JP2008141898A - アクチュエータおよび搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄シートの搬送において精度の高い的確な動作を得ることができ、複数の動作方向を備えて薄シートの搬送方向を簡単に多方向へ変更することができるアクチュエータおよび薄シート搬送装置を提供する。
【解決手段】ベース面上における三角形の各頂点をなす位置のそれぞれに配置し、少なくともベース面の垂線方向に沿った方向成分を含んで振動する３つの振動子と、３つの振動子で三点支持して配置し、作用点が搬送対象物に当接する駆動体と、各振動子をそれぞれ選択的に駆動する駆動制御手段を備え、各振動子における駆動体の支点および駆動体の作用点が三角錐の各頂点をなす位置にそれぞれ対応し、かつ各振動子における駆動体の支点を結ぶ形状が正三角形をなし、各振動子の選択的な駆動により作用点が所定の運動方位に沿って円運動もしくは楕円運動する。
【選択図】図７

Description

本発明はアクチュエータおよび搬送装置に関し、振動を駆動力として用紙等の薄板状のシートを多方向へ搬送する技術に係るものである。

従来、この種の技術としては、例えば特許文献１に記載するものがある。この用紙搬送装置は、複数のアクチュエータおよび各アクチュエータに駆動信号を供給する駆動回路とを有しており、各アクチュエータは屈曲薄板部と圧電層と個別電極とを備えている。屈曲薄板部は用紙に当接する先端側の当接部および当接部から延びる２つの傾斜部を有し、圧電層が２つの傾斜部に夫々配置してあり、個別電極が各圧電層の上面に設けてある。

この構成により、駆動回路が２つの個別電極に対して選択的に電圧を印加することで各圧電層および傾斜部が選択的に変形し、当接部が搬送方向に変位して用紙を搬送する。
特開２００６−１２１０６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載したアクチュエータは、傾斜部が圧電層とともに撓むことで部材の弾性変形を生じさせるものであり、構造的に金属疲労を伴うものである。
アクチュエータは、微小な送り量ずつ用紙等を搬送するが、当接部の移動量は傾斜部の撓み量で定まるので、傾斜部の撓み量の精度で送り量の精度が定まる。しかし、複数のアクチュエータを配列した搬送装置において、傾斜部の撓み量を全てアクチュエータにおいて同じ高精度に制御することは困難であり、結果して搬送方向に誤差が生じ易くなる。

アクチュエータとして一対の屈曲薄板部を組み合わせることで、当接部を三次元的に移動させる構成を開示している。この場合にも、前述したように送り量の精度が傾斜部の撓み量の精度で定まるので、複数のアクチュエータを配列した搬送装置において搬送方向に誤差が生じ易くなる。

従来の搬送装置においては、搬送方向の一側にガイドを配置してガイドに沿わせるように用紙を搬送し、あるいはガイドに沿って搬送方向を変更する場合があるが、上述したアクチュエータを利用した搬送装置においても、搬送方向の精度を高めるためにはガイド等の補助機構が必要となる。

本発明は薄シートの搬送において精度の高い的確な動作を得ることができ、複数の動作方向を備えて薄シートの搬送方向を簡単に多方向へ変更することができるアクチュエータおよび搬送装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、ベース面上における三角形の各頂点をなす位置のそれぞれに配置し、少なくともベース面の垂線方向に沿った方向成分を含んで振動する３つの振動子と、３つの振動子で三点支持して配置し、作用点が搬送対象物に当接する駆動体と、各振動子をそれぞれ選択的に駆動する駆動制御手段を備え、各振動子における駆動体の支点および駆動体の作用点が三角錐の各頂点をなす位置にそれぞれ対応し、かつ各振動子における駆動体の支点を結ぶ形状が正三角形をなし、各振動子の選択的な駆動により作用点が所定の運動方位に沿って円運動もしくは楕円運動することを特徴とする。

また、各振動子の選択的な駆動により作用点が任意の角度間隔の放射状をなす複数の所定の運動方位に沿って円運動もしくは楕円運動することを特徴とする。
また、各振動子における駆動体の支点と駆動体の作用点を結ぶ形状が正三角錐をなし、作用点が円運動することを特徴とする。

また、駆動体が各振動子における支点と作用点を棒状部材で結合した構造をなすことを特徴とする。
また、駆動体がベース面に対向する底面を開放した中空三角錐形状をなすことを特徴とする。

