JPH05105291A

JPH05105291A - 搬送装置

Info

Publication number: JPH05105291A
Application number: JP3269845A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Horiguchi; 浩幸堀口; Takeshi Takemoto; 武竹本; Motomi Ozaki; 元美尾崎; Junichi Takahashi; 淳一高橋; Tomoki Kato; 知己加藤; Zenichi Akiyama; 善一秋山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-04-27

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的単純な構成で移動体を確実に搬送する
ことができると共に、小型化、軽量化された搬送装置を
提供する。【構成】両端が互いに平行な平面とされこれら２平面
に電極３ａ，３ｂが形成されると共にその電極３ａ，３
ｂの形成された平面に平行に分極された圧電素子２を設
け、この圧電素子２の一端を基板１上に固定し他端を移
動体４と接する作用部２ａとして配設し、圧電素子２の
電極３ａ，３ｂ間に電圧を印加することにより作用部２
ａに第１振動方向Ｘの速度とこの速度よりも小さな第２
振動方向Ｙの速度とを発生させ移動体２を第２振動方向
Ｙへ送る移動体搬送制御手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密駆動装置等の搬送
手段として利用される搬送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、平板型の搬送装置としては、超音
波モータを利用した紙送り装置や、静電力を利用したフ
ィルム搬送装置などがある。具体的には、まず、その第
一の従来例として、「平板状超音波モータを用いた紙カ
ード送りデバイス」というタイトルで、第１８回、ＥＭ
シンポジウムに開示されている。これは、圧電素子から
発生される強力な超音波振動（楕円振動）を動力駆動源
とするいわゆる超音波モータを用いた搬送装置に関する
ものである。この場合、圧電素子による超音波振動によ
り基板の屈曲振動と伸縮振動とをカップリングさせ、そ
の基板上の端点に楕円振動を発生させることにより紙送
りを行わ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、「圧電素
子の急速変形を利用した超精密位置決め機構」というタ
イトルで、1991、精密光学会春季大会に開示されてい
る。これは、圧電素子の急速、ゆっくりな変形の繰返し
動作により、その圧電素子と移動体との間で生じる動摩
擦係数と静摩擦係数との差異を利用して物体を移動する
というものである。

【０００４】さらに、その第三の従来例として、「フィ
ルムを利用した静電マイクロアクチュエータ」というタ
イトルで、日本機械学会ロボテックス・メカトロニクス
講演会’89に開示されている。これは、静電力を用いた
平板型アクチュエータに関するものであり、高抵抗物体
に電荷を誘電し、電極側の正負を反転させることにより
生じる高抵抗物体とその直下に位置する電極との間に生
じる反発力と、隣接する電極間との間で生じる吸引力と
によりフィルムを搬送するというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】超音波モータの作用を
利用した第一の従来例においては、基板の屈曲振動と伸
縮振動とのカップリングを基板の下に設けた圧電素子で
生じさせ、基板両端に発生する楕円振動により紙を搬送
しようとするものである。今、基板の長さをｘ、屈曲振
動モードの音速をｖb 、伸縮振動モードの音速をｖa 、
伸縮振動モードの次数をｎ、基板の厚みをｔとすると、
基板の長さｘは、

【０００６】

【数１】

【０００７】という式で与えられる。この場合、例え
ば、縦１次振動モード及び屈曲８次振動モードを励振す
る場合には、基板の長さはｘ＝１００ｍｍ程度となる。
従って、第一の従来例の方式では、複写機、ファクシミ
リ等のコンパクト化したサイズが要求される紙送り装置
に置き換えることは困難である。

【０００８】一方、静電力を利用した搬送装置において
は、搬送される移動体としては高抵抗体である必要があ
り、しかも、印加電圧としては±７５０Ｖ程度の高電圧
が必要となり装置の面でコスト高となる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、両端が互いに平行な平面とされこれら２平面に電極
が形成されると共にその電極の形成された平面に平行に
分極された圧電素子を設け、この圧電素子の一端を基板
上に固定し他端を移動体と接する作用部として配設し、
前記圧電素子の電極間に電圧を印加することにより前記
作用部に第１振動方向の速度とこの速度よりも小さな第
２振動方向の速度とを発生させ前記移動体を前記第２振
動方向へ送る移動体搬送制御手段を設けた。

