JP3160342B2

JP3160342B2 - 超音波駆動装置

Info

Publication number: JP3160342B2
Application number: JP00348192A
Authority: JP
Inventors: 知己加藤; 武竹本; 充新行内
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH05191987A

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、ファクシミ
リ、ＰＰＣ等における超音波駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタ等に用いられる超音波駆
動装置としては、小型で、高出力、高効率、さらには、
低速及び定速駆動に適した種々の方式の装置が発案され
ている。例えば、その第一の従来例として、「超音波振
動を利用したモータ装置」なるタイトルで特公昭５９−
３０９１２号公報に開示されているものがある。これ
は、回転する移動体と、この移動体の円筒側面にある一
定の角度をもって接触させた振動片を有する振動子とを
備えたモータ装置において、その振動子の先端部に楕円
運動を作り出し、これにより移動体を回転させるように
したものである。

【０００３】また、その第二の従来例として、「圧電超
音波モータ」なるタイトルで特開昭６１−１２１７７７
号公報に開示されているものがある。これは、圧電ねじ
り振動子と、圧電厚み振動子とを備えた超音波モータに
おいて、それら２つの振動子に適宜に同期駆動を行わせ
てねじり楕円振動を発生させ、このねじり振動の発生し
た部位に移動体を接触させることにより移動体を動かす
ことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な従来の装置においては、薄型化が困難であったり、多
くの部品から構成されているために部品間のガタ等の問
題、また、製作上の問題、さらには、振動子が摩耗する
といったような問題も生じる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、超音波駆動される電気機械変換素子と、この電気機
械変換素子の駆動により並進振動と回転振動との合成振
動が一方向循環振動として励振される弾性部を有する振
動体と、この振動体の一部に周期的に接触する移動体を
設けた。

【０００６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、振動体の弾性部は、その振動体の両端部
にヒンジを一体化して形成することによりなした。

【０００７】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明において、振動体の弾性部は、その弾性部の伸縮運
動方向が互いに一直線上に乗らないように適宜にずらし
て配設した。

【０００８】請求項４記載の発明では、超音波駆動され
る電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の駆動に
より並進振動と回転振動との合成振動が一方向循環振動
として励振される弾性部を有する振動体と、この振動体
の一部に周期的に接触する回転体と、この回転体に接触
する移動体を設けた。

【０００９】請求項５記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明において、振動体を板状に形成し
た。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明においては、並進振動に加
えて回転振動を利用することにより、振動体の複数端を
固定する強固な構成が可能となり、これにより、従来の
ような振動子の一端が自由端になっているものに比べて
一段と高い周波数で駆動することが可能となる。また、
弾性部を有しているため、より大きな合成振動が得ら
れ、移動体を一段と高速に動かすことが可能となる。

【００１１】請求項２記載の発明においては、振動体の
弾性部は、ヒンジを振動体に一体化して形成することに
よりなっているため、振動体にヒンジを別個にわざわざ
取り付ける必要がなくなる。

【００１２】請求項３記載の発明においては、振動体の
弾性部をその伸縮方向が一直線上に乗らないように適宜
にずらして配置しているため、振動体の回転振動が得や
すくなる。

【００１３】請求項４記載の発明においては、振動体と
移動体との間に回転体を介在させたことにより、駆動力
の向きを反転させることができ、また、同方向の駆動力
を２個所で得ることが可能となる。

【００１４】請求項５記載の発明においては、振動体を
板状に形成したので、板材から振動体を取り出すことが
でき、これによりレーザ加工やプレス加工で簡単に作る
ことが可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１〜図５に基づい
て説明する。まず、本装置の全体構成を図１に基づいて
説明する。凹部形状をした固定部１内には、電気機械変
換素子としての圧電素子２と、振動体３とが設けられて
いる。前記振動体３の両端部には、弾性部としてのヒン
ジ３ａ，３ｂが一体化して形成されている。前記ヒンジ
３ａは前記圧電素子２と接続され、前記ヒンジ３ｂは前
記固定部１の内壁面と接続されている。前記圧電素子２
の一端は、前記固定部１の内壁面に固定されいる。ま
た、前記振動体３の上面の一端部に接触して移動体４が
設けられている。この場合、前記ヒンジ３ａと前記ヒン
ジ３ｂとは、圧電素子２が変位する際に振動体３にモー
メントが生じるように、互いのヒンジの長手方向が一直
線上にならない位置に配置されている。