また、駆動体が搬送対象物に向けて凸状に湾曲した曲面を形成する薄板状部材からなり、曲面上に作用点を有することを特徴とする。
また、振動子がボイスコイルモータのコイルボビンからなり、コイルボビンを弾性部材を介してベース面上に配設したことを特徴とする。

本発明の搬送装置は、上記の複数のアクチュエータを配列して搬送軌道を形成する搬送装置であって、ベース面を同レベル位置に保持して各アクチュエータを配置し、各アクチュエータを同期してあるいは選択的に駆動する搬送駆動制御手段を備え、各アクチュエータの作用点の運動方位を搬送方向として搬送軌道上で対象物を搬送することを特徴とする。

また、複数のアクチュエータでユニットを形成し、複数のユニットを所定パターンで配列して搬送軌道を形成することを特徴とする。
また、薄シート状の搬送対象物の表裏両面に対向して複数のアクチュエータを配列して搬送軌道を形成したことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、アクチュエータの作用点が円運動もしくは楕円運動することでその作用として搬送対象物が移動する。このとき、アクチュエータの作用点は搬送方向の順方向に沿った往路において搬送対象物に当接し、搬送方向の逆方向に沿った復路において搬送対象物から離間する。

アクチュエータの作用点の運動量は各振動子の振幅によって定まり、アクチュエータの作用点の運動方位は選択的に駆動する振動子の組み合わせによって変更することができるので、搬送対象物の搬送において搬送方向および搬送距離において精度の高い制御を実現でき、搬送方向を簡単に複数の方向へ変更することができ、搬送方向の精度を高めるためのガイド等の補助機構を設けずとも精度の高い的確な動作を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４に示すように、アクチュエータ１００は、ベース部材１のベース面２に３つのボイスコイルモータ３を備えている。ボイスコイルモータ３は振動子をなすコイルボビン４と、コイルボビン４に巻回したコイル５と、ヨーク６からなり、ヨーク６がコイルボビン４を軸心方向へ出退自在に保持している。

各ボイスコイルモータ３のコイルボビン４は、ベース面２において仮想する三角形の各頂点をなす位置のそれぞれに配置しており、ベース面２の垂線方向沿って振動する。各ボイスコイルモータ３は駆動制御手段をなす制御回路（図示省略）に電気的に接続しており、制御回路は各ボイスコイルモータ３をそれぞれ選択的に駆動する。

ベース部材１には各ボイスコイルモータ３の相互間の中央位置にセンターポール７を立設しており、センターポール７が弾性部材をなす金属製の薄板８を介して各コイルボビン４を支持している。センターポール７は固定ビス９によってベース部材１に固定しており、センターポール７に上下一対の薄板８がスペーサ１０を介して平行に装着してあり、押さえリング１１および止ビス１２によって固定している。薄板８はコイルボビン４を支持する３つのビート部１３がセンターポール７を中心として放射状に延びている。

図５および図６に示すように、アクチュエータ１００は紙等の薄シートを搬送対象物としており、薄シートに当接する駆動体１４を３つのコイルボビン４で三点支持している。駆動体１４は棒状部材１４ａを結合した正三角錐形状の構造をなし、棒状部材１４ａの相互の結合部が薄シートに当接する作用点１５と、各コイルボビン４に当接する支点１６、１７、１８をなし、各支点１６、１７、１８および作用点１５が正三角錐の各頂点をなす位置にそれぞれ対応している。

本発明において駆動体１４は各支点１６、１７、１８を結ぶ形状が正三角形であれば、正三角錐に限るものではないが正三角錐が望ましい。この点に関しては後述する。本実施の形態ではコイルボビン４がベース面２の垂線方向沿って振動するものとして説明するが、各ボイスコイルモータ３は少なくともベース面の垂線方向に沿った方向成分を含んで振動すれば、本発明を実現することができる。このため、例えば、各ボイスコイルモータ３は、作用点１５と各支点１６、１７、１８とを結ぶ線分方向に沿って振動するように配置することも可能である。

図７および図８に示すように、駆動体１４は中空三角錐形状体１９に形成することも可能である。この場合に、中空三角錐形状体１９はベース面２に対向する底面を開放した形状をなす。

