JPH03147651A - 回転運動発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の抜術分野］ 本発明は、例えば小型モータ等に代わる動力発生源とし
て利用される超音波アクチュエータを使用した回転運動
発生装置に関する。

Ｃ従来技術とその問題点コ 従来、円柱状に形成されたローラ等を回転させて、搬送
力や移動力等を得るようにした装置は、通常、モータか
らの回転力をギア等を介して上記ローラに伝達するよう
にしている。

しかしながら、上記のようにモータの回転をギア等を介
してローラに伝達する構成のものでは、装置の部品点数
、組立て工数が多くなり、装置の小型化を妨げる問題が
ある。

特に、プリンタにおける紙送り装置等では、上記小型化
の問題が顕著である。

［発明の目的］ 本発明は上記課題に鑑みなされたもので、モータによる
ギア等を介した回転手段を利用すること無く、簡単な構
成にして小型化を図ることが可能になる回転運動発生装
置を提供することを目的とする。

［発明の要点］ すなわち本発明に係わる回転運動発生装置は、円柱状体
と、この円柱状体を間欠的に楕円形に変形させる円柱変
形手段と、中空円柱状を成しその内周面に径方向内側に
向かって突起する突起部が形成されると共に回動自在に
支持された回動体と、上記円柱状体の外周面を上記回動
体の突起部に当接させる当接手段とを備え、上記円柱状
体の間欠的楕円変形に伴いその外周面に上記回動体が接
して′回転運動・するよう構成したものである。

［発明の実施例］ 以下図面により本発明の一実施例について説明する。

第１図は本発明の回転運動発生装置を実施したプリンタ
用紙送り機構の構成を示すもので、このプリンタ用紙送
り機構における回転動力源には、円柱状の超音波アクチ
ュエータ１が使用される。

この超音波アクチュエータ１は、電源周波数に応じて定
められる一定の周期で楕円変形を繰返し、その外周面上
の複数の点において上記回転動力源としての変位を生じ
るもので、この超音波アクチュエータ１は、例えば上記
変位点を下に位置させた状態で、コ字状の基部２に対し
、その左右上面側をそれぞれゴム等の弾性体３ａ〜３Ｃ
を介して支持される。

上記超音波アクチュエータ１は、中空円柱状の紙送りロ
ーラ４の内部に配置され、その外周面上の変位点を該紙
送りローラ４の内周面に突出形成した鍔状の突起部４ａ
に当接させて位置させるもので、この場合、超音波アク
チュエータ１は基部２により固定支持され、紙送りロー
ラ４は回動自在に支持される。この紙送りローラ４の用
紙挿入側の外周面には、用紙押えローラ５が当接して配
置され、また、このローラ５と紙送りローラ４との外側
を囲うようにして、プリント用紙６を用紙挿入部からプ
リント部に導く用紙ガイド７ａ。

７ｂが配設される。

そして、紙送りローラ４上部の用紙排出部に位置するフ
レーム８には、排出されたプリント用紙６の裏面に面し
てプラテン９が設けられ、このプラテン９の対面位置に
は、該プラテン９に沿って平行移動するプリントヘッド
１０が配設される。

第２図は上記プリンタ用紙送り機構における超音波アク
チュエータ１及び紙送りローラ４のフレーム支持構造を
示すもので、フレーム８に対し紙送りローラ４はボール
ベアリング２１を介して回動自在に支持され、超音波ア
クチュエータ１を保持したコ字状の基部２は、該超音波
アクチュエータ１を下にしてフレーム８との間にばね２
２を介扛して支”持される。つまり、超音波アクチュエ
ータ１は、その外周変位点が紙送りローラ４の内周面に
突出形成した鍔状の突起部４ａに矢印Ｐで示す方向に押
圧当接される状態で固定支持される。

すなわち、上記超音波アクチュエータ１に間欠的な楕円
変形が生じると、その変位点に当接させた紙送りローラ
４、そして、用紙押えローラ５が、それぞれ矢印すの方
向に回転されるもので、つまり、この紙送りローラ４と
用紙押えローラ５との間にプリント用紙６を挿入するこ
とで、該プリント用紙６は矢印Ｈで示す方向に送られる
ことになる。

