JP2007238206A - 分離取出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 紙葉類の形状の影響を受けず、低消費電力で極めて効率の良く積層体から紙葉類を分離取り出しが可能な分離取出装置を提供することにある。
【解決手段】 紙葉類１１を分離して取り出す分離取出装置においては、積層されている積層体６が給紙台２上に載置され、この積層体６の上面に振動体１０がスッポット状に接触されて紙葉類に高周波振動を与えている。高周波振動によって紙葉類間の密着及び摩擦力が低減されて紙葉類の取り出し機構によって一葉ずつ搬送される。
【選択図】図１

Description

この発明は、紙葉類を分離し、取り出す紙葉類の分離取出装置に係り、特に、紙葉類が積層されている積層体に振動を与えて紙葉類を捌き、この積層体から一枚ずつ紙葉類を分離して取り出す分離取出装置に関する。

複写機、プリンタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）、銀行券処理機、郵便物処理装置等の装置においては、印刷用紙、紙幣、コピー紙、はがき、封筒、証券類等の紙葉類（紙状媒体）を取り扱っているが、複数枚の紙葉類を積層した状態から一枚ずつ紙葉類を取り出す必要がある。従って、これら装置は、紙葉類（紙状媒体）の分離取出装置を備えている。一例としての現金自動預払機の紙幣処理部では、入出金部或いは保管庫に積層された紙幣束（紙葉類積層体）から１枚ずつ取り出す動作が繰り返され、１枚ずつの検査が実行されている。従って、このような現金自動預払機は、必ず紙幣を一枚ずつ紙幣束から分離する分離取出装置を備えている。

従来、紙葉類を積層した積層体から紙葉類（紙状媒体）を分離して取り出す分離取出装置においては、精度良く、重ねを発生させずに装置内に紙葉類を取り込むことが最も重要とされている。積層された紙葉類（紙状媒体）は、互いに紙葉類が長時間密着された状態にあり、互いに吸着を起こしていることが多く、１葉毎に確実に分離して紙葉類を取り出すことが要請されている。

分離取出装置には、主に摩擦力を利用して紙葉類を分離する摩擦分離取出装置及び真空吸着力並びに摩擦力を併用して紙葉類を分離する真空吸着取出装置がある。真空吸着取出装置は、一般的には、取り出し性能が良いが、大型化・コスト高・騒音大などのデメリットがある。摩擦分離取出装置は、小型化・コスト低・騒音小のメリットがある反面、搬送物（ローラ或いはベルトなど）或いは媒体などの摩擦力に依存した取り出し機構であり、分離取り出しの際にエラーが生ずる虞がある。

従来の分離取出装置においては、密着された紙葉類を分離するために、紙葉類（紙状媒体）が積層された積層束の取り出し面上に強い取出力が与えられ、この積層束から所定量の紙葉類がはがし取られて紙葉類が取り出されている。この取り出し後において、重ね取りした紙葉類は、重ね取り防止機構等で単葉に分離されて紙葉類処理装置内に搬送される。

重ね取り防止機構には、様々な方式があるが、広く利用される方式として、狭いギャップに重ね取りされた紙葉類（紙状媒体）を通すことによって紙葉類を分離する方式が知られている。例えば、夫々異なる方向に回転される幅広の搬送及び分離ローラが定ギャップを介して平行に配置され、その間に重なった紙葉類（紙状媒体）が供給される場合には、紙葉類（紙状媒体）間に逆方向の力が働き、紙葉類が分離される方式がＡＴＭ、プリンタ等では広く採用されている。この方式では、定ギャップが紙葉類（紙状媒体）単体の厚さに近づけられれば、それだけ分離能力も向上される。しかしながら、通常、定ギャップの調整だけでは十分でないことが多く、強く密着した紙葉類（紙状媒体）の束がそのままギャップに詰まってロックし、装置が停止する事故が極めて多く発生している。

より具体的には、通常の摩擦分離取出装置では、積層された紙葉類が装置下部から給紙台により給紙され、積層体上面がフィード機構のフィードローラ３に接触されている。フィードローラ３が回転されると、積層体最上部の紙葉類が重ね取り防止装置を備える装置取り込み口に搬送される。重ね取り防止装置は、定ギャップを介して互いに平行な一対の順転ローラ及び逆転ローラが配置されて構成される。このギャップが２枚分の紙葉類より狭い値に設定され、重ね取りされた媒体が通過しようとすると、下部の逆転ローラ５により最上層の紙葉類以外は、束方向に戻され、装置に取り込まれることが防止される。このようにして装置内に紙葉類が重なって取り込まれることが防止される。

通常の真空吸着取出装置では、取り出し部に紙葉類を吸着する真空吸着機構が用いられる。より具体的には、この真空吸着取出機構では、ポンプ或いはコンプレッサーによってドラムの内部が真空（負圧）に引かれ、ドラム周囲に設けた穴部に最上面の積層媒体が吸着されて紙葉類が取り出される。即ち、積層された紙状媒体が下部より給紙台により給紙され、上面が真空吸着フィードローラに接触され、この真空吸着フィードローラに吸着されて紙葉類が取り出される。真空吸着取出装置は、摩擦ローラを利用し摩擦分離取出装置に比べしっかりとした取出し力がかけられるため、高速で紙葉類を取り込むことができる高速で処理する装置に適している。