図９および図１０に示すように、駆動体１４は薄板状部材２０から形成することも可能である。この場合に、薄板状部材２０は搬送対象物の薄シートに向けて凸状に湾曲した曲面２０ａを形成してなり、曲面２０ａの上の所定位置が作用点１５をなす。

以下に、本発明のアクチュエータ１００の動作原理を説明する。図１１に示すように、停止状態のアクチュエータ１００を平面視する状態において、作用点１５は駆動体１４の各支点１６、１７、１８を結ぶ正三角形の重心点に位置する。搬送対象物の薄シートである紙（図示省略）は、図面の紙面と平行な状態に在り、作用点１５が搬送対象物の紙面に当接している。非通電状態において、ボイスコイルモータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各コイルボビン４は薄板８の各ビート部１３に支持されて中立位置（原点）にある。
（操作例１）
図１４に示すように、紙の進行方向、つまり搬送方向を重心点位置から支点１６に向く方向とする場合には、作用点１５の運動方位が紙の搬送方向に沿うように作用点１５を円運動させる。

すなわち、駆動体１４の各支点１６、１７、１８を結ぶ正三角形を含む平面と直交する平面であって、支点１７、１８を通る直線Ｙと直交し、さらに正三角形の重心点と支点１６とを通る直線Ｘおよび駆動体１４の一つの稜線を含む平面内において作用点１５を円運動させる。

このため、制御回路（図示省略）から選択的に各ボイスコイルモータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃのコイル５に電流を印加し、コイルボビン４に生じる磁界とヨーク６の磁界との作用によってコイルボビン４を振動させる。

このとき、図１５の（ａ）に示すように、作用点１５の運動方位上に在る支点１６を支持するボイスコイルモータ３Ａに所定周期の矩形波信号によって所定パルス幅の電流パルスを印加する。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ａのコイルボビン４は、図１５の（ｂ）に示すように、順方向電流パルスの通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１６を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、支点１６を中立位置よりも上方の上位点に保持し、逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１６を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、支点１６を中立位置よりも下方の下位点に保持し、上位点と下位点との間を振幅として振動する。

他の二つの支点１７、１８のそれぞれを支持するボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃは同期して駆動し、そのコイルボビン４の振動を同調させる。図１５の（ａ）に示すように、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃに印加する電流パルスは、ボイスコイルモータ３Ａに印加する電流パルスと同周期、同パルス幅であり、かつ１／４周期遅れの位相差をもつ周期パルス列である。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃのコイルボビン４は、図１５の（ｂ）に示すように、順方向電流パルスの通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１７、１８を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、かつ支点１７、１８を中立位置よりも上方の上位点に保持する。逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１７、１８を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、かつ支点１７、１８を中立位置よりも下方の下位点に保持し、上位点と下位点との間を振幅として振動する。

このため、駆動体１４の支点１６と、他の二つの支点１７、１８とが所定の時間遅れを伴って上下動することで、図１６に示すように、作用点１５が用紙搬送方向を運動方位として反時計方向（紙面上において）に円運動する。

図１６における状態１では、駆動体１４の作用点１５が回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の最後方位置で中位点にあり、図１４において作用点１５が（１）の位置にある。これは、図１５の（ａ）、（ｂ）に示すシーケンス１の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８が下位点にある。

図１６における状態１から状態２へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６を上位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８が上位点に移動する。

図１６における状態２では、駆動体１４の作用点１５が回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の中間位置で最上位点にあり、図１４において作用点１５が（２）の位置にある。これは、図１５の（ａ）、（ｂ）に示すシーケンス２の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８も上位点にある。

図１６における状態２から状態３へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８を上位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が下位点に移動する。

図１６における状態３では、駆動体１４の作用点１５が回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の最前方位置で中位点にあり、図１４において作用点１５が（３）の位置にある。これは、図１５の（ａ）、（ｂ）に示すシーケンス３の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８が上位点にある。

図１６における状態３から状態４へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６を下位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８が下位点に移動する。

図１６における状態４では、駆動体１４の作用点１５が回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の中間位置で最下位点にあり、図１４において作用点１５が（４）の位置にある。これは、図１５の（ａ）、（ｂ）に示すシーケンス４の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８も下位点にある。

