JPH0669303B2

JPH0669303B2 - 超音波モータ用振動子

Info

Publication number: JPH0669303B2
Application number: JP63002327A
Authority: JP
Inventors: 修大西; 修冥加; 武志井上; 貞行高橋; 忠保内川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-01-07
Filing date: 1988-01-07
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPH01177882A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、超音波振動エネルギーを利用し、紙などの可
とう性を有するシートを動かす機能を有するモータに関
するものである。

（従来の技術）超音波モータ用振動子として、従来長手方向縦振動モー
ドと付随的に発生する屈曲振動モードを発生させる振動
子が提案されている。

従来型の振動子の一例を第４図に示す。第４図(a)は正
面図、第４図(c)は側面図である。これは共振状態の長
手方向縦振動１次モードと、付随的に発生する幅方向の
１次の屈曲振動モードを同時に励振する方法である。厚
さ方向に一様に分極した圧電セラミック板42の上下両面
に金属膜43を設け、それを弾性板41の底面に張り合わせ
ている。この振動子においては長手方向縦振動１次モー
ドの共振周波数が存在するが、金属電極43間にその共振
周波数の電気信号を入力することにより、共振状態の長
手方向縦振動１次モードと、付随的にではあるが幅方向
の屈曲振動が発生する。このとき振動子は第４図(b)，
(d)で表される変位分布を持つ定在波が励振される。こ
こで第４図(b)における45は長手方向縦振動１次モード
の変位分布、第４図(d)における46は幅方向の一次の屈
曲振動モードの変位分布を示す。

（発明が解決しようとする問題点）上記振動子を利用した超音波モータは、進行波を利用し
た超音波モータと比較して、速度、駆動力が大きいが、
実用化には不十分なものであった。

また、この方法では楕円振動の方向は常に一定であり、
紙の送行方向を変えることは出来なかった。

（問題点を解決するための手段）本発明は、弾性板の片側の主面全面に、弾性板の長手方
向に３分割される圧電素子を配置し、なおかつ長手方向
縦振動１次モードの共振周波数と、弾性板の長手方向お
よび幅方向に２本づつの節線を有する２次元屈曲振動の
共振周波数の差が、長手方向縦振動１次モードの共振周
波数の15％以下である超音波モータ用振動子である。

（作用）振動子を上記の構成とすることで、高速度・高駆動力の
超音波モータが実現できる。以下図面を参照しながら説
明する。

第１図(a)，(b)は本発明の振動子の基本構成図である。
弾性板11の底面全体を覆う様に３枚の圧電体12,13,14を
接着する。この様な振動子において中心部の圧電体12に
電圧を印加することにより長手方向縦振動１次モードを
励振することが出来る。長手方向縦振動１次モードのｘ
方向の変位分布を第１図(c)に示す。また端部の２枚の
圧電体13,14に電圧を印加することにより、長手方向お
よび幅方向に２本づつ節線を有する２次元屈曲振動を励
振することが出来る。この２次元屈曲振動の変化の様子
を第１図(d)に示す。ここで＋−はｚ方向に関する変位
の方向を表す。

さて、この様な振動子において、振動子の寸法を調整
し、長手方向縦振動１次モードの共振周波数と上記２次
元屈曲振動の共振周波数を一致させて、その周波数の高
周波電圧を圧電素子12,13,14に印加すれば、ｘ方向とｚ
方向の変位が共に最大となり、大きな楕円振動が発生す
る。これにより高速・高駆動力のモータを構成すること
が出来る。二つの共振周波数が一致していない場合で
も、十分接近していれば、一致している場合に及ばない
までもそれに近い特性が得られる。

また、本発明の振動子では長手方向縦振動１次モードは
中心部の圧電素子12で、２次元屈曲振動モードは端部の
圧電素子13,14で励振するため、それぞれに印加する電
圧間の位相を変えれば、長手方向縦振動１次モードと２
次元屈曲振動モードの位置関係も変化する。即ち楕円運
動の様相が変化する。したがって、印加電圧の位相によ
ってシートの送行方向や送行速度の調整が可能になる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明す
る。