しかしながら、真空吸着取出装置においても、同様に、積層された紙状媒体は、紙状媒体同士が長時間密着することにより吸着を起こしていることが多く、紙状媒体を分離するために取り出し面上面に強い取り出し力を与えても、重ね取りが生じている。従って、真空吸着取出装置によって、積層束から所定量の紙状媒体がはがし取られた後において、重ね取りした部分を重ね取り防止機構等で単葉に分離して装置内に搬送する方法が採用されている。

重ね取り防止機構は、摩擦分離取出装置と同様に、狭いギャップに重ね取りされた紙状媒体を通すことによって分離する方式が採用されている。摩擦分離取出装置の重ね取り防止機構と同様に、ギャップを出来るだけ媒体単体の厚さに近づければそれだけ分離能力も向上される。しかしながら、ギャップの調整だけでは十分でないことが多く、強く密着した紙状媒体の束は、そのままギャップに詰まってロックし、装置が停止する事故が多く発生する。

また、重ね取り防止機構として、定ギャップに順転ローラ及び逆転ローラ５を配置する機構に代えて、逆転ローラ５が紙葉類の面にばね等の機構により押し付けられ、押し付け力を付与する機構も知られている。このような機構は、厚みが夫々異なるような紙葉類（紙状媒体）の束からの紙葉類の重ね取り防止に有効とされている。

上述したようにこの重ね取り防止機構では、極めて密接力の強い束が取り出されて重ね取り防止機構に入り込んだ場合、簡単にロックする問題がある。例えば、写真絵葉書のように表面が平滑で多少粘着性のある紙葉類が積層され、圧力が掛けられると、相互の密着力はかなり高くなっている。従って、このような紙葉類の束がフィードローラにより取り出されると、順転ローラ及び逆転ローラ５間に挟まり、せん断を加えても紙状媒体は、分離しないため、装置がロックしてしまう問題がある。

改良技術として特許文献１が知られている。この特許文献１の背景技術には、取り出し直前の媒体上面にバー状の振動子を幅方向前面に当て加振をすることにより、予め紙葉類（紙状媒体）間の密着を小さくし、重ね取り防止機構の補助としている。この方式では、予め束状態での紙葉類（紙状媒体）間の密着力を小さくし、しかる後に、紙葉類（紙状媒体）を取り出すことで紙状媒体の重ね取りを無くしている。このような重ね取り防止機構では、紙葉類（紙状媒体）幅より長いバー状の高周波の振動子がフィードローラ上流に配置され、紙状媒体を加振させながら、紙状媒体を取り出している。
特開２００４−００２０４４ この特許文献１に開示される重ね取り防止機構に採用される摩擦低減機構は、紙状媒体に低周波の振動を与えたのみでは十分な効果がなく、加振周波数を数ｋＨｚ以上にする必要がある。発明者等の実験結果によれば、５〜１０ｋＨｚ振動領域では、振動子の騒音が極めて大きく使用環境上の問題があることが判明している。従って、振動周波数を１０ｋＨｚ以上にすることが必要であるが、このように１０ｋＨｚ以上の高周波で紙葉類の幅より長い振動子全体を振動させるためには、数百ｗ以上の極めて大きな消費電力が必要とされる。また、このように大型の高周波振動子を駆動するための電源も極めて高価であり、装置設計上大きな問題がある。

また、発明者等の実験によると、積層体を加振する場合、振動子及び紙葉類間の適切な密着が極めて重要とされている。積層体の表面も、例えば、封筒或いは流通紙幣の場合必ずしも平面状にはならないが、特許文献１に開示された振動子は、板状の形状をしているため、全幅で密着させることは難しく、ピンポイントで接触するが、バー全体の振動の一部だけを使うこととなり加振効率が極めて低い問題もある。全幅密着のためにバーの押し付け力全体を大きくとる方法も考えられるが、それは積層束を上から強く加圧することになり、逆に束間の密着力が上昇してしまい逆効果になる問題もある。

以上のように、従来の分離取出装置においては、積層された媒体の密着力を低減させるのに必要なる加振効果が得られない。また、加振面積はあまり大きくしないほうが高周波の振動を媒体に加える場合有効であることも実験的に判明しており、振動子の形状、配置構成に問題が多いことも判明している。

特許文献１に開示された背景技術においては、積層体を取り出す際に重ね取りの防止が重要であり、これを改善するため振動を加えている。しかし、振動子の形状が最適ではなく、加振効率が低く、また、それを駆動する電源も大型、高価になるという問題があり実用的ではないとされている。

この発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、紙葉類の形状の影響を受けず、低消費電力で極めて効率の良く積層体から紙葉類を分離取り出しが可能な分離取出装置を提供することにある。

この発明によれば、
紙葉類が積層されている積層体を支持する支持台と、
前記積層体の上面から紙葉類を次々に取り出して搬送する紙葉類の取り出し機構と、
前記積層体の上面にスッポット状に接触されて紙葉類に高周波振動を与える振動体と、及び
前記積層体から取り出された前記紙葉類を１枚ずつに分離搬送する分離機構と、
を具備することを特徴とする分離取出装置が提供される。