【００１０】請求項２記載の発明では、両端が互いに平
行な平面とされこれら２平面に電極が形成されると共に
その電極の形成された平面に平行に分極された圧電素子
を設け、この圧電素子の一端を基板上に固定し他端を移
動体と接する作用部として配設し、前記圧電素子に厚み
すべり振動モードを発生させると共に前記基板に前記厚
みすべり振動モードに同期した定在波屈曲振動モードを
発生させることにより前記移動体を一方向に搬送する移
動体搬送制御手段を設けた。

【００１１】請求項３記載の発明では、両端が互いに平
行な平面とされこれら２平面に電極が形成されると共に
その電極の形成された平面に平行に分極された圧電素子
を少なくとも３個以上並べた圧電素子群を設け、この圧
電素子群の各圧電素子に同時に振動を発生させることに
よりその平面上で接する移動体を一方向に搬送させこれ
に次いでその搬送方向とは逆方向に前記圧電素子の変形
を１個ずつ順次元の形へ復帰させる移動体搬送制御手段
を設けた。

【００１２】請求項４記載の発明では、両端が互いに平
行な平面とされこれら２平面に電極が形成されると共に
その電極の形成された平面に平行に分極された圧電素子
を少なくとも３個以上並べた圧電素子群を設け、この圧
電素子群の各圧電素子に同時に振動を発生させることに
よりその平面上で接する移動体を一方向に搬送させこれ
に次いでその搬送方向とは逆方向に前記圧電素子の変形
を駆動される圧電素子の数が駆動されない圧電素子の数
を超えない範囲内で順次元へ復帰させる移動体搬送制御
手段を設けた。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明においては、移動体搬送制
御手段を用いて圧電素子の電極間に電圧を印加し、その
圧電素子の作用部に第１振動方向の速度と、この速度よ
りも小さな第２振動方向の速度とを発生させ、移動体を
第２振動方向へ送るようにしたので、従来よりも構成が
単純な駆動機構を実現することができ、しかも、これに
より紙のように比較的軽量な移動体を搬送する装置の小
型化、軽量化、低価格化を図ることが可能となる。

【００１４】請求項２記載の発明においては、移動体搬
送制御手段を用いて圧電素子に厚みすべり振動モードを
発生させると共に、基板に厚みすべり振動モードに同期
した定在波屈曲振動モードを発生させることにより、移
動体を一方向に搬送するようにしたので、比較的重い移
動体においても確実に搬送することが可能となり、しか
も、従来に比べて装置の小型化を図ることができる。

【００１５】請求項３記載の発明においては、移動体搬
送制御手段を用いて圧電素子群の各圧電素子に同時に振
動を発生させ、その圧電素子の平面上で接する移動体を
一方向に搬送させ、これに次いで、その搬送方向とは逆
方向に圧電素子の変形を、１個ずつ順次元の形へ復帰さ
せるようにしたので、請求項１記載の発明よりもその搬
送力を確実にアップさせることが可能となり、しかも、
請求項２記載の発明よりも単純な構成となっているた
め、小型化、軽量化、低価格化を図ることができる。

【００１６】請求項４記載の発明においては、移動体搬
送制御手段を用いて圧電素子群の各圧電素子に同時に振
動を発生させ、その圧電素子の平面上で接する移動体を
一方向に搬送させ、これに次いで、その搬送方向とは逆
方向に圧電素子の変形を駆動される圧電素子の数が駆動
されない駆動圧電素子の数を超えない範囲内で順次元へ
復帰させるようにしたので、請求項３記載の発明と同様
な効果を得ることができる。

【００１７】

【実施例】請求項１記載の発明の一実施例を図１〜図３
に基づいて説明する。図１は、厚みすべり方向の変位を
利用したスロー＆クイック方式の搬送装置の一例を示す
ものである。この搬送装置には、基板１上に一端が固定
され他端が作用部２ａとされた圧電素子（ピエゾ素子）
２が設けられている。この圧電素子２は、両端が互いに
平行な平面とされこれら２平面には電極３ａ，３ｂが形
成されている。また、その圧電素子２は、矢印Ｐに示す
ように、電極３ａ，３ｂの形成された平面に平行に分極
されている。前記圧電素子２の一方の電極３ａ側には、
移動体としての搬送物４が接して設けられている。そし
て、このような搬送装置には、図示しない移動体搬送制
御手段が設けられている。この移動体搬送制御手段は、
前記圧電素子２の電極３ａ，３ｂ間に電圧を印加し、そ
の作用部２ａに第１振動方向Ｘの速度の駆動力と、この
第１振動方向Ｘの速度よりも小さな第２振動方向Ｙの速
度の駆動力とを発生させ、前記搬送物４を第２振動方向
Ｙへ送る働きがある。

