価格化が容易な紙送り装置の提供にある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために本発明が提供する手段
は、セラミック圧電体に一対の電極を固着してなる圧電
振動子と、該圧電振動子から円周方向に力を受けて回転
する第１のローラーと、該第１のローラーの回転軸と前
記圧電振動子との距離を所定範囲に保持して前記第１の
ローラーを前記圧電振動子に安定に接触させる保持機構
と、前記第１のローラーに紙を押し付ける手段とからな
らことを特徴とする紙送り装置である。

（作用） 本発明の紙送り装置の特徴は、紙を送る駆動力を圧電
振動子の表面の振動変位から得るところにある。本発明
では、セラミック圧電体に一対の電極を固着してなる圧
電振動子を電気機械変換素子として用い、該電極に交流
電圧を印加したときに、該圧電体の表面に生じる振動変
位を第１のローラーに伝達し、押付け手段で第１のロー
ラーに紙を押し付けることにより紙を送る。

次に、本発明で用いる圧電振動子の作用について、円
柱型圧電振動子を例に挙げて述べる。

円柱型振動子の振動は、長さ方向の振動と断面の拡が
り振動の二次元結合と考えてよいことが既に報告されて
いる。円柱型振動子の長さをｌ、密度をρ、ヤング率を
Ｅとすると、その方向の縦振動の共振角周波数ω_ｌは 円柱型振動子の半径をｒ、ポアソン比をσとすると、径
方向の共振角周波数ω_ｒは、 で与えられる。ただしζは次のベッセル関数Ｊの根であ
る。

ζJ₀（ζ）−（１−σ）J₁（ζ）＝０ （３） 一般に等方性の振動体の場合における共振角周波数を
与える式は次式で与えられる。

ω^６（１−３μ^２−２μ^３） −ω^４（１−μ^２）（ω_a ²＋ω_b ²＋ω_c ²） ＋ω^２（ω_a ²ω_b ²＋ω_b ²ω_c ² ＋ω_c ²ω_a ²）−ω_a ²ω_b ²ω_c ² ＝０ （４） 円柱の３次元結合振動の基本式は（４）式において ω_ａ＝ω_l,ω_ｂ＝ω_r, ω_ｃ＝ω_ｒ （５） とおいて得られる。

（６）式において第二項は、 なる関係式を用いると、 ω^４（１−η^２）−ω^２（ω_l ²＋ω_r ²） ＋ω_l ²ω_r ²＝０ （７） となり、見かけ上結合係数がηであるようなω_ｌとω_ｒ
の２次元結合の式と一致する。長さ方向に分極した圧電
磁器を駆動する時には第一項から得られる なる振動は観測されない。

（７）式を用いて、同一材料でｌを変えた場合、およ
び定数の違う材料を用いて第一共振角周波数f₁、第二共
振角周波数f₂を算出した結果が第２図である。本図から
わかるように、円柱型振動子の結合共振角周波数につい
ては実験値と理論値が、多少の誤差を含むものの比較的
よく一致する。

長さ方向に分極された円柱型振動子に上述の結合共振
角周波数の交流電圧を印加すると、その振動子に振動変
位が生ずる。第３図は、直径Ｄ（Ｄ＝2r）が10mmで、長
さｌが10mの円柱型セラミック圧電体（TDK製91C材）1a
に電極1b、1cを取り付けてなる円柱型圧電振動子１と、
この振動子に第一共振角周波数f₁の交流電圧を印加した
ときに該振動子１の円柱状側面で観測される振動変位の
状況を示す図である。（但し、図では電極1b、1cはある
程度の厚みに描いてあるが、実際には電極は圧電体の長
さに比べて無視し得る程に薄い。他の図においても同様
である。）第３図（ａ）は円柱型振動子１の側面図、第
３図（ｂ）はその振動子１の斜視図、第３図（ｃ）は同
図（ａ）の矢印Ａの方向から振動子１を見たときにおけ
る振動変位を示す図、第３図（ｄ）は同図（ａ）の矢印
Ｂの方向から振動子１を見たときにおける振動変位を示
す図である。