図１６における状態４から状態１へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｂ、３Ｃで支持する駆動体１４の支点１７、１８を下位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が上位点に移動する。

したがって、図１６に示すように、作用点１５がその円運動において状態１から状態２を経て状態３に遷移する間に用紙に当接し、その間に用紙搬送方向への運動を与えることで用紙が進行方向に移動し、作用点１５が円運動を繰返すことで用紙が搬送される。

上述の構成において、同期させるボイスコイルモータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの組み合わせを変更することで、重心点位置からいずれかの支点１６、１７、１８に向く方向、つまり１２０°の角度間隔の放射状をなす複数の所定の運動方位に沿って、紙の進行方向である搬送方向を変更することができる。
（操作例２）
図１７に示すように、紙の進行方向（搬送方向）を、重心点位置から支点１６に向く方向に対して直交し、支点１８から支点１７に向かう方向と平行とする場合には、作用点１５の運動方位が紙の搬送方向に沿うように作用点１５を円運動させる。

すなわち、駆動体１４の各支点１６、１７、１８を結ぶ正三角形を含む平面と直交する平面であって、支点１７、１８を通る直線Ｙと平行をなして正三角形の重心点を通る直線Ｙ１を含む平面の面内において作用点１５を円運動させる。

このため、制御回路（図示省略）から選択的に各ボイスコイルモータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃのコイル５に電流を印加し、コイルボビン４に生じる磁界とヨーク６の磁界との作用によってコイルボビン４を振動させる。

このとき、図１８に示すように、紙の進行方向の前方に位置する支点１７を支持するボイスコイルモータ３Ｂに所定周期の矩形波信号によって所定パルス幅の電流パルスを印加する。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ｂのコイルボビン４は、順方向電流の通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１７を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、支点１７を中立位置よりも上方の上位点に保持し、逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１７を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、支点１７を中立位置よりも下方の下位点に保持し、中立位置よりも上方の上位点と中立位置よりも下方の下位点との間を振幅として振動する。

紙の進行方向の後方に位置する支点１８を支持するボイスコイルモータ３Ｃに印加する電流パルスは、ボイスコイルモータ３Ｂに印加する電流パルスと同周期、同パルス幅であり、かつ１／４周期遅れの位相差をもつ周期パルス列をなす。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ｃのコイルボビン４は、順方向電流パルスの通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１８を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、支点１８を中立位置よりも上方の上位点に保持し、逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１８を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、支点１８を中立位置よりも下方の下位点に保持し、中立位置よりも上方の上位点と中立位置よりも下方の下位点との間を振幅として振動する。

紙の進行方向の中間に位置する支点１６を支持するボイスコイルモータ３Ａに印加する電流パルスは、ボイスコイルモータ３Ｂに印加する電流パルスと同周期で、１／２パルス幅であり、かつ１／４周期遅れの位相差をもつ周期パルス列をなす。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ａのコイルボビン４は、順方向電流パルスの通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１６を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、支点１６を中立位置よりも上方の上位点に保持し、非通電時（インターバル）に駆動体１４の支点１６を中立位置に復帰させ、逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１６を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、支点１６を中立位置よりも下方の下位点に保持し、中立位置よりも上方の上位点と中立位置よりも下方の下位点との間を振幅として振動する。

このため、駆動体１４の各支点１６、１７、１８が所定の時間遅れを伴って上下動することで、図１９に示すように、作用点１５が用紙搬送方向を運動方位として時計方向（紙面上において）に円運動する。

図１９における状態１では、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の最後方位置で中位点にあり、図１７において作用点１５が（１）の位置にある。これは、図１８におけるシーケンス１の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置にある。

図１９における状態１から状態２へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７を上位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が上位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が上位点へ移動する。

図１９における状態２では、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の用紙搬送方向の中間位置で最上位点にあり、図１７において作用点１５が（２）の位置にある。これは、図１８におけるシーケンス２の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８も上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６も上位点にある。

図１９における状態２から状態３へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８を上位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が下位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置へ移動する。

図１９における状態３では、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の用紙搬送方向の最前方位置で中位点にあり、図１７において作用点１５が（３）の位置にある。これは、図１８においてシーケンス３の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置にある。

図１９における状態３から状態４へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７を下位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が下位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が下位点へ移動する。