この発明の分離取出装置によれば、振動に必要なエネルギーを小さくすることができ、紙葉類の形状の影響を受けず、低消費電力で極めて効率の良い振動子を用いて確実に積層体から一葉ずつ紙葉類を分離し、取出すことができる。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係る分離取出装置を説明する。

図１は、この発明の一実施の形態に係る分離取出装置を示す概略図である。図２は、図１に示される分離取出装置における紙葉類１１の分離取り出し動作を示す概略図である。

図１及び図２に示される分離取出装置は、給紙台２を備え、この給紙台２上には、紙葉類（紙状媒体）１１が積層された状態で、即ち、積層体６として、載置されている。この積層体６上には、積層体６に接触して互いに密着し易い積層体の紙葉類１１に振動を与える超音波ホーン１４を備えた振動体１０が配置され、また、紙葉類１１を搬送する為のフィード機構としてのフィードローラ３が同様に積層体６上に設けられている。即ち、紙葉類１１は、下部より給紙台２により給紙されて給紙台２上に積層され、積層体６の上面がフィードローラ３に接触されている。フィードローラ３が回転されると、フィードローラ３と積層体６の最上部の紙葉類（紙状媒体）１１間に生じる摩擦力によって紙葉類が取り出され、重ね取り防止の為の分離部７を介して紙葉類処理装置（図示せず）内に取り込まれる。

分離部７は、紙葉類１１を搬送する方向に回転される順転ローラ４（搬送ローラ）及び重ねられた紙葉類１１を分離して給紙台２上に戻す逆転ローラ５（分離ローラ）により構成され、順転ローラ４及び逆転ローラ５は、互いに平行に配置され、両者間に定ギャップが設けられている。このギャップは、２枚分の紙葉類１１よりも狭い値に設定され、重ね取りされた紙葉類１１が通過しようとすると、分離部７の下部に配置された逆転ローラ５により最上層の紙葉類以外は、積層体６上に戻され、装置に取り込まれることが防止される。

図１に示される分離取出装置においては、図２に示すようにフィードローラ３が矢印Ｔ０で示すように回転されると、このフィードローラ３によって紙葉類１１が搬送方向に配置された分離部７に取り出される。分離部７では、順転ローラ４及び逆転ローラ５間に送り出された紙葉類１１が１枚ずつに分離されて図示しない処理部に搬送される。図２に示される分離部７では、順転ローラ４が紙葉類１１を搬送方向に送り出すように矢印Ｔ０で示されるように回転され、逆転ローラ５が矢印Ｂ１で示すように順転ローラ４の回転方向とは逆の方向に回転されている。従って、フィードローラ３によって複数枚の紙葉類１１が分離部７に供給された場合には、最上面の紙葉類１１が順転ローラ４によって前方に送り出され、逆転ローラ５に接触している紙葉類１１が搬送方向とは逆方向に戻されることとなる。フィードローラ３によって１枚の紙葉類１１が分離部７に供給された場合には、順転ローラ４と紙葉類１１との摩擦力が逆転ローラ５と紙葉類１１との摩擦紙力よりも大きいことから、逆転ローラ５の回転摩擦力に抗して紙葉類１１が順転ローラ４によって前方に送り出されることとなる。

このようにして処理装置内に紙葉類１１が重なって取り込まれることが防止される。図１及び図２に示されるように定ギャップを空けて順転ローラ４及び逆転ローラ５が配置されるに代えて、逆転ローラ５が搬送される紙葉類１１の面に向けてばね等の機構により押し付け力が付与されても良い。逆転ローラ５にバネ力が付与される機構は、同一の厚み及び異なる厚みを有する紙葉類が混在している束から紙葉類１１を一枚毎に取り出すことができる重ね取り防止に特に有用である。

図１及び図２に示すように積層体６の上部より振動体１０が積層体１１最上面に接触されている。この超音波ホーン１４を備えた振動体１０は、その先端部が積層体１１の表面に対し略垂直の方向Ｖ０で振動される。

図１及び図２において、簡略化されて示されている振動体１０は、図３に示されるような振動子１２が図４に示されるような超音波ホーン１４に連結される構造を有している。図３に示されるように、振動子１２は、所謂ボルト締め型振動子と称せられ、内部から電極１３が外部に延出されている圧電素子としての圧電セラミクス部１８が１対のブロック１５、１６間にボルト１７によってボルト締めされた構造を有している。即ち、円柱状ブロック１５及びディスク状圧電セラミクス部１８の中心部に貫通孔１５ａ、１８ａが形成され、この貫通孔１５ａ、１８ａにボルト１７が螺合されるネジ溝が切られている。また、円柱状ブロック１６の圧電セラミクス部１８の側の中心部に凹部孔１６ｂが形成され、この凹部孔１６ｂにボルト１７が螺合されるネジ溝が切られている。ボルト１７が円柱状ブロック１５及びディスク状圧電セラミクス部１８の貫通孔１５ａ、１８ａ及び円柱状ブロック１６の凹部孔１６ｂに螺合されて締め付けられて円柱状ブロック１５、ディスク状圧電セラミクス部１６及び円柱状ブロック１６が互いに機械的に連結されている。

