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技術 紙葉類搬送装置

出願人 MUTOHホールディングス株式会社
発明者 富川義朗高野剛浩
出願日 1994年5月9日 (26年1ヶ月経過) 出願番号 1994-119502
公開日 1995年11月21日 (24年7ヶ月経過) 公開番号 1995-304534
状態 特許登録済
技術分野 用紙の取扱い ベルト、ローラ以外の手段による供給 機械的振動の発生装置
主要キーワード 超音波利用 最小作用 駆動信号周波数 搬送速度データ 縮退モード 平均搬送速度 合成振動 複合振動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年11月21日)のものです。
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図面 (13)

目的

超音波振動子異形縮退モードを利用して良好なグリップ状態を得て効率のよい滑らかな搬送を可能とした紙葉類搬送装置を提供する。

構成

搬送すべき用紙4の面に平行で搬送方向に直交する支持軸2に円板状をなす第1〜第4の超音波振動子31〜34が配列されて取り付けられる。第1の振動子31と第2の振動子32が対をなして左端部に、第3の振動子33と第4の振動子34が対をなして右端部に配置されて、それぞれ駆動源81〜84により異形縮退モードの楕円運動を生じさせるべく駆動される。第1及び第4の振動子31,34の楕円運動は互いに同位相となり、第2及び第3の振動子32,33の楕円運動がこれに対して180°の位相差を持つように駆動される。

概要

背景

プリンタ複写機等の紙送り機構として一般に、モータの回転を減速機構を介してゴムローラに伝達する方式が用いられる。最近これに代わって、超音波振動子定在波を利用する搬送技術が提案されている。その動作原理は、超音波振動子の二つの直交する振動の合成によりある特定点楕円運動を発生させ、この楕円運動を摩擦力に変換して紙葉類推進するものである。具体的な動作方式としては、二つの屈曲振動を合成する同形縮退モード径方向伸縮と面内屈曲(あるいは縦振動屈曲)を合成する異形縮退モード、2個の振動子を直交配置してそれらの合成振動を得る複合振動モード等がある。

異形縮退モードを利用する超音波搬送装置として、例えば特開平2−215629号公報、特公平5−88676号公報等が提案されている。

概要

超音波振動子の異形縮退モードを利用して良好なグリップ状態を得て効率のよい滑らかな搬送を可能とした紙葉類搬送装置を提供する。

搬送すべき用紙4の面に平行で搬送方向に直交する支持軸2に円板状をなす第1〜第4の超音波振動子31〜34が配列されて取り付けられる。第1の振動子31と第2の振動子32が対をなして左端部に、第3の振動子33と第4の振動子34が対をなして右端部に配置されて、それぞれ駆動源81〜84により異形縮退モードの楕円運動を生じさせるべく駆動される。第1及び第4の振動子31,34の楕円運動は互いに同位相となり、第2及び第3の振動子32,33の楕円運動がこれに対して180°の位相差を持つように駆動される。

目的

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、超音波振動子の異形縮退モードを利用して良好なグリップ状態を得て、効率のよい滑らかな搬送を可能とした紙葉類搬送装置を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

円板状をなす超音波振動子交流駆動して径方向伸縮振動とこれと直交する方向の面内屈曲振動との合成により、搬送すべき紙葉類に接する質点楕円運動を生じさせ、この楕円運動を摩擦力に変換して紙葉類を搬送する装置であって、搬送すべき紙葉類の紙面に平行で且つ搬送方向と直交する方向に配設された支持軸と、この支持軸上に配列されてそれぞれ外周上の特定点を質点として前記紙葉類を介して対向部材に対向させた第1,第2,第3及び第4の超音波振動子と、両外側に配置された第1及び第4の超音波振動子の楕円運動が互いに同位相となり、内側に配置された第2及び第3の超音波振動子の楕円運動がこれに対して180°の位相差を持つようにこれらの振動子を交流駆動する駆動手段とを有することを特徴とする紙葉類搬送装置

請求項2

前記第1の超音波振動子と第2の超音波振動子、及び前記第3の超音波振動子と第4の超音波振動子は、それぞれの間が絶縁性振動吸収部材を介して接合されて一体化されていることを特徴とする請求項1記載の紙葉類搬送装置。

