JPH01110446A - シート材搬送装置 - Google Patents

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、ＯＡ機器その他において紙やカードなどのシ
ート材を搬送するシート材搬送機構に関する。

〔従来の技術〕

ＯＡ機器その他においてシート材、例えば紙を搬送する
機構は、従来、ステッピングモータなどの電動モータに
より減速歯車やタイミングベルトを介して紙送りローラ
（プラテンローラ）を回転させ紙を搬送する方式がほと
んどである。

これらの機構においては、動力伝達系が複雑となりｙ装
置全体の小型軽量化や低コスト化にとつて大きな障害と
なっている。

この問題を解決するための一つの手段として。

特開昭６１−５１４３５に見られるように、電歪素子を
交流電源で駆動して得られる振動により、従動ローラに
挟まれたシート材を直接搬送する機構が提案されている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の従来技術のシート材搬送機構では、シー
ト材と接触する振動子先端が鋭角にそがれた形状になっ
ており、その先端でシート材を蹴り出して駆動する動作
原理であるため、振動子先端の摩耗等により搬送力が低
下し、長期間安定した搬送力が得られないという問題が
あった。したがって、耐久性・信頼性の面で問題が残さ
れている。

そこで１本発明の目的は、耐久性・信頼性を備えた新規
なシート材搬送装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は、振動駆動ユニット先端の駆動ヘ
ッドとシート材との間の摩擦係数μｍを。

シート材をはさんで対向する位置に配設される従動ロー
ラとシート材との間の摩擦係数μ２より小となるように
、該駆動ヘッドと該従動ローラとの材質、表面粗さの少
なくともいずれかを選択することで達成できる。

〔作用〕

振動駆動ユニットに交流電圧を印加することによって振
動ヘッドのシート材との当接面には微小な周回軌跡の振
動が発生し、この振動はシート材を伝搬して従動ローラ
側に伝達される。この伝達によって、従動ローラが回動
し、この回動の際のシート材との摩擦力によってシート
材は従動ローラの回動力向の接続方向に進行する。振動
ヘッドとシート材に働く摩擦力は、この進行を阻止する
作用を有するが、従動ローラ側の摩擦力が大きいので、
シートは従動ローラの回動に追従して、その接線方向に
安定的に搬送される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の第一の実施例を示した図である。

図において、１は紙あるいはカードなどの搬送されるシ
ート材、２は前記シート材を案内するための案内板で一
部開口を設けである。

さらに３は振動を発生してその振動によりシート材を駆
動する振動駆動ユニットで、圧電素子（あるいは電歪素
子）４、前記圧電素子４を取付ける台座５．前記圧電素
子４の振動を伝達する振動子６、さらに前記振動子６の
先端に設けられて前記シート材１に接触して駆動する駆
動ヘッド７から構成され、前記圧電素子４の振動方向又
は前記シート材１の表面に対し斜めになるように配置さ
れている。

なお前記圧電素子４は、印加電圧の低電圧化を図るため
通常は積層圧電素子を用い１台座５と振動子６との固定
は接着するか、または圧電素子に穴を明はボルトを貫通
させて締め付ける方法を取る。また、前記振動子６は、
前記圧電素子４の振動方向Ｘには剛性が高く、振動と直
交方向Ｙには弾性変形するような平行板バネ構造になっ
ている。

なお、圧電素子４を含む構造系のＸ方向の機械的共振周
波数ｆｚと、前記振動子６のＹ方向の機械的共振周波数
ｆ２を一致させるように前記振動子６の板バネの曲げ剛
性を設定する。

また、前記駆動ヘッド７が前記シート材に接触する部分
の形状は１本実施例では曲面形状を採用しているが平面
形状でも良い。

また、８は圧電素子４に高周波電圧を印加する交流電源
、９は制御用のスイッチである。

さらに、１０は前記振動駆動ユニットに対向してシート
材を挟み込み搬送する従動ローラ、１１は前記従動ロー
ラ１０を回転自在に軸支するローラシャフト、１２は前
記ローラシャフトを支えるローラアーム、１３は前記ロ
ーラアームを軸支すアームシャフト、１４は前記従動ロ
ーラ１０に所定の押し付は力を与えるコイルバネである
。なお前記ローラアーム１２と前記コイルバネ１４の代
わりに、一端を固定して所定のたわみを持たせた板バネ
の他端に前記従動ローラ１０を設けて押し付は力を与え
る構造にしても良い。