図１９における状態４は、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の用紙搬送方向の中間位置で最下位点にあり、図１７において作用点１５が（４）の位置にある。これは、図１８におけるシーケンス４の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８も下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６も下位点にある。

図１９における状態４から状態１へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８を下位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が上位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置へ移動する。

したがって、作用点１５がその円運動において状態１から状態２を経て状態３に遷移する間に用紙に当接し、その間に用紙搬送方向への運動を与えることで用紙が進行方向に移動し、作用点１５が円運動を繰返すことで用紙が搬送される。

上述の構成において、重心点位置から支点１８に向かう方向と用紙の搬送方向との間に３０°の角度がある。よって、ボイスコイルモータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとシーケンスとの組み合わせを変更することで、重心点位置から各支点１６、１７、１８に向かう方向に対して３０°の角度をなす何れかの方向に紙の進行方向である搬送方向を変更することができる。

したがって、上述した操作例１との組み合わせにおいて、作用点１５の円運動の運動方位を、重心点を中心として３０°角度間隔の放射状をなす複数の運動方位に変更することができる。
（操作例３）
図２０に示すように、紙の進行方向（搬送方向）を、支点１７、１８を通る直線Ｙと平行なして重心点を通る直線Ｙ１に対して所定角度θをなす方向とする場合には、作用点１５の運動方位が紙の搬送方向に沿うように作用点１５を円運動させる。

すなわち、駆動体１４の各支点１６、１７、１８を結ぶ正三角形を含む平面と直交する平面であって、直線Ｙ１に対して所定角度θをなす直線Ｙ２を含む平面の面内において作用点１５を円運動させる。

このため、制御回路（図示省略）から選択的に各ボイスコイルモータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃのコイル５に電流を印加し、コイルボビン４に生じる磁界とヨーク６の磁界との作用によってコイルボビン４を振動させる。

このとき、図２１に示すように、紙の進行方向の前方に位置する支点１７を支持するボイスコイルモータ３Ｂに所定周期の矩形波信号によって所定パルス幅の電流パルスを印加する。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ｂのコイルボビン４は、順方向電流の通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１７を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、支点１７を中立位置よりも上方の上位点に保持し、逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１７を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、支点１７を中立位置よりも下方の下位点に保持し、中立位置よりも上方の上位点と中立位置よりも下方の下位点との間を振幅として振動する。

紙の進行方向の後方に位置する支点１８を支持するボイスコイルモータ３Ｃに印加する電流パルスは、ボイスコイルモータ３Ｂに印加する電流パルスと同周期、同パルス幅であり、かつ１／４周期遅れの位相差をもつ周期パルス列をなす。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ｃのコイルボビン４は、順方向電流パルスの通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１８を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、支点１８を中立位置よりも上方の上位点に保持し、逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１８を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、支点１８を中立位置よりも下方の下位点に保持し、中立位置よりも上方の上位点と中立位置よりも下方の下位点との間を振幅として振動する。

紙の進行方向の中間に位置する支点１６を支持するボイスコイルモータ３Ａに印加する電流パルスは、ボイスコイルモータ３Ｂに印加する電流パルスと同周期で、３／４パルス幅であり、かつ１／４周期遅れの位相差をもつ周期パルス列をなす。

この電流パルスにしたがってボイスコイルモータ３Ａのコイルボビン４は、順方向電流パルスの通電時にヨーク６から抜け出る方向に移動して駆動体１４の支点１６を上方へ押し上げ（ＰＵＳＨ）、支点１６を中立位置よりも上方の上位点に保持し、非通電時（インターバル）に駆動体１４の支点１６を中立位置に復帰させ、逆方向電流パルスの通電時にヨーク６に入る方向に移動して駆動体１４の支点１６を下方へ押し下げ（ＰＵＬＬ）、支点１６を中立位置よりも下方の下位点に保持し、中立位置よりも上方の上位点と中立位置よりも下方の下位点との間を振幅として振動する。

このため、駆動体１４の各支点１６、１７、１８が所定の時間遅れを伴って上下動することで、図１９に示すように、作用点１５が用紙搬送方向を運動方位として時計方向（紙面上において）に円運動する。

図１９における状態１では、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の最後方位置で中位点にあり、図２０において作用点１５が（１）の位置にある。これは、図２１におけるシーケンス１の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置よりも所定高さ分だけ上位点の側にある。このため、図２０における作用点１５の（１）の位置が直線Ｙ１から外れて直線Ｙ２の上にある。