請求項3

前記対向部材がローラーであることを特徴とする請求項1記載の紙葉類搬送装置。

請求項4

前記対向部材が、前記第1,第2,第3及び第4の超音波振動子にそれぞれ対向して配置されて、対向するもの同士の質点の楕円運動が互いに逆回転となるように交流駆動される第5,第6,第7及び第8の超音波振動子であることを特徴とする請求項1記載の紙葉類搬送装置。

技術分野

0001

本発明は、円板状の超音波振動子を用い、その定在波を利用した摩擦力により紙葉類を搬送する紙葉類搬送装置に関する。

背景技術

0002

プリンタ複写機等の紙送り機構として一般に、モータの回転を減速機構を介してゴムローラに伝達する方式が用いられる。最近これに代わって、超音波振動子の定在波を利用する搬送技術が提案されている。その動作原理は、超音波振動子の二つの直交する振動の合成によりある特定点楕円運動を発生させ、この楕円運動を摩擦力に変換して紙葉類を推進するものである。具体的な動作方式としては、二つの屈曲振動を合成する同形縮退モード径方向伸縮と面内屈曲(あるいは縦振動屈曲)を合成する異形縮退モード、2個の振動子を直交配置してそれらの合成振動を得る複合振動モード等がある。

0003

異形縮退モードを利用する超音波搬送装置として、例えば特開平2−215629号公報、特公平5−88676号公報等が提案されている。

発明が解決しようとする課題

0004

定在波を利用した異形縮退モードの超音波搬送では、楕円運動一回転中の例えば、0≦ωt≦π/2及び、3π/2≦ωt≦2πの範囲でのみ超音波振動子の質点が用紙に接触して摩擦力が作用する。それ以外の摩擦力が反送り方向となる時間帯は用紙はフリー(ノングリップ)状態となって慣性力で送られる。超音波振動子は通常スプリング等により用紙側に加圧されるが、超音波振動子の駆動周波数が高いためにスプリングの押圧力は振動子の楕円運動に追随できず、反送り方向ではノングリップとなるのである。このため、用紙送りの効率が悪く、また送り量がばらついて真っ直ぐに送れないといった問題があった。

0005

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、超音波振動子の異形縮退モードを利用して良好なグリップ状態を得て、効率のよい滑らかな搬送を可能とした紙葉類搬送装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、円板状をなす超音波振動子を交流駆動して径方向の伸縮振動とこれと直交する方向の面内屈曲振動との合成により搬送すべき紙葉類に接する質点に楕円運動を生じさせ、この楕円運動を摩擦力に変換して紙葉類を搬送する装置であって、搬送すべき紙葉類の紙面に平行で且つ搬送方向と直交する方向に配設された支持軸と、この支持軸上に配列されてそれぞれ外周上の特定点を質点として前記紙葉類を介して対向部材に対向させた第1,第2,第3及び第4の超音波振動子と、両外側に配置された第1及び第4の超音波振動子の楕円運動が互いに同位相となり、内側に配置された第2及び第3の超音波振動子の楕円運動がこれに対して180°の位相差を持つようにこれらの振動子を交流駆動する駆動手段とを有することを特徴としている。

0007

本発明において、互いに逆相で駆動される第1の超音波振動子と第2の超音波振動子、及び第3の超音波振動子と第4の超音波振動子は、それぞれ間が絶縁性振動吸収部材を介して接合して一体化してユニット構成とし、二つのユニット所定間隔で配置することができる。あるいはこれら第1〜第4の超音波振動子を等間隔を以て配列することもできる。また、第1〜第4の超音波振動子に対向する対向部材は、ローラーであってもよいし、あるいは第1,第2,第3及び第4の超音波振動子にそれぞれ対向して配置されて、対向するもの同士の質点の楕円運動が互いに逆回転となるように交流駆動される第5,第6,第7及び第8の超音波振動子であってもよい。

0008

本発明によると、4個の超音波振動子のうち、第1の超音波振動子とこれに隣接する第2の超音波振動子は、一方が紙葉類に摩擦力を作用しているグリップ状態の時、他方はノングリップ状態という関係にあり、これが交互に繰り返されて全体として優れたグリップ状態が得られる。第4の超音波振動子とこれに隣接する第3の超音波振動子についても、同様である。従って効率のよい紙葉類の搬送が可能になり、またばらつきの少ない滑らかな搬送が可能になる。