なお、前記従動ローラ１’Ｏと前記シート材１との摩擦
係数μ２を、前記駆動ヘッド７と前記シート材１との摩
擦係数μｍより大きくなるように、前記従動ローラ１０
と前記駆動ヘッド７の材質及び表面粗さを選択する。

次に１本発明の第一の実施例の動作について、第１図及
び第２図を用いて説明する。

まず、第１図において、前記圧電素子４に前記機械的共
振周波数ｆ１の交流電圧を印加すると、前記振動子６は
Ｘ方向の振動変位をすると同時に前記駆動ヘッド７の接
触圧力の変化が起振力となってＹ方向の振動変位も生じ
るため、前記駆動ヘッドは第２図に示すように微小な楕
円運動Ａを行う。

なお、第２図は前記従動ローラ１ｏと前記シート材１と
前記駆動ヘッド７の接触部分だけを拡大して表わした本
発明の詳細な説明図であり、紙などのシート材は一般に
軟らかいため押圧力によって局部的に凹んだ状態を示し
ている。

通常、シート材例えば紙の厚みは１００μｍ程度なのに
対し駆動ヘッドの振動振幅は数μｍ程度であり、しかも
紙の局部的な慣性質量は極めて小さいので、駆動ヘッド
の振動のみで紙を搬送するのは困難である。

そこで１本発明では駆動ヘッド７の楕円振動Ａをシート
材１が伝達して従動ローラ１ｏ側に楕円振動Ｂを発生さ
せ、前記楕円振動Ｂによって従動ローラをＣの方向に回
転させる。なお、従動ローラ１０は回転慣性が大きいの
で、楕円振動Ｂの上側と下側の駆動力の差により滑らか
に一方向に回転する。さらに１本発明では、従動ローラ
１０とシート材１との摩擦係数μ２を、駆動ヘッド７先
端とシート材１との摩擦係数μ工より大きくなるように
、材質及び表面粗さを選定しであるため、シート材１は
従動ローラ１０の回転に伴ってＤの方向に一方向に搬送
される。

したがって、本実施例によれば、従動ローラ１０とシー
ト材１との摩擦係数μ２が駆動ヘッド７先端とシート材
１との摩擦係数μｍより大きいことによってシート材１
を効率良く搬送でき、しかも駆動ヘッド７の表面が曲面
形状あるいは平面形状なので駆動ヘッド７や従動ローラ
１０の表面が多少摩耗しても搬送性能に影響は少ないた
め、耐久性・信頼性のあるシート材搬送機構を実現する
ことができる。

さらに、第３図は本発明の第二の実施例を示した図であ
り、第１図と同一符号は同一部分を表わす。本実施例で
は、振動駆動ユニット３は一対の圧電素子４ａ、４ｂを
含み、高周波電圧印加を前記圧電素子４ａまたは４ｂに
切り替えるか、または一定位相差（例えば９０°）の高
周波電圧を前記圧電素子４ａまたは４ｂ双方に印加しそ
れを切り替えることによって、駆動ヘッド７の先端の楕
円振動軌跡の振動方向を切り替えることができる。

なお、動作原理は第一の実施例と同様であるので説明を
省略する。

以上の第二の実施例によって、シート材を正逆両方向に
搬送できるため、例えばプロッタなどの紙送り機構に好
適である。

また、上記の実施例ではいずれも振動駆動ユニットの振
動発生源として圧電素子あるいは電歪素子を利用したが
、磁歪素子またはボイスコイルなどによって振動を発生
しても良い。