ここで、図２１におけるシーケンス１の状態において、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置よりも高くなるほどに、図２０における作用点１５の（１）の位置が直線Ｙ１から外れる距離が大きくなり、直線Ｙに近づくことになる。

つまり、ボイスコイルモータ３Ａに印加する電流パルスの非通電時間を短くしてパルス幅を長くするほどに、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置よりも上位点の側により高く位置し、結果として図２０における作用点１５の（１）の位置が直線Ｙの側に近づき、角度θが大きくなる。

よって、ボイスコイルモータ３Ａに印加する電流パルスを制御することにより、角度θを任意の角度単位で変更することができる。
図１９における状態１から状態２へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７を上位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が上位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が上位点へ移動する。

図１９における状態２では、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の用紙搬送方向の中間位置で最上位点にあり、図２０において作用点１５が（２）の位置にある。これは、図２１におけるシーケンス２の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８も上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６も上位点にある。

図１９における状態２から状態３へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８を上位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が下位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が非通電区間で中立位置へ復帰し、さらに通電空間で中立位置よりも所定高さ分だけ下位点の側に移動する。

図１９における状態３では、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の用紙搬送方向の最前方位置で中位点にあり、図２０において作用点１５が（３）の位置にある。これは、図２１においてシーケンス３の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が上位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置よりも所定高さ分だけ下位点の側にある。このため、図２０における作用点１５の（３）の位置が直線Ｙ１から外れて直線Ｙ２の上にある。

図１９における状態３から状態４へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７を下位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８が下位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が下位点へ移動する。

図１９における状態４では、駆動体１４の作用点１５は回転運動の軌跡上において用紙搬送方向の用紙搬送方向の中間位置で最下位点にあり、図２０において作用点１５が（４）の位置にある。これは、図２１におけるシーケンス４の状態を示しており、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８も下位点にあり、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６も下位点にある。

図１９における状態４から状態１へ遷移するときには、ボイスコイルモータ３Ｃで支持する駆動体１４の支点１８を下位点に保持しつつ、ボイスコイルモータ３Ｂで支持する駆動体１４の支点１７が上位点へ移動し、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が非通電区間で中立位置へ復帰し、さらに通電空間で中立位置よりも所定高さ分だけ上位点の側に移動する。

したがって、作用点１５がその円運動において状態１から状態２を経て状態３に遷移する間に用紙に当接し、その間に用紙搬送方向への運動を与えることで用紙が進行方向に移動し、作用点１５が円運動を繰返すことで用紙が搬送される。

上述の構成においては、ボイスコイルモータ３Ａに印加する電流パルスを制御することにより、例えばボイスコイルモータ３Ａに印加する電流パルスの非通電時間を短くしてパルス幅を長くするほどに、ボイスコイルモータ３Ａで支持する駆動体１４の支点１６が中立位置よりも上位点の側により高く位置し、結果として図２０における角度θを任意の角度単位で変更することができ、作用点１５の円運動の運動方位を、重心点を中心として任意の角度間隔の放射状をなす複数の運動方位に変更することができる。よって、ボイスコイルモータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとシーケンスとの組み合わせを変更し、ボイスコイルモータ３Ｂもしくは３Ｃに印加する電流パルスを制御することで角度θを任意の角度単位で変更すれば、重心点を中心とする３６０°の全方位の任意の方向に作用点１５の運動方位を変更することができる。

図１２および図１３において、駆動体１４の形状が与える作用効果の相違を説明する。中空三角錐形状の駆動体１４の各支点１６、１７、１８を結ぶ開放した底面を正三角形としつつ、底面から作用点１５までの高さを違えた駆動体１４を用意する。一つは側面形状が二等辺三角形状をなして作用点１５の内角が６０度以下の鋭角をなして底面から作用点１５までの高さが正三角錐よりも高い伸長の駆動体１４であり、一つは側面形状が正三角形状をなして作用点１５の内角が６０度をなす正三角錐の駆動体１４であり、一つは側面形状が二等辺三角形状をなして作用点１５の内角が鈍角をなして底面から作用点１５までの高さが正三角錐よりも低い扁平の駆動体１４である。

