JP2624392B2 - 移送方法及び移送用超音波アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタ、複写機、印
刷機、ファクシミリ、自動現金取扱機等の収納部に多層
に積層された枚葉紙やカードリーダに使用されるカード
などの被移送物を移送するための移送用超音波アクチュ
エータ及び移送装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波によって発生させた振動を
利用して枚葉紙、カード等の被移送物を搬送する場合、
棒状体を所定の形態で回転させ、該棒状体に接触する被
移送物を移送するようにしている（特開昭６３−１８９
３４２号公報参照）。図２は従来の移送用超音波アクチ
ュエータの原理図である。図の（ａ）は棒状体の正面
を、（ｂ）は棒状体の側面を、（ｃ）は棒状体の作動状
態を示している。

【０００３】図において、３１は移送用超音波アクチュ
エータ、３２は該移送用超音波アクチュエータ３１の駆
動部を構成する棒状体である。該棒状体３２は、断面形
状が正方形である曲げ弾性を有する均質な材質から成
り、その下面とこれと直交する側面の二つの面に、例え
ば電気−機械エネルギ変換素子となる圧電セラミックス
などの電歪素子３３，３４がそれぞれ接合され、該電歪
素子３３，３４は交番電界印加電源３５，３６にそれぞ
れ接続されている。

【０００４】上記交番電界印加電源３５によって棒状体
３２の下面に取り付けられた電歪素子３３に交番電圧を
印加すると、棒状体３２は（ｃ）に示すようにＹ方向に
曲げられる。すなわち、棒状体３２の共振周波数に一致
する周波数の交番電圧が印加されると、Ｙ方向にＳ字形
の曲げ共振が発生する。同様に棒状体３２の側面に取り
付けられた電歪素子３４に交番電界印加電源３６によっ
て交番電圧を印加すると、Ｘ方向にＳ字形の曲げ共振が
発生する。したがって、時間的にπ／２の位相差を持た
せて上記二つの振動を合成すれば、棒状体３２は正逆の
方向に回転運動を起こす。

【０００５】次に、上記構成の移送用超音波アクチュエ
ータを利用したカード搬送装置について説明する。図３
は従来のカード搬送装置の搬送状態図、図４は従来のカ
ード搬送装置の斜視図である。図３において、３７は上
記棒状体３２に対向して配設されるローラである。そし
て、被移送物のカード３８を、上記棒状体３２とローラ
３７とで挟み、棒状体３２を回転させることによって搬
送するようになっている。上記ローラ３７は駆動源を備
えず、棒状体３２が回転するのに伴い回転させられる。

【０００６】また、図４において、３９はカード搬送装
置のカード搬送部である。該カード搬送部３９において
は、その両側板４０（一方のみ図示）に上記棒状体３２
が２個平行に間隔を置いてカンチレバー状に取り付けら
れる。該棒状体３２の上部には、ローラ３７がその両端
に回転軸受４１を介して両側板４０に支持されるととも
に、加圧用ばね４２によって上記棒状体３２に接触する
方向に付勢される。

【０００７】次に、上記構成の移送用超音波アクチュエ
ータを利用した他のカード搬送装置について説明する。
図５は従来の他のカード搬送装置の斜視図である。この
場合、棒状体３２の両端が、カード搬送部３９の両側板
４０に設置された支持用ピン４３で変位のみを拘束する
ように支持されており、その下面と一方の側面の互いに
直角な２面に、複数枚の電歪素子３３，３４が長さ方向
に接合されている。また、棒状体３２の振動の節となる
点は、カード搬送部３９に固定された支持部材４４によ
って両側面から支持される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の移送用超音波アクチュエータにおいては、棒状体３
２を支持する固定端に加わる固定力や先端に発生する振
動の振幅が変化してしまい、しかもエネルギ効率も悪く
なってしまう。また、カード搬送装置においては、カー
ド押付用のローラ３７は１本で構成され、両側板４０に
支持された棒状体３２に対向して配置される。そして、
その支持部に設けられた加圧用ばね４２が別々に設けら
れているため、搬送中において、カード３８への押付力
が変化してカード３８が蛇行してしまう。そして、該カ
ード３８の蛇行を補正するための技術的手段もない。

【０００９】さらに、上記カード搬送装置が搬送する対
象物は、カード、例えば銀行カード、クレジットカード
等であって、紙や再生紙の移送に応用することが困難で
ある。本発明は、上記従来の移送用超音波アクチュエー
タ及びカード搬送装置の問題点を解決して、カード以外
にも紙、再生紙等の枚葉紙を移送、分離することがで
き、かつそれら被移送物を蛇行させることなく移送する
ことができるとともに、振動の振幅が変化することがな
く、しかもエネルギ損失の少ない移送方法及び移送用超
音波アクチュエータを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の移
送用超音波アクチュエータにおいては、第１アームと第
２アームを有するＬ字型振動子を有している。上記第１
アームは、互いに直交する二つの面を有する弾性体から
成り、励振時に一つの振動の節を形成して、２次の長さ
方向撓み振動から成る面内振動及び２次の長さ方向撓み
振動から成る面垂直振動を発生する。また、第２アーム
は、上記第１アームと直交して一体的に結合される弾性
体から成り、励振時に一つの振動の節を形成して、２次
の長さ方向撓み振動から成る面内振動及び１次の長さ方
向捩じり振動を発生する。

【００１１】上記第２アームは固定され、上記第１アー
ムの二つの面及び上記第２アームの一つの面に設けられ
た圧電素子に電圧を印加することによって上記Ｌ字型振
動子を励振するようになっている。上記第２アームの先
端には、弾性体から成る副振動子が一体的に突出して成
形されるとともに、上記第２アームの振動の節は、第１
アームと第２アームの結合部に一致させられる。