【００１６】このような構成において、上述した図１の
ような構成とした理由を図２に基づいて説明する。今、
図２（ａ）の状態で圧電素子２を通電によりＡ方向に伸
長させると、図２（ｂ）に示すように振動子３にはＣ方
向への回転力が働くと同時に、Ｂ方向への並進力が働
く。これにより、振動子３は、Ｃ方向に回転運動をしな
がら、Ｂ方向に並進運動を行う。この時の振動子３の連
続した動きは、模式的に表現すると、図３（ａ）に示し
たようなＧ方向への動きとなる。次に、図２（ｃ）に示
すように、圧電素子２をＤ方向に収縮させると、振動子
３に働く偶力はＦ方向となり並進力はＥ方向となり、図
２（ｂ）の場合とは逆向きとなる。これにより、振動子
３の運動方向も図３（ｂ）に示すＩ方向となり、図３
（ａ）の場合とは逆向きになる。従って、適切なタイミ
ングで圧電素子２の伸縮を行うことにより、振動子３は
Ｈ、Ｉ方向の振動を行うことができる。

【００１７】このようなＨ、Ｉ間での移動すなわち駆動
伝達部での振動形態は、図４（ａ）に示すように、単に
同一経路の往復振動でしかない。そこで、振動している
振動子３の一部に図１に示すように移動体４を接触させ
ることによって振動子３のＹ方向への運動が疎外され、
これにより、振動形態は図４（ｂ）に示すようにＪ→Ｋ
→Ｌのループ経路を辿った一方向循環振動を得ることが
できる。これにより、振動子３に接触した移動体４は、
振動子３の動力伝達部の循環振動によって動力を受けて
移動することができるようになる。

【００１８】上述したように、並進振動に回転振動を付
加することにより、振動体３の複数端を固定する強固な
構成が可能となり、これにより従来のような振動子３の
一端が自由端となっているものに比べて、より高い周波
数で駆動することができ、これにより耐久性を向上させ
ることができる。また、このように回転振動を利用して
いるため、振動体３の回転中心の両側で同時に逆方向の
駆動力を得ることができ、これにより、例えば紙の分
離、搬送機構等の逆方向の駆動力を同時に必要とする機
構に利用することによって一段とコンパクト化した構成
を実現することができる。また、弾性部としてヒンジ３
ａ，３ｂを設けたことにより、大きな合成振動を得るこ
とができ、移動体４を一段と高速に移動させることがで
きる。また、弾性部以外の部分は弾性変形をする必要が
ないため、移動体４との接触部を必要に応じて、耐摩耗
材料、高摩擦係数の材料等で構成することができ、しか
も、任意な形状とすることができる。

【００１９】また、図１の構成の代わりに、図５に示す
ように、圧電素子２を上部に取付け、ヒンジ３ａとヒン
ジ３ｂとの配置関係を逆にすることにより、上述した例
とは逆向きの駆動力を実現することができる。

【００２０】次に、本発明の第二の実施例を図６〜図８
に基づいて説明する。ここでは、前述した第一の実施例
の構成をもとに、紙送り機構に応用した場合の例を示す
ものである。すなわち、振動体３の上面左端側には、紙
６をその上部より押圧した押えローラ５が設けられてい
る。また、振動体３の上面右端側には、回転体としての
駆動力反転ローラ７が設けられており、この駆動力反転
ローラ７は紙６を介してその上部より押えローラ８にて
押えられている。