さて、上述の例において、μｍよりもμ２の方がわずか
でも大きければ、シート材１は従動ローラ１０により搬
送可能であるが、シート材１の表面状態や押し付は力の
変化の影響を受けてμｍ及びμ２に若干変動する可能性
がある。従って、実用上はμ２をμｌより数パーセント
ないし数十パーセント以上大きく設定し、多少の条件変
化が起きても必ずμ２〉μｍとなるようにするのが望ま
しい。

第４図及び第５図は、シート材の表裏が同質でない場合
に本発明の搬送機構を適用した一実施例を示したもので
ある。第１図と同一部分は同一符号で示す０例えばシー
ト材１の片面のみに感光材料や感熱材料等の塗布剤１ａ
が塗布されている場合、シート材の表裏は同質ではなく
なる。今、第４図に示すようにシート材１の、塗布剤１
ａが塗布されていない面と駆動ヘッド７の摩擦係数をμ
工ａとし、シート材１の塗布剤１ａが塗布された面と従
動ローラ１０の摩擦係数をμ２ａとし、第５図に示すよ
うにシート材１の、塗布剤１ａが塗布された面と駆動ヘ
ッド７の摩擦係数をμｍ−とし、シート材１の塗布剤１
ａが塗布されていない面と従動ローラ１０の摩擦係数を
μ２−とすると、μｍａ≠μｌｂ、μ２＆≠μ２ｂであ
る場合が起こる。この場合、μｌａ＜μ２＆かつμｔｂ
＜μｚｂとなるように駆動ヘッド７と従動ローラ１ｏの
材質及び表面粗さを選択すれば、シート材１の表裏の区
別なく、従動ローラ１０によりシート材１を搬送するこ
とができる。

また、μｚａ＜μ２＆かつμｍ＆〉μｌｂとなるように
駆動ヘッド７と従動ローラ１０の材質及び表面粗さを選
択すれば、第４図の状態ではシート材１の搬送が可能で
あり、第５図の状態ではシート材１の搬送は困難である
から、本機構にシート材の表裏判別機能を付加すること
ができる。μｘａ＞μ２１かつμｘｂ＜μｚ１となるよ
うにしても、同様な効果が得られることは明らかである
。

第６図は１本発明の他の実施例を示した図であり、第１
図と同一部分は第一符号で示す、この実施例が第１の実
施例と異なる点は、従属ローラ１０の回転角を検知する
検出器１５を、従動ローラ１０のローラシャフト１１と
同軸上に設けた点、および平行板ばね１６を用いて従動
ローラ１０に押し付は力を付与している点である。

第７図は、第６図に示した装置の駆動方法の一実施例を
示した図であり、第１図及び第６図と同一部分は同一符
号で示す。第７図において、検出器１５の出力は、処理
回路１７を介して従動ローラ１０の回転速度信号に変換
される６回転速度信号は、サーボ演算回路１８に入力さ
れ、速度の目標値と比較される０回転速度信号が目標値
より小さい場合には、サーボ演算回路１８の出力は増大
し、回転速度信号が目標値より大きい場合にはサーボ演
算回路１８の出力は減少する。サーボ演算回路１８の出
力は、駆動回路１９に入力される。

駆動回路１９は、入力信号に比例した振幅の交流電圧を
出力するものであり、この交流電圧によす圧電素子４が
駆動される。本駆動方法を用いれば。

シート材１の搬送速度を目標値により管理することがで
きる。なお、検出器１５の出力から従動ローラ１０の回
転角度を求め、この情報をシート材１の位置決めに利用
しても良い、要は、シート材１と従属ローラ１０の間の
摩擦係数は大きく、また従動ローラ１０はほとんど回転
抵抗を受けないためにシート材１と従動ローラ１０の接
触部でほとんどすべりが生じないことを利用すれば、従
動ローラ１０の回転角度又は回転速度から、シート材１
の搬送量又は搬送速度を求め、シート材の位置又は速度
を制御することができる。