【００１２】そして、第１アームの先端又は副振動子の
先端に円筒状の振動ロータが固定され、該振動ロータに
伝えられる楕円運動によって被移送物が移送される。ま
た、本発明の移送方法においては、上記第１アーム及び
第２アームを励振し、面内振動と面垂直振動で位相差を
設けることによって、第１アームの先端に楕円運動を発
生するようになっている。

【００１３】そして、上記第１アームと第２アームから
成る移送用超音波アクチュエータを上下に対で配設し、
二つの第２アーム間に被移送物を挟んで移送する。この
場合、上記第２アームに発生する２次の長さ方向撓み振
動から成る面内振動の駆動周波数を変更し、上記第２ア
ームの振動の節を第１アームと第２アームの結合部から
ずらして被移送物の蛇行を補正することができる。ま
た、上下に対で配設された移送用超音波アクチュエータ
のそれぞれの位相差を異ならせ、各移送用超音波アクチ
ュエータを互いに逆方向に回転させて被移送物を分離す
ることができる。

【００１４】また、上記面内振動と面垂直振動の振幅比
をそれぞれ変更して、被移送物との摩擦係数の変化や被
移送物の厚みの変化に対応させることができる。

【００１５】

【作用】本発明によれば、上記のように第１アームは、
励振時に一つの振動の節を形成して、２次の長さ方向撓
み振動から成る面内振動及び２次の長さ方向撓み振動か
ら成る面垂直振動を発生し、第２アームは、励振時に一
つの振動の節を形成して、２次の長さ方向撓み振動から
成る面内振動及び１次の長さ方向捩じり振動を発生す
る。

【００１６】上記第２アームは固定され、上記第１アー
ムの二つの面及び上記第２アームの一つの面に設けられ
た圧電素子に電圧を印加することによって上記第１アー
ムの先端に楕円運動を発生させることができる。上記第
２アームの先端には、弾性体から成る副振動子が一体的
に突出して成形されているため、上記楕円運動の振動変
位が拡大する。

【００１７】そして、上記第２アームの振動の節は、第
１アームと第２アームの結合部に一致させてあるため、
励振に伴って上記第１アームと第２アームの結合部は移
動しない。第１アームの先端又は副振動子の先端に円筒
状の振動ロータが固定され、上記第１アームの先端又は
副振動子の先端に発生した楕円運動は振動ロータに伝え
られ、その楕円運動によって被移送物が移送される。

【００１８】また、本発明の移送方法においては、上記
第１アーム及び第２アームを励振し、面内振動と面垂直
振動で位相差を設けることによって、第１アームの先端
に楕円運動を発生するようになっている。そして、上記
第１アームと第２アームから成る移送用超音波アクチュ
エータを上下に対で配設し、二つの第２アーム間に被移
送物を挟んで移送する。この場合、上記第２アームに発
生する２次の長さ方向撓み振動から成る面内振動の駆動
周波数を変更し、上記第２アームの振動の節を第１アー
ムと第２アームの結合部からずらすと、結合部の位置が
移送方向に垂直の方向に移動し、被移送物の蛇行を補正
することができる。また、上下に対で配設された移送用
超音波アクチュエータのそれぞれの位相差を異ならせ、
一方の移送用超音波アクチュエータを正回転させ、他方
の移送用超音波アクチュエータを逆回転させることによ
って被移送物を分離することができる。

【００１９】また、上記面内振動と面垂直振動の振幅比
をそれぞれ変更すると、上記第１アームの先端又は副振
動子の先端の軌跡が変わる。したがって、移送用超音波
アクチュエータと被移送物との摩擦係数の変化又は被移
送物の厚みの変化に対応して押付力を変えることができ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。本発明の移送方法及び移送用ア
クチュエータは、再生紙をも含む枚葉紙、カード等の被
移送物を搬送するだけでなく、それらを積層状態から分
離する場合も含んでいる。

【００２１】図１は本発明の移送用超音波アクチュエー
タの駆動部を構成する基本型Ｌ型振動子を示す図、図６
は基本型Ｌ型振動子の面内振動モード形態図、図７は基
本型Ｌ型振動子の面垂直振動モード形態図である。図１
の（ａ）は基本型Ｌ型振動子の斜視図、（ｂ）は基本型
Ｌ型振動子のＸ−Ｚ平面上の寸法を、（ｃ）は基本型Ｌ
型振動子のＹ−Ｚ平面上の寸法を示している。

【００２２】図１において、２５は基本型Ｌ型振動子、
１は第１アーム、２は第１アーム１と垂直方向に形成さ
れる第２アーム、３は第２アーム２に接続される固定用
フランジ、４は固定用穴である。上記第１アーム１、第
２アーム２及び固定用フランジ３は弾性体によって一体
的に成形されている。また、ａ₁ は第１アーム１の幅、
ａ₂ は第２アーム２の幅、ｂ₁ は第１アーム１の高さ、
ｂ₂ は第２アーム２の高さ、Ｌ₁ は第１アーム１の長
さ、Ｌ₂ は第２アーム２の長さである。

【００２３】上記基本型Ｌ型振動子２５の各寸法ａ₁ ，
ａ₂ ，ｂ₁ ，ｂ₂ ，Ｌ₁ ，Ｌ₂ は、図６の面内振動モー
ドの共振周波数ｆ_M と図７の面垂直振動モードの共振周
波数ｆ_T とが一致又は十分近接するように設定する。そ
して、第１アーム１の長さＬ ₁ と第２アーム２の長さＬ
₂ は、Ｌ₁ ≧Ｌ₂ とする。これは、基本型Ｌ型振動子２
５において、圧電素子は第１アーム１に接着させられ、
接着させるための面積が圧電素子の出力と関係すること
から設定される条件である。なお、第１アーム１の長さ
Ｌ₁ と第２アーム２の長さＬ₂ の寸法比を１：２とし、
Ｘ−Ｚ平面内の第１アーム１の幅ａ₁ と第２アーム２の
幅ａ ₂ の寸法比を１：３とし、Ｙ軸方向の第１アーム１
の高さｂ₁ と第２アーム２の高さｂ₂ の寸法比を１：１
とすると、図８及び図９に示すような振動モードを２０
〜４０ｋＨ_Z の範囲の共振周波数で励振することがで
き、駆動効率が向上する。