【００１８】このような構成において、移動体搬送制御
手段を用いて搬送物４を移動させる方法を図１（ａ）〜
（ｃ）に基づいて説明する。今、圧電素子２の両端の電
極３ａ，３ｂに電圧Ｖをゆっくりと印加する。これによ
り、電極３ａ上に置かれた搬送物４は、作用部２ａの変
形と共にＹ方向に移動する。この動作に次いで、電圧の
印加を止めて圧電素子２を元の位置に急速にＸ方向に戻
す。この時、動摩擦係数は静摩擦係数よりも小さいた
め、搬送物４は移動した後の位置からは動かず、圧電素
子２の作用部２ａの変形のみを元の位置に戻すことがで
きる。このような一連の動作を繰り返して行うことによ
り、搬送物４をＹ方向に移動させることが可能となる。

【００１９】図２は、圧電素子２の分極方向の様子を示
すものである。この場合、分極の方向は一層毎にＸ或い
はＹ方向に逆転して配設されている。このように順次逆
転して配置するには、分極用の電極３ａ，３ｂを一層毎
に設け、印加電圧の＋、−を交互に逆転すればよい。具
体的な例としては、ＰＺＴの圧電歪定数ｄ₁₅は、約６０
０×１０~¹²ｍ／Ｖなので、１層の厚み０．０１ｃｍの
ものを１００層積層し、各層に５０Ｖ印加した場合、厚
みすべり方向に３μｍの変位を得ることができる。この
ように１ＫＨｚ程度でゆっくりと変形させ、５０ＫＨｚ
程度で急速に元の位置に戻すことにより、毎秒３ｍｍ程
度の速さで搬送物例えば紙を搬送させることができる。
従って、このように分極方向を逆転させることにより、
厚みすべり方向の変位を一段と大きくさせることができ
る。

【００２０】次に、上述した実施例の応用例について説
明する。図３は、圧電素子２の長さ方向の変位を利用し
たスロー＆クイック方式の搬送装置の例を示すものであ
る。この場合、圧電素子２の一端を基台５の側面に固定
し、他端の作用部２ａ側にレバー６を取付け、このレバ
ー６の一端に搬送物４を置くように配置することによ
り、Ｙ方向に搬送するようにしたものである。この場合
にも、移動体搬送制御手段により、図３（ｂ）では圧電
素子２の長さ方向にゆっくりと変形（伸び方向Ｙ）をさ
せ、図３（ｃ）ではその伸びと反対方向に急速に変形
（縮む方向Ｘ）させることにより、搬送物４をＹ方向に
移動させることができる。

【００２１】また、図４は、他の応用例を示すものであ
る。この場合、圧電素子２の作用部２ａにレバー７を取
付けることにより、図３とは逆方向に変位を拡大して搬
送物４を移動させることが可能となる。

【００２２】上述したように、移動体搬送制御手段を用
いて搬送物４を移動させることにより、紙のように比較
的軽量な移動体を搬送する装置の小型化、軽量化、低価
格化を図ることが可能となる。しかも、この場合、従来
よりも構成が単純な駆動機構を実現することが可能とな
る。

【００２３】次に、請求項２記載の発明の一実施例を図
５に基づいて説明する。ここでは、移動体搬送制御手段
の動作内容を変えたものである。すなわち、本実施例に
おける移動体搬送制御手段では、圧電素子２に厚みすべ
り振動モードを発生させると共に、基板１にその厚みす
べり振動モードに同期した定在波屈曲振動モードを発生
させることにより搬送物４を一方向に搬送させる働きが
ある。図５（ａ）は搬送台８上に置かれた搬送物４が圧
電素子２と接触する前の状態を示すものであり、図５
（ｂ）は移動体搬送制御手段の作用により圧電素子２の
作用部２ａを変形させ、搬送物４を一方向に移動させる
時の様子を示すものである。

【００２４】このようにして搬送させることにより、請
求項１記載の発明の実施例で述べた搬送物４の場合より
も比較的重い搬送物４においても確実に搬送させること
が可能となり、しかも、これにより従来に比べて装置の
小型化を図ることが可能となる。