この振動子１２においては、ディスク状圧電セラミクス部１８が電極１３に印加した駆動電圧に応じて振動されると、振動体１０全体が振動してその振動が円柱状ブロック１６の振動面１６ａに伝達される。この圧電セラミクス部１８の振幅は、比較的小さく、円柱状ブロック１６の振動面１６ａから超音波振動を取り出して積層体６の面に与えても、紙葉類１１を十分に捌くことができるような振動を積層体６に与えることができない。従って、この超音波振動を増幅する為に振動子１２は、超音波ホーン１４に機械的に連結されている。

図４に示される超音波ホーン１４を機械的に連結する為に、円柱状ブロック１６の振動面１６ａには、ネジ溝が切られた凹部孔１６ｃが形成されている。超音波ホーン１４にもこの凹部孔１６ｃに螺合される連結部１９ａが超音波ホーン１４の円柱状ブロック部１９の一端面に設けられている。この連結部１９ａが凹部孔１６ｃに螺合され、円柱状ブロック１６と円柱状ブロック部１９とが互いに密着されて両者が一体的に連結されている。円柱状ブロック部１９の全長は、略振動波長λのλ／４に定められ、円柱状ブロック部１９の他端面からは、円柱状ブロック部１９の径Ｓｂよりも小径の延出部１９ｂが延出され、延出部１９ｂの先端は、紙葉類１１に当接されるために平坦に形成されている。超音波ホーン１４では、円柱状ブロック部１９の他端が、例えば、振動モーダルの位置（λ／４）に定められ、その他端から延出される延出部１９ｂの径が円柱状ブロック部１９に比べて増加或いは減少されていることから、円柱状ブロック部１９を伝達された振動の振幅が延出部１９ｂで変化されて延出部１９ｂから紙葉類１１に伝達させることができる。

このような超音波ホーン１４の構造では、超音波ホーン１４の先端における振動速度は、Ｖ１／Ｖ２＝Ｓｂ／Ｓａに増幅される。このような構造の超音波ホーン１４により、その先端の振幅を大きくとり十分な加速度を紙葉類（媒体）１１に与えることが出来る。ここで、Ｖ２は、円柱状ブロック１６に伝達された振動速度及びＶ１は、超音波ホーン１４の先端から出力される振動速度を表している。

先端径Ｓａ＝５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍの超音波ホーン１４が２０Ｘ６０ｍｍの振動子１２に連結された実験では、超音波ホーン１４の振動増幅率Ｓｂ／Ｓａは２倍となることが確認されている。この実験では、Ｓａ＝５ｍｍの時が摩擦低減の効果がもっとも強いことが判明している。これは、超音波ホーン１４の先端の径が大きくなると、面内の振動成分が相対的に大きくなり、振動に寄与する軸方向の振動成分に対して阻害するようになるためである。それに対して超音波ホーン１４が紙葉類１１（媒体）に接触される観点からは、同一の押し付け圧力の場合では、径Ｓａが大きいほど接触圧力が下がるため、媒体への傷や破損の心配も少ないことが判明している。超音波ホーン１４が設けられていない振動子１２のみでは摩擦低減の効果がまったく無かいことが確認されている。現実的な設計では、ホーン先端の径Ｓａは、３〜２０ｍｍ程度が有効であり、５ｍｍ〜１０ｍｍに定められることがより好ましいとされる。この数字が小さいほどピンポイントの接触圧力が大きく超音波も紙葉類１１中に入いって行きやすいが、構造的に紙状媒体の表面を傷つけやすく実用に適さなくなる。また、大きすぎると相対的に接触面圧が低下し、超音波は入りにくくなっていく。実験では、ホーン先端の径Ｓａは、5〜10ｍｍ程度がもっとも構成しやすく効果のある領域であった。

上述したような振動体１０において、超音波ホーン１４が積層された紙葉類１１の束（積層体６）の上部に押し付けると、超音波ホーン１４の先端と最上面の紙葉類１１との間並びに最上面紙葉類１１とその下方に積層されている紙葉類１１との間のいずれもの摩擦も十分に低くなりその状態で最上面紙葉類を搬送することで、重ね取りのない分離を実現できることが判明している。

尚、超音波ホーン１４の材質としては硬くて疲労破壊性の低いチタン合金が適しているが、使用の頻度や条件でアルミ合金、ニッケル合金なども使用可能である。また、超音波ホーン１４の形状は、図４に示すようにステップを介して大径の円柱ブロックと小径の円柱ブロックを同一軸線で連結する形状に限らず、図５及び図６に示されるように延出部１９ｂの径が急激に減少せずに次第に減少するように形成されても良い。即ち、円柱ブロック１９から図５に示すように円弧を伴うテーパー状に径が減少する延出部１９ｂに形成されても良く、或いは、テーパー状に径が直線的に減少する延出部１９ｂに形成されても良い。