【００２４】図８は本発明の移送用超音波アクチュエー
タの駆動部を構成する応用型Ｌ型振動子を示す図、図９
は応用型Ｌ型振動子の副振動子の面内振動モード形態
図、図１０は応用型Ｌ型振動子の副振動子の面垂直振動
モード形態図である。図８の（ａ）は応用型Ｌ型振動子
の斜視図、（ｂ）は応用型Ｌ型振動子のＸ−Ｚ平面上の
寸法を、（ｃ）は応用型Ｌ型振動子のＹ−Ｚ平面上の寸
法を示している。

【００２５】図８において、２６は応用型Ｌ型振動子、
１は第１アーム、２は第２アーム、３は固定用フラン
ジ、４は固定用穴、５は第１アーム１から突出するよう
に弾性体によって一体的に成形される副振動子であり、
上記第１アーム１の先端における振幅を拡大するために
設けられる。上記第１アーム１及び第２アーム２は角柱
体形状を有しているのに対して、上記副振動子５は円柱
体形状を有している。

【００２６】また、ａ₁ は第１アーム１の幅、ａ₂ は第
２アーム２の幅、ｂ₁ は第１アーム１の高さ、ｂ₂ は第
２アーム２の高さ、Ｌ₁ は第１アーム１の長さ、Ｌ₂ は
第２アーム２の長さ、Ｌ₃ は副振動子５の長さ、Ｒは副
振動子５の径である。上記応用型Ｌ型振動子２６の各寸
法ａ₁ ，ａ₂ ，ｂ₁ ，ｂ₂ ，Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ ₃ ，Ｒは、
図６の面内振動モードに図９の面内振動モードを加えた
面内振動モードの共振周波数ｆ_M と、図７の面垂直振動
モードに図１０の面垂直振動モードを加えた面垂直振動
モードの共振周波数ｆ_T とが、それぞれ一致又は十分近
接するように設定する。そして、第１アーム１の長さＬ
₁ と第２アーム２の長さＬ₂ は、 Ｌ₁ ≧Ｌ₂ とし、また、第１アーム１の断面積をＳ₁ とし、副振動
子５のＹ−Ｚ平面内の断面積をＳとしたとき、 Ｓ₁ ＞Ｓ とする。これは、応用型Ｌ型振動子２６において圧電素
子は第１アーム１に接着させられ、接着させるための面
積が圧電素子の出力と関係することから設定される条件
であるとともに、第１アーム１が有する振動エネルギに
対して副振動子５が負荷にならず、しかも第１アーム１
の振動変位を拡大させるために設定される条件である。

【００２７】なお、第１アーム１の長さＬ₁ と第２アー
ム２の長さＬ₂ との寸法比を１：２とし、Ｘ−Ｚ平面内
の第１アーム１の幅ａ₁ と第２アーム２の幅ａ₂ の寸法
比を１：３とし、Ｙ軸方向の第１アーム１の高さｂ₁ と
第２アーム２の高さｂ₂ の寸法比を１：１とし、副振動
子５の径Ｒと第２アーム２の幅ａ₂ の寸法比を１：１．
５とし、副振動子５の長さＬ₃ と第２アーム２の長さＬ
₂ の寸法比を１：４とすると、図６と図９を加えた面内
振動モードと、図７と図１０を加えた面垂直振動モード
とを、２０〜４０ｋＨ_Z の範囲の共振周波数で励振する
ことができ、駆動効率が向上する。

【００２８】次に、上記基本型Ｌ型振動子２５及び応用
型Ｌ型振動子２６の振動モード形態について説明する。
図６においては、基本型Ｌ型振動子２５が発生する面内
振動つまりＸ−Ｚ平面内の撓み振動において、第１アー
ム１は２次の長さ方向撓み振動モードを、第２アーム２
は１次の長さ方向撓み振動モードを発生する。５１，５
２は第２アーム２を支持する支持板、５３はフレームで
ある。二点鎖線Ｍ_O は無振動時のモード形態を、実線Ｍ
₁ は（Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ＝１，２，…）の
モード形態を、破線Ｍ₂ は（３Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周
期、ｎ＝１，２，…）のモード形態を示す。５４は第１
アーム１と第２アーム２の接続点に形成される第１の振
動の節、５５は第１アーム１に形成される第２の振動の
節、５６は第２アーム２の固定端である。また、ａ_N は
第１アーム１の自由端に発生する振幅を示す。該振幅ａ
_N は、圧電素子への印加電圧の大きさを変えることによ
って線型的に制御することができる。

【００２９】また、図７においては、基本型Ｌ型振動子
２５が発生する面垂直振動つまりＸ−Ｙ平面内の振動に
おいて、第１アーム１は２次の長さ方向撓み振動モード
を、第２アーム２は１次の長さ方向捩じり振動モードを
発生する。図６と同様に二点鎖線Ｍ_O は無振動時のモー
ド形態を、実線Ｍ₁ は（Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ
＝１，２，…）のモード形態を、破線Ｍ₂ は（３Ｔ／
４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ＝１，２，…）のモード形態
を示す。５４は第１の振動の節、５５は第２の振動の節
である。

【００３０】この場合、上記面内振動モードの第１、第
２の振動の節５４，５５を面垂直振動のモード振動の節
と一致させてある。ａ_S は第１アーム１の自由端に発生
する振幅を示す。該振幅ａ_S は、圧電素子への印加電圧
の大きさを変えることによって線型的に制御することが
できる。これは、圧電素子の電圧−変位の関係を利用し
ている。