第３図（Ａ）〜（Ｃ）は何れも上記超音波アクチュエー
タ１の構成を示すもので、同図（Ａ）は外観図、同図（
Ｂ）はその側面図、同図（Ｃ）はそのＡ−Ａ線断面図で
ある。

この超音波アクチュエータ１の外形は、例えば外径１０
．３５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのアルミニウムあるいは真
鍮等でなる振動円筒体１１からなり、この振動円筒体１
１内部の軸方向中心付近には、棒状の圧電アクチュエー
タ１２Ａ、１２Ｂが円筒体直径線に沿って設けられる。

上記第１の圧電アクチュエータ１２Ａを垂直方向に対し
２２．５＠傾斜させた径方向位置に設け、さらに上記第
１の圧電アクチュエータ１２Ａから４５°傾斜させて第
２の圧電アクチュエータ１２Ｂを設ける。

第４図は上記圧電アクチュエータ１２Ａ。

１２Ｂの構成を示すもので、この圧電アクチュエータ１
２Ａ、１２Ｂは、ＰＺＴ　（ジルコン酸チタン酸鉛）系
の圧電素子等からなる微小な圧電セラミック１２ａ、１
２ｂ、・・・を、それぞれ薄い電極１３ａ、１３ｂ、・
・・を介して多数積層してなり、その長手方向の一端及
び他端が上記振動円筒体１１の内周面に対し接着固定さ
れる。この場合、圧電アクチュエータ１２Ａ、１２Ｂの
各端部と振動円筒体１１との間には、アルミニウム又は
真鍮等の座板が介在されエポキシ樹脂系接着剤等の比較
的硬質な接着剤により接着される。そして、上記圧電ア
クチュエータ１２Ａ、１２Ｂ（７）各ｔ［１１３ａ、１
３ｂ、・・・に対しては、それぞれ隣接する個々の圧電
セラミック１２ａ、１２ｂ、・・・間に逆相の電圧が加
わるよう電源部１４から所定の周波数を有する交流電圧
を印加する。そして、第１及び第２の圧電アクチュエー
タ１２Ａ、１２Ｂには、上記電源部１４からの交流電圧
をさらに１８０°位相を異ならせて印加する。本実施例
における印加電圧は８Ｖｍａｘ、その印加電圧周波数は
振動円筒体１１がアルミニウムであれば３０ｋｌｌｚ、
真鍮であれば３６ｋＨｚに設定するが、この値は得たい
駆動トルク、速度あるいは振動円筒体１１の外径寸法や
肉厚等の関係により変更される。

次に、上記構成による超音波アクチュエータ１の駆動力
発生動作について説明する。

まず、圧電アクチュエータ１２Ａ、１２Ｂにそれぞれ逆
位相にした例えば３０　ｋ　ｌｌｚの交流電圧を印加す
ると、この圧電アクチュエータ１２Ａ。

１２Ｂには印加電圧周波数に応じた長手方向の伸縮運動
がそれぞれ逆位相で発生する。

第５図は上記圧電アクチュエータ１２Ａ。

１２Ｂの各伸縮運動に伴い振動円筒体１１に生じる変位
状態を示すものである。ここで、以下の説明においては
、振動円筒体１１の中心軸の垂直°方向上方を０°とし
該振動円筒体１１の中心軸を原点として周方向に沿って
時計回りに順次角度を付して説明する。この図において
、圧電アクチュエータ１２Ａ、１２Ｂはそれぞれ上記振
動円筒体１１に対し２２．５＠−２０２，５°及び６７
．５°＝２４７．５°方向に設けられたもので、この圧
電アクチュエータ１２Ａ、１２Ｂの各逆位相の伸縮運動
に応じて振動円筒体１１には垂直方向（０°−１８０’
方向）の楕円変位及び水平方向（９０”−２７０°方向
）の楕円変位がそれぞれ交互に生じるようになる。

つまり、２つの圧電アクチュエータ１２Ａ。

１２Ｂの固着中心位置（４５°）に対応する振動円筒体
１１の円弧位置ｊを支点にして、例えば２２．５’位置
が外方へ伸び６７．５”位置が内方へ縮む運動と、２２
．５’位置が内方へ縮み６７．５°位置が外方へ伸びる
運動とが交互に連続して繰返されるもので、これにより
第１のアクチュエータ１２Ａが伸びた状態では６７．５
’位置から２２．５°位置へ上り傾斜となる０°位置最
大外方変位Ｘ１の楕円変位が生じ、また、第２のアクチ
ュエータ１２Ｂが伸びた状態では、２２．５°位置から
６７．５°位置へ上り傾斜となる９０＠位置最大外方変
位の楕円変位ｙ１が生じる。この場合、振動円筒体１１
の４５″１３５’、２２５’、３１５°方向には、上記
２つの楕円運動の支点となり径方向には全く変位しない
静止点が生じる。