第８図は、本発明の更に他の実施例を示したもので、第
１図及び第６図と同一部分は同一符号で示す０本実施例
においては、１枚のシート材１に対して２組の振動駆動
ユニット及θ従動ローラ１０を配置しており、２個の圧
電素子４に印加する交流電圧を別々に制御することによ
り、搬送時にシート材１の姿勢を変えることができる。

これにより、例えばスキュー防止を実現できる。なお、
振動駆動ユニット及び従動ローラは２組に限定されるも
のではなく、１枚のシート材に対して３組以上配置して
も良いのはもちろんである。

第９図は、本発明の更に他の実施例を示したもので、第
８図と同一部分は同゛−符号で示す、この実施例が第８
図の実施例と異なるのは、２個の従動ローラ１０を、継
手２０及び連結軸２１により結合したことである。前述
したように、シート材１と従動ローラ１０の接触部にお
いては、はとんどすべりが生じないため、２個の従動ロ
ーラ１０の直径が等しく、かつ等速で回転する限り、２
組の振動駆動ユニットの振動振幅及び振動数が若干具な
っていても、シーシ材１はまっすぐに搬送される。

次に、本発明の更に第の実施例を第１０図により説明す
る。この図において、固定部３０にはベース３１を介し
て電歪素子３２が設けられており、電歪素子３２には伝
達部４を介して駆動ヘッド７が取り付けられている。伝
達部３３及びヘッド７は振動子を構成し、固定部３ｏ、
ベース３１、電歪素子３２および振動子により振動駆動
ユニット３が構成される。

振動駆動ユニットに対向して、ベアリング３５に支持さ
れた従動ローラ１０が設けられる。ベアリング３５およ
び従動ローラ１０は、アーム３７の先端に取り付けられ
ており、アーム３７は軸受け３８を介して固定部３０に
対して揺動可能に取り付けられる。アーム３７の揺動回
転軸と同軸上にトーションバー３９が設けられている。

トーションバー３９によりアーム３７にモーメント力が
付与され、従動ローラ１０が紙１をヘッド７に押し付け
る。なお、ベアリング３５には、単列の玉軸受けを外輪
回転形式にして用いると良い、単列の玉軸受けは通常わ
ずかな正のすきまを有しているため、振動駆動ユニット
３と従動ローラ１０の間に若干のアライメント誤差があ
る場合でも、円滑な動作が期待できる。

振動駆動ユニット３の近傍には、固定部３０から突き出
したプレート４０を介して近接センサ４１が設けられる
。また、アーム３７の上部には。

固定部３０から突き出した取り付は部４２を介してスト
ッパ４３が設けられる。さらに、固定部３０とアーム３
７の間には、間隙拡大機構４３が設けられている。

いま、電歪索子３２に交流電圧を印加すると、ヘッド７
は微小な楕円運動を行なう。この楕円運動は、紙１を介
して従動ローラ１０に伝達される。

このとき、ヘッド７とＷｃ１の摩擦係数μｍよりも、従
動ローラ１０と紙１の摩擦係数μ２を大きく設定してお
けば、従動ローラ１０は一方向に駆動され、紙１は従動
ローラ１０の回転により矢印方向に搬送される。

第１１図及び第１２図に、ストッパ４３の動作原理を示
す。第１０図と同一部分は同一符号で示す、ヘッド７と
従動ローラ１０の間に紙１がない状態（第１１図の状［
）では、アーム３７の上部はストッパ４３に突き当たっ
ており、このときヘッド７と従動ローラ１０の間には間
隙δが生じる。

このため、振動駆動ユニット３への電力供給によりヘッ
ド７が振動しても、従動ローラ１０が直接駆動されるこ
とはない。

前記の間隙δは、紙の厚みｈより小さいため、ヘッド７
と従動ローラ１０の間に紙１がある状態（第１２図の状
態）では、従動ローラ１０が押し上げられ、アーム３７
とストッパ４３の間には間隙εが生じる。従って、紙１
の搬送時には、ストッパ４３は搬送機構に何ら影響を与
えない、なお、紙１は従動ローラ１０によりヘッド７に
押し付けられているため、厚みｈが若干減少する場合も
あるが、この場合には減少後の厚みよりも間隙δを小さ
く設定すれば良い。