【００３１】このように、面内振動モードと面垂直振動
モードにおいて、第１アーム１と第２アーム２の接合部
と第１の振動の節５４とを一致させているため、基本型
Ｌ型振動子２５が有するエネルギが固定端５６で消費さ
れるのを回避することができ、しかも固定端５６の固定
力が第１アーム１の先端の変位に与える影響も回避する
ことができる。

【００３２】図９においては、応用型Ｌ型振動子２６の
副振動子５が発生する面内振動つまりＸ−Ｚ面内の振動
において、二点鎖線Ｍ_O は無振動時の副振動子５のモー
ド形態を、実線Ｍ₁ は（Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ
＝１，２…）の副振動子５のモード形態を、破線Ｍ₂ は
（３Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ＝１，２…）の副振
動子５のモード形態を示している。また、ａ_N は第１ア
ーム１側の振幅、ｘ₁ は自由端側の振幅を示している。
第１アーム１側の振幅ａ_N が振動的に同位相で拡大され
て自由端側で振幅ｘ₁ となっている。

【００３３】また、図１０においては、応用型Ｌ型振動
子２６の副振動子５が発生する面垂直振動つまりＸ−Ｙ
面内の振動において、図９と同様にＭ_O は無振動時の副
振動子５のモード形態を、Ｍ₁ は（Ｔ／４）×ｎ時
（Ｔ：周期、ｎ＝１，２，…）の副振動子５のモード形
態を、Ｍ₂ は（３Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ＝１，
２，…）の副振動子５のモード形態を示している。ま
た、ａ_S は第１アーム１側の振幅、ｘ₂ は自由端側の振
幅を示している。第１アーム１側の振幅ａ_S が、振動的
に同位相で拡大されて自由端側で振幅ｘ₂ となってい
る。

【００３４】上述したように、基本型Ｌ型振動子２５と
応用型Ｌ型振動子２６は、同じ形態の振動モードを発生
する。したがって、上記応用型Ｌ型振動子２６において
も、基本型Ｌ型振動子２５と同様にエネルギが固定端５
６（図６参照）で消費されるのを回避することができ、
しかも固定端５６の固定力が第１アーム１の先端の変位
に与える影響も回避することができる。

【００３５】次に、上記基本型Ｌ型振動子２５及び応用
型Ｌ型振動子２６の駆動源となる圧電素子の付着状態と
分極パターンについて説明する。図１１は基本型Ｌ型振
動子ユニットを示す図、図１２は応用型Ｌ型振動子ユニ
ットを示す図である。図１１及び図１２の（ａ）は振動
子ユニットの左側面を、（ｂ）は正面を、（ｃ）は右側
面を示している。

【００３６】図１１において、６１は基本型Ｌ型振動子
ユニット、２５は基本型Ｌ型振動子、６２〜６４は面内
振動発生用の圧電素子、６５，６６は面内振動検出用か
つ発生補助用の圧電素子、６７，６８は面垂直振動発生
用の圧電素子、６９，７０は面垂直振動検出用かつ発生
補助用の圧電素子である。また、図面内に示す記号
(＋) ， (−) は圧電素子６２〜７０の表面の分極極性
を示している。

【００３７】また、ｔ₁ は圧電素子６２〜６４の端子、
ｔ₂ は圧電素子６７，６８の端子、ｔ₃ は圧電素子６
５，６６の端子、ｔ₄ は圧電素子６９，７０の端子であ
る。図１２において、７１は応用型Ｌ型振動子ユニッ
ト、２６は応用型Ｌ型振動子、５は副振動子、６２〜６
４は面内振動発生用の圧電素子、６５，６６は面内振動
検出用かつ発生補助用の圧電素子、６７，６８は面垂直
振動発生用の圧電素子、６９，７０は面垂直振動検出用
かつ発生補助用の圧電素子である。また、図面内に示す
記号 (＋)， (−) は圧電素子６２〜７０の表面の分極
極性を示している。

【００３８】また、図１１と同様にｔ₁ は圧電素子６２
〜６４の端子、ｔ₂ は圧電素子６７，６８の端子、ｔ₃
は圧電素子６５，６６の端子、ｔ₄ は圧電素子６９，７
０の端子である。上記実施例においては、基本型Ｌ型振
動子２５及び応用型Ｌ型振動子２６に圧電素子６２〜７
０を接着して、基本型Ｌ型振動子ユニット６１及び応用
型Ｌ型振動子ユニット７１を形成しているが、圧電素子
単体を図１又は図８の形状となるように形成し、分割電
極を施してもよい。

【００３９】このようにすることによって、基本型Ｌ型
振動子ユニット６１及び応用型Ｌ型振動子ユニット７１
を更に小型化することができる。次に、本発明の移送用
超音波アクチュエータの出力振動について説明する。本
発明の移送用超音波アクチュエータにおいては、基本型
Ｌ型振動子２５及び応用型Ｌ型振動子２６の形状及び寸
法を、面内振動モードの共振周波数ｆ_M と、面垂直振動
モードの共振周波数ｆ_T が一致又は十分近接するように
設定する。そして、この二つの振動をある位相差で合成
すると、基本型Ｌ型振動子２５では第１アーム１の先端
に、応用型Ｌ型振動子２６では副振動子５の先端に楕円
運動が発生する。この楕円運動が移送用超音波アクチュ
エータの出力振動となる。

【００４０】図１３は本発明の移送用超音波アクチュエ
ータにおける面内振動モードと面垂直振動モードの合成
原理図、図１４は第１アームと副振動子の先端の軌跡図
である。図１４の（ａ）はＹ軸方向の振動及びＺ軸方向
の振動の振幅比が１：１の時の、（ｂ）は振幅比が１：
３の時の、（ｃ）は振幅比が３：１の時の軌跡を示して
いる。