尚、超音波ホーン１４の先端接触部形状は、平坦な形状が一般的であるが、媒体を傷つけたり、搬送の際の抵抗になったり、封筒などの媒体の段差で引っかかったりする可能性が高いので、先端接触部形状は丸みを有する形状に加工しても良い。また、先端接触部は滑りやすいように表面の凹凸が少ないことが好ましい。

振動体は１０ＫＨｚ以上の振動周波数で振動され、接触力が２００ｇｆ以上、且、１ｋｇｆ以下で紙葉類１１に接触されることが好ましく、より具体的には、超音波ホーン１４の先端直径が３ｍｍ〜１０ｍｍを有する振動体１０が振動周波数１０〜８０ｋＨｚ及び振幅５〜５０μｍｐ−ｐで動作されて積層体６に接触される。このような接触条件下で、振動体１０によって積層体６の表面に振動を加えると、紙葉類１１（紙状媒体）間の摩擦が低減し取出しがきわめて容易になることが判明している。図７には、紙状媒体間の摩擦量と振動体１０の押し付け力との関係が示されている。発明者等の実験によると、図７に示すような最適押し付け力が紙状媒体（紙状媒体）に与えられる場合には、紙葉類１１の束間の密着力は、１／２〜１／５まで減少し、紙葉類１１の重ね取りが極めて発生しにくくなることが判明している。

図２に示すように紙葉類（紙状媒体）は重ね取り防止機能を備えた分離部７に達するまでに十分に捌かれた状態で搬送され、密着した束を重ね取りすることによって発生する装置のロック等を防止することができる。振動子をホーン状の構成にしてスポットで振動を与える場合、バー状の振動子に比べ同じ振幅で振動させるときに必要なるエネルギーが極めて小さくすることができる。発明者等の実験では、バー方式では１００Ｗ以上は必要となるに対して、ホーン状の振動子では、１０〜４０Ｗの消費電力で効果十分な振幅を得ることが出来る。また、振動を加えるときもホーンを用いてスポット状に振動を加える方式は、小さい点に接触を集中させることが可能であり、紙葉類（紙状媒体）１１に対する振動の伝播効率を高くすることができる。ホーン先端の大きさは設計によりいろいろ変えることは可能であるが、現実的に利用しやすいサイズは、既に述べたようにその先端径φが１０〜３０ｍｍ程度に収まるサイズとなる。また、配置上の必要から長方形状に先端を加工する場合も長さ方向に最大６０ｍｍ程度が適切とされる。

図２に示される配置において、給紙台２が重力方向と直角になるよう配置されて紙葉類１１が重力方向と直角になるよう移動されて良く、このような配置にあっても同様の効果を実現することができる。この配置においては、積層体６の重さが給紙台２にかからなくなり、紙葉類１１（紙状媒体）は重力に対して「立った」状態で処理装置に取り込まれる。

図８及び図９を参照してこの発明の第２の実施の形態に係る分離取出装置を説明する。

紙葉類１１（紙状媒体）の種類によっては、図２に示される分離取出装置では、装置として不適切なことがある。例えば、紙葉類１１（紙状媒体）が封筒などの場合、束の厚みが異なってくるため、積層体６の最上面の位置を正確に決めることができない。従って、固定された振動体１０に紙葉類束の上面が強く当たりすぎたり、接触力がほとんど取れなかったりする虞がある。図７に示されるように振動による摩擦低減の効率は、振動子１０の表面と紙葉類１１（紙状媒体）の接触力と密接に関連している。接触力が最適範囲を超えると、十分な振動が紙葉類１１（紙状媒体）に伝わらず、また強すぎると振動子１０の先端がロックして振動しなく虞がある。また、紙葉類１１（紙状媒体）の表面は、完全な平面ではなく、さまざまな凹凸がある場合も多い。紙幣などでも表面が強く湾曲した束になっていることが多く、この場合も同様の問題が発生する。

図８及び図９には、このような問題を解決することができるこの発明の第２の実施の形態に係る分離取出装置が示されている。図８及び図９に示されるように分離取出装置は、回転保持機構２３（回転押し付け機構）を備えている。この回転保持機構２３は、振動体１０が紙葉類の面に対して略直交する上下方向に回転可能で、且つ、紙葉類束最上面が所定の高さにあると、超音波ホーン１４の先端の接触力が図７に示される最適値の範囲内になるようなばね支持構造を有している。即ち、図９に示すように装置筐体２４には、回転軸３２が回転可能に固定され、この回転軸３２には、支持アーム３４が固定され、支持アーム３４の略先端に振動体１０が吊り下げ固定されている。この支持アーム３４は、図８及び図９に示されるように筐体２４に固定された支持柱２６に固定されたばね２８及びダンパ３６に連結され、支持アーム３４には、ばね２８からばね力が付与され、支持アーム３４に固定された振動体１０が紙葉類束に押し付けられている。