0009

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図1は、本発明の一実施例に係る用紙搬送装置概略構成を示す。枠体1には、搬送すべき用紙4の面に平行で搬送方向(図の紙面に垂直な方向)に直交するように支持軸2が取り付けられ、この支持軸2に円板状をなす第1〜第4の超音波振動子31〜34が配列されて取り付けられている。第1の超音波振動子31と第2の超音波振動子32が対をなして、図の紙幅方向左側端部に配置され、第3の超音波振動子33と第4の超音波振動子34が対をなして、図の紙幅方向右端部に配置されている。

0010

第1〜第4の超音波振動子31〜34は、それぞれ駆動源81〜84により、径方向の伸縮振動とこれと直交する方向の面内屈曲振動との合成により用紙4に接する質点に楕円運動を生じさせるように交流駆動される。その具体的な駆動方式は後述する。第1〜第4の超音波振動子31〜34のうち、左外側の第1の振動子31とこれに隣接する内側の第2の振動子32は、絶縁性の振動吸収部材91を介して一体化されて一つの振動子ユニットを構成し、同様に右外側の第4の振動子34とこれに隣接する内側の第3の振動子33は、絶縁性の振動吸収部材92を介して一体化されてもう一つの振動子ユニットを構成している。

0011

これら第1〜第4の超音波振動子31〜34が用紙4を介して対向する対向部材として、この実施例では、枠体1に取り付けられた別の支持軸5に支持された左右一個ずつのローラー6,7が用いられている。ローラー6,7は支持軸に回転自在に取り付けられている。これらのローラー6,7は、第1〜第4の超音波振動子31〜34による用紙搬送の為の振動を吸収しないように、硬いものが好ましく、例えば金属製とする。

0012

第1〜第4の超音波振動子31〜34は、例えば図2に示すように、円板状(リング状)の圧電セラミックスにその厚み方向に分極処理を施して、両面に扇型の4分割電極を形成したものである。この振動子の外周の特定点Aを用紙に接触させる質点とし、この質点Aを通る径方向の二つの電極を例えば、cos ωtなる交流信号で駆動し、これらと直交する方向の二つの電極をsin ωt、−sin ωtなる互いに逆相の交流信号で駆動する。このとき、振動子には、質点Aを含む径方向に実線矢印A1,B1及び破線矢印A2,B2で示される伸縮振動((R,1)モード振動)が生じ、この伸縮振動と直交する方向に実線矢印C1,D2及び破線矢印C2,D2で示す面内屈曲振動((1,1)モード振動)が生じる。これらの振動の位相差は、駆動信号の位相差と同じ90°であって、両振動の合成により質点Aは楕円運動をすることになる。

0013

この実施例における第1〜第4の超音波振動子31〜34の具体的な駆動方式は、次の通りである。図1の左端部でユニットを構成する第1の超音波振動子31と第2の超音波振動子32に着目すると、これらは駆動源81と82により互いに180°位相がずれた交流信号で駆動される。言い換えれば、第1の超音波振動子31が発生する楕円運動と、第2の振動子32が発生する楕円振動とは互いに180°位相がずれたものとなる。

0014

右側端部でユニットを構成する4の超音波振動子84と第3の超音波振動子83の関係も同様であり、右外側の第4の超音波振動子34は左外側の第1の超音波振動子31と同位相の楕円振動を発生し、内側の第3の超音波振動子83と第2の超音波振動子82は同位相の楕円振動を発生する。従って実際上、図1における駆動源81〜84の内、駆動源82と83は一つにまとめ、駆動源81と84は一つにまとめることができる。

0015

図3(a),(b)はそれぞれ、第1及び第4の超音波振動子31,34と第2及び第3の超音波振動子32,33の各4分割電極への駆動信号の相互位相関係を示している。第1及び第4の超音波振動子31,34の伸縮振動のための2電極にはcos ωt、面内屈曲振動のため2電極にはそれぞれsin ωt、−sin ωtなる信号が与えられる。第2及び第3の超音波振動子32,33の伸縮振動のための2電極にはcos (ωt−π)、面内屈曲振動のため2電極にはそれぞれsin (ωt−π)、−sin (ωt−π)なる信号が与えられる。