また間隙δを設けることにより、ヘッド７と従動ローラ
１０の間に紙１の先頭が導入され易くなるという効果も
ある。

第１３図に近接センサ４１および間隙拡大機構４４の動
作原理を示す、同図は、ヘッド７と従動ローラ１０の間
に紙１がない状態を説明したものであり、第１０図と同
一部分は同一符号で示しである。近接センサ４１の出力
は、リレーＡ４５及びリレー８４６に入力される。リレ
ーＡ４５は電歪素子３２への交流電圧の給電を断続する
ものであり、リレー８４６は間隙拡大機構４４への給電
を断続するものである０間隙拡大機構４４には、例えば
ソレノイドを利用すれば良い。

いま、紙１のない状態では、リレーＡにより電歪素子３
２への給電は停止されており、一方間隙拡大機構４４へ
はリレーＢを介して給電を行なわれている。この状態で
は、ヘッド７と従動ローラ１０の間隙Δは紙１の厚みｈ
よりも大きい。

さて、紙１がヘッド７と従動ローラ１０の間に挿入され
ると、近接センサ４１の信号によりリレーＡおよびリレ
ーＢが作動し、電歪素子３２への交流電圧の給電が行な
われ、また間隙拡大機構４４への給電が断たれる。従っ
て、紙１が従動ローラ１０によりヘッド７に押し付けら
れると同時にヘッド７が楕円運動を行なうため、紙１の
搬送が開始される。

なお、紙１のない状態でのリレーＡによる電歪素子３２
への給電の停止は、電歪素子３２の余分な発熱を防止す
るので、Ｗｉ送機構系の消費電力及び発熱の低減を図る
ことができる。また、本実施例では近接センサ４１を振
動駆動ユニット３の近傍に設けているが、従動ローラ１
０の近接に近接センサ４１が設けても同様な効果がある
のは明白である。

以上、第１０図〜第１３図を用いて本発明の一実施例を
説明したが、何点かの部品を省略しても所期の効果を期
待できる場合もある。すなわち、ストッパ４３による間
隙δの設定、リレーＡによる電歪素子３２への給電の停
止、及び間隙拡大機構４４による間隙Δの設定、の３つ
は互いに独立に作用するので、上記３作用のうち１つ、
または２つの作用に係わる部品を省略することが可能で
ある１例えば、機構の簡略化を図りたい場合には。

プレート４０、近接センサ４１１間隙拡大機構４４、リ
レーＡ４５及びリレーＢ４６を省略することができる。

この場合でも、前述の通りストッパ４３の作用によりヘ
ッド７と従動ローラ１０の間には間隙δが生じるため、
従動ローラ１０がヘッド７により直接駆動されることは
ない。