【００２５】次に、請求項３，４記載の発明の一実施例
を図６及び図７に基づいて説明する。本実施例の場合に
も、請求項２記載の発明と同様に、移動体搬送制御手段
の動作内容を変えたものである。すなわち、基板１上に
は圧電素子２が少なくとも３個以上（ここでは、５個）
並べられており、これにより圧電素子群９を形成してい
る。この場合、移動体搬送制御手段は、圧電素子群９の
各圧電素子２に同時に振動を発生させることによりその
平面上で接する搬送物体４を一方向Ｙに搬送させ、これ
に次いで、その搬送方向Ｙとは逆方向Ｘに圧電素子２の
変形を、１個ずつ順次元の形へ復帰させる働きがある。

【００２６】図６（ａ）は圧電素子群９の駆動前の状態
を示し、図６（ｂ）はその駆動後の状態を示すものであ
り、作用部２ａの変形によりこの上部に置かれた搬送物
体４はＹ方向に移動する。その後、図６（ｃ）に示すよ
うに、駆動を解除し圧電素子２を１個ずつＸ方向に戻
す。この時、搬送物４は残りの動かない圧電素子２との
静摩擦係数により固定されている。このようにして全て
の圧電素子２を元の位置へ戻した後、再び、圧電素子群
９を同時に駆動して動かすことにより搬送物４をＹ方向
に移動させることができる。

【００２７】図７は、図６の応用例を示すものであり、
前述した図３の場合と同様に、長さ方向の変位を利用し
たものである。基台５の側面には各ブロック毎に圧電素
子群９が取付けられている。この場合、各ブロック毎に
圧電素子群９は搬送方向に少なくとも３個以上並べられ
て設けられており、上述した移動体搬送制御手段により
圧電素子群９を同時に駆動させ、１個ずつ復帰させるこ
とにより、搬送物４を移動させることが可能となる。

【００２８】上述したように、移動体搬送制御手段を用
いて圧電素子群９を同時に駆動させ、これに次いで、搬
送方向とは逆方向に１個ずつ圧電素子２を順次元の形へ
復帰させることにより、請求項１記載の発明よりもその
搬送力を確実にアップさせることが可能となる。しか
も、この場合、請求項２記載の発明よりも単純な構成と
なっているため、小型化、軽量化、低価格化をより一段
と図ることができる。

【００２９】また、本実施例においては移動体搬送制御
手段の中の搬送物体４を一方向に搬送させた後の処理に
おいて、圧電素子２を１個ずつ元の位置に復帰させてい
ったがこれに限るものではなく、その搬送方向とは逆方
向に圧電素子２の変形を、駆動される圧電素子２の数が
駆動されない圧電素子２の数を超えない範囲内で順次元
へ復帰させるように動作させても、前述した１個ずつ復
帰させる場合と同様な効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、両端が互いに平
行な平面とされこれら２平面に電極が形成されると共に
その電極の形成された平面に平行に分極された圧電素子
を設け、この圧電素子の一端を基板上に固定し他端を移
動体と接する作用部として配設し、前記圧電素子の電極
間に電圧を印加することにより前記作用部に第１振動方
向の速度とこの速度よりも小さな第２振動方向の速度と
を発生させ前記移動体を前記第２振動方向へ送る移動体
搬送制御手段を設けたので、従来よりも構成が単純な駆
動機構を実現することができ、しかも、これにより紙の
ように比較的軽量な移動体を搬送する装置の小型化、軽
量化、低価格化を図ることができるものである。

【００３１】請求項２記載の発明は、両端が互いに平行
な平面とされこれら２平面に電極が形成されると共にそ
の電極の形成された平面に平行に分極された圧電素子を
設け、この圧電素子の一端を基板上に固定し他端を移動
体と接する作用部として配設し、前記圧電素子に厚みす
べり振動モードを発生させると共に前記基板に前記厚み
すべり振動モードに同期した定在波屈曲振動モードを発
生させることにより前記移動体を一方向に搬送する移動
体搬送制御手段を設けたので、移動体を一方向に搬送す
るようにしたので、比較的重い移動体においても確実に
搬送することが可能となり、しかも、従来に比べて装置
の小型化を図ることができる。