図８及び図９に示される回転保持機構２３では、回転軸３２の回りに支持アーム３４が回転可能に保持され、支持アーム３４にばね力が付与されていることから、支持アーム３４に支持された振動体１０が紙葉類１１に向けて押されることとなる。この押し付け力は、２００〜１０００ｇｆ程度が最適範囲とされている。接触力が十分でないと超音波を媒体に伝達させる効率が低下してしまう。しかしながら接触力を上げすぎると、媒体の束全体が押しつぶされるため逆に取り出しが不良になる。そのため実験的に得た数字が上記の値となる。８及び図９に示される回転保持機構２３は、図１０及び図１１に示されるような直動保持機構３６に置き換えられても良い。即ち、支持アーム３４に代えた支持ブロック３８に振動体１０が固定され、支持ブロック３８が支持柱２６にばね２８を介して固定されていても良い。この直動保持機構３６においては、給紙台１２が上昇されることにより積層体１１が振動体１０に押し付けられて所定のばね力が積層体１１に与えられる。即ち、直動保持機構３６のばねの変形により振動体１０及び積層体１１間に接触力が発生される。例えば、積層束の上面がそのまま少し上に上昇しても直動保持機構３６により振動体１０は、上部に逃げるため接触力が過大になることを防止でき、積層体６の上面位置に寄らず適切な接触力を維持することができる。図１０及び図１１に示すように、直動保持機構３６を採用した分離取出装置においても、封筒等の紙葉類の束の厚みが異なって既に説明した分離取出装置におけると同様の効果が得られる。

また、図１２に示すように紙葉類１１（紙状媒体）の取り出し動作中において、積層体１１の表面上に段差を生じた場合においても、回転保持機構２３（或いは直動保持機構３６）がすばやく振動体１０を次の媒体表面に押し付けるため、積層体６に対して連続的に安定した摩擦低減動作を継続させることができる。このように、振動体１０を媒体表面形状に追従させつつ、所定の接触力を維持できる機構を分離取出装置に附加することが可能となる。

図１０〜図１２に示されるように押し付け力を発生するばねに代えて、図１３及び図１４に示すように、トルクモータ等のアクチュエータを用いても良い。図１０〜図１２に示されるばね支持構造は、簡単な構造であるが、ばねには固有振動数があるため、振動体１０の質量が大きくなると、紙葉類１１を高速で搬送しようとすると、振動体１０は、紙葉類（紙状媒体）の表面に高速で追従できない問題がある。また、支持アーム３４の回転範囲がばねの伸縮量に依存し、この伸縮量よって規制され、あまり大きくとれないという問題もある。ばねを大きく変形させると荷重が著しく変化してしまうことが多いからである。

図１３及び図１４は、この発明の第３の実施の形態に係る分離取出装置を示し、振動体１０を支持する支持アーム３４がトルクモータ３７で可動され、或いは、振動体１０がリニアアクチュエータ３５により支持されている。図１３に示される分離取出装置では、トルクモータ３７が可動されると、支持アーム３４が傾動されて振動体１０が紙状媒体表面に適切な接触力を与えることとなる。また、図１２に示される分離取出装置では、リニアアクチュエータ３５が動作されると、振動体１０が上下動され、適切な接触力を紙状媒体表面に与えることとなる。図１３及び図１４に示される構成であれば、ばねの固有値或いは移動量の規制の問題もなく、振動体１０は広範囲に亘って高速に紙状媒体表面上を追従でき、また安定した接触力を紙状媒体に与えることができる。

図１５は、この発明の実施の形態の変形例に係る分離取出装置の振動体を示し、振動体１０の先端の形状を示している。振動体１０の先端表面が球状に形成されると、封筒の折り返し部分などにひっかかることがなく、分離取出装置において、より良好な取り出しを実現することができる。

図１６は、この発明の実施の形態の変形例に係る分離取出装置を示している。１つの振動体１０が配置されるだけでも積層体６には、十分な面積の摩擦低減効果を与えることができる。しかしながら、装置を高速化すると上面の紙状媒体は、高速で移動されることから、より効果的に加振することも必要とされる。図１６に示される変形例に係る分離取出装置においては、２つの振動体１０−１、１０−２が積層体６上に搬送方向に沿って配置され、その間にフィードローラ３が配置されている。この配置では、最上面の紙状媒体の取り出し中に、搬送方向上流側に配置された振動体１０−２が次の紙状媒体１１の表面に接し、振動を加えることが可能である。搬送方向下流側の振動体１０−１は、搬送されている最上面の紙状媒体１１に振動を加え、この搬送中にある紙状媒体１１下にあり、次に搬送される紙状媒体１１には、搬送方向上流側に配置された振動体１０−２から振動が与えられ、積層体６から振動分離されることとなる。図１６に示す分離取出装置では、紙葉類の取り出し動作中に、最上面の紙葉類１１及び次に搬送される紙葉類１１に同時に振動を加えることができ、紙葉類束間の密着力を確実に低減させることができる。