第２図は本発明の振動子を用いた超音波モータの実施例
の一つを示す図で、これはシートフィーダ用超音波モー
タである。21はステンレスで作成された弾性板、22,23,
24はPZT圧電セラミック板、25は銀の焼付け電極であ
る。振動子の寸法は以下の通りである。弾性板21は長さ
88.7mm、幅18.5mm、厚さ1.5mm、圧電セラミック板22は
長さ56.5mm、幅18.5mm、厚さ0.5mm、圧電セラミック板2
3,24はそれぞれ長さ18mm、幅18.5mm、厚さ0.5mmであ
る。

このとき長手方向縦振動１次モードと屈曲振動モードの
共振周波数はそれぞれ26.3kHz,26.35kHzとなり共振周波
数の差は長手方向縦振動１次モードの共振周波数の約0.
2％である。

弾性板21上部に薄い紙28を載せ、直径15mmのステンレス
製ローラ26を弾性板21端面より10mmの位置におき、この
ローラ26で紙28を圧接した。焼付け電極25から圧電セラ
ミック板22に、26.3kHz最高3kV_ｐ−ｐ／cmの交流電界
を、また圧電セラミック板23,24には位相が90゜進んだ
交流電界を印加するとローラ26は矢印27の右方向、紙28
は矢印29の左方向に進んだ。逆に圧電セラミック板23,2
4に加える交流電界を90゜遅らせるとローラ20は矢印27
の左方向、紙28は矢印29の右方向に進んだ。

この様に、二つの共振周波数の差が長手方向縦振動１次
モードの共振周波数の１％以内にある振動子を用いた超
音波モータは従来の超音波モータに比べて約５倍の最高
駆動力が得られた。

前記実施例では二つの共振周波数の差が長手方向縦振動
１次モードの共振周波数の約0.2％であったが、二つの
共振周波数の差が長手方向縦振動１次モードの共振周波
数の15％以内である振動子を用いた超音波モータでは、
従来の超音波モータに比べて1.5倍以上の最高駆動力が
得られた。

第３図は回転モータとしての実施例の一つで、第２図の
紙を取り除き、弾性板31で直接ローラ36を回転させるも
のである。二つの共振周波数の差が長手方向縦振動１次
モードの共振周波数の15％以内である場合に、ローラの
圧接力を10kgとしたときに、従来よりある進行波を用い
た円輪形超音波モータに比べて３倍以上の最高トルクが
得られた。

（発明の効果）以上述べたように、本発明によれば超音波エネルギーを
利用した薄型高駆動力のモータが実現でき、例えばプリ
ンタ、ファクシミリ等の紙送り機構の超薄型化が図れる
といった長所を有し、工業的価値が多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)，(b)は本発明の基本構成図、第１図(c)，(d)
は変位分布、第２図と第３図は実施例構成図、第４図
(a)，(c)は従来型振動子の基本構成図、第４図(b)，(d)
は変位分布図である。図において、 11,21,31,41は弾性板、12,13,14は圧電素子、22,23,24,
32,33,34,42は圧電セラミック、25,35,43は銀の焼付け
電極、26,36はローラ、28は薄い紙、15,44は変位分布、
27,37はローラの回転方向、29は紙の進行方向をそれぞれ示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋貞行東京都港区芝５丁目33番１号日本電気株式会社内 (72)発明者内川忠保東京都港区芝５丁目33番１号日本電気株式会社内 (56)参考文献特開昭52−10975（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−33030（ＪＰ，Ａ) 信学技報Ｖｏｌ．87，Ｎｏ．５，（ＵＳ 87−５），1987年５月25日，Ｐ．29〜36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性板の片側の主面全面に、弾性板の長手
方向にわたって３つの圧電素子が配置され、なおかつ長
手方向縦振動１次モードの共振周波数と、弾性板の長手
方向および幅方向に２本づつ節線を有する２次元屈曲振
動の共振周波数の差が、長手方向縦振動１次モードの共
振周波数の15％以下である超音波モータ用振動子。