一方、０°及び１８０”方向の楕円変位に伴い、０″あ
るいは１８０’に位置する質点Ｘが幅Ｘ１で径方向に変
位すると、上記静止点となる４５°、１３５°、２２５
°、３１５°の質点ｊには周方向変位ｊ１が生じ、また
、９０″及び２７０’方向の楕円変位に伴い、９０°あ
るいは２７０＠に位置する質点ｙが幅ｙ１で径方向に変
位すると、上記各静止点となる質点ｊには周方向変位ｊ
２が生じる。すると、上記径方向変位最大点となるＸ及
びｙ　（０°　９０’１８０’　、２７０’　）と周方
向変位最大点となるｊ（４５°、１３５’、２２５°、
３１５°）との間の各質点ｋ（例えば２２．５°　６７
．５’１１２．５”、１５７．５’　　　２０２．５’
２４７、５＠、　２９２．５°、　３３７．５’　）に
は、その径及び周方向変位が組合わされた変位に１及び
に２が生じるもので、この径及び周方向の組合わせ変位
点ｋに円筒状の回転子を当接させると、この回転子は該
質点ｋが径方向外方へに１で変位する際の周方向変位ｊ
１に一致する方向に回転するようになる。

第６図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ上記振動円筒体１１
の楕円変位に伴う径方向変位及び周方向変位の分布状態
を示すもので、径方向変位は振動円筒体１１の楕円変位
に対応して０°　９０″１８０’、２７０’方向で最大
になり、４５゜１３５°、２２５’、３１５’方向で“
０”になるのに対し、周方向変位は、上記径方向変位が
“０”になる振動円筒体１１の４５°　１３５゜２２５
°、３１５”方向で最大になり、上記径方向変位が最大
になる０”、９０’　　　１８０”２７０°方向で“０
′になる。

すなわち、圧電アクチュエータ１２Ａ、１２Ｂにそれぞ
れ逆位相の交流電圧を印加して高周期の交互伸縮運動を
発生させ、振動円筒体１１に垂直方向に長径を有する楕
円変位と水平方向に長径を有する楕円変位とを真円状態
を経て連続的に生じさせると、０°〜４５’、４５°〜
９０″　・・・２７０’〜３１５’、３１５’〜Ｏ１′
それぞれの間の円弧には、何れもその中間点を最大にし
た径方向及び周方向の組合わせ変位が生じるようになる
。

一方、第７図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ上記振動円筒体
１１の全体に生じる楕円変位を拡大して示すもので、圧
電アクチュエータ１２を振動円筒体１１の長手方向の略
中心に配設した場合、垂直方向（０’−１８０＠方向）
及び水平方向（９０”−２７０″′方向）の楕円変位共
、振動円筒体１１の両端に近い程大きくなることが実験
より得られた。つまり、上記振動円筒体１１では、その
両端円弧上の２２．５°の質点ｋから４５゜毎に径及び
周方向組合わせの最大変位が得られることになる。

したがって、第８図に示すように、上記振動円筒体１１
の２２．５”位置から４５″毎に、矢印Ｐで示すように
回転子１５ａ、１５ｂ、・・・を押圧当接させることで
、それぞれの回転子１５ａ。

１５ｂ、・・・に対し上記径及び周方向の組合わせ変位
に対応する矢印ａ又はｂ方向の回転力を伝達することが
きる。

これにより、上記超音波アクチュエータ１では、例えば
第９図に示すように、シート状の移動体１６を振動円筒
体１１の２２．５°位置から４５″毎に存在する径及び
周方向変位点の何れかに対し、矢印Ｐで示すように押圧
当接させることで、振動円筒体１１が外方変位する際の
周方向変位に対応する方向の直線運動ｉを得ることがで
きる。