また、本実施例では従動ローラ１０がアーム３７及び軸
受け３８からなる揺動機構により支持され、トーション
バー３９により押し付は力を付与されているが、本発明
の振動によるシート材搬送機構は他の形態の機構にも適
用可能である０例えば、従動ローラ１０を板ばねにより
支持し、板ばねにアーム３７．軸受け３８及びトーショ
ンバー３９の作用を代替させても良い、さらに５本実施
例では間隙拡大機構４４にソレノイドを利用しているが
、エアシリンダ等の他のアクチュエータを利用しても同
様な効果があるのは明らかである。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によれば、長期間安定してシ
ート搬送を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は第１図の
実施例の動作原理を説明するための図、第３図は本発明
の他の実施例を示す図、第４図〜第１０図は夫々本発明
の一実施例を示す図、第１１図と第１２図は第１０図の
実施例の動作状態説明図、第１３図は第１０図の実施例
の駆動回路図を示す。 １・・・シート材、２・・・案内板、３・・・振動駆動
ユニット、４・・・圧電素子、５・・・台座、６・・・
振動子、７・・・駆動ヘッド、８・・・交流電源、９・
・・制御用スイッチ。 １０・・・従動ローラ、１４・・・ばね（抑圧手段）。 １５・・・検出器、１６・・・平行板ばね、１７・・・
処理回路、１８・・・サーボ演算回路、１９・・・駆動
回路、第　１　図 ４・・−１γね 第　２　図 第　３　目 第４　口　　　　　　　　第　、！ｓ　ロ早７図 第　８　目 １５　検忠呑、 ２１−　　違４１瞼 第　７０　口 蔓　Ｉｌ　　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電圧の印加によつて振動を発生する振動駆動ユニッ
   トと、該ユニット先端の駆動ヘッドに対向して回転自在
   に支持された従動ローラとを備え、該駆動ヘッドと該従
   動ローラ間に搬送すべきシート材を供給して該シート材
   の搬送を行うシート材搬送装置において、前記駆動ヘッ
   ドと前記シート材との摩擦係数μ＿１と前記従動ローラ
   と前記シート材との摩擦係数μ＿２との関係がμ＿１＜
   μ＿２となるように、前記従動ローラと前記駆動ヘッド
   の材質、表面粗さの少なくともいずれかを選定したこと
   を特徴とするシート材搬送装置。 ２、電圧の印加によつて振動を発生する振動駆動ユニッ
   トと、該ユニット先端の駆動ヘッドに対向する回動部材
   とを備え、該駆動ヘッドと該回動部材間に搬送すべきシ
   ート材を供給して該シート材の搬送を行うシート材搬送
   装置において、前記駆動ヘッドと前記回動部材は、前記
   駆動ヘッドと該シート材との摩擦係数μ＿１が前記回動
   部材と該シート材との摩擦係数μ＿２より小となる如く
   選定されていることを特徴とするシート材搬送装置。 ３、交流電源からの電力供給によつてシート材と当接状
   態で振動を発生する振動駆動ユニットと、該振動駆動ユ
   ニットとは該シート材を介して当接する回動部材とを有
   し、該シート材との間の摩擦係数は該振動駆動ユニット
   側の方が該回動部材側より小となるようにし、前記振動
   駆動ユニットを該シート材の搬送方向に交叉する方向に
   複数組配したことを特徴とするシート材搬送装置。 ４、搬送すべきシート材の幅方向に従動ローラを複数個
   夫々が独立に回動可能に配設し、該夫々の従動ローラに
   対して該シート材を介して対向する位置に駆動ヘッドを
   配した振動駆動ユニットを少なくとも１個設け、該駆動
   ヘッドと該シート材との間で発生する摩擦力が該従動ロ
   ーラと該シート材との間で発生する摩擦力より小となる
   如く、該駆動ヘッドと該従動ローラの材質、表面状態の
   少なくともいずれかを選定していることを特徴とするシ
   ート材搬送装置。 ５、搬送すべきシート材の幅方向に配設された従動ロー
   ラと、該ローラと対向する位置に駆動ヘッドが配設され
   た振動駆動ユニットと、該シート材が該従動ローラと該
   駆動ヘッドとの間またはその近傍に存在するか否かを検
   出するシート存在検出手段と、該検出手段がシート材の
   不存在を検出している期間中は前記振動駆動ユニットに
   対する電力供給を停止する断続手段とを設け、該駆動ヘ
   ッドは、該従動ローラの周囲よりもシート材との間の摩
   擦係数で小となるようになつていることを特徴とするシ
   ート材搬送装置。 ６、シート材の搬送方向に交又する方向に従動ローラを
   複数個夫々が独立に回動可能に配設し、該夫々の従動ロ
   ーラに対向する位置に駆動ヘッドを配した振動駆動ユニ
   ットを夫々設け、該夫夫の振動駆動ユニットに供給する
   電力を独立に調節する電力調節手段を設け、該駆動ヘッ
   ドと該シート材との間で発生する摩擦力が該従動ローラ
   と該シート材との間で発生する摩擦力より小となるよう
   に、該駆動ヘッドと該従動ローラの材質、表面状態の少
   なくともいずれかを選定していることを特徴とするシー
   ト材搬送装置。