図１７は、この発明の第４の実施の形態に係る分離取出装置を示している。図1７に示される分離取出装置においては、積層された紙葉類１１は、装置下部から給紙台１２により給紙され、その上面が真空吸着ドラム４３から構成される真空吸着フィードローラ３に接触されている。フィードローラ３が回転し内部の切り欠き部４６（吸着部）が紙葉類１１に接触する毎に紙葉類１１は、吸着され、その先端が分離取出装置に搬送され、分離部７を介して処理装置内に取り込まれる。分離部７は、既に説明したと同様に定ギャップを有する平行する一対の順転ローラ４及び逆転ローラ５により構成される。ギャップが２枚の紙葉類より狭い値に設定されることにより重ね取りされた紙葉類１１が通過しようとすると、逆転ローラ５により最上層の紙葉類以外は、積層体６の方向に戻され、装置内に取り込まれることが防止される。このようにして装置内に紙状媒体が重なって取り込まれることを防止している。

図１７に示される分離取出装置においては、積層体６に向けて振動体１０が積層体６の最上面の紙葉類１１に接触されている。紙葉類１１は、給紙台１２によって保持され、取り出し方向に送り出される。真空吸着ドラム４３は、図示しないコンプレッサー、ポンプ等により内部を真空に引かれ負圧に維持され、吸着穴に紙葉類１１を吸着することが可能である。真空吸着ドラム４３は、モータ等により連続的又は間欠的に回転され、所定のピッチで紙葉類１１を装置内部へ分離部７を介して送り出すことができる。

図１７に示されるように振動体１０の超音波ホーン１４の先端部が積層体６の表面された状態で積層体６の表面に対し略垂直方向に振動される。振動周波数は、既に説明したように１０〜８０ｋＨｚ、振幅５〜５０μｍｐ−ｐ、先端直径は、直径３ｍｍ〜１０ｍｍに定められる。この接触条件のもとで積層体６の表面に振動を加えると、紙葉類間の摩擦が低減し取出しがきわめて容易になる。

図１８及び図１９に示すように振動体１０は、真空吸着フィードローラ３の両側に配置され、振動体１１の先端は、真空吸着ドラム４３よりも十分に積層媒体１１に接触するように配置され、真空吸着ドラム４３と積層媒体１１との間に微小ギャップが空けられる。積層体１１が給紙台１２により真空吸着フィードローラ３の吸着部４６を含む取り出し部に押し付けられると、真空吸着ドラム４３より先に超音波ホーン１４に接触される。取り出しドラム４３の取り出し部の面と超音波ホーン１４の先端部は、同一面に配置されず、その間に僅かな差（シフト量）が与えられている。このシフト量は、例えば、０．１ｍｍから５ｍｍの範囲内に設定される。

既に図７を参照して説明したように、発明者等の実験によると、振動による摩擦低減の効率は振動子表面と媒体の接触力に密接に関連している。接触力が最適範囲を超えると十分な振動が媒体に伝わらず、また強すぎると振動子先端がロックし振動しなくなる。図１７に示す分離取出装置においては、紙葉類１１の取り出し動作時に超音波ホーン１４と紙状媒体１１間の接触力を適正に制御するのは容易である。最適の押し付け圧の範囲内でもっとも効率よく超音波を掛けることが可能である。結果として、最初密着している積層体６も十分に相互の密着力を落とすことが出来る。この状態で真空吸着ドラムの負圧が媒体にかかると最上面媒体表面は下部の紙状媒体から容易に分離し、図１９に示すように変形して真空吸着ドラム４３に吸着される。この状態でドラム４３が回転されると、最上部の紙状媒体１１は、重送を発生せずに装置内に送り出される。

図１７〜図１９に示される分離取出装置では、超音波が紙葉類１１に伝達される前に、紙葉類１１が真空吸着ドラム４３に吸着してしまうと密着力の低減よりも先に取出しが始まってしまうので好ましくない。そこで、超音波ホーン１４が取り出し部より先に紙状媒体に接触するようにしている。超音波ホーン１４の真空吸着ドラム４３に対するシフト量は、ドラムの吸着力が媒体単体を吸い上げるのに十分になるように近接した距離であることが望ましい。これにより、超音波ホーン１４と真空吸着ドラム４３による高速分離をより安定したものにすることができる。

図２０及び図２１は、この発明の第５の実施の形態に係る分離取出装置を示している。図２０及び図２１に示される分離取出装置においては、真空吸着ドラム４３両端の超音波ホーン１４が図２０及び図２１に示されるようにその先端がドラム方向に傾斜して配置されている。傾斜した超音波ホーン１４は、振動することにより紙葉類表面に平行な方向に進行成分を発生し、これにより図２１に示すように最上面の紙葉類１１は、紙葉類１１の柔軟性に依存して真空吸着ドラム４３に対して吸着しやすい形状に変形される。これにより取り出し分離の効率をさらに向上させることが可能である。

図２２は、この発明の第６の実施の形態に係る分離取出装置を示している。図２２に示す分離取出装置においては、超音波ホーン１４がドラム４３の取り出し方向に対して後方（ドラム４３を基準に搬送方向下流側）に傾斜されて取り付けられている。図２２に示す配置においては、図２１に示す装置と同様に、紙葉類１１の柔軟性に依存して紙葉類に変形を与えることができる。この配置においては、用紙の取り出し方向後方に超音波ホーンが配置されていることから、積層体６の最上面から紙葉類１１がすでに取り出されて超音波ホーン１４の接触部分を通過した後、図２３に示すように次に取り出す紙葉類１１に変形を生じさせることもできる。紙葉類等の用紙に変形を生じさせる十分な時間を与えることができることから、より高速の連続取り出しを実現することができる。