【００４１】図１３において、二点鎖線Ｍ_O は無振動時
のモード形態を、実線Ｍ₁ は（Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周
期、ｎ＝１，２，…）のモード形態を、破線Ｍ₂ は（３
Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ＝１，２，…）のモード
形態を示している。５４は第１の振動の節、５５は第２
の振動の節、５６は第２アーム２の固定端、５１，５２
は第１、第２の支持板である。本実施例においては、二
つの振動を合成する際の位相差をπ／２としている。

【００４２】図１４は二つの振動を合成するに当たり、
面内振動モードと面垂直振動モードの振幅比を変化させ
た場合の第１アーム１又は副振動子５の先端の軌跡を示
しており、図の点Ｅ₁ 〜Ｅ₄ は図１３の点Ｅ₁〜Ｅ₄ に
対応する。矢印ａは合成位相差を＋π／２とした場合、
矢印ｂは−π／２とした場合の楕円振動の回転方向を示
す。

【００４３】上述したように、（ａ）は振幅比が１：１
の時の、（ｂ）は振幅比が１：３の時の、（ｃ）は振幅
比が３：１の時の軌跡を示しているが、上記振幅比は基
本型Ｌ型振動子２５の場合、図６の振幅ａ_N 及び図７の
振幅ａ_S からａ_S ：ａ_N で与えられ、応用型Ｌ型振動子
２６の場合、図９の振幅ｘ₁ 及び図１０の振幅ｘ₂ から
ｘ₂ ：ｘ₁ で与えられる。また、この振幅比は圧電素子
６２〜７０の電圧−変位の関係から線型的に制御するこ
とができる。

【００４４】図１５は基本型Ｌ型振動子ユニット及び応
用型Ｌ型振動子ユニットを制御するための駆動制御回路
のブロック図である。図において、８１は発振器、８２
は位相変換器、８３ａは第１の電力増幅器、８３ｂは第
２の電力増幅器、８４ａは第１の電圧調整器、８４ｂは
第２の電圧調整器、８５は制御器である。また、端子ｔ
₁ 〜ｔ₄ は図１１及び図１２の端子ｔ ₁ 〜ｔ₄ に対応し
ている。なお、上記基本型Ｌ型振動子ユニット６１と応
用型Ｌ型振動子ユニット７１に対して同じ駆動制御回路
を使用することができる。

【００４５】次に、上記構成の移送用超音波アクチュエ
ータを使用して枚葉紙やカードを移送する方法について
説明する。図１６は基本型Ｌ型振動子ユニットを搭載し
た移送用超音波アクチュエータを示す図である。図の
（ａ）は移送用超音波アクチュエータの正面を、（ｂ）
は側面を示している。

【００４６】図において、６１は基本型Ｌ型振動子ユニ
ット、２５は基本型Ｌ型振動子、１１は円筒形の振動ロ
ータ、１２は固定フランジ、１３は支持ボルト、１４は
フレーム、５１，５２は第１、第２の支持板である。本
実施例では、上記基本型Ｌ型振動子２５と振動ロータ１
１は接着によって固定されているが、ボルトによって固
定してもよい。上記基本型Ｌ型振動子２５の先端に、圧
電素子６２〜７０によって楕円運動が発生し、これが振
動ロータ１１に伝わり、該振動ロータ１１にも同様な楕
円運動が発生する。

【００４７】上記振動ロータ１１の表面に、高摩擦係数
の材料（例えばゴムなど）を接着あるいはコーティング
したり、表面をローレット加工して摩擦係数を高め、分
離、搬送能力を高めることもできる。また、上記実施例
においては、振動ロータ１１と被移送物の接触部が固定
されているため、一部分だけが摩耗する。そこで、振動
ロータ１１を周期的に回転させることもできる。

【００４８】図１７は応用型Ｌ型振動子ユニットを搭載
した移送用超音波アクチュエータを示す図である。図の
（ａ）は移送用超音波アクチュエータの正面を、（ｂ）
は移送用超音波アクチュエータの側面を示している。図
において、７１は応用型Ｌ型振動子ユニット、２６は応
用型Ｌ型振動子、１１は円筒形の振動ロータ、１２は固
定フランジ、１３は支持ボルト、１４はフレーム、５
１，５２は第１、第２の支持板である。上記応用型Ｌ型
振動子２６の先端の副振動子５が振動ロータ１１と接着
又はボルトによって固定されている。そして、応用型Ｌ
型振動子２６の先端には、圧電素子６２〜７０によって
楕円運動が発生し、これが振動ロータ１１に伝わり、該
振動ロータ１１にも同様な楕円運動が生ずる。なお、振
動ロータ１１は上述したような表面処理と回転方式が採
用される。

【００４９】上記構成の移送用超音波アクチュエータに
おいては、圧電素子６２〜７０に印加する電圧を制御す
ることによって振動ロータ１１に楕円運動を発生させる
ようになっているので、印加する電圧を変更して移送速
度を変えることができる。また、被移送物の表面粗さが
変化して摩擦係数が変わった場合には、印加する電圧を
変更して振動ロータ１１による被移送物への押付力を変
化させて移送速度を一定にすることができる。被移送物
の厚さが変わった場合にも、同様に印加する電圧を変更
して振動ロータ１１による被移送物への押付力を変化さ
せて移送速度を一定にすることができる。

【００５０】次に、本発明の移送方法において、枚葉紙
やカードを分離し、搬送する場合について説明する。図
１８は本発明の移送方法による搬送状態斜視図、図１９
は本発明の移送方法による搬送状態断面図である。図に
おいて、１６は枚葉紙やカードなどの被移送物、２２ａ
〜２２ｄはＬ型振動子（基本型Ｌ型振動子２５又は応用
型Ｌ型振動子２６）、１１ａ〜１１ｄは振動ロータであ
る。該振動ロータ１１ａ〜１１ｄの横に示す矢印は振動
ロータ１１ａ〜１１ｄの楕円運動の回転方向を、矢印Ａ
は被移送物１６の搬送方向を示している。