第１０図は上記超音波アクチュエータ１を動力源とした
紙送りローラ４の回転動作状態を示すもので、すなわち
、振動円筒体１１の２２．５”　＋４５°の位置に対応
する外周変位点を、矢印Ｐで示すように紙送りローラ４
の内周突起部４ａに押圧当接させることにより、前期第
８図における回転子１５ｂの動作原理と同様にして、紙
送りローラ４は矢印して示す方向に回転するようになる
。

これにより、第１図におけるプリント用紙６は、矢印す
で示す方向に回転する紙送りローラ４と用紙押えローラ
５との間に挾み込まれて、矢印Ｈで示すプリント部の方
向に送られる。

したがって、上記構成のプリンタ用紙送り機構によれば
、超音波アクチュエータ１の所定の外周変位点を、紙送
りローラ４の内周突起部４ａに対し押圧当接させるだけ
で、該紙送りローラ４を回転させてプリント用紙６を送
ることができる。この場合、振動円筒体１１と圧電アク
チュエータ１２Ａ、１２Ｂとにより構成される超音波ア
クチュエータ１が、直接紙送りローラ４に対して回転力
を与えるので、宅−夕を動力源とした従来のローラ回転
手段に較べて、部品点数及び組立て工数を大幅に削減す
ることが可能になり、プリンタ等の回転運動を要する装
置を小型化することができる。

尚、上記実施例では、２本の圧電アクチュエータ１２Ａ
、１２Ｂを使用して振動円筒体１１に楕円変位を生じさ
せたが、その本数は何等制限されるものではない。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、円柱状体と、この円柱状
体を間欠的に楕円形に変形させる円柱変形手段と、中空
円柱状を成しその内周面に径方向内側に向かって突起す
る突起部が形成されると共に回動自在に支持された回動
体と、上記円柱状体の外周面を上記回動体の突起部に当
接させる当接手段とを備え、上記円柱状体の間欠的楕円
変形に伴いその外周面に上記回動体が接して回転運動す
るよう構成したので、モータによるギア等を介した回転
手段を利用すること無く、簡単な構成にして小型化を図
ることが可能になる回転運動発生装置を堤供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転運動発生装置の一実施例に係わる
プリンタ用紙送り機構の構成を示す断面図、第２図は上
記プリンタ用紙送り機構における超音波アクチュエータ
及び紙送りローラのフレーム支持構造を示す断面図、第
３図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ上記用紙送り機構に使用
される超音波アクチュエータを示す外観図及び側面図及
びＡ−Ａ線断面図、第４図は上記超音波アクチュエータ
における圧電アクチュエータを示す構成図、第５図は上
記超音波アクチュエータの振動円筒体に生じる変位状態
を示す図、第６図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ上記超音
波アクチュエータにおける振動円筒体の楕円変位に伴う
径方向変位及び周方向変位の分布状態を示す図、第７図
（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ上記超音波アクチュエータに
おける振動円筒体の全体に生じる楕円変位を拡大して示
す図、第８図は上記超音波アクチュエータにより得られ
る回転運動を示す図、第９図は上記超音波アクチュエー
タにより得られる直線運動を示す図、第１０図は上記超
音波アクチュエータを動力源とした紙送りローラの回転
動作状態を示す図である。 １・・・超音波アクチュエータ、２・・・越部、３ａ〜
３ｃ・・・弾性部材、４・・・紙送りローラ、４ａ・・
・突起部、５・・・用紙押えローラ、６・・・プリント
用紙、７ａ、７ｂ・・・用紙ガイド、８・・・フレーム
、９・・プラテン、１０・・・プリントヘッド、１１・
・・振動円筒体、１２Ａ、１２Ｂ・・・圧電アクチュエ
ータ、１２ａ、１２ｂ、−・・圧電セラミック、１３ａ
。 １３ｂ、−＝電極、１４　＝−電源部、１５ａ。 １５ｂ、・・・回転子、１６・・・シート状移動体、２
１・・・ボールベアリング、２２・・・ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円柱状体と、 この円柱状体を間欠的に楕円形に変形させる円柱変形手
   段と、 中空円柱状を成しその内周面に径方向内側に向かって突
   起する突起部が形成されると共に回動自在に支持された
   回動体と、 上記円柱状体の外周面を上記回動体の突起部に当接させ
   る当接手段とを具備し、 上記円柱状体の間欠的楕円変形に伴いその外周面に上記
   回動体が接して回転運動することを特徴とする回転運動
   発生装置。