これら図において圧電体1aの表面またはその近傍に記
された矢印の方向は第２図の周波数f₁で励振されたとき
の振動変位の方向を示し、矢印の長さはそのときの振動
変位の大きさを示す（第４図、第５図、第６図において
も同様である。） 第４図（ａ）はＤ＝10mm、ｌ＝7.31mmの円柱型圧電体
21aに電極21b,21cを付けた円柱型圧電振動子21の側面
図、同図（ｂ）はその振動子21の斜視図、同図（ｃ）は
その振動子21の円柱状側面における振動変位を示す図で
ある。また、第５図（ａ）はＤ＝10mm、ｌ＝5mmの円柱
型圧電体22aに電極22b,22cを付けてなる円柱型振動子22
の側面図、同図（ｂ）はその振動子22の斜視図、同図
（ｃ）はその振動子22の円柱状側面における振動変位を
示す図である。第４図、第５図の圧電体21a、22aの材料
は第３図の1aと同じである。

第３図から分かるように、直径Ｄと長さｌが等しい振
動子では強い一方向変位が生じている。また、長さ方向
の変位が大きい部分では周方向の変位が小さく、逆に長
さ方向の変位が小さい部分では周方向の変位が大きい。

本発明では、圧電振動子において振動の変位が大きい
表面をローラーに接触させ、振動変位が小さい表面を固
定部で支持することにより、効率のよいローラー駆動部
を実現している。

第６図（ａ）は、円柱状側面の一部が長手軸に平行な
平面で切り取られて平担面をなしている円柱型振動子23
を示す側面図、同図（ｂ）はその振動子23の斜視図であ
る。また、第６図（ｃ），（ｄ）及び（ｅ）は同図
（ａ）における矢印A,B及びＣの方向から見た振動子23
の振動変位を示す図である。

第６図（ａ），（ｂ）から明らかなように、本図の圧
電体23aでは端面の輪郭の主要部が円弧であり、円弧が
欠けている部分の輪郭が直線でなっている。別の見方を
すれば、振動子23は、第３図の振動子１の円柱状側面の
一部を切欠いたものである。そして、振動子23におい
て、寸法および材料は第３図の振動子１と同じである。
第６図（ｅ）から明らかなように、円柱型振動子の円柱
状側面の一部を平担面にすると、その平坦面では長手方
向の変位は小さい。そこで、振動子を筺体に保持するに
は、振動子の円柱状側面に平担面を形成し、その平担面
を筺体に接触させればよい。

第６図には平担面が１箇所に形成された振動子を示し
たが長手軸に対称に２箇所に平担面が形成された振動子
でも同様な変位が観測される。

なお、第３図から第６図に示した振動子の分極方向は
各振動子の長さ方向（円柱型圧電体の母線方向）に一致
している。

本発明では、以上に例示した如き圧電振動子の表面の
うちで変位が大きい部分にローラーを接触させることに
より、ローラーを駆動する。そのローラーの回転速度は
振動子に印加する電圧により広範囲に制御できる。ま
た、ローラーの回転方向は、振動子の一対の電極のうち
の片方を２つに分割しておいて、電圧を印加する電極を
切り替えることにより制御できる。

（実施例） 次に実施例を挙げ本発明を一層詳しく説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。図に
おいて、11,12は円柱型圧電振動子、30はアルミ製の
台、31,32,33,34は金属製のローラー、35,36,37,38はロ
ーラーの軸、41,42は支柱、43,44は振動子保持枠であ
り、本実施例はこれらの部材から構成されている。そし
て、円柱型圧電振動子11,12の径は10mm、ローラー31,32
の径は19mm、ローラー33,34の径は23mmである。

第７図は第１図の振動子11及びこの振動子11の電圧供
給系を示す概念図である。この振動子11は、第３図の振
動子１と同じ寸法および材料の圧電体に一対の電極を設
けてなる。ただし、第７図の振動子11では、一対の電極
のうちの片方の電極が電極11b_A及び11b_Bの２つに分割さ
れている。そして、交流電源19の一方の端子は電極11c
に接続され、その交流電極19の他方の端子はスイッチ18
を介して電極11b_A又は11b_Bに切替えて接続される。スイ
ッチ18を端子ＰからＱへ又はＱからＰへ切替えることに
より、振動子11における振動変位の向きが反転する。振
動子12も振動子11と全く同じ構成であり、これら両振動
子11,12におけるスイッチ18は互いに同期して制御され
る。