【００２１】このような構成において、図６のような構
成とした理由について述べる。圧電素子２の適宜な駆動
により振動体３は、図７の矢印方向に示すような振動
（前述した図３（ｂ）と同様な運動）をする。そこで、
今、図８に示すように、振動体３の左端、右端の双方に
股がって１つの移動体４が接触したものとすると、左右
両端部では互いに逆向きの駆動力が交互に働くのみで移
動体４自身を移動させることはできない。しかし、図８
に示したような棒状の移動体４の代わりに、図６に示し
たように駆動力反転ローラ７を端部に設けることによっ
て、紙６と接している駆動力反転ローラ７の上面側には
振動体３の左端と同方向の駆動力が現れる。従って、図
６の構成のように左右両端部のみにローラを設けること
により、動力を２個所で伝達しながら紙６を搬送させる
ことが可能な紙送り機構を実現することができる。な
お、駆動力反転ローラ７の配設位置を右端から左端に変
えることにより、紙６を逆方向に移動させることも可能
である。

【００２２】上述したように、振動体３と移動体４との
間に駆動力反転ローラ７を介在させたことにより、駆動
力の向きを反転させることができる。また、同一方向の
駆動力を左右両端の２個所で実現させることができるた
め、駆動効率及び駆動出力を一段と高めることができ
る。

【００２３】次に、本発明の第三の実施例を図９に基づ
いて説明する。ここでは、前述した第一の実施例の構成
をもとに、紙の分離、搬送の機構に応用した場合の例を
示すものである。すなわち、振動体３の左端の給紙側に
は回転体としての分離ローラ９が配設されており、この
分離ローラ９と対向した位置には摩擦部材１０が配設さ
れている。前記分離ローラ９と前記摩擦部材１０との間
には、紙６が挾持されるようになっている。また、振動
体３の右端の排紙側には、紙６を挾み込むような形で搬
送ローラ１１が配設されている。

【００２４】このような構成において、分離ローラ９
は、前述した第二の実施例の駆動力反転ローラ７と同様
に、振動体３の駆動力の方向を反転する働きをし、紙６
は搬送ローラ１１の方向へ送られる。この時、給紙側に
は摩擦部材１０があるため、紙６は分離されて１枚ずつ
送られ、複数枚同時に送られるようなことはない。そし
て、紙６が搬送ローラ１１の側に到達すると、搬送ロー
ラ１１は分離ローラ９よりも振動体３の重心よりも遠い
位置に設置されているため、搬送ローラ１１は分離ロー
ラ９よりも速い速度で紙６を送り出すことになり、これ
により、紙６の分離、搬送の機構を実現することができ
る。

【００２５】次に、本発明の第四の実施例を図１０に基
づいて説明する。ここでは、前述した第三の実施例とは
異なる紙の分離、搬送の機構に応用した場合の他の例を
示すものである。すなわち、振動体３の左端の給紙側に
は、回転体としての給紙ローラ１２が配設されている。
この給紙ローラ１２と対向した位置にはガイド板１３が
設けられている。前記給紙ローラ１２と前記ガイド板１
３との間には、紙６が挾持されるようになっている。ま
た、振動体３の右端の排紙側には、紙６を挾み込むよう
な形で反転ローラ１４と搬送ローラ１５とが設けられて
いる。

【００２６】このような構成において、給紙ローラ１２
とガイド板１３とにより分離され送り出された紙６は、
搬送ローラ１５に到達することにより紙６を排紙方向Ｘ
に排紙させることができる。また、この時、反転ローラ
１４は振動体３及び搬送ローラ１５の両方に接触してい
るため両回転方向の駆動力を得るが、振動体３との間に
は紙６が介在しているため滑りやすくなっているため、
反転ローラ１４は紙６をＸ方向とは反対方向の戻す向き
に回転する。また、紙６が振動体３と反転ローラ１４と
の間にない場合にも、振動体３の表面の摩擦係数よりも
搬送ローラ１５の表面の摩擦係数の方が大きいため、反
転ローラ１４はＸ方向とは反対方向に回転する。従っ
て、このようなことから、給紙ローラ１２によって複数
枚の紙６が同時に送られてしまったような場合にも、反
転ローラ１４の作用によって余分な紙６が搬送ローラ１
２に送られず１枚だけ分離して送ることができる。

