(57)【要約】【課題】  低コスト且つ容易に取扱える圧電アクチュエータとそれを利用したシート搬送装置を提供する。【解決手段】  厚み方向に分極されるとともに対向する主表面の一対に駆動電極を備えた、主表面の形状が正方形である板状の圧電振動子を用い、圧電振動子の一角を形成する２つの側面にそれぞれ１つの回転子が圧着され、回転子は圧電振動子の面広がり振動を利用して互いに対して逆方向へ同時に回転する。【発明の効果】  圧電アクチュエータの構造が極めて単純で、製造コストの低減が図れる。また、位相差駆動等の複雑な操作を行わないため、取り扱いも容易である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と回転子からなる圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電振動子は、正方形の主表面を有した圧電セラミック板からなり、厚み方向に分極されるとともに対向する主表面に駆動電極が形成されており、
前記圧電振動子は支持体によって支持され、
前記圧電振動子の角部を形成する側面に前記回転子が圧着されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記回転子において、前記圧電振動子の角部を形成する２つの側面にそれぞれ１つの回転子が圧着され、前記圧電振動子の面広がり振動によって、前記２つの回転子は逆方向へ同時に回転することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記圧電振動子と前記回転子との圧着部において、前記圧電振動子側面に耐磨耗材を具備して、前記圧電振動子と前記回転子が前記耐磨耗材を介して圧着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記２つの回転子は２本の回転ローラ対であり、前記圧電振動子により前記ローラ対を回転させて、前記ローラ対でシート状の物を挟持搬送することを特徴とする請求項１から請求項３に記載の圧電アクチュエータを有したシート搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータとそれを利用したシート搬送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の超音波振動を利用した圧電アクチュエータ（超音波モータ）は、一般的な電磁モータと比較して、減速ギアを用いずとも低速且つ高トルクが得られること、速い応答性、電源を切っても保持力を持ち続けるなどのメリットがある。このことから近年、注目されて、開発も進んでいる。
【０００３】
従来の圧電アクチュエータは、正逆方向制御が求められることが多く、正逆方向制御を行うために、位相差駆動の単一結合振動モード（詳細は、特許文献１参照）や、単相電源で駆動された２つの異なる結合振動モードを利用した振動モード（詳細は、非特許文献１参照）などの複雑な振動モードを利用した駆動方式であった。
【特許文献１】特開平５−０９１７６４号公報
【非特許文献１】深海龍夫他、「超音波モーター駆動用圧電振動子」、電子情報通信学会 技術研究報告  EMD2006-5〜15 [機構デバイス]、２００６年６月３０日、Vol.106, No.130, p.13-16
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、紙やカードの搬送等は、単方向動作のみが要求されるため、正逆方向制御を行う必要はない。従って、それらの用途においては、単一方向のみに駆動するような簡素な動作をする圧電アクチュエータで充分である。
【０００５】
さらに、複雑な振動モードで駆動するために従来の圧電アクチュエータは、圧電セラミックスと金属との複合構造で形成され、一般的な電磁モータよりも製造コストが大幅にかかってしまう。また、複雑な振動モードで駆動されるため、圧電アクチュエータの構造が複雑化し、その駆動方式も取扱い易いものではなかった。従って、それらの簡素な動作を要求する用途においては、より簡単な構造で、複雑な制御を行わずに容易に取扱える圧電アクチュエータが求められている。
【０００６】
本発明は、圧電アクチュエータの構造に関するものであり、低コスト且つ容易な取扱いで駆動可能な圧電アクチュエータとそれを有したシート搬送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電振動子と回転子からなり、その圧電振動子は、正方形の主表面を有した圧電セラミック板で、厚み方向に分極されるとともに対向する主表面に駆動電極が形成され、また、圧電振動子は支持体によって支持される。その圧電振動子の角部を形成する側面に回転子が圧着されることによって上記の課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧電アクチュエータの構造が極めて単純なため、製造コストの低減が図れる。また、位相差駆動等の複雑な操作を行わないため、取扱いも容易である。
【０００９】
さらに、本発明の圧電アクチュエータでは、圧電振動子の面広がり振動を利用するため、２つの回転子を同時に駆動することが可能で、バランスの良い圧着構造を得ることができる。また、圧電振動子と回転子の間に対磨耗材を設けても面広がり振動への影響は少ないため、圧電振動子の磨耗を防止した圧電アクチュエータも提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータによれば、主表面形状が正方形である圧電振動子を用い、前記圧電振動子の厚み方向に分極されるとともにその対向する主表面の一対に駆動電極を設ける。前記圧電振動子の一角を形成する２つの側面に回転子をそれぞれ１つ圧着させる。さらに、前記圧電振動子と前記回転子の間の圧着部において、前記２つの側面に圧電振動子の磨耗防止用の耐磨耗材を設ける。