台30には、支柱41、42及び振動子枠43,44が固定され
ている。振動子保枠材43,44は、振動子11,12における変
位が最も小さい面を挟んで、振動子11,12を保持してい
る。支柱41には軸35,37が固定され、支柱42には軸36,38
が固定されている。軸35及び37にはローラー31及び33
が、ベアリング軸受けを介して、回転自在にそれぞれ取
付てある。また、軸36及び38にはローラー32及び34が、
ベアリング軸受けを介して、回転自在にそれぞれ取付け
てある。

ローラー31及び32は、振動子11及び12の表面の最も変
位の大きい部分に所定の静圧でそれぞれ接触させてあ
る。そこで、ローラー31及び32は、振動子11及び12に交
流電圧が印加されると、振動子11及び12から円周方向の
力すなわち回転力を受けて回転する。

ローラー31と33の間隙およびローラー32と34との間隙
は紙45の厚さよりやや小さく両ローラーがほとんど接触
する程度に保持されていて、ローラー31及び32が矢印方
向に回転しているときに紙45の前縁45aがその間隙部分
に押し当てられると、紙45はローラー31及び33並びにロ
ーラー32及び34に挟まれて方向に送り出される。

いまスイッチ18において、接片を端子Ｐに接触させて
交流電圧を電極11b_Aに供給して紙45を送っている途中に
接片を中立端子Ｎに位置させると紙45は急停止し、また
接片を端子Ｑに接触させて電極11b_Bに交流電圧を供給す
ると紙45はとは逆の方向に送られる。

第８図は第１図実施例における紙送り特性を示す図で
ある。本図から明らかなように本実施例では振動子に加
える電圧を変えるだけで紙送り速度を広範囲に制御でき
る。

以上に構成および作用を説明したように、第１図の実
施例によれば、電磁モーターを用いることなく、圧電振
動子11及び12を駆動手段として、紙を前後自在に送るこ
とができる。この実施例は、圧電振動子を駆動手段とす
るから、電磁モーターを用いる従来の紙送り装置に比べ
て、構造が簡単であり、ひいては小形化および低価格化
の容易性に優れている。

第１図実施例ではローラー31及び32で振動子の変位に
よる回転力を受けているが、両ローラーは同軸であるか
ら１本の長い円柱形にまとめても差し支えない。すなわ
ち、紙45を挟持して紙を移動させる２つのローラーの組
（実施例では31,33の組と32,34の組）は、実施例では２
組であったが、上述のようにローラーが長ければ１組で
もよいし、３組又はそれ以上であってもよい。それらの
各ローラーの組には個別の圧電振動子によりそれぞれ回
転力を与えればよい。

なお、実施例では第３図の振動子（但し、片方の電極
が２分割されたもの）を用いた。しかし、本発明では圧
電振動子を第１のローラー（実施例の31,32に相当）に
ほぼ点または線に近い狭い面で接触させ、その第１のロ
ーラーを介して紙に変位を伝達するから、第４図や第５
図の振動子の如くに振動変位の方向が部分によって逆に
なっている振動子でも、所要の方向の変位を取り出せ
る。従って、本発明では、寸法の小さい振動子を用いる
ことができる。

また、実施例では円柱型圧電振動子を用いたが、振動
子は必ずしも円柱型でなくても、例えば四角柱型でもよ
い。

さらに、実施例では第１のローラー（31,32）は振動
子（11,12）の圧電体に直接に接触させたが、圧電体の
表面のうちで第１のローラーに接触する部分に金属の薄
板を固着しておいて、その薄板を介して第１のローラー
に変位を伝達することにより、圧電体の摩耗を避ける構
造を採用してもよい。

