JPH01177882A

JPH01177882A - 超音波モータ用振動子

Info

Publication number: JPH01177882A
Application number: JP63002327A
Authority: JP
Inventors: Osamu Onishi; 修大西; Osamu Myoga; 修冥加; Takeshi Inoue; 武志井上; Sadayuki Takahashi; 高橋　貞行; Tadayasu Uchikawa; 内川　忠保
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-01-07
Filing date: 1988-01-07
Publication date: 1989-07-14
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPH0669303B2

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】（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が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４
３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本づつ節線な有する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
こで十−は２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２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相関係も変化する。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
付は電極である。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
は電極２５から圧電セラミック２２に、２６．３ｋＨｚ
最高３ｋＶ、Ｐ／ｃｍの交流電界を、また圧電セラミッ
ク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２３．２４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）、　（ｅ）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は銀の焼付は電極
、２６．３６はローラ、２８は薄い紙、１５゜必は変位
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。

Claims

【特許請求の範囲】

　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。