図１３に示すように、アクチュエータ１００の駆動体１４を板材３１の開口部３２から突出させ、何れの形態の駆動体１４においても同振幅で振動させてアクチュエータ１００によって用紙３３を搬送した。この結果を図１２に示す。正三角錐よりも高い伸長の駆動体１４はα状態で振動し、正三角錐の駆動体１４はβ状態で振動し、正三角錐よりも低い扁平の駆動体１４はγ状態で振動した。

この結果において、伸長の駆動体１４（αに示す）では、搬送力が上昇するが、頂部間での距離が長いために頂部にブレが生じる運動となる。正三角錐の駆動体１４（βに示す）では、安定した頂部運動により、安定した搬送力が得られる。扁平の駆動体１４（γに示す）では、搬送力が劣るが、頂部のブレが少ない運動となる。よって、駆動体１４としては正三角錐が好ましい。

同様にして、図５、図７、図９に示した構成の駆動体１４をテストした結果を表１に示す。

ここで、表中の棒状三角錐は図５に示すものであり、中空三角錐は図７に示すものであってそれぞれ図１２のαの状態、βの状態、γの状態を示しており、湾曲一体構成は図９に示すものである。このように、各形態において安定性と搬送力が異なり、目的とする用途に応じて駆動体の形態を選定することが望ましい。

図２２〜図２３に示すように、本発明のアクチュエータ１００によって搬送装置２００を構成する場合には、複数のアクチュエータ１００を所定間隔で所定パターンに配列するとともに、アクチュエータ１００のベース面２を同レベル位置に保持して搬送軌道を形成する。この場合に、１つのユニット３００として少なくとも３個のアクチュエータ１００を配置するが、図示するように４個以上が望ましい。

搬送装置２００は、各アクチュエータ１００を同期してあるいは選択的に駆動する制御回路からなる搬送駆動制御手段（図示省略）を備えており、各アクチュエータ１００の作用点１５の運動方位を搬送方向として搬送軌道上で対象物を搬送する。

この構成においては、搬送装置２００の搬送軌道を構成する各アクチュエータ１００の作用点１５の運動方位は、上述したように、重心点を中心として任意の角度間隔の放射状をなす複数の運動方位に変更することができるので、搬送装置２００としてアクチュエータ１００の重心点を中心とする３６０°の全方位の任意の方向に作用点１５の運動方位を変更することができる。

また、図示は省略するが、搬送装置２００を構成する複数のユニット３００を所定パターンで面状に展開して配列して搬送軌道を形成することも可能である。
また、図２４〜図２６に示すように、薄シート状の搬送対象物である用紙４００の表裏両面に対向して複数のユニット３００ａ、３００ｂを配列して複数のアクチュエータ１００で搬送軌道を形成することも可能である。

この場合に、図２５に示すように、搬送方向に対して直交する方向に列をなす複数のアクチュエータ１００を１つのユニット３００ａ、３００ｂとし、用紙４００の搬送軌道より下方に配置するユニット３００ａを搬送方向に沿って所定間隔で配列するとともに、用紙４００の搬送軌道より上方に配置するユニット３００ｂを搬送方向に沿って所定間隔で配列し、下方のユニット３００ａの相互間に上方のユニット３００ａを配置する。

あるいは、図２６に示すように、搬送方向に沿って列をなす複数のアクチュエータ１００を１つのユニット３００とし、用紙４００の搬送軌道より下方に配置するユニット３００ａを搬送方向と直交する方向に沿って所定間隔で配列するとともに、用紙４００の搬送軌道より上方に配置するユニット３００ｂを搬送方向と直交する方向に沿って所定間隔で配列し、下方のユニット３００ａの相互間に上方のユニット３００ａを配置する。