【００５１】この場合、移送用超音波アクチュエータは
枚葉紙やカードの両側に設置され、上下対となる移送用
超音波アクチュエータの振動ロータ１１ａ〜１１ｄの楕
円運動の回転方向を搬送方向Ａに対応する方向に設定さ
れる。図２０は本発明の移送方法による分離状態斜視
図、図２１は本発明の移送方法による分離状態断面図で
ある。

【００５２】図において、１６ａ，１６ｂは互いに分離
すべき枚葉紙やカードなどの被移送物、２２ａ〜２２ｄ
はＬ型振動子、１１ａ〜１１ｄは振動ロータである。該
振動ロータ１１ａ〜１１ｄの横に示す矢印は、振動ロー
タ１１ａ〜１１ｄの楕円運動の回転方向を示し、矢印Ａ
及びＢは被移送物１６ａ，１６ｂの分離方向を示してい
る。上記移送用超音波アクチュエータは被移送物１６
ａ，１６ｂの両側に設置され、上下対となる移送用超音
波アクチュエータの振動ロータ１１ａ〜１１ｄの楕円運
動の回転方向を互いに逆にし、上の移送用超音波アクチ
ュエータは分離方向Ａに対応する方向に、下の移送用超
音波アクチュエータは分離方向Ｂに対応する方向になる
ようにしてある。上記被移送物１６ａ，１６ｂは振動ロ
ータ１１ａ〜１１ｄの回転に伴い分離される。また、上
記Ｌ型振動子２２ａ〜２２ｄは、必要に応じて各種方向
に配設することができる。

【００５３】図２２はＬ型振動子を被移送物の上下部に
固定した場合の搬送状態図、図２３はＬ型振動子を被移
送物の上部に固定した場合の搬送状態図、図２４はＬ型
振動子を被移送物の移送方向の後部に固定した場合の搬
送状態図、図２５はＬ型振動子を被移送物の移送方向の
前後部に固定した場合の搬送状態図、図２６はＬ型振動
子を被移送物の上下部に固定した場合の分離状態図、図
２７はＬ型振動子を被移送物の上部に固定した場合の分
離状態図、図２８はＬ型振動子を被移送物の移送方向の
後部に固定した場合の分離状態図、図２９はＬ型振動子
を被移送物の移送方向の前後部に固定した場合の分離状
態図である。

【００５４】次に、図１８及び図１９の移送装置におい
て、枚葉紙やカードなどの被移送物１６の蛇行の補正方
法について説明する。まず、一つの方法は、それぞれに
独立して駆動することができる移送用超音波アクチュエ
ータを設置し、振動ロータ１１ａ〜１１ｄの回転速度を
被移送物１６の左右において独立して調整して蛇行を補
正する方法である。次の方法は、Ｌ型振動子２２ａ〜２
２ｄの面内振動モードの駆動周波数を共振周波数ｆ_M と
異ならせ、移送方向（図１８のＹ方向）と直交する力を
発生させて蛇行を補正する方法である。

【００５５】図３０は蛇行を補正する場合の基本型Ｌ型
振動子の面内振動モード形態図である。図において、５
１，５２は第１、第２の支持板、５３はフレーム、二点
鎖線Ｍ _O は無振動時のモード形態を、実線Ｍ₁ は（Ｔ／
４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ＝１，２，…）のモード形態
を、破線Ｍ₂ は（３Ｔ／４）×ｎ時（Ｔ：周期、ｎ＝
１，２，…）のモード形態を示す。７５は第２アーム２
に発生する第１の振動の節、７６は第１アーム１と第２
アーム２の接合部、７７は第２アーム２の固定端、７８
は第１アーム１に発生する第２の振動の節である。図６
の振動モードにおいては、第１アーム１と第２アーム２
の接合部と第１の振動の節５４が一致しているが、図３
０においては、第１の振動の節７５と接合部７６は一致
していない。このことから、第１アーム１の振動モード
が第２アーム２の振動モードの影響を受け、Ｘ方向の力
を発生し、これが蛇行を補正する力となる。

【００５６】なお、応用型Ｌ型振動子２６の場合も基本
型Ｌ型振動子２５と同じ振動モードを発生するため、同
様な方法によってＸ方向の力を発生し、蛇行を補正する
ことができる。図３１は本発明の移送用超音波アクチュ
エータを適用した移送装置の斜視図である。この場合、
移送用超音波アクチュエータは図１８及び図１９に示す
ものを採用している。

【００５７】図において、８１は上部フレーム、８２は
下部フレーム、８３は基板フレーム、１１ａ〜１１ｄは
振動ロータ、８４，８５はＬ型振動子ユニット、８６は
移送路、１６は被移送物である。矢印Ａは被移送物１６
の移送方向を示す。本実施例においては、上記Ｌ型振動
子ユニット８４，８５はそれぞれ上部フレーム８１及び
下部フレーム８２に取り付けられていて、上下に分解す
ることができる。

【００５８】したがって、振動ロータ１１ａ，１１ｂ間
及び振動ロータ１１ｃ，１１ｄ間の距離の設定を変更す
ることができるとともに、紙詰まりが発生した場合に被
移送物１６を除去することが容易になる。また、振動ロ
ータ１１ａ〜１１ｄの先端を、移送路８６の中心線ＢＣ
に位置させることによって被移送物１６の幅に汎用性を
持たせることができる。なお、移送路８６は所定の傾き
を持って設置してある。

【００５９】次に、本発明の移送方法及び移送用超音波
アクチュエータを他の分野に適用した場合の実施例につ
いて説明する。図３２は回転型アクチュエータの概略図
である。図の（ａ）は回転型アクチュエータの正面図、
（ｂ）は回転型アクチュエータの側面図である。図にお
いて、２６は応用型Ｌ型振動子、８７は振動ロータ、８
８はフレーム、８９は軸受、９０は固定台、９１は取付
フランジである。