この発明の一実施の形態に係る分離取出装置を概略的に示す側面図である。 図１に示される分離取出装置における紙葉類の分離取り出し動作を概略的に示す側面図である。 図１及び図２に示される振動体の振動子を概略的に示す側面図である。 図１及び図２に示される振動体の超音波ホーンを概略的に示す側面図である。 図４に示される超音波ホーンの変形例を概略的に示す側面図である。 図４に示される超音波ホーンの他の変形例を概略的に示す側面図である。 図１及び図２に示す振動体の押し付け力と紙葉類間の摩擦量との関係を示すグラフである。 この発明の第２の実施の形態に係る分離取出装置を概略的に示す正面図である。 図８に示される分離取出装置を概略的に示す側面図である。 この発明の第３の実施の形態に係る分離取出装置を概略的に示す正面図である。 図１０に示される分離取出装置を概略的に示す側面図である。 図８及び図９に示される分離取出装置における紙葉類の分離取り出し動作を概略的に示す側面図である。 図８及び図９に示される分離取出装置の変形例を概略的に示す側面図である。 図１０及び図１１に示される分離取出装置の変形例を概略的に示す側面図である。 図８〜図４に示される分離取出装置の超音波ホーンの変形例を概略的に示す側面図である。 図８及び図９に示される分離取出装置の他の変形例を概略的に示す側面図である。 この発明の第４の実施の形態に係る分離取出装置を概略的に示す側面図である。 図１７に示された分離取出装置を概略的に示す正面図である。 図１７及び図１８に示される分離取出装置における紙葉類の分離取り出し動作を概略的に示す正面図である。 この発明の第５の実施の形態に係る分離取出装置を概略的に示す正面図である。 図２０に示された分離取出装置における紙葉類の分離取り出し動作を概略的に示す正面図である。 この発明の第６の実施の形態に係る分離取出装置を概略的に示す側面図である。 図２２に示された分離取出装置における紙葉類の分離取り出し動作を概略的に示す側面図である。

符号の説明

２．．．給紙台、３．．．フィードローラ、４．．．順転ローラ、５．．．逆転ローラ６．．．積層体、７．．．分離部、１０．．．振動体、１１．．．紙葉類、１２．．．給紙台、１３．．．電極、１４．．．超音波ホーン、１５，１６．．．ブロック、１８．．．圧電セラミック部、１９．．．円柱状ブロック部、２３．．．回転保持機構、２４．．．筐体、２６．．．支持柱、２８．．．ばね、３６．．．ダンパ、３２．．．回転軸、３４．．．支持アーム、３５．．．リニアアクチュエータ、３６．．．直動保持機構、４３．．．進級吸着ドラム

Claims (10)

1. 紙葉類が積層されている積層体を支持する支持台と、
   前記積層体の上面から紙葉類を次々に取り出して搬送する紙葉類の取り出し機構と、
   前記積層体の上面にスッポット状に接触されて紙葉類に高周波振動を与える振動体と、及び
   前記積層体から取り出された前記紙葉類を１枚ずつに分離搬送する分離機構と、
   を具備することを特徴とする分離取出装置。
2. 前記紙葉類の取り出し機構は、前記積層体上面の紙葉類に接触して摩擦力で前記紙葉類を取り出すフィード機構を含むことを特徴とする請求項１の分離取出装置。
3. 前記振動体は、所定の接触力で前記紙葉類の面に接触し、前記紙葉類の面に対して略直交する方向に振動を与えることを特徴とする請求項１の分離取出装置。
4. 前記紙葉類の面に対して略直交方向に移動可能に振動体を保持し、前記振動体を所定の接触力で前記紙葉類の面に接触させる保持機構を更に具備することを特徴とする請求項１の分離取出装置。
5. 前記振動体は、１０ＫＨｚ以上の振動周波数で振動されることを特徴とする請求項１の分離取出装置。
6. 前記振動体は、２００ｇｆ以上で、且つ、１ｋｇｆ以下の接触力で前記紙葉類に接触されることを特徴とする請求項１の分離取出装置。
7. 前記取り出し機構は、前記積層体上面の紙葉類に真空吸引力で吸着されて前記紙葉類を取り出す吸着機構を含むことを特徴とする請求項１の分離取出装置。
8. 前記吸着機構は、前記紙葉類に吸着される吸着部を有し、前記振動体の先端は、前記吸着部よりも前記積層体上面に近接した配置され、前記振動体の先端と前記吸着部との間に０．１ｍｍから５ｍｍの範囲の差が与えられるように前記振動体及び前記吸着機構が配置されていることを特徴とする請求項６の分離取出装置。
9. 前記吸着部は、前記積層体上面の紙葉類に次々に接触されて前記紙葉類を取り出し、前記振動体先端は、前記積層体上面の紙葉類に前記吸着部が接触する前に当該紙葉類に接触することを特徴とする請求項７の分離取出装置。
10. 前記振動体は、前記紙葉類が取り出される方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１の分離取出装置。

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