本発明の実施の形態におけるアクチュエータの基本的構成を示す斜視図 同実施の形態におけるボイスコイルモータを示す斜視図 同実施の形態におけるアクチュエータの基本的構成を示す断面図 同実施の形態におけるボイスコイルモータを示す斜視断面図 同実施の形態におけるアクチュエータを示す斜視図 同実施の形態におけるアクチュエータを示す正面図 他の実施の形態におけるアクチュエータを示す斜視図 同実施の形態におけるアクチュエータを示す正面図 他の実施の形態におけるアクチュエータを示す斜視図 同実施の形態におけるアクチュエータを示す正面図 本発明のアクチュエータの原理的な構成を示す平面図 本発明のアクチュエータの原理的な動作を示す説明図 本発明のアクチュエータの配置状態を示す説明図 本発明のアクチュエータの原理的な操作例を示す模式図 同操作例におけるアクチュエータの制御シーケンスを示し、（ａ）は電流パルスのタイミングチャート図、（ｂ）はボイスコイルモータの支点の移動位置を示すタイミングチャート図 同操作例におけるアクチュエータの原理的な動作を示す説明図 本発明のアクチュエータの原理的な他の操作例を示す模式図 同操作例におけるアクチュエータの制御シーケンスを示し、（ａ）は電流パルスのタイミングチャート図、（ｂ）はボイスコイルモータの支点の移動位置を示すタイミングチャート図 本発明のアクチュエータの原理的な動作を示す説明図 本発明のアクチュエータの原理的な他の操作例を示す模式図 同操作例におけるアクチュエータの制御シーケンスを示し、（ａ）は電流パルスのタイミングチャート図、（ｂ）はボイスコイルモータの支点の移動位置を示すタイミングチャート図 本発明のアクチュエータの配置状態を示す模式図 本発明のアクチュエータの配置状態を示す模式図 本発明のアクチュエータの配置状態を示す模式図 本発明のアクチュエータの配置状態を示す模式図 本発明のアクチュエータの配置状態を示す模式図

符号の説明

１ ベース部材
２ ベース面
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ ボイスコイルモータ
４ コイルボビン
５ コイル
６ ヨーク
７ センターポール
８ 薄板
９ 固定ビス
１０ スペーサ
１１ 押さえリング
１２ 止ビス
１３ ビート部
１４ 駆動体
１４ａ 棒状部材
１５ 作用点
１６、１７、１８ 支点
１９ 中空三角錐形状体
２０ 薄板状部材
２０ａ 曲面
３１ 板材
３２ 開口
３３ 用紙
１００ アクチュエータ
２００ 搬送装置
３００ ユニット
３００ａ 下方のユニット
３００ｂ 上方のユニット
４００ 用紙

Claims (10)

1. ベース面上における三角形の各頂点をなす位置のそれぞれに配置し、少なくともベース面の垂線方向に沿った方向成分を含んで振動する３つの振動子と、３つの振動子で三点支持して配置し、作用点が搬送対象物に当接する駆動体と、各振動子をそれぞれ選択的に駆動する駆動制御手段を備え、各振動子における駆動体の支点および駆動体の作用点が三角錐の各頂点をなす位置にそれぞれ対応し、かつ各振動子における駆動体の支点を結ぶ形状が正三角形をなし、各振動子の選択的な駆動により作用点が所定の運動方位に沿って円運動もしくは楕円運動することを特徴とするアクチュエータ。
2. 各振動子の選択的な駆動により作用点が任意の角度間隔の放射状をなす複数の所定の運動方位に沿って円運動もしくは楕円運動することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 各振動子における駆動体の支点と駆動体の作用点を結ぶ形状が正三角錐をなし、作用点が円運動することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 駆動体が各振動子における支点と作用点を棒状部材で結合した構造をなすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
5. 駆動体がベース面に対向する底面を開放した中空三角錐形状をなすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
6. 駆動体が搬送対象物に向けて凸状に湾曲した曲面を形成する薄板状部材からなり、曲面上に作用点を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
7. 振動子がボイスコイルモータのコイルボビンからなり、コイルボビンを弾性部材を介してベース面上に配設したことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のアクチュエータ。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載する複数のアクチュエータを配列して搬送軌道を形成する搬送装置であって、ベース面を同レベル位置に保持して各アクチュエータを配置し、各アクチュエータを同期してあるいは選択的に駆動する搬送駆動制御手段を備え、各アクチュエータの作用点の運動方位を搬送方向として搬送軌道上で対象物を搬送することを特徴とする搬送装置。
9. 複数のアクチュエータでユニットを形成し、複数のユニットを所定パターンで配列して搬送軌道を形成することを特徴とする請求項８に記載の搬送装置。
10. 薄シート状の搬送対象物の表裏両面に対向して複数のアクチュエータを配列して搬送軌道を形成したことを特徴とする請求項８または９に記載の搬送装置。

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