【００６０】上記構成の回転型アクチュエータにおい
て、応用型Ｌ型振動子２６の副振動子５に生ずる楕円運
動によって振動ロータ８７が回転する。したがって、応
用型Ｌ型振動子２６の圧電素子６２〜７０への印加電圧
を変化させることによって、先端の振幅を大きくした
り、楕円運動を図１４に示すように変化させることによ
って、回転型アクチュエータの回転数を変化させること
ができる。図の矢印方向は、回転型アクチュエータの回
転方向を示している。

【００６１】また、上記移送用超音波アクチュエータを
一般的な回転モータにも適用することができる。図３３
は複数の応用型Ｌ型振動子を有する回転型アクチュエー
タの概略図である。図の（ａ）は回転型アクチュエータ
の側面を、（ｂ）は回転型アクチュエータの断面を示し
ている。

【００６２】図において、９２ａ〜９２ｃは応用型Ｌ型
振動子、９３は振動ロータ、９４はシャフト、９５は軸
受、９６は回転台、９０は固定台、９１は取付フランジ
である。この回転型アクチュエータは図３２の回転型ア
クチュエータよりも高トルクを得ることができ、振動ロ
ータ９３の径が大きくなる。上記振動ロータ９３の回転
方向は、面内振動モードと面垂直振動モードとを合成す
る位相差を＋π／２、−π／２とすることによって制御
することができる。

【００６３】上記構成の回転型アクチュエータは、測定
機器の回転テーブル用のアクチュエータ、レンズの焦点
微調整用のアクチュエータ、組立ロボットの多自由度ロ
ボットフィンガの関節駆動用のアクチュエータ等に適用
することができる。図３４は直線型アクチュエータの概
略図である。図の（ａ）は直線型アクチュエータの平面
を、（ｂ）は直線型アクチュエータの断面を示してい
る。

【００６４】図において、９２ａ〜９２ｄは応用型Ｌ型
振動子、９７は送りテーブル、９８ａ，９８ｂはレー
ル、９９はフレーム、１００ａ，１００ｂは固定台、１
０１ａ，１０１ｂは押付台、１０２はレール台、１０３
ａ，１０３ｂは押付力発生装置である。この場合、駆動
力は応用型Ｌ型振動子９２ａ〜９２ｄの副振動子５に発
生する楕円振動によって得られる。また、移動速度と移
動方向の切換えは、上述した回転型アクチュエータと同
じ実施方法で行う。

【００６５】上記構成の直線型アクチュエータは、送り
テーブル９７の上において枚葉紙やカードを移送する移
送装置のほか、磁気ディスクのヘッドの位置決め用アク
チュエータ、プリンタの印字ヘッドのキャリッジ駆動用
アクチュエータ、ＸＹプロッタのアームとペンの駆動用
アクチュエータ等に適用することができる。また、回転
型アクチュエータ及び直線型アクチュエータのいずれに
おいても、停止時のブレーキ機能や摩擦力による保持機
能を有しているので、位置決め精度が高くなり、計測機
器内の送りテーブルに適用することができる。

【００６６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々変形することが
可能であり、それらを本発明の範囲から排除するもので
はない。

【００６７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、第１アームは、励振時に一つの振動の節を形成し
て、２次の長さ方向撓み振動から成る面内振動及び２次
の長さ方向撓み振動から成る面垂直振動を発生し、第２
アームは、励振時に一つの振動の節を形成して、２次の
長さ方向撓み振動から成る面内振動及び１次の長さ方向
捩じり振動を発生する。そして、上記第２アームは固定
され、上記第１アームの二つの面及び上記第２アームの
一つの面に設けられた圧電素子に電圧を印加することに
よって上記第１アームの先端に楕円運動を発生させるこ
とができる。

【００６８】上記第２アームの先端には、弾性体から成
る副振動子が一体的に突出されているため、上記楕円運
動の振動変位が拡大する。移送用超音波アクチュエータ
がＬ字型形状を有するため、駆動部をロータ内に内蔵さ
せることができ、移送装置を小型化することができる。
そして、上記第２アームの振動の節は、第１アームと第
２アームの結合部に一致させてあるため、励振に伴って
上記第１アームと第２アームの結合部は移動しない。し
たがって、移送用超音波アクチュエータの固定部分にお
いてエネルギ損失が発生することはなく、しかも楕円運
動が発生する第１アームの先端又は副振動子の先端の振
幅に何ら影響を与えることがなくなり、移送効率が向上
する。

【００６９】また、本発明の移送方法においては、上記
第１アームと第２アームから成る移送用超音波アクチュ
エータを上下に対で配設し、二つの第２アーム間に被移
送物を挟んで移送する。この場合、上記第２アームに発
生する２次の長さ方向撓み振動から成る面内振動の駆動
周波数を変更し、上記第２アームの振動の節を第１アー
ムと第２アームの結合部からずらすことによって被移送
物の蛇行を補正することができる。また、上下に対で配
設された移送用超音波アクチュエータのそれぞれの位相
差を異ならせて被移送物を分離することができる。

【００７０】また、上記面内振動と面垂直振動の振幅比
をそれぞれ変更して移送用超音波アクチュエータと被移
送物との摩擦係数の変化、又は被移送物の厚みの変化に
対応して押付力を変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移送用超音波アクチュエータの駆動部
を構成する基本型Ｌ型振動子を示す図である。