【００２７】上述した第三の実施例及び第四の実施例に
おける紙の分離、搬送機構は、振動体３を板状に形成し
て用いているため、板材から振動体を作成することがで
き、これによりレーザ加工やプレス加工を用いて簡単に
作ることが可能となり、しかも、小型、扁平な構造にて
大量生産を行うことができる。また、小型、扁平、単純
な構造のアククチュエータを用いて紙６の分離、搬送を
行うため、従来よりも小型で安価な給紙装置を実現する
ことができる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、超音波駆動され
る電気機械変換素子を設け、この電気機械変換素子の駆
動により並進振動と回転振動との合成振動が一方向循環
振動として励振される弾性部を有する振動体を設け、こ
の振動体の一部に周期的に接触する移動体を設けたの
で、並進振動に加えて回転振動を利用しているため、振
動体の複数端を固定する強固な構成が可能となり、これ
により、従来のような振動子の一端が自由端になってい
るものに比べて一段と高い周波数で駆動でき、しかも、
振動体の耐久性も向上させることができるものである。
また、弾性部を有しているため大きな合成振動が得ら
れ、移動体を一段と高速に動かすことが可能となり、弾
性部以外の部分は弾性変形をする必要がないため移動体
との接触部を必要に応じて耐摩耗材料、高摩擦係数の材
料等で構成することができるものである。

【００２９】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、振動体の弾性部は、その振動体の両端部
にヒンジを一体化して形成しているため、振動体にヒン
ジを別個にわざわざ取り付ける必要がなくなり、これに
より、部品点数を削減してコストを低減できると共に、
製造工程も一段と簡素化させることができるものであ
る。

【００３０】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明において、振動体の弾性部は、その弾性部の伸縮運
動方向が互いに一直線上に乗らないように適宜にずらし
て配設したので、振動体の回転振動が得やすくなるもの
である。

【００３１】請求項４記載の発明では、超音波駆動され
る電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の駆動に
より並進振動と回転振動との合成振動が一方向循環振動
として励振される弾性部を有する振動体と、この振動体
の一部に周期的に接触する回転体と、この回転体に接触
する移動体を設けたので、駆動力の向きを反転させるこ
とができ、また、同方向の駆動力を２個所で得ることが
できるため、駆動効率及び出力を一段と増加させること
ができるものである。

【００３２】請求項５記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明において、振動体を板状に形成した
ので、板材から振動体を取り出すことが可能となり、こ
れによりレーザ加工やプレス加工で簡単に作ることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である超音波駆動装置の
構成を示す側面図である。

【図２】超音波駆動装置の駆動原理を示す動作説明図で
ある。

【図３】振動体の一連の動きの様子を示す模式図であ
る。

【図４】振動体の先端部の動きの様子を示す模式図であ
る。

【図５】図１の構成の変形例を示す側面図である。

【図６】本発明の第二の実施例を示す側面図である。

【図７】振動体の一連の動きの様子を示す模式図であ
る。

【図８】棒状の移動体を置いた場合の振動体の両端部の
動きを示す動作説明図である。

【図９】本発明の第三の実施例を示す側面図である。

【図１０】本発明の第四の実施例を示す側面図である。

【符号の説明】

２電気機械変換素子３振動体３ａ，３ｂ弾性部（ヒンジ）４，６移動体７，９，１２回転体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−188169（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−91713（ＪＰ，Ａ) 特開平２−277012（ＪＰ，Ａ) 特開平１−160378（ＪＰ，Ａ) 実開平３−40896（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波駆動される電気機械変換素子と、
この電気機械変換素子の駆動により並進振動と回転振動
との合成振動が一方向循環振動として励振される弾性部
を有する振動体と、この振動体の一部に周期的に接触す
る移動体とよりなることを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項２】振動体の弾性部は、その振動体の両端部
に一体化して形成されたヒンジよりなることを特徴とす
る請求項１記載の超音波駆動装置。
【請求項３】振動体の弾性部は、その弾性部の伸縮運
動方向が互いに一直線上に乗らないように適宜にずらし
て配設したことを特徴とする請求項２記載の超音波駆動
装置。
【請求項４】超音波駆動される電気機械変換素子と、
この電気機械変換素子の駆動により並進振動と回転振動
との合成振動が一方向循環振動として励振される弾性部
を有する振動体と、この振動体の一部に周期的に接触す
る回転体と、この回転体に接触する移動体とよりなるこ
とを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項５】振動体を板状に形成したことを特徴とす
る請求項１，２，３又は４記載の超音波駆動装置。