0016

このとき、第1及び第4の超音波振動子31,34の質点Aと、第2及び第3の超音波振動子32,33の質点Bの楕円運動はそれぞれ、図4(a),(b)のようになる。図示のように質点A,Bの楕円運動は、互いに180°位相がずれている。従ってこの実施例によると、外側の第1及び第4の超音波振動子31,34が用紙4をグリップしている間、内側の第2及び第3の超音波振動子32,33はノングリップ状態となり、内側の第2及び第3の超音波振動子32,33が用紙4をグリップしている間、外側の第1及び第4の超音波振動子31,34はノングリップ状態となる、という動作が繰り返される。

0017

図5(a)は、外側の第1及び第4の超音波振動子31,34による搬送速度波形を示し、図5(b)は、内側の第2及び第3の超音波振動子32,33による搬送速度波形を示している。これらは、相対的にsin ωt、sin (ωt−π)で表される面内屈曲振動波形をそれぞれ微分して得られるcos ωt、cos (ωt−π)なる波形となっている。図5(a)に示す0〜2πの楕円運動一周期中、第1及び第4の超音波振動子31,34は、0≦ωt≦π/2及び3π/2≦ωt≦2πにおいて用紙4を搬送し、第2及び第3の超音波振動子32,33は、残りの期間π/2≦ωt≦3π/2において用紙4を搬送する。

0018

以上のようにこの実施例によれば、4個の超音波振動子を用いて、2個ずつ対を構成して、各対が交互に用紙をグリップするように駆動することにより、全体として高い搬送効率が得られる。また搬送のばらつきが低減されて滑らかな用紙搬送が可能になる。

0019

図6は、この実施例の効果を裏付けるデータである。これは、図1に示す4個の超音波振動子31〜34による楕円運動の位相関係を種々選択し、且つ駆動信号周波数可変して搬送速度を求めた結果である。(0,180,180,0)が、第1、第4の超音波振動子31,34の楕円運動の位相0°のとき、第2、第3の超音波振動子32,33の楕円運動の位相を180°とした上述した実施例に相当する場合である。他の位相関係に設定した場合に比べて、明らかに高い搬送速度が得られている。例えば、全ての超音波振動子を同相で駆動した(0,0,0,0)の例と比べて、およそ20%程度の送り速度向上が認められる。これは滑り減少の結果である。

0020

図7を参照して、従来例と実施例の搬送速度の関係を説明する。ここで従来例は、例えば図1の構成において、4個の超音波振動子31〜34をその楕円運動が全て同相となるように駆動した場合、即ち図6のデータでいえば、(0,0,0,0)の場合である。

0021

図7(a)に示す従来例では、用紙に対して作用速度が得られるのは、前述のように楕円運動一周期中、0≦ωt≦π/2及び3π/2≦ωt≦2πの期間であり、これらの期間での平均作用速度Vmean1 は、最大作用速度Vmax として、下記数1で表される。

0022

Vmean1 =0.637×Vmax

0023

最小作用速度はVmin =0であり、ノングリップの期間慣性力が作用することから、楕円運動一周期の平均作用速度Vmean2 は、およそ下記数2となる。

0024

Vmean2 =Vmean1 /2〜Vmax /π

0025

これに対して、図7(b)に示す実施例の場合、最小作用速度はVmin =0であるが、実線で示すcos ωtの作用速度とcos (ωt−π)の作用速度が交互に補償し合う形になり、楕円運動一周期での平均作用速度Vmeanは、下記数3で表される。

0026

Vmean=0.637×Vmax〜2Vmax /π

0027

いま、楕円運動1周期中の平均作用速度に対する速度変動率を、プラス側速度変動率=(最大作用速度−平均作用速度)/平均作用速度と定義し、マイナス側速度変動率=(最小作用速度−平均作用速度)/平均作用速度と定義する。そうすると、図7(a)の従来例の場合、速度変動率は下記数4となる。

0028

プラス側速度変動率={(Vmax −Vmean2 )/Vmean2 }×100
=(π−1)×100
=+214[%]
マイナス側速度変動率={(Vmin −Vmean2 )/Vmean2 }×100
=(0−1)×100
=−100[%]

0029

これに対して、図7(b)の実施例の場合には、速度変動率は下記数5のようになる。

0030

プラス側速度変動率={(Vmax −Vmean)/Vmean}×100
=(π/2−1)×100
=+57[%]
マイナス側速度変動率={(Vmin −Vmean)/Vmean}×100
=(0−1)×100
=−100[%]