なお、振動子に供給する交流電圧は、連続したもので
もよいし、第９図に波形図で示すようなバースト的なも
のでもよい。バースト交流電圧を用いれば第９図のT₁を
調整することにより、１回のバーストで送る紙の移動距
離を任意に制御できる。

（発明の効果） 以上に詳しく説明したように、本発明によれば構造が
簡単で、小形で安価な紙送り装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は円柱
型振動子における結合共振角周波数の理論値及び実験値
を示す図、第３図〜第６図は円柱型圧電振動子の例とこ
れら円柱型圧電振動子の円柱状側面における振動変位の
状況を示す図、第７図は第１図実施例における円柱型振
動子と交流電圧供給系を示す模式図、第８図は第１図実
施例における紙送り速度特性を示す図、第９図はバース
ト交流電圧の例を示す波形図である。 1,11,12,21,22,23……円柱型圧電振動子、1a,11a,21a,2
2a,23a……円柱形圧電体、1b,1c,11b_A,11b_B,11c,21b,21
c,22b,22c,23b,23c……電極、18……スイッチ、19……
交流電源、30……アルミ製台、31〜34……ローラー、35
〜38……ローラーの軸、41,42……支柱、43,44……振動
子保子枠、45……紙。

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック圧電体に一対の電極を固着して
   なる圧電振動子と、該圧電振動子から円周方向に力を受
   けて回転する第１のローラーと、該第１のローラーの回
   転軸と前記圧電振動子との距離を所定範囲に保持して前
   記第１のローラーを前記圧電振動子に安定に接触させる
   保持機構と、前記第１のローラーに紙を押し付ける手段
   とからなることを特徴とする紙送り装置。
2. 【請求項２】前記一対の電極は前記圧電体の分極方向に
   直交する該圧電体表面に固着してあり、前記ローラーの
   回転軸に直交する平面は前記分極方向に平行であること
   を特徴とする請求項１記載の紙送り装置。
3. 【請求項３】前記押付け手段が、前記第１のローラーの
   回転軸に平行な軸の回りに回転する第２のローラーと、
   前記第１及び第２のローラーの回転軸相互の間隔を所定
   範囲に保持して該第１及び第２のローラーで前記紙を所
   定範囲の圧力で挟む挟圧手段とからなることを特徴とす
   る請求項１又は２記載の紙送り装置。
4. 【請求項４】前記一対の電極のうちの一方の電極が電気
   的に互いに分離された電極Ａ及び電極Ｂからなり、前記
   一対の電極に加えられる電圧源の一方の端子を前記電極
   Ａ又は電極Ｂのうちのいずれか一方に切替えて接続する
   スイッチが備えてあることを特徴とする請求項1,2又は
   ３記載の紙送り装置。
5. 【請求項５】前記圧電体が柱状の形をなし、該柱状形の
   圧電体が該柱状形の母線に垂直な２つの端面を有し、前
   記一対の電極は前記端面にそれぞれ設けてあることを特
   徴とする請求項1,2,3又は４記載の紙送り装置。
6. 【請求項６】前記柱状形が円柱形または角柱形であるこ
   とを特徴とする請求項５記載の紙送り装置。
7. 【請求項７】前記端面の輪郭のうちの主要部が円弧でな
   り、前記円弧が欠けている部分の前記輪郭が直線でなる
   ことを特徴とする請求項５記載の紙送り装置。
8. 【請求項８】前記輪郭のうち直線でなる部分が２箇所以
   上にあることを特徴とする請求項７記載の紙送り装置。
9. 【請求項９】前記直線部分のうちの２つの部分が前記円
   弧の中心から見て互いに約90度の位置にあり、一方の該
   直線部分に対応する平面の前記圧電振動子表面に前記保
   持機構が接触しており、他方の該直線部分に対応する平
   面の前記圧電振動子表面に前記第１のローラーが接触し
   ていることを特徴とする請求項８記載の紙送り装置。
10. 【請求項１０】前記圧電体の表面の一部に金属薄板が固
    着してあり、前記圧電振動子は前記金属薄板の部分で前
    記第１のローラーに接触することを特徴とする請求項1,
    2,3,4,5,6,7,8又は９記載の紙送り装置。