【図２】従来の移送用超音波アクチュエータの原理図で
ある。

【図３】従来のカード搬送装置の搬送状態図である。

【図４】従来のカード搬送装置の斜視図である。

【図５】従来の他のカード搬送装置の斜視図である。

【図６】基本型Ｌ型振動子の面内振動モード形態図であ
る。

【図７】基本型Ｌ型振動子の面垂直振動モード形態図で
ある。

【図８】本発明の移送用超音波アクチュエータの駆動部
を構成する応用型Ｌ型振動子を示す図である。

【図９】応用型Ｌ型振動子の副振動子の面内振動モード
形態図である。

【図１０】応用型Ｌ型振動子の副振動子の面垂直振動モ
ード形態図である。

【図１１】基本型Ｌ型振動子ユニットを示す図である。

【図１２】応用型Ｌ型振動子ユニットを示す図である。

【図１３】本発明の移送用超音波アクチュエータにおけ
る面内振動モードと面垂直振動モードの合成原理図であ
る。

【図１４】第１アームと副振動子の先端の軌跡図であ
る。

【図１５】基本型Ｌ型振動子ユニット及び応用型Ｌ型振
動子ユニットを制御するための駆動制御回路のブロック
図である。

【図１６】基本型Ｌ型振動子ユニットを搭載した移送用
超音波アクチュエータを示す図である。

【図１７】応用型Ｌ型振動子ユニットを搭載した移送用
超音波アクチュエータを示す図である。

【図１８】本発明の移送方法による搬送状態斜視図であ
る。

【図１９】本発明の移送方法による搬送状態断面図であ
る。

【図２０】本発明の移送方法による分離状態斜視図であ
る。

【図２１】本発明の移送方法による分離状態断面図であ
る。

【図２２】Ｌ型振動子を被移送物の上下部に固定した場
合の搬送状態図である。

【図２３】Ｌ型振動子を被移送物の上部に固定した場合
の搬送状態図である。

【図２４】Ｌ型振動子を被移送物の移送方向の後部に固
定した場合の搬送状態図である。

【図２５】Ｌ型振動子を被移送物の移送方向の前後部に
固定した場合の搬送状態図である。

【図２６】Ｌ型振動子を被移送物の上下部に固定した場
合の分離状態図である。

【図２７】Ｌ型振動子を被移送物の上部に固定した場合
の分離状態図である。

【図２８】Ｌ型振動子を被移送物の移送方向の後部に固
定した場合の分離状態図である。

【図２９】Ｌ型振動子を被移送物の移送方向の前後部に
固定した場合の分離状態図である。

【図３０】蛇行を補正する場合の基本型Ｌ型振動子の面
内振動モード形態図である。

【図３１】本発明の移送用超音波アクチュエータを適用
した移送装置の斜視図である。

【図３２】回転型アクチュエータの概略図である。

【図３３】複数の応用型Ｌ型振動子を有する回転型アク
チュエータの概略図である。

【図３４】直線型アクチュエータの概略図である。

【符号の説明】

１ 第１アーム ２ 第２アーム ３ 固定用フランジ ４ 固定用穴 ５ 副振動子 ２５ 基本型Ｌ型振動子 ２６ 応用型Ｌ型振動子

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）互いに直交する二つの面を有する
   弾性体から成り、励振時に一つの振動の節を形成して、
   ２次の長さ方向撓み振動から成る面内振動及び２次の長
   さ方向撓み振動から成る面垂直振動を発生する第１アー
   ムと、（ｂ）該第１アームと直交して一体的に結合され
   る弾性体から成り、励振時に一つの振動の節を形成し
   て、２次の長さ方向撓み振動から成る面内振動及び１次
   の長さ方向捩じり振動を発生する第２アームと、（ｃ）
   該第２アームを固定する固定手段と、（ｄ）上記第１ア
   ームの二つの面及び上記第２アームの一つの面に設けら
   れた圧電素子とを有することを特徴とする移送用超音波
   アクチュエータ。
2. 【請求項２】 弾性体から成る副振動子を上記第２アー
   ムの先端に一体的に突出して成形した請求項１記載の移
   送用超音波アクチュエータ。
3. 【請求項３】 上記第２アームの振動の節を第１アーム
   と第２アームの結合部に一致させた請求項１記載の移送
   用超音波アクチュエータ。
4. 【請求項４】 上記第１アームの先端に円筒状の振動ロ
   ータを固定した請求項１記載の移送用超音波アクチュエ
   ータ。
5. 【請求項５】 上記副振動子の先端に円筒状の振動ロー
   タを固定した請求項２記載の移送用超音波アクチュエー
   タ。
6. 【請求項６】 （ａ）互いに直交する二つの面を有する
   弾性体から成る第１アームを励振し、該第１アームに一
   つの振動の節を形成して、２次の長さ方向撓み振動から
   成る面内振動及び２次の長さ方向撓み振動から成る面垂
   直振動を発生させ、（ｂ）該第１アームと直交して一体
   的に結合される弾性体から成る第２アームを励振し、該
   第２アームに一つの振動の節を形成して、２次の長さ方
   向撓み振動から成る面内振動及び１次の長さ方向捩じり
   振動を発生させ、（ｃ）面内振動と面垂直振動で位相差
   を設けて上記第１アームと第２アームを励振し、（ｄ）
   上記第１アームと第２アームから成る移送用超音波アク
   チュエータを上下に対で配設し、二つの第２アーム間に
   被移送物を挟んで移送する移送方法。
7. 【請求項７】 上記第２アームに発生する２次の長さ方
   向撓み振動から成る面内振動の駆動周波数を変更し、上
   記第２アームの振動の節を第１アームと第２アームの結
   合部からずらして被移送物の蛇行を補正する請求項６記
   載の移送方法。
8. 【請求項８】 上下に対で配設された移送用超音波アク
   チュエータのそれぞれの位相差を異ならせ、各移送用超
   音波アクチュエータの回転方向を互いに逆方向とする請
   求項６記載の移送方法。
9. 【請求項９】 上記面内振動と面垂直振動の振幅比をそ
   れぞれ変更する請求項６記載の移送方法。