0031

以上の比較結果からも明かなように、この実施例によれば搬送速度変動率も小さくなり、優れた搬送性能が得られる。

0032

図8は、本発明の別の実施例の用紙搬送装置を示す。図1の実施例と対応する部分には図1と同一符号を付して詳細な説明は省く。この実施例においては、第1,第2,第3及び第4の超音波振動子31,32,33及び34に対向する部材として、ローラーに代わってそれぞれ、第5,第6,第7及び第8の超音波振動子35,36,37及び38が配置されている。第5の超音波振動子35と第6の超音波振動子36の間、及び第7の超音波振動子37と第8の超音波振動子38の間は、絶縁性の振動吸収部材93,94により接合されて、それぞれ振動子ユニットとして一体化されている。

0033

第5,第6,第7及び第8の超音波振動子35,36,37及び38は、それぞれ対向する第1,第2,第3及び第4の超音波振動子31,32,33及び34と同じ駆動信号が供給されて、用紙4を挟んで上下から同様の搬送力が用紙4に与えられる。その様子を図3及び図4に対応させて、図9及び図10に示す。

0034

第1及び第4の超音波振動子31,34の質点Aと、これに対向する第5及び第8の超音波振動子35,38の質点Cとは、互いに逆方向回転の楕円運動を発生して用紙4に同方向搬送力として作用する。同様に、第2及び第3の超音波振動子32,33の質点Bと、これに対向する第6及び第7の超音波振動子36,37の質点Dとは、互いに逆方向回転の楕円運動を発生して用紙4に同方向搬送力として作用する。この実施例によっても、高性能搬送が可能になる。

0035

以上の実施例では、超音波振動子として4分割電極型を用いたが、本発明はこれに限られない。例えば、図11(a)に示す2分割電極型、同図(b)に示す8分割電極型、同図(c)示すに12分割型電極構造を用いた超音波振動子を用いることができる。これらの超音波振動子を用いても、異形縮退モードの楕円振動を生じさせることができ、従って実施例と同様の交流駆動の組み合わせによって、搬送性能の向上を図ることができる。

0036

また実施例では、第1の超音波振動子31と第2の超音波振動子32を対とし、同様に第3の超音波振動子33と第4の超音波振動子34を対として、これらの対をユニットとして一体化した場合を示した。しかし、これら4個の超音波振動子は、実施例に述べたように外側の第1、第4の超音波振動子31,34による楕円運動が互いに同相で、内側の第2、第3の超音波振動子32,33の楕円運動がこれに対して180°位相がずれるという位相関係を満たせばよく、例えば図12に示すように、等間隔に配列してもよい。図12では各超音波振動子31〜34に対向してローラー61,62,71,72を配置したが、図8の実施例と同様にローラーに代わって超音波振動子を用いることができる。また、図1図12に示す超音波振動子とローラーの上下関係は逆であってもよい。

発明の効果

0037

以上述べたように本発明によれば、対をなす超音波振動子の一方が紙葉類に摩擦力を作用しているグリップ状態の時、他方はノングリップ状態という関係にある2対4個の超音波振動子を用いて、搬送すべき紙葉類に対して優れたグリップ状態を得て、ばらつきの少ない高性能の搬送を可能とした超音波利用の搬送装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明の一実施例に係る搬送装置の概略構成を示す。
図2同実施例の超音波振動子の構成を示す。
図3同実施例による超音波振動子駆動の様子を示す。
図4同実施例による超音波振動子の楕円運動の様子を示す。
図5同実施例による搬送速度パターンを示す。
図6同実施例による搬送速度データを従来例と比較して示す。
図7同実施例による平均搬送速度を従来例と比較して示す。
図8本発明の別の実施例による搬送装置の概略構成を示す。
図9同実施例による超音波振動子駆動の様子を示す。
図10同実施例による超音波振動子の楕円運動の様子を示す。
図11本発明に利用できる他の超音波振動子の構成を示す。
図12本発明の更に別の実施例の搬送装置の構成を示す。

--

0039

1…枠体、2,5…支持軸、31…第1の超音波振動子、32…第2の超音波振動子、33…第3の超音波振動子、34…第4の超音波振動子、4…用紙、6,7…ローラー、81,82,83,84…駆動源、35…第5の超音波振動子、36…第6の超音波振動子、37…第7の超音波振動子、38…第8の超音波振動子。

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