【００３２】請求項３記載の発明は、両端が互いに平行
な平面とされこれら２平面に電極が形成されると共にそ
の電極の形成された平面に平行に分極された圧電素子を
少なくとも３個以上並べた圧電素子群を設け、この圧電
素子群の各圧電素子に同時に振動を発生させることによ
りその平面上で接する移動体を一方向に搬送させこれに
次いでその搬送方向とは逆方向に前記圧電素子の変形を
１個ずつ順次元の形へ復帰させる移動体搬送制御手段を
設けたので、請求項１記載の発明よりもその搬送力を確
実にアップさせることができ、しかも、請求項２記載の
発明よりも単純な構成となっているため、小型化、軽量
化、低価格化を図ることができるものである。

【００３３】請求項４記載の発明は、両端が互いに平行
な平面とされこれら２平面に電極が形成されると共にそ
の電極の形成された平面に平行に分極された圧電素子を
少なくとも３個以上並べた圧電素子群を設け、この圧電
素子群の各圧電素子に同時に振動を発生させることによ
りその平面上で接する移動体を一方向に搬送させこれに
次いでその搬送方向とは逆方向に前記圧電素子の変形を
駆動される圧電素子の数が駆動されない圧電素子の数を
超えない範囲内で順次元へ復帰させる移動体搬送制御手
段を設けたので、請求項３記載の発明と同様な効果を得
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の一実施例である搬送装置
の動作説明図である。

【図２】圧電素子の積層状態及びその電圧印加状態を示
す構成図である。

【図３】請求項１記載の発明の応用例を示すものであ
り、長さ方向の変位を利用したスロー＆クイック方式の
搬送装置の動作説明図である。

【図４】請求項１記載の発明の他の応用例を示す構成図
である。

【図５】請求項２記載の発明の一実施例である搬送装置
の動作説明図である。

【図６】請求項３記載の発明の一実施例である搬送装置
の動作説明図である。

【図７】請求項４記載の発明の一実施例である長さ方向
の変位を利用したスロー＆クイック方式の搬送装置の動
作説明図である。

【符号の説明】

１基板２圧電素子２ａ作用部３ａ，３ｂ電極４移動体９圧電素子群Ｘ第１振動方向Ｙ第２振動方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋淳一東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者加藤知己東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者秋山善一東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端が互いに平行な平面とされこれら２
平面に電極が形成されると共にその電極の形成された平
面に平行に分極された圧電素子を設け、この圧電素子の
一端を基板上に固定し他端を移動体と接する作用部とし
て配設し、前記圧電素子の電極間に電圧を印加すること
により前記作用部に第１振動方向の速度とこの速度より
も小さな第２振動方向の速度とを発生させ前記移動体を
前記第２振動方向へ送る移動体搬送制御手段を設けたこ
とを特徴とする搬送装置。
【請求項２】両端が互いに平行な平面とされこれら２
平面に電極が形成されると共にその電極の形成された平
面に平行に分極された圧電素子を設け、この圧電素子の
一端を基板上に固定し他端を移動体と接する作用部とし
て配設し、前記圧電素子に厚みすべり振動モードを発生
させると共に前記基板に前記厚みすべり振動モードに同
期した定在波屈曲振動モードを発生させることにより前
記移動体を一方向に搬送する移動体搬送制御手段を設け
たことを特徴とする搬送装置。
【請求項３】両端が互いに平行な平面とされこれら２
平面に電極が形成されると共にその電極の形成された平
面に平行に分極された圧電素子を少なくとも３個以上並
べた圧電素子群を設け、この圧電素子群の各圧電素子に
同時に振動を発生させることによりその平面上で接する
移動体を一方向に搬送させこれに次いでその搬送方向と
は逆方向に前記圧電素子の変形を１個ずつ順次元の形へ
復帰させる移動体搬送制御手段を設けたことを特徴とす
る搬送装置。
【請求項４】両端が互いに平行な平面とされこれら２
平面に電極が形成されると共にその電極の形成された平
面に平行に分極された圧電素子を少なくとも３個以上並
べた圧電素子群を設け、この圧電素子群の各圧電素子に
同時に振動を発生させることによりその平面上で接する
移動体を一方向に搬送させこれに次いでその搬送方向と
は逆方向に前記圧電素子の変形を駆動される圧電素子の
数が駆動されない圧電素子の数を超えない範囲内で順次
元へ復帰させる移動体搬送制御手段を設けたことを特徴
とする搬送装置。