【実施例】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１に本発明の圧電アクチュエータを構成する圧電振動子の斜視図を示す。本発明の圧電アクチュエータにおいては、主表面形状が正方形の圧電振動子１を用いる。正方形圧電板の面広がり振動を利用する圧電振動子は構造が最も単純でありながら強力な振動が得られる振動子として周知である。圧電振動子１において、圧電振動子１の対向する主表面に一対の駆動電極２が設けられており、圧電振動子１の厚み方向（図示矢印Ｐ方向）に分極される。圧電材料は電力的に取り扱えるチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ系）圧電セラミックスを用いればよい。本実施例においては、圧電振動子１の主表面の一辺の長さを１８ｍｍ、厚みを２.５ｍｍとし、面広がり振動の基本モードの共振周波数は約１００ｋＨｚとなる。
【００１２】
図２は圧電振動子１の面広がり振動の基本モードの変位図である。各点の変位は主表面と平行する面内にある。図３は図２から抽出された圧電振動子１の側面各点の振幅と振動方向の分布である。図３の斜線の長さは、圧電振動子１の側面各点の振幅を表す。なお、図３では中心対称の１／４部分のみが表示されている。解析より、圧電振動子１の角部近傍（図示位置a）で変位が大きく、変位方向は側面に対して傾斜することが分かる。したがって、図４に示すように、回転子３を圧電振動子1の角部側面に圧着させると、圧電振動子1が回転子３に斜め方向の推力を与えて、回転子３を回転させることができる。また、圧電振動子１の振動方向は対角線に対して対称に分布するため、圧電振動子1の一角の両側のそれぞれに圧着させた２つの回転子3へ与えらる推力の傾斜方向は逆となる。従って、２つの回転子３は互いに対して逆方向に回転する。
【００１３】
このとき、圧電振動子１と回転子３が圧着する角部の対角部に圧着治具４を用いて圧着力を印加すれば、圧着治具４からの圧着力によって圧電振動子１と回転子３の構造的なバランスを取ることは容易である。ここで、圧着治具４の圧電振動子１への機械的拘束を低減するために、圧電振動子１と圧着治具４の間に緩衝用ゴム５を介す方が望ましい。なお、本実施例では圧着治具４を回転子３と圧電振動子１とが圧着する角部の対角部に設けたが、構造のバランスが保てるのならばどの位置でも、また複数設けても良い。
【００１４】
圧電セラミックスの圧電振動子１は磨耗に対して弱く、回転子３を直接圧着させることは望ましくない。そこで、図５に本発明の圧電アクチュエータの第２の実施例の平面図を示す。第１の実施例と異なる点は、圧電振動子１と回転子３との圧着部において、圧電振動子１の側面に圧電振動子１の磨耗防止のための耐磨耗材7が形成されていることである。その他の箇所は第１の実施例と同じである。耐磨耗材７はアルミナセラミックやSiCセラミックを用いればよい。検証結果より、耐磨耗材７のサイズが小さい場合には、圧電セラミック振動子１の面広がり振動への影響が少ない。よって、駆動力にも問題なく、圧電振動子１の磨耗を防止することができる。
【００１５】
図６は本発明の圧電アクチュエータを用いたシート搬送装置の構造例である。２本の平行配置の回転ローラ３１において、回転ローラ３１の両端がベアリング（図示せず）に固定され、一対の摩擦駆動輪３が各回転ローラ３１の片端に同軸固定され、その他の部分には一対のチューブ状ゴムローラ３２が取り付けられている。摩擦駆動輪３は磨耗に強いリング状のアルミナセラミックやＳｉＣセラミックを用いれば良い。圧電振動子１の一角の両側に２つの摩擦駆動輪３を圧着させると、一対の回転ローラ３１が互いに対し逆方向（図示矢印の方向）へ回転するので、２つのゴムローラ３２も同時に互いに対し逆方向へ回転する。  この場合、２つのゴムローラ３２の間に、紙やカードなどのシート状搬送物６を挟めば、シート状搬送物６を単方向へ挟持搬送することができる。
【００１６】
また、従来の電磁モータ駆動のシート搬送装置では、１つのローラのみが駆動して、対向するもう一つのローラはシートにつられて回転するというものであった。それに対して、本発明のシート搬送装置では、一つの圧電振動子１で２つのローラ３を同時に駆動するので、シート状搬送物６の上下両側から搬送トルクを与えることができ、バランスの良い圧着構造が得られる。従って、シート状搬送物６をバランス良く挟持搬送することが可能である。特に、シート状搬送物６が厚いまたは柔らかい場合には、顕著な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の圧電アクチュエータを構成する圧電振動子の斜視図。
【図２】圧電振動子の１次広がりモードの変位分布図。
【図３】圧電振動子側面の各点の振動方向と振幅の分布図。
【図４】本発明の圧電アクチュエータの第１の実施例の平面図。
【図５】本発明の圧電アクチュエータの第２の実施例の平面図。
【図６】本発明の圧電アクチュエータを用いたシート搬送装置の構造例。
【符号の説明】
【００１８】
１：圧電振動子
２：駆動電極
３：回転子、摩擦駆動輪
４：圧着治具
５：緩衝用ゴム
６：シート状搬送物
７：耐磨耗材
３１：回転ローラ